新型智能开关电源技术(正文)

1、新型智能开关电源技术(正文) 1.1.1引言智能高频开关电源系统，以开关整流器为基础，结合交直流配电、智能化控制器并配有集中监控模块的应用，使电源系统功能不断趋于完善，监测、控制、显示清晰明了，并可以和中央监控系统通信，实现远距离遥控、遥信、遥测和无人值守。开关整流器是电源系统中最重要的部分，它的技术是否先进，关系着开关电源系统的功能和可靠性。因此，一些自主开发的厂商很注重开关整流器技术性能的改进，其目的是使开关整流器的可靠性和效率得到很大提高，使其成本和高频电磁干扰降低。1.1.2开关电源在发展过程中，主要会出现下面的一些问题。第一,小型化的障碍是噪声。新的小型化是技术人员的目光集中到对噪声

2、的挑战中来，这样一来输入整流滤波部分约占整个开关电源体积的1/3，非常难以处理。第二，高频化与小型化在一定范围 个并联。对于电容量来讲，使用频率越高，表现的容量越少，电容器两端的直流电压 与交流峰值电压之和需小于浪涌电压额定值。1.2.开关整流器的基本构成原理及特点1.2.1开关整流器基本电路框图 第 1 页，共9页 1.2.2.开关整流器的特点（1） 重量轻、体积小采用高频技术，去掉了工频变压器，在输出同等功率的情况下，与相控整流器相比较， 开关整流器的体积只是相控整流器的1/10，重量约为1/10。（2） 功率因数高相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，在全导通时，一般大于0.7

3、，小 负载时，仅为0.3左右。经过校正的开关电源功率因数一般大于0.93，并且基本不受负 载变化的影响（对20%以上负载）。（3） 可闻噪声低在相控整流设备中，工频变压器及滤波电感工作时，产生的可闻噪声一般大于60 dB。在无风扇噪声的情况下，开关电源可闻噪声仅为45 dB左右。（4）效率高开关电源采用的功率器件一般功耗较小，带功率因数补偿的开关电源其整机效率大于 88%。（5） 冲击电流小开机冲击电流可限制在额定输入电流的范围。（6） 模块式结构由于体积小，重量轻，可设计为模块式结构。1.2.3开关电流的基本分类目前，开关整流器主要分为以下两类。开关整流器的基本原理采用硬开关技术设计的整流器

4、。第 2页，共9页 智能开关电源的功率变换电路2.1.1单端正激式变换电路基本工作原理正激式开关电源的核心部分是正激式直流-直流变换器 2.其工作过程说明如下A）当开关管V1导通时，输入电压Uin加到变换器初级线圈两端，去磁线圈上产生的感应电压使二极管V2截止，次级线圈上感应的电压使V3导通，并将输入电流的能量传送给电感L0、电容C和负载。同时在变压器T中建立起磁化电流。B) 当V1截止时，V3截止，L0上的电压极性反转并通过续流二极管V4继续向负载供电，变压器中的磁化电流则通过、V2向输入电源Uin 释放而去磁。C) 具有箝位作用，其电压等于输入电压Uin ，在V1再次导通之前，T中的去磁电

5、流必须释放到零，即T中的磁通必须复位，否则，变压器T将发生饱和，导致V1损坏。D) 通常，采用双线并绕耦合方式。E) V1的导通时间应小于截止时间，即占空比0.5，否则T将饱和，可从下面的推导来证明。第 3页，共9页 第 4 页，共9页 2.1.2推挽式功率变换电路利用两个特性参数完全相同的晶体管使其电路结构上完全对称，而激励反相的功放对叫做推挽电路。关于推挽放大器的理论分析在“非线性电子线路”课程中已讨论过，我们这里仅对应用在发射机功放电路中推挽电路的有关页，共9页 两管均工作在甲乙类，以克服交越失真。因为，当工作在乙类时，由于管子具有一定的导通电压（硅管0.7V、锗管0.2V），正负半周合

6、成的波形在交接处会产生交越失真，所以在B-E结加正偏压使管子实际工作在甲乙类。推挽功率放大电路具有以下优点：1.有利于改善宽带能力因为阻抗变比降低了一倍，有利于改善宽带能力，使大功率管的匹配网络易于设计和调整。2.对偶次谐波滤波度好因为当两管反相激励而在输入回路中再反相合成输出时，两管输出的所有奇次谐波均反相，经反相合成后均相加输出，而两管输出的所有偶次谐波均同相，经反相合成后均相消。但需指出：由于实际存在的参数离散性和结构上的不对称性，VHF和UHF条件下偶次谐波抑制度不能改善很多。3.有利于提高增益采用平衡管时发射极外引线阻抗上的高频电流反相抵消，使发射极外引线上的高频压降为零。单管放大器

7、中发射极引线电感已成为降低单级增益的重要因素，而在推挽放大器中外引线电感的作用将被显著减弱。在米波和分米波段，推挽电路发射极外引线阻抗不起反馈作用，是一个可用来提高增益的附加优点，可提高2dB左右。推挽功放电路的主要缺点是两管之间没有隔离能力，当一管损坏时，另一管的负载阻抗和工作状态将变化很大，甚至可能引致整个电路失效或导致另一管相继损坏。其次对元器件参数的离散性和结构上的对称性有较严格要求。2.1.3半桥式功率变化电路基本工作原理 半桥式功率变换电路与全桥式电路相类似，只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容器C1和C2代替。C1和C2的作用主要是实现静态时分压，使Ua=1/2Uin。

8、当V1导通，V2截止时，输入电流方向为图中虚线方向，向C2充电；当V1截止，V2导通时，输入电流方向为图中实线方向，向C1充电。当V1导通，V2截止时，V2两端承受的电压为输入直流电压Uin，（全桥类似,但开关管只有两只），在同等输出功率的条件下，功率开关器件V1、V2所通过的电流则为全桥式的两倍。从图所示中可知：V1、V2开关管承受最大的电压值均为Uin值。对于高压输入、大功率输出的情况下，一般采用下图所示。第 6 页，共9页 在电路中开关器件V1、V2为一组，V3、V4为一组，双双串联，可减少单管耐压值。在实际应用电路中开关器件V1、V2、V3、V4可采用双管或多管并联，可解决大电流输出问

9、题；共用变压器高变压器利用率；而且具有抗不平衡能力。应用在变形的串联型半桥式功率变换电路中，V1、V2或V3、V4每只开关管的最大耐压值仅为Uc1或Uc2值，如果C1=C2，则Uc1=Uc2=Uin/2值，因此，可以选择降低耐压的开关管。另外，V1、V2、V3、V4可以采用多管并联方式工作，增大输出电流的容量；对于变压器T1可以工作在正反方向，大大地提高变压器效率。鉴于上述优点，该电路得到了较广泛的应用，特别是在高电压输入和大功率输出的场合，其应用越来越普遍。2.1.4全桥式功率变换电路1 基本工作原理全桥式功率变换电路原理图，如图所示，这种变换电路的典型波形图，如图所示。它由四个功率开关器件

10、V1V4组成，变压器T连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5V8箝位于输入电压Uin。 2 电路特点第 7 页，共9页 （1） 全桥式变换电路中一般选用的功率开关器件的耐压只要大于U inmax即可，比推挽式功率变换电路所用的功率开关器件需承受的电压要低1/2；（2） 由于使用箝位二极管V5V8，有利于提高电源效率；（3） 电路使用了四个功率开关器件，其四组驱动电路需隔离。3 应用全桥式功率变换电路