【正文】 將工作磁通密度振幅值選為較低值1000GS，這樣既能降低磁損，也可避免當(dāng)出現(xiàn)電流尖峰時(shí)造成磁芯飽和。 =25247。安/厘米2 ）為，為初級線圈匝數(shù)， 那么 （38）式（3－6）和（3－8）相乘得到： （39）式中，為輸入初級繞組的功率（W），為工作頻率（Hz），為工作磁通密度振幅值（GS），為磁芯截面積（），Ac為磁芯窗口面積（），d為初級線圈的電流密度（/）。通常應(yīng)使SF值盡可能接近1，以使繞組盡可能多的填滿窗口。在全橋變換器中，當(dāng)VMOS場效應(yīng)管達(dá)到飽和時(shí)，其壓降VDSS為23V， 故繞組上的電壓約為 Vi2VDSS，因此，由式(36）可得： 式中 Bmax為對零值磁通密度軸的磁通密度最大偏差值，因而， (36）由式（36）可得： （37）式中：Ae為鐵芯截面積（cm2），T為工作周期，f為工作頻率，N1為初級匝數(shù)，Bmax為磁通密度振幅值（GS），Vi為電源電壓（V）。根據(jù)式（34），在 T/2 時(shí)間內(nèi)鐵芯磁通密度變化△B 為： （35），在全橋變換器中，在V1和V4導(dǎo)通時(shí)，具有一個正值伏秒面積，為正值增量。 高頻變壓器B1的設(shè)計(jì)已知輸出功率選擇變壓器鐵芯時(shí)，可根據(jù)下列數(shù)學(xué)公式[13,14,23]。 除場效應(yīng)管的漏源額定電壓及額定脈沖電流ID兩個主要參數(shù)外，還應(yīng)考慮場效應(yīng)管應(yīng)具有較低的導(dǎo)通電阻，較大的安全工作區(qū)等?？紤]到現(xiàn)有器件的情況，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，只用到開關(guān)管額定電壓的90%，這樣 （33）則考慮到交流整流濾波電感可能造成的電壓尖峰，功率管的耐壓應(yīng)留有一定的余地，因此，開關(guān)功率管的耐壓VDS應(yīng)不小于400V。但由于高頻變壓器的漏感和換向電感以及集電極電路中引線電感的影響，在開關(guān)功率管關(guān)斷時(shí)會產(chǎn)生反峰尖刺，在采用零電壓開關(guān)和其它措施后，一般可將反峰尖刺限制在穩(wěn)態(tài)值的20%以內(nèi)。根據(jù)能量守恒定律，在期間輸出的能量是由輸入濾波電容C1釋放的能量供給的[22]，因此： （32）實(shí)際采用 4 只 400V/400μf 的電解電容作為輸入濾波電容。由于整流橋中的二極管在承受反向電壓時(shí)由兩只二極管串聯(lián)承擔(dān)，因此，選取耐壓為400V、電流為20A的整流橋完全可保證安全工作。假定高頻開關(guān)整流模塊的效率高于90%，則交流輸入功率應(yīng)為： （31）在交流電網(wǎng)降為90%電壓時(shí)，模塊輸入的交流電流為：我們選用DL10K1濾波器，其工作電壓為單相交流250V、5060Hz，電流為10A，其工作電壓、電流及其它技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)和調(diào)整電路時(shí)應(yīng)充分注意這一問題。隨后，V1管關(guān)斷，在橋路的左支路死區(qū)時(shí)間內(nèi)，節(jié)點(diǎn)A的電壓諧振下降，直到V2管的本體二極管呈正向偏置，這樣V2管也能在零電壓下實(shí)現(xiàn)無損耗開通，其作用機(jī)理與右支路類似。t2時(shí)刻為V4管、V3管之間轉(zhuǎn)換，右支路的死區(qū)時(shí)間的結(jié)束，此時(shí)電流繼續(xù)流過V V3，但沒有電壓加到變壓器初級繞組。圖 相移PWM全橋電路及其波形（a）電路；（b）波形；（c）右支路開關(guān)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的諧振機(jī)理在to時(shí)刻之前，假定開關(guān)管 VV4導(dǎo)通，流過變壓器初級的電流Ip將功率傳遞給負(fù)載。實(shí)際上，每個半橋支路上的開關(guān)管（左支路 VV2，或右支路VV4）的驅(qū)動波形的占空比略小于50%，存在一定的死區(qū)時(shí)間（即延遲時(shí)間），設(shè)置延遲時(shí)間既是為了防止橋路直通造成電源短路，也是實(shí)施諧振的必要時(shí)間。 高頻開關(guān)整流模塊主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)開關(guān)電源對高頻開關(guān)整流模塊的技術(shù)要求及相應(yīng)的電路方案選擇，高頻開關(guān)整流模塊采用如下的原理電路圖（圖 ）[10],[20],[21]： 高頻開關(guān)整流模塊主電路原理電路圖相移脈寬調(diào)制零電壓開關(guān)(諧振)。 監(jiān)控模塊電路方框圖圖 整機(jī)組成原理框圖3 主要電路設(shè)計(jì)由于采用VMOS場效應(yīng)功率管，其工作頻率可以很高，但隨著工作頻率的提高，雖然變壓器及濾波元器件尺寸將縮小，而磁芯損耗和開關(guān)損耗卻都會增大。監(jiān)控模塊對整機(jī)各部分進(jìn)行檢測，執(zhí)行控制、保護(hù)、告警及顯示等項(xiàng)功能。 。為完成上述功能，監(jiān)控模塊的電路以單片計(jì)算機(jī)80C31為核心[18]，擴(kuò)展輸入、輸出I/O接口和A/D轉(zhuǎn)換，液晶顯示等外圍電路，由于要檢測的模擬量多達(dá)20多個，因此采用具有多路輸入的ADC0809 進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換[19]。③ 還應(yīng)具有本地監(jiān)控功能。② 通過對整流模塊工作狀態(tài)的檢測，判斷其工作狀態(tài)是否正常，當(dāng)工作不正常，而整流模塊的本身控制保護(hù)電路又沒有動作時(shí)，監(jiān)控模塊可使其自動停止工作，并產(chǎn)生聲光報(bào)警信號，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)，以保證電路安全；通過對交流電壓的測量，在其電壓過高或過低時(shí)也使整流模塊自動停止工作，當(dāng)市電電壓恢復(fù)正常時(shí)，又能使整流模塊自動開始工作。該部分還應(yīng)將充電電壓、總電流、輸出電壓、電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流信號，供監(jiān)控模塊檢測。 直流配電模塊該部分將4塊高頻開關(guān)整流模塊的輸出匯合后分成兩路，一路直接給蓄電池充電，另一路經(jīng)電壓調(diào)整后輸出，給程控交換機(jī)等通信設(shè)備供電（）。因此該部分一般是接入單相配電，單相交流電給高頻開關(guān)整流模塊供電，以使供電平衡。若檢測到輸出電壓出現(xiàn)過壓，負(fù)載變重出現(xiàn)過流，功率器件出現(xiàn)過熱等現(xiàn)象，保護(hù)及告警電路立即切斷控制脈沖，使電路停止工作，并發(fā)出聲、光報(bào)警信號，從而避免了事故發(fā)生，保證了電路的安全。經(jīng)濾波后的單相電被整流濾波 成直流電供給全橋式功率變換器，變換器在PWM控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流方波，經(jīng)高頻變壓器隔離并傳輸?shù)酱渭?，高頻整流濾波電路將交流方波轉(zhuǎn)換成直流，再經(jīng)輸出濾波電路濾波后輸出電壓穩(wěn)定的直流電。在UC3875的基礎(chǔ)上，采用其它集成電路芯片及相關(guān)電路進(jìn)行檢測，并實(shí)現(xiàn)整流模塊輸出電壓過壓，輸出電流過流保護(hù)及告警，電路過熱保護(hù)，交流電壓過壓，欠壓保護(hù)，限流調(diào)節(jié)等項(xiàng)功能。UC3875主要由以下幾個部分組成：基準(zhǔn)電源、振蕩器、鋸齒波發(fā)生器、誤差放大器、軟啟動、移相控制信號發(fā)生電路、過流保護(hù)、死區(qū)時(shí)間設(shè)置、輸出級。移相全橋變換電路需要專門控制芯片驅(qū)動。② 對整流模塊電路的檢測、保護(hù)和告警，主要包括：輸出直流電壓過壓、電流過流的保護(hù)及告警，電路過熱保護(hù)，限流調(diào)節(jié)、交流電壓過壓、欠壓保護(hù)、軟啟動及模塊并聯(lián)均流等功能。鑒于以上分析，我們選用E型鐵氧體磁芯繞制高頻變壓器，考慮到工作頻率較高，為減小趨膚效應(yīng)的影響，采用銅箔繞制。鐵氧體磁性材料電阻率高、高頻損耗小，但它的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度太低，所以使用時(shí)，需要較大的磁芯面積，且具有易碎性，制造大型磁芯有一定難度。高頻變壓器是變換器電路的關(guān)鍵部件之一[14,15]，由于功率器件性能的改善以及軟開關(guān)技術(shù)等的采用使得開關(guān)器件損耗大為降低，因此，降低高頻變壓器的損耗已成為提高開關(guān)電源效率的重要因素。大功率高頻整流二極管工作在高頻狀態(tài)，應(yīng)使用具有低的正向壓降，小的反向電流，低的反向恢復(fù)時(shí)間和軟恢復(fù)特性，同時(shí)具有足夠的耐壓，較高的浪涌能力的整流二極管。綜上所述，考慮到屬于中小功率范圍，采用單相交流電供電，全橋變換電路，對功率器件耐壓和額定電流要求較低，并且應(yīng)盡量使電路簡化，工作可靠，盡可能提高工作頻率，使體積縮小，重量減輕，我們選擇了VMOS場效應(yīng)管。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是新出現(xiàn)的一種器件，是由場效應(yīng)管和雙極型晶體管組合而成，其輸入電路如同場效應(yīng)管，輸出電路如同雙極型晶體管，因此其輸入阻抗高、輸出阻抗低、飽和壓降小，具有雙極型晶體管和場效應(yīng)管所具有的一些優(yōu)點(diǎn)，而且耐壓高，額定電流大，但其開關(guān)輸出脈沖的后沿有一個1μs長的拖尾電流，工作頻率不能做的太高，而且價(jià)格較貴，通常認(rèn)為，在中、小功率范圍內(nèi)，采用場效應(yīng)管是適宜的，其開關(guān)頻率很高，可以減少整個電源的體積、重量和成本，驅(qū)動可以采用簡單的脈沖變壓器，通過管子并聯(lián)的方案可解決其容量不足問題，其耐壓值較低適合單相輸入的情況。由于該種器件的漏源導(dǎo)通電阻 RDS（ON）具有正溫度系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，RDS（ON）增大，當(dāng)器件并聯(lián)應(yīng)用時(shí)，有自動均流作用，均流電路可以非常簡單。這種器件不存在二次擊穿現(xiàn)象，它的安全工作區(qū)范圍寬，由電壓、電流的額定值和功率負(fù)荷所決定。因此限制了該種器件的工作頻率不可能很高，如果要提高工作頻率，就要采用抗飽和電路，則增加了電路的復(fù)雜性，而且工作頻率提高也很有限，另外，在器件的額定工作范圍內(nèi)會產(chǎn)生二次擊穿現(xiàn)象，安全工作區(qū)窄，器件并聯(lián)使用時(shí)，均流比較麻煩。 功率器件和高頻變壓器 功率器件主要有雙極型晶體管（GTR），功率場效應(yīng)管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等[11,12]。由變壓器漏感維持電流，創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)諧振轉(zhuǎn)換的條件。而在相移PWM電路中，四個開關(guān)管連續(xù)工作在約50%（略小于50%）的固定占空比上，然后控制左右兩個半橋支路之間的相位關(guān)系，通過改變輸出脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)對角開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)才輸出功率。從電路形式上看，它與常規(guī)的PWM全橋變換器電路完全相同。相移脈寬調(diào)制零電壓開關(guān)(諧振)變換器仍采用PWM工作方式，只在開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)采用諧振方式，這樣既克服了PWM方式硬開關(guān)造成的較大開關(guān)損耗問題，又實(shí)現(xiàn)了恒頻工作，避免了準(zhǔn)諧振和多諧振開關(guān)變換器工作頻率變化及正弦波電流峰值大的缺點(diǎn)。準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器優(yōu)點(diǎn)是工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，大大降低了開關(guān)損耗，而且可以吸收電路的寄生參數(shù)（不在乎電路的寄生參數(shù)存在），幾乎不產(chǎn)生電磁干擾。 變換器電路開關(guān)電源采用常規(guī)的PWM 方式工作[9]，在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，功率器件上會同時(shí)承受高電壓和大電流，造成轉(zhuǎn)換時(shí)功率損耗較大，有時(shí)功率器件發(fā)熱嚴(yán)重，影響可靠性，而且隨著工作頻率的提高，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。根據(jù)電源容量需要，裝入適當(dāng)塊數(shù)的高頻開關(guān)整流模塊，隨著交換機(jī)容量的擴(kuò)大，還可陸續(xù)增加整流模塊，以滿足通信設(shè)備的需要。③應(yīng)具有監(jiān)控和三遙（遙測、遙信、遙控）功能，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理，以適應(yīng)現(xiàn)代通信發(fā)展的需要。2 電路原理方案分析和選擇程控交換機(jī)等通信設(shè)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①應(yīng)具有高效率、高可靠性，并能長期連續(xù)穩(wěn)定工作。%。② 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。具有多路直流穩(wěn)壓輸出，可分別給程控交換機(jī)、光端機(jī)等通信設(shè)備供電。圖 開關(guān)電源整機(jī)框圖主要研究內(nèi)容為：①確定 48V/100A 新型高頻開關(guān)電源的整體方案和各部分的電路方案。該變換器同時(shí)具有PWM方式和準(zhǔn)諧振、多諧振開關(guān)變換器的優(yōu)點(diǎn)，只是在開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)采用諧振方式，開關(guān)轉(zhuǎn)換后仍采用PWM工作方式，既實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，大大降低了開關(guān)損耗，又以恒頻方式工作，避免了準(zhǔn)諧振、多諧振開關(guān)變換器工作頻率變化及正弦波電流峰值大的缺點(diǎn)。但經(jīng)過幾年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，整流模塊的功率管發(fā)熱較嚴(yán)重，個別模塊出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)基本都是功率管擊穿燒毀。采用PWM脈寬調(diào)制高頻開關(guān)變換技術(shù)，開關(guān)頻率為50KHz，取消了龐大的工頻電源變壓器，電感和電容的尺寸也大為減小，交直流屏、整流器和監(jiān)控部分都實(shí)現(xiàn)了模塊化，并置于同一機(jī)架內(nèi)（）。 研究內(nèi)容80年代后期，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，通信越來越不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，國家有關(guān)部門制訂了大力發(fā)展通信事業(yè)的計(jì)劃，要求幾年內(nèi)在農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)郵電局（C5 局）逐步建立程控交換機(jī)房，在這種情況下，有關(guān)專家根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，研制出HE型程控交換機(jī)系列（備用）電源，該電源采用可控硅整流技術(shù)，將交、直流屏組合到一個機(jī)架內(nèi)成為組合電源，主要在鄉(xiāng)鎮(zhèn)郵電局程控機(jī)房使用。主要差距在工作的可靠性、穩(wěn)定性和技術(shù)性能等方面。在遠(yuǎn)程集中監(jiān)控方面，有些地方已采取鄉(xiāng)支局電源監(jiān)控模塊（含單片機(jī)）— 調(diào)制解調(diào)器（Modem）—電話線—調(diào)制解調(diào)器—縣電信局PC計(jì)算機(jī)的方案實(shí)現(xiàn)了支局電源的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和鄉(xiāng)支局機(jī)房的無人值守。最近幾年來，為了提高開關(guān)電源的可靠性，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率，提高工作頻率，減小體積，并降低電磁干擾，在吸收國外最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，開始了準(zhǔn)諧振、多諧振開關(guān)變換器和相移脈寬調(diào)制零電壓（零電流）諧振變換器的研究實(shí)驗(yàn)工作[8]。郵電部武漢電源廠、通信儀表廠等廠家開發(fā)出了自己的以PWM方式工作的開關(guān)電源[7]，并推向電信行業(yè)應(yīng)用，取得了較好的效果。這種電源工作于工頻50Hz，有龐大的工頻變壓器、電感線圈、電解電容等，笨重龐大、效率低、噪聲大、性能指標(biāo)低，不易實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。只是作為通信設(shè)備的二次電源使用（二次電源對元器件的耐壓及電流要求較低）。通信設(shè)備作一次電源使用，并不斷得到改進(jìn)，性能和質(zhì)量逐步提高外，其它方面進(jìn)展十分緩慢。但后來，我國的通信電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。 國內(nèi)通信電源的發(fā)展及現(xiàn)狀建國初期，我國郵