基于VICOR模块的通信基础电源的设计
一种Vicor模块开关电源标准化设计[发明专利]
专利名称:一种Vicor模块开关电源标准化设计专利类型:发明专利
发明人:樊博,李朝辉
申请号:CN201110423443.8
申请日:20111216
公开号:CN103166428A
公开日:
20130619
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明属于开关电源技术领域,涉及一种Vicor模块开关电源标准化设计。
一种Vicor模块开关电源标准化设计,它至包括电源壳体和电源本体,其特征是:电源壳体是带腔体的壳体和盖板,带腔体的壳体和盖板在两端有伸出的连接端,伸出的连接端通过锁拴连接。
本发明的目的是提供一种可靠性高、散热性能好、稳定电源输出的Vicor模块开关电源标准化设计。
申请人:西安恒飞电子科技有限公司
地址:710068 陕西省西安市雁塔区白沙路1号白沙商务楼220室
国籍:CN
代理机构:西安吉盛专利代理有限责任公司
代理人:张培勋
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Vicor电源技术讲解
汇报人:XX
目录
Vicor电源技术概述
Vicor电源技术的关键技 术
Vicor电源技术的优势和 挑战
Vicor电源技术的应用案 例
Vicor电源技术的市 场前景和竞争格局
Vicor电源技术的研 发动态和最新进展
Vicor电源技术概述
Vicor电源技术是 一种高效、可靠 的电源解决方案
Vicor电源技术不 断优化产品设计, 提高产品的可靠 性和稳定性。
感谢您的观看
汇报人:XX
Vicor电源技术不断升级,推 出新一代产品
与合作伙伴共同研发,拓展 应用领域
积极参与行业标准制定,推 动电源技术的发展
Vicor电源技术不 断推出新产品, 满足不断变化的 市场需求。
Vicor电源技术在 研发过程中,不 断突破技术瓶颈, 提高产品性能。
Vicor电源技术注 重技术创新,拥 有多项专利技术, 保持行业领先地 位。
智能化控制:Vicor电源技术具备智能化控制能力,可以实现远程监控和调整,提高了设备的可 维护性和便利性。
技术更新迅速,需要不断跟进和研 发
电源技术涉及到多个领域,需要具 备跨学科的知识和技能
添加标题
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添加标题
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市场竞争激烈,需要不断提升产品 性能和降低成本
电源技术需要与实际应用场景相结 合,需要进行定制化开发和服务
技术应用:广泛应用于通信、数据中心、医疗设备、航空航天等领域。
技术发展:随着电力电子技术的不断发展,高频化技术也在不断进步和完善,未来 将有更高的开关频率和更低的损耗。
热管理:采用先进的散热技 术,确保电源模块稳定运行
冗余设计:采用多通道电源 架构,提高系统可靠性
基于第二代Vicor模块的开关电源数控调压设计
基于第二代Vicor模块的开关电源数控调压设计作者:崔梦宇吕托孙晓慧张雅琪来源:《科技创新导报》2017年第35期摘要:根据某型号系统供电要求,以第二代Vicor模块为核心进行开关电源的数字化设计,实现了在现场无人值守的情况下,能够对开关电源进行远控调压操作。
该样机产品已经经过了应力筛选试验和环境试验的考核,表明该设计具有良好的工作可靠性、安全性、维修性、测试性、保障性、环境适应性和电磁兼容性。
同时,证明了该开关电源的数控调压设计方案合理可行。
关键词:开关电源数控调压设计方案中图分类号:TP17 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)12(b)-0028-02随着科技的不断发展,近年来,数字化理念在开关电源领域中得到了广泛的应用。
许多电子设备要求开关电源输出电压可以自动设置。
因此,这里提出了一种基于第二代Vicor模块,利用数字控制电路,实现输出电压可以调节的开关电源设计方案。
最终达到了开关电源的输出电压可以通过数字控制进行自动设置。
1 基本设计方案及工作原理本开关电源的设计方案采用模块化设计。
模块化电源一般称为电源模块,有时简称模块。
在当今科学技术高度发展的时代,电源的应用更加广泛,这也对电源的功能提出了更高的要求。
因此,在进行电源设计时,都希望缩短开发周期,使产品变更参数时设计灵活,降低开发成本,减小电源体积,使其可靠性高,输出电压可调性好,便于冗余设计,具有优良的电磁兼容性等。
电源模块由于优化了开关电源电路,采用先进的制造工艺,将复杂的开关电源浓缩成小体积的电源模块,适合了上述技术要求,因此得到广泛的应用。
Vicor公司在2000年前后,在VI-200和VI-J100的基础上,推出了新一代电源模块——MAXI、MINI和MICRO系列电源模块。
首先,在准谐振电路基础上,在共漏极主开关管实现了零电流ZCS和零电压ZVS软开关技术,进一步减少了损耗和噪声。
其次,输入和输出分别采用主控MCU和输出控制MCU智能管理,并有变压器隔离,增加了控制功能和抗干扰能力。
基于VICOR模块的通信基础电源的设计
基于VICOR模块的通信基础电源的设计
程强
【期刊名称】《世界电子元器件》
【年(卷),期】2011(000)005
【摘要】@@ 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.
【总页数】3页(P55-57)
【作者】程强
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于VICOR二代模块的集控系统电源模块设计 [J], 孙传涛;吴杰长;张祚良
2.基于Vicor模块的Ka频段连续波固态功放开关电源设计 [J], 文朝举;张秀霞;潘璠
3.基于Vicor HAM模块的PFC电源设计 [J], 张万峰;毕彦;宣志芬
4.基于VICOR电源模块的电源滤波器设计 [J], 郑宇翔
5.基于第二代Vicor模块的开关电源数控调压设计 [J], 崔梦宇;吕托;孙晓慧;张雅琪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于VICOR模块的通信基础电源设
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 工作原理 开关电源原理框图如图 1 所示。
该部分主要是将+375V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。
▲▲ 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、VIBAMD 以及高压滤波电路组成,其中 VI-HAMD 是谐波衰减驱动器,VIBAMD 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
Vicor案例:工业高电压应用的合成电源方案
Vicor案例:工业高电压应用的合成电源方案
Vicor 第二代DC-DC 变换器具有很多特性,把这些特性集成在一起构成一个完整的电源解决方案。
其中最主要的特性是独特的均流方法,它可使电源能力增加,模块间的均流精度达5%。
模块间因有精确的均流能力为设计人员提供用输入串联来增大系统工作电压的机会。
本文描述利用第二代48V 输入系列模块,组成110Vdc输入的应用。
系统要求
一般的多变换器设计是把DC-DC 变换器的输入并联,相同的电压出现在每个变换器上,串联连接变换器的输入,配置为如同单一电源,这要求在所有工作条件下变换器共享相同的负载,保证呈现在每个变换器输入的电压将是一样的。
在变换器串联连接时,DC-DC 变换器前头所用的输入电容必须相等地分接在每个变换器的输入,用并联电阻器将有助于补偿电容器的漏电流(见图1)。
变换器用一个控制电路来监控变换器的电压平衡和控制变换器的工作。
图1 基本的串联输入配置
必须有输入过压保护,以防失效条件期间电容器上的过大电压。
通常用瞬态电压抑制器提供保护。
图1是基本串联输入连接方法的一个实例。
从图1可见模块配置方法与输入并行连接配置有细微差别。
注意,模块1 SC引脚连接到–Sense 和–Output 引脚。
这种连接迫使模块进入“辅从”模式。
模块2是这种配置的“主机”,这就是说只有模块2控制这种配置的输出电压。
Vicor引领电源行业变革 推进数据中心电源模块化
Vicor引领电源行业变革推进数据中心电源模块化大数据时代的到来,让全球数据中心市场也异常火热,然而,数据中心持续攀升的电费让又让运营商们头痛不已,数据中心单体规模越大、系统越复杂,其耗电量也越高,因此如何解决这一问题,如何构建绿色数据中心,已经成为所有运营商们探索的问题。
近期,在《数据中心场地基础设施运维管理标准》正式发布的时候,Vicor商务拓展经理陈历忠在京接受了媒体的采访。
从高压直流到CPU电源供电Vicor在国内从上个世纪90年代就已经有电源业务,此前Vicor的主要方向是在军工、铁路,一些要求非常苛刻的环境当中的应用。
从2009年开始,Vicor开始接触数据中心电源业务。
实际上,在数据中心领域,电源这块有很多和Vicor的产品吻合。
陈历忠提到:比如说数据中心跟通讯里面有非常多的直流的变换,而Vicor在直流变换的技术里面应该是全球的一个领导者。
我们把此前的一些独特的技术给到数据中心,从高压直流到CPU的电源供电,所有电源的一个链路,我们都可以为数据中心带来一个非常好的效果。
此外,目前Vicor在数据中心里从高压直流转到低压,然后再从低压转到CPU的电压。
所以整个链路,Vicor都有相对应的解决方案。
在现场,陈历忠还带来一款样品,据他介绍,该款产品可以直接从380伏高压直流直接转到48伏或者转到12伏。
看着他手上那个小小的电源(长61毫米,宽23毫米,高7毫米),我们也很难想象这是怎么做到的,而陈历忠指着手上的电源非常自豪的表示:“在这上面,我们做到从380伏高压直流以1800瓦的功率输出48伏,这是全球没有第二家能够做到的。
而这转到48伏之后,Vicor可以单级直接从48伏转到CPU的内核电压,满足Intel CPU对电源的苛刻要求。
通过这样的整个电源链路的优化,可以有效提高数据中心的供电效率”高压直流将渐成主流IT设备发展至今,一直采用UPS电源系统作为供电方式,但近年来,随着数据中心需求快速增长,传统的UPS供电模式,在安全性、经济性、效率方面凸现的问题越来越多。
基于Vicor HAM模块的PFC电源设计
5期 第 1 9卷 第 1
Vo .9 11
No.5 1
电子设 计工 程
El c r n c De in En i e i g e to i sg gne rn
2 1 年 8月 01
Au . 0 1 g 2 1
基矛 V crHA 模 块 的 P C 电源设计 io M F
-
19 8-ຫໍສະໝຸດ 《 电子设计 工 程}0 1 第 1 21 年 5期
输 入 交 流 电源 整 流 , 输 送 到 高 压 转 换 器 。 制 电 路 改 变 高 并 控 压 转 换 器 的 操 作 频 率 ,保 持 H M 的 输 出 电 压 在 输 入 电 压 A
的 峰 值 以 上 , 时 使 输 入 电流 跟 随 输 入 电压 的 波 形 和 相 位 . 同 从 而 使 功 率 因 数 可 校 正 至 O9 。通 过 一 个 自适 应 输 出 电 压 .9 控 制 系 统 , 任 何 输 入 电 压 下 , 可 优 化 高 压 转 换 器 的 操 作 在 均 效 率 。 用 于 功 率 初 级 控 制 端 和 监 控 电路 。 最 大 电 流 为 3mA时 . 在 输 出 电 压 为 1— 3VD 以 负 输 出 端 为 参 考 电 位 ) 辅 助 电源 的 9 2 C( 。 典 型 应 用 为 启 动 光 耦 合 器 。 隔 离 电源 正 常 信 号 (/ K 。 PO )
p we u p y d sg o r s p l e i n,d v l p d P C p w r s p l y HAM d l a i l t c u e,sa l e o ma c , h g e e o e F o e u py b mo u e h s a s mp e sr t r u tbe p r r n e f ih
Vicor电源模块应用技术-基础电子
Vicor电源模块应用技术-基础电子简介固定翼时间域航空电磁法具有探测深度大、测量高的技术特点,是我国急需的快速高效的大深度矿产勘查装备技术。
中国地质科学院已成功研制了基于国产Y12IV型专用飞机,具有完全自主知识产权的固定翼时间域航空电磁系统空中样机。
为了匹配飞机电源和大功率发射机,需要研制由大功率稳压充电电源和大容量储能器构成的电源系统,为发射机提供满足要求的电压和功率。
Y12飞机只能提供5.6kW的输出,经过简单计算,要实现600A 峰值电流和50万A·m发射磁矩,飞机电源的瞬时供电能力至少要达到28.8kW。
在保持平均功率不变的条件下,提高电源的瞬时放电能力。
电容器就是适用的一种功率变换装置,它既有储能的作用,也具有快速放电的能力。
因此,采用电容器作为飞机电源和发射机之间功率匹配的接口,是解决飞机电源瞬时功率不足的有效方法。
根据计算,这个电容值会达到法拉级,直接挂接飞机电源,会导致瞬间短路。
另外,飞机电源和发射机之间还存在阻抗匹配问题,要求的电源电压超过了飞机电源的28V。
因此,必须在飞机电源和储能电容器之间设计具有限流功能、升压功能、电气隔离功能的DC-DC 变换充电器。
01系统设计设计的大功率直流变换电源如图1所示,主体由16块平均功率为400W的DC-DC模块组成,该类型开关电源模块具有同步脉冲控制接口,可以组成串并联阵列。
每个模块的输出电压为18~36V可调;其中每8块并联可实现90A的额定输出并联模组;两个这样的模组串联后,可实现36~72V输出,额定功率达到6.4kW。
Vicor电源模块应用技术图1 大功率直流变换电源02Vicor电源模块选用Vicor大功率电源模块来构建大功率直流充电器,图2为Vicor电源模块内部等效电路图。
图2 Vicor电源模块内部等效电路图模块功能管脚说明:+IN和-IN:电源输入,一般为宽压输入(考虑飞机电源为28V,选用18~36V系列)。
基于VICOR模块的通信基础电源的设计
B MD是 谐 波 衰 减 倍 增 器 。 由于 谐 A
输入 20 2 V交流 电压 后 ,经 过 压 波 衰 减 模 块 内部 具 有 功 率 因素 校 正
标 是 输 入 电 压 2 0 A 2 %、输 出 敏 电阻 、E 滤 波 、桥式 整 流器 ,瞬 电路 , 因此 可 以 把 功 率 因 数 提 高 到 2 Vc-0 4 MI DC+ 8 /0 4 V 2 A、输 出 电 压 调 整 范 围 态 电压 抑制 器 转变 成 3 V左右 的 直 09 .9,同时将输 入的 + 1 V电压提升 30 1 0 +9+ 9 4 - 5 V、效 率 8 %、电压稳 定度 流 电压 输入 功 率 因素 校正 电路 。E 到 + 7 V,供 给 后 级 D D 0 35 C- C变 换 电 MI <05 .%、负 载稳 定度 < 15 .%、纹 波 滤 波 选 用 了 Vc r 司 配 套 的 电 源 滤 路和辅助电源。 i 公 o
■ 中国电子科技集 团公 司第二十研究所 程强
本 电 源 主 要 采 用 了 Vc r 司 的 io 公
I 作 原 理
开关 电源原理框 图如 图 1所示 。
公 司 的谐 波 衰 减 模 块 VI A — MD、VI H — B MD以 及 高 压 滤 波 电 a i to C
基 于VI COR 块 的通 信 基 础 电源 的设 计 模
AD s f o e  ̄no mmu i t nP w r u pyB s do I O o vr r C nc i o e p l a e nVC R C n et ao S o
中 VI AMD 是 谐 波 衰 减 驱 动 器 ,V - . H }
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
Vicor之DC-DC设计指南和应用手册
全型、小型、微型系列的 DC-DC 转换器是 Vicor 以先 进的设计和制作程序来制造的模块;是公司整体元件功 率解决方案战略中的核心部分 (图 1-1)。该些模块齐备 多样且不受限的标准版本,以至于几乎分不清客制或标 准模块间的界限。
模块的控制器、电磁、开关和封装部件的独特设计,造 就了一个功率密度高达 120 W/in3 (7.3 W/cm3) 的元件, 有三种封装大小:
5.7 Vdc (0-3 mA)
SW2
-IN
SW 1、2 和 3 显示在“故障”位置
50Ω SW3 1.23 Vdc
+OUT
1 K SC
6K
-OUT
[a] 不适用于 300 Vdc 输入系列
图 2-2b ─ PC 和 SC 模块警报逻辑 (微型模块)
+IN PC 4 kΩ “模块已使能” PR -IN
10
48 - 52
11
53 - 55
12
56 - 61
13
62 - 66
14
67 - 71
15
72 - 75
16
76 - 79
17
80 - 87
(852)2956-1782 vicorhk@
Rev.4.0 第1页
1. 高密度 DC-DC 转换器技术
设计指南和应用手册
仰视图
• 标准的 MLP 功率元件 • 高效率的检放装置
基板
• 简化的基板结构
模块型号 模块号码 及 日期代码
顶视图
• 可实现较高生产效率的表贴安装元件 • 标准的回流工艺
图 1-2 ─ 全型模块的装置体现高水平的集成。
一种基于Vicor电源模块的CPCI电源的上电时序控制电路
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)申请公布号CN203241741U(43)申请公布日 2013.10.16(21)申请号CN201320222687.4(22)申请日2013.04.27(71)申请人浪潮集团有限公司地址250101 山东省济南市高新区舜雅路1036号(72)发明人赵素梅;柯华英;梁智豪(74)专利代理机构代理人(51)Int.CI权利要求说明书说明书幅图(54)发明名称一种基于Vicor电源模块的CPCI电源的上电时序控制电路(57)摘要本实用新型提供一种基于Vicor电源模块的CPCI电源的上电时序控制电路,属于控制电路领域,其结构包括CPCI接口电源输出、电源输入、Vicor模块1、Vicor模块2、Vicor模块3和Vicor模块4,电源输入分别与Vicor模块1、Vicor模块2、Vicor模块3、Vicor模块4相连接,Vicor模块1、Vicor模块2、Vicor模块3、Vicor模块4再分别与CPCI接口电源输出相连接,在Vicor模块1上设置有光耦逻辑控制电路,光耦逻辑控制电路再与Vicor模块2、Vicor模块3、Vicor模块4相连接。
本实用新型和现有技术相比,具有设计合理、结构简单、使用效果好等特点。
法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2013-10-16授权授权权利要求说明书一种基于Vicor电源模块的CPCI电源的上电时序控制电路的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书一种基于Vicor电源模块的CPCI电源的上电时序控制电路的说明书内容是....请下载后查看。
VICOR电源模块应用中的可靠性设计
VICOR电源模块应用中的可靠性设计摘要:本文介绍了VICOR电源模块的性能特点,同时论述了模块在实际应用中需要采取的一些可靠性设计措施,以保证整个低压电源部件的高可靠性关键词:VICOR电源模块可靠性1.VICOR电源模块简介[1]VICOR电源模块是美国怀格公司生产的集成化开关电源器件,是目前世界上性能最好,效率最高,功能最全,可靠性最好的电源模块之一。
VICOR电源DC-DC变换器是采用准谐振式零电流(和零电压)开关技术,其转换效率高达80~90%,MTBF ≥200万小时,功率密度≥50W/in3。
图1(a)(b)分别示出了VICOR电源DC-DC变换器的电原理图和外形图。
图1(a)VICOR电源DC-DC变换器的电原理图图1(b) VICOR电源DC-DC变换器的外形图2.VICOR电源在实际应用中的可靠性设计VICOR电源模块的高性能和高可靠性为我们设计高可靠的低压电源提供了先决条件,但VICOR电源模块只是组成低压电源的一种器件,怎样利用这些器件并设计合理的外围电路构建成一个完整的可靠性高的电源产品是电源设计者的任务。
一个好的器件,必须要正确地合理的应用,为其尽可能地提供良好的条件和环境才能充分发挥产品的性能。
VICOR电源模块应用中的可靠性设计的目的便是改善其应用条件和环境。
2.1 VICOR电源引出端子的正确连接与应用[2]DC-DC变换器VI-200和VI-J00是VICOR电源的核心器件,它有9个引出端子,正确连接和合理应用这些端子对发挥其功能,保证其可靠性有着至关重要的作用。
1.直流输入脚+IN、-IN。
输入直流电压的正、负端分别连接到+IN和-IN,该电压实际是加在了内部的高频变压器初级绕组与场效应管的串联回路上,场效应管的极限电压和电流就决定了输入电压和电流的极限值,而输入过欠压保护电路将能起到限压和限流的作用。
2.直流输出脚+OUT、-OUT和输出电压检测脚+S、-S。
Vicor DC-DC 转换器模块, AC-DC, 电源系统
甚么是Y电容? 我可以用其它电容吗?Y-capacitors 功率转换模块一般需旁路电容对输入线至机箱(大地)才能符合EMI标准,去分流共模噪声电流及将它们保持在转换器局部。
如转换器操作在整流后之交流线电压情形下,旁路电容损坏会导至过量漏电流到机箱,产生接地错误及电击危险。
因此,建议使用一种通称为“Y-电容”的特别类型电容,这种电容使用独特的“自伤愈”介质特性以避免过量漏电。
要满足一般EMI/RFI规定,Vicor建议所有功率转换模块都使用Y-电容。
Y-电容符合IEC384-14、EN132400及UL1283标准。
所有使用DC-DC转换器的应用即使无要求符合EMC标准都应适当地旁路,把输入及输出引脚都旁路到模块基板。
引线要尽可能短。
电容值因模块的输入前端(如存在)特性而异。
在印刷电路板上应用,这些器件通常足够细小而可藏在基板凸沿之下。
遥感和本感有甚么不同呢?本感指以电源输出端口作为感应点,反馈到内部稳压电路。
遥感指在远离电源输出的端点作输出电压检测,使电源能稳压输出及补偿长电缆有关的压降。
感应连接(以感应端口)决定稳压的端点,要么在转换器输出(本感),要么在负载端点(遥感)以补偿压降。
正如上述,令模块操作正常,闭合感应线是十分重要的,即是把+S连到+OUT,-S连到-OUT。
第二代的全砖及半砖模块更是绝对必需的。
Vicor模块需要散热片吗?这取决于应用上多项因素;如模块所在的最高环境温度、有否强制对流、负载特性及转换器的效率等。
有一点需要注意,是比较带基板的模块与及开露或露板转换器的封装,如有需要装散热器,前者较为灵活及容易。
PFC是甚么? 它对我有甚么意义?现今的电子器件对AC源虽非线性负载,即是,加上正弦电压时,它们不取正弦电流,电压及电流的相位可会是非常接近,但它们的波型则“大相径庭”。
这样的结果是较高的视在功率及相应减低功率因素。
但是,由于没有明显相位差,这样功率因素不能说成是滞后或超前的。
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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
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示灯。
在这里,电源处于欠压状态时仅通过指示灯来指示。
电磁兼容
电路传输线间的传导干扰、开关噪声、辐射噪声、负载的容感性等等问题都会产生电磁干扰。
就干扰本身来说,它必备三个条件:干扰源、耦合路径和敏感源。
在电磁兼容设计过程中,主要从减小干扰源、阻断干扰路径和加强电源自身抗干扰能力这三个方面着手。
在结构方面,我们将电源机箱设计为一个相对密封的屏蔽腔体。
腔体底部设计为独立风道,风道后部安装轴流风机,风道、轴流风机与屏蔽腔体隔离,这样既增强了散热又加强了开关电源的屏蔽效果。
在电路方面采取了如下几项措施:
1、为了避免传导干扰,在输入端选用了Vicor公司配套的EMI滤波器,并且使交流输入端和滤波器端子尽可能靠近,连线尽量短,滤波器的外壳和机壳紧密相连,良好接地,这样避免了外部的干扰通过输入线传导至电源内部。
2、在PCB布线上:通过大面积铺设地线网,减小地线电感来降低噪声;尽量缩短信号线、电源线和功率线,电流环路也尽可能小,从而减小印制板对干扰信号的耦合;所有芯片的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”原则。
3、电源模块本身使用了高频ZCS开关技术,ZCS大大降低了变换过程中开关管的导通和关断时的dv/dt与di/dt,使模块本身的开关噪声和辐射噪声干扰变的很小;同时模块本身的抗干扰能力就比较强,因此在作为干扰源和敏感源方面,电源模块都展现出了较好的电磁屏蔽功能。
另外,在模块和机壳之间使用Y电容来减小共模电流,并在输出端采用共模电感,加入LC滤波器。
结论
本电源完全满足技术要求并且顺利通过了电磁兼容的传导和辐射测试。
利用Vicor模块设计的通信基础开关电源和分立元件的设计相比,电源模块集成度高、体积小、功率密度大,从而可靠性、稳定度相对较高,并且安装方便,故障判断和维修也相对容易。