[发明专利]一种电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种电源系统。

背景技术

通常情况下，使用通讯电源模块将交流电压转换为直流电压给通讯设备和电池供电。现代通讯电源大多为开关模式功率电源(switched mode powersupply，简称SMPS)，采用脉宽调制，控制输出电压、输出电流和输入电流，一般情况下，开关电源的拓扑结构包括以下组成部分：

1)输入滤波器：提供满足EMI、谐波电流要求的输入电流。

2)输入电流整形电路：大多采用boost功率因数校正电路(Power FactorCorrection，简称PFC)，将AC输入电压转换为高压DC电压，同时控制输入电流为正弦电流。

3)DCDC转换电路：将高压DC电压通过变压器隔离和输出整流，转换为低压DC电压。

4)输出滤波器：对具有高频纹波的低压DC电压滤波，减小输出电压纹波和满足输出EMI。

图1示出了现有技术中使用的单相开关电源示意图。单相交流输入至滤波器，再经桥式整流器和PFC处理后变为高压直流(HV DC)，再经DC-DC处理和二极管整流器和滤波器后输出DC直流。但是这种传统的开关电源效率(输出功率除以输入功率的百分比)仅达到92％左右。

图2示出了现有技术中使用的另一单相开关电源示意图。其拓扑结构使用无桥的PFC替代图1中的传统的桥式整流，输出同步整流替代二极管整流。单相交流输入至滤波器，经PFC处理后变为高压直流(HV DC)，再经DC-DC处理和MOSFET整流和滤波后输出DC直流。

对于图2所示的拓扑结构，假设PFC和DC-DC的开关周期相同，功率电流将流过PFC二极管一次，PFC开关管一次，DC-DC开关管一次，且PFC开关管为硬开关，只有DC-DC开关管为软开关，并且各开关一次。根据已公开的专利申请号为PCT/NO2008/00303的专利申请可知，该拓扑的开关电源效率当前公认的最高仅能达到96.5％。

对于三相电压输入电源系统，从已公开发布的各种文献，大概可以分为如下几类：

1)、三个单相模块组合构成三相输入电源系统，需要4根线来实现3相交流输入，因此需要额外设计出另一根线，也就是说，需要使用较多的器件。根据图2相同的设计原则并选用跟功率成比例的器件容量，其最高效率必将小于等于96.5％。

2)、基于Vienna PFC的三相输入电源系统，如图3所示，Vienna PFC将AC转换为高压DC后，再采用图2相同的DC-DC拓扑或者三电平DC-DC拓扑。Vienna PFC将经滤波的三相AC输入转换为高压DC(800V)后，经储能电容以及三电平LLC将800V高压转换为800V方波，再通过电感和谐振电容送入滤波器进行滤波，输出例如负48V直流。其中虚线椭圆框中的开关器件由两个MOS管来实现。

从图3可以看出，分解到单相，其功率电流流过功率二极管和MOSFET以及一个开关周期功率管的开关数量跟图2是相同的，且也只有DC-DC的开关管才能实现零电压开关(Zero Voltage Switch，简称ZVS)，故根据图2相同的设计原则和选用跟功率成比例的功率器件，其效率将跟图2相当。

该拓扑结构的三电平800V母线高压使得器件的选择有相当的难度，需要后级电路具备高耐压性能，也导致了器件的导通压降以及导通电阻过大，使器件成本升高，效率降低。

3)、三相单级移相全桥拓扑，如图4所示。

经滤波的三相AC输入送入6个开关器件(这里例如采用12个MOS管来实现，每一开关器件包括2个MOS管)进行高频化处理之后形成电压方波、电流方波，再送入变压器以及滤波器进行处理，输出DC直流。相对于图3所示的拓扑来说，无需使用6个二极管、储能电容、谐振电容，成本相对较低。该拓扑重载能实现开关管的ZVS，但是在权衡占空比损失条件下，轻载开关管不能实现ZVS，其实现ZVS原理类似移相全桥拓扑，但是由于其输出滤波对比本文发明需要输出差模滤波电感，以及输出整流MOSFET不能实现零电流开关(Zero Current Switch，简称ZCS)，且不能选用两倍输出电压等级的MOSFET，需要更高电压等级的MOSFET管。

上述三相电压输入电源系统的详细内容可参考以下两个专利申请号分别为US5329439、200780029801.9的专利申请。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述功率损耗大、效率低的缺陷，提供一种高效率低损耗的电源系统。