本電源" title="電源">電源主要采用了Vicor" title="Vicor">Vicor公司的電源模塊" title="模塊">模塊作為內核集成，并輔以簡單的外圍電路，整機體積小、重量輕、效率高，確保了長期滿負荷運行的穩定性和可靠性。基本技術指標是輸入電壓220VAC±20%、輸出DC +48V/20A、輸出電壓調整范圍+49~+59V、效率≥80%、電壓穩定度＜0.5%、負載穩定度＜1.5%、紋波電壓Vp-p＜0.5%，具有輸出過壓、限流、過溫和短路保護。

工作原理

開關電源原理框圖如圖1所示。


▲▲ 圖1 開關電源原理框圖

交流輸入

輸入220V交流電壓后，經過壓敏電阻、EMI濾波、橋式整流器，瞬態電壓抑制器轉變成310V左右的直流電壓輸入功率因素校正電路。EMI濾波選用了Vicor公司配套的電源濾波器，可以有效降低電網的噪聲干擾。

功率因素校正電路主要由Vicor公司的諧波衰減模塊VI-HAMD、VI-BAMD以及高壓濾波電路組成，其中VI-HAMD是諧波衰減驅動器，VI-BAMD是諧波衰減倍增器。由于諧波衰減模塊內部具有功率因素校正電路，因此可以把功率因數提高到0.99，同時將輸入的+310V電壓提升到+375V，供給后級DC-DC變換電路和輔助電源。

高壓濾波電路是由高壓電解電容組成，它主要是將直流高壓進行平滑濾波為后級變換儲能。前級的壓敏電阻器同瞬態電壓抑制器一起構成了浪涌電壓抑制電路，使模塊所承受的交流輸入浪涌電壓不超過410V，確保模塊不會被浪涌電壓的沖擊所損壞。

DC-DC變換及輸出濾波

該部分主要是將+375V的直流高壓轉變為+48V的直流輸出電壓。DC-DC變換采用Vicor公司的V375A48C600AL模塊兩個并聯使用來實現。

輸出濾波是由高頻電感和電容組成，它可以對直流脈動電壓進行濾波，使之變成低雜音、低電磁干擾、高質量的直流輸出。

輔助電源

將+375V電壓轉變為+5V的直流電壓，給保護電路供電。

保護電路

主要實現輸出過流保護、輸出過壓保護以及電源工作狀態的指示。諧波衰減模塊和DC-DC轉換器自身帶有部分保護功能，其中諧波衰減模塊內部就具有輸入浪涌電流限制、輸入瞬變過電壓保護、過熱保護、輸出過壓保護、短路保護等功能，還能在工作不正常時控制后級DC-DC轉換器的關斷；而DC-DC轉換器內部也具有輸入、輸出過壓保護，輸入、輸出欠壓保護，輸出過流保護，過熱保護等功能。這些完備的保護功能盡可能的保證了模塊的安全，同時也增強了開關電源的安全性。

盡管模塊本身的保護功能很全面，但是有些保護的范圍并不適合系統的技術要求。例如我們選擇模塊功率時，要考慮到降額使用，因此模塊自身設置的過流保護點就會超出技術要求，若使用模塊本身的過流保護功能，很可能會發生后級電路已損壞而電源模塊過流保護還未啟動的現象。因此根據所需要的具體指標，專門設計了過流保護電路、過壓保護電路等。同時為了迅速判斷電源的工作狀態以及故障可能發生的部位，我們設置了過壓、欠壓、過流、電源正常的指示燈。

關鍵技術

恒流特性

Vicor公司的DC-DC轉換器有一個次級控制引腳SC，這個控制端用于調節輸出端+Sense和-Sense之間的受調電壓，將電流源加到SC引腳，模塊的輸出電壓就可以實現動態調整。

圖2為本開關電源原理圖，圖中N1和N3為運算放大器CA3140，N2為電壓基準TL431，V13為晶體管BC107，它們共同組成了電流源。CD1和CD2為分流電阻，通過分流電阻對輸出電流采樣，將電流值轉換為電壓值，由于該電壓值很低，所以須經過差分放大器N3進行放大，將這個放大的電壓值送入運放N1的同相端，和由電壓基準N2分壓得到的基準電壓進行比較，通過運放N1的輸出來控制晶體管V13的工作狀態，從而控制SC引腳。正常工作時，運放N1輸出低電平，晶體管V13處于截止狀態；當輸出電流大于額定值達到恒流點時，運放N1輸出高電平，晶體管V13處于飽和狀態致使輸出電壓下降，保護電源，從而達到輸出電流恒定。同時運放N1輸出的高電平被送至比較器N6的3腳，與基準電壓比較后輸出高電平，點亮過流指示燈。在這里，N4、N5、N6型號相同，選用的是自帶基準電壓的比較器LTC1440CN8，電位器RP3用于調節恒流點的值。

過壓保護

如圖2所示，輸出采樣電壓經過電阻R25，電位器RP6接入比較器N5的3腳，將基準電壓接入比較器N5的4腳。當輸出電壓高于最大輸出電壓時，比較器N5的8腳輸出高電平，使得光耦N8的4腳和6腳導通，將功率模塊的PC端接地，關閉電源輸出，同時點亮過壓指示燈。二極管V14用于在過壓狀態時將電源永久關閉，否則，電源會處于“打嗝”狀態。


圖2 開關電源原理圖

欠壓指示

輸出采樣電壓經過電阻R24，電位器RP5接入比較器N4的4腳，基準電壓接入比較器N4的3腳。當輸出電壓低于最小輸出電壓時，比較器N4的8腳輸出高電平點亮欠壓指示燈。在這里，電源處于欠壓狀態時僅通過指示燈來指示。

電磁兼容

電路傳輸線間的傳導干擾、開關噪聲、輻射噪聲、負載的容感性等等問題都會產生電磁干擾。就干擾本身來說，它必備三個條件：干擾源、耦合路徑和敏感源。在電磁兼容設計過程中，主要從減小干擾源、阻斷干擾路徑和加強電源自身抗干擾能力這三個方面著手。

在結構方面，我們將電源機箱設計為一個相對密封的屏蔽腔體。腔體底部設計為獨立風道，風道后部安裝軸流風機，風道、軸流風機與屏蔽腔體隔離，這樣既增強了散熱又加強了開關電源的屏蔽效果。

在電路方面采取了如下幾項措施：

1、為了避免傳導干擾，在輸入端選用了Vicor公司配套的EMI濾波器，并且使交流輸入端和濾波器端子盡可能靠近，連線盡量短，濾波器的外殼和機殼緊密相連，良好接地，這樣避免了外部的干擾通過輸入線傳導至電源內部。

2、在PCB布線上：通過大面積鋪設地線網，減小地線電感來降低噪聲；盡量縮短信號線、電源線和功率線，電流環路也盡可能小，從而減小印制板對干擾信號的耦合；所有芯片的電源管腳都接有濾波電容，并使芯片的供電線路盡可能短；輸入電路、高頻電路、輸出電路分別單獨接地，然后再連接到公共地上，也就是“一點接地”原則。

3、 電源模塊本身使用了高頻ZCS開關技術，ZCS大大降低了變換過程中開關管的導通和關斷時的dv/dt與di/dt，使模塊本身的開關噪聲和輻射噪聲干擾變的很小；同時模塊本身的抗干擾能力就比較強，因此在作為干擾源和敏感源方面，電源模塊都展現出了較好的電磁屏蔽功能。另外，在模塊和機殼之間使用Y電容來減小共模電流，并在輸出端采用共模電感，加入LC濾波器。

結論

本電源完全滿足技術要求并且順利通過了電磁兼容的傳導和輻射測試。利用Vicor模塊設計的通信基礎開關電源和分立元件的設計相比，電源模塊集成度高、體積小、功率密度大，從而可靠性、穩定度相對較高，并且安裝方便，故障判斷和維修也相對容易。