通信电源电信网的动力Word文件下载.docx

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将低压的MOSFET与低压的（正向压降小的）肖特基二极管封装在一起，可提高低压电路的效率1.5～4％。

低压的MOSFET具有极小的通态电阻，例如：

20V、61A的MOSFET通态电阻RDS（on）=0.013Ω，更适合于作为“同步”器件，更适合于3.3V、1.8V的CPU供电，使低压开关电源的效率常可达90％。

低电荷的MOSFET的Miller电容减少85％，栅极电荷下降40％，开关损耗减小一半，工作频率可达1MHz。

　　软复原的大电流超快复原二极管，可减小复原过程中发出的噪音干扰。

硅肖特基二极管有专门小的反向复原时刻（约10ns），低的正向压降和低的反向耐压，现在已有耐压高到200V的产品，若用于有预调级的48V通信用整流器的输出整流，可提高效率。

　　变换器用的各种新型集成电路操纵芯片，如多种PWM的电流型操纵芯片、移相桥式变换器的操纵芯片、功率因数校正操纵芯片等都从国外进口。

　　我国高频铁氧体磁芯的性能有专门大提高。

扁型铁氧体磁性与印刷绕组减小变压器的高度与体积。

非晶态磁芯、超微晶和纳米晶磁芯的饱和磁通密度大，体积小，已能够在150kHz以下与铁氧体竞争。

纳米晶磁芯的高频损耗更小，有利于制作高频饱和电感。

电解电容器的体积在小型化。

大电流高频无极性电容器，需要小的引线电阻和小的寄生电感，每引出端需数十个焊点的工艺也可生产。

数百根芯线的高频Litz电缆减小绕组的高频集肤效应损耗，焊接容易。

铝板与印刷电路板的复合板使散热与电路紧密结合，改善散热、缩短引线、减小干扰、减小体积。

3.减小功率晶体管开关缺失

（1）回能吸取电路［1］：

是将缓冲（snubber）电容上的储能返回电源或负载，或称为无损吸取电路。

（2）有源箝位：

是将电容器上的储能，由功率晶体管操作，在所需时刻加以利用。

　　（3）MOSFET与IGBT并联运行［2］：

利用了IGBT通态压降小、MOSFET关断速度快的优点组合成一个性能优良的等效开关器件，此方法可应用于各种电路。

IGBT工作在软关断状态，但电路属硬开关性质，可用回能吸取电路减小MOSFET的关断损耗。

由于其辅助电路简单，只要驱动脉冲配合好，不论在满载或空载，两管的工作都能自动适配，负载电流小时两管电流同时减小。

MOSFET中没有过大的峰值电流，可靠性高。

没有像零电压开通ZVS和零电流转移ZCT谐振电路所有的几乎是固定的对应于近于两倍额定负载重量的峰值电流。

　　（4）零电压开通（ZVS）和零电压转换（ZVT）：

主开关管并联一吸取电容，减小关断损耗，相当于回能吸取电路；

零电压开通（ZVS）工作过程是先将电容电压放电到零，再开通主开关管。

零电压转换（ZVT）是指在主开关管两端并联一谐振电感与辅助开关管串联通路，来实现零电压开通的电路。

　　（5）零电流关断（ZCS）和零电流转换（ZCT）：

是指先将主开关管的电流减小到零，再关断主开关管。

零电流转换（ZCT）是指在主开关管两端并联一谐振电容、谐振电感与辅助开关管串联通路，来实现零电流关断的电路。

数年来学术界、科技界对（4）、（5）两项内容，对多种电路作了大量研究。

4.通信用开关整流电源的要紧方案

　　大功率通信用整流器中的直流（DC/DC）变换器部分以脉宽调制（PWM）、移相桥为多。

（1）双管正激和双正激变换器：

后者常由两个双管正激组成，由于双管正激可不能显现共态导通、可不能显现不稳固的直流磁化、易从空载到满载运行，技术问题少，可靠性良好等优点；

最早受到重视。

但双正激要多用二极管，变压器、电感等器件。

但双正激变换器在功率不大时也可加以简化［3］。

（2）半桥变换器：

电路与典型的双正激相比器件较少，也能够用两个半桥电路在输入侧串联，承担高输入电压，合用一个有两个初级绕组的变压器，组成复合半桥变换器，用于大功率。

现在由于开关管的关断速度快了，共态导通问题容易解决。

采纳电流操纵型芯片操纵时的上下两管显现的不对称，也能妥善解决，可靠性能够保证，应用日见普遍。

　　以上方案采纳PWM操纵，容易实现负载在宽范畴（例如含轻载和空载）内变化条件下可靠运行。

　（3）移相全桥变换器：

用移相操纵来实现PWM原理调剂输出电压，在不增加功率晶体管情形下就可实现零电压开通（ZVS），具有相当高的效率。

但差不多电路在轻载和空载时，零电压转换有困难，可靠性降低。

幸而大系统的通信电源负载电流变动较小，且多台并联运行，可调整运行台数，幸免轻载运行。

5．当前DC/DC变换器方案研究简介

5.1移相全桥变换器电路的改进

　为使移相全桥变换器能用于轻载或空载，多种改进方案如下：

（1）变压器初级串联饱和电感，使小电流下的储能相对增大，但对电感磁芯材料要求专门高，容易过热。

（2）变压器次级整流二极管串联饱和电感，防止变压器在换流期次级短路，可利用滤波电感及变压器激磁电流储能，ZVS最小负载电流可小到1/8额定电流。

磁芯材料及发热较易解决。

　　（3）滞后半桥中点加电感La，连到直流分压电容中点，见图1，电感电流峰值与输出电流无关，能确保滞后半桥ZVS。

类似电路有多种：

如电容和二极管并联的。

　　（4）零电压零电流开关（ZVZCS）：

即导前半桥为ZVS，滞后半桥为ZCS。

方案有多种：

图2为变压器次级有源箝位ZVZCS移相全桥电路［4］，VT5在VT3或VT4关断之前导通，引出箝位电容电压将变压器电流减小，实现近似的ZCS。

　　另一个不增加开关管的方案是：

取用较小的耦合电容Cb，电容电压能在导前相关断后，使变压器电流迅速减小。

滞后相采纳反向阻断型的IGBT（无反并联二极管VD3、VD4），可幸免电容反向振荡，现在有内串正向二极管提高反向耐压的IGBT可供选用。

5.2三电平DC/DC变换器的研究

　　三电平（TL）是指输出波形有正、零、负三种电平。

其每管耐压仅为输入电压的1/2。

有两种形式：

（1）形似半桥变换器扩展而成的三电平变换器［5］［6］，见图3，由四开关管串联组成，并用二极管将每管耐压限幅在输入电压Uin的1/2。

工作原理与移相桥有专门多相似之处，如VT1、VT4为导前相，VT2、VT3为滞后相，由移相操纵实现PWM，变压器初级峰值为Uin/2。

次级采纳倍流整流［7］（CDR）电路时，变压器的结构最为简单，绕组的利用系数最高。

（2）由移相全桥变形而来［8］：

将导前半桥（完整半桥）与滞后半桥串联由输入电压Uin供电，就成为该方案的三电平变换器。

因此，变压器初级的隔直电容不可没有，其耐压为Uin/2。

6.功率因数校正的进展

6.1单相输入的功率因数校正

　　常用的电路由升压变换器组成，差不多电路为硬开关PFC电路。

可与各种吸取电路相配合，采纳各种减小主开关管VT1开关缺失的措施。

例如：

软开关的零电压开通（ZVS）PFC电路，见图4（但没有C1及VD2）。

主开关管VT1的并联电容C1为吸取电容，在主开关管开通前必须先将辅助开关管VT2开通，经L1将C1上的电压谐振放电到零，使VT1在零电压下开通，减小开通损耗，提高效率。

此电路的辅助开关管VT2是在大电流下硬关断的，尚有较明显发热.

　　改进的方案［9］［10］有辅助管加回能吸取电路，见图中C1、VD2。

VT2截止时，L1的电流对C1充电，电压缓升，起缓冲电容的作用，当VT1关断时，如同自举电路，将C1的电位举起，对输出侧放电回能。

6.2三相输入的功率因数校正

　　目前常采纳简单的无源功率因数校正，例如在三相整流桥的输入侧或输出侧串入小电感，使电流的峰值小些，功率因数可达0.92～0.93。

但目前国际标准IEC1000-3-4的要求较高［11］，研究的方案较多。

6.2.1三相单管功率因数校正方案［12］

仅用一个主开关管，电路简单，功率因数可达0.955。

主电路见图5，是三相升压型变换电路，主开关管VT1差不多上工作于等脉宽的PWM状态，经三相整流桥使三相高频储能电感L1、L2、L3同时储能或放能升压，输出直流电压750V～800V。

电感量小，工作在电流不连续（DCM）状态，使高频开关周期内电流的峰值正比于相电压的瞬时值，使谐波电流较小，功率因数提高。

但储能开释过程中电流并不正比于输入电压，三相电流波形仍有畸变。

采纳零电流关断（ZCT）能最大限度地减小IGBT的关断损耗。

改进型零电流关断电路见图5中辅助开关管VT2接到输出电压Uo，在主开关管关断之前辅开关管VT2导通，使UO经Lr、VT1、VD8对Cr谐振反向充电，在放电过程中，将主开关VT1的电流减小到零，实现零电流关断。

6.2.2三相三开关PFC改进方案［13］

（1）每相的储能电感有各自的交流开关来操作，组成升压倍压整流器，每相工作状态如同单相升压型PFC，电感电流连续，理论功率因数为1。

（2）应用了三电平技术，开关管与二极管的耐压与单相PFC电路的相同。

（3）操纵电路与三个单相升压型PFC电路的大体相同。

6.3单级高功率因数整流器

　　　　将PFC与DC/DC两级合成一级的整流器方案，要求输入高功率因数、输入与输出相隔离（Off-Line）、输出低纹波。

单级整流器可减少器件和功率损耗。

6.3.1电流源变换器组成的三相Off－LinePFC［14］

　　图7的初级电路中同时导通时，电感Lf储能；

当VT1或VT2单管导通时，Lf放能升压。

两管轮番导通如同推挽变换器，但运行期间，两管不承诺都截止。

操纵电路相应复杂。

6.3.2反激式变换器组成的隔离型三相PFC［15］

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图8输入高功率因数，输出杂音能够解决，操纵电路最简单，如同单端DC/DC变换器，输入侧必须有专门好的抗干扰滤波器。

适用于较小功率。

7.其它

其它电路变换器方案及问题、供电系统、防雷与接地、阀控电池、监控等情形和进展，已在相应参考文献［3］、［16］中叙及。

参考文献

1喻建军.具有无损耗缓冲电路的软开关双管正激式变换器.通信电源技术,2001,4

2李长明.低损耗的IGBT/MOSFET并联开关在开关电源中的应用.通信电源技术,1997年6月，第2期

3黄济青.通信电源的技术动态电信快报.2001（8）

4徐曼珍.全桥PWM-DC/DC变换器谐振技术的进展.通信电源技术，2000年3月，第一期

5徐德鸿.中、大功率高频隔离PWMDC/DC功率变换器拓扑.第13届全国电源技术年会论文集,1999年

6李斌，阮新波，李金钟.倍流整流方式ZVSPWM三电平直流变换器.第14届全国电源技术年会论文集，2001年

7郑国青，华伟.新型倍流整流器电路的研究.通信电源技术，2002年8月，第四期

8王正仕.高输入电压三电平零电压软开关DC/DC变换电路.第13届全国电源技术年会论文集，1999年

9MaoHengchun，Fred.C.Lee.ReviewofPowerFactorCorrectionTechniques，IPEMC'

97

10何茂军，李晓帆，付应红.一种新型ZVT-PWM软开关BOOST变换器.通信电源技术，2001年6月，第二期

11秦棣祥.通信电源中几个问题的探讨.通信电源技术，2001年6月，第二期

12黄济青，屈毅，黄小军.三相单管改进型零电流关断功率因数校正器的研究.第14届全国电源技术年会论文集，2001年

13陈永真，王国玲.电流连续型三相PFC.第14届全国电源技术年会论文集

14陈永真，王国玲.三相电流连续型Off－LinePFC.第14届全国电源技术年会论文集

15黄济青.一种无低频滤波器的交直变换器主电路方案及试验.通信电源论文集，1982年

16黄济青.通信电源的进展现状及展望.运算机与通讯.北京：

人民邮电出版社，1999（3）

通信用高频开关电源的进展及对技术指标的探讨

近十年来，随着电信事业突飞猛进的进展，通信电源作为电信网的基础，也取得了长足的进步。

高频开关电源涉及电子、微电子、传感器、运算机、网络等多种技术，在电信行业的应用越来越广泛。

本文从多个侧面浅析我国通信用高频开关电源的进展，并对几个重要的技术指标做一探讨，试述其标准要求和测试方法等。

一、通信用高频开关电源的进展

　　１、技术进展

　　九十年代初，相控电源占主导地位，可能专门多人还对那笨重的机架、硕大的工频变压器经历犹新。

高频开关电源的应用为电信建设带来了崭新的气象，先进的技术是高频开关电源得以迅速推广的重要因素。

　　高频开关电源最早采纳的是脉宽调制（ＰＷＭ）技术，它的特点是用２０ｋＨｚ的脉冲操纵开关变换器，效率可达７０％，体积小，重量轻，相关于线性电源，是技术上的一大突破。

之后，新型高频功率半导体器件，功率ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ的开发使开关电源向高频化进展，开关频率可达３００－４００ｋＨｚ，从而获得更高的功率密度。

然而在硬开关模式下，开关过程中电压上升／下降和电流上升／下降波形交叠产生损耗，且随着开关频率的增高而加大，因此软开关技术、准谐振技术的研究形成热点，重心确实是减少这种波形的重叠，实现零电压／零电流开关。

我国已将其应用于６ｋｗ通信用高频开关电源中，效率达９３％。

　　有源功率因数校正技术（ＡＰＦＣ）的开发，提高了ＡＣ－ＤＣ开关电源功率因数，既治理了电网的谐波"

污染"

，又提高了开关电源的整体效率。

操纵技术的进展，如电流型反馈操纵方法，使开关电源动态性能有了专门大提高。

新型磁材料和新型变压器的开发，新型电容器和ＥＭＩ滤波器技术的进步，专用集成操纵芯片的研制成功，使开关电源小型化，并提高了ＥＭＣ性能。

微处理器监控的应用，提高了电源的可靠性，也适应了市场对其智能化的要求。

　　总之，回忆开关电源技术进展史，我们能够看到，高效率、小型化、集成化、智能化、高可靠性是大势所趋，也是今后的进展方向。

　　２、生产进展

　　在通信电源领域，民族产业一直占有举足轻重的地位。

在开关电源应用的起步时期，专门多生产厂家采取的差不多上小作坊式的生产模式，通过十余年的不懈努力，逐步向大规模生产转化，产品也从单一品种走向系列化。

现在，中国已形成一批上亿元、甚至１０亿元以上产值的电源企业，有些产品已进入国际市场。

１９９１年国内通信电源投资额为人民币０．８亿元，到１９９５年增加到１０亿元，到１９９８年增加到３０亿元，１９９９年全国通信电源市场容量为３５亿元以上。

从１９９１年到１９９９年增长４３倍，进展速度惊人。

中国电源市场竞争和进展的结果必定促进产业内部的分化和组合，优胜劣汰，形成一批强大的企业主导市场。

加入ＷＴＯ后，国内市场国际化，今后市场的竞争将是质量的竞争、技术的竞争、人才的竞争、服务的竞争。

企业要坚持高起点、高标准，千万不能急功近利。

　　３、市场进展

　　市场需求是电源产业进展的强大推动力。

九十年代初，通信领域开始引入高频开关电源时，只是４８Ｖ／１０Ａ、４８Ｖ／２０Ａ模块组成的小系统，１９９５、１９９６年进入了一个大进展时期，装机容量５年就扩大了三、四倍，显现了５０、１００、２００Ａ模块组成的几千安培的大系统。

１９９９年固定网相控电源的改造约６－８亿元，新建交换、传输等网络的配套电源约５－７亿元，这说明程控交换机配套电源市场差不多趋于平稳。

移动通信紧接着成为进展热点，１９９９年比１９９８年新增移动用户约２４００万，新建移动基站约２．４万个，配套电源约２０亿元，２０００年的进展步伐更快。

近两年，接入网的建设吸引了大量投资，截止到２０００年６月３０日，中国上网用户已达１６９０万，上网运算机数为６５０万台，而现在的接入网设施远未满足需求，接入网电源市场的进展潜力和空间庞大，丝毫不亚于移动通信电源的市场。

　　４、标准制订

　　九十年代初，高频开关电源的应用刚刚在电信行业起步，适时颁布的《通信用高频开关整流器》和《通信局（站）电源系统总技术要求》等标准对指导生产、服务用户起到了重要作用，为高频开关电源在电信行业的迅速推广也起到了积极作用。

随着市场的扩大，用户对电源智能化程度的要求越来越高，有关通信电源集中监控的标准相继被推出。

随着技术不断进步，体会逐步积存，我们深感行业标准急需修订，技术指标需要改进，测试方法需要完善，内容需要增加，例如动态响应、电磁兼容等，为把好产品质量关提供更可靠的依据。

二、对技术指标的探讨

　　１、杂音

　　ＹＤ／Ｔ７３１－９４《通信用高频开关整流器》中对杂音的要求比较全面，包括峰峰值、宽频、衡重和离散杂音，但由于与杂音这一术语相近的名词较多，假如不了解它们的对应关系，就会产生疑问。

峰峰值杂音是用足够带宽的示波器测量的，是波形最大与最小值之差。

宽频杂音是利用带通滤波器截取一定带宽内的杂音而测得的真有效值。

衡重杂音是通过衡重网络后的宽频杂音，要紧衡量对通话话音质量的阻碍。

离散杂音是用选频电平表或频谱分析仪测得的单一频率上的幅值，较大值多显现于开关频率的倍频点上。

ＩＥＣ标准中提出"

周期和随机漂移"

（ＰＡＲＤ）一词，定义周期部分为纹波，随机部分为噪声，纹波与开关频率的谐波有关。

欧洲地区标准ＥＴＳ３００１３２－２中显现的"

窄带杂音"

，与上述的离散杂音的含义相通。

高频段的杂音往往能够通过选取适当的滤波电容来降低，而降低低频段的杂音却是通过调整回路而不是滤波回路来解决的，电压调整速度快，动态响应好，低频段杂音就小。

　　２、功率因数和谐波电流

　　为了减小市电干扰对电源测试的阻碍，一样测试时被测电源都接在净化电源上，而我们发觉有的电源接在净化电源上工作时，电压失真度、谐波电流比较大，功率因数小，换到市电时，功率因数却提高了。

在实际应用中，高频开关电源有接到柴油发电机组的情形，并不总是接市电，因此有必要分析这种现象的成因，利于生产厂家改进。

从表面上看，被测电源接在市电上工作正常，接在净化电源上不行，那么，一定是净化电源出了问题，事实上不然，根源依旧在被测电源上，关键确实是被测电源工作时产生的谐波电流太大。

市电电源内阻专门小，吸取谐波电流的能力专门强，因此没有造成专门大的电压失真，功率因数也比较高，而净化电源的内阻以及柴油发电机组的内阻不能忽略不计，它们吸取谐波电流的能力有限，就会造成大的电压失真，功率因数就小，但假如被测电源的功率因数校正部分做得专门好，功率因数专门高，工作时产生的谐波电流就可不能超出净化电源的吸取能力。

实际当中，通过提高柴油发电机组的容量以提高吸取谐波电流的能力就意味着加大成本，因此全然的解决方法依旧改进开关电源的功率校正电路，降低谐波电流，减小对电网的污染和能量损耗。

　　３、动态响应

　　动态响应是评定开关电源稳固性的重要指标，超调量和复原时刻受到电流阶跃量、电流变化率和允差带的阻碍，而行业标准中仅对电流阶跃量做了限定，使得实际应用中可操作性不强。

开关电源的输出回路中或测试连接回路中必定存在一定电感，而电流变化率和电感的乘积将产生一定的感应电势。

因此，电流阶跃并不是理想的，总存在一定的斜率，假如不规定电流变化率，测量结果就缺乏可比性。

在美国工业标准中一样取电流变化率为２Ａ／μｓ或５Ａ／μｓ。

另外，还应统一测试方法，若用空气开关手动操纵负载的突加突减，空气开关的抖动时刻就差不多超过了复原时刻的要求，致使测量结果不准确，因此应采纳可操纵电流变化率的电子开关来通断负载。

直流模块电源的进展趋势及热点探讨

在通信领域中，直流-直流模块电源广泛应用于交换、传输、接入、无线、数据等通信以及监控设备。

如何迅速推出高质量、高可靠性、低成本的模块电源以提高产品竞争力，是每一个业界人士都关注的课题。

以下将从多个侧面浅析直流-直流模块电源的进展趋势，并对热点问题进行探讨。

　　一、直流-直流模块电源的进展趋势

　　为了满足市场对电源性能不断提高的要求，直流-直流模块电源开始向高效率、高功率密度、低压大电流、低噪音、良好的动态特性以及宽输入范畴等方向进展，薄型化、模块化、标准化并以积木的方式进行组合的电路拓扑结构得到了日益广泛的应用。

下面就其重点加以分析。

（1）高效率、高功率密度

　　现在通信产品日趋小型化，必定要求模块电源减小体积、提高功率密度，而提高效率是与之相辅相成的。

目前的新型转换及封装技术可使电源的功率密度达到188W/in3，比传统的电源功率密度增大不止一倍，效率可超过90％。

之因此能达到这些指标，应归功于微电子技术的进展使大量高性能的新型器件涌现出来，从而使损耗降低。

较典型的是高性能的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs），其在同步整流器中取代了传统设计中使用的二极管，使压降由0.4V降到0.2V；

功率MOSFET制造商正在开发导通电阻越来越小的器件，其导通电阻已由180mΩ降到18mΩ；

高度的硅晶片集成使元件数目减少2/3以上，结构紧密、相关于分立元件的布局减小了杂散电感和连线电阻。

高效率可使功耗相对减少，工作温度降低，所需的输入功率减少，也提高了功率密度。

（2）低压大电流

　　随着微处理器工作电压的下降，模块电源输出电压亦从往常的5V降到了现在的3.3V甚至1.8V，业界推测，电源输出电压还将降到1.0V以下。

与此同时，集成电路所需的电流增加，要求电源提供较大的负载输出能力。

关于1V/100A的模块电源，有效负载相当于0.01Ω，传统技术难以胜任如此高难度的设计要求。

在10mΩ负载的情形下，通往负载路径上的每mΩ电阻都会使效率下降10%，印制电路板的导线电阻、电感器的串联电阻、MOSFET的导通电阻及MOSFET的管芯接线等对效率都有阻碍。

　　新技术的进展能把对电路整体布局至关重要的功率半导体和无源元件集成在一起，构成功能完善的差