通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展,开关电源在通信系统中处于核心地位,并已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将高频整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC-DC)变换器称为二次电源。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,这就对高频开关电源技术 提出了更高的要求。通信高频开关电源的*新发展非晶态钎焊材料
1 高频开关电源的应用优势
(1)体积小,重量轻
高频变压器取代了传统电源中的大而笨重的工频变压器,使得电源越来越小型化、轻量化。
(2)工作频率高
工作频率高,使输出滤波电路可以实现小型化。
(3)功率因数高
高频开关电源利用有源功率因数校正电路,功率因数可达0.98以上,而传统电源波形畸变,对电网上的弱电设备有严重的干扰。
(4)效率高,节省能源
高频开关电源的效率一般在88~95%,传统电源一般在70%以下。
(5)动态响应好
高频开关电源的工作频率高,对负载和电网的动态响应远远优于传统电源。
(6)纹波小
高频开关电源的输出纹波一般都比传统电源小。
(7)噪音低
高频开关电源的工作频率在人的听觉范围之外,可闻噪音要比传统电源低很多。
(8)扩容方便
高频开关电源一般采用模块式结构,维护、扩容比较方便。
(9)便于采用合理而又灵活的配置
在现代通信系统中,采用高频开关电源模块时,一般采用N+1供电方式。即在满足设计负荷所需的整流模块基础上,增加一个模块。平时N+1个模块同时供电,电流均分。当其中一个模块出现障碍时,总负荷由其他模块均分,故这种供电方式具有很高的可靠性。 通信高频开关电源的*新发展非晶态钎焊材料
2 通信高频开关电源技术的*新发展
通信用高频开关电源技术的*新发展基本上可以体现在几个方面:变换器拓扑、建模与仿真、数字化控制、磁集成以及制造工艺等。
2.1变换器拓扑
软开关技术、功率因数校正技术及多电平技术是近年来变换器拓扑方面的热点。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力,有助于变换器效率的提高;采用PFC技术可以提高AC/DC变换器的输入功率因数,减少对电网的谐波污染;而多电平技术主要应用在通信电源三相输入变换器中,可以有效降低开关管的电压应力。同时由于输入电压高,采用适当的软开关技术以降低开关损耗,是多电平技术将来的重要研究方向。
为了降低变换器的体积,需要提高开关频率而实现高的功率密度,必须使用较小尺寸的磁性材料及被动元件,但是提高频率将使MOSFET的开关损耗与驱动损耗大幅度增加,而软开关技术的应用可以降低开关损耗。目前的通信电源工程应用*为广泛的是有源钳位ZVS技术、20世纪90年代初诞生的ZVS移相全桥技术及90年代后期提出的同步整流技术。
(1)ZVS 有源钳位
有源箝位技术历经三代,且都申报了**。**代为美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术,将DC-DC的工作频率提高到1 MHZ,功率密度接近200 W/in3然而其转换效率未超过90 %。为了降低**代有源箝位技术的成本,IPD公司申报了**代有源箝位技术**,其采用P沟道MOSFET,并在变压器二次侧用于forward电路拓扑的有源箝位,这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关(ZVS)边界条件较窄,而且PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉,一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源箝位技术**,其特点是在**代有源箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载,所以实现了更高的转换效率。他共有三个电路方案:其中一个方案可以采用N沟MOSFET,因而工作频率可以更高,采用该技术可以将ZVS软开关、同步整流技术都结合在一起,因而其实现了高达92 %的效率及250 W/in3以上的功率密度。
(2)ZVS 移相全桥