CN219611612U - 5g基站供电电路、系统以及电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种5G基站供电电路、系统以及电源装置，所述5G基站供电电路包括：交流输入模块电路、整流桥堆、功率因素矫正PFC电路、DC‑DC谐振变换电路、频率调节控制电路、输出滤波电路；该5G基站供电电路通过交流输入模块电路、整流桥堆、PFC电路以及DC‑DC谐振变换电路有机地结合在一起，通过频率调节控制电路实现DC‑DC谐振变换电路中的原边半桥电路开关管的零电压导通，减少开关管的导通损耗，实现功率因素矫正，提高转换效率，减小对电网造成的谐波危害，使得电路体积更小，提高功率密度，减少生产成本。

Description

5G基站供电电路、系统以及电源装置

技术领域

本实用新型涉及供电技术领域，特别涉及一种5G基站供电电路、系统以及电源装置。

背景技术

开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。DC-DC隔离降压电路是开关电源中的一种代表性电路，由于开关管工作在高频开关状态时，其等效电阻很小，流过大的电流时，消耗在调整管上的能量很小，故电源效率高，利用高频链技术的DC-DC隔离降压电路体积小、重量轻、可靠性高，该技术是实现高功率密度、高变换效率、高可靠性、大功率、优良性能的DC-DC变换的合理方案。

目前，交转直模块有高频变压器隔离的DC-DC变换拓扑结构中较为常见的半桥变换器如图1所示，交流输入部分采用整流桥堆整流和大电容滤波后得到平滑直流电，由于没有功率因数矫正电路PFC电路，电路功率因数较低虽然交流输入电压是正弦波，输入电流却会发生畸变；DC-DC隔离降压电路，当Q6开通，Q11关断，此时隔离变压器T1两端所加电压为母线电压的一半，同时能量由隔离变压器T1原边向副边传递，当Q6关断，Q11关断，此时隔离变压器T1副边两个绕组由于整流二极管续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态，当Q6关断，Q1开通，此时隔离变压器T1两端所加电压也基本是母线电压的一半，同时能量由隔离变压器T1原边向副边传递，副边两个二极管完成换流。C25和C43的连接点A点电位是随Q6、Q11导通情况而浮动的，假设Q6、Q11具有不同的开关特性，即在相同的基极脉冲宽度下，Q6关断较慢，Q11关断较快，则对B点的电压就会有影响，将会导致隔离变压器T1发生偏磁现象，致使铁芯饱和并产生过大的晶体管集电极电流，从而降低变压器T1的效率，使晶体管失控，甚至烧毁。其次，常规半桥DC-DC隔离降压电路由于没有实现ZVS和ZCS，功率管损耗相比较大，电路整体效率较低。

实用新型内容

本实用新型实施例的主要目的是提供一种5G基站供电电路、系统以及电源装置，旨在改善现有技术中功率管损耗相比较大，电路整体效率较低的技术问题。

在第一方面，本实用新型实施例提出一种5G基站供电电路，所述5G基站供电电路包括：交流输入模块电路、整流桥堆、功率因素矫正PFC电路、DC-DC谐振变换电路、频率调节控制电路、输出滤波电路；

所述交流输入模块电路，用于将所述5G基站供电电路输入端输入的交流电进行滤波，得到第一交流电；

所述整流桥堆，用于将所述第一交流电进行整流，变成第一直流电；

所述功率因素矫正PFC电路，用于将所述第一直流电进行功率矫正和/或升压，得到所述第二直流电，所述功率因素矫正PFC电路包括PFC电感、第一开关管、第一二极管、第二二极管、第一滤波电容；

所述DC-DC谐振变换电路，用于将所述第二直流电转换成满足目标电压的第三直流电，其中所述DC-DC谐振变换电路包括：原边半桥电路、谐振电感、第一谐振电容、变压器、副边全波整流电路；

所述频率调节控制电路，用于控制所述原边半桥电路中开关管的导通和关断，以使所述DC-DC谐振变换电路实现电路谐振变换；

所述输出滤波电路，用于将所述第三直流电进行滤波，得到目标直流电，并通过所述5G基站供电电路输出端输出所述目标直流电；

所述交流输入模块电路、所述整流桥堆、所述功率因素矫正PFC电路、所述DC-DC谐振变换电路以及所述输出滤波电路依次连接；

所述PFC电感的第一端为所述功率因素矫正PFC电路的输入端、所述PFC电感的第二端分别连接所述第一开关管的漏极和所述第一二极管的正极，所述PFC电感的第一端与所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管的负极和第二二极管的负极分别与所述第一滤波电容的正极连接，所述第一滤波电容的负极与所述第一开关管的源极连接；

所述原边半桥电路的输入端为所述DC-DC谐振变换电路的输入端，所述谐振电感、所述谐振电容以及所述变压器的原边绕组串联后与所述原边半桥电路并联，所述变压器的副边绕组与所述副边全波整流电路连接，所述副边全波整流电路与所述输出滤波电路连接；

所述频率调节控制电路与所述原边半桥电路的控制端连接；

其中，所述频率调节控制电路包括：电压采样电路、运放电路、处理模块、驱动电路；

所述电压采样电路，用于采集所述5G基站供电电路输出端的电压；

所述运放电路，用于根据所述5G基站供电电路输出端的电压转换成电压采样信号；

所述处理模块，用于根据所述电压采样信号输出针对所述原边半桥电路的驱动信号；

所述驱动电路，用于根据驱动信号驱动所述原边半桥电路，以使所述原边半桥电路的开关管实现零电压导通；

所述电压采样电路、所述运放电路、所述处理模块、所述驱动电路依次连接。

可选地，所述原边半桥电路包括第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的漏极与所述功率因素矫正PFC电路的输出端连接，所述第二开关管的源极与所述第三开关管的漏极连接，所述第二开关管的栅极和第三开关管的栅极与所述驱动电路的输出端连接。

可选地，所述变压器的副边绕组为带中心抽头的绕组，所述副边全波整流电路包括第三二极管和第四二极管；

所述副边绕组侧端连接所述第三二极管的正极，所述副边绕组另一侧端连接所述第四二极管的正极，所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极相连，所述副边绕组中心抽头端接地。

可选地，所述副边全波整流电路还包括第五二极管、第六二极管；

所述副边绕组侧端连接所述第五二极管的正极，所述副边绕组另一侧端连接所述第六二极管的正极，所述第五二极管的负极和所述第六二极管的负极相连。

可选地，所述交流输入模块电路包括共模电感。

可选地所述DC-DC谐振变换电路还包括：第二谐振电容，所述第二谐振电容与所述第一谐振电容并联。

可选地，所述5G基站供电电路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的两端与所述整流桥堆的输出端连接。

在第二方面，本实用新型实施例提供了一种5G基站供电系统，所述5G基站供电系统包括第一方面中任一项所述的5G基站供电电路。

在第三方面，本实用新型实施例提供了一种电源装置，所述电源装置包括第一方面中任一项所述的5G基站供电电路。

本实用新型实施例提出了一种5G基站供电电路，该5G基站供电电路通过交流输入模块电路、整流桥堆、PFC电路以及DC-DC谐振变换电路有机地结合在一起，通过频率调节控制电路实现DC-DC谐振变换电路中的原边半桥电路开关管的零电压导通和实现全波整流电路二极管的零电流关断，减少开关管的导通损耗和二极管的损耗，实现功率因素矫正，提高转换效率，减小对电网造成的谐波危害，使得电路体积更小，提高功率密度，减少生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中的AC-DC和DC-DC半桥硬开关电路的电路结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种5G基站供电电路1的电路结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种频率调节控制电路50的结构示意图；

图4为本实用新型提供的一种具体的频率调节控制电路50的电路结构示意图；

图5为本实用新型提供的一种5G基站供电电路1的后级电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

为解决现有技术中供电电路中功率管损耗相比较大，电路整体效率较低的问题，本实用新型实施例提出一种5G基站供电电路1，请参考图2：

该5G基站供电电路1包括：交流输入模块电路10、整流桥堆20、功率因素矫正PFC电路30、DC-DC谐振变换电路40、频率调节控制电路50、输出滤波电路60；

交流输入模块电路10，用于将基站供电电路输入端输入的交流电进行滤波，得到第一交流电；

整流桥堆20，用于将第一交流电进行整流，变成第一直流电；

功率因素矫正PFC电路30，用于将第一直流电进行功率矫正和/或升压，得到第二直流电，功率因素矫正PFC电路30包括PFC电感L1、第一开关管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一滤波电容E1；

DC-DC谐振变换电路40，用于将第二直流电转换成满足目标电压的第三直流电，其中DC-DC谐振变换电路40包括：原边半桥电路、谐振电感L5、第一谐振电容C1、变压器T1、副边全波整流电路；

频率调节控制电路50，用于控制原边半桥电路中开关管的导通和关断，以使DC-DC谐振变换电路40实现电路谐振变换；

输出滤波电路60，用于将第三直流电进行滤波，得到目标直流电，并通过基站供电电路输出端输出目标直流电；

交流输入模块电路10、整流桥堆20、功率因素矫正PFC电路30、DC-DC谐振变换电路40以及输出滤波电路60依次连接；

PFC电感L1的第一端为功率因素矫正PFC电路30的输入端、PFC电感L1的第二端分别连接第一开关管Q1的漏极和第一二极管D1的正极，PFC电感L1的第一端与第二二极管D2的正极连接，第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极分别与第一滤波电容E1的正极连接，第一滤波电容E1的负极与第一开关管Q1的源极连接；

原边半桥电路的输入端为DC-DC谐振变换电路40的输入端，谐振电感L5、谐振电容以及变压器T1的原边绕组串联后与原边半桥电路并联，变压器T1的副边绕组与副边全波整流电路连接，副边全波整流电路与输出滤波电路60连接；

频率调节控制电路50与原边半桥电路的控制端连接；

其中，频率调节控制电路50包括：电压采样电路51、运放电路52、处理模块53、驱动电路54；

电压采样电路51，用于采集5G基站供电电路1输出端的电压；

运放电路52，用于根据5G基站供电电路1输出端的电压转换成电压采样信号；

处理模块53，用于根据电压采样信号输出针对原边半桥电路的驱动信号；

驱动电路54，用于根据驱动信号驱动原边半桥电路；

电压采样电路51、运放电路52、处理模块53、驱动电路54依次连接。

进一步地，带有有源PFC的ACDC转换电路包括本实施例中整流桥堆20、功率因素矫正PFC电路30。

其中，功率因素矫正PFC电路30中PFC电感L1、第一开关管Q1、第一二极管D1共同组成了PFC的升压电路，其中，第二二极管D2为保护二极管，用于避免升压电路过流损耗的问题、第一滤波电容E1用于对升压电路的输出电压进行滤波和储能，使其可以向后级DC-DC谐振变换电路40输入稳定的直流电.

DC-DC谐振变换电路40中的原边半桥电路、谐振电感L5、第一谐振电容C1、变压器T1、副边全波整流电路的连接方式如图2，原边半桥电路的开关管Q8和开关管Q12桥臂中点通过谐振电感L5接到高频变压器T1原边的1脚，谐振电感L5和高频变压器T1励磁绕组（即原边绕组）以及第一谐振电容C1组成串联谐振电路。其中，第一谐振电容C1可用于谐振和隔直。

基于谐振电路的原理，电路中的电流或电压按照正弦规律变化时存在过零点，此时开关器件开通或关断时产生的损耗为零。因此，变压器T1原边的Q8、Q12可以零电压开通（ZVS）,变压器T1次边的D34、D35可以零电流关断（ZCS），因此二极管恢复损耗很小，开关电源的效率更高，第一谐振电容C1起隔直电容的作用，同时平衡变压器T1磁通，防止饱和。

其中，原边半桥电路包括开关管Q8和开关管Q12。频率调节控制电路50的两个输出端分别连接开关管Q8的栅极和开关管Q12的栅极。

开关管Q8和开关管Q12可以是MOS管或者是其他类型的开关管。

具体地，频率调节控制电路50可以参考图4，驱动信号的频率由5G基站供电电路1的输出端电压采集信号，通过运放电路52经光耦隔离、反馈调节集成IC的4脚电压，集成IC相应调节开关管Q8、Q12的驱动频率，确保5G基站供电电路1输出端电压恒压输出，通过5G基站供电电路1输出端的电压实时调整DC-DC谐振变换电路40中原边半桥电路两个开关管的导通时刻和开关频率，以使两个开关管零电压导通减少开关管的开关损耗、DC-DC谐振变换电路40处于最佳的工作状态，进而使得DC-DC谐振变换电路40的输出电压保持为目标电压。

在具体实施例中，运放电路52包括比较器。处理模块53可以是控制IC芯片，例如集成IC芯片；处理模块53也可以是控制器、单片机等控制单元。集成IC发出两组频率相同、相位相差和预设占空比的驱动信号，分别对开关管Q8和开关管Q12提供两组信号驱动。其中当集成IC发出的驱动信号占空比小于50%确保开关管不会出现直通的情况，因此预设占空比小于50%，例如，预设占空比可以是30%、34%、37%、43%、40%、46%、47%等任意小于50%的比例，当集成IC给出的驱动信号占空比为46%确保开关管不会出现直通的情况。

在本实用新型实施例中，5G基站供电电路1通过交流输入模块电路10、整流桥堆20、PFC电路以及DC-DC谐振变换电路40有机地结合在一起，通过频率调节控制电路50实现DC-DC谐振变换电路40中的原边半桥电路（Q8+Q12）开关管的零电压导通和实现全波整流电路二极管的零电流关断，减少开关管的导通损耗和二极管的损耗，实现功率因素矫正，提高转换效率，减小对电网造成的谐波危害，通过采用较少的电子元器件实现交流到直流的电能传输，使其电路体积更小，提高功率密度，进而减少生产成本。

在一种可能的示例中，原边半桥电路包括第二开关管Q8和第三开关管Q12，第二开关管Q8的漏极与功率因素矫正PFC电路30的输出端连接，第二开关管Q8的源极与第三开关管Q12的漏极连接，第二开关管Q8的栅极和第三开关管Q12的栅极与驱动电路54的输出端连接。

本实用新型实施例采用半桥电路结构，开关管数量较少，既经济，同时也保证电路的高效。配合集成IC，外围电路更简单。

在一种可能的示例中，变压器T1的副边绕组为带中心抽头的绕组，副边全波整流电路包括第三二极管D34和第四二极管D35；

副边绕组侧端连接第三二极管D34的正极，副边绕组另一侧端连接第四二极管D35的正极，第三二极管D34的负极和第四二极管D35的负极相连，副边绕组中心抽头端接地。

可以看出，本实用新型实施例高频变压器T1副边接D34、D35两组二极管组成全波整流电路，经输出滤波电路60给直流负载提供平滑直流电。电路简单，可靠性较高。

在一种可能的示例中，请参考图5，副边全波整流电路还包括第五二极管D36、第六二极管D37；

副边绕组侧端连接第五二极管D36的正极，副边绕组另一侧端连接第六二极管D37的正极，第五二极管D36的负极和第六二极管D37的负极相连。

可以看出，在本实用新型示例中高频变压器T1副边接第三二极管D34、第四二极管D35、第五二极管D36和第六二极管D37组成全波整流电路，经输出滤波电路60给直流负载提供平滑直流电。电路简单，可靠性较高。

在一种可能的示例中，交流输入模块电路10包括共模电感L2。

可以看出，在本示例通过共模电感L2对输入AC交流电进行滤波，减少电网对5G基站供电电路1的干扰。

在一种可能的示例中，请参考图5，DC-DC谐振变换电路40还包括：第二谐振电容C2，第二谐振电容C2与第一谐振电容C1并联。

在一种可能的示例中，5G基站供电电路1还包括第二滤波电容CX1，第二滤波电容CX1的两端与整流桥堆20的输出端连接。该第二滤波电容CX1用于给直流负载提供平滑直流电。

本实用新型实施例提供了一种5G基站供电系统，该5G基站供电系统包括上述任一项实施例中5G基站供电电路1，详情请参考前述实施例，此处不做过多的限制。

本实用新型实施例提供了一种电源装置，电源装置包括上述任一项实施例中的5G基站供电电路1，详情请参考前述实施例，此处不做过多的限制。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的申请构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种5G基站供电电路，其特征在于，所述5G基站供电电路包括：交流输入模块电路、整流桥堆、功率因素矫正PFC电路、DC-DC谐振变换电路、频率调节控制电路、输出滤波电路；

所述交流输入模块电路，用于将所述5G基站供电电路输入端输入的交流电进行滤波，得到第一交流电；

所述整流桥堆，用于将所述第一交流电进行整流，变成第一直流电；

所述功率因素矫正PFC电路，用于将所述第一直流电进行功率矫正和/或升压，得到第二直流电，所述功率因素矫正PFC电路包括PFC电感、第一开关管、第一二极管、第二二极管、第一滤波电容；

所述DC-DC谐振变换电路，用于将所述第二直流电转换成满足目标电压的第三直流电，其中所述DC-DC谐振变换电路包括：原边半桥电路、谐振电感、第一谐振电容、变压器、副边全波整流电路；

所述频率调节控制电路，用于控制所述原边半桥电路中开关管的零电压导通和关断，以使所述DC-DC谐振变换电路实现电路谐振变换；

所述输出滤波电路，用于将所述第三直流电进行滤波，得到目标直流电，并通过所述5G基站供电电路输出端输出所述目标直流电；

所述交流输入模块电路、所述整流桥堆、所述功率因素矫正PFC电路、所述DC-DC谐振变换电路以及所述输出滤波电路依次连接；

所述PFC电感的第一端为所述功率因素矫正PFC电路的输入端、所述PFC电感的第二端分别连接所述第一开关管的漏极和所述第一二极管的正极，所述PFC电感的第一端与所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管的负极和第二二极管的负极分别与所述第一滤波电容的正极连接，所述第一滤波电容的负极与所述第一开关管的源极连接；

所述原边半桥电路的输入端为所述DC-DC谐振变换电路的输入端，所述谐振电感、所述谐振电容以及所述变压器的原边绕组串联后与所述原边半桥电路并联，所述变压器的副边绕组与所述副边全波整流电路连接，所述副边全波整流电路与所述输出滤波电路连接；

所述频率调节控制电路与所述原边半桥电路的控制端连接；其中，所述频率调节控制电路包括：电压采样电路、运放电路、处理模块、驱动电路；

所述电压采样电路，用于采集所述5G基站供电电路输出端的电压；

所述运放电路，用于根据所述5G基站供电电路输出端的电压转换成电压采样信号；

所述处理模块，用于根据所述电压采样信号输出针对所述原边半桥电路的驱动信号；

所述驱动电路，用于根据驱动信号驱动所述原边半桥电路，以使所述原边半桥电路的开关管实现零电压导通；

其中，所述电压采样电路、所述运放电路、所述处理模块、所述驱动电路依次连接。

2.根据权利要求1所述的5G基站供电电路，其特征在于，所述原边半桥电路包括第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的漏极与所述功率因素矫正PFC电路的输出端连接，所述第二开关管的源极与所述第三开关管的漏极连接，所述第二开关管的栅极和第三开关管的栅极与所述驱动电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的5G基站供电电路，其特征在于，所述变压器的副边绕组为带中心抽头的绕组，所述副边全波整流电路包括第三二极管和第四二极管；

所述副边绕组侧端连接所述第三二极管的正极，所述副边绕组另一侧端连接所述第四二极管的正极，所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极相连，所述副边绕组中心抽头端接地。

4.根据权利要求3所述的5G基站供电电路，其特征在于，所述副边全波整流电路还包括第五二极管、第六二极管；

所述副边绕组侧端连接所述第五二极管的正极，所述副边绕组另一侧端连接所述第六二极管的正极，所述第五二极管的负极和所述第六二极管的负极相连。

5.根据权利要求1所述5G基站供电电路，其特征在于，所述交流输入模块电路包括共模电感。

6.根据权利要求1所述5G基站供电电路，其特征在于，所述DC-DC谐振变换电路还包括：第二谐振电容，所述第二谐振电容与所述第一谐振电容并联。

7.根据权利要求1-6中任一项所述5G基站供电电路，其特征在于，所述5G基站供电电路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的两端与所述整流桥堆的输出端连接。

8.一种5G基站供电系统，其特征在于，所述5G基站供电系统包括权利要求1至7中任一项所述的5G基站供电电路。

9.一种电源装置，其特征在于，所述电源装置包括权利要求1至7中任一项所述的5G基站供电电路。