第3章整流與變換設備培訓資料

主要內容通信整流技術的發(fā)展高頻開關整流器高頻開關整流器的組成高頻開關整流器主要技術開關電源系統(tǒng)簡介開關電源系統(tǒng)開關電源各單元功能開關電源系統(tǒng)的故障處理與維護2025/1/181重點難點本章重點整流技術功率因數(shù)校正技術DC/DC轉換技術均流技術電源整流設備中的常用器件監(jiān)控單元日常操作開關電源系統(tǒng)的故障處理本章難點功率因素校正技術高頻開關整流器功率轉換技術2025/1/182我們知道，電子設備所需的直流電源，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的直流電，能完成整流任務的設備稱為整流器。濾波：指濾除脈動直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑，能完成濾波任務的設備稱為濾波器。穩(wěn)壓：指輸入電壓波動或負載變化引起輸出電壓變化時，能自動調整使輸出電壓維持在原值。通信整流技術的發(fā)展經(jīng)歷的幾代變革20世紀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60年代的硅二極管穩(wěn)壓穩(wěn)流整流器；20世紀60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器；20世紀80年代末90年代初的高頻開關整流器；3.1概述2025/1/183整流器整流器是把交流電（AC）轉換為直流電（DC）裝置的總稱。

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

通信整流技術的發(fā)展20世紀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60年代末70年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器，20世紀80年代末90年代初的高頻開關整流器通信用整流設備經(jīng)歷了幾代變革。90年代以后，隨著計算機控制技術、功率半導體技術和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，高頻開關整流器產(chǎn)品也越來越成熟，性價比逐步提升，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。2025/1/185穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源（stabilizedvoltagesupply）是能為負載提供穩(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

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年美國的科學家羅那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術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，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉換效率低的旋轉和機械振子式換流設備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關狀態(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，因而當時被廣泛地應用于航天及軍事電子設備。由于那時的微電子設備及技術十分落后，不能制作出耐壓高、開關速度較高、功率較大的晶體管，所以這個時期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉換的速度也不能太高。2025/1/18620世紀60年代，由于微電子技術的快速發(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，從而極大地擴大了它的應用范圍，并在此基礎上誕生了無工頻降壓變壓器的開關電源。省掉了工頻變壓器，又使開關穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開關穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。20世紀70年代以后，與這種技術有關的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關二極管、開關變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應用于電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領域，從而使無工頻變壓器開關穩(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)定電壓當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬間波動時，穩(wěn)壓電源會以10-30ms的響應速度對電壓幅值進行補償，使其穩(wěn)定在±2%以內。

2025/1/187多功能綜合保護穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應具有過壓保護（超過輸出電壓的+10%）、欠壓保護（低于輸出電壓的-10%）、缺相保護、短路過載保護最基本的保護功能。尖脈沖抑制（可選）電網(wǎng)有時會出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會擊穿耐壓較低的電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠對這樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。隔離傳導性EMI電磁干擾（可選）數(shù)控設備多采用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對干擾源也有嚴格要求。穩(wěn)壓電源的濾波組件能夠有效隔離電網(wǎng)對設備的干擾同時也能有效隔離設備對電網(wǎng)的干擾。防雷（可選）應具有的防雷擊能力。2025/1/188穩(wěn)壓電源的種類目前，通信和其他電子設備采用的穩(wěn)壓電源主要有線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源中，調整元件串聯(lián)在負載回路中，其作用就像一只可變電阻，輸入電壓或負載變化時，串聯(lián)調整元件的壓降改變，從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。當輸入電壓過高時，串聯(lián)調整管的功耗很大，因此效率很低。當輸入電壓波動范圍為±20%時，5V穩(wěn)壓器的典型效率只有35%，輸入電壓波動范圍小于±16%時，典型效率也只能達到50%。線性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點是電路比較簡單，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋波電壓也較低。近年來，推出的低壓差(輸入和輸出電壓之差很低的)線性穩(wěn)壓器，不僅具有線性穩(wěn)壓器的全部優(yōu)點，而且效率也有明顯提高，目前已廣泛應用于小功率低電壓的電子設備中。2025/1/189相控型穩(wěn)壓電源相控型穩(wěn)壓電源的基本工作原理是：當輸入電壓或負載變化時，改變晶閘管的導通角，可使輸出電壓穩(wěn)定不變。與線性穩(wěn)壓電源相比，由于調整元件(晶閘管)工作于開關狀態(tài)，所以功耗較小，效率也較高，通?？蛇_到70%。要求輸入和輸出隔離時，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，同時輸出端的濾波電感和濾波電容的體積和重量也很大。開關型穩(wěn)壓電路在開關型穩(wěn)壓電源中，調整管工作于開關狀態(tài)。輸入電壓或負載變化時，改變控制信號的脈沖寬度，就可改變調整管的導通時間，從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。調整管導通時，兩端的壓降接近于零，導通功耗很??；調整管關斷時，流過的電流基本上為零，關斷功耗非常小，因此開關型電源的效率很高。目前通信用開關穩(wěn)壓電源的效率已達到90%以上。2025/1/1810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）是其簡化電路。

（a）電路原理圖（b）電路簡化圖圖3.1單相橋式整流電路2025/1/1811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

(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)電容濾波適用于負載電流較小的場合。

(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。2025/1/1812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)壓過程分述如下：當交流電網(wǎng)波動而RL未變動時，若電網(wǎng)電壓上升，則：Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓當電網(wǎng)未波動而負載RL變動時，若RL減小，則IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結構簡單，但受穩(wěn)壓管最大電流限制，又不能任意調節(jié)輸出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調節(jié)，負載電流小，要求不甚高的場合。2025/1/1813T1T2T3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，與負載RL并聯(lián)，通過它可以反映輸出電壓Uo的變化。

(2)基準單元基準單元由限流電阻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）調整單元調整單元由三極管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。2025/1/18142.工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的自動穩(wěn)壓過程按電網(wǎng)波動和負載電阻變動兩種情況分述如下：Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑當Ui↓或RL↑時的調整過程與上述相反。由上分析可知，這是一個負反饋系統(tǒng)。正因為電路內有深度電壓串聯(lián)負反饋，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。2025/1/1815三端集成穩(wěn)壓器目前，集成穩(wěn)壓器已達百余種，并且成為模擬集成電路的一個重要分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調試方便，可靠性高等優(yōu)點，在電子電路中應用十分廣泛集成穩(wěn)壓器有三端及多端兩種外部結構形式。輸出電壓有可調和固定兩種形式：固定式輸出電壓為標準值，使用時不能再調節(jié)；可調式可通過外接元件，在較大范圍內調節(jié)輸出電壓。此外，還有輸出正電壓和輸出負電壓的集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應用最為普遍。常用的型號有W78××系列W79××系列W317系列W337系列。2025/1/1816高頻開關整流器開關整流器是電源系統(tǒng)中最重要的部分，它的技術是否先進，關系著開關電源系統(tǒng)的功能和可靠性。因此，一些自主開發(fā)的廠商很注重開關整流器技術性能的改進，其目的是使開關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。高頻開關整流器的發(fā)展可靠性的提升可靠性是電源系統(tǒng)一個永恒的課題，隨著集成技術的發(fā)展成熟，結構設計的趨于合理，高頻開關電源采用的元器件的數(shù)量大大減少，電解電容、光耦合器及風扇等決定電源壽命的器件質量也得到提高，以及增加了各種保護功能，使高頻開關整流器的MTBF（平均無故障時間）延長，從而提高了可靠性。穩(wěn)定性的提高穩(wěn)定高質量的直流電輸出是衡量整流器的一個重要的指標。高頻化以及高性能、高增益控制電路的采用，使高頻開關整流器的穩(wěn)壓精度大大提高，各種濾波電路的應用使得輸出雜音減小，其供電質量較相控整流器有了明顯的提高。2025/1/1817小型化小型化是高頻開關整流器相比傳統(tǒng)相控整流器的一大優(yōu)勢。由于變壓器工作頻率的提高以及集成電路的大量使用，使得高頻開關整流器的體積大大縮小。有些高頻開關整流器內部有CPU，有些沒有。但對于整個開關電源系統(tǒng)而言，都設有監(jiān)控模塊，采用智能化管理，可與計算機通信，實現(xiàn)集中監(jiān)控。高效率高效率也是高頻開關整流器發(fā)展的趨勢。功率器件生產(chǎn)技術的進步，其功耗減小；計算機輔助設計使得開關整流器設計拓撲和參數(shù)趨于合理，即所謂的最簡結構和最佳工況；功率因數(shù)校正技術的采用，使得高頻開關整流器的效率大大提高。2025/1/1818高頻開關電源的特點重量輕、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)高當配有有源功率因數(shù)校正電路時，其功率因數(shù)近似為1，且基本不受負載變化的影響。穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低在常溫滿載情況下，其穩(wěn)壓精度都在5％以下。維護簡單、擴容方便模塊化結構?？稍谶\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和計算機通信接口，便于集中監(jiān)控，無人值守。2025/1/1819高頻開關整流器目前需要解決的問題

解決高頻化與噪聲的矛盾問題。提高工作頻率能使動態(tài)響應更快，這對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，同時增加了更多的高頻噪聲，這些噪聲既對整流器自身工作會帶來影響，也會使得其他電子設備受到干擾。

如何進一步提高效率，提高功率密度損耗的增加制約了整機效率的提高；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雜性和體積，使得整流器的可靠性和功率密度下降開發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機的可靠性高性能碳化硅半導體器件

、高頻磁性元件和大容量高壽命的電容器的開發(fā)。2025/1/1820通信高頻開關整流器的組成傳統(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的發(fā)展，高頻開關整流器已逐漸取代晶閘管相控整流器。高頻開關整流器組成高頻開關整流器也稱為無工頻變壓器整流器，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2025/1/1821主電路高頻開關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：濾除高頻開關整流器輸出側的尖峰和雜波等噪聲電壓

2025/1/1822控制電路除主電路這外的其它電路都可稱之為控制電路，它包括檢測放大電路U/W（電壓/脈寬）轉換電路或U/f（電壓/頻率）轉換電路時鐘振蕩器（或恒頻脈沖發(fā)生器）驅動電路及保護電路控制電路應為功率開關管激勵信號，應能將主電路輸出電壓的微小變化轉換成脈寬或頻率變化，實現(xiàn)自動調整輸出電壓的目的。負載發(fā)生短路或過流時應有保護功能，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關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。

2025/1/1823高頻變換原理高頻開關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)高頻整流成電信設備需要的低電壓直流電源。采用高頻變換技術減小變壓器體積可以認為是高頻開關整流器的核心技術高頻開關整流器的分類按調制方式分：有脈沖寬度調制（PWM）脈沖頻率調制（PFM）混合調制按采用的開關技術分：硬開關工作在電流不為零時的強迫關斷，和電壓不為零時的強迫導通

軟開關

工作在零電流關斷和零電壓導通狀態(tài)

2025/1/1824按主電路結構分為諧振型諧振型整流器是采用軟開關技術設計的

。開關損耗小，工作頻率高，可達10MHz以上非諧振型采用硬開關技術設計。開關頻率不能太高。但其電路結構比較簡單，技術比較成熟按交流電的輸入類型分為：單相三相按變換器的級數(shù)（Stage）分為：單級（Singlestage）雙級（Twostage）2025/1/18253.2高頻開關整流器主要技術3.2.1高頻開關元件在高頻開關整流器中，功率轉換電路是其主要組成部分，高頻開關整流器的工作頻率實際上就是功率轉換電路的工作頻率，它取決于開關管的工作頻率。所以功率轉換電路中高頻開關管性能的高低（比如開關管導通和關斷速度、開關壓降損耗等等）在整流器中起著至關重要的作用。目前高頻開關整流器采用的高頻功率開關器件通常有：功率場控晶體管（MOSFET）絕緣門極晶體管（IGBT）兩者混合管功率集成器件等等2025/1/1826功率場控晶體管（功率MOSFET）功率MOSFET是一種單極型電壓控制器件，其優(yōu)點是具有驅動功率小、工作速度高、無二次擊穿和安全區(qū)寬等優(yōu)點。功率MOSFET結構采用垂直導電溝道，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)構成的可稱為VVMOSFET將VVMOSFET的V型槽尖頂削去的稱為VUMOSFET采用雙重擴期工藝制成的具有垂直導電雙擴散VDMOSFET

圖3-5VMOS管的結構圖3-6MOS管的符號2025/1/1827功率MOSFET的工作原理當在NMOS管的柵極是加正電壓，則氧化膜下P型層兩邊表面感應出負電荷，而形成N型導電溝道，同時在漏極兩極間加上正電壓，電子從源極通過兩個溝道，N-外延層，N+基片到達漏極，NMOS管電路原理如圖3-7所示

圖3-7NMOS管原理圖2025/1/1828功率MOSFET的特性功率MOSFET管的主要性能指標用電壓、電流和工作頻率來衡量。電流與電壓功率MOSFET電流以最大漏電流為指標（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，溝道寬度達則IDMAX值大。

工作頻率工作頻率通常為30kHz～100kHz

。功率MOSFET的特點驅動功率小，驅動電路簡單，功率增益高，是一種電壓控制器件。開關速度快，不需要加反向偏置。多個管子可并聯(lián)工作，導通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動均流能力開關速度受溫度影響非常小，在高溫運行時，不存在溫度失控現(xiàn)象功率MOSFET無二次擊穿問題。

2025/1/1829功率MOSFET使用注意事項柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞。不能用常規(guī)電流電壓表測試（包括萬用表）。在進行引線焊接時，操作者應用佩帶接地的專用腕帶，且工作臺與焊接工具均應接地，地面也應接地。導通時電流沖擊大，易產(chǎn)生過電流。并聯(lián)工作時，易產(chǎn)生高頻震蕩絕緣門極晶體管（IGBT）絕緣門極晶體管又稱門極絕緣雙極晶體管，簡稱IGBT，人們往往習慣性地稱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合器件。增強型Ｎ溝道IGBT的簡化等效電路如圖3-8（a）所示。該結構相當于一個增強型Ｎ溝道VMOSFET驅動PNP晶體管，其圖形符號及工作電壓極性和電流方向，如圖3-5所示，圖（b）為國家標準圖形符號。Ｇ為門極，習慣上常稱柵極，Ｃ為集電極，Ｅ為發(fā)射極。

2025/1/1830IGBT具有以下特點：IGBT從輸入端看，類似于VMOSFET，IGBT的導通和關斷由柵極電壓來控制，當柵－射電壓UGE大于開啟電壓VGE時，IGBT導通，當柵－射電壓小于開啟電壓時，IGBT截止。IGBT從輸出端看，類似于雙極型晶體管，導通壓降小，飽和壓降一般在2~4V之間，故導通損耗小。此外，IGBT能夠做得比VMOSFET耐壓更高，電流容量更大。IGBT的開關速度在VMOSFET與雙極型晶體管之間。IGBT存在擎住效應。

光耦驅動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

2025/1/1831常用的光耦合器電路舉例（TLP250驅動電路）包括光耦合器、前級放大及比較器、觸發(fā)器、功率放大器等部分

功率開關二極管由于工作頻率高，它們不能采用普通硅整流二極管，而必須采用快恢復二極管、超快恢復二極管或肖特基二極管等開關速度快的功率開關二極管。

二極管的開關特性二極管反向恢復時間

二極管正向恢復時間

幾種快速功率二極管快恢復二極管超快恢復二極管肖特基二極管2025/1/1832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，必須能夠順利流過主電路的工作電流，工作電流在抗干擾濾波器上應不產(chǎn)生壓降。

概念線路上兩線之間的噪聲電壓稱為差模噪聲電壓，兩線共有的對地噪聲電壓稱為共模噪聲電壓。電路中實際的噪聲電壓常是兩者的合成通信用高頻開關整流器中，常用具有共模電感的抗干擾濾波器來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

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

接機殼電容的電容量限制對差模噪聲的抑制

2025/1/1833共模電感共模電感為對稱的兩線圈電感，兩線圈的繞法及對應端如圖3-13所示通常磁芯采用有較高導磁率的環(huán)形鐵氧體，線圈匝數(shù)少，兩線圈之間有足夠的絕緣電壓。工作回路的電流iw通過兩線圈產(chǎn)生的兩個磁動勢iwN大小相等、方向相反，合成磁勢為零，因此不產(chǎn)生沿著磁芯閉合的工作磁通，僅通過周圍空間有少量漏磁通，磁路中可不設氣隙。可見對工作電流而言，每個線圈的電感都為零。圖3-13共模電感共模噪聲電流iｃｏｍ分別通過兩線圈（例如都從同名端流入）所產(chǎn)生的磁動勢相加，總磁勢為2Niｃｏｍ，共同產(chǎn)生沿磁芯閉合的磁通，在忽略漏感時能產(chǎn)生２倍磁通。因此對共模噪聲而言，兩線圈的互感與自感使等效電感L1和L2都增大為自感的２倍。

2025/1/1834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量采用的儀器通常是電力諧波分析儀，如F41B。2025/1/1835目前很多通信設備采用直流供電，需要一個將市電轉換為直流的電源部分。在這個轉換過程中，會產(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)校正是電源設計者的一個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之為總諧波畸變(THD)

。THD用來衡量電網(wǎng)的污染程度。

2025/1/1836脈沖狀電流使正弦電壓波形發(fā)生畸變，它對自身及同一系統(tǒng)的其它電子設備產(chǎn)生惡劣的影響，如——引起電子設備的誤操作，如空調停止工作等；——引起電話網(wǎng)噪音；——引起照明設備的障礙，如熒光燈閃滅；——造成變電站的電容，扼流圈的過熱、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。沒有被利用的無效功率則在電網(wǎng)與電源設備之間往返流動，不僅增加線路損耗，而且成為污染源。抑制諧波分量即可達到減小THD，提高功率因數(shù)的目的。

2025/1/1837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；相應地i1持續(xù)時間短、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；同時諧波分量大，對電網(wǎng)造成干擾；三次諧波電流在電網(wǎng)中線上疊加，可能使零線電流比相線電流大，零線可能發(fā)熱損壞為解決上述問題，通信用高頻開關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)符合我國通信行業(yè)標準的規(guī)定。功率因素校正工作原理在開關整流器中，功率因素校正的基本方法有兩種：無源功率因素校正和有源功率因素校正。2025/1/1838無源功率因素校正電路無源功率因素校正法是在開關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。方法簡單，但效果不理想，一般校正后的功率因素（PF）可達0.85，并且加入的電感體積大，增加了開關整流器的體積。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)導電(CCM)，也可以是不連續(xù)導電(DCM)，如果其輸出帶隔離變壓器的話，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。2025/1/1839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；實現(xiàn)預穩(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值)升壓變換器升壓變換器由L、VT、VD和C2組成。

功率開關管ＶＴ的開關頻率至少為20kHz（相應的開關周期為50μs），這就是說VT在交流電源每半個周期（10ms）內至少開關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，驅動脈沖的占空比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)路來控制。

2025/1/1840功率轉換電路在高頻開關整流器中，將大功率的高壓直流（幾百伏）轉換成低壓直流（幾十伏），是由功率轉換電路完成的。轉換標準一是功率轉換過程中效率是否高；二是大功率電路其體積是否小。轉換過程高壓直流→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→低壓直流的過程。PWM型功率轉換電路諧振型功率轉換電路時間比例控制穩(wěn)壓原理

2025/1/1841集成PWM控制器脈寬調制控制電路脈寬調制（PWM）控制電路是開關電源的重要組成部分。作用是產(chǎn)生PWM信號，向功率開關管或它的驅動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PWM控制電路的基本要求滿足開關電源輸出電壓穩(wěn)定度及動態(tài)品質的要求；與主回路配合，使開關電源具有規(guī)定的輸出電壓值及其調節(jié)范圍；能實現(xiàn)開關電源的軟啟動；能實現(xiàn)開關電源的過流、過壓保護?，F(xiàn)在PWM控制電路普遍采用單片集成PWM控制器，其型號較多，通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩類，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，可以滿足開關電源穩(wěn)定輸出電壓等要求。

2025/1/1842通信用高頻開關整流器主電路舉例

圖3-28單相輸入的通信用高頻開關整流器主電路舉例2025/1/1843均流電路自動穩(wěn)壓方式并聯(lián)運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阻實際上不可能完全一致，其中有些整流器將會負載過重，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使并聯(lián)運行的整流器輸出電流自動均衡。實現(xiàn)均流的方法在通信用高頻開關電源中廣泛采用的，主要是最大電流法均流和平均電流法均流。平均電流法自動均流平均電流法均流總線上的電壓為各整流模塊電流放大器輸出電壓的平均值。

最大電流法自動均流自動設定主模塊和從模塊的方法，輸出電流最大的整流模塊自動成為主模塊，其他模塊則為從模塊。

2025/1/1844通信用高頻開關整流器的若干技術指標效率效率是指電網(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，直流輸出功率與交流輸入有功功率之比的百分數(shù)。負載效應（負載調整率）負載效應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（電網(wǎng)調整率）源效應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，負載電流在5%～100%范圍內變化，直流輸出電壓偏離整定值的變化率。

2025/1/1845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，直流輸出電壓中一定頻寬內的交流分量的方均根值。電話衡重雜音電壓電話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，直流輸出電壓中的交流分量通過國際電信聯(lián)盟規(guī)定的電話衡重網(wǎng)絡(A)后測得的雜音電壓值。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，直流輸出電壓中在0～20MHz頻帶內交流分量的峰—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，直流輸出電壓中在規(guī)定頻帶內單個頻率的雜音電壓。

2025/1/18463.3開關電源系統(tǒng)介紹開關電源系統(tǒng)簡述目前通信用高頻開關整流器一般做成模塊的形式開關電源系統(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)控單元是整個開關電源系統(tǒng)的“總指揮”，起著監(jiān)控各個模塊的工作情況，協(xié)調各模塊正常工作的作用。

監(jiān)控單元主要實現(xiàn)對開關電源系統(tǒng)的信息查詢、參數(shù)設置、系統(tǒng)控制、告警處理、電池管理和后臺通信等功能。從監(jiān)控對象的角度我們將監(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個功能單元2025/1/1847開關電源系統(tǒng)示意圖

圖3-33開關電源系統(tǒng)示意圖2025/1/1848交流配電單元監(jiān)控單元監(jiān)測三相交流輸入電壓值（是否過高、過低，有無缺相、停電），頻率值，電流值以及MOA避雷器是否保護損壞等情況。能顯示它們的值以及狀態(tài)，當不符合事先設定的值時，發(fā)出聲光告警，記錄相關事件發(fā)生的詳細情況，以備維護人員查詢。整流模塊監(jiān)控單元監(jiān)測整流模塊的輸出直流電壓、各模塊電流及總輸出電流，各模塊開關機狀態(tài)、故障與否、浮充或均充狀態(tài)以及限流與否?？刂普髂K的開關機、浮充或均充。顯示相關信息以及記錄事件發(fā)生的詳細情況。蓄電池組監(jiān)控單元監(jiān)測蓄電池組總電壓、充電電流或放電電流，記錄放電時間以及放電容量、電池溫度等。

2025/1/1849直流配電單元監(jiān)控單元監(jiān)測系統(tǒng)總輸出電壓、總輸出電流、各負載分路電流以及各負載分路熔絲和