开关电源整流器

顶级领导者

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。

顶级领导者

一、恒功率整流器技术

恒功率整流器，其突出特点是在规定的交流输入电压和直流输出电压范围内，均能给出额定功率。即在蓄电池低电压时，仍能输出更大的电流。这种采用恒功率设计的新型智能高频开关电源系统，是通信电源构思的一个飞跃，也是现代通信电源设备的最优选择。 在普通限流型整流器中，根据蓄电池的贮能情况，其输出特性可分为两个不同的阶段，即恒流和恒压阶段在恒流阶段，其输出电流保持不变，即对蓄电池进行恒流充电；在恒压阶段，其输出电压保持不变，即对蓄电池进行恒压充电。
在恒流阶段，如果欲使负载电流超过限流值，则整流器输出电压将随电流增加而快速下降直到整流器过流关闭。其额定电流、限定电流及过流值都很接近，因此，采用限流型整流器设计的开关电源系统，给已放电的蓄电池在某一特定的充电时间内进行充电，所能提供的最大输出电流就不可能是通信设备所需最大负载。 究竟以多大的电流对已放电的蓄电池再充电，通常要从通信设备所需的最大负载、停电后蓄电池放电的安时数和恢复蓄电池容量所需的充电时间等三个方面来考虑。一般要留出33%~45%额定电流给停电后已放电的蓄电池再充电。这也就相当电源系统中33%以上整流模块长期处在备用状态而未被充分利用。显然，这种电源系统设计不是最优设计。
恒功率整流器与限流型整流器不同之处，是在恒压和恒流阶段中插入一个恒功率阶段，这就是所谓恒功率整流器。该整流器工作在三个不同输出阶段，即恒压、恒功率和恒流阶段，恒压和恒流阶段的工作情况，与限流型整流器完全相同，符合国家有关标准规定。所不同的是在恒功率阶段，整流器输出功率保持不变，但其输出电压可从60V随着电流增加而线性地减小至43V，此时，系统仍处在正常工作状态。整流器具有这一特性，就能为已放电的蓄电池提供更大的充电和更快速充电。因此，采用恒功率整流器设计的开关电源系统，一般只需考虑电信设备最大负载和一个整流器的冗余，就可以确定电源系统的额定输出功率。这与采用限流型开关电源系统相比较，所需的整流功率和所需的整流模块数量至少可以减少33%以上，这也就为用户极大地节约了投资。

顶级领导者

二、相移谐振脉宽调制技术

相移谐振脉宽调制与普通PWM电路的区别，可用全桥式变换器来说明，即在高频变压器初级电路中串入了一个谐振电感并加上两个小电流箝位二极管。但是，两者在开关管驱动方式上区别很大。普通PWM电路的驱动方式是使位于逆变桥对角的2只开关管同时导通或同时关断。在开关管截止后，每只管的结电容上都储存了一定的能量。当开关管导通时，这些能量将通过开关管放掉，额外增加了开关损耗。由于这时电流变化率很大，产生的电磁干扰以及开关管在开关瞬间承受的功耗峰值也很大。 在相移谐振脉宽调制电路中，为了实现零电压导通，使逆变桥中位于同一侧上、下两个开关管交替截止与导通转换间设置一死区，死区时间应等于或略大于二分之一谐振周期。即当上端的开关管关断后，谐振电感和结电容产生振荡直至下端开关管电压为零后，才驱动下端开关管导通，即零电压导通。结电容中储存的能量输出到高频变压器次级或回馈到了电源，不会造成损失。 在硬开关方式中，一个几百瓦的开关管在开关瞬间要承受几千瓦的功率峰值，其电应力往往会在20多秒内把开关管损坏。而软开关技术降低了开关管在导通与关断时所承受的应力，减少了开关损耗，使开关管发热量减少，温升降低，效率自然提高，同样使开关管的可靠性显著提高。另外，采用软开关技术可使EMC费用降低，散热器费用减少并可使选用的开关参数余量减少，允许开关管工作在更高的温度上，从而使产品的成本降低了。意科公司生产的48V/40A、48V/50A整流器测试数据表明，软开关技术可使开关损耗降到可忽略程度，功率变换部分的效率可达到94%。

顶级领导者

三、有源功率因数校正技术

普通开关整流器大多数采用电容器滤波。这种滤波电路，只有输入电压超过滤波电容储存电压时才导通。因此，输入电流成脉冲波形，且谐波电流很大，造成功率因数下降。低功率因数开关电源的使用，严重污染了电网，干扰了其它设备，增大了前级设备（如变压器、电缆传输、柴油发电机等）的功率定额，使供电系统容量至少要增大30%以上，使用户增加了投资。对于三相四线输入，当三相负载不平衡时，零线电流会很大。从实际运行结果来看，低功率因数的开关电源所带来的危害是很严重的，这是因为输入电流有很高的峰值，含有大量的高次谐波，不但产生严重电磁干扰，还使供电变压器产生大的电磁应力，噪音增大，铁损严重，温升剧增。因此，在整流器设计中，认真设计好功率因数校正电路是至关重要的。
有源功率因数校正电路，通常使用Unitrode公司的UC3854控制芯片。采用固定高频谐振软开关脉宽调制升压式变换电路，平均电流型控制方法。为使有源功率因数电路做得更好，可加入一个升压缓冲器，这种电路通常有两种形式，一种是加入一个零压主开关和一个零流辅助开关，但零流辅助开关的驱动和控制电路较复杂，造价较高；另一种缓冲器，只采用一个零流主开关，而不用辅助开关，因此，这种电路造价低，设计方便，也由于没有零压开关，这就阻止了开关频率的增加。由于采用了升压缓冲器，从而极大地降低了高压二极管和大功率VMOS管的开关损耗，并大大降低了电磁干扰。该电路的输入端串入阻值很小（约50mΩ）的采样电阻，流经采样电阻的实际电流与全波整流100Hz正弦输入电压比较，并通过反馈，使输入电流波形跟踪电压波形，这样整流器基本上工作在纯电阻状态。

sunc344

thank