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通信電源介紹
2021-02-05 13:25
開關(guān)電源在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已有20多年歷史。對通信開關(guān)電源的要求是高功率密度、外形尺寸小、高效率、高性能、高可靠性、高功率因數(shù)（AC輸入端），以及智能化、低成本、EM小、可制造性、分布電源結(jié)構(gòu)等。
20世紀(jì)推動通信開關(guān)電源性能和質(zhì)量不斷提高的主要技術(shù)有：
（1）通信電源技術(shù)-新型高頻功率半導(dǎo)體器件：
功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶體管和中小電流的晶閘管，使開關(guān)電源高頻化有了可能器件的工作頻率可達(dá)到400Hz（AC-DC開關(guān)變換器）和1MHz（DC-DC開關(guān)變換器），超快恢復(fù)功率二極管和MOSF ET同步整流技術(shù)的開發(fā)，也為研制高效、低電壓輸出（U<3 V）的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。
（2）通信電源技術(shù)-軟開關(guān)技術(shù)：
PMM電源按硬開關(guān)模式工作時開關(guān)損耗大。高頻化可以縮小電源體積重量，但開關(guān)的損耗卻更大了。為此研究開發(fā)出開關(guān)電壓電流波形不交疊的技術(shù)，即零電壓（ZVS）/零電流（ZCS）開關(guān)技術(shù)（或稱軟開關(guān)技術(shù)），有效地提高了開關(guān)電源的效率。例如在九十年代中期，30A/48V開關(guān)整流器模塊采用移相全橋ZVS-PMM技術(shù)后，僅重7kg。比用PWM技術(shù)的同類產(chǎn)品，重量下降40%，最近國外小功率DC-DC開關(guān)電源模塊（481）總效率可達(dá)到96%4815 V DC-DC開關(guān)電源模塊的效率可達(dá)到92-93%。二十世紀(jì)末，國內(nèi)生產(chǎn)的50-100A輸出、全橋移相ZV-ZCS-PWM開關(guān)電源模塊的效率超過93%，
（3）通信電源技術(shù)-控制技術(shù)：
電流型控制及多環(huán)控制已得到較普遍應(yīng)用，電荷控制、一周期控制、數(shù)字信號處理器（DSP）控制等技術(shù)的開發(fā)及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制，使電子電源動態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡化。
（4）通信電源技術(shù)-有源功率因數(shù)校正技術(shù)：
一大類由整流電源供電的電子設(shè)備由于輸入端有整流元件和濾波電容，其電網(wǎng)側(cè)（輸入端）功率因數(shù)僅為0.65。用有源功率因數(shù)校EAPC（Acive Power Factor Correctio），可提高到0.95-0.99，既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提高了電源的整體效率。單相APFC是DC-DC開關(guān)變換器拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的具體應(yīng)用，而三相APFC則是三相PWM整流開關(guān)拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的結(jié)合。國內(nèi)通信電源專業(yè)工廠已將有源功率因數(shù)校正技術(shù)應(yīng)用于輸出6KW，100A通信用AC-DC電源中，輸入端功率因數(shù)可達(dá)0.92-0.93
（5）通信電源技術(shù)-Magamp后置調(diào)節(jié)器技術(shù)：
在八十年代，由于高頻磁性材料如非晶態(tài)軟磁合金、超微晶軟磁合金等的發(fā)展，使有可能在多路輸出的高頻（1 100 KH2）開關(guān)電源中使用可控飽和電感（高頻磁放大器Magamp），作為其中一路輸出的電壓調(diào)節(jié)器，也稱為后置調(diào)節(jié)器。這種方式的優(yōu)點是：電路簡單、EMI小、工作可靠、高效，可較精確地調(diào)節(jié)輸出電壓。特別適合應(yīng)用于輸出電流為一安到幾十安的開關(guān)電源。
（6）通信電源技術(shù)-飽和電感技術(shù)：
飽和電感是帶鐵心（無空隙）的線圈，其特點是鐵心的飽和程度和電感量隨通過的電流大小而變。如果鐵心磁特性是理想的（呈矩形），則飽和電感工作時，類似一個開關(guān)。在開關(guān)電源中，應(yīng)用飽和電感可以吸收浪涌、抑制尖峰、消除寄生振蕩，和快恢復(fù)整流管串聯(lián)時可使整流管損耗減小。
（7）通信電源技術(shù)-分布電源技術(shù)、并聯(lián)均流技術(shù)：
分布電源技術(shù)是將250-425 48V DC-DC變換器產(chǎn)生的48 V母線電壓供給負(fù)載板，再通過板上若干個并聯(lián)的薄型DC-DC變換器，將48 V變換為負(fù)載所需的3.3-5電壓。一般，DC-DC變換器的功率密度達(dá)100Win3、效率為90%，并且應(yīng)當(dāng)是可并聯(lián)的。分布電源系統(tǒng)適合于由超高速集成電路（NHSIC）組成的大型工作站（如圖像處理站）、大型數(shù)字電子交換系統(tǒng)等，其優(yōu)點是：可降低48 V母線上的電流和電壓降，容易實現(xiàn)N+1余，提高了系統(tǒng)可靠性；易于擴增負(fù)載容量；瞬態(tài)響應(yīng)好；可實現(xiàn)DC-DC變換器組件模塊化；易于使用插件連接；可在線更換失效模塊等。
（8）通信電源技術(shù)-電源智能化技術(shù)和系統(tǒng)的集成化技術(shù)：
電子電源微處理器監(jiān)控、電源系統(tǒng)內(nèi)部通信、電源系統(tǒng)智能化技術(shù)以及電力電子系統(tǒng)的集成化與封裝技術(shù)等。
上述各項通信電源技術(shù)的應(yīng)用，尤其是開發(fā)高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及智能化電源系統(tǒng)，仍然是今后通信開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展方向。進入二十一世紀(jì)，我國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界，包括電力電子、電源、通信、材料等行業(yè)，應(yīng)協(xié)同開發(fā)下述和電子開關(guān)電源相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)：
（1）探索研制耐高溫的高性能碳化硅功率半導(dǎo)體器件可以預(yù)見，碳化硅將是二十一世紀(jì)最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料，碳化硅的優(yōu)點是禁帶完、工作溫度高（可達(dá)600℃C）、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、漏電流極小、PN結(jié)耐壓高等等。
（2）平面磁心及平面變壓器技術(shù)平面磁心的開發(fā)可實現(xiàn)超薄型變壓器和超薄型開關(guān)變換器，適用于便攜式電子設(shè)備電源及板上電源，由于其結(jié)構(gòu)呈寬扁形，散熱面積大，更適用于高頻變壓器。
平面變壓器要求磁心、繞組都是平面結(jié)構(gòu)，故應(yīng)采用多層印刷電路繞組、銅箔繞組等。據(jù)報載，國外已有多家公司開發(fā)了平面變壓器，Payton公司制造的5W-20KW變壓器，其體積及功率密度僅為傳統(tǒng)高頻變壓器的20%，一個手提箱內(nèi)可放總功率達(dá)幾十千瓦、十幾種平面變壓器，其效率在97-99%工作頻率50kHz-2MHz，漏感<0.2%；EM小。
（3）集成高頻磁元件技術(shù)及陣列式磁元件技術(shù)將多個磁元件（如多個電感、變壓器）集成在一個磁心上，可以減少變換器體積，降低磁元件損耗。國外已有集成磁元件變換器（簡稱IM變換器）的報道：50W輸出功率、5V及15V兩路輸出、100kHZ頻率，電路拓樸為DC-DC正激變換器，變壓器和輸出濾波電感在一個磁心上實現(xiàn)。陣列式磁元件技術(shù)是將電路中磁元件離散化，形成分布式陣列布置，或形成磁結(jié)構(gòu)層"，使磁結(jié)構(gòu)與電路板或其他器件緊密配合，集成化。
（4）磁電混合集成技術(shù)包括磁心與晶體管硅片集成，利用電感箔式繞組層間分布電容實現(xiàn)磁元件與電容混合集成等。
（5）新型電容器研究開發(fā)適合于能源和大功率系統(tǒng)用的新型電容器，要求電容星大、等效串聯(lián)電阻（ESR）小、體積小等。據(jù)報道，美國南卡羅菜納州KEMET電子公司在九十年代末，已開發(fā)出330uF新型固體組電容，其ESR從原來的500m2降到30m2。
（6）功率因數(shù)校正（PF Correcte）AC-DC開關(guān)變換技術(shù)一般高功率因數(shù)AC-DC電源，要用兩個電力電子電路串級運行，在DC-DC開關(guān)變換器前加一級前置功率因數(shù)校正器。對于小功率PWM開關(guān)電源至少需要兩個主開關(guān)管和兩套控制驅(qū)動電路，總體效率低、成本高。
（7）低電壓大電流（1V/50A）輸出DC-DC變換器為適應(yīng)下一代快速微處理器、可攜帶式通訊設(shè)備、服務(wù)器等供電設(shè)備的需求，要求開發(fā)低輸出電壓、大電流DC-DC開關(guān)變換器，或稱“電壓調(diào)節(jié)器模塊"Votage Regulator Module稱VRM），其輸出電壓為1.1-1.8 V，輸出電流達(dá)50-100A，電流轉(zhuǎn)換速率達(dá)5A/ns。
由于電路有高頻寄生參數(shù)，當(dāng)電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動。為防止這種抗動，過去采用增大輸出濾波電容、電感的方法，但其缺點甚多。國外開發(fā)了用多輸入通道或多相DC-DC變換器作為服務(wù)器的電源。輸出采用波形交錯疊加方案保證VRM輸出紋波小，改善輸出瞬態(tài)響應(yīng)，并減少輸出濾波電感和電容。
（8）通信電子電源的設(shè)計、測試技術(shù)主要是電源熱設(shè)計及測試，EMI設(shè)計及測試，可靠性設(shè)計及測試等技術(shù)的開發(fā)、研究與應(yīng)用。
明緯自動化是臺灣明緯/MEAN WELL、研華科技/ADVANTECH、霍尼韋爾/Honeywell授權(quán)經(jīng)銷商，免費提供專業(yè)的工控電源/電氣控制解決方案。
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