运维人员岗位培训电源(理论)直流供电系统课件

1、第五章第五章 直流供电系统直流供电系统（讲师用（讲师用PPTPPT）中国网通（集团）有限公司2006年12月中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业内部资料注意保密第五章第五章 直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统 第二节第二节 交流配电屏交流配电屏 第四节第四节 直流配电屏直流配电屏 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 第七节第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 第六节第六节 直流直流-直流变换器直流变换器 第五节第五节 蓄电池蓄电池 第五章第五章 直流供电直流供电直流供电系统直流

2、供电系统 第二节第二节 交流配电屏交流配电屏 第四节第四节 直流配电屏直流配电屏 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 第七节第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 第六节第六节 直流直流-直流变换器直流变换器 第五节第五节 蓄电池蓄电池 第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 直流供电系统是向通信局站提供直流（基础）电源的供电系统。直直流供电系统是向通信局站提供直流（基础）电源的供电系统。直流供电系统一般由流供电系统一般由交流配电屏

3、、整流器、直流配电屏、蓄电池组、直流交流配电屏、整流器、直流配电屏、蓄电池组、直流-直流变换器（直流变换器（DC-DC）等设备及供电母线）等设备及供电母线所组成。一些小型通信局站往所组成。一些小型通信局站往往采用集开关整流单元、监控单元以及交、直流配电部分为一体的组合往采用集开关整流单元、监控单元以及交、直流配电部分为一体的组合开关电源架。开关电源架。第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述1.11.1直流基础电源直流基础电源 基础电源是指直接向通信设备供电，同时可对换流设备供电的直流基础电源是指直接向通信设备供电，同时可对换流设备供电的直流电源和交流电源。通信局电源和交流电源。通信局(

4、 (站站) )的的基础电源分交流基础电源和直流基础电基础电源分交流基础电源和直流基础电源两大类源两大类。向各种通信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电压的。向各种通信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电压的电源为直流基础电源。电源为直流基础电源。 -48V-48V和和-24V-24V为直流基础电源，其中为直流基础电源，其中-48V-48V为首选基础电源，为首选基础电源，-24V-24V为过为过渡电源渡电源( (将逐步淘汰将逐步淘汰) )。这种负型基础电压是指电源。这种负型基础电压是指电源正馈电线接地正馈电线接地，作为，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。参考电位零伏，负

5、馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。 第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 直流基础电源的主要技术指标有直流输出电压变动范围、杂音电压直流基础电源的主要技术指标有直流输出电压变动范围、杂音电压和直流供电回路全程最大允许压降。和直流供电回路全程最大允许压降。 （1）直流输出电压变动范围：即通信设备输入端子处的正常工作电）直流输出电压变动范围：即通信设备输入端子处的正常工作电压的允许变动范围。一套直流供电系统通常为多种通信设备压的允许变动范围。一套直流供电系统通常为多种通信设备(如交换、传如交换、传输、基站等输、基站等)供电，其输出电压允许变动范围在所供通信设备的最高允许供电，其输出电压

6、允许变动范围在所供通信设备的最高允许低压值和最低允许高压值之内。低压值和最低允许高压值之内。 （2）杂音电压：直流输出电压中含有的交流成分在通信回路中构成）杂音电压：直流输出电压中含有的交流成分在通信回路中构成杂音，称为杂音电压。杂音，称为杂音电压。 （3）直流供电回路全程最大允许压降：是指从蓄电池电压输出至通）直流供电回路全程最大允许压降：是指从蓄电池电压输出至通信设备输入端子处的全程直流供电回路最大允许电压降。信设备输入端子处的全程直流供电回路最大允许电压降。第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述1.2直流供电系统的运行方式直流供电系统的运行方式图1.1 通信局直流供电系统组成方框

7、图第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述图1.2 通信站直流供电系统方框图第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述1.31.3直流供电系统的工作原理直流供电系统的工作原理 在交流配电柜中，一般可接两路交流输入电源，两路交流电源可通在交流配电柜中，一般可接两路交流输入电源，两路交流电源可通过刀闸或自动切换开关进行手动或自动切换。交流配电柜通过输出空开过刀闸或自动切换开关进行手动或自动切换。交流配电柜通过输出空开将交流电送入整流柜中的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将将交流电送入整流柜中的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将交流电分配给整流模块。整流模块将输入的交流电转换为

8、交流电分配给整流模块。整流模块将输入的交流电转换为-48V-48V直流电，直流电，其输出端与整流柜内的正、负母排相连，然后通过并机铜排与直流配电其输出端与整流柜内的正、负母排相连，然后通过并机铜排与直流配电柜的正、负母排互连，输入到直流配电柜的直流电通过熔断器供给负载。柜的正、负母排互连，输入到直流配电柜的直流电通过熔断器供给负载。同时，蓄电池组通过熔断器接入直流配电屏，正常情况下，蓄电池处于同时，蓄电池组通过熔断器接入直流配电屏，正常情况下，蓄电池处于并联浮充状态，并联浮充状态，当市电断电或整流模块故障时，整流模块停止工作，由当市电断电或整流模块故障时，整流模块停止工作，由蓄电池给设备供电，

9、维持设备的正常工作。故障恢复后，整流模块重新蓄电池给设备供电，维持设备的正常工作。故障恢复后，整流模块重新给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 在直流系统中通常配有监控模块，监控模块监测交流配电、直流配在直流系统中通常配有监控模块，监控模块监测交流配电、直流配电和整流模块的运行状态，并进行相应的控制。监控模块可以通过标准电和整流模块的运行状态，并进行相应的控制。监控模块可以通过标准通信接口连接本地计算机，亦可通过通信接口连接本地计算机，亦可通过Modem或其他传输资源连接到远程或其他传输资

10、源连接到远程监控中心，实现电源系统的集中监控。监控中心，实现电源系统的集中监控。第五章第五章 直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统 第二节第二节 交流配电屏交流配电屏 第四节第四节 直流配电屏直流配电屏 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 第七节第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 第六节第六节 直流直流-直流变换器直流变换器 第五节第五节 蓄电池蓄电池 第二节第二节 交流配电屏交流配电屏第二节第二节 交流配电屏交流配电屏2.12.1交流配电屏的技术要求交流配电屏的技术要求 用于

11、电力室高频开关整流器及其他通信用电设备的交流配电屏，主用于电力室高频开关整流器及其他通信用电设备的交流配电屏，主要作用是接入交流电源和交流负荷的分配。其主要技术要求如下：要作用是接入交流电源和交流负荷的分配。其主要技术要求如下： （1 1）具有两路交流电源引入，能进行主、备用电源转换，对两路交）具有两路交流电源引入，能进行主、备用电源转换，对两路交流电源有自动转换要求的电路必须具有可靠的机械及电气连锁。流电源有自动转换要求的电路必须具有可靠的机械及电气连锁。 （2 2）输出负荷分路可根据不同用电设备的需求而定。）输出负荷分路可根据不同用电设备的需求而定。 （3 3）对有照明分路的配电屏，应有保

12、证交流照明分路和直流事故照）对有照明分路的配电屏，应有保证交流照明分路和直流事故照明分路，并具有自动转换装置。明分路，并具有自动转换装置。 （4 4）具有过压、欠压、缺相等告警功能以及过流、防雷等保护功能。）具有过压、欠压、缺相等告警功能以及过流、防雷等保护功能。 （5 5）交流屏应能够提供反应供电质量和交流屏自身工作状态的监测）交流屏应能够提供反应供电质量和交流屏自身工作状态的监测量，如三相电压、电流值，市电供电状态，主要分路输出状态等，并上量，如三相电压、电流值，市电供电状态，主要分路输出状态等，并上送监控模块。送监控模块。 第二节第二节 交流配电屏交流配电屏2.22.2交流配电原理交流配

13、电原理图2.1 交流配电单元原理图第二节第二节 交流配电屏交流配电屏2.32.3交流配电屏组成交流配电屏组成 交流配电屏通常由以下几个部分组成：交流配电屏通常由以下几个部分组成： 交流接入电路：交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入交流接入电路：交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入开关的容量即为交流配电屏的容量。开关的容量即为交流配电屏的容量。 整流器交流输入开关：交流配电单元分别为系统的每一个整流器提整流器交流输入开关：交流配电单元分别为系统的每一个整流器提供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。 交流辅助输出：电源系统的交流配电

14、除了给整流器提供交流电外，交流辅助输出：电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电外，还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。 交流切换机构：有自动切换机构和手动切换机构。自动切换机构由交流切换机构：有自动切换机构和手动切换机构。自动切换机构由机械电子双重互锁的接触器或机械电子双重互锁的接触器或ATSATS组成。组成。第二节第二节 交流配电屏交流配电屏 交流采样电路：由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、交流采样电路：由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。电

15、流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。 交流切换控制电路：完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等交流切换控制电路：完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等功能。功能。 交流监控电路：集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理交流监控电路：集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理器电路，可以完成信号检测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等器电路，可以完成信号检测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等功能。功能。 C C级与级与D D级防雷器。级防雷器。 第五章第五章 直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统 第二节第二节 交流配电屏交流配电屏 第四节第四节 直流配电屏直流配电屏 第

16、三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 第一节第一节 直流供电系统概述直流供电系统概述 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 第七节第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 第六节第六节 直流直流-直流变换器直流变换器 第五节第五节 蓄电池蓄电池 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 整流器是直流供电系统的核心设备。整流器是直流供电系统的核心设备。高频开关整流器是高频开关整流器是2020世纪世纪9090年年代初开始在我国逐步使用的新一代整流设备，目前已基本取代传统相控代初开始在我国逐步使用的新一代整流设备，目前已基本取代传统相控整

17、流器。高频开关整流器应用整流器。高频开关整流器应用高频开关变换技术高频开关变换技术，主要采用，主要采用MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT等功率元件，具有高效率、高功率密度和智能化等优点。等功率元件，具有高效率、高功率密度和智能化等优点。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.13.1概述概述3.1.13.1.1高频开关电源的分类高频开关电源的分类 按照控制方式来分，可分为按照控制方式来分，可分为脉宽调制（脉宽调制（PWMPWM）开关电源，脉频调制）开关电源，脉频调制（PFMPFM）开关电源，混合调制开关电源）开关电源，混合调制开关电源。 按采用的开关技术分，有按采用的开关技术分

18、，有硬开关硬开关和和软开关软开关。 按主电路结构分，有按主电路结构分，有谐振型谐振型和和非谐振型非谐振型。 根据变换器电路的结构，又可分为根据变换器电路的结构，又可分为单端反激变换器、单端正激变换单端反激变换器、单端正激变换器、推挽式变换器、半桥式变换器器、推挽式变换器、半桥式变换器和和全桥变换器全桥变换器。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.1.23.1.2高频开关电源的特点高频开关电源的特点 （1 1）重量轻，体积小。）重量轻，体积小。由于高频开关电源工作频率高，因此变压器由于高频开关电源工作频率高，因此变压器等元件的体积可大大减小，重量也大大减轻。等元件的体积可大大减小，重量也

19、大大减轻。 （2 2）功率因数高。）功率因数高。一般高频开关电源的功率因数大于一般高频开关电源的功率因数大于0.920.92，在有功，在有功率因数校正电路时，率因数校正电路时， 功率因数接近功率因数接近1 1，因而对公共电网不会造成污染。，因而对公共电网不会造成污染。 （3 3）噪音低。）噪音低。无工频变压器及滤波电感的噪音。无工频变压器及滤波电感的噪音。 （4 4）效率高。）效率高。高频开关电源的效率约在高频开关电源的效率约在 90 90 以上。以上。 （5 5）模块式结构。）模块式结构。由于高频开关电源为模块式结构，因此可靠性高、由于高频开关电源为模块式结构，因此可靠性高、扩容方便、易于维

20、护。扩容方便、易于维护。 （6 6）智能化程度高。）智能化程度高。高频开关电源采用计算机控制技术，便于实现高频开关电源采用计算机控制技术，便于实现集中监控。集中监控。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.1.33.1.3高频开关电源的基本构成及原理高频开关电源的基本构成及原理 高频开关整流器主要由高频开关整流器主要由主电路、控制电路和辅助电源主电路、控制电路和辅助电源三部分组成。三部分组成。如图如图3.13.1所示。所示。图图3.1 3.1 开关电源基本电路原理框图开关电源基本电路原理框图 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 3.1.4. 3.1.4. 高频开关整流器的主要技术

21、要求高频开关整流器的主要技术要求 (1)额定输入电压与波动范围：单相额定输入电压与波动范围：单相220V时变动范围时变动范围187-242V；三；三相相380V时的允许变动范围时的允许变动范围323-418V。 (2)额定频率与范围：额定频率与范围：50Hz2Hz。 (3)直流输出电压可调节范围为直流输出电压可调节范围为43.257.6V，整流器的直流输出电，整流器的直流输出电压值在可调节范围内应具有手动或由监控电路（系统监控单元）控制连压值在可调节范围内应具有手动或由监控电路（系统监控单元）控制连续可调的功能。续可调的功能。 (4)直流输出电压工作方式：整流器在稳压工作的基础上，应能与蓄直流

22、输出电压工作方式：整流器在稳压工作的基础上，应能与蓄电池并联以浮充、均充及蓄电池放电测试工作方式向通信设备供电（或电池并联以浮充、均充及蓄电池放电测试工作方式向通信设备供电（或应具有该方面的接口）。应具有该方面的接口）。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 (5) (5) 遥测、遥信、遥控性能遥测、遥信、遥控性能: : 整流器应具有整流器应具有RS-232RS-232、RS-422/485 3RS-422/485 3种接口中的一种或其他形式的接口电路与监控电路连接，在监控电路控种接口中的一种或其他形式的接口电路与监控电路连接，在监控电路控制下应符合以下要求。制下应符合以下要求。 遥测：

23、输出电压、输出电流。遥测：输出电压、输出电流。 遥信：开遥信：开/ /关机状态、工作状态（均充关机状态、工作状态（均充/ /浮充浮充/ /测试、限流）、故障测试、限流）、故障/ /正常状态。正常状态。 遥控：开遥控：开/ /关机状态转换、均充关机状态转换、均充/ /浮充浮充/ /测试工作状态转换。测试工作状态转换。 (6)(6)均分负载（并机工作）性能：整流器应能采用多台同型号整流器均分负载（并机工作）性能：整流器应能采用多台同型号整流器并机工作。并机工作时整流器自主工作或受控于系统监控单元时应做到并机工作。并机工作时整流器自主工作或受控于系统监控单元时应做到均分负载，在单机均分负载，在单机5

24、0%50%100%100%额定输出电流范围内其均分负载的不平衡值额定输出电流范围内其均分负载的不平衡值应不超过直流输出电流额定值的应不超过直流输出电流额定值的5%5%。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 (7) (7)交流输入过、欠电压及缺相保护交流输入过、欠电压及缺相保护 整流器应能监视电网电压的变化，当交流输入电压值过高或过低时，整流器应能监视电网电压的变化，当交流输入电压值过高或过低时，为了保证整流器的安全工作，整流器应具备以下交流输入过、欠电压及为了保证整流器的安全工作，整流器应具备以下交流输入过、欠电压及缺相保护功能：缺相保护功能： 当电网电压过高时，整流器应具有过电压关机

25、保护的功能，电网电当电网电压过高时，整流器应具有过电压关机保护的功能，电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作；过压保护电压的设定不应低于额定压恢复正常后，应能自动恢复工作；过压保护电压的设定不应低于额定电压值的电压值的115%115%（单相应（单相应253V253V，三相应，三相应437V437V）；）； 当电网电压过低时，整流器应具有欠电压保护的功能，电网电压恢当电网电压过低时，整流器应具有欠电压保护的功能，电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作；欠压保护电压的设定不应高于额定电压复正常后，应能自动恢复工作；欠压保护电压的设定不应高于额定电压值的值的80%80%（单相应（单相应176V176V，

26、三相应，三相应304V304V）；）； 三相电压输入时，电网出现缺相时整流器应具有缺相保护功能，电三相电压输入时，电网出现缺相时整流器应具有缺相保护功能，电网恢复正常后，应能自动恢复工作。网恢复正常后，应能自动恢复工作。 (8) (8)直流输出过、欠电压保护直流输出过、欠电压保护 当整流器的直流输出电压值达到过电压设定值时，应能自动告警与当整流器的直流输出电压值达到过电压设定值时，应能自动告警与关机保护，故障排除后，应能人工恢复工作；关机保护，故障排除后，应能人工恢复工作；当整流器的直流输出电压值达到欠电压设定值时，应能自动告警，故障当整流器的直流输出电压值达到欠电压设定值时，应能自动告警，故

27、障排除后，应能自动恢复工作。排除后，应能自动恢复工作。 (9)(9)直流输出电流的限制性能直流输出电流的限制性能 整流器应具有直流输出电流的限制性能，限制电流范围应在其额定整流器应具有直流输出电流的限制性能，限制电流范围应在其额定值的值的105 %105 %110 %110 %。当整流器直流输出电流达到限流值时，整流器应进。当整流器直流输出电流达到限流值时，整流器应进入限流工作状态。入限流工作状态。 整流器的直流输出电流除限流性能外，还应有短路的自动保护性能。整流器的直流输出电流除限流性能外，还应有短路的自动保护性能。当故障排除后，整流器应能自动恢复工作。当故障排除后，整流器应能自动恢复工作。

28、第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 (10) (10)告警性能告警性能 有过压、过流、欠压、欠流、防雷等保护及本地和远地告警功能。整流器有过压、过流、欠压、欠流、防雷等保护及本地和远地告警功能。整流器在各种保护性能动作的同时，应能自动发出相应的可见告警信号。在各种保护性能动作的同时，应能自动发出相应的可见告警信号。 (11)(11)效率与功率因数效率与功率因数 整流器在单机输出最大功率不小于整流器在单机输出最大功率不小于1500W1500W时，其效率应不小于时，其效率应不小于90%90%，功率因，功率因数不小于数不小于0.920.92。整流器在单机输出最大功率小于。整流器在单机输出最大

29、功率小于1500W1500W时，效率应不小于时，效率应不小于85%85%，功率因数应不小于功率因数应不小于0.950.95。 (12)(12)杂音电压杂音电压 衡重杂音衡重杂音2mV2mV；峰；峰- -峰值杂音电压峰值杂音电压200mV200mV；宽带杂音；宽带杂音( (有效值有效值) )：(3.4-(3.4-150kHz)50mV150kHz)50mV，(0.15-30MHz)20mV(0.15-30MHz)20mV；离散杂音；离散杂音( (有效值有效值) )：(3.4-(3.4-150kHz)5mV150kHz)5mV，(150-200kHz)3mV(150-200kHz)3mV，(200

30、-500kHz)2mV(200-500kHz)2mV，(0.5-30MHz)1 mV(0.5-30MHz)1 mV。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 (13) (13)稳压精度稳压精度 不同交流输入电压与负载进行组合，各种情况下的直流输出电压与输出电不同交流输入电压与负载进行组合，各种情况下的直流输出电压与输出电压整定值的差值应不超过输出电压整定值的压整定值的差值应不超过输出电压整定值的0.6%0.6%。 (14)(14)开关机过冲幅度开关机过冲幅度 由于开关机引起直流输出电压变化的最大峰值应不超过直流输出电压整定由于开关机引起直流输出电压变化的最大峰值应不超过直流输出电压整定值的

31、值的10%10%。 (15)(15)启动冲击电流（浪涌电流）启动冲击电流（浪涌电流） 由于启动引起的输入冲击电流应不大于额定输入电压条件下最大稳态输入由于启动引起的输入冲击电流应不大于额定输入电压条件下最大稳态输入电流峰值的电流峰值的150%150%。 (16)(16)可靠性指标可靠性指标h101MTBF5第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 (17) (17)绝缘电阻绝缘电阻 试验电压为直流试验电压为直流500V500V时，整流器主回路的交流部分和直流部分对地时，整流器主回路的交流部分和直流部分对地以及交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于以及交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于2M2M

32、。 (18)(18)绝缘强度绝缘强度 交流电路对地、交流电路对直流电路应能承受交流电路对地、交流电路对直流电路应能承受50Hz50Hz、有效值为、有效值为1500V1500V的交流电压（漏电流的交流电压（漏电流30mA30mA）或等效其峰值的）或等效其峰值的2120V2120V直流电压直流电压1min1min，且无击穿与飞弧现象。且无击穿与飞弧现象。 直流电路对地应能承受直流电路对地应能承受50Hz50Hz、有效值为、有效值为500V500V的交流电压（漏电流的交流电压（漏电流30mA30mA）或等效其峰值的）或等效其峰值的710V710V直流电压直流电压1min1min，且无击穿与飞弧现象。

33、，且无击穿与飞弧现象。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.23.2功率变换电路功率变换电路 高频开关电源功率转换电路有高频开关电源功率转换电路有推挽式、全桥式、半桥式推挽式、全桥式、半桥式以及以及单端反单端反激、单端正激、谐振式功率变换电路激、单端正激、谐振式功率变换电路等。本小节仅以全桥式功率变换电等。本小节仅以全桥式功率变换电路和准谐振变换器为例进行介绍。路和准谐振变换器为例进行介绍。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.2.13.2.1全桥式功率转换电路全桥式功率转换电路图3.2 全桥式功率转换电路及其波形 第三节第三节 高频开

34、关整流器高频开关整流器3.2.23.2.2准谐振变换器准谐振变换器 在高频开关电源的变换电路中，功率开关管在有电压时被开通和在在高频开关电源的变换电路中，功率开关管在有电压时被开通和在有电流时被关断的开关方式称为有电流时被关断的开关方式称为硬开关硬开关。功率开关管在零电压时被开通，。功率开关管在零电压时被开通，在零电流时被并断的开关之式称为在零电流时被并断的开关之式称为软开关软开关。 PWMPWM型开关方式属硬开关。它具有控制简单，稳态直流增益与负载无型开关方式属硬开关。它具有控制简单，稳态直流增益与负载无关等优点。缺点是开关损失随开关频率的提高而增加，故限制了开关频关等优点。缺点是开关损失随

35、开关频率的提高而增加，故限制了开关频率进一步提高。谐振式开关方式属于软开关，可使开关电源在更高的频率进一步提高。谐振式开关方式属于软开关，可使开关电源在更高的频率下工作而开关损失很小。率下工作而开关损失很小。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 准谐振变换器是一种新型的谐振变换器，它是在准谐振变换器是一种新型的谐振变换器，它是在PWMPWM型开关变换器基型开关变换器基础上适当地加上谐振电感和谐振电容而形成的。础上适当地加上谐振电感和谐振电容而形成的。谐振电感、谐振电容谐振电感、谐振电容和和原来原来PWMPWM型变换器中的开关型变换器中的开关组成了所谓组成了所谓 谐振开关谐振开关 。在这

36、种变换器的运。在这种变换器的运行中出现谐振状态的工作模式，从而可以改善开关的电压、电流波形，行中出现谐振状态的工作模式，从而可以改善开关的电压、电流波形，减小开关损失。由于运行中，工作在谐振状态的时间只占一个开关周期减小开关损失。由于运行中，工作在谐振状态的时间只占一个开关周期中的一部分，其余时间都是运行在非谐振状态中，所以称中的一部分，其余时间都是运行在非谐振状态中，所以称 准谐振准谐振 变换变换器。器。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 上述的所谓上述的所谓 谐振开关谐振开关 称为称为 准谐振开关准谐振开关 。准谐振变换器是一种。准谐振变换器是一种PWMPWM型和传统谐振型混合在一

37、起的型和传统谐振型混合在一起的DC-DCDC-DC变换器。它既有变换器。它既有PWMPWM型电路控制简单型电路控制简单的优点，又有谐振型电路开关电压、电流波形是非强制的，开关损失小的优点，又有谐振型电路开关电压、电流波形是非强制的，开关损失小的优点，因而在的优点，因而在DC-DCDC-DC变换器中得到广泛应用。变换器中得到广泛应用。 准谐振变换器又分为两种准谐振变换器又分为两种: :一种是一种是零电流开关零电流开关 (Zero Current (Zero Current SwitchSwitch一一ZCS)ZCS)式，另一种是式，另一种是零电压开关零电压开关 (Zero Voltage Swi

38、tch(Zero Voltage Switch一一ZVS)ZVS)式。式。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 1) 1)零电流开关谐振技术。（零电流开关谐振技术。（ZCS-QRCZCS-QRC）零电流式准谐振开关电源的）零电流式准谐振开关电源的原理如图原理如图3.33.3所示。所示。图3.3零电流式准谐振开关第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 2)2)零电压开关式准谐振技术。零电压开关式准谐振技术。(ZVSQRC)(ZVSQRC)零电压式准谐振开关电源零电压式准谐振开关电源的原理如图的原理如图3.43.4所示。所示。图3.4 零电压式准谐振开关第三节第三节 高频开关整流器高频开

39、关整流器 3) 3)零电压式多谐振开关技术。零电压式多谐振开关技术。(ZVS-MRC)(ZVS-MRC)零电压式多谐振开关电源零电压式多谐振开关电源原理如图原理如图3.53.5所示。所示。 图3.5 零电压式多谐振开关电源原理图第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.3 3.3 滤波电路滤波电路 高频开关电源的工作过程与线性稳压电源完全不同，对高频开关电源的工作过程与线性稳压电源完全不同，对滤波也有特殊要求，一般由滤波也有特殊要求，一般由输入滤波、工频滤波以及输出滤输入滤波、工频滤波以及输出滤波波等三个基本电路组成。等三个基本电路组成。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.4

40、3.4 控制电路控制电路1 1、控制电路的功能、控制电路的功能 控制电路具备的基本功能有：控制电路具备的基本功能有： 要有足够的电路增益。在输入电网电压以及负载电流允许的变化范要有足够的电路增益。在输入电网电压以及负载电流允许的变化范围内，使稳压电源输出电压达到规定的精度围内，使稳压电源输出电压达到规定的精度( (往往还包括温度漂移和时间往往还包括温度漂移和时间漂移漂移) )。 获得规定的输出电压值以及调节范围。获得规定的输出电压值以及调节范围。 实现输出电压的软启动。实现输出电压的软启动。 实现输入电压的软启动。实现输入电压的软启动。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 负载发生过流

41、或短路时应能限制稳压电源的输出电流或切断电源输负载发生过流或短路时应能限制稳压电源的输出电流或切断电源输出，以对负载和稳压电源提供保护。出，以对负载和稳压电源提供保护。 当稳压电源输出过压时，应能迅速切断电源输出，以对负载提供保当稳压电源输出过压时，应能迅速切断电源输出，以对负载提供保护护( (对于某些用户设备还要求提供欠压或失压信号，以便计算机进行中断对于某些用户设备还要求提供欠压或失压信号，以便计算机进行中断处理等处理等) )。 大多数场合下，要求控制电路实现输入和反馈输入之间绝缘大多数场合下，要求控制电路实现输入和反馈输入之间绝缘( (即稳压即稳压电源的输出端和交流电网输入端的隔离电源的

42、输出端和交流电网输入端的隔离) )。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 远距离操作功能。稳压电源输出电压的调节可以在电源的面板上进远距离操作功能。稳压电源输出电压的调节可以在电源的面板上进行，也可以在用户操作方便的地方进行，而不管电源的位置在何处。行，也可以在用户操作方便的地方进行，而不管电源的位置在何处。 程序供电的功能。稳压电源输出电压的开和关，以及输出电流的限程序供电的功能。稳压电源输出电压的开和关，以及输出电流的限制，按规定次序接通和关断的操作，可由用户以小功率开关电平控制。制，按规定次序接通和关断的操作，可由用户以小功率开关电平控制。 并联运行功能。为了扩大单个电源输出的容

43、量，以及提高直流电源并联运行功能。为了扩大单个电源输出的容量，以及提高直流电源系统的供电质量，便于用户操作和提高电源系统的可靠性，系统的供电质量，便于用户操作和提高电源系统的可靠性，PWMPWM型稳压电型稳压电源应具有能参与并联运行的能力。源应具有能参与并联运行的能力。 此外，还应有温度监视电路和限流、过载，失压等状态的告警和指此外，还应有温度监视电路和限流、过载，失压等状态的告警和指示等等。示等等。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器2 2、脉宽调制器、脉宽调制器 脉冲调制的方法分为两类，一类是脉冲调制的方法分为两类，一类是驱动脉冲的频率固定，宽度与偏驱动脉冲的频率固定，宽度与偏差大小

44、成线性关系，称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制（差大小成线性关系，称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制（PWMPWM）；另一类；另一类是驱动脉冲的宽度固定，即开关管每次持续导通的时间固定，脉冲频率是驱动脉冲的宽度固定，即开关管每次持续导通的时间固定，脉冲频率与偏差大小成线性关系（即保证开关管在单位时间内导通的总时间适与偏差大小成线性关系（即保证开关管在单位时间内导通的总时间适当），称为脉冲频率调制，简称脉频调制（当），称为脉冲频率调制，简称脉频调制（PFMPFM）。目前，在通信用高频）。目前，在通信用高频开关电源中，开关电源中，PWMPWM控制是主流。控制是主流。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流

45、器 最简单的集成电路脉宽调制器的基本结构框图如图最简单的集成电路脉宽调制器的基本结构框图如图3.63.6所示。所示。图3.6 集成电路脉宽调制器基本结构框图第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 当锯齿波电压高于误差信号电压当锯齿波电压高于误差信号电压U UC C时，比较器输出为正（高电平），时，比较器输出为正（高电平），反之则为零，如图反之则为零，如图3.73.7所示。所示。图3.7 脉宽调制控制器的工作波形第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 振荡器的输出电压振荡器的输出电压U US S同时送到触发器的同时送到触发器的CPCP输入端使触发器翻转。触输入端使触发器翻转。触发器的发器

46、的Q Q端和电压比较器输出分别加在端和电压比较器输出分别加在A A通道与门的两个输入端，而通道与门的两个输入端，而 端端和电压比较器输出分别加在和电压比较器输出分别加在B B通道与门的两个输入端。由于与门的功能是通道与门的两个输入端。由于与门的功能是只有当所有输入端全为高电平时，输出才是高电平，触发器的只有当所有输入端全为高电平时，输出才是高电平，触发器的Q Q端与端与 端又是互为非的关系，因而比较器输出的方波脉冲中的单数脉冲由端又是互为非的关系，因而比较器输出的方波脉冲中的单数脉冲由A A通道通道输出，双数脉冲由输出，双数脉冲由B B通道输出。通道输出。 A A、B B两通道输出的脉冲，可直

47、接驱动双端开关电源中的两只功率晶两通道输出的脉冲，可直接驱动双端开关电源中的两只功率晶体管。若驱动单端开关电源，通道体管。若驱动单端开关电源，通道A A、B B输出端可并联起来输出，也可仅输出端可并联起来输出，也可仅用其中一个输出去驱动功率晶体管。用其中一个输出去驱动功率晶体管。QQ第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 调节作用原理：当开关稳压电源的输出减小时，反馈信号、误差信调节作用原理：当开关稳压电源的输出减小时，反馈信号、误差信号也随着减小，比较器及号也随着减小，比较器及A A、B B两通道输出的方波宽度相应增宽（即占空两通道输出的方波宽度相应增宽（即占空比增大），从而使开关稳压电

48、源的输出电压回升，达到稳压的目的，其比增大），从而使开关稳压电源的输出电压回升，达到稳压的目的，其脉宽调制波形如图脉宽调制波形如图3.73.7所示。所示。 图图3.63.6框图中振荡器的固定频率是可编程的，改变振荡器外设的电阻框图中振荡器的固定频率是可编程的，改变振荡器外设的电阻R RT T和电容和电容C CT T的数值，就可改变其固定频率的数值。所有集成电路脉宽调的数值，就可改变其固定频率的数值。所有集成电路脉宽调制控制器，除了都具有所示的基本结构外，一般还具有各自的一些特点，制控制器，除了都具有所示的基本结构外，一般还具有各自的一些特点，如可调死区时间限制，过压、欠压保护，软启动等等。如可

49、调死区时间限制，过压、欠压保护，软启动等等。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.5 3.5 驱动电路驱动电路 驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管，驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管，由于它所提供的脉冲幅度以及波形关系到晶体管的饱和压降、存储时间，开由于它所提供的脉冲幅度以及波形关系到晶体管的饱和压降、存储时间，开通和关断瞬间集电极电压电流上升下降速率等运行特性，从而直接影响其损通和关断瞬间集电极电压电流上升下降速率等运行特性，从而直接影响其损耗和发热，因此，驱动电路被认为是决定耗和发热，因此，驱动电路被认为是决定PWMPWM型开关电

50、源优劣的要素之一。型开关电源优劣的要素之一。 驱动电路一般都具有隔离作用，常用变压器耦合方式来实现对高压功率驱动电路一般都具有隔离作用，常用变压器耦合方式来实现对高压功率开关器件的激励和输入级与输出级之间的隔离，同时还兼有在功率开关器件开关器件的激励和输入级与输出级之间的隔离，同时还兼有在功率开关器件关断时，施加反向偏置加速器件关断的功能。关断时，施加反向偏置加速器件关断的功能。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 典型的驱动电路原理如图典型的驱动电路原理如图3.83.8所示。所示。 在图中驱动变压器的一次绕组的输入信号，就是控制电路的输出驱在图中驱动变压器的一次绕组的输入信号，就是控制

51、电路的输出驱动信号，由变压器隔离处理后经整形电路整形后输出。动信号，由变压器隔离处理后经整形电路整形后输出。 图3.8 驱动电路原理图第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.6 3.6 功率因数校正电路功率因数校正电路l l、功率因数校正电路的引入、功率因数校正电路的引入 在无功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加在无功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加到滤波电容器两端。只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波到滤波电容器两端。只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此输入电流波形为宽度很窄的脉冲，这种电流的谐电容才开始充电，因

52、此输入电流波形为宽度很窄的脉冲，这种电流的谐波分量很大，输入总谐波失真可高达波分量很大，输入总谐波失真可高达100%-130%100%-130%。因为只有基波电流与。因为只有基波电流与输入电压同相位，基波电流有效值输入电压同相位，基波电流有效值 与电网电流有效值与电网电流有效值 之比较小，所之比较小，所以功率因数较低，通常只有以功率因数较低，通常只有0.6-0.70.6-0.7。1IRI第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器2 2、功率因数校正的原理、功率因数校正的原理 在高频开关电源中，功率因数校正可采用在高频开关电源中，功率因数校正可采用无源功率因数校正无源功率因数校正和和有源有源功率

53、因数校正功率因数校正。 (1)(1)无源功率因素校正的基本原理无源功率因素校正的基本原理 采用无源功率因数校正法时，应在开关电源输入端加入电感量很大采用无源功率因数校正法时，应在开关电源输入端加入电感量很大的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。这种校正方法比较简的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。这种校正方法比较简单，但是校正效果不很理想，通常经无源功率因数校正后，功率因数可单，但是校正效果不很理想，通常经无源功率因数校正后，功率因数可达到达到0.850.85。此外，采用无源校正法时，功率因数校正电感的体。此外，采用无源校正法时，功率因数校正电感的体积很大，积很大，增加了开关电源

54、的体积，因此，目前这种方法很少采用。增加了开关电源的体积，因此，目前这种方法很少采用。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器(2)(2)有源功率因数校正的基本原理有源功率因数校正的基本原理 有源功率因数校正电路的原理框图如图有源功率因数校正电路的原理框图如图3.93.9所示。所示。图3.9 有源功率因数校正电路的原理框图第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 有源功率因数校正电路的原理框图如图有源功率因数校正电路的原理框图如图3.9所示。它所示。它主要由主要由桥式整流器、桥式整流器、高频电感高频电感L L、功率开关管、功率开关管VTVT、二极管、二极管VDVD、滤波电容、滤波电容C

55、C和控制器和控制器等部分组成。该电等部分组成。该电路实质上是一种路实质上是一种升压变换器升压变换器。控制器主要由基准电源、低通滤波器、误差放大器、。控制器主要由基准电源、低通滤波器、误差放大器、乘法器、电流检测与变换电路、信号综合电路、锯齿波发生器、比较器和功率开乘法器、电流检测与变换电路、信号综合电路、锯齿波发生器、比较器和功率开关管驱动电路等部分组成。功率因数校正电路的输出电压经低通滤波器滤波后，关管驱动电路等部分组成。功率因数校正电路的输出电压经低通滤波器滤波后，加入误差放大器，与基准电压比较，二者之差经放大后，送入乘法器。为了使功加入误差放大器，与基准电压比较，二者之差经放大后，送入乘

56、法器。为了使功率因数校正电路的输入电流为正弦波并且与电网电压同相位，市电电压经全波整率因数校正电路的输入电流为正弦波并且与电网电压同相位，市电电压经全波整流后，也加到乘法器。乘法器将输入电压信号与输出误差信号相乘后，送入信号流后，也加到乘法器。乘法器将输入电压信号与输出误差信号相乘后，送入信号综合电路。综合电路。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 电流取样电阻电流取样电阻 两端电压正比于功率因数校正电路的输入电流。两端电压正比于功率因数校正电路的输入电流。 两端电压加到信号综合电路，与乘法器输出信号综合。信号综合电路输两端电压加到信号综合电路，与乘法器输出信号综合。信号综合电路输出的模

57、拟信号与锯齿波发生器产生的锯齿波电压，经比较器出的模拟信号与锯齿波发生器产生的锯齿波电压，经比较器C C比较后，转比较后，转换成脉宽调制换成脉宽调制 (PWM)(PWM)信号，该信号经驱动电路放大后。控制功率开关管信号，该信号经驱动电路放大后。控制功率开关管VT(MOSFET)VT(MOSFET)导通或关断。导通或关断。MOSFETMOSFET导通后，高频电感导通后，高频电感L L中的电流中的电流 ( (也即功也即功率因数校正电路输入电流率因数校正电路输入电流) )线性上升。当线性上升。当 的波形与整流后的市电电压波的波形与整流后的市电电压波形相交时，通过控制器使形相交时，通过控制器使MOSF

58、ETMOSFET关断。此时，电感两端的自感电势使二关断。此时，电感两端的自感电势使二极管极管VDVD导通，电感导通，电感L L通过通过VDVD对电容放电，电感中的电流对电容放电，电感中的电流 线性下降。当线性下降。当 下降到零后，控制电路使下降到零后，控制电路使MOSFETMOSFET再次导通，上述过程重复。再次导通，上述过程重复。sRsRLiLiLiLi第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 功率因数校正电路输入电压和电流波形如图功率因数校正电路输入电压和电流波形如图3.103.10所示。由图可以看所示。由图可以看出，功率因数校正电路输入电流平均值出，功率因数校正电路输入电流平均值 的波

59、形，始终跟随输入电压的的波形，始终跟随输入电压的波形，也就是说，输入电压与输入电流保持同相位，因此，功率因数接波形，也就是说，输入电压与输入电流保持同相位，因此，功率因数接近于近于1 1。图3.10 功率因数校正电路输入电压和电流波形avei第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.73.7负荷均分电路负荷均分电路 高频开关电源系统由若干个高频开关整流器模块，安装在一个或几高频开关电源系统由若干个高频开关整流器模块，安装在一个或几个整流机架上，以并联方式向负载供电。这就要求每台整流器能够平均个整流机架上，以并联方式向负载供电。这就要求每台整流器能够平均地分担电源系统输出的总功率。负荷均分一

60、般采取地分担电源系统输出的总功率。负荷均分一般采取并联均流方式、主从并联均流方式、主从均流方式、自动平均均流方式均流方式、自动平均均流方式。 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器 图3.11 自动平均均流系统连接图 第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器图3.12 整流模块均流电路原理图 整流模块内部均流电路原理图如图整流模块内部均流电路原理图如图3.123.12所示。由图中看出在整流模块所示。由图中看出在整流模块输出电路增加了均流电阻输出电路增加了均流电阻R Ra a、电流误差放大器及加法器。、电流误差放大器及加法器。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.83.8监控模块监