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通信基础高频开关电源的设计原则解析

高频开关电源首要选用了电压规划公司的高频开关电源模块作为内核集成,并辅以简单的外围电路,整机体积小、重量轻、功率高,确保了长时间满负荷运转的安稳性和可靠性。基本技能目标是输入电压220VAC±20%、输出DC +48V/20A、输出电压调整规模+49~+59V、功率≥80%、电压安稳度<0.5%、负载安稳度<1.5%、纹波电压Vp-p<0.5%,具有输出过压、限流、过温文短路维护。

作业原理
高频开关电源原理框图如图1所示。
高频开关电源原理框图

图1 高频开关电源原理框图

交流输入

输入220V交流电压后,经过压敏电阻、EMI滤波、桥式整流器,瞬态电压按捺器转变成310V左右的直流电压输入功率要素校对电路。EMI滤波选用了电压规划公司配套的高频开关电源滤波器,能够有用下降电网的噪声搅扰。

功率要素校对电路首要由电压规划公司的谐波衰减模块VI-HAMD、VI-BAMD以及高压滤波电路组成,其间VI-HAMD是谐波衰减驱动器,VI-BAMD是谐波衰减倍增器。因为谐波衰减模块内部具有功率要素校对电路,因而能够把功率因数提高到0.99,一同将输入的+310V电压提升到+375V,供应后级DC-DC改换电路和辅佐高频开关电源。

高压滤波电路是由高压电解电容组成,它首要是将直流高压进行滑润滤波为后级改换储能。前级的压敏电阻器同瞬态电压按捺器一同构成了浪涌电压按捺电路,使模块所接受的交流输入浪涌电压不超过410V,确保模块不会被浪涌电压的冲击所损坏。

DC-DC改换及输出滤波

该部分首要是将+375V的直流高压转变为+48V的直流输出电压。DC-DC改换选用电压规划公司的V375A48C600AL模块两个并联运用来完成。

输出滤波是由高频电感和电容组成,它能够对直流脉动电压进行滤波,使之变成低杂音、低电磁搅扰、高质量的直流输出。

辅佐高频开关电源

将+375V电压转变为+5V的直流电压,给维护电路供电。


维护电路

首要完成输出过流维护、输出过压维护以及高频开关电源作业状况的指示。谐波衰减模块和DC-DC转换器自身带有部分维护功用,其间谐波衰减模块内部就具有输入浪涌电流限制、输入瞬变过电压维护、过热维护、输出过压维护、短路维护等功用,还能在作业不正常时操控后级DC-DC转换器的关断;而DC-DC转换器内部也具有输入、输出过压维护,输入、输出欠压维护,输出过流维护,过热维护等功用。这些完备的维护功用尽可能的确保了模块的安全,一同也增强了高频开关电源的安全性。

虽然模块自身的维护功用很全面,可是有些维护的规模并不适合体系的技能要求。例如我们选择模块功率时,要考虑到降额运用,因而模块自身设置的过流维护点就会超出技能要求,若运用模块自身的过流维护功用,很可能会发生后级电路已损坏而高频开关电源模块过流维护还未发动的现象。因而依据所需要的详细目标,专门规划了过流维护电路、过压维护电路等。一同为了敏捷判别高频开关电源的作业状况以及毛病可能发生的部位,我们设置了过压、欠压、过流、高频开关电源正常的指示灯。


关键技能

恒流特性

电压规划公司的DC-DC转换器有一个次级操控引脚SC,这个操控端用于调理输出端+Sense和-Sense之间的受调电压,将电流源加到SC引脚,模块的输出电压就能够完成动态调整。

图2为本高频开关电源原理图,图中N1和N3为运算扩大器CA3140,N2为电压基准TL431,V13为晶体管BC107,它们一起组成了电流源。CD1和CD2为分流电阻,经过分流电阻对输出电流采样,将电流值转换为电压值,因为该电压值很低,所以须经过差分扩大器N3进行扩大,将这个扩大的电压值送入运放N1的同相端,和由电压基准N2分压得到的基准电压进行比较,经过运放N1的输出来操控晶体管V13的作业状况,然后操控SC引脚。正常作业时,运放N1输出低电平,晶体管V13处于截止状况;当输出电流大于额定值到达恒流点时,运放N1输出高电平,晶体管V13处于饱和状况致使输出电压下降,维护高频开关电源,然后到达输出电流安稳。一同运放N1输出的高电平被送至比较器N6的3脚,与基准电压比较后输出高电平,点亮过流指示灯。在这里,N4、N5、N6类型相同,选用的是自带基准电压的比较器LTC1440CN8,电位器RP3用于调理恒流点的值。


过压维护
如图2所示,输出采样电压经过电阻R25,电位器RP6接入比较器N5的3脚,将基准电压接入比较器N5的4脚。当输出电压高于最大输出电压时,比较器N5的8脚输出高电平,使得光耦N8的4脚和6脚导通,将功率模块的PC端接地,封闭高频开关电源输出,一同点亮过压指示灯。二极管V14用于在过压状况时将高频开关电源永久封闭,不然,高频开关电源会处于“打嗝”状况。
高频开关电源原理图

图2 高频开关电源原理图
欠压指示
输出采样电压经过电阻R24,电位器RP5接入比较器N4的4脚,基准电压接入比较器N4的3脚。当输出电压低于最小输出电压时,比较器N4的8脚输出高电平点亮欠压指示灯。在这里,高频开关电源处于欠压状况时仅经过指示灯来指示。

电磁兼容
电路传输线间的传导搅扰、开关噪声、辐射噪声、负载的容感性等等问题都会发生电磁搅扰。就搅扰自身来说,它必备三个条件:搅扰源、耦合途径和灵敏源。在电磁兼容规划过程中,首要从减小搅扰源、阻断搅扰途径和加强高频开关电源自身抗搅扰才能这三个方面着手。
在结构方面,我们将高频开关电源机箱规划为一个相对密封的屏蔽腔体。腔体底部规划为独立风道,风道后部装置轴流风机,风道、轴流风机与屏蔽腔体阻隔,这样既增强了散热又加强了高频开关电源的屏蔽作用。

在电路方面采纳了如下几项办法:
1、为了防止传导搅扰,在输入端选用了电压规划公司配套的EMI滤波器,而且使沟通输入端和滤波器端子尽可能接近,连线尽量短,滤波器的外壳和机壳严密相连,杰出接地,这样防止了外部的搅扰经过输入线传导至高频开关电源内部。
2、在PCB布线上:经过大面积铺设地线网,减小地线电感来下降噪声;尽量缩短信号线、高频开关电源线和功率线,电流环路也尽可能小,然后减小印制板对搅扰信号的耦合;一切芯片的高频开关电源管脚都接有滤波电容,并使芯片的供电线路尽可能短;输入电路、高频电路、输出电路分别单独接地,然后再连接到公共地上,也就是“一点接地”准则。
3、高频开关电源模块自身运用了高频ZCS开关技能,ZCS大大下降了改换过程中开关管的导通和关断时的dv/dt与di/dt,使模块自身的开关噪声和辐射噪声搅扰变的很小;一同模块自身的抗搅扰才能就比较强,因而在作为搅扰源和灵敏源方面,高频开关电源模块都展示出了较好的电磁屏蔽功用。另外,在模块和机壳之间运用Y电容来减小共模电流,并在输出端选用共模电感,加入LC滤波器。

定论
本高频开关电源彻底满意技能要求而且顺利经过了电磁兼容的传导和辐射测试。使用电压规划模块规划的通讯基础高频开关电源和分立元件的规划相比,高频开关电源模块集成度高、体积小、功率密度大,然后可靠性、安稳度相对较高,而且装置便利,毛病判别和修理也相对简单。 

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