高效率、低应力、低污染、低输出纹波通信开关电源的研制

　　1引言

　　高频开关通信电源系统是通信、电力、交通、金融等行业的主要供电设备，是集电路、磁路、控制及计算机技术于一体的高新技术产品。目前国内外许多大公司，包括英国Advance、华为、中兴、通力环等都有系列产品销售。但随着通信产业和电力电子技术的发展，电源技术也在不断地前进。本文对影响开关电源性能的几个关键技术进行了分析，在此基础上研制新型高可靠性、高效率、低污染开关电源系统。

　　2市场对新型开关电源的主要技术要求

　　(1)高可靠性开关电源系统MTBF(平均无故障工作时间)应≥15万小时。

　　(2)低电磁污染主要包括低输入谐波干扰和低高频电磁干扰两个方面。

　　(3)低输出纹波纹波大是开关电源的缺点之一，是引起数字电路误动作、计算机死机的主要原因。

　　3新型开关电源组成

　　新型低污染、高效率、低应力、低输出纹波开关电源的原理框图如图1所示，主要包括EMI及浪涌吸收滤波电路，前级有源软开关功率因数校正电路，相移谐振软开关DC/DC变换电路及输出纹波抑制电路等。

图1

　　4低应力高可靠电源变换技术

　　功率器件开关应力(包括热应力和电应力)是影响电源可靠性的主要因素，功率器件的热应力包括其稳态温升和开关过程中的动态功耗两部分，稳态温升主要和系统的效率有关，只有减少系统各元器件的功耗(主要包括变压器、变换器件、吸收回路的功耗)，才能提高系统效率从而降低稳态温升。动态损耗即开关过程中UI乘积，可通过使开关过程中电压、电流波形错位的方法来减少。功率器件的电应力即开关过程中电压、电流变化率及峰值。新型电源设计中采用软开关变换技术来减少功率器件的应力，提高系统可靠性。软开关变换技术包括前级功率因数校正、软开关变换技术和后级相移软开关变换技术两部分，前级功率因数校正及软开关变换电路的原理如图2所示。

图2

　　控制电路采用Unitrode公司UC3855完成，主、辅管驱动波形如图3所示，V1为主开关管，V2为辅助开关管，在主管V1开通之前先使V2导通，实现主开关管的ZVS开通，从而显著降低功率器件的开关损耗和开关电应力，提高系统的可靠性和电磁兼容性。

图3

　　后级相移软开关变换电路原理如图4所示。

图4

　　V1-V4组成桥式变换电路，L1为储能谐振电感，其控制由Unitrode公司UC3875完成，V1，V2，V3，V4的驱动信号如图5所示。