第3章整流與變換設(shè)備課件

主要內(nèi)容通信整流技術(shù)的發(fā)展高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)介開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源各單元功能開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)2023/1/91主要內(nèi)容2023/1/91重點(diǎn)難點(diǎn)本章重點(diǎn)整流技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)均流技術(shù)電源整流設(shè)備中的常用器件監(jiān)控單元日常操作開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理本章難點(diǎn)功率因素校正技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器功率轉(zhuǎn)換技術(shù)2023/1/92重點(diǎn)難點(diǎn)2023/1/92我們知道，電子設(shè)備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電，經(jīng)“整流”、“濾波”、“穩(wěn)壓”后獲得。整流：指把大小、方向都變化的交流電變成單向脈動(dòng)的直流電，能完成整流任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為整流器。濾波：指濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑，能完成濾波任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為濾波器。穩(wěn)壓：指輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整使輸出電壓維持在原值。通信整流技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷的幾代變革20世紀(jì)50年代末的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流硒整流器；20世紀(jì)60年代的硅二極管穩(wěn)壓穩(wěn)流整流器；20世紀(jì)60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器；20世紀(jì)80年代末90年代初的高頻開(kāi)關(guān)整流器；3.1概述2023/1/93我們知道，電子設(shè)備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電幾個(gè)概念整流整流就是調(diào)整氣流、水流或電流的形態(tài)整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓的電路。在交流電源的作用下，整流二極管周期性地導(dǎo)通和截止，使負(fù)載得到脈動(dòng)直流電。在電源的正半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓波形形狀完全相同；在電源電壓的負(fù)半周，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。

常用的整流電路有：半波整流全波整流橋式整流工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位赫茲（Hz）它是電氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。工頻一般指市電的頻率,在我國(guó)是50Hz,其他國(guó)家也有60Hz的

2023/1/94幾個(gè)概念工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位赫茲（Hz）它整流器整流器是把交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC）裝置的總稱(chēng)。

它有兩個(gè)主要功能將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。

通信整流技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)50年代末的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流硒整流器20世紀(jì)60年代的硅二極管取代硒整流片的穩(wěn)壓穩(wěn)流硅整流器20世紀(jì)60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器，20世紀(jì)80年代末90年代初的高頻開(kāi)關(guān)整流器通信用整流設(shè)備經(jīng)歷了幾代變革。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、功率半導(dǎo)體技術(shù)和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流器產(chǎn)品也越來(lái)越成熟，性?xún)r(jià)比逐步提升，目前已經(jīng)逐步取代了可控硅整流器，并且還在不斷地朝著高頻化、高效率、大功率、小型智能化、清潔環(huán)保的方向發(fā)展。2023/1/95整流器2023/1/95穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源（stabilizedvoltagesupply）是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或穩(wěn)定直流電源的電子裝置。包括以下兩大類(lèi)

交流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史1955年美國(guó)的科學(xué)家羅那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來(lái)，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子式換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開(kāi)關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。2023/1/96穩(wěn)壓電源2023/1/9620世紀(jì)60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。20世紀(jì)70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開(kāi)關(guān)二極管、開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來(lái)，使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。穩(wěn)壓電源的主要功能

穩(wěn)定電壓當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬間波動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓電源會(huì)以10-30ms的響應(yīng)速度對(duì)電壓幅值進(jìn)行補(bǔ)償，使其穩(wěn)定在±2%以?xún)?nèi)。

2023/1/9720世紀(jì)60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出多功能綜合保護(hù)穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應(yīng)具有過(guò)壓保護(hù)（超過(guò)輸出電壓的+10%）、欠壓保護(hù)（低于輸出電壓的-10%）、缺相保護(hù)、短路過(guò)載保護(hù)最基本的保護(hù)功能。尖脈沖抑制（可選）電網(wǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會(huì)擊穿耐壓較低的電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠?qū)@樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。隔離傳導(dǎo)性EMI電磁干擾（可選）數(shù)控設(shè)備多采用AC/DC整流+PFC高頻功率因數(shù)校正，自身有一定的干擾性同時(shí)對(duì)干擾源也有嚴(yán)格要求。穩(wěn)壓電源的濾波組件能夠有效隔離電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的干擾同時(shí)也能有效隔離設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾。防雷（可選）應(yīng)具有的防雷擊能力。2023/1/98多功能綜合保護(hù)2023/1/98穩(wěn)壓電源的種類(lèi)目前，通信和其他電子設(shè)備采用的穩(wěn)壓電源主要有線(xiàn)性穩(wěn)壓電源線(xiàn)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(guò)高時(shí)，串聯(lián)調(diào)整管的功耗很大，因此效率很低。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)范圍為±20%時(shí)，5V穩(wěn)壓器的典型效率只有35%，輸入電壓波動(dòng)范圍小于±16%時(shí)，典型效率也只能達(dá)到50%。線(xiàn)性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋波電壓也較低。近年來(lái)，推出的低壓差(輸入和輸出電壓之差很低的)線(xiàn)性穩(wěn)壓器，不僅具有線(xiàn)性穩(wěn)壓器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且效率也有明顯提高，目前已廣泛應(yīng)用于小功率低電壓的電子設(shè)備中。2023/1/99穩(wěn)壓電源的種類(lèi)2023/1/99相控型穩(wěn)壓電源相控型穩(wěn)壓電源的基本工作原理是：當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，改變晶閘管的導(dǎo)通角，可使輸出電壓穩(wěn)定不變。與線(xiàn)性穩(wěn)壓電源相比，由于調(diào)整元件(晶閘管)工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以功耗較小，效率也較高，通常可達(dá)到70%。要求輸入和輸出隔離時(shí)，相控型穩(wěn)壓電源的輸入端必須加入工頻變壓器。由于工作頻率很低(50Hz)，所以變壓器的體積和重量都很大，同時(shí)輸出端的濾波電感和濾波電容的體積和重量也很大。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路在開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，改變控制信號(hào)的脈沖寬度，就可改變調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間，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??；調(diào)整管關(guān)斷時(shí)，流過(guò)的電流基本上為零，關(guān)斷功耗非常小，因此開(kāi)關(guān)型電源的效率很高。目前通信用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率已達(dá)到90%以上。2023/1/910相控型穩(wěn)壓電源2023/1/910整流和濾波電路1.電路組成單相橋式整流電路如圖3.1（a）所示，圖3.1（b）是其簡(jiǎn)化電路。

（a）電路原理圖（b）電路簡(jiǎn)化圖圖3.1單相橋式整流電路2023/1/911整流和濾波電路2023/1/911濾波電路濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用。電容濾波的特點(diǎn)

(1)濾波后的輸出電壓中直流分量提高了，交流分量降低了。

(2)電容濾波適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。

(3)存在浪涌電流。可在整流二極管兩端并接一只0.01μF的電容器來(lái)防止浪涌電流燒壞整流二極管。

(4)RLC值的改變可以影響輸出直流電壓的大小。2023/1/912濾波電路2023/1/912穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.2所示圖3.2并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路其穩(wěn)壓過(guò)程分述如下：當(dāng)交流電網(wǎng)波動(dòng)而RL未變動(dòng)時(shí)，若電網(wǎng)電壓上升，則：Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓當(dāng)電網(wǎng)未波動(dòng)而負(fù)載RL變動(dòng)時(shí)，若RL減小，則IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但受穩(wěn)壓管最大電流限制，又不能任意調(diào)節(jié)輸出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負(fù)載電流小，要求不甚高的場(chǎng)合。2023/1/913穩(wěn)壓電路圖3.2并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路其穩(wěn)壓過(guò)程分述如下：T1T2T3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.3所示。該電路由四部分組成。圖3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

(1)采樣單元采樣單元有R1、R2、和RP組成，與負(fù)載RL并聯(lián)，通過(guò)它可以反映輸出電壓Uo的變化。

(2)基準(zhǔn)單元基準(zhǔn)單元由限流電阻R3與穩(wěn)壓管T3組成（3）放大單元放大單元由三極管T2組成。（4）調(diào)整單元調(diào)整單元由三極管T1組成，它是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。T1必須選擇大功率三極管。2023/1/914T1T2T3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(1)2.工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的自動(dòng)穩(wěn)壓過(guò)程按電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載電阻變動(dòng)兩種情況分述如下：Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑當(dāng)Ui↓或RL↑時(shí)的調(diào)整過(guò)程與上述相反。由上分析可知，這是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。正因?yàn)殡娐穬?nèi)有深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。2023/1/9152.工作原理2023/1/915三端集成穩(wěn)壓器目前，集成穩(wěn)壓器已達(dá)百余種，并且成為模擬集成電路的一個(gè)重要分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調(diào)試方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用十分廣泛集成穩(wěn)壓器有三端及多端兩種外部結(jié)構(gòu)形式。輸出電壓有可調(diào)和固定兩種形式：固定式輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值，使用時(shí)不能再調(diào)節(jié)；可調(diào)式可通過(guò)外接元件，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。此外，還有輸出正電壓和輸出負(fù)電壓的集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。常用的型號(hào)有W78××系列W79××系列W317系列W337系列。2023/1/916三端集成穩(wěn)壓器2023/1/916高頻開(kāi)關(guān)整流器開(kāi)關(guān)整流器是電源系統(tǒng)中最重要的部分，它的技術(shù)是否先進(jìn)，關(guān)系著開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的功能和可靠性。因此，一些自主開(kāi)發(fā)的廠(chǎng)商很注重開(kāi)關(guān)整流器技術(shù)性能的改進(jìn)，其目的是使開(kāi)關(guān)整流器的可靠性和效率得到很大提高，使其成本和高頻電磁干擾降低。高頻開(kāi)關(guān)整流器的發(fā)展可靠性的提升可靠性是電源系統(tǒng)一個(gè)永恒的課題，隨著集成技術(shù)的發(fā)展成熟，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的趨于合理，高頻開(kāi)關(guān)電源采用的元器件的數(shù)量大大減少，電解電容、光耦合器及風(fēng)扇等決定電源壽命的器件質(zhì)量也得到提高，以及增加了各種保護(hù)功能，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）延長(zhǎng)，從而提高了可靠性。穩(wěn)定性的提高穩(wěn)定高質(zhì)量的直流電輸出是衡量整流器的一個(gè)重要的指標(biāo)。高頻化以及高性能、高增益控制電路的采用，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的穩(wěn)壓精度大大提高，各種濾波電路的應(yīng)用使得輸出雜音減小，其供電質(zhì)量較相控整流器有了明顯的提高。2023/1/917高頻開(kāi)關(guān)整流器2023/1/917小型化小型化是高頻開(kāi)關(guān)整流器相比傳統(tǒng)相控整流器的一大優(yōu)勢(shì)。由于變壓器工作頻率的提高以及集成電路的大量使用，使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的體積大大縮小。有些高頻開(kāi)關(guān)整流器內(nèi)部有CPU，有些沒(méi)有。但對(duì)于整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)而言，都設(shè)有監(jiān)控模塊，采用智能化管理，可與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。高效率高效率也是高頻開(kāi)關(guān)整流器發(fā)展的趨勢(shì)。功率器件生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，其功耗減??；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得開(kāi)關(guān)整流器設(shè)計(jì)拓?fù)浜蛥?shù)趨于合理，即所謂的最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況；功率因數(shù)校正技術(shù)的采用，使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的效率大大提高。2023/1/918小型化2023/1/918高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)重量輕、體積小與相控電源相比較，在輸出相同功率的情況下，體積及重量減小很多節(jié)能高效一般效率在90％左右。功率因數(shù)高當(dāng)配有有源功率因數(shù)校正電路時(shí)，其功率因數(shù)近似為1，且基本不受負(fù)載變化的影響。穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低在常溫滿(mǎn)載情況下，其穩(wěn)壓精度都在5％以下。維護(hù)簡(jiǎn)單、擴(kuò)容方便模塊化結(jié)構(gòu)?？稍谶\(yùn)行中更換損壞模塊，不影響通信。增減模塊方便智能化程度較高有CPU和計(jì)算機(jī)通信接口，便于集中監(jiān)控，無(wú)人值守。2023/1/919高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)2023/1/919高頻開(kāi)關(guān)整流器目前需要解決的問(wèn)題

解決高頻化與噪聲的矛盾問(wèn)題。提高工作頻率能使動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，這對(duì)于配合高速微處理器工作是必須的，也是減小體積的重要途徑。損耗增加，同時(shí)增加了更多的高頻噪聲，這些噪聲既對(duì)整流器自身工作會(huì)帶來(lái)影響，也會(huì)使得其他電子設(shè)備受到干擾。

如何進(jìn)一步提高效率，提高功率密度損耗的增加制約了整機(jī)效率的提高；額外的噪聲也必須增加更多的噪聲抑止電路，也就加大了整流器的復(fù)雜性和體積，使得整流器的可靠性和功率密度下降開(kāi)發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機(jī)的可靠性高性能碳化硅半導(dǎo)體器件

、高頻磁性元件和大容量高壽命的電容器的開(kāi)發(fā)。2023/1/920高頻開(kāi)關(guān)整流器目前需要解決的問(wèn)題2023/1/920通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成傳統(tǒng)的晶閘管相控整流器工作頻率低，要求變壓器和濾波元件的體積大，重量大和耗能高，隨著大功率器件和微電子技術(shù)的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流器已逐漸取代晶閘管相控整流器。高頻開(kāi)關(guān)整流器組成高頻開(kāi)關(guān)整流器也稱(chēng)為無(wú)工頻變壓器整流器，主要由主電路、輔助電路和控制電路三部分組成，如圖3-4所示2023/1/921通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成2023/1/921主電路高頻開(kāi)關(guān)整流器的主電路如圖3-4所示，包括交流濾波、整流、功率因數(shù)校正、直流-直流（DC-DC）變換、直流濾波等。交流濾波：交流濾波處于整流模塊的輸入端口，這一部分包含低通濾波、浪涌抑制等電路

整流電路一般采用無(wú)工頻變壓器單相或三相橋式硅整流電路，它把單相或三相交流電變?yōu)橹绷麟?，并向功率因?shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源功率因數(shù)校正電路：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，必須用功率因數(shù)校正電路提升功率因數(shù)。直流-直流變換電路：由逆變和高頻整流兩部分組成，逆變部分將直流高壓變換為高頻低壓。高頻整流部分將高頻電壓變換為電信設(shè)備所需要的直流低壓（-48，-24V）。直流-直流變換電一般采用PWM方式控制。直流濾波：濾除高頻開(kāi)關(guān)整流器輸出側(cè)的尖峰和雜波等噪聲電壓

2023/1/922主電路2023/1/922控制電路除主電路這外的其它電路都可稱(chēng)之為控制電路，它包括檢測(cè)放大電路U/W（電壓/脈寬）轉(zhuǎn)換電路或U/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換電路時(shí)鐘振蕩器（或恒頻脈沖發(fā)生器）驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路控制電路應(yīng)為功率開(kāi)關(guān)管激勵(lì)信號(hào)，應(yīng)能將主電路輸出電壓的微小變化轉(zhuǎn)換成脈寬或頻率變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的目的。負(fù)載發(fā)生短路或過(guò)流時(shí)應(yīng)有保護(hù)功能，輔助電源為控制電路提供必要的能源。輔助電源輔助電源提供高頻開(kāi)關(guān)整流器中控制電路等部分的直流電源電壓，通常采用單端反激變換器。

2023/1/923控制電路2023/1/923高頻變換原理高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作原理是市電直接由二極管整流后，經(jīng)功率因數(shù)校正電路，功率變換電路，把直流電源變換成高頻率的交流電流，再經(jīng)高頻整流成電信設(shè)備需要的低電壓直流電源。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(kāi)關(guān)整流器的核心技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器的分類(lèi)按調(diào)制方式分：有脈沖寬度調(diào)制（PWM）脈沖頻率調(diào)制（PFM）混合調(diào)制按采用的開(kāi)關(guān)技術(shù)分：硬開(kāi)關(guān)工作在電流不為零時(shí)的強(qiáng)迫關(guān)斷，和電壓不為零時(shí)的強(qiáng)迫導(dǎo)通

軟開(kāi)關(guān)

工作在零電流關(guān)斷和零電壓導(dǎo)通狀態(tài)

2023/1/924高頻變換原理2023/1/924按主電路結(jié)構(gòu)分為諧振型諧振型整流器是采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的

。開(kāi)關(guān)損耗小，工作頻率高，可達(dá)10MHz以上非諧振型采用硬開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)頻率不能太高。但其電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟按交流電的輸入類(lèi)型分為：?jiǎn)蜗嗳喟醋儞Q器的級(jí)數(shù)（Stage）分為：?jiǎn)渭?jí)（Singlestage）雙級(jí)（Twostage）2023/1/925按主電路結(jié)構(gòu)分為2023/1/9253.2高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)3.2.1高頻開(kāi)關(guān)元件在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，功率轉(zhuǎn)換電路是其主要組成部分，高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作頻率實(shí)際上就是功率轉(zhuǎn)換電路的工作頻率，它取決于開(kāi)關(guān)管的工作頻率。所以功率轉(zhuǎn)換電路中高頻開(kāi)關(guān)管性能的高低（比如開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷速度、開(kāi)關(guān)壓降損耗等等）在整流器中起著至關(guān)重要的作用。目前高頻開(kāi)關(guān)整流器采用的高頻功率開(kāi)關(guān)器件通常有：功率場(chǎng)控晶體管（MOSFET）絕緣門(mén)極晶體管（IGBT）兩者混合管功率集成器件等等2023/1/9263.2高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)3.2.1高頻開(kāi)關(guān)元件202功率場(chǎng)控晶體管（功率MOSFET）功率MOSFET是一種單極型電壓控制器件，其優(yōu)點(diǎn)是具有驅(qū)動(dòng)功率小、工作速度高、無(wú)二次擊穿和安全區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。功率MOSFET結(jié)構(gòu)采用垂直導(dǎo)電溝道，并將許多小單元功率MOSFET管芯并聯(lián)集成，故可增大漏極電流和功率。用大規(guī)模集成電路工藝將管芯并聯(lián)構(gòu)成的可稱(chēng)為VVMOSFET將VVMOSFET的V型槽尖頂削去的稱(chēng)為VUMOSFET采用雙重?cái)U(kuò)期工藝制成的具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散VDMOSFET

圖3-5VMOS管的結(jié)構(gòu)圖3-6MOS管的符號(hào)2023/1/927功率場(chǎng)控晶體管（功率MOSFET）圖3-5VMOS功率MOSFET的工作原理當(dāng)在NMOS管的柵極是加正電壓，則氧化膜下P型層兩邊表面感應(yīng)出負(fù)電荷，而形成N型導(dǎo)電溝道，同時(shí)在漏極兩極間加上正電壓，電子從源極通過(guò)兩個(gè)溝道，N-外延層，N+基片到達(dá)漏極，NMOS管電路原理如圖3-7所示

圖3-7NMOS管原理圖2023/1/928功率MOSFET的工作原理圖3-7NMOS管原理圖2023功率MOSFET的特性功率MOSFET管的主要性能指標(biāo)用電壓、電流和工作頻率來(lái)衡量。電流與電壓功率MOSFET電流以最大漏電流為指標(biāo)（IDMAX）。它表示功率MOSFET工作在飽和狀態(tài)下的漏極電流量，或某VGS輸出特性曲線(xiàn)平坦區(qū)域的電流值，決定IDMAX的主要因素為單位管芯面積的溝道寬度，溝道寬度達(dá)則IDMAX值大。

工作頻率工作頻率通常為30kHz～100kHz

。功率MOSFET的特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，功率增益高，是一種電壓控制器件。開(kāi)關(guān)速度快，不需要加反向偏置。多個(gè)管子可并聯(lián)工作，導(dǎo)通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動(dòng)均流能力開(kāi)關(guān)速度受溫度影響非常小，在高溫運(yùn)行時(shí)，不存在溫度失控現(xiàn)象功率MOSFET無(wú)二次擊穿問(wèn)題。

2023/1/929功率MOSFET的特性2023/1/929功率MOSFET使用注意事項(xiàng)柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞。不能用常規(guī)電流電壓表測(cè)試（包括萬(wàn)用表）。在進(jìn)行引線(xiàn)焊接時(shí)，操作者應(yīng)用佩帶接地的專(zhuān)用腕帶，且工作臺(tái)與焊接工具均應(yīng)接地，地面也應(yīng)接地。導(dǎo)通時(shí)電流沖擊大，易產(chǎn)生過(guò)電流。并聯(lián)工作時(shí)，易產(chǎn)生高頻震蕩絕緣門(mén)極晶體管（IGBT）絕緣門(mén)極晶體管又稱(chēng)門(mén)極絕緣雙極晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT，人們往往習(xí)慣性地稱(chēng)其為絕緣柵雙極晶體管，或絕緣柵晶體管，它是一種VMOSFET和雙極型晶體管的復(fù)合器件。增強(qiáng)型Ｎ溝道IGBT的簡(jiǎn)化等效電路如圖3-8（a）所示。該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)增強(qiáng)型Ｎ溝道VMOSFET驅(qū)動(dòng)PNP晶體管，其圖形符號(hào)及工作電壓極性和電流方向，如圖3-5所示，圖（b）為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)。Ｇ為門(mén)極，習(xí)慣上常稱(chēng)柵極，Ｃ為集電極，Ｅ為發(fā)射極。

2023/1/930功率MOSFET使用注意事項(xiàng)2023/1/930IGBT具有以下特點(diǎn)：IGBT從輸入端看，類(lèi)似于VMOSFET，IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷由柵極電壓來(lái)控制，當(dāng)柵－射電壓UGE大于開(kāi)啟電壓VGE時(shí)，IGBT導(dǎo)通，當(dāng)柵－射電壓小于開(kāi)啟電壓時(shí)，IGBT截止。IGBT從輸出端看，類(lèi)似于雙極型晶體管，導(dǎo)通壓降小，飽和壓降一般在2~4V之間，故導(dǎo)通損耗小。此外，IGBT能夠做得比VMOSFET耐壓更高，電流容量更大。IGBT的開(kāi)關(guān)速度在VMOSFET與雙極型晶體管之間。IGBT存在擎住效應(yīng)。

光耦驅(qū)動(dòng)電路常用的光耦合器發(fā)光二極管－晶體管發(fā)光二極管－晶體管型光耦合器是由砷化鎵發(fā)光二極管和硅光敏晶體管組成。二極管－二極管和晶體管放大型它用光敏二極管作受光器件，再用晶體管把光電流放大輸出

2023/1/931IGBT具有以下特點(diǎn)：2023/1/931常用的光耦合器電路舉例（TLP250驅(qū)動(dòng)電路）包括光耦合器、前級(jí)放大及比較器、觸發(fā)器、功率放大器等部分

功率開(kāi)關(guān)二極管由于工作頻率高，它們不能采用普通硅整流二極管，而必須采用快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管或肖特基二極管等開(kāi)關(guān)速度快的功率開(kāi)關(guān)二極管。

二極管的開(kāi)關(guān)特性二極管反向恢復(fù)時(shí)間

二極管正向恢復(fù)時(shí)間

幾種快速功率二極管快恢復(fù)二極管超快恢復(fù)二極管肖特基二極管2023/1/932常用的光耦合器2023/1/932具有共模電感的抗干擾濾波器抗干擾（EMI）濾波器由電感、電容組成，用于濾除噪聲電壓。噪聲電壓即干擾電壓，包括尖峰電壓、諧波電壓和雜波電壓，其頻率較高?？垢蓴_濾波器在起抗干擾濾波作用的時(shí)，必須能夠順利流過(guò)主電路的工作電流，工作電流在抗干擾濾波器上應(yīng)不產(chǎn)生壓降。

概念線(xiàn)路上兩線(xiàn)之間的噪聲電壓稱(chēng)為差模噪聲電壓，兩線(xiàn)共有的對(duì)地噪聲電壓稱(chēng)為共模噪聲電壓。電路中實(shí)際的噪聲電壓常是兩者的合成通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器中，常用具有共模電感的抗干擾濾波器來(lái)作輸入濾波器以及接在直流變換器后面的輸出濾波器。

工作原理

輸入側(cè)向輸出側(cè)傳遞的共模噪聲抑制輸出側(cè)向輸入側(cè)傳遞的反灌共模噪聲抑制L1與C1能抑制

接機(jī)殼電容的電容量限制對(duì)差模噪聲的抑制

2023/1/933具有共模電感的抗干擾濾波器2023/1/933共模電感共模電感為對(duì)稱(chēng)的兩線(xiàn)圈電感，兩線(xiàn)圈的繞法及對(duì)應(yīng)端如圖3-13所示通常磁芯采用有較高導(dǎo)磁率的環(huán)形鐵氧體，線(xiàn)圈匝數(shù)少，兩線(xiàn)圈之間有足夠的絕緣電壓。工作回路的電流iw通過(guò)兩線(xiàn)圈產(chǎn)生的兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)iwN大小相等、方向相反，合成磁勢(shì)為零，因此不產(chǎn)生沿著磁芯閉合的工作磁通，僅通過(guò)周?chē)臻g有少量漏磁通，磁路中可不設(shè)氣隙?？梢?jiàn)對(duì)工作電流而言，每個(gè)線(xiàn)圈的電感都為零。圖3-13共模電感共模噪聲電流iｃｏｍ分別通過(guò)兩線(xiàn)圈（例如都從同名端流入）所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相加，總磁勢(shì)為2Niｃｏｍ，共同產(chǎn)生沿磁芯閉合的磁通，在忽略漏感時(shí)能產(chǎn)生２倍磁通。因此對(duì)共模噪聲而言，兩線(xiàn)圈的互感與自感使等效電感L1和L2都增大為自感的２倍。

2023/1/934共模電感2023/1/934功率因數(shù)校正電路功率因數(shù)的定義功率因數(shù)（PowerFactor，PF）的定義為有功功率與視在功率之比。整流器的功率因數(shù)為：

P為輸入有功功率；S為輸入視在功率；UL為電網(wǎng)電壓有效值；IR為輸入電流有效值；I1為輸入電流中的基波電流有效值；γ＝I1/IR為輸入電流基波因數(shù)，COSΦ為位移因數(shù)，即正弦基波電流與電網(wǎng)電壓相位差的余弦，又稱(chēng)相移功率因數(shù)。由上式可知，整流器的功率因數(shù)又可定義為基波因數(shù)與位移因數(shù)的乘積交流供電系統(tǒng)功率和功率因素的測(cè)量采用的儀器通常是電力諧波分析儀，如F41B。2023/1/935功率因數(shù)校正電路P為輸入有功功率；S為輸入視在功率；UL為電目前很多通信設(shè)備采用直流供電，需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)換為直流的電源部分。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，使電力系統(tǒng)遭受污染。諧波電流的抑制及功率因數(shù)校正是電源設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要的課題高次諧波及功率因數(shù)校正市電經(jīng)整流后對(duì)電容充電，其輸入電流波形為不連續(xù)的脈沖，如圖2所示。這種電流除了基波分量外，還含有大量的諧波，其有效值I為

式中：I1，I2，…In，分別表示輸入電流的基波分量與各次諧波分量

諧波電流使電力系統(tǒng)的電壓波形發(fā)生畸變,我們將各次諧波有效值與基波有效值的比稱(chēng)之為總諧波畸變(THD)

。THD用來(lái)衡量電網(wǎng)的污染程度。

2023/1/936目前很多通信設(shè)備采用直流供電，需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)換為直流的電源脈沖狀電流使正弦電壓波形發(fā)生畸變，它對(duì)自身及同一系統(tǒng)的其它電子設(shè)備產(chǎn)生惡劣的影響，如——引起電子設(shè)備的誤操作，如空調(diào)停止工作等；——引起電話(huà)網(wǎng)噪音；——引起照明設(shè)備的障礙，如熒光燈閃滅；——造成變電站的電容，扼流圈的過(guò)熱、燒損。我們知道，功率因數(shù)定義為PF=有效功率/視在功率，是指被有效利用的功率的百分比。沒(méi)有被利用的無(wú)效功率則在電網(wǎng)與電源設(shè)備之間往返流動(dòng)，不僅增加線(xiàn)路損耗，而且成為污染源。抑制諧波分量即可達(dá)到減小THD，提高功率因數(shù)的目的。

2023/1/937脈沖狀電流使正弦電壓波形發(fā)生畸變，它對(duì)自身及同一系統(tǒng)的其它電功率因數(shù)校正的必要性i2的有效值與平均值之比大，要求整流元件的額定容量大；相應(yīng)地i1持續(xù)時(shí)間短、峰值大，i1分解得出的正弦基波分量較小，且同uAC有相位差，故PF較小，約0.6左右；同時(shí)諧波分量大，對(duì)電網(wǎng)造成干擾；三次諧波電流在電網(wǎng)中線(xiàn)上疊加，可能使零線(xiàn)電流比相線(xiàn)電流大，零線(xiàn)可能發(fā)熱損壞為解決上述問(wèn)題，通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器必須采用功率因數(shù)校正電路，使整流器的功率因數(shù)符合我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。功率因素校正工作原理在開(kāi)關(guān)整流器中，功率因素校正的基本方法有兩種：無(wú)源功率因素校正和有源功率因素校正。2023/1/938功率因數(shù)校正的必要性2023/1/938無(wú)源功率因素校正電路無(wú)源功率因素校正法是在開(kāi)關(guān)整流器的輸入端加入電感量很大的低頻電感，以減小濾波電容充電電流尖峰。方法簡(jiǎn)單，但效果不理想，一般校正后的功率因素（PF）可達(dá)0.85，并且加入的電感體積大，增加了開(kāi)關(guān)整流器的體積。因此目前用得較多的是有源功率因素校正。有源功率因素校正電路有源功率因數(shù)校正(APFC)電路主電路可以是升壓型的(BOOST)電路，也可以是降壓型的(BUCK)電路，其工作模式可以是連續(xù)導(dǎo)電(CCM)，也可以是不連續(xù)導(dǎo)電(DCM)，如果其輸出帶隔離變壓器的話(huà)，根據(jù)隔離變壓器的工作原理又分為正激式和反激式。有源功率因數(shù)校正（ActivePowerFactorCorrection，PFC）電路，目前多采用平均電流模式控制的PWM升壓變換器，控制芯片有UC3854、UC3854A/B等。2023/1/939無(wú)源功率因素校正電路2023/1/939有源功率因素校正電路的功能使整流器的輸入電流基本上為正弦波，并與電網(wǎng)電壓同相；實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)壓，輸出波形平滑且比較穩(wěn)定的約400V直流電壓。主電路升壓變換器的輸入電壓：ui=ud(輸入電壓正弦波絕對(duì)值)升壓變換器升壓變換器由L、VT、VD和C2組成。

功率開(kāi)關(guān)管ＶＴ的開(kāi)關(guān)頻率至少為20kHz（相應(yīng)的開(kāi)關(guān)周期為50μs），這就是說(shuō)VT在交流電源每半個(gè)周期（10ms）內(nèi)至少開(kāi)關(guān)200次。

為使功率因數(shù)校正電路的輸出電壓uo波形平滑并較穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比D必須有規(guī)律地變化?？刂圃硐到y(tǒng)采用雙環(huán)路控制，即由穩(wěn)壓控制環(huán)路與輸入電流波形控制環(huán)路來(lái)控制。

2023/1/940有源功率因素校正電路的功能2023/1/940功率轉(zhuǎn)換電路在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，將大功率的高壓直流（幾百伏）轉(zhuǎn)換成低壓直流（幾十伏），是由功率轉(zhuǎn)換電路完成的。轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)一是功率轉(zhuǎn)換過(guò)程中效率是否高；二是大功率電路其體積是否小。轉(zhuǎn)換過(guò)程高壓直流→高壓交流→降壓變壓器→低壓交流→低壓直流

變壓器體積與工作頻率成反比

高壓直流→高壓高頻交流→高頻降壓變壓器→低壓高頻交流→低壓直流的過(guò)程。PWM型功率轉(zhuǎn)換電路諧振型功率轉(zhuǎn)換電路時(shí)間比例控制穩(wěn)壓原理

2023/1/941功率轉(zhuǎn)換電路2023/1/941集成PWM控制器脈寬調(diào)制控制電路脈寬調(diào)制（PWM）控制電路是開(kāi)關(guān)電源的重要組成部分。作用是產(chǎn)生PWM信號(hào)，向功率開(kāi)關(guān)管或它的驅(qū)動(dòng)電路提供前后沿陡峭、占空比可變、工作頻率不變的矩形脈沖列。對(duì)PWM控制電路的基本要求滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)定度及動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求；與主回路配合，使開(kāi)關(guān)電源具有規(guī)定的輸出電壓值及其調(diào)節(jié)范圍；能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的軟啟動(dòng)；能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)。現(xiàn)在PWM控制電路普遍采用單片集成PWM控制器，其型號(hào)較多，通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩類(lèi)，電流型控制又分為峰值電流模式控制和平均電流模式控制。電壓型ＰＷＭ集成控制器只有電壓反饋控制，可以滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定輸出電壓等要求。

2023/1/942集成PWM控制器2023/1/942通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器主電路舉例

圖3-28單相輸入的通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器主電路舉例2023/1/943通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器主電路舉例圖3-28單相輸入的通信用均流電路自動(dòng)穩(wěn)壓方式并聯(lián)運(yùn)行的整流器必須有均流措施，使其輸出電流均衡。否則，由于各整流器的輸出電壓和等效內(nèi)阻實(shí)際上不可能完全一致，其中有些整流器將會(huì)負(fù)載過(guò)重，從而影響系統(tǒng)的可靠性，甚至造成并聯(lián)失敗。均流電路作用均流電路用來(lái)使并聯(lián)運(yùn)行的整流器輸出電流自動(dòng)均衡。實(shí)現(xiàn)均流的方法在通信用高頻開(kāi)關(guān)電源中廣泛采用的，主要是最大電流法均流和平均電流法均流。平均電流法自動(dòng)均流平均電流法均流總線(xiàn)上的電壓為各整流模塊電流放大器輸出電壓的平均值。

最大電流法自動(dòng)均流自動(dòng)設(shè)定主模塊和從模塊的方法，輸出電流最大的整流模塊自動(dòng)成為主模塊，其他模塊則為從模塊。

2023/1/944均流電路2023/1/944通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器的若干技術(shù)指標(biāo)效率效率是指電網(wǎng)電壓為額定值、直流輸出電壓為穩(wěn)壓上限值、輸出電流為額定值時(shí)，直流輸出功率與交流輸入有功功率之比的百分?jǐn)?shù)。負(fù)載效應(yīng)（負(fù)載調(diào)整率）負(fù)載效應(yīng)是指交流輸入電壓為額定值，直流輸出電流在額定值的5%～100%范圍變化，直流輸出電壓偏離整定值的變化率。源效應(yīng)（電網(wǎng)調(diào)整率）源效應(yīng)是指直流輸出電流為額定值，交流輸入電壓在額定值的85%～110%范圍內(nèi)變化，直流輸出電壓偏離整定值的變化率。穩(wěn)壓精度穩(wěn)壓精度是指交流輸入電壓在85%～110%之間變化，負(fù)載電流在5%～100%范圍內(nèi)變化，直流輸出電壓偏離整定值的變化率。

2023/1/945通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器的若干技術(shù)指標(biāo)2023/1/945寬頻雜音電壓寬頻雜音電壓是指整流器輸入電壓與輸出電流為額定值時(shí)，直流輸出電壓中一定頻寬內(nèi)的交流分量的方均根值。電話(huà)衡重雜音電壓電話(huà)衡重雜音電壓是指整流器輸入電壓與輸出電流為額定值時(shí)，直流輸出電壓中的交流分量通過(guò)國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定的電話(huà)衡重網(wǎng)絡(luò)(A)后測(cè)得的雜音電壓值。峰—峰值雜音電壓峰—峰值雜音電壓是指整流器輸入電壓與輸出電流為額定值時(shí)，直流輸出電壓中在0～20MHz頻帶內(nèi)交流分量的峰—峰間電壓值。離散頻率雜音電壓離散頻率雜音電壓是指整流器輸入電壓與輸出電流為額定值時(shí)，直流輸出電壓中在規(guī)定頻帶內(nèi)單個(gè)頻率的雜音電壓。

2023/1/946寬頻雜音電壓2023/1/9463.3開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)介紹開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)述目前通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器一般做成模塊的形式開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)組成交流配電單元直流配電單元整流模塊監(jiān)控模塊監(jiān)控單元監(jiān)控單元是整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的“總指揮”，起著監(jiān)控各個(gè)模塊的工作情況，協(xié)調(diào)各模塊正常工作的作用。

監(jiān)控單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的信息查詢(xún)、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)控制、告警處理、電池管理和后臺(tái)通信等功能。從監(jiān)控對(duì)象的角度我們將監(jiān)控模塊分為交流配電單元監(jiān)控單元、整流模塊監(jiān)控單元、蓄電池組監(jiān)控單元、直流配電單元監(jiān)控單元、自診斷單元和通信單元6個(gè)功能單元2023/1/9473.3開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)介紹開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)述2023/1/94開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)示意圖

圖3-33開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)示意圖2023/1/948開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)示意圖圖3-33開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)示意圖2023/1交流配電單元監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)三相交流輸入電壓值（是否過(guò)高、過(guò)低，有無(wú)缺相、停電），頻率值，電流值以及MOA避雷器是否保護(hù)損壞等情況。能顯示它們的值以及狀態(tài)，當(dāng)不符合事先設(shè)定的值時(shí)，發(fā)出聲光告警，記錄相關(guān)事件發(fā)生的詳細(xì)情況，以備維護(hù)人員查詢(xún)。整流模塊監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)整流模塊的輸出直流電壓、各模塊電流及總輸出電流，各模塊開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)、故障與否、浮充或均充狀態(tài)以及限流與否?？刂普髂K的開(kāi)關(guān)機(jī)、浮充或均充。顯示相關(guān)信息以及記錄事件發(fā)生的詳細(xì)情況。蓄電池組監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)蓄電池組總電壓、充電電流或放電電流，記錄放電時(shí)間以及放電容量、電池溫度等。

2023/1/949交流配電單元監(jiān)控單元2023/1/949直流配電單元監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總輸出電壓、總輸出電流、各負(fù)載分路電流以及各負(fù)載分路熔絲和開(kāi)關(guān)情況。自診斷單元監(jiān)測(cè)監(jiān)控單元本身各部件和功能單元工作情況。通信單元設(shè)置與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)連接的通信參數(shù)（包括通信速率、通信端口地址），負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信。2023/1/950直流配電單元監(jiān)控單元2023/1/9503.4開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)

維護(hù)的意義為了確保通信設(shè)備正常工作，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源的故障處理和維護(hù)是一項(xiàng)非常重要的工作。開(kāi)關(guān)電源雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備發(fā)生故障是難免的，對(duì)故障的迅速、正確排除，減少故障所造成的損失是項(xiàng)重要的基本任務(wù)。智能化的開(kāi)關(guān)電源也需要人工維護(hù)目前開(kāi)關(guān)電源已實(shí)現(xiàn)智能化。通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控單元能顯示故障事件發(fā)生的具體部位、時(shí)間等等。維護(hù)人員利用監(jiān)控單元的這些信息能初步判斷故障的性質(zhì)。但由于目前高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)智能化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到真正能代替人的所謂“人工智能”的程度，很多實(shí)際故障發(fā)生后的判斷處理仍然需要有經(jīng)驗(yàn)的電源維護(hù)人員根據(jù)故障現(xiàn)象，進(jìn)行縝密分析，作出正確的檢查、判斷及處理。2023/1/9513.4開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)維護(hù)的意義2023/1系統(tǒng)檢查維修的基本步驟當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障后，需進(jìn)行維修。系統(tǒng)檢查維修的基本步驟如下：查看系統(tǒng)有無(wú)聲光告警指示由于開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)各模塊均有相應(yīng)的告警提示，如整流模塊故障后其紅色告警指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)系統(tǒng)蜂鳴器發(fā)出聲告警。觀(guān)察具體故障現(xiàn)象或告警信息提示例如觀(guān)察具體故障現(xiàn)象與監(jiān)控單元提示是否一致，有無(wú)歷史告警信息等，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)處理故障的檢修方法，即可完成故障檢修。形成處理故障的檢修方法根據(jù)故障現(xiàn)象或告急信息，對(duì)本開(kāi)關(guān)電源作出正確的分析即形成處理故障的檢修方法，即可完成故障檢修。2023/1/952系統(tǒng)檢查維修的基本步驟2023/1/952開(kāi)關(guān)電源的故障分類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的故障可分為正常的告警類(lèi)故障、非正常告警類(lèi)故障、功能喪失類(lèi)不告警故障以及性能不良不告警故障四類(lèi)，如圖3-34所示。圖3-34故障分類(lèi)2023/1/953開(kāi)關(guān)電源的故障分類(lèi)圖3-34故障分類(lèi)2023/1/95正確的告警類(lèi)故障這一故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)配電模塊、整流模塊會(huì)有相應(yīng)的故障指示，查看監(jiān)控的單元由相應(yīng)的告警信息，各監(jiān)控單元提示的故障信息與實(shí)際情況一致。非正常告警類(lèi)故障這一類(lèi)故障發(fā)生時(shí)，雖然系統(tǒng)有故障燈亮、告警聲響等現(xiàn)象，但情況與監(jiān)控單元告警信息不一致或監(jiān)控單元無(wú)相應(yīng)告警信息。功能喪失類(lèi)不告警故障這一類(lèi)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)的功能發(fā)生異?；騿适?，但系統(tǒng)沒(méi)有任何告警提示。性能不良不告警故障這一類(lèi)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)的參數(shù)不符合系統(tǒng)性能指標(biāo)，發(fā)生檢測(cè)不準(zhǔn)或參數(shù)不對(duì)等情況。在實(shí)際檢修過(guò)程中，可以根據(jù)故障現(xiàn)象歸入上述一種或多種情況。2023/1/954正確的告警類(lèi)故障2023/1/954故障檢修流程圖3-35故障檢修流程2023/1/955故障檢修流程圖3-35故障檢修流程2023/1/955本章小結(jié)高頻開(kāi)關(guān)電源的地位與優(yōu)點(diǎn)高頻開(kāi)關(guān)整流器作為通信電源系統(tǒng)的核心，其優(yōu)點(diǎn)可歸為納體積小、重量輕；功率因數(shù)高；節(jié)能高效；穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低；維護(hù)簡(jiǎn)單、擴(kuò)容方便；智能化程度較高。高頻開(kāi)關(guān)整流器組成高頻開(kāi)關(guān)整流器由主電路和控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源組成。開(kāi)關(guān)整流器穩(wěn)壓原理開(kāi)關(guān)整流器穩(wěn)壓原理是時(shí)間比例控制的原理，即通過(guò)改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，來(lái)調(diào)整輸出電壓。具體方式有：脈沖寬度調(diào)制方式，脈沖頻率調(diào)制方式和混合調(diào)制方式。功率因數(shù)校正的基本方法在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，功率因數(shù)校正的基本方法有兩種：無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。高頻開(kāi)關(guān)整流器中主要的濾波電路高頻開(kāi)關(guān)整流器中主要的濾波電路有：輸入濾波、工頻濾波和輸出濾波。2023/1/956本章小結(jié)高頻開(kāi)關(guān)電源的地位與優(yōu)點(diǎn)2023/1/956開(kāi)關(guān)電源的故障種類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的故障多種多樣，可分為正常告警類(lèi)故障、非正常告警類(lèi)故障、功能喪失類(lèi)不告警故障、性能不良不告警故障，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，作出不同的檢修流程圖，加以分析判斷。

2023/1/957開(kāi)關(guān)電源的故障種類(lèi)2023/1/957主要內(nèi)容通信整流技術(shù)的發(fā)展高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)介開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源各單元功能開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)2023/1/958主要內(nèi)容2023/1/91重點(diǎn)難點(diǎn)本章重點(diǎn)整流技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)均流技術(shù)電源整流設(shè)備中的常用器件監(jiān)控單元日常操作開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理本章難點(diǎn)功率因素校正技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器功率轉(zhuǎn)換技術(shù)2023/1/959重點(diǎn)難點(diǎn)2023/1/92我們知道，電子設(shè)備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電，經(jīng)“整流”、“濾波”、“穩(wěn)壓”后獲得。整流：指把大小、方向都變化的交流電變成單向脈動(dòng)的直流電，能完成整流任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為整流器。濾波：指濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑，能完成濾波任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為濾波器。穩(wěn)壓：指輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整使輸出電壓維持在原值。通信整流技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷的幾代變革20世紀(jì)50年代末的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流硒整流器；20世紀(jì)60年代的硅二極管穩(wěn)壓穩(wěn)流整流器；20世紀(jì)60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器；20世紀(jì)80年代末90年代初的高頻開(kāi)關(guān)整流器；3.1概述2023/1/960我們知道，電子設(shè)備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電幾個(gè)概念整流整流就是調(diào)整氣流、水流或電流的形態(tài)整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓的電路。在交流電源的作用下，整流二極管周期性地導(dǎo)通和截止，使負(fù)載得到脈動(dòng)直流電。在電源的正半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓波形形狀完全相同；在電源電壓的負(fù)半周，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。

常用的整流電路有：半波整流全波整流橋式整流工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位赫茲（Hz）它是電氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。工頻一般指市電的頻率,在我國(guó)是50Hz,其他國(guó)家也有60Hz的

2023/1/961幾個(gè)概念工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位赫茲（Hz）它整流器整流器是把交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC）裝置的總稱(chēng)。

它有兩個(gè)主要功能將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。

通信整流技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)50年代末的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流硒整流器20世紀(jì)60年代的硅二極管取代硒整流片的穩(wěn)壓穩(wěn)流硅整流器20世紀(jì)60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器，20世紀(jì)80年代末90年代初的高頻開(kāi)關(guān)整流器通信用整流設(shè)備經(jīng)歷了幾代變革。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、功率半導(dǎo)體技術(shù)和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流器產(chǎn)品也越來(lái)越成熟，性?xún)r(jià)比逐步提升，目前已經(jīng)逐步取代了可控硅整流器，并且還在不斷地朝著高頻化、高效率、大功率、小型智能化、清潔環(huán)保的方向發(fā)展。2023/1/962整流器2023/1/95穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源（stabilizedvoltagesupply）是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或穩(wěn)定直流電源的電子裝置。包括以下兩大類(lèi)

交流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史1955年美國(guó)的科學(xué)家羅那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來(lái)，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子式換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開(kāi)關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。2023/1/963穩(wěn)壓電源2023/1/9620世紀(jì)60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。20世紀(jì)70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開(kāi)關(guān)二極管、開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來(lái)，使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。穩(wěn)壓電源的主要功能

穩(wěn)定電壓當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬間波動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓電源會(huì)以10-30ms的響應(yīng)速度對(duì)電壓幅值進(jìn)行補(bǔ)償，使其穩(wěn)定在±2%以?xún)?nèi)。

2023/1/96420世紀(jì)60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出多功能綜合保護(hù)穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應(yīng)具有過(guò)壓保護(hù)（超過(guò)輸出電壓的+10%）、欠壓保護(hù)（低于輸出電壓的-10%）、缺相保護(hù)、短路過(guò)載保護(hù)最基本的保護(hù)功能。尖脈沖抑制（可選）電網(wǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會(huì)擊穿耐壓較低的電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠?qū)@樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。隔離傳導(dǎo)性EMI電磁干擾（可選）數(shù)控設(shè)備多采用AC/DC整流+PFC高頻功率因數(shù)校正，自身有一定的干擾性同時(shí)對(duì)干擾源也有嚴(yán)格要求。穩(wěn)壓電源的濾波組件能夠有效隔離電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的干擾同時(shí)也能有效隔離設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾。防雷（可選）應(yīng)具有的防雷擊能力。2023/1/965多功能綜合保護(hù)2023/1/98穩(wěn)壓電源的種類(lèi)目前，通信和其他電子設(shè)備采用的穩(wěn)壓電源主要有線(xiàn)性穩(wěn)壓電源線(xiàn)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(guò)高時(shí)，串聯(lián)調(diào)整管的功耗很大，因此效率很低。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)范圍為±20%時(shí)，5V穩(wěn)壓器的典型效率只有35%，輸入電壓波動(dòng)范圍小于±16%時(shí)，典型效率也只能達(dá)到50%。線(xiàn)性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋波電壓也較低。近年來(lái)，推出的低壓差(輸入和輸出電壓之差很低的)線(xiàn)性穩(wěn)壓器，不僅具有線(xiàn)性穩(wěn)壓器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且效率也有明顯提高，目前已廣泛應(yīng)用于小功率低電壓的電子設(shè)備中。2023/1/966穩(wěn)壓電源的種類(lèi)2023/1/99相控型穩(wěn)壓電源相控型穩(wěn)壓電源的基本工作原理是：當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，改變晶閘管的導(dǎo)通角，可使輸出電壓穩(wěn)定不變。與線(xiàn)性穩(wěn)壓電源相比，由于調(diào)整元件(晶閘管)工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以功耗較小，效率也較高，通?？蛇_(dá)到70%。要求輸入和輸出隔離時(shí)，相控型穩(wěn)壓電源的輸入端必須加入工頻變壓器。由于工作頻率很低(50Hz)，所以變壓器的體積和重量都很大，同時(shí)輸出端的濾波電感和濾波電容的體積和重量也很大。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路在開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，改變控制信號(hào)的脈沖寬度，就可改變調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間，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??；調(diào)整管關(guān)斷時(shí)，流過(guò)的電流基本上為零，關(guān)斷功耗非常小，因此開(kāi)關(guān)型電源的效率很高。目前通信用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率已達(dá)到90%以上。2023/1/967相控型穩(wěn)壓電源2023/1/910整流和濾波電路1.電路組成單相橋式整流電路如圖3.1（a）所示，圖3.1（b）是其簡(jiǎn)化電路。

（a）電路原理圖（b）電路簡(jiǎn)化圖圖3.1單相橋式整流電路2023/1/968整流和濾波電路2023/1/911濾波電路濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用。電容濾波的特點(diǎn)

(1)濾波后的輸出電壓中直流分量提高了，交流分量降低了。

(2)電容濾波適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。

(3)存在浪涌電流?？稍谡鞫O管兩端并接一只0.01μF的電容器來(lái)防止浪涌電流燒壞整流二極管。

(4)RLC值的改變可以影響輸出直流電壓的大小。2023/1/969濾波電路2023/1/912穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.2所示圖3.2并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路其穩(wěn)壓過(guò)程分述如下：當(dāng)交流電網(wǎng)波動(dòng)而RL未變動(dòng)時(shí)，若電網(wǎng)電壓上升，則：Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓當(dāng)電網(wǎng)未波動(dòng)而負(fù)載RL變動(dòng)時(shí)，若RL減小，則IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但受穩(wěn)壓管最大電流限制，又不能任意調(diào)節(jié)輸出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負(fù)載電流小，要求不甚高的場(chǎng)合。2023/1/970穩(wěn)壓電路圖3.2并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路其穩(wěn)壓過(guò)程分述如下：T1T2T3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.3所示。該電路由四部分組成。圖3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

(1)采樣單元采樣單元有R1、R2、和RP組成，與負(fù)載RL并聯(lián)，通過(guò)它可以反映輸出電壓Uo的變化。

(2)基準(zhǔn)單元基準(zhǔn)單元由限流電阻R3與穩(wěn)壓管T3組成（3）放大單元放大單元由三極管T2組成。（4）調(diào)整單元調(diào)整單元由三極管T1組成，它是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。T1必須選擇大功率三極管。2023/1/971T1T2T3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(1)2.工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的自動(dòng)穩(wěn)壓過(guò)程按電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載電阻變動(dòng)兩種情況分述如下：Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑當(dāng)Ui↓或RL↑時(shí)的調(diào)整過(guò)程與上述相反。由上分析可知，這是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。正因?yàn)殡娐穬?nèi)有深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。2023/1/9722.工作原理2023/1/915三端集成穩(wěn)壓器目前，集成穩(wěn)壓器已達(dá)百余種，并且成為模擬集成電路的一個(gè)重要分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調(diào)試方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用十分廣泛集成穩(wěn)壓器有三端及多端兩種外部結(jié)構(gòu)形式。輸出電壓有可調(diào)和固定兩種形式：固定式輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值，使用時(shí)不能再調(diào)節(jié)；可調(diào)式可通過(guò)外接元件，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。此外，還有輸出正電壓和輸出負(fù)電壓的集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。常用的型號(hào)有W78××系列W79××系列W317系列W337系列。2023/1/973三端集成穩(wěn)壓器2023/1/916高頻開(kāi)關(guān)整流器開(kāi)關(guān)整流器是電源系統(tǒng)中最重要的部分，它的技術(shù)是否先進(jìn)，關(guān)系著開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的功能和可靠性。因此，一些自主開(kāi)發(fā)的廠(chǎng)商很注重開(kāi)關(guān)整流器技術(shù)性能的改進(jìn)，其目的是使開(kāi)關(guān)整流器的可靠性和效率得到很大提高，使其成本和高頻電磁干擾降低。高頻開(kāi)關(guān)整流器的發(fā)展可靠性的提升可靠性是電源系統(tǒng)一個(gè)永恒的課題，隨著集成技術(shù)的發(fā)展成熟，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的趨于合理，高頻開(kāi)關(guān)電源采用的元器件的數(shù)量大大減少，電解電容、光耦合器及風(fēng)扇等決定電源壽命的器件質(zhì)量也得到提高，以及增加了各種保護(hù)功能，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）延長(zhǎng)，從而提高了可靠性。穩(wěn)定性的提高穩(wěn)定高質(zhì)量的直流電輸出是衡量整流器的一個(gè)重要的指標(biāo)。高頻化以及高性能、高增益控制電路的采用，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的穩(wěn)壓精度大大提高，各種濾波電路的應(yīng)用使得輸出雜音減小，其供電質(zhì)量較相控整流器有了明顯的提高。2023/1/974高頻開(kāi)關(guān)整流器2023/1/917小型化小型化是高頻開(kāi)關(guān)整流器相比傳統(tǒng)相控整流器的一大優(yōu)勢(shì)。由于變壓器工作頻率的提高以及集成電路的大量使用，使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的體積大大縮小。有些高頻開(kāi)關(guān)整流器內(nèi)部有CPU，有些沒(méi)有。但對(duì)于整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)而言，都設(shè)有監(jiān)控模塊，采用智能化管理，可與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。高效率高效率也是高頻開(kāi)關(guān)整流器發(fā)展的趨勢(shì)。功率器件生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，其功耗減??；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得開(kāi)關(guān)整流器設(shè)計(jì)拓?fù)浜蛥?shù)趨于合理，即所謂的最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況；功率因數(shù)校正技術(shù)的采用，使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的效率大大提高。2023/1/975小型化2023/1/918高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)重量輕、體積小與相控電源相比較，在輸出相同功率的情況下，體積及重量減小很多節(jié)能高效一般效率在90％左右。功率因數(shù)高當(dāng)配有有源功率因數(shù)校正電路時(shí)，其功率因數(shù)近似為1，且基本不受負(fù)載變化的影響。穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低在常溫滿(mǎn)載情況下，其穩(wěn)壓精度都在5％以下。維護(hù)簡(jiǎn)單、擴(kuò)容方便模塊化結(jié)構(gòu)?？稍谶\(yùn)行中更換損壞模塊，不影響通信。增減模塊方便智能化程度較高有CPU和計(jì)算機(jī)通信接口，便于集中監(jiān)控，無(wú)人值守。2023/1/976高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)2023/1/919高頻開(kāi)關(guān)整流器目前需要解決的問(wèn)題

解決高頻化與噪聲的矛盾問(wèn)題。提高工作頻率能使動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，這對(duì)于配合高速微處理器工作是必須的，也是減小體積的重要途徑。損耗增加，同時(shí)增加了更多的高頻噪聲，這些噪聲既對(duì)整流器自身工作會(huì)帶來(lái)影響，也會(huì)使得其他電子設(shè)備受到干擾。

如何進(jìn)一步提高效率，提高功率密度損耗的增加制約了整機(jī)效率的提高；額外的噪聲也必須增加更多的噪聲抑止電路，也就加大了整流器的復(fù)雜性和體積，使得整流器的可靠性和功率密度下降開(kāi)發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機(jī)的可靠性高性能碳化硅半導(dǎo)體器件

、高頻磁性元件和大容量高壽命的電容器的開(kāi)發(fā)。2023/1/977高頻開(kāi)關(guān)整流器目前需要解決的問(wèn)題2023/1/920通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成傳統(tǒng)的晶閘管相控整流器工作頻率低，要求變壓器和濾波元件的體積大，重量大和耗能高，隨著大功率器件和微電子技術(shù)的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流器已逐漸取代晶閘管相控整流器。高頻開(kāi)關(guān)整流器組成高頻開(kāi)關(guān)整流器也稱(chēng)為無(wú)工頻變壓器整流器，主要由主電路、輔助電路和控制電路三部分組成，如圖3-4所示2023/1/978通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成2023/1/921主電路高頻開(kāi)關(guān)整流器的主電路如圖3-4所示，包括交流濾波、整流、功率因數(shù)校正、直流-直流（DC-DC）變換、直流濾波等。交流濾波：交流濾波處于整流模塊的輸入端口，這一部分包含低通濾波、浪涌抑制等電路

整流電路一般采用無(wú)工頻變壓器單相或三相橋式硅整流電路，它把單相或三相交流電變?yōu)橹绷麟?，并向功率因?shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源功率因數(shù)校正電路：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，必須用功率因數(shù)校正電路提升功率因數(shù)。直流-直流變換電路：由逆變和高頻整流兩部分組成，逆變部分將直流高壓變換為高頻低壓。高頻整流部分將高頻電壓變換為電信設(shè)備所需要的直流低壓（-48，-24V）。直流-直流變換電一般采用PWM方式控制。直流濾波：濾除高頻開(kāi)關(guān)整流器輸出側(cè)的尖峰和雜波等噪聲電壓

2023/1/979主電路2023/1/922控制電路除主電路這外的其它電路都可稱(chēng)之為控制電路，它包括檢測(cè)放大電路U/W（電壓/脈寬）轉(zhuǎn)換電路或U/f（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換電路時(shí)鐘振蕩器（或恒頻脈沖發(fā)生器）驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路控制電路應(yīng)為功率開(kāi)關(guān)管激勵(lì)信號(hào)，應(yīng)能將主電路輸出電壓的微小變化轉(zhuǎn)換成脈寬或頻率變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的目的。負(fù)載發(fā)生短路或過(guò)流時(shí)應(yīng)有保護(hù)功能，輔助電源為控制電路提供必要的能源。輔助電源輔助電源提供高頻開(kāi)關(guān)整流器中控制電路等部分的直流電源電壓，通常采用單端反激變換器。

2023/1/980控制電路2023/1/923高頻變換原理高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作原理是市電直接由二極管整流后，經(jīng)功率因數(shù)校正電路，功率變換電路，把直流電源變換成高頻率的交流電流，再經(jīng)高頻整流成電信設(shè)備需要的低電壓直流電源。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(kāi)關(guān)整流器的核心技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器的分類(lèi)按調(diào)制方式分：有脈沖寬度調(diào)制（PWM）脈沖頻率調(diào)制（PFM）混合調(diào)制按采用的開(kāi)關(guān)技術(shù)分：硬開(kāi)關(guān)工作在電流不為零時(shí)的強(qiáng)迫關(guān)斷，和電壓不為零時(shí)的強(qiáng)迫導(dǎo)通

軟開(kāi)關(guān)

工作在零電流關(guān)斷和零電壓導(dǎo)通狀態(tài)

2023/1/981高頻變換原理2023/1/924按主電路結(jié)構(gòu)分為諧振型諧振型整流器是采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的

。開(kāi)關(guān)損耗小，工作頻率高，可達(dá)10MHz以上非諧振型采用硬開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)頻率不能太高。但其電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟按交流電的輸入類(lèi)型分為：?jiǎn)蜗嗳喟醋儞Q器的級(jí)數(shù)（Stage）分為：?jiǎn)渭?jí)（Singlestage）雙級(jí)（Twostage）2023/1/982按主電路結(jié)構(gòu)分為2023/1/9253.2高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)3.2.1高頻開(kāi)關(guān)元件在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，功率轉(zhuǎn)換電路是其主要組成部分，高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作頻率實(shí)際上就是功率轉(zhuǎn)換電路的工作頻率，它取決于開(kāi)關(guān)管的工作頻率。所以功率轉(zhuǎn)換電路中高頻開(kāi)關(guān)管性能的高低（比如開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷速度、開(kāi)關(guān)壓降損耗等等）在整流器中起著至關(guān)重要的作用。目前高頻開(kāi)關(guān)整流器采用的高頻功率開(kāi)關(guān)器件通常有：功率場(chǎng)控晶體管（MOSFET）絕緣門(mén)極晶體管（IGBT）兩者混合管功率集成器件等等2023/1/9833.2高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)3.2.1高頻開(kāi)關(guān)元件202功率場(chǎng)控晶體管（功率MOSFET）功率MOSFET是一種單極型電壓控制器件，其優(yōu)點(diǎn)是具有驅(qū)動(dòng)功率小、工作速度高、無(wú)二次擊穿和安全區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。功率MOSFET結(jié)構(gòu)采用垂直導(dǎo)電溝道，并將許多小單元功率MOSFET管芯并聯(lián)集成，故可增大漏極電流和功率。用大規(guī)模集成電路工藝將管芯并聯(lián)構(gòu)成的可稱(chēng)為VVMOSFET將VVMOSFET的V型槽尖頂削去的稱(chēng)為VUMOSFET采用雙重?cái)U(kuò)期工藝制成的具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散VDMOSFET

圖3-5VMOS管的結(jié)構(gòu)圖3-6MOS管的符號(hào)2023/1/984功率場(chǎng)控晶體管（功率MOSFET）圖3-5VMOS功率MOSFET的工作原理當(dāng)在NMOS管的柵極是加正電壓，則氧化膜下P型層兩邊表面感應(yīng)出負(fù)電荷，而形成N型導(dǎo)電溝道，同時(shí)在漏極兩極間加上正電壓，電子從源極通過(guò)兩個(gè)溝道，N-外延層，N+基片到達(dá)漏極，NMOS管電路原理如圖3-7所示

圖3-7NMOS管原理圖2023/1/985功率MOSFET的工作原理圖3-7NMOS管原理圖2023功率MOSFET的特性功率MOSFET管的主要性能指標(biāo)用電壓、電流和工作頻率來(lái)衡量。電流與電壓功率MOSFET電流以最大漏電流為指標(biāo)（IDMAX）。它表示功率MOSFET工作在飽和狀態(tài)下的漏極電流量，或某VGS輸出特性曲線(xiàn)平坦區(qū)域的電流值，決定IDMAX的主要因素為單位管芯面積的溝道寬度，溝道寬度達(dá)則IDMAX值大。

工作頻率工作頻率通常為30kHz～100kHz

。功率MOSFET的特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，功率增益高，是一種電壓控制器件。開(kāi)關(guān)速度快，不需要加反向偏置。多個(gè)管子可并聯(lián)工作，導(dǎo)通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動(dòng)均流能力開(kāi)關(guān)速度受溫度影響非常小，在高溫運(yùn)行時(shí)，不存在溫度失控現(xiàn)象功率MOSFET無(wú)二次擊穿問(wèn)題。

2023/1/986功率MOSFET的特性2023/1/929功率MOSFET使用注意事項(xiàng)柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞。不能用常規(guī)電流電壓表測(cè)試（包括萬(wàn)用表）。在進(jìn)行引線(xiàn)焊接時(shí)，操作者應(yīng)用佩帶接地的專(zhuān)用腕帶，且工作臺(tái)與焊接工具均應(yīng)接地，地面也應(yīng)接地。導(dǎo)通時(shí)電流沖擊大，易產(chǎn)生過(guò)電流。并聯(lián)工作時(shí)，易產(chǎn)生高頻震蕩絕緣門(mén)極晶體管（IGBT）絕緣門(mén)極晶體管又稱(chēng)門(mén)極絕緣雙極晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT，人們往往習(xí)慣性地稱(chēng)其為絕緣柵雙極晶體管，或絕緣柵晶體管，它是一種VMOSFET和雙極型晶體管的復(fù)合器件。增強(qiáng)型Ｎ溝道IGBT的簡(jiǎn)化等效電路如圖3-8（a）所示。該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)增強(qiáng)型Ｎ溝道VMOSFET驅(qū)動(dòng)PNP晶體管，其圖形符號(hào)及工作電壓極性和電流方向，如圖3-5所示，圖（b）為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)。Ｇ為門(mén)極，習(xí)慣上常稱(chēng)柵極，Ｃ為集電極，Ｅ為發(fā)射極。

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