45V開關電源主模塊單元保護電路分析

白瑪央宗

【摘要】本文研制48V/25A 相移脈寬調(diào)制零電壓（零電流）（PS PWM ZVS）諧振全橋變換器電路和以集成相移脈寬調(diào)制控制器為核心的控制電路電源，具有輸出范圍可調(diào)，電壓預設，過流保護等功能。。經(jīng)反復實驗優(yōu)化主要電路參數(shù)，使開關電路模塊穩(wěn)定可靠工作，轉(zhuǎn)換效率達93%，穩(wěn)壓精度達±0.5%。

【關鍵詞】電源;主模塊;電路;方案

因通信設備一旦安裝開通，就長期連續(xù)工作，不能間斷，因此要求通信電源一是應具有高效率、高可靠性，并能長期連續(xù)穩(wěn)定工作。二是應實現(xiàn)全自動化，無需工作人員直接操作。三是應具有遙控功能，可實現(xiàn)計算機管理，以適應現(xiàn)代通信發(fā)展的需要。

1. 概述

本電源是為2KW短波通信電臺系統(tǒng)配套的供電設備，其額定輸出功率為7.5KW（最大輸出功率可達8.5KW）。 本電源輸入電壓為交流380V/50Hz，三相四線制及三相三線制通用，采用目前國際國內(nèi)通用的脈寬調(diào)制技術，并應用軟開關技術有效地降低開關器件的功耗，提高了開關電路的變換效率、使用壽命和可靠性。開關器件選用高耐壓、大功率的IGBT管，本電源能輸出兩組45V/75A和一組24V/16A的高穩(wěn)定的直流電壓。

2. 主要性能指標

輸入特性：交流供電電壓：380V±20%? 50HZ±5%（三相三線，三相四線）。

輸出電壓：45VDC/75A （兩組）;24VDC/15A; 110VAC/0.5A。

輸出電電壓調(diào)整精度：24V±0.5V;45V±0.5V。

電源調(diào)整率：≤1%。負載調(diào)整率：≤1%。綜合調(diào)整率：≤1%。轉(zhuǎn)換效率：≥88%（交流輸入380V時）。

噪聲電壓：每路輸出≤200mVpp（100MHz示波器）。

過壓保護50V自動切斷。過流保護85A～100A自動切斷。過溫保護55℃吹風;100℃自動切斷;

面板指示功能：交流正常供電時，面板發(fā)光二極管為綠色（Φ5雙色指示燈），當發(fā)生任何異常（含輸入欠、過壓）均為紅色。

面板開關功能：面板開關分為三檔，向上為本地工作，中間為關機，向下為遙控狀態(tài)（此時除輔助電源外無電壓輸出，當遙控觸點閉合時，電源起動）。

45V輸出電壓可調(diào)范圍：40V～50V;防雷措施：三級防雷。

3. 電源整機系統(tǒng)框圖

3.1 三相整流、濾波和功率因素校正電路

三相380VAC交流電首先經(jīng)過線路濾波器（EMI）和交流接觸器，然后其三根火線直接接到整流橋V1上，整流后產(chǎn)生三相脈動電流，此脈動電流經(jīng)過電感L向C1（三個并聯(lián)）、C2（三個并聯(lián)）（C1、C2之間串聯(lián)）、R1、R2、R3、C3、C4充電，在電容器C1-C2兩端獲得比較平穩(wěn)的550VDC直流高壓，此懸浮的直流高壓送到45VDC組件單元作為逆變電路的工作電壓。550VDC高壓的負端和其它低壓電源的負端是隔離而不共地的。

電感L一方面起到平滑濾波作用，另一方面還具有相位補償用途，起到無源功率因素校正的作用。

3.2 軟起動部分

繼電器K1和電阻R1、R2、R3組成一個緩沖電路。R1、R2、R3起到限流作用，防止對電容C1、C2充電時電流過沖。當K1吸合之后，R1、R2、R3被短路，550VDC電壓的電流則經(jīng)過K1向逆變電路供電。K1吸合的時間常數(shù)由C1、C2上的電壓決定，當R5上的壓降低于光耦導通的電壓值（1.2V）時，（R5上的電壓為限流電阻R1-3的電壓經(jīng)R4和R5分壓得到），光耦N1不導通，N1次級控制K2的線包導通，即當C1-2上的電壓達到490V時，N1截止，V5、V6導通，+12V電壓加到繼電器K1的線包上，K1吸合，550V直流高壓經(jīng)過K1向電容C1，C2充電。

R37、R38、R39是高壓放電電阻，接交流接觸器常閉觸點，當接觸器接通時，K1：5觸點斷開，高壓電容充電，關機時，接觸器斷開，K1：5吸合，高壓電容上的550V電壓經(jīng)R37-39放電，經(jīng)幾秒鐘放完。

剛打開電源開關時，三相整流電壓經(jīng)R1、R2、R3向C1、C2充電，此時電流較大，R1-3上的壓降很大，所以R5上的電壓也較大，光耦導通，R6上的電壓比較高，使V5截止，V6截止，V6控制K2的線包，使K2不吸合，同時A點向后級（24V板、45V模塊）輸出一個高電平信號，抑制后級的工作。隨著充電電流的減小，R5上的電壓也越來越小，光耦N1的初次級導通電流也越來越小，直至不導通，此時，R6上的壓降很小，V5導通，由于C9的作用，V6延遲導通。繼電器K2吸合，同時由A點輸出的軟起動信號也由高變?yōu)榈?，使后級開始工作。

3.3 三相電壓檢測電路

三相電壓檢測電路的工作電壓來自本地+12VDC電源，下面以AB相檢測電路為例進行原理說明。

電壓的檢測取自三相線間的兩相380VAC電壓，380VAC的相電壓經(jīng)過R12、R13送到一個初次級匝比為10：1的隔離的電壓互感器T2的初級。R12、R13為降壓限流電阻，T2次級的電壓隨初級而變化。將次級的電壓經(jīng)V9整流，C11、C12濾波，R14為固定負載，得到一個直流電壓，該直流電壓將跟隨市電的變化而變化。

3.4 軟起動控制及初級側過流保護電路

A點為由軟起動單元送來的軟起動信號，當機器剛開時，高壓未建立完成，此時軟起動信號為高電平，N6導通，次級由R27將電位拉高，所以B點輸出高電平，控制SG1525不工作。軟起動結束A點為低，N6不導通，B點為低。

4. 結語

本文在整機電路設計、電路實驗的基礎上，研制出一種新型高頻開關電源，實現(xiàn)了功率開關管的零電壓開通和近似零電壓關斷。監(jiān)控模塊實現(xiàn)了與計算機的連接。與原來的高頻開關電源比較，轉(zhuǎn)換效率明顯提高（提高4%），功率開關管發(fā)熱顯著降低，可靠性提高，方便快捷，便于管理。完全滿足高頻開關電源行業(yè)標準，主要技術指標均高于此標準。

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