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基于VICOR模块的通信基础电源设计

时间:05-20 来源:互联网 点击:

本电源主要采用了Vicor公司的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、效率高,确保了长期满负荷运行的稳定性和可靠性。基本技术指标是输入电压220VAC±20%、输出DC +48V/20A、输出电压调整范围+49~+59V、效率≥80%、电压稳定度0.5%、负载稳定度1.5%、纹波电压Vp-p0.5%,具有输出过压、限流、过温和短路保护。

工作原理

开关电源原理框图如图1所示。

▲▲ 图1 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,瞬态电压抑制器转变成310V左右的直流电压输入功率因素校正电路。EMI滤波选用了Vicor公司配套的电源滤波器,可以有效降低电网的噪声干扰。

功率因素校正电路主要由Vicor公司的谐波衰减模块VI-HAMD、VI-BAMD以及高压滤波电路组成,其中VI-HAMD是谐波衰减驱动器,VI-BAMD是谐波衰减倍增器。由于谐波衰减模块内部具有功率因素校正电路,因此可以把功率因数提高到0.99,同时将输入的+310V电压提升到+375V,供给后级DC-DC变换电路和辅助电源。

高压滤波电路是由高压电解电容组成,它主要是将直流高压进行平滑滤波为后级变换储能。前级的压敏电阻器同瞬态电压抑制器一起构成了浪涌电压抑制电路,使模块所承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变换及输出滤波

该部分主要是将+375V的直流高压转变为+48V的直流输出电压。DC-DC变换采用Vicor公司的V375A48C600AL模块两个并联使用来实现。

输出滤波是由高频电感和电容组成,它可以对直流脉动电压进行滤波,使之变成低杂音、低电磁干扰、高质量的直流输出。

辅助电源

将+375V电压转变为+5V的直流电压,给保护电路供电。保护电路

主要实现输出过流保护、输出过压保护以及电源工作状态的指示。谐波衰减模块和DC-DC转换器自身带有部分保护功能,其中谐波衰减模块内部就具有输入浪涌电流限制、输入瞬变过电压保护、过热保护、输出过压保护、短路保护等功能,还能在工作不正常时控制后级DC-DC转换器的关断;而DC-DC转换器内部也具有输入、输出过压保护,输入、输出欠压保护,输出过流保护,过热保护等功能。这些完备的保护功能尽可能的保证了模块的安全,同时也增强了开关电源的安全性。

尽管模块本身的保护功能很全面,但是有些保护的范围并不适合系统的技术要求。例如我们选择模块功率时,要考虑到降额使用,因此模块自身设置的过流保护点就会超出技术要求,若使用模块本身的过流保护功能,很可能会发生后级电路已损坏而电源模块过流保护还未启动的现象。因此根据所需要的具体指标,专门设计了过流保护电路、过压保护电路等。同时为了迅速判断电源的工作状态以及故障可能发生的部位,我们设置了过压、欠压、过流、电源正常的指示灯。

关键技术

恒流特性

Vicor公司的DC-DC转换器有一个次级控制引脚SC,这个控制端用于调节输出端+Sense和-Sense之间的受调电压,将电流源加到SC引脚,模块的输出电压就可以实现动态调整。

图2为本开关电源原理图,图中N1和N3为运算放大器CA3140,N2为电压基准TL431,V13为晶体管BC107,它们共同组成了电流源。CD1和CD2为分流电阻,通过分流电阻对输出电流采样,将电流值转换为电压值,由于该电压值很低,所以须经过差分放大器N3进行放大,将这个放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,通过运放N1的输出来控制晶体管V13的工作状态,从而控制SC引脚。正常工作时,运放N1输出低电平,晶体管V13处于截止状态;当输出电流大于额定值达到恒流点时,运放N1输出高电平,晶体管V13处于饱和状态致使输出电压下降,保护电源,从而达到输出电流恒定。同时运放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型号相同,选用的是自带基准电压的比较器LTC1440CN8,电位器RP3用于调节恒流点的值。

过压保护

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,关闭电源输出,同时点亮过压指示灯。二极管V14用于在过压状态时将电源永久关闭,否则,电源会处于“打嗝”状态。

图2 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

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