高效率、低应力、低污染、低输出纹波通信开关电源的研制

摘要：电源是通信系统的供电核心。在系统分析电源关键技术的基础上，采用软开关有源功率因数校正技术，相移谐振软开关变换技术和输入EMI、输出纹波滤波技术研制成高效率、低应力、低污染、低输出纹波的开关电源，并通过了原邮电部入网测试。

关键词：电源软开关功率因数校正移相谐振

High Efficiency Low Electric Stress Low Electric Pollution Low Output

Ripple Switching Power Supply for Telecommunication

Abstract: power supply is very important for telecommunication.A new high efficiency , low electric stress , low electric pollution and low output ripple switch power supply was fabricated. ZVS active power factor corrector, ZVS full－ bridge phase－ shift converter and new filter for EMI input ＆ output ripple was consisted in the system. The system reaches the standard of MPT requirements.

Keywords: Power supply Soft switching PFC Phase－ shift resonance

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。

　　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2

图3

　　后级相移软开关变换电路原理如图4所示。

　　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。

　　该电路工作的主要难点是如何在比较大的范围内使滞后臂实现软开关，通过谐振电感、电容及死区时间的优化设计满足要求。

图4