基于VICOR模块的通信基础电源的设计.docVIP

基于VICOR模块的通信基础电源的设计 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-p＜0.5%，具有输出过压、限流、过温和短路保护。 工作原理 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、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示灯。在这