隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用越來(lái)越廣,，開(kāi)關(guān)頻率的持續(xù)提高使開(kāi)關(guān)電源的性能也得以進(jìn)一步優(yōu)化,，集成度更高，功耗更低,，電路更加簡(jiǎn)單,，工作更加可靠，是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的方向,。目前,，高頻開(kāi)關(guān)電源在我省廣播電視各微波站得到了廣泛的應(yīng)用，我站現(xiàn)采用廣州基仕域通訊有限公司生產(chǎn)的技術(shù)先進(jìn),、質(zhì)量可靠的挪威POWEC諧振式高頻開(kāi)關(guān)電源,。
1 高頻開(kāi)關(guān)電源的組成
1.1 主電路
從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程,，包括：
(1)輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾,，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。
(2)整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電,，并向功率因數(shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源,。
(3)功率因數(shù)校正：位于整流濾波和逆變之間，為了消除由整流電路引起的諧波電流污染電網(wǎng)和減小無(wú)功損耗來(lái)提升功率因數(shù),。
(4)逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高,，體積,、重量與輸出功率之比越小,。
(5)輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源,。
1.2 控制電路
一方面從輸出端取樣,，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器,，改變其頻率或脈寬,，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面,，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù),，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施,。
1.3 檢測(cè)電路
除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外,，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)供值班人員觀察、記錄,。
1.4 輔助電源
提供開(kāi)關(guān)整流器本身所有電路工作所需的各種不同要求的電源(交直流各種等級(jí)的電壓電源),。
2 高頻開(kāi)關(guān)控制穩(wěn)壓原理
開(kāi)關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)K接通時(shí),，輸入電源E通過(guò)開(kāi)關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL,，在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期問(wèn)，電源E向負(fù)載RL提供能量,；當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí),，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?jiàn),，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供,，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置,，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),，向負(fù)載釋放,。圖2中，由電感L,、電容C2和二極管D組成的電路,，就具有這種功能。電感L用以儲(chǔ)存能量,，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),，儲(chǔ)存在電感L中的能量通過(guò)二極管D釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量,，因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷,，所以稱為續(xù)流二極管,。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示：
式中TON為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期(即開(kāi)關(guān)接通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和),。由式可知,，改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變,，因此,，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”(Time Ratio Control,，縮寫：為TRC)。
按TRC控制原理,，有三種方式
(1)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,，縮寫為PWM)，開(kāi)關(guān)周期恒定,，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式。
(2)脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation,，縮寫為PFM),，導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率來(lái)改變占空比的方式,。
(3)混合調(diào)制,，導(dǎo)通脈沖寬度和開(kāi)關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式,，它是以上二種方式的混合,。
3 高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)
(1)重量輕，體積小,，采用高頻技術(shù),，去掉了工頻變壓器，與相控整流器相比較,，在輸出同等功率的情況下,，開(kāi)關(guān)整流器的體積和重量只是相控整流器的1/10。
(2)功耗小,，效率高,，開(kāi)關(guān)電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)關(guān)電源其整機(jī)效率可達(dá)88%,，較好的可做到91%以上,。
(3)功率因數(shù)高，相控整流器的功率因數(shù)隨可控硅導(dǎo)通角的變化而變化,，一般在全導(dǎo)通時(shí),，可接近0.7以上,，而小負(fù)載時(shí)，僅為0.3左右,。經(jīng)過(guò)校正的開(kāi)磁電源功率因數(shù)一般在0.93以上,，并目基本不受負(fù)載變化的影響(對(duì)20%以上負(fù)載)。
(4)穩(wěn)壓精度可高達(dá)0.2%(相控1%),。
(5)噪音低,，在相控整流設(shè)備中，工頻變壓器及濾波電感工作時(shí)產(chǎn)生的可聞噪聲較大,，一般大于60dB,。而開(kāi)關(guān)電源在無(wú)風(fēng)扇的情況下可聞噪聲僅為45dB左右。
(6)維護(hù)方便,，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源是模塊式的,，可以在運(yùn)行中更換，不影響工作(相控電源需停機(jī)處理),。
(7)實(shí)行N+1配套,，可靠性高。穩(wěn)定,、可靠,，長(zhǎng)壽命，采用N+1冗余配置,。
(8)擴(kuò)容方便,。
(9)可由微機(jī)控制，遠(yuǎn)端接口,，組成智能化電源設(shè)備,，便于集中監(jiān)控。
(10)對(duì)交流輸入要求低,，在三相嚴(yán)重不平衡時(shí),，整流系統(tǒng)仍能輸出，提供穩(wěn)定的直流電,。
4 高頻開(kāi)關(guān)電源的分類
(1)按激勵(lì)方式可分為：自激式和他激式
自激式開(kāi)關(guān)電源在接通電源后功率變換電路就自行產(chǎn)生振蕩,，即該電路是靠電路本身的正反饋過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)功率變換的。自激式電路出現(xiàn)最早,，它的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,、響應(yīng)速度較快，但開(kāi)關(guān)頻率變化大,，輸出紋波值較大,，不易作精確的分析、設(shè)計(jì),，通常只有在小功率的情況下使用,，如家電,、儀器電源。他激式開(kāi)關(guān)電源需要外接的激勵(lì)信號(hào)控制才能使變換電路工作,，完成功率變換任務(wù),。他激式開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率恒定，輸出紋波小,，但電路較復(fù)雜,，造價(jià)較高，響應(yīng)速度較慢,。
(2)按開(kāi)關(guān)電源所用的開(kāi)關(guān)器件可分為：雙極型晶體管開(kāi)關(guān)電源,、功率MOS管開(kāi)關(guān)電源、IGBT開(kāi)關(guān)電源,、晶閘管開(kāi)關(guān)電源等,。
功率MOS管用于開(kāi)關(guān)頻率100kHz以上的開(kāi)關(guān)電源中，晶閘管用于大功率開(kāi)關(guān)電源中,。
(3)按開(kāi)關(guān)電源控制方式可分為：脈寬調(diào)制(PWM)開(kāi)關(guān)電源,、脈頻調(diào)制(PFM)開(kāi)關(guān)電源、混合調(diào)制開(kāi)關(guān)電源,。
(4)按開(kāi)關(guān)電源的功率變換電路的結(jié)構(gòu)形式可分為：降壓型,、反相型、升壓型和變壓器型,。變壓器型中按開(kāi)關(guān)管輸出電路的形式可分為：?jiǎn)味碎_(kāi)關(guān)電源、雙端開(kāi)關(guān)電源,。而單端開(kāi)關(guān)電源可分為單端正激型,、單端反激型。雙端開(kāi)關(guān)電源又可分為推挽型,、半橋型,、全橋型。
5 POWEC電源的應(yīng)用
(1)POWEC電源系統(tǒng)采用零電壓諧振開(kāi)關(guān)技術(shù),，如圖3所示：
圖3中C1,、C2和L的諧振頻率始終低于Q1、Q2,，從而保證開(kāi)關(guān)管Q1,、Q2在零電壓條件下導(dǎo)通，消除了開(kāi)關(guān)損耗和寄生電容,。
(2)POWEC電源可在惡劣的環(huán)境溫度-25℃～55℃下正常工作,，70℃時(shí)可工作兩小時(shí)。平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)一百萬(wàn)小時(shí),。
(3)POWEC電源采用控制模塊無(wú)關(guān)性的硬件均流方式,，即使控制模塊失靈,，系統(tǒng)也能保持很好的負(fù)載均分，誤差小于標(biāo)準(zhǔn)電流的5%,，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,；在電池測(cè)量方面，提供電壓測(cè)量端口和溫度測(cè)量端口,；在電池充電方面,，除浮充外，還提供三種方式的均充,，即手動(dòng)均充,、定時(shí)均充和自動(dòng)均充，以及溫度補(bǔ)償功能和電池限流功能,。此外,，還提供了輸出過(guò)壓、過(guò)流保護(hù),、整流模塊溫度過(guò)高保護(hù),、可設(shè)定的低電壓切斷裝置保護(hù)電池或負(fù)載。
6 結(jié)束語(yǔ)
高頻開(kāi)關(guān)電源是一種模塊化設(shè)計(jì)的可靠性和智能化程度高的電源,，其體積小,，功耗低，效率高,，噪音低,，穩(wěn)壓精度高，安全可靠,，使用維護(hù)方便,，目前已在各微波站得到廣泛應(yīng)用。