基于Vicor模块的通信开关电源设计

　　关键技术

　　恒流特性

　　Vicor公司的DC-DC转换器有一个次级控制引脚SC，这个控制端用于调节输出端+Sense和-Sense之间的受调电压，将电流源加到SC引脚，模块的输出电压就可以实现动态调整。

　　图2为本开关电源原理图，图中N1和N3为运算放大器CA3140，N2为电压基准TL431，V13为晶体管BC107，它们共同组成了电流源。CD1和CD2为分流电阻，通过分流电阻对输出电流采样，将电流值转换为电压值，由于该电压值很低，所以须经过差分放大器N3进行放大，将这个放大的电压值送入运放N1的同相端，和由电压基准N2分压得到的基准电压进行比较，通过运放N1的输出来控制晶体管V13的工作状态，从而控制SC引脚。正常工作时，运放N1输出低电平，晶体管V13处于截止状态；当输出电流大于额定值达到恒流点时，运放N1输出高电平，晶体管V13处于饱和状态致使输出电压下降，保护电源，从而达到输出电流恒定。同时运放N1输出的高电平被送至比较器N6的3脚，与基准电压比较后输出高电平，点亮过流指示灯。在这里，N4、N5、N6型号相同，选用的是自带基准电压的比较器LTC1440CN8，电位器RP3用于调节恒流点的值。

　　过压保护

　　如图2所示，输出采样电压经过电阻R25，电位器RP6接入比较器N5的3脚，将基准电压接入比较器N5的4脚。当输出电压高于最大输出电压时，比较器N5的8脚输出高电平，使得光耦N8的4脚和6脚导通，将功率模块的PC端接地，关闭电源输出，同时点亮过压指示灯。二极管V14用于在过压状态时将电源永久关闭，否则，电源会处于"打嗝"状态。

　　图2 开关电源原理图

　　欠压指示

　　输出采样电压经过电阻R24，电位器RP5接入比较器N4的4脚，基准电压接入比较器N4的3脚。当输出电压低于最小输出电压时，比较器N4的8脚输出高电平点亮欠压指示灯。在这里，电源处于欠压状态时仅通过指示灯来指示。

　　电磁兼容

　　电路传输线间的传导干扰、开关噪声、辐射噪声、负载的容感性等等问题都会产生电磁干扰。就干扰本身来说，它必备三个条件：干扰源、耦合路径和敏感源。在电磁兼容设计过程中，主要从减小干扰源、阻断干扰路径和加强电源自身抗干扰能力这三个方面着手。

　　在结构方面，我们将电源机箱设计为一个相对密封的屏蔽腔体。腔体底部设计为独立风道，风道后部安装轴流风机，风道、轴流风机与屏蔽腔体隔离，这样既增强了散热又加强了开关电源的屏蔽效果。

　　在电路方面采取了如下几项措施：

　　1、为了避免传导干扰，在输入端选用了Vicor公司配套的EMI滤波器，并且使交流输入端和滤波器端子尽可能靠近，连线尽量短，滤波器的外壳和机壳紧密相连，良好接地，这样避免了外部的干扰通过输入线传导至电源内部。

　　2、在PCB布线上：通过大面积铺设地线网，减小地线电感来降低噪声；尽量缩短信号线、电源线和功率线，电流环路也尽可能小，从而减小印制板对干扰信号的耦合；所有芯片的电源管脚都接有滤波电容，并使芯片的供电线路尽可能短；输入电路、高频电路、输出电路分别单独接地，然后再连接到公共地上，也就是"一点接地"原则。

　　3、电源模块本身使用了高频ZCS开关技术，ZCS大大降低了变换过程中开关管的导通和关断时的dv/dt与di/dt，使模块本身的开关噪声和辐射噪声干扰变的很小；同时模块本身的抗干扰能力就比较强，因此在作为干扰源和敏感源方面，电源模块都展现出了较好的电磁屏蔽功能。另外，在模块和机壳之间使用Y电容来减小共模电流，并在输出端采用共模电感，加入LC滤波器。

　　结论

　　本电源完全满足技术要求并且顺利通过了电磁兼容的传导和辐射测试。利用Vicor模块设计的通信基础开关电源和分立元件的设计相比，电源模块集成度高、体积小、功率密度大，从而可靠性、稳定度相对较高，并且安装方便，故障判断和维修也相对容易。