3kW+LLC谐振式模块化通信电源

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｌＳＯ，ｇｉｖｉｎｇ ｍａｊｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ’ｄｅｓｉｇｎ．Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｄｅｌａｙ ｒｅｃｏｖｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｏｏ．Ｔｈｅｎ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆＬＬＣ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍａｉｎ
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浙江大学母Ｉｉ：学位论文
Ｖｏｕｔ Ｖ
图１．５双管正激式变换器原理图
Ｂ．反激式变换电路结构
Ｖｏｕｔ
ＰＦｃ广 卜
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圈１．６反激式变换器原理图 反激式电路相对于止激式电路，其所用元什更少，结构比较简单，成本也比较低，冈此 反激变换器能适合在多路输出场合中使用。图１．６中为撮基本的反激变换器拓扑，它通过副 边ＲＣＤ复位，元件利埘率较高，变换效率比较高。 反激电路结构的缺点在于：
本文以２２０Ｖ交流输入，４２ｖ一５８ｖ直流输出的ＡＣ／ＤＣ型模块电源单元为研究对象．选 用ＰＦＣ＋ＬＬＣ谐振回路为主电路拓扑。首先介绍了ＰＦＣ主电路和控制芯片，给山主要参数 的设计，并介绍ＰＦＣ电路的保护和延时电路；然后分析ＬＬＣ谐振变换器的工作原理，讨论 ＬＬＣ谐振变换器的主要特性．给出主要参数的设计，并介绍了ＬＬＣ谐振变换器的控制方案 和控制芯片，再次介绍了均流控制方法，重点研究分析了最人电流均流法和限流最人电流均 流控制，提出了非选择性哭同控制模式和选择性控制模式两种均流控制方案。最后设计制作 ２２０Ｖ交流输入，输山功率３ｋＷ的模块电源，并进行了不同谐振频率（４０ｋＨｚ与１００ｋＨｚ） 以及不同电路布局下的对比试验研究，以谐振频率为１００ｋＨｚ的模块电源为例，进行了并机 均流试验研究，给出了试验波形和结果。通过对试验结果的分析，验证了设计的可行性。最 后分析了不足之处以及今后可能的改进方向。
１．２．１多模块电源供电系统
相对于传统的集中式供电，分布式电源系统（多模块电源系统）利＿【｝ｊ多个中小功率的电 源模块并联来组建积木式的人功率电源系统：在空间上各模块接近负载，供电质昔高，通过 改变并联模块的数餐来满足不同功率的负载，设计灵活。每个模块承受较小电应力，开天频 率比较高，从而系统的功率密度也比较高。
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ＬＬＣ ｒｅｓｏｎａｎｔ，ｍａｊｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ’ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＩＣ
Ａｆｔｅｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈａｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｍａｘｉｍａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈａｒｉｎｇ ａｎｄ
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浙江人学硕Ｉ：学位论文
１．２．２单元模块电源的整机电路结构
单元模块化电源的结构和普通的直流电源类似，主要有单级和两级两种结构方式。单级 结构的模块化电源，由电网接入交流电，经不控整流送Ｄｅ／Ｄｅ功率级转换后，输出设定的稳 定直流电压或稳定直流电流，如图１．２。
－
交
整流
输
滤波
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ＰＦＣ
直流 输出
ａ）单级ＰＦＣ结构
ｏｕｔｐｕｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｍａｘｉｍａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｈａｒｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｍｏｄｕｌａｒｉｚｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｉｔｈ ２２０Ｖ ａｃ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ３ｋＷ ｏａｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｔｗｏ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｙｏｕｔ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ．Ｍｏｒｅ，ｔｗｏ ｍｏｄｕｌａｒｉｚｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｉｅｓ ｗｉｔｈ ｓａｍｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｌａｙｏｕｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｆｏｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｏｄｕｌａｒｉｚｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ｐｏｓｓｉｂｌｅ
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交
整流
输
滤波
－
ＤＣ ／ＤＣ
直流 输出
ｂ）整流滤波ＤＣ／ＤＣ单级结构 图１．２模块化电源单级结构 两级结构的模块化电源一般用丁－大功率电源系统，电网接入交流电，整流滤波经ＰＦＣ 级进行功率冈数校止后再送ＤＣ／ＤＣ功率级转换最后输出稳定直流电压或稳定直流电流，如陶
１．３。
交
直流
输
输出
图１．３模块化电源两级结构 以上两种结构相比而言，在模块化电源中由于要适应扩容后的大功率要求以及小电压人 电流的发展趋势，两级结构应用得更频繁，另一方面考虑要满足信息产业部发布的《中华人 民共和国通信行业标准》对功率因数的要求，两级方案也是模块化电源更合适的选择。
图１．１多模块电源供电系统结构图 图１．１是多模块电源供电系统结构，一般各个模块电源都是可热插拔式，并且为了保证 整个电源系统的稳定性，会备有Ｎ＋ｎ个模块电源，ｎ个模块电源作为后备模块，在一些模块 中如果有出故５亭退出Ｌ作的模块电源时，后备模块就相应的自动代替故障模块，从而增加了 电源系统的冗余性利可靠性。
关键词：模块电源，ＰＦＣ，ＬＬＣ谐振，限流最大电流均流法
浙江大学硕ｊｊ学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｌａｒｇｅｒ ｅａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ，ｍｏｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ
ｍｏｒｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｖａｒｉｅｄ ｌｏａｄ，ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｏｓｔ．Ｉｔ’ｓ ａ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｔｏ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ＳＯｕｒｃｅ，ｉｎｇｅａｄ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ＳＯｕｒｃｅ ａｐｐｅａｒ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ，ｗｈｉｃｈ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｎＯＷ ａｎｄ ｉｎ
Ａ．正激式变换电路结构
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图１．４单管止激式变换器原理图 止激ＤＣ／ＤＣ变换电路有多种磁复位方法如ＲＣＤ复位、ＬＣＤ复位、舣开关管复伉、有源 箝位等复位方法，按照不同的复位方法能衍生山多种不同的止激交换器电路。ｌ篁｜１．４中是基 本单管正激变换器，它所应用的元什比较少，电路结构比较简单，有比较好的转换效率。但 这种结构存在以下一些缺点： （１）正激变换电路中的功率管是硬开关，在高频和小型化方面有局限性，同时由丁』输 出功率的增加，会加人功率管的电流应力，硬开关的缺点也更加突出，因此对丁．这种硬开关 的单管正激变换电路只适合工作于低功率范围； （２）单管正激变换器的开关管上的电压应力比较高，一般是两倍的输入电压。 有源箝位止激变换器能够实现ＺＶＳ，但电路比较复杂，成本提高，而且也不容易在输出 大负载的时候保证ＺＶＳ。 双管正激变换器是现时比较常用的正激式变换器拓扑中的一种（图１．５），其开关管上 电压应力为一倍的输入电压，而且不需磁复位绕组，同时，与桥式变换器相比，双管正激变 换器不存在桥臂直通的危险。双管正激变换器有以下的缺点： （１）它最大占空比为０．５，因此变压器副边输出的是半波信号，与半桥变换器输出是 全波信号相比，磁芯的利埘率低，所需的输出电感和输出电容值较大，体积也较大； （２）由于舣管正激变换器的开关器件为硬开关，二极管的反向恢复效麻，会给原边带 来一个较高的电流尖峰，因为线路漏感的存在会对电路其他信号产生干扰。
浙江大学碗ｌ：学位论文 业采用自己的企业标准生产，按照自己的测试规范测试，各个行业标准也存在着技术指标落 后、测试方法可操作性差等问题，导致业界没有统一、完善的设计、生产与检测标准，为了 推动模块电源的技术进步，提供国内企业生产质量控制的依据，制定科学的国家标准迫在眉 睫。
１．２模块化电源系统
模块化通信电源产品按照输入输山电压有Ａｃ／Ｄｃ、ＤＣ／ＤＣ、Ｄｃ／Ａｃ三种产品，本文主要研 究Ａｃ／Ｄｃ模块化电源，下文出现的模块化电源都特指＾≥：ｊ、嘻’
硕士学位论文
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浙扛人学硕士学位论文
摘要
负载的多样化，特别是负载功率的多变性，以及人们对设备成本投入的最低化和阶段 化，需要适用面更广，稳定性更高，还需要具备冗余性和可扩容性的电源与之相适应。这些 都对传统的集中式电源提出了挑战，随着模块化分布式电源的技术发展，模块电源系统已成 为现在和未来电源的发展趋势。
１．１模块化电源的发展 １．１．１模块化电源的发展趋势
在电源的性能要求方面，随着通信产品的小型化，用电器电压的下降使得模块化电源开 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同等方向发 展。在电源的结构方面，薄型化、模块化、标准化并以积木的方式进行组合的拓扑结构得到 日益广泛的应用。
１．１．２模块化电源的热点问题”１
为了适应市场的需求，模块化电源有几个热点问题：１）散热。热性能是影响模块电源 寿命的重要因素，因此对电源的散热处理很重要。２）电磁兼容。目前国际上已建立了完善 的电磁兼容标准与认证体系，ＣＩＳＰＲ２２《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》规定 了信息技术设备在０．１５到１０００ＭＨｚ频段内的电磁干扰限值。我国信息产业部根据国际标准 制定了ＹＤ／Ｔ９８３－１９９８《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》。３）电源可靠性。可靠 性现已成为电源设计的关键课题，直接影响到系统制造的最低成本。模块电源在不同温度、 气流、湿度、振动条什下的性能都是设计电源时必须考虑的。４）标准化。标准对电源产业 的作用越来越被重视，标准化可以缩短产品推向市场的周期并降低成本，但目前多数国内企