本發(fā)明涉及一種電源，具體是一種高效率2KW通訊電源。

背景技術(shù)：

在電力電子技術(shù)中，從電網(wǎng)獲取交流電經(jīng)整流得到直流電是電力電子技術(shù)中最常

用的一種變流方案，大電容的存在是為了得細(xì)低紋波的輸出電壓，但是只有當(dāng)輸入電壓大于輸出直流電壓的瞬間，整流二極管才會導(dǎo)通.因此整流二極管的導(dǎo)通角小于180度,輸入電流并不是和輸入電壓同頻率的嚴(yán)格的正弦波，而是發(fā)生了嚴(yán)重的崎變。這種崎變了的尖峰脈沖狀電流除了含有工頻基波外，還含有各種離次諧波，會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波“污染”電流波形的畸變被認(rèn)為是一種“電力公害”，其危害主要表現(xiàn)在下幾個(gè)方面。

（1）由于電網(wǎng)存在阻抗，諧波電流流過線路會產(chǎn)生畸變，因此負(fù)載端的電壓也會產(chǎn)生畸變，干擾其它電氣設(shè)備。

（2）使無功補(bǔ)償電容器等因過流過壓而損壞，增加電網(wǎng)產(chǎn)生諧振的可能，如果缺少安全措施，會損壞電力電容器或其它供用電設(shè)備。

（3）因?yàn)樽陨碓O(shè)計(jì)的原因，常規(guī)的計(jì)量裝置都是在50HZ標(biāo)準(zhǔn)正弦波情況下設(shè)計(jì)的。當(dāng)諧被存在時(shí)，會降低計(jì)量準(zhǔn)確度，導(dǎo)致結(jié)果失真。

（4）高次諧波噪聲會與鄰近線路的通訊設(shè)備通過磁場、電場賴合等相互影響，對人們的日常通訊造成不便。

（5）因?yàn)椋认嚯娏髦械模却沃C波在中線中是同相位的，在Ｈ相四線制中，可能導(dǎo)致流過中線的電流增大，使中線發(fā)熱或著火。使無功補(bǔ)償電容器等因過流過壓而損壞，增加電網(wǎng)產(chǎn)生諧振的可能，如果缺少安全措施，會損壞電力電容器或其它供用電設(shè)備。

為提高線性穩(wěn)壓器電源的效率,適應(yīng)現(xiàn)代電子設(shè)備多功能和小型化,開關(guān)電源電路應(yīng)運(yùn)而生。但開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)使得電網(wǎng)的功率因數(shù)下降(只有0.65左右),同時(shí)又使輸電線上損耗增加,浪費(fèi)了大量電能。為此,在開關(guān)電源輸入級插入功率因數(shù)校正網(wǎng)絡(luò),以利于提高電網(wǎng)質(zhì)量。

有源功率因數(shù)校正電路中引入了有源器件，應(yīng)用電流反饋使電壓、電流波形近似，是抑制諧波最有效的方法。

作為最清潔的二次能源，電能為人民的生活及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供最基本的生活及生產(chǎn)資料，國際上已將電能的一次能源轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換率及占終端能源消費(fèi)的比重作為重要標(biāo)準(zhǔn)來衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)、科技、文化的發(fā)展水平。目前，我國電能的一次能源轉(zhuǎn)換率已接近45%，與發(fā)達(dá)國家水平接近，但我國的電能利用效率卻仍落后發(fā)達(dá)國家 20 年，低下的電能利用率最終導(dǎo)致我國嚴(yán)重的“電荒現(xiàn)象”，提高電能利用率已是迫在眉睫。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，超過 40%的電能是通過二次轉(zhuǎn)換后才接入用電設(shè)備中的，而在電能轉(zhuǎn)換過程中，效率每提高 1%，那么全國每年就能節(jié)省 25 億千瓦的電能。傳統(tǒng)的線性變換方式使用功率三極管進(jìn)行電能變換，通過調(diào)整三極兩端電壓對輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)定，在工作過程中雖然 EMI 較小，但三極管一直處于放大狀態(tài)，電路損耗較大;受工頻隔離變壓器的影響，該類型的變換器體積很大。

與線性電能變換方式不同，應(yīng)用電力電子技術(shù)的電能變換器，其電路中的半導(dǎo)體器件工作于開通和關(guān)斷狀態(tài)，因此功率管導(dǎo)通損耗顯著減小，變換器效率大幅增加，此外，通過提高工作頻率，變換器的體積得到了有效控制，根據(jù)法拉第定律可以得知，相同功率下，磁性元器件的體積與開關(guān)頻率成反比，因此，隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)的工作頻率也由原來的幾十kHz逐漸提高到幾百kHz。但是隨著開關(guān)頻率的不斷提高，開關(guān)電源技術(shù)又面臨著新的技術(shù)問題。首先，由于頻率的提高，原本在總能量損耗中不占主要份額的開關(guān)損耗變得不可忽視，該損耗還會隨著頻率的升高而不斷增大，大大降低了整個(gè)系統(tǒng)的效率。同時(shí)，由于開關(guān)損耗的增大，系統(tǒng)所需的散熱元件體積也不斷增加，因此整個(gè)系統(tǒng)的體積與重量也受到了較大的限制。另一方面，隨著頻率的升高，在開關(guān)開通關(guān)斷瞬間的 di/dt 和 dv/dt 也會隨之升高，這就會大大增加系統(tǒng)的 EMI，限制了開關(guān)電源在對 EMI 要求較高的場合的應(yīng)用。

軟開關(guān)技術(shù)正是為解決以上提到的問題而發(fā)展出來的，該技術(shù)的核心思想是減少開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)的電壓電流交疊區(qū)以達(dá)到減少開關(guān)損耗的目的^[8]。

電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。LLC諧振變換器無疑是集高頻化、軟開關(guān)、高效率于一身，可以實(shí)現(xiàn)模塊化、數(shù)字化、低壓大電流直流電源設(shè)備。諧振變換器由于其能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，有效地減小了開關(guān)損耗，使得頻率能進(jìn)一步提高，電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。LLC諧振變換器無疑是集高頻化、軟開關(guān)、高效率于一身，可以實(shí)現(xiàn)模塊化、數(shù)字化、低壓大電流直流電源設(shè)備。諧振變換器由于其能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，有效地減小了開關(guān)損耗，使得頻率能進(jìn)一步提高。

以開關(guān)方式工作的電力半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，器件特性的每一步新發(fā)展都帶動變換電路技術(shù)的相應(yīng)突破。電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段：從 1958 年第一個(gè)晶閘管的問世帶來電力電子學(xué)的革命，到可控關(guān)斷電力電子器件的迅速發(fā)展，再到 70 年代中期，自身兼有開通和關(guān)斷功能的全控器件可關(guān)斷晶閘管 GTO、大功率晶體管 GTR、功率場效應(yīng)管 Power MOSFET、絕緣柵功率晶體管 IGBT、MOS控制晶閘管的出現(xiàn)再到80年代 MOS 型絕緣柵雙極性型晶體IGBT和功率場效應(yīng)晶體管 Power MOSFET 以及功率集成電路 PIC 和智能模塊 IPM 的相繼出現(xiàn)，以及隨后對功率管材料(如碳化硅材料等)的不斷改進(jìn)，電力電子器件每上一個(gè)臺階都帶動著電力電子技術(shù)上一個(gè)新的階段，在電力電子技術(shù)中電力半導(dǎo)體器件起著舉足輕重的作用。

隨著人們對減少電網(wǎng)的諧波污染要求的越來越高，開關(guān)電源中采用功率因數(shù)校正(PFC)成為必須，“綠色電源”的研制也成為人們研究的熱點(diǎn)。功率因數(shù)校正技術(shù)主要集中在減小諧波電流對電網(wǎng)的污染和提高效率兩個(gè)方面。PFC技術(shù)主要分為有源 PFC 技術(shù)和無源 PFC 技術(shù)兩大類，研究的重點(diǎn)在于改進(jìn)控制方案，提高功率因數(shù)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)輸入濾波器，減小開關(guān)次諧波對輸入功率因數(shù)的影響。

有源功率因數(shù)校正電路中引入了有源器件，應(yīng)用電流反饋使電壓、電流波形近似，是抑制諧波最有效的方法。這種方法雖然引入了控制回路，電路相對復(fù)雜；但平均無故障時(shí)間減少，功率因數(shù)較高，輸出電壓穩(wěn)定。PFC根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可分為單級PFC與兩級PFC兩種類型。

諧振型開關(guān)變換器是伴隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢產(chǎn)生的。硬開關(guān)方式的效率會隨著開關(guān)頻率的提高而降低,解決該問題變得非常重要。80年代初期,諧振變換器得到了快速的發(fā)展。作為一種軟開關(guān)電路,諧振變換器能有效的解決高頻率時(shí)的低效率問題,得到了國外的研究者關(guān)注和重視。

最先得到發(fā)展是串聯(lián)諧振變換器^[14]。這一時(shí)間的研究成果非常突出,優(yōu)秀的論文非常多。在研究初期,一些學(xué)者給出了諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),穩(wěn)定分析方法、小信號分析、控制方法和設(shè)計(jì)方法

隨后一些學(xué)者開始關(guān)注另一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并聯(lián)諧振變換器,研究了的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)分析方法、小信號模型、控制方法,也給了一些設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過多年的研究,研究者己充分掌握和的工作特性,在對和進(jìn)行變頻控制時(shí),它們都有比較突出的缺點(diǎn)。是空載不可調(diào),輕載對頻率不敏感是諧振環(huán)路內(nèi)的能量比較大,對變換器的效率有很大影響,另外,在輸入電壓較高時(shí),開關(guān)損耗較大。一些研究者都想結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn),回避二者的缺點(diǎn),想找到一種更優(yōu)秀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

90年代左右,研究者提出多種諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),都是多諧振電路諧振網(wǎng)絡(luò)不再是僅有構(gòu)成的,有的是三階的,也有四階的,甚至更高階的。最受研究者關(guān)注是諧振變換器。在年初期,進(jìn)入了一個(gè)新的研究高潮。研究者對諧振變換器,進(jìn)行深入的研究。同樣作為三階的諧振變換器卻沒有得到充分重視,其原因如下一方面,年代分布式電源系統(tǒng)的概念還沒有被提出來,對于輸入電壓的變化問題沒有足夠關(guān)注另一方面,諧振變換器在很窄的頻率范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)負(fù)載從滿載到空載的調(diào)節(jié),并能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關(guān)技術(shù),保證了諧振變換器的效率。

2000年之后,分布式電源系統(tǒng)得到了廣泛重視,輸入電壓在短時(shí)間內(nèi)丟失時(shí),仍能保證負(fù)載的正常工作,研究者開始重新研究諧振變換器，

03年之后,諧振變換器成為國內(nèi)研究的熱點(diǎn)。LLC諧振變換器比傳統(tǒng)的諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,理論研究的難度增大。研究的熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面

LLC諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究,怎樣合理選擇參數(shù),獲得更優(yōu)的工作性能建立能夠更容易理解和掌握,并能直接應(yīng)用于補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的小信號模型實(shí)現(xiàn)更高的頻率,進(jìn)而提高功率密度,縮小變換器的體積^[21,22]。諧振變換器能在輸入電壓和負(fù)載變化范圍都很大的情況下,有良好的電壓調(diào)節(jié)特性。另外,諧振變換器中的管可實(shí)現(xiàn),二極管可實(shí)現(xiàn)。正是因?yàn)橹C振變換器具有這些特點(diǎn),可在分布電源系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。諧振變換器是一種符合電源發(fā)展方向的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的研究價(jià)值^[23,24]。

早在上個(gè)世紀(jì)七八十年代就有學(xué)者提出LLC諧振開關(guān)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的雛形，近些年來，由于LLC諧振變換器軟開關(guān)、高效率等諸多優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的喜愛。

在2001年Delta公司對該LLC變換器申請了專利；

2003年弗吉尼亞理工大學(xué)的楊波博士在其博士論文及所發(fā)表的文獻(xiàn)中詳細(xì)系統(tǒng)的闡述了半橋式LLC諧振變換器的設(shè)計(jì)、過載保護(hù)等問題；

國內(nèi)浙江大學(xué)對于半橋式和全橋式LLC和三電平LLC諧振開關(guān)變換器的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題作了大量的工作；

南京航空航天大學(xué)對橋式LLC諧振開關(guān)變換器的優(yōu)化和三電平LLC諧振開關(guān)變換器的控制策略的設(shè)計(jì)以及磁集成技術(shù)的研究等方面做了很多工作；

在《三電平直流變換器及其軟開關(guān)技術(shù)》中阮新波教授通過研究指出，三電平LLC諧振開關(guān)變換器適合高電壓、寬范圍輸入電壓場合，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

另外，Delta、Astec、Tyco、Liteon等電源公司都在從事著LLC諧振變換器產(chǎn)品的研發(fā)工作，已經(jīng)有部分電源產(chǎn)品出廠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效率2KW通訊電源，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種高效率2KW通訊電源，包括前級PFC電路和后級LLC諧振變換器，所述前級PFC電路與后級LLC諧振變換器相連接，前級PFC電路包括二極管D1、電感L1、電源u和二極管VD，二極管D1的陽極連接二極管D3的陰極和電源u，二極管D2的陽極連接二極管D4的陰極和電源u的另一端，二極管D1的陰極連接二極管D2的陰極和電感L，電感L的另一端連接MOS管等S的漏極和二極管VD的陽極，二極管VD的陰極連接電容C1、電位器R1和負(fù)載，電容C1的另一端連接電位器R1的另一端、MOS管S的源極、二極管D3的陽極、二極管D4的樣子和負(fù)載的另一端，MOS管S的柵極連接電容C3、PWM控制器的輸出端、比較器U2的輸出端和乘法器的一個(gè)輸入端，乘法器的輸出端連接比較器U1的正向輸入端，電位器RP1的滑動端連接電容C3的另一端和比較器U2的反向輸入端，比較器U1的輸出端連接PWM控制器的一個(gè)輸入端。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：所述后級LLC諧振變換器包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和濾波網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)連接濾波網(wǎng)絡(luò)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明高效率2KW通訊電源所用開關(guān)管、二極管、電感、電容和變壓器均為理想元件；開關(guān)管寄生電容不參與諧振，其影響可以忽略；輸出濾波電容Co選取值足夠大，故輸出電壓紋波很小，可近似認(rèn)為是直流電壓。

附圖說明

圖1為前級PFC電路的電路圖；

圖2為后級LLC諧振變換器的電路圖；

圖3為諧振網(wǎng)絡(luò)增益曲線圖；

圖4為降壓型LLC諧振開關(guān)變換器工作波形圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-4，一種高效率2KW通訊電源，包括前級PFC電路和后級LLC諧振變換器，所述前級PFC電路與后級LLC諧振變換器相連接，前級PFC電路包括二極管D1、電感L1、電源u和二極管VD，二極管D1的陽極連接二極管D3的陰極和電源u，二極管D2的陽極連接二極管D4的陰極和電源u的另一端，二極管D1的陰極連接二極管D2的陰極和電感L，電感L的另一端連接MOS管等S的漏極和二極管VD的陽極，二極管VD的陰極連接電容C1、電位器R1和負(fù)載，電容C1的另一端連接電位器R1的另一端、MOS管S的源極、二極管D3的陽極、二極管D4的樣子和負(fù)載的另一端，MOS管S的柵極連接電容C3、PWM控制器的輸出端、比較器U2的輸出端和乘法器的一個(gè)輸入端，乘法器的輸出端連接比較器U1的正向輸入端，電位器RP1的滑動端連接電容C3的另一端和比較器U2的反向輸入端，比較器U1的輸出端連接PWM控制器的一個(gè)輸入端。

后級LLC諧振變換器包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)和濾波網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)連接濾波網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明的工作原理是：平均電流控制模式含有電壓與電流兩個(gè)控制環(huán)。它的工作頻率固定，輸入電流連續(xù)，其原理圖2所示，實(shí)際電感電流波形如圖3所示。在平均電流控制方式中，電壓外環(huán)使輸出直流電壓更加穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，電壓環(huán)的輸出就會下降，導(dǎo)致參考電流減小。電流內(nèi)環(huán)的主要作用是使輸入電流更標(biāo)準(zhǔn)，保證誤差跟蹤導(dǎo)致的失真低于1%。當(dāng)電感電流上升時(shí)，電流誤差放大器的輸出下降，功率開關(guān)管的占空比隨之降低；電感電流下降時(shí)，占空比上升；

利用基波分量法對諧振變換器進(jìn)行建模，并分析ｋ值與Ｑ值對直流電壓増益的影響，討論LLC諧振變換器的工作區(qū)域與各區(qū)域諧振變換器的工作特點(diǎn)^[34]。

對LLC諧振變換器各參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對變壓器與諧振電感進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后搭建仿真模型，對計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

當(dāng)負(fù)載由輕向重切換時(shí)，LLC 變換器的等效輸出負(fù)載的瞬時(shí)值會有較大變化，變換器工作點(diǎn)較易進(jìn)入容性工作區(qū)域，因此本章首先會對負(fù)載的切換過程進(jìn)行分析并對切換過程中的等效負(fù)載值進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而找出變換器最差工作情況作為設(shè)計(jì)參考，以提高變換器的可靠性，此后將會對變換器的零電壓導(dǎo)通條件進(jìn)行討論，最終，結(jié)合以上所得出的結(jié)論，給出較為合理的設(shè)計(jì)過程，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)盡量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的工作性能。

所用開關(guān)管、二極管、電感、電容和變壓器均為理想元件；開關(guān)管寄生電容不參與諧振，其影響可以忽略

由于當(dāng)開關(guān)頻率小于等于fm時(shí)，諧振網(wǎng)絡(luò)呈容性，對開關(guān)管來說將難以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。

LLC諧振變換器在fm< f<fs工作時(shí)，有8個(gè)工作狀態(tài)；f =fs工作時(shí)，諧振電流是一個(gè)純正弦波，整流二極管D1和D2中的電流時(shí)臨界連續(xù)的，6個(gè)工作狀態(tài)；f >fs工作時(shí)，LLC諧振變換器的工作特性與串聯(lián)諧振變換器類似，Lm不參與諧振，一直被輸出電壓鉗位，同樣有8個(gè)工作狀態(tài)。

一個(gè)完整的諧振變換器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2

把諧振變換器主電路模塊化,可分為輸入電源、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)、理想變壓器、整流橋、濾波網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載。對諧振網(wǎng)絡(luò)左邊的和右邊進(jìn)行適應(yīng)的處理就可得到統(tǒng)一的基頻分量模型。

為了實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管的ZVS，開關(guān)頻率必須高于諧振回路的諧振頻率。而LLC諧振變換器不僅可以工作在f> fs和f = fs 的頻率范圍內(nèi)，而且它還可以工作在fm< f <fs的頻率范圍之內(nèi)。

相對于其它建模方法，基頻分量法計(jì)算相對簡單，并在一定程度上能滿足實(shí)際工程的需要，因此，這里采用該方法對諧振變換器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析?；l分量法將復(fù)雜的非線性的諧振電路簡化成為相對簡單的正弦交流電路，可采用正度穩(wěn)態(tài)電路的各種分析方法，使得分析和計(jì)算都相對簡單化，但是它只是對諧振變換器的一種近似建模，并沒有得到諧振變換器的準(zhǔn)確模型。

首先對開關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，輸入直流電壓經(jīng)過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)后，其輸出電壓為方波信號，對其進(jìn)行傅里葉分解，可得到需要的基波分量。

用基頻分量法對LLC諧振變換器建模，假定功率經(jīng)過諧振網(wǎng)絡(luò)從電源傳輸?shù)截?fù)載，只與傅里葉展開式中的基頻分量相關(guān)。所用開關(guān)管、二極管、電感、電容和變壓器均為理想元件；開關(guān)管寄生電容不參與諧振，其影響可以忽略；輸出濾波電容Co選取值足夠大，故輸出電壓紋波很小，可近似認(rèn)為是直流電壓；忽略開關(guān)頻率諧波，電路中各電量只考慮基波分量。

電感系數(shù)：;歸一化頻率：；諧振頻率：；

空載時(shí)，Q=0，即：

根據(jù)此模型求出電壓轉(zhuǎn)換比函數(shù)和輸入阻抗函數(shù),再由軟件仿真得到它們的函數(shù)曲線,并對諧振變換器的工作區(qū)域進(jìn)行了劃分，接著分析和研究了諧振變換器的工作特性最后,對諧振變換器進(jìn)行計(jì)算。