高頻開關(guān)型整流器的技術(shù)特點(diǎn)

3.1.3 高頻開關(guān)型整流器的技術(shù)特點(diǎn)

1.通信用高頻開關(guān)電源的技術(shù)發(fā)展

我國從1963年起開始研制可控硅整流器，1965年開始研制逆變器和晶體管DC/DC變換器。到了20世紀(jì)80年代，為程控交換機(jī)配套供電的直流48V穩(wěn)壓整流器是可控桂整流技術(shù)成熟應(yīng)用的代表，比如國產(chǎn)DZ-Y02穩(wěn)壓整流器等。在20世紀(jì)80年代后期開始從國外引進(jìn)高頻開關(guān)電源，并逐步取代傳統(tǒng)的相控可控硅整流穩(wěn)壓電源。

從開關(guān)電源的發(fā)展來看，早在20世紀(jì)60年代中期，國外就研制出了20kHz的DC/DC變化器，為開關(guān)電源的研究和發(fā)展創(chuàng)造了條件，20世紀(jì)70年代就出現(xiàn)了應(yīng)用高頻變換的整流器，20世紀(jì)80年代初英國科學(xué)家制造出第一套實(shí)用的48V開關(guān)電源（SwitchModeRectifier,SMR）o

隨著器件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大功率高壓場(chǎng)效應(yīng)管，它的關(guān)斷速度人大加快，電荷存儲(chǔ)時(shí)間短，從而也大大提高了開關(guān)管的開關(guān)頻率。近年來，為了提高開關(guān)電源的工作頻率，諧振型開關(guān)電源受到普遍重視。由于工作頻率大大提高，直流變換器中的變壓器、濾波電感、濾波電容的體積和重量大大減小，開關(guān)型電源的功率密度（輸出功率/>與體積F之比，單位是W/cm3）也因此而大大提高。在容量相同（即輸出功率相等）的條件下，開關(guān)型電源的體積一般只有相控型電源的20%左右。同時(shí)由于省去了笨重的工頻變壓器，濾波電感和電容的數(shù)值也因頻率升高而降低，所以開關(guān)電源的重量也大大降低。

對(duì)于高頻開關(guān)電源在通信電源中形成主導(dǎo)地位的主要關(guān)鍵技術(shù)有：

（1）開關(guān)線路的發(fā)展使開關(guān)電源的頻率不斷提高的同時(shí)效率也得到了很大的提高，并且使每個(gè)開關(guān)模塊的變換功率也不斷增大，滿足通信電源大功率使用的需要。

（2）均流技術(shù)使開關(guān)電源可以通過多模塊并聯(lián)組成更大的直流供電系統(tǒng)和提高系統(tǒng)的冗余可靠性。

（3）功率因數(shù)校正技術(shù)有效地提高了開關(guān)電源的功率因數(shù)，使開關(guān)電源在大功率供電系統(tǒng)的應(yīng)用更加實(shí)用。

（4）現(xiàn)代高頻開關(guān)電源所具有的智能化給維護(hù)工作帶來了極大的方便，提高了維護(hù)質(zhì)量。目前，高頻開關(guān)電源還將進(jìn)一步向高頻化、電路集成化、體積小型化等方面發(fā)展。高頻

開關(guān)電源的進(jìn)一步發(fā)展將依賴于髙頻元器件和磁性材料的發(fā)展，在硬開關(guān)電路中，開關(guān)器件在高壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，整個(gè)開關(guān)過程都是處于強(qiáng)迫開關(guān)狀態(tài)下，使高頻開關(guān)電路的運(yùn)行受到限制，因此，諧振軟性開關(guān)變換電路將成為新一代變換電路的發(fā)展主流。另外，在高頻開關(guān)電源高頻化的發(fā)展過程中，還存在著熱學(xué)限制、電磁干擾等問題。

2.高頻變換減小變壓器體積的原理

由圖3-1可知，高頻開關(guān)整流器將50Hz工頻交流首先轉(zhuǎn)換成直流，再將直流轉(zhuǎn)換為高頻交流。這樣，降壓用的變壓器可以工作在很高的頻率下，從而縮小了變壓器的體積。采用高頻變換技術(shù)減小變壓器體積可以認(rèn)為是高頻開關(guān)整流器的核心技術(shù)。

下面用公式來說明變壓器電壓與其他參量之間的關(guān)系。設(shè)變壓器鐵芯磁通按正弦規(guī)律變化，則

從上式可以看出，在變壓器電壓和磁通（與電流有關(guān)〉一定的情況下，即變壓器功率一定的情況下，工作頻率越高，變壓器的鐵芯截面積可以做得越小，繞組匝數(shù)也可以越少。

　　2.開關(guān)型穩(wěn)壓電源與其他穩(wěn)壓電源相比的技術(shù)特點(diǎn)

目前，通信和其他電子設(shè)備采用的穩(wěn)壓電源主要有線性穩(wěn)壓電源、相控型穩(wěn)壓電源和開關(guān)型穩(wěn)壓電源。

線性穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元件串聯(lián)在負(fù)載回路中，其作用就像一只可變電阻，輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，串聯(lián)調(diào)整元件的壓降改變，從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。當(dāng)輸入電壓過高時(shí)，串聯(lián)調(diào)整管的功耗很大，因此效率很低。線性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡單、干擾小，對(duì)輸入電壓和負(fù)載變化的響應(yīng)非常快，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋波電壓也較低。因此，線性穩(wěn)壓電源主要用在小功率、對(duì)穩(wěn)壓精度要求很高的場(chǎng)合，如一些為通信設(shè)備內(nèi)部集成電路供電的輔助電源。

相控型穩(wěn)壓電源采用晶閘管替代二極管來組成整流電路，可以方便、迅速地調(diào)整整流輸出電壓，因此這種整流電路也被稱為可控整流電路。相控型穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓原理是：通過改變晶閘管的導(dǎo)通相位（0）來控制整流器輸出電壓的，所以由這種電路構(gòu)成的電源通常稱為相位控制型電源，簡稱為相控型電源。與線性穩(wěn)壓電源相比，由于調(diào)整元件（晶閘管）工作于開關(guān)狀態(tài)，所以功耗較小，效率也較高。但由于相控型穩(wěn)壓電源的工頻變壓器工作在低頻（工頻50Hz），對(duì)電網(wǎng)干擾和負(fù)載變動(dòng)的響應(yīng)慢，所需的濾波電容、電感、工頻變壓器的體積龐大，噪聲也很大：另外，晶閘管整流電路的功率因數(shù)較低，污染電網(wǎng)。因此相控電源在通信行業(yè)已逐步淘汰。

在高頻開關(guān)型穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，一般可改變控制信號(hào)的脈沖寬度（改變調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間，即脈沖寬度調(diào)制），從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，兩端的壓降接近于零，導(dǎo)通功耗很小，調(diào)整管關(guān)斷時(shí)，流過的電流基本上為零，關(guān)斷功耗非常小，因此開關(guān)型電源的效率很高。目前通信用開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率已達(dá)到90%以上。與相控電源相比，高頻開關(guān)電源不需要工頻變壓器，工作頻率高，所需的濾波電容、電感大，因而體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也快。

返回目錄：通信工程設(shè)備環(huán)境交直流供電系統(tǒng)