高频开关电源

高频开关电源的EMC开关电源相对以往传统的线性工频电源，体积小，重量轻，效率高，目前已得到普遍推广应用，但是，由于开关电源的工作频率高，高频电压或电流脉冲波含有丰富的谐波分量，所以电磁干扰（EMI ）问题日益严重。

特别是随着电源技术的发展，开关频率越来越高，电源和所供电的负载系统越来越靠近，EMI 的影响就日益突出。

电磁兼容（EMC ）的设计和优化必须贯穿于电源设计的每个环节，EMC 指标也成为衡量电源质量的一个重要方面。

下面会涉及开关电源EMC 的基本概念和原则，并提供抑制开关电源EMI 的常规需注意的设计方法。

首先，需要明确EMI （电磁干扰）和EMC （电磁兼容）这两个术语的含义是对立的。

EMI 一般定义为：通过电磁能量传递方式，一台电子设备对另一台正在运行的电子设备造成的干扰。

而EMC 则是没有EMI ，运行的电子设备之间不形成相互干扰。

从EMI 的定义来看，我们可以得出产生EMI 的三要素：电磁能量发生线路（干扰源）；不同线路之间干扰的传递途径（耦合方式）；接收干扰的电子线路（敏感源）。

上述三要素必须全部存在的情况下，EMI 才会产生。

也就是说，只要消除其中任意一个要素，就能避免EMI ，达到不同线路（或设备）之间的EMC 。

在抑制电磁干扰的措施中，尽管屏蔽或隔离等措施能有效地切断干扰的耦合途径或使敏感源避免受到干扰信号的影响，不失为一种有效的EMC 策略和手段。

但是，一般推荐的EMC 策略还是消除或抑制干扰源，相对消除干扰三要素中的其他两要素而言，消除干扰源最为直接，也最为经济，所以对干扰源的研究和抑制是EMC 的重要内容。

一． EMI 的物理概念在一般的线路介绍的教科书中，EMI 的相关论述相对较少，在线路实践过程中，遇到的EMI 问题给人的感觉是比较复杂，不易解释。

但是，实际情况是EMI 的产生和抑制的基本原理还是相对简单的。

在开关电源中，快速变化的电压或电流脉冲波，能产生一种所谓的场，脉冲波和场之间的量化关系可以由Maxwell 方程式来描述。

高频开关电源详细介绍高频开关电源（High-Frequency Switching Power Supply）是一种广泛应用于电子设备中的电源系统。

相比传统的线性电源，高频开关电源具有高效率、小体积、轻重量和稳定的电压输出等优点。

本文将详细介绍高频开关电源的工作原理、主要组成部分以及应用领域。

高频开关电源的工作原理如下：当输入电压接通时，由交流电源经过整流和滤波后，经过开关器件进行高频开关，然后经过变压器变换电压，之后经过滤波、稳压和反馈电路调节后输出稳定的直流电压。

整个过程中，开关器件在开关状态下，能以更高的频率进行开关操作，以提高转换效率和减小体积。

高频开关电源的主要组成部分包括输入端、整流滤波器、开关器件、变压器、输出电路以及保护电路等。

输入端主要接收交流电源，并通过整流滤波器将其转换为直流电压。

开关器件是高频开关电源的核心部分，负责快速开关操作，常见的开关器件包括MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等。

变压器则用于将输入电压变换为合适的电压，并通过输出电路将其稳定输出。

保护电路主要用于确保电源在工作过程中的安全性和稳定性，包括过载保护、短路保护和过温保护等。

高频开关电源具有较高的转换效率，一般可以达到85%以上，而传统的线性电源则只有60%左右的效率。

这是因为在高频开关电源中，开关器件可以迅速地通过开关操作来控制电源的输出，并通过反馈控制电路来实现稳定的电压输出，大大提高了能量转换的效率。

由于高频开关电源具有高效率的特点，可以减少电源损耗，降低能源消耗，因此在现代电子设备中得到了广泛应用。

高频开关电源的应用领域十分广泛，例如计算机、通讯设备、工业自动化设备以及医疗仪器等。

在计算机中，高频开关电源被广泛应用于各种电子设备，如主机、显示器和服务器等。

通讯设备方面，高频开关电源可以为手机、路由器和网络交换机等提供稳定的电源。

在工业自动化设备中，高频开关电源可以为机器人、PLC（可编程逻辑控制器）以及传感器等提供经济高效的电源解决方案。

高频开关电源详细介绍高频开关电源因其体积小、效率高、性能卓越而已广泛应用于各行各业的各种领域。

隨着高电压大功率开关器件的普及，驱动集成电路的完善，以IGBT 为开关器件的高频开关电源取代以相控元件SCR组成的低压大电流电镀电源已成为一种趋势，产品质量稳定可靠，高效节能，可以满足多种电镀、电解、氧化、镍网工艺的要求，可组成手动换向、自动周期换向、多机组合RS232-485控制以及与PC机接口，是替代调压器整流器、可控硅整流器的理想产品。

一、产品特点◆本厂研制的GKW 系列高频开关电源，主要元件选用进口元器件，进口专用IGBT集成厚膜驱动电路，其他关键部件如高频磁环，集成电路等均选用国际、国内名牌产品；◆开机软起动；◆恒压、恒流工作方式选择转换；◆定时工作、二阶段套铬专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）；◆三步仿金专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）；◆远控控制配用PCSXMB-08CS通用控制器；◆具有过流、短路、超温、缺相、过压、欠压保护功能；◆操作简单，维护方便，体积小，效率高，比调压器调压或饱和电抗器调压式节能30% ，比可控硅调压式节能18 %，体积及重量只为同规格可控硅调压式的1/5左右；◆GKW500系列系列高频开关电源采用主机面板操作；◆GKW1000-12000系列高频开关电源，电压、电流采用远控控制器操作，指示灯显示工作状态，后面板设有远控端口，通过控制通讯电缆连接控制器，控制器可安装在槽边适当位置，方便在槽边进行电流、电压的调节；控制接口：可根据用户要求在订货时注明；◆485通讯控制，由电脑设定调整（一台电脑可控制60台电源）；◆配置PLC接口(由PLC触摸屏控制）；◆配置模拟接口（由远控控制器控制）；◆整机外壳、结构件采用优质冷轧钢板制作，喷塑处理；产品规格◆直流输出电压：4V、6V、8V、12V、18V、24V、36V、120V、200V；◆直流输出电流：200A-30000A；◆特殊规格可定制；二、GKW500-30000A系列主要技术指标◆输入电源：380V三相三线制（500A设备380V三相四线制）◆恒压、恒流输出精度：≤±1%◆工作方式：恒频脉宽调节调压方式；◆效率：≥90％；◆纹波系数：≤1％；◆开机软起动：0－3S；◆过载保护镇定值：（即Iout=Ie×100％）。

第一节高频开关电源电路原理高频开关电源由以下几个部分组成：一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

三、检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

四、辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。

第二节开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。

可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。

图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。

电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。

在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T*E式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。

高频开关电源系统的主要技术参数高频开关电源额定直流输出电压、浮充电压、均充电压、功率因数、稳压精度、效率、杂音电压 (不接蓄电池组 ) 、电池温度赔偿等。

1、额定直流输出电压：指市电经整流模块变换后的额定输出电压，正选的电源电压为-48V ，电压同意改动范围-40— -57V 。

这类“ -”型基础电压是指电源正馈电线接地，作为参照电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连结。

2、浮充电压：在市电正常时，蓄电池与整流器并联运转，蓄电池自放电惹起的容量损失便在全浮充过程被补足。

依据电池特征及温度所需增补损失电流的多少而设定的电压。

字3、均充电压：为使蓄电池迅速增补容量，视需要高升浮充电压，使流入电池增补电流增添，这一过程整流器输出得电压为“均充”电压。

4 功率因数：有功功率对视在功率的比叫做功率因数。

因为开关电源电路的整流部分使电网的电流波形畸变，谐波含量增大，而使得功率因数降低（不采纳任何举措，功率因数只有 0.6~0.7），污染了电网环境。

开关电源要大批进入电网，就一定提升功率因数，减少对电网的污染，免得损坏电网的供电质量。

满载状态下，功率因数不低于0.92。

5、效率：高频开关电源模块的寿命是由模块内部工作温升所决定。

温升主低主假如由模块的效率高低所决定。

此刻市场上大批使用的开关电源技术，主要采有的是脉宽调制技术（PWM ）。

模块的消耗主要由开关管的开通、关断及导通三种状态下的消耗，浪涌汲取电路消耗，整流二极管导通消耗，工和协助电源功耗及磁心元件消耗等要素组成。

减少这些损耗就会提升模块的整体效率。

对此现行较好的办理方法分别是：开关管的开通、关断及导通状态的消耗采纳 MOSFET 和 IGBT 并联使用，利用两种不一样种类的器件的开头及导通消耗的优势互补，其综合消耗是利用单调种类开关管工作消耗的20% 左右；浪涌汲取电路可采用无消耗汲取电路，这一技术的使用使得该部分消耗大幅度降落；整流二极管可采纳导通电阻较小的器件，优化设计控制电路，选择集成度较高的IC 器件都可减少功耗；磁心资料可选择如菲利浦的 3C90 等均可减少消耗。

高频开关电源系统的主要技术参数
1.输入电压范围：高频开关电源系统通常需要输入直流电压或交流电压。

输入电压范围决定了电源系统的适用范围。

一般来说，输入电压范围是根据具体的应用需求来确定的，比如直流电压范围一般为12V、24V、48V等，交流电压范围一般为100V、220V、380V等。

2.输出电压范围：高频开关电源系统可以根据实际需求提供不同输出电压。

输出电压范围由电源系统的设计和组成元件决定。

一般来说，输出电压范围可以从几伏特到几千伏特不等。

3.输出功率：输出功率是指高频开关电源系统在工作状态下能够提供的最大功率。

输出功率的大小通常由应用需求来确定。

一般来说，输出功率可以从几瓦到几千瓦不等。

4.转换效率：转换效率是指高频开关电源系统将输入电能转换为输出电能的效率。

转换效率越高，系统的能量损耗就越少，效率也越高。

一般来说，高频开关电源系统的转换效率可以达到90%以上。

5.纹波和噪声：纹波和噪声是指高频开关电源系统输出电压中的波动和噪声。

纹波和噪声对于一些应用来说非常重要，比如在精密仪器和通信设备中，需要较低的纹波和噪声水平。

6.绝缘电阻：绝缘电阻是指高频开关电源系统的输入和输出之间的绝缘能力。

绝缘电阻决定了系统的安全性能。

一般来说，绝缘电阻应满足相关的国际和行业标准要求。

7.工作温度范围：工作温度范围是指高频开关电源系统能够正常工作的温度范围。

一般来说，高频开关电源系统的工作温度范围根据具体的应用需求来确定。

高频开关电源原理
高频开关电源是一种常用的电源设计方案，采用高频开关器件（如MOSFET或IGBT）作为开关元件，在高频范围内进行开关操作。

其工作原理如下：
1. 输入电源：高频开关电源的输入通常为交流电源，如220V
的市电。

首先，接入整流电路将交流电转换为直流电。

整流电路通常使用二极管桥整流器，将交流电的负半周整流为正半周的直流电。

2. 输入滤波：为了消除输入电源的干扰和波动，需要进行输入滤波。

输入滤波电路通常采用电容和电感的组合，能够削弱输入信号的高频成分和脉冲噪声。

3. 控制电路：高频开关电源需要一套精确的控制电路来实现高频开关器件的开关操作。

此控制电路通常包括PWM（脉宽调制）控制器，用于产生高频开关信号，以及反馈电路，用于监测输出电压并调节控制信号。

4. 高频开关器件：在高频开关电源中，常使用MOSFET或IGBT等器件作为开关元件。

这些器件具有较低的开关损耗和
较高的开关速度，能够在高频范围内进行有效的开关操作。

5. 输出变换：高频开关电源的输出通常需要进行变换，以适应不同电路的需求。

输出变换电路包括变压器及滤波电路，能够将输入电压变换为合适的输出电压，并滤除输出中的高频噪声。

6. 输出调节：高频开关电源需要对输出电压进行精确的调节。

通过反馈电路监测输出电压，并通过PWM控制器调节开关器件的开关频率和占空比，实现输出电压的稳定性。

总结起来，高频开关电源通过高频开关器件的开关操作，在输入电源经过整流、滤波、变换和调节等处理后，得到稳定的输出电压。

它具有高效率、小体积、轻重量等优点，广泛应用于电子设备、通信设备等领域。

高频开关电源模块配置原则一、选择合适的开关频率高频开关电源模块的工作频率通常在几十kHz到几百kHz之间。

选择合适的开关频率有助于提高电源的转换效率和减小体积。

一般来说，较高的开关频率可以减小电感和电容元件的尺寸，但也会增加开关器件和散热器的损耗。

因此，在选择开关频率时需要综合考虑功率需求、尺寸限制和成本等因素。

二、合理选择开关器件开关器件是高频开关电源模块的核心组成部分，直接影响电源的性能和可靠性。

常见的开关器件有MOSFET和IGBT。

MOSFET具有开关速度快、损耗小的优点，适用于功率较低的应用；而IGBT具有承受高电压和高电流的能力，适用于功率较高的应用。

在选择开关器件时，需要考虑功率需求、开关速度和导通损耗等因素，以及器件价格和可靠性等因素。

三、合理设计电感和电容元件电感和电容元件在高频开关电源模块中起到滤波和能量存储的作用。

在设计电感时，需要考虑电感值、电流和磁芯材料等因素，以及工作频率和效率等要求。

在设计电容时，需要考虑电容值、工作电压和损耗等因素，以及输出纹波和稳压要求。

合理选择和设计电感和电容元件可以提高电源的稳定性和转换效率。

四、合理设计反馈回路反馈回路在高频开关电源模块中起到稳定输出电压和限制电流的作用。

常见的反馈回路有电压反馈和电流限制回路。

在设计反馈回路时，需要考虑输出电压和电流的精度要求，以及响应速度和稳定性等因素。

合理设计反馈回路可以提高电源的稳定性和可靠性。

五、合理布局和散热设计高频开关电源模块的布局和散热设计对于电源的稳定性和可靠性至关重要。

合理布局可以减小电源模块的干扰和噪声，提高系统的抗干扰能力。

合理散热设计可以降低开关器件的温度，延长器件的寿命。

在布局和散热设计时，需要考虑电源模块的尺寸限制、散热器的选择和安装等因素，以及散热效果和成本等要求。

高频开关电源模块的配置原则包括选择合适的开关频率、合理选择开关器件、合理设计电感和电容元件、合理设计反馈回路，以及合理布局和散热设计。

机载高频开关电源工作原理及设计简介机载高频开关电源产品专门用于输入交流400Hz的场合，这是特意为了满足军用雷达、航空航天、舰船、机车以及导弹发射等专门用途所设计的。

应用户要求，研制出机载高频开关电源产品对电子武器装备系统的国产化，打破国际封锁，提高我军装备的机动性，高性能都有重要的意义。

机上可供选择的供电电源有两种输入方式：115V/400Hz中频交流电源和28V 直流电源。

两种输入方式各有优缺点，115V/400Hz电源波动小，需要器件的耐压相对较高;而28V直流电源却相反，一般不能直接提供给设备部件使用，必须将供电电源进行隔离并稳压成为需要的直流电源才能使用。

机载电源的使用环境比较恶劣，必须适应宽范围温度正常工作，并能经受冲击、震动、潮湿等应力筛选试验，因此设计机载电源的可靠性给我们提出了更高的要求。

下面主要介绍115V/400Hz中频交流输入方式所研制的开关电源，它的输出电压270～380Vdc可以调节，输出功率不小于3000W，环境温度可宽至-40℃～+55℃，完全适应军品级电源的需要。

系统构成及主回路设计图1所示为整机电路原理框图。

它的设计主要通过升压功率因数校正电路及DC/DC变换电路两部分完成。

115Vac/400Hz中频交流电源经输入滤波，通过升压功率因数校正(PFC)电路完成功率因数校正及升压预稳、能量存储，再通过DC/DC半桥变换、高频整流滤波器、输出滤波电路以及反馈控制回路实现270～380Vdc可调节输出稳压的性能要求。

图1 整机电路原理框图升压功率因数校正电路主要使输入功率因数满足指标要求，同时实现升压预稳功能。

本部分设计兼顾功率因数电路达到0.92的要求，又使DC/DC输入电压适当，不致使功率因数校正电路工作负担过重，因此设定在330～350Vdc。

隔离式DC/DC变换器电路拓扑结构形式主要有以下几种：正激、反激、全桥、半桥和推挽。

反激和正激拓扑主要应用在中小功率电源中，不适合本电源的3000W输出功率要求。