数字电视发射机大功率电源技术方案

数字电视发射机大功率电源技术方案数字电视发射机大功率电源技术方案数字电视发射机大功率电源技术方案 本文简介：数字电视发射机32V/42V大功率开关电源技术方案1.技术要求其技术要求以附件一数字电视发射机32V/42V大功率开关电源技术规范书为标准。2技术方案设计21电源设计概述大功率软开关电源经多年发展，技术早已成熟。从交流输入到直流输出，其原理框图如下：交流380V直流32V防雷EMI无源PFC全。数字电视发射机大功率电源技术方案数字电视发射机32V/42V大功率开关电源技术方案1.技术要求其技术要求以附件一数字电视发射机32V/42V大功率开关电源技术规范书为标准。2技术方案设计21电源设计概述大功率软开关电源经多年发展，技术早已成熟。从交流输入到直流输出，其原理框图如下：交流380V直流32V防雷EMI无源PFC全桥整流DC/DC变换平滑滤波保护输出采样反馈电源控制交流过欠压、输出过压、过流及短路保护过温保护模块监控通讯接口均流控制电源模块的原理框图为保证系统可靠性，电源组成部分简要说明如下:l三相交流输入首先经防雷处理和EMI滤波。该部分电路可以有效吸收雷击残压和电网尖峰，保证电源模块后级电路的安全。l三相交流经整流和无源PFC后转换成高压直流电，经全桥PWM电路后转换为高频交流，再经高频变压器隔离降压后高频整流输出。l电源模块控制部分负责PWM信号产生及控制，保证输出稳定，同时对电源模块各部分进行保护。l电源模块采用无源PFC技术，功率因素达到以上；采用高频软开关技术，使得电源转换效率大大提高，输出效率最高可达92%。l均流控制实现各模块并机时输出均流，使各模块并机工作时均分负载。32功率部分详细设计：已知：，1）、防雷电路设计：a、输入FUSE计算：，所以可选10A/500V保险。b、压敏电阻计算：可以选择14D561MOV。2）、EMC滤波电路设计：a、X电容、Y电容及共模电感一般根据经验值取值，后在测试时再做调整。b、放电电阻计算：放电公式：，安规要求1S内X电容上的电压最少要放掉37，即，,t1S，可以计算得。该电阻上所消耗最大功率，所以可以选择2个1/4W的470K电阻串联。3）、缓启动电路设计：a、缓启动电阻的计算：，P为启动电阻的瞬时功率，如果选用2个7W电阻并联，则其瞬时功率，所以所以启动电阻可以选择2个。b、继电器的选择：，可以选用17A容量的302P-1AH-C。4）、整流电路设计：整流桥的计算：输入电流有效值：，可得输入峰值电流：，放大50裕量，可选用15A的整流桥两个二极管并联使用。整流后母线最高电压：650V，所以加上尖峰、毛刺用800VDiode即可。选用KB1508整流桥。5）、无源PFC电感设计：电网电压额定周期，额定电网电压额定输入电压下，满载时的输入电流有效值无源PFC电感感值6）、滤波/倍压电路设计：a、电解电容的计算：根据公式：，为输入电压，一般选t为7mS，可得：，所以可选用4个470Uf/400V电解电容串并联。b、放电电阻的计算：该机器对此放电时间无要求，所以只需电阻本身功耗可以承受即可，每个电容的放电电阻选2个100K/3W电阻串联。7）、ZVS全桥移相拓扑电路设计：ZVS软开关技术：高频软开关技术，使开关电源能够在高频下高效率地运行,开关过程损耗大为降低，从而进一步减小体积、减轻重量、极大提高电源模块的性能。ZVS软开关优点：2开关损耗小2可实现高频化（极限頻率可做到1-2MHz）、开关过程在平滑状态下实现2恒频运行，谐波成份小2无吸收电路2电流、电压应力小2ZVS软开关基本原理硬开关过程如图2-1，ZVS软开关开关过程如图2-2。VDSIVDSI图2-1硬开关过程图2-2ZVS软开关开关过程功率开关器件的损耗由三部分组成：开通损耗、关断损耗和导通损耗组成，硬开关在开关过程中电压和电流同时变化，即存在高压大电流的状态，此时损耗很大，一般需要加吸收电路减小开关损耗，同时在关断过程中，VDS会出现过冲，对功率管有较大的损害。ZVS软开关开关过程中开通时VDS降到0V时电流上升，关断时电流降到0A时VDS上升，因而理论上无开关损耗，实际中VDS和电流变化有一定的重叠，但开关损耗和硬开关相比较大大降低。ZVS软开关的电压和电流的变化平滑，VDS无过冲，因而输出谐波成份小、电磁干扰小。从其主电路拓扑看，C74的是隔直电容，其作用是防止高频变压器直流化，因桥臂方波中含有较小直流分量，如不用隔直电容将直流分量隔去，高频变压器就会饱和，从而导致桥臂烧毁。L7为谐振电感，其主要的作用是使滞后臂实现零压，它的电感根据设计和实际进行调整而定，因为L7取得太大有占空比丢失，太小又无法使滞后臂实现零压.本电路采用英飞凌公司的17N80C3是它比其它公司的MOSFET导通电阻要小、开通和关断速度快，从而其导通损耗和开关损耗大大降低，保证了产品的可靠性。采用UC3895是此芯片本身具有移相功能，便于设定频率和死区时间。全桥移相电路由于存在输出二极管的反向恢复过程,二极管尖峰较高;采用原边钳位电路,见图中的D1，D2，R5，R6组成原边箝位电路，将变压器原边电压最大钳位在输入电压上，这样能够保证输出二极管尖峰更小,特别是在突加负载,输出短路等情况下,使得输出整流二极管尖峰值很小，因此我们能够采用更低电压的输出整流二极管,从而提高了电源产品的效率;因此原边钳位方法能够提高电源的效率和可靠性。8）、主MOSFET的计算：电压计算：，Mosfet关断时，在加上变压器漏感尖峰，Mosfet两端差不多有700V左右电压，预留15%裕量，应选用800VMosfet.电流计算：，放大24倍裕量，可以选用15A到25A的Mosfet。所以可以选择英飞凌的17N80C3,导通阻抗低。9)、隔直电容的计算：隔直电容的作用是防止变压器磁不平衡,其上的电压如果小于整个电压的10%,可以认为满足要求:实际取105/400电容三个串,三个并为10)、谐振电感设计谐振电感规则:75%负载能够实现100%软开关,即此时谐振电感能量能够完全对管子结电容进行充放电;由于输入没有PFC,按照额定电压输入形式计算:即380vac输入,直流母线电压520Vdc;原边电流单个Mos等效结电容大概为:240pF考虑变压器漏感,估计为2uH左右,因此取谐振电感为5uH最大电流7A,感量5uH,采用PQ2625磁芯设计谐振电感Bmax=2匝可以采用铜箔2层!11)、主变压器的计算：取开关频率65kHz,假设占空比丢失5%,即最大占空比为47%匝比:假定输出二极管压降,输出滤波电感1V,输出最高电压35V,则等效输出电压为;原边最低电压400V,占空比47%,付边中间抽头的全波整流,因此匝比可以定义为:最终的匝比为:10:1原边匝数:,取为20取原边20匝,付边2匝;开关频率65K采用EE55变压器,槽宽32mm?去掉挡墙2*4mm,为24mm为降低交流阻抗,考虑多重夹绕方式:P-S-P-S-P的方法绕制原边并联,付边并联付边采用铜箔;铜箔宽度30mm(考虑反包);由于为两层并联,每个电流为40A电流密度考虑,则可以取铜箔厚度为的铜箔;原边可考虑*20的漆包线2根并绕;三层并联起来12）.输出电感假定纹波电流为10%;输入电压为520V,变压器匝比为52V,输出电压为32V,则:D=32/52=输出最大电流100A,感量5uH采用厚铜箔,宽度是32mm,7层,电流密度8A/mm213)、输出整流电路的设计：电源输出为低电压大电流所以选择全波整流。a、输出Diode的计算：整流管导通时，续流管承受反向电压，可以选择耐压200VDiode。，电源为温控风冷，所以可以选两60A的Diode并联输出所以整流管可以选用快恢复的STTH6002C。b、输出Diode吸收电路的计算：，设定，则所以吸收电路可以选择100R/3W电阻和471/1KV电容。C、输出滤波电容的计算：输出纹波电流，需选择高频低阻且耐纹波电流大于20A的电解电容，所以可以选用WL系列6*2200uF/63V。33功能单元详细设计关键器件:UCC38951).输出过压保护输出电压过高对用电设备会造成灾难性事故，为杜绝此类情况发生，电源模块内有过压保护电路，出现过压后电源自动锁死，端子有报警信号输出，故障模块自动退出工作；过压保护点设为36V2V。2).输出限流保护电源模块的输出功率受到限制，输出电流不能无限增大，因此每个模块输出电流最大限制为额定输出电流的倍，如果超负荷，模块自动调低输出电压以保护电源。3).AC输入过欠压保护过欠压保护主要保证各电子器件工作在额定的电压应力下，电路工作在正常的电压范围内。如果超过或低于与设置电压，切断输入，达到保护的目的。状态消除可恢复。欠压304VAC5过压460VAC5.4).过温保护过温保护主要是保护大功率变流器件，这些器件的结温和电流过载能力均有安全极限值，正常工作情况下，系统设计留有足够余量，在一些特殊环境下，如环境温度过高、风机停转等情况下，模块检测散热器温度超过85时自动关机保护，温度降低到70时电源自动启动。端子有报警信号输出.5).过流保护过流保护主要保护大功率变流器件，在变流的每一个周期，如果通过电流超过器件承受电流，关闭功率器件，达到保护功率器件的目的。过流保护可自动恢复。6).并联保护自主均流技术模块采用自主均流技术，可多台模块并机工作，模块间均流偏差小于5%；7).短路保护模块输出短路时电源在瞬间把输出电压拉低到零，限制短路电流在限流