高频开关电源
High－ frequency Switching Mode Power Supply
（电源技术讲座四）
北京电子信息大学路秋生吴亚娟(北京100031)
1高频开关电源的组成与分类
开关电源具有体积小、效率高等一系列优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。但由于开关电源的控制电路比较复杂、输出纹波电压较高，所以开关电源的应用也受到一定的限制。
电子装置小型轻量化的关键是供电电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调整管工作于开关状态，必然存在开关损耗，而且损耗的大小随开关频率的提高而增加。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗，也随频率的提高而增加。
目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz；采用MOSFET 的开关电源转换频率可达几百kHz。为提高开关频率必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。
开关电源的集成化与小型化已成为现实。然而，把功率开关管与控制电路都集成在同一芯片上，必须解决电隔离和热绝缘的问题。
1．1开关电源的基本构成
开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如图1所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路（R1、R2）检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。图2是一种电路实现形式。
DC/DC变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。
图1开关电源的基本构成
图2开关型稳压电源的原理电路
对于串联线性稳压电源，输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但对于开关型稳压电源，输入的瞬态变化比较多地表现在输出端。提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。负载变化瞬态响应主要由输出端LC滤波器特性决定，所以可以利用提高开关频率、降低输出滤波器LC乘积的方法来改善瞬态响应特性。
1．2开关型稳压电源的分类
开关型稳压电源的电路结构有多种：
（1）按驱动方式分，有自励式和他励式。
（2）按DC/DC变换器的工作方式分：①单端正励式和反励式、推挽式、半桥式、全桥式等；
②降压型、升压型和升降压型等。
（3）按电路组成分，有谐振型和非谐振型。
（4）按控制方式分：①脉冲宽度调制(PWM)式；②脉冲频率调制(PFM)式；③PWM与PFM混合式。
（5）按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分，有隔离式、非隔离式和变压器耦合式、光电耦合式等。
以上这些方式的组合可构成多种方式的开关型稳压电源。因此设计者需根据各种方式的特征进行有效地组合，制作出满足需要的高质量开关型稳压电源。
2开关电源常用的电路类型
2．1PWM变换器
脉冲宽度调制（PWM）变换器就是通过重复通/断开关工作方式把一种直流电压（电流）变换为高频方波电压（电流），再经过整流平波后变为另一种直流电压输出。PWM变换器有功率开关管、整流二极管及滤波电路等元器件组成。输入输出间需要进行电气隔离时，可采用变压器进行隔离和升降压。PWM变换器的工作原理如图3所示。由于开关工作频率的提高，滤波电感L，变压器T等磁性元件以及滤波电容C等都可以小型化。
对于PWM变换器，加在开关管S两端的电压us及通过S的电流is的波形近似为方波，如图4所示。占空比D定义为式中：Ts——开关工作周期；
ton——一个开关周期内导通时间；
toff——一个开关周期内断开时间；
对于这种变换器，有两种工作方式。一种是保持开关工作周期Ts不变，控制开关导通时间ton的脉冲宽度调制（PWM）方式，另一种是保持导通时间ton不变，改变开关工作周期Ts的脉冲频率调制（PFM）方式。
图3PWM变换器的基本工作原理
图4变换器开关工作的波形
2．2隔离型变换器
DC/DC变换器用于开关电源时，很多情况下要求输入与输出间进行电隔离。这时必须采用变压器进行隔离，称为隔离变换器。这类变换器把直流电压或电流变换为高频方波电压或电流，经变压器升压或降压后，再经整流平滑滤波变为直流电压或电流。因此，这类变换器又称为逆变整流型变换器。
（1）推挽型变换器与半桥型变换器
推挽型变换器与半桥型变换器是典型的逆变整流型变换器，电路结构和工作波形如图5所示。加在变压器一次绕阻上的电压幅度为输入电压UI，宽度为开关导通时间ton的脉冲波形，变压器二次电压经二极管V1、V2全波整流为直流。图5（a）表示推挽型变换器的电路结构和工作波形，图5(b)表示半桥型变换器的电路结构和工作波形。如只从输出侧滤波器来看，工作原理和降压型变换器完全相同，二次侧滤波电感用于存储能量。如以图中所示的占空比来表示时，电压变换比m与降压型变换器相类似，即
m=D/n
式中n——变压器的匝数比，n=N1/N2；
N1——为一次绕组的匝数；
N2——为二次绕组的匝数。
（a）推挽型 (b)半桥型
图5推挽型与半桥型变换电路
（2）正激型变换器
正激型变换器电路如图6所示，它是采用变压器耦合的降压型变换器电路。与推挽型变换器一样，加在变压器一次侧（一半）上的电压振幅为输入电压UI，宽度为开关导通时间ton的脉冲波形，变压器二次电压经二极管全波整流变为直流。电压变换比为
m=D/n
对于这种变换器，开关导通时变压器存储能量，一次绕组中的励磁电流达到：式中：IM1为绕组N1的励磁电感。
图6正激型变换电路
开关断开时，变压器释放能量，二极管V3和绕组N3就是为此而设，能量通过它们反馈到输入侧。开关一断开，绕组N1中存储的能量转移到绕组N3中，绕组N3的励磁电流为
式中：N1、N2、N3为绕组N1、N2和N3的匝数。
反馈二极管V3为导通状态时，变压器去磁。绕组N3的励磁电感LM3与绕组N1电感LM1的
关系为LM3释放能量所需要的时间可由下式求出：为防止变压器饱和，在开关断开期间内变压器必须全部消磁，则tre≤(1－D)Ts。
(3)隔离型CuK变换器
隔离型CuK变换器电路如图7所示。开关断开时，电感L1的电流IL1对电容C11充电，充电电荷量为
ΔQoff=IL1·toff
图7隔离型Cuk变换电路
同时C12也充电(二极管V导通)，开关S导通时，二极管V变为截止状态,C12通过L2向负载放电,放电电荷为这时C11也处于放电状态。稳定状态时，电容C11充放电电荷量相等，则电压变换比为式中：n为变压器匝数比，n=N1/N2
（4）电流变换器
电流变换器电路如图8所示，它是逆变整流型变换器。图8（a）是能量回馈方式，开关S 导通时[S1、S2导通时刻见图8（a）]，电感器L的一次侧电压为UI－nTUO(nT=N1/N2),电感L
励磁并储存能量；S断开时，储存在电感L中的能量通过二极管V3反馈到输入侧。若采用图示的占空比，则电压变换比为：式中：nL为反馈绕组的匝数比，nL=N3/N4
对于图8（b）所示的变换器，两只开关同时导通时，加在电感L上的电压为UI，电感L励磁并储存能量。任意一只开关断开时，反向电压（nTUO－UI）加到电感L上，电感L释放能量。
其工作原理与升压型变换器类似，电压变换比为（5）全桥型变换器
（a）能量回馈式(b)升压式
图8电流变换电路
全桥型变换器如图9如示，S1、S3及S2、S4是两对开关，重复交互通断。但两对开关导通有时间差。所以变压器一次侧加的电压UAB为脉冲宽度等于其时间差的方形波电压。变压器二次侧的二极管将此电压整流变为方波（UF），再经滤波器变为平滑直流电供给负载。
图9全桥型变换电路
电压变换比为m=D/n
2．3准谐振型变换器
在PWM电路中接入电感和电容的谐振电路，流经开关的电流以及加在开关两端的电压波形为准正弦波，这种电路被称为准谐振型变换器。图10表示出电流谐振开关和电压谐振开关的基本电路以及工作波形。
图10（a）是电流谐振开关，谐振用电感Lr和开关S串联，流经开关的电流为正弦波的一部分。当开关导通时，电流is从0以正弦波形状上升，上升到电流峰值后，又以正弦波形状减
小到零，电流变为零之后，开关断开，见图（a）波形。开关再次导通时，重复以上过程。由此可见，开关在零电流时通断，这样动作的开关叫做零电流开关（Zero－CurrentSwitch）,简称为ZCS。在零电流开关中，开关通断时与电压重叠的电流非常小，从而可以降低开关损耗。采用电流谐振开关时，寄生电感可作为谐振电路元件的一部分，这样可以降低开关断开时产生的浪涌电压。
（a）电流谐振式(b)电压谐振型
图10准谐振开关电路
图10（b）所示电路为电压谐振开关，谐振电容Cr与开关并联，加在开关两端的电压波形为正弦波的一部分。开关断开时，开关两端电压从0以正弦波形状上升，上升到峰值后又以正弦波形状下降为零。电压变为零之后，开关导通，见图（b）波形。开关再断开时，重复以上过程。可见开关在零电压处通断，这样动作的开关叫做零电压开关（Zero－VoltageSwitch），简称ZVS。在零电压开关中，开关通断时与电流重叠的电压非常小，从而可以降低开关损耗。这种开关中寄生电感与电容作为谐振元件的一部分，可以消除开关导通时的电流浪涌与断开时的电压浪涌。
电流谐振开关中开关导通时电流脉冲宽度ton由谐振电路决定，为了进行脉冲控制，需要保持导通时间不变，改变开关的断开时间。对于电压谐振开关，开关断开时的电压脉冲宽度toff 由谐振电路决定，为了进行脉冲控制，需要保持开关的断开时间不变，改变开关的导通时间。在以上两种情况下，改变开关工作周期，则谐振变换器就由改变开关工作频率进行控制。
在图10所示电路中，开关电压或电流的波形为半波，但也可以为全波，因此谐波开关又可分为半波谐振开关和全波谐振开关两种。
3功率电路主要元器件的选择与保护
目前，在高频开关电源中应用最广泛的功率半导体器件有两类：双极型功率晶体管和功率金属氧化物场效应管。
3．1功率晶体管的选择
选择晶体管时，必须注意两个基本参数：第一个参数是晶体管截止时的耐压值，第二个参数是晶体管在导通时能承受的电流值。这两个参数的选择是由开关电源的类型决定的。
（1）单端反激式变换器中开关晶体管的选择
对图11所示的单端反激式变换器，晶体管的集电极与发射极之间最大耐压值式中：UI——加到晶体管集电极的直流电压；
Dmax——最大工作占空比。
为了限制晶体管的集电极电压，工作占空比值应取低一些，一般应低于50％，即Dmax
（a）原理图(b)波形图
图11隔离单端反激式变换器电路
晶体管饱和时的集电极电流可按下式计算
Ic=I/n
式中：I——变压器二次绕组的峰值电流；
n——变压器一、二次绕组匝数比。
Ic也可以用输出功率Po来表示。假定变换器的效率为0.8，最大占空间比Dmax为0.4,则Ic=6.2Po/UI
(2)推挽式变换器电路中开关晶体管的选择
对图12所示推挽式变换器电路,它实际上是由两个单端正激变换器电路构成。所以，在开关晶体管截止时，每只开关管上承受的电压限制在2UI以内，利用输出功率、效率、最大占空比，
可推导出晶体管集电极工作电流的表达式如下：假定变换器的η=0.8，
Dmax=0.8，则集电极工作电流为
（a）原理图(b)波形图
图12推挽式变换器电路
（3）半桥式变换器电路开关晶体管的选择
图13所示半桥式变换器中，变压器的一次侧在整个周期中都流过电流，磁心得到充分利用，对功率开关管的耐压要求较低，决不会超过线路峰值电压。与推挽式电路相比，若输出相同的功率，则开关晶体管必须流过2倍的电流。
在半桥式变换器电路中，因为变压器的电压已减少到UI/2，为了获得相同的功率，晶体管的工作电流将加倍。假定变换器的效率η=0.8，最大占空比Dmax=0.8，则晶体管的工作电流
为:半桥式变换器的另一个优点是:它可以自动校正变压器磁心偏磁,避免变压器磁心饱和。
图13半桥式变换器电路
在设计开关电源时，还应考虑的是使用双极型晶体管还是MOSFET管，这两种晶体管各有优缺点。二者相比较，双极型晶体管价格较低，而MOSFET管由于驱动电路简单，所以整个电路设计也比较简单。
双极型晶体管有一个缺点，就是工作截止频率较低，一般在几十kHz左右，而MOSFET管的开关工作频率可达几百kHz。开关电源工作频率高就意味着设计出来的开关电源体积较小。提高开关电源的工作频率，这是当前开关电源设计的一个趋势。
3．2功率晶体管的保护
功率晶体管的保护有抗饱和、二次击穿等问题，这里重点介绍二次击穿的防止及RC吸收回路元件参数的选择方法。
（1）正偏压的二次击穿
要设计出一个工作稳定、可靠的开关电源，必须避免开关晶体管出现正向偏置状态下的二次击穿现象。
图14表示晶体管集电极电流Ic与Uce间的关系图，曲线的轨迹代表的是晶体管可以工作的最大限度范围。在晶体管导通期间，落入安全区正向偏置的负载曲线认为是安全的，工作时不能超过厂家所提供的器件热限度和安全工作区。
图14双极型晶体管安全工作区
正向偏置的二次击穿现象是由若干个发热点引起的。这些发热点是由于晶体管在高压下电流的不均衡而造成的。它们分布在功率晶体管工作面上的许多地方，由于晶体管的基极－发射极结间是负温度系数，这些发热点就增加了局部电流流动，电流越大，则产生功率越大，进而使得某一发热点的温度更高。由于集电极对发射极的击穿电压也是负温度系数，所以与上述结果相同。由此可见，如果加在晶体管上的电压不消失，电流就不会终止，集电极－发射极结就会被击穿，而晶体管会由于无法抗拒高温而损坏。
有一种防止正向偏压二次击穿的新方法：在制造晶体管时增加了发射极平衡技术，使用这种技术制造的晶体管可以工作在它本身允许的最大功率和最大集电极电压的条件下，而不必担心会产生二次击穿。应用这种技术的器件如图15所示。
具体实现方法是在功率开关晶体管的基极再串接一个结型场效应管，场效应管起着基极平衡电阻的作用，其阻值随集电极对基极电压的变化而变化。当集电极电压变化时，能够维持恒定的功耗。
图15 防止二次击穿的措施
（2）反偏压的二次击穿
当晶体管用作开关器件使用时，存储时间和开关损耗是两个重要的参数。如果不能有效地减少存储时间，变压器就会产生饱和，而且开关电源的调整范围就会受到限制。
同时，对开关损耗必须进行控制，因为它影响着整个电源系统的工作效率。
实际应用中，晶体管的反向偏置安全工作区（RBSOA）很有实用意义，如图16所示。
图16反向偏置时安全工作区
RBSOA曲线表示，对于Uce低于Uceo的情况，只受晶体管集电极电流Ic的限制。对Uce高于Uceo情况，集电极电流必须随所加的方向偏置电压的增加而减少。
很明显，反向偏置电压Ueb是非常重要的，它对RBSOA的影响非常大。在开关晶体管加反向偏压时，因为关断时间会减少，应避免基极－发射极结的雪崩现象发生。设计时可采用有箝位二极管的RC吸收回路以避免雪崩现象的发生。
（3）开关晶体管的RC吸收回路
由上面的讨论可见，开关晶体管工作在截止状态的瞬间，为了把存储时间减少到最低限度，一般采用加大反向基极电流的办法。但是如果Ib过大，会造成发射结的雪崩，而损坏晶体管。为了防止这种情况的发生，可采用RC吸收回路，RC吸收回路并联在开关晶体管的集电极－发射极之间，在功率开关晶体管截止时给开关晶体管集电极电流分流，见图17。
当晶体管V1截止时，电容C通过二极管V2被充电到工作电源电压E＋，当晶体管V1导通时，电容C经过电阻R放电。实际上，吸收回路消耗了一定量的功率，减轻了开关管的负担。如果没有吸收回路，这一部分功率必须由开关管承担。
图17晶体管截止电流吸收网络
在实际设计电路时，可用下面的公式进行估算。在晶体管截止时，其能量可用下式表示：式中：Ic——最大集电极电流（A）
Uce——最大集电极－发射极电压（V）
tr——集电极电压最大上升时间（s）
tf——集电极电流最大下降时间(s)
由电容的定义可求出由图17可知，电容C上的电压可以写成下式：式中：ton是晶体管导通时间（这时C经过R放电）选取RC回路的值要保证以下两条：一是在开关晶体管截止期间内（toff）必须能使电容C充电到接近Uce电压，二是在晶体管导通期间（ton），必须使电容C上的电荷经电阻R放完，所以应使表达式的值接近于1。
当ton=3RC时，e－3=0.05，即可以认为经过3RC的延迟,电容C已基本上把电荷放完,这样R的取值可由下式决定:
R=ton/3C
同时还应检验在晶体管导通时，电容C通过开关管放电的电流Idis,应把它限制在0.25Ic以下,可用下式计算:
Idis=Uce/R
[例]在一半桥变换器中使用开关晶体管,Uce=200V，tf=2μs，tr=0.5μs，变换器的工作频率
f=20kHz,开关晶体管的集电极工作电流Ic=2A,试计算RC吸收回路的R、C值。
解取C=22nF，假定ton是总周期1/f的40％，则
由R=ton/3C有取R=300Ω，再核对放电电流
这个值大于Ic（2A）的25％，需再计算R的值取
R=430Ω。
3.3MOSFET的选择和保护
功率场效应管(PowerMOSFET)是近些年发展起来的半导体器件，在高频开关电源中得到了广泛的应用。
它具有几个明显的优点：工作频率高达200kHz以上，从而可进一步减小开关电源的体积和重量；同时它还具有工作速度快、功率大、耐压高、增益高，几乎不存在存储时间，没有热击穿等优点。
MOSFET是电压型控制器件。为了在漏极D得到一个较大的电流，必须在MOSFET的栅极和源极S之间加一个控制电压。
为了驱动MOSFET导通，需要在栅极和源极间加入电压脉冲。为了提高MOSFET管的开关速度，驱动电压源的阻抗Rg必须非常低。
当MOSFET管关闭时，在漏极和源极之间就会出现很高的阻抗，从而抑制了电流的流动。
当功率MOSFET用作开关器件时，漏源极间电压降与漏极电流成正比。也就是说，功率MOSFET 工作在恒定电阻区，因此它实际上象电阻一样起作用。所以功率MOSFET漏源极间的导通电阻Rdson就成为一个十分重要的参数，它与双极型三极管的集电极－发射极间饱和压降的重要性一样。当Ugs达到门限电压时（一般是2～4V），漏极电流Id开始流动。当Ugs超过门限电压之后，漏极电流和栅极电压的比值呈线性增长，这样漏极电流对栅极电压的变化率（称为跨导gfs）在漏极电流较大时，实际上是个常数。
MOSFET可以提供非常稳定的安全工作区（SOA），因为在正向偏置时，它不受二次击穿的影响，因此，无论施加直流还是脉冲电压，它的SOA曲线比双极型晶体管要好。用功率MOSFET作开关器件使用时，在额定电压下驱动额定电流，不用吸收回路是可能的。当然，在实际设计电路时，还应适当降低额定值，图18表示典型MOSFET的SOA曲线，为了与双极型晶体管比较，把它们重叠画在一起。
为了充分发挥MOSFET的优点，在设计MOSFET电路时应注意以下几点，以防在高频工作时产生振荡现象。
（1）尽量减短与MOSFET各管脚接线的导线长度，特别是栅极引线长度，如果实在无法减短，可以用小磁环或1个小电阻R1与MOSFET管栅极串联，如图19所示。使用这两个元件应尽量靠近管子的栅极，以消除寄生振荡。
（2）由于MOSFET具有极高的输入阻抗，为了避免电路正反馈引起的振荡，驱动源的阻抗必须很低。当MOSFET的直流输入阻抗很高时，它的动态阻抗（交流输入阻抗）会随着工作频率的变化而变化。
由于MOSFET的栅极和源极之间的硅氧化层比较容易被击穿，如果两极间所加的电压超过了厂家给定的参数值，就会使管子造成永久性损坏。实际上，栅极电压的最大值一般是20～30V，即使所加的栅极电压低于最大允许值，也要对电路采取措施，确保避免由于杂散电容引进的尖峰脉冲把MOSFET的氧化层损坏。
图18 SOA比较图
图19 用铁氧体磁环消除寄生振荡
为了使MOSFET管更安全有效地工作，一般情况下需要在MOSFET的源漏极间加RC吸收回路。因为RC吸收回路消耗了多余的关断MOSFET的能量，否则这部分能量要由MOSFET开关管来消耗，其工作原理与双极型晶体管RC吸收回路相同。
作者简介
路秋生男副教授。1982年毕业于山东大学电子系，现在北京电子信息大学电子系任教，主要从事电子技术、电力电子技术的教学、科研工作。
吴亚娟女讲师。毕业于北京科技大学电气自动化系。现在北京电子信息大学电子系任教，主要从事电子技术教学、科研工作。
收稿日期：2000.1.19
定稿日期：2000.3.28
通讯系统电源 （高频开关电源、免维护电池）技术规范书
1、概述 1.1本技术规范书仅适用于2011主网技改工程。 1.2本规范未对一切技术细节做出规定，也未充分引述有关标准和规范，卖方应提供符 合本规范书和遵照国际电工委员会标准（IEC）、国际公制（SI）及国家标准的符合国家电力行业标准的优质产品。技术指标应符合YD/T731《通讯用高频开关整流器》的规定。 1.3本规范未尽事宜，双方协商解决。 2、主要技术要求 2.1 供货数量： 序号名称规格及型号单位数量备注 1 高频开关电源屏-48V/120A（4*30A）面 4 2 蓄电池屏48V/300AH，每组24只，-2V 面8 3 电池巡检仪每套可接48只电池套 4 高频开关电源：-48V/120A （4*30A） 4套 蓄电池： -48V/300AH 4组（包括电池柜） 每套两组每组24只，2V/只 2.2设备电气性能 3.单套高频开关电源配置： 1)具备交流输入配电单元、整流单元、直流输出配电单元、监控单元，并为一体化机 柜，应能至少接入2组蓄电池。 2)具备完善的故障告警、保护功能（交流输入故障、直流输出故障、整流单元故障、 监控单元故障等自动保护功能），且部分状态具有自动恢复功能（交流过压、欠压、直流过流、过温）。 3)交流配电单元： 输入2路，输入电压：三相五线制：380V±20%,50±10%HZ，2路交流输入电源能自动切换，且互为主备用。 输出：三相输出分路（2路）：2路32A，2路25A 单相输出分路（14路）：2路20A，8路10A，4路6A。 4)直流配电单元： 输入：整流4路：48V/4*30A,可调整为(10A-20A-30A-60A，最大能达到120A。
高频开关电源的特点及在电力系统的应用 摘要：高频开关电源具有体积小重量轻、安全可靠、自动化程度及综合效率高、噪音低等特点，目前，电力系统已逐步采用这种电源系统。高频开关整流器与原始直流设备的性能比较。 关键词：高频开关电源；特点；性能比较；应用 一、前言 在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。传统的直流电源多数采用可控硅整流型。近几年来，许多直流电源厂家推出智能化的高频开关电源，这种电源系统具有许多优点：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等，适应电网发展的需要，值得推广使用。 目前，我国电力系统采用的直流电源也正由传统的相控电源逐步向模块化的高频开关电源转变。高频开关电源整流器的工作原理：交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转换为高频交流，最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。这种高频开关电源主要由高频开关充电模块、集中监控器和蓄电池组等组成，其中充电模块和集中监控器具有内置微处理器，智能化程度高。高频开关电源系统正常
运行时，充电机的输出与蓄电池组并联运行，给经常性负荷供电。 二、高频开关电源的原理和特性 （一）高频电源系统方框图 高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出。 （二）采用高频化有较高技术经济指标 理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50hz提高到20khz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。逆变或整流焊机、通讯电源用浮充电源的开关式整流器，都是基于这一原理。 那么，以同样的原理对传统的电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等各种直流电源加以类似的改造，使之更新换代为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约90％或更高，还可节电30％或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，既可带来显著节能、节材的经济效益，更可体现技术含量的价值。 （三）设计模块化——自由组合扩容互为备用提高安全系数 模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生
AC-DC4810/05系列高频开关电源模块 技术手册
目录 第一章概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 第二章产品性能命名方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第三章主要特点。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第四章操作规程及一般维护。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第五章注意事项。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第六章主要技术参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4
AC-DC4810/05高频开关电源使用说明 一、概述 小型通讯设备广泛采用通讯标准48V/24V 电压等级，一般电流较小，但供电设备 亦要求管理功能完备，方便使用，具有后备供电功能。 AC-DC4810/05系列一体化电源模块及电源柜即是针对此产品设计而成，其中一体化电源内部设有如下部分，交流/直流整流器电源，充电管理电路，放电保护电路，3-5个分路负载管理单元，电池接口，总输出接口，分路负载接口，系统原理图如下： -OUT 5A -OUT1 3A -OUT2 2A -OUT3 1A -OUT4 1A 系统工作原理如下：当有市电工作时，整流器电源利用市电交流220V ，变换成直 流电源输出，一方面向负载提供供电电流，另一方面由充电管理单元向电池提供充电，电池容量可选12AH ，24AH ，38AH ，50AH ，其中充电管理单元设有降压限流充电管理电路，恒压浮充管理电路，保证电池能够快速可靠地完成充电功能。 当市电停电后，系统会由电池通过放电保护单元不间断的向负载连续提供供电，供电时间由选取电池容量及设备此时工作电流决定。 负载用电池容量 12AH 24AH 38AH 设备用电：3A 3小时 6小时 10小时 设备用电：5A 2.4小时 3.6小时 6小时 在电池放电时间较长时，电池继续放电可能导致过放电，故电源内设有电池过放 电保护电路，当发生过放电时，切断电池与输出之间的连线通路，不再向外输出，等待市电来电。 电源直流输出一般采用通讯负电源标示方法，即GND ，-OUT 。并且为方便用户使用，设有一个主输出，4个分路输出。各输出分路并设有负载分配管理单元，当负载大于额定电流2倍以上时，负载分配管理单元会停止向此负载输出其他分路功能正常工作，当负载恢复到正常额定值内时，该分路会继续提供输出。 市电 整流器电源 供电 充电管理单元 电池 放电保护单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元
电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间：2016年6月25日至2016年6月27日
设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源：电压额定值220±10%，频率：50Hz； 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V； 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V)； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种电路结构，比较并确定主电路 结构和控制方案； 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的 保护电路； 3.参数计算，选择主电路及保护电路元件参数； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.林渭勋等，《电力电子设备设计和应用手册》； 3.张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业 出版社。
目录 一、总体设计 (1) 1．主电路的选型（方案设计） (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法） (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)
DUMB-48/50H 壁挂式高频开关电源系统使用说明书
目录
1. 产品简介 .......................................................... 2
2. 系统配置 ......................................................... 2
3. 机械安装 .......................................................... 2
4. 电气安装 .......................................................... 3
5. 开通调试 .......................................................... 4
附录一 控制器及设置 ................................................... 5
附录二 系统输出告警及处理措施 ......................................... 7
附录三 系统参数设置说明 ............................................... 8
附录四 整流模块 ....................................................... 8
公司地址：北京市丰台区科技园区星火路 8 号
邮政编码：100070
全球服务电话 +86-10-63783099
投诉热线：（010）63783055
网址：https://www.doczj.com/doc/999363668.html,
安全注意事项 在开始安装或操作之前，请仔细阅读操作指南和注意事项，以避免意外事故的发 生。产品及产品使用手册中的“注意、警告、危险”等事项，不代表所应遵守的 所有安全事项，只作为各种安装、使用操作中的安全注意事项的补充。因此，负 责产品安装、操作的人员必须经过专业培训，掌握系统的正确操作方法以及各种 安全注意事项后方可进行设备的各项安装或操作。 在进行本公司设备的各项安装或操作时，必须遵守相关行业的安全规范和工程设 计规范，严格遵守本公司提供的相关设备注意事项和特殊安全指示。
电气安全 接地
z 安装设备时，必须首先安装保护地线；拆除设备时，必须最后拆出保护地线。 z 操作通电之前，确保设备已可靠接地。
高压 本电源系统运行时部分部件带有高压，直接接触或通过潮湿物体间接 接触这些部件，会带来致命的危险。
危险 不规范、不正确的操作，可能导致起火或电击等意外。交流电缆的架 接、走线经过区域必须遵循所在地的法规和规范。进行各项高压操作 的人员必须具有高压、交流电作业资质。
工具 在进行高压、交流电各种操作时，必需使用专用工具，不得使用普通
警告 或自制的工具。 短路
严禁操作时将电源系统直流配电正、负极短路或将非接地极（端）对 危险 地短路。本电源设备短路时将会引起强烈电弧或设备起火，危及人身
和设备的安全。 雷雨
危险 严禁在雷雨天气下进行高压、交流电作业。 静电
人体产生的静电会损坏电路板上的静电敏感元器件，如大规模集成电 路（IC）等。在接触设备、电路板或 IC 芯片等前，为防止人体静电 注意 损坏敏感元器件，必须佩戴防静电手腕，并将防静电手腕的另一端良 好接地。 防液防爆 本产品应放置在远离液体的区域，禁止安装在通风口、空调口、机房 出线窗等易漏水位置下方，防止液体进入设备内部造成短路。严禁将 警告 设备置于易燃、易爆、有腐蚀性气体或烟雾环境中，严禁在该种环境 下进行任何操作。 结构部件 严禁擅自改装设备结构和更换板件位置，严禁擅自更换元器件，严禁 警告 擅自在机柜上钻孔。不符合要求的改动会影响设备的散热、电磁屏蔽 等性能，自行钻孔还会导致金属屑进入机柜致使电路板短路。 物体尖角 警告 用手搬运设备时，要佩带保护手套，防止利物割伤。 电池安全 进行电池作业之前，必须仔细阅读电池的使用手册，作业中遵循所规 危险 定的安全注意事项，以及电池的正确连接方法。 z 电池所处环境要求无阳光直射或雨淋，干燥且通风良好，无腐蚀性气体，远离火 源、有机溶液。
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z 电池温度过高会导致电池变形、损坏或电解液溢出。
z 电池具有极高的电能能量，不规范的操作将会造成严重危险。操作中必须严格遵
循电池作业所规定的安全注意事项，必须注意操作空间对带电作业所产生的影响，
小心防范电池短路。
z 安装、维修、拆卸等操作前，确保电池回路已断开。 z 电池在搬运过程中应始终保持正面向上，严禁倒置、倾斜。 z 操作时必须使用专用绝缘工具。 z 操作时必须做好防护措施，应使用防护眼镜、橡胶手套、橡胶靴子、橡胶围裙等。
执行标准
GB 4943.1-2011 《信息技术设备的安全》
GB/T 3873-1983 《通信设备产品包装通用技术条件》
GB/T 9254-2008 《信息技术设备的无线电骚扰限制和测量方法》
GB/T 16821-2007 《通信用电源设备通用试验方法》
YD 5083-2005
《电信设备抗地震性能检测规范》
YD 5096-2016
《通信用电源设备抗地震性能检测规范》
YD/T 1051-2010 《通信局（站）电源系统总技术要求》
YD/T 1058-2015 《通信用高频开关组合电源》
YD/T 282-2000 《通信设备可靠性通用试验方法》
YD/T 5040-2005 《通信电源设备安装工程设计规范》
YD/T 585-2010 《通信用配电设备》
YD/T 731-2008 《通信用高频开关整流器》
YD/T 944-2007 《通信电源设备防雷技术要求和测试方法》
YD/T 983-2013 《通信电源设备电磁兼容性极限值及测量方法》
TB/T2993.3-2000 《铁路通信站用-48V 高频开关整流设备》
TB/T2169-2002 《铁路中间站通信电源设备技术条件》
1.产品简介
DUMB-48/50H 壁挂式高频开关电源系统(以下简称系统)采用模块化设计、紧凑式 结构, 由控制器、整流器、交流配电单元、直流配电单元、电能检测单元等部分组成。 该系统将交流电转换成稳定的-48V 直流电，适用于铁塔、电信、移动、联通、传输、 接入网，以及专网领域（如水利、电力、军队、公安、铁路、银行、计算机中心等） 需要直流电源系统的场所。
2．系统配置
系统配置见表 2。
表 2 系统配置
项目
室内型
外形尺寸 长*宽*高 450*280*600（mm）
室外 I 型 520*280*600（mm）
输入制式 单相三线制
整流模块 ≤3 台 系 交流输入 统 AC IN 断路器 63A/2P
≤3 台 断路器 63A/2P
配 交流防雷 单相 C 级，In=20KA，Imax=40KA 置 AC SPD
电池输入 断路器 125A/1P×2 断路器 125A/1P×2
室外 II 型 520*280*600（mm）
≤3 台 断路器 63A/2P
断路器 125A/1P×2
以
实
一次下电：63A/1P× 一次下电：63A/1P× 一次下电：63A/1P×
物
4、10A/1P×8 （断 4、10A/1P×8 （断路 4、10A/1P×8 （断路
为
路器）
器）
器）
直流输出 电保（二次）下电： 电保（二次）下电： 电保（二次）下电：
准
20A/1P × 1 、 10A/1P 20A/1P × 1 、 10A/1P 20A/1P × 1 、 10A/1P
×4（断路器)
×4（断路器)
×4（断路器)
温度范围 工作环境温度：-25～+45℃；贮存环境温度：-45～+70℃；
湿度范围
工作相对湿度：≤90%（40±2℃）（无凝露）； 贮存相对湿度：≤95%（40±2℃）（无凝露）。
工
大气压力 要求
大气压力(海拔）：70～106kPa（海拔：0～3000m）。注：海拔高度 3000m 以上系统应降额使用，海拔每升高 200m，则工作环境温度降 低 1℃。
作 交流输入 304～475Vac（相电压 176～275Vac）额定电流输出，在 156～304Vac
环 电压范围 （相电压 90～176Vac）降额输出。
境 输入频率 47.5～65Hz 额定直流 电压 -48VDC
稳压工作 范围 -42～-58VDC(额定负载)
效率 ≥94%(40%～100%负载率)
3. 机械安装
室内型壁挂包括壁挂式和落地式两种安装方式，室外型壁挂包括壁挂式、落地式 和抱杆式三种安装方式。
1、壁挂式安装。用 4 个膨胀螺栓 M10*95 将机柜的 4 个挂耳固定。如图 3-1 所示。
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图 3-1 壁挂式安装图
2、抱杆式安装。抱箍有固定式和可调式两种。固定式抱箍安装：用 4 个六角头螺 栓 GB5781 M8*25 将机柜用抱箍固定在安装杆上，再用 4 组 M8 的螺母、平垫和弹垫组 合将抱箍与机柜安装板锁紧。可调式抱箍安装：用 4 组 M8*90 的六角头螺栓、M8 的螺 母、平垫和弹垫组合将抱箍固定在安装杆上，然后用 4 组六角头螺栓 GB5781 M8*25、 M8 的螺母、平垫和弹垫组合将抱箍与机柜安装板紧固。抱箍的尺寸可根据客户要求选 择，如图 3-2 所示。
图 3-2 抱杆式安装图 3、落地式安装。用 6 个 M6*12 的螺钉组合件将 2 个地脚安装在开关电源的底部两侧， 如图 3-3 所示。
图 3-3 落地式安装图
4.电气安装
用户自配线及端子见表 4-1。 表 4-1 用户自配线及端子
项目
室内型
室外 I 型
室外 II 型
交流输入线 L、N、PE
L、PE、N 连接线建 议不小于 10mm2， PE、N 线压接 M5 端 子。
L、PE、N 连接线建 议不小于 10mm2， PE、N 线压接 M5 端 子。
L、PE、N 连接线建 议不小于 10mm2， PE、N 线压接 M5 端 子。
负载及电池线
正排安装孔为 M5、M6 螺纹孔。 根据断路器、熔断器规格选择相应的导线及端子。
RS485
RS485 接口，网口 4 脚（蓝）为 A、8 脚（棕）为 B。
ETHERNET 以太网接口。
A1、B1 信 A2、B2
连接智能配电单元，与配电单元实现信息的交互。 2 组，连接铅酸电池检测单元、铁锂电池管理单元等。（预留）
号 BMV1、BMV2 2 组电池中性点电压检测（可扩展至 4 组）。
线 COM、NO
4 组干接点输出接口（可扩展至 8 组）。 阻性负载：1A 125VAC,2A 30VDC。
BT1、BT2 2 组电池温度检测接口（可扩展至 4 组）。
DI
2 组 DI 信号输入接口,DI1 门磁告警、DI2 风扇告警（可扩展至
4 组），无源输入。
注：导线连接位置按照系统标识、丝印、接线示意图，线缆压接端子的建议只针 对标准产品，具体以实物为准。
连接电力电缆
在连接电力电缆及信号线前，应检查确认所有断路器、熔断器处于分断位置。 连接交流电缆：将交流输入线连接到交流输入断路器和零地排上。 连接负载及电池电缆：将负载及电池的正极电缆接至系统正排，负载负极电缆连 接到负载空开或熔断器上，电池负极连接到电池熔断器上，如图4-1所示。
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图 4-1 用户接线示意图 连接信号线
所有信号线连接到监控单元上，监控单元接口说明如图 4-2 所示。
BT、BMV扩展接口
A2 B2 A2 B2 A1 B1 1 2 BMV
DKD51
RS485 ETHERNET
1 2 3 4 BT1 BT2 + - + -
COM NO
DI1 DI2
图 4-2 信号接线示意图
5.开通调试
安全检查
检查现场工作环境符合表 2要求。 检查所有输入输出断路器及熔断器处于分断状态。所有输入输出连接线缆、信号 线、工作地线、保护地线连接牢固。并测量交流相间、相对零地间、直流输出正负母 排间、电池正负极间无短路现象。 检查机箱及接地零部件之间的接地电阻不大于0.1Ω。
开通调试
闭合交流配电箱开关电源输入总断路器，闭合开关电源交流输入总断路器。 逐一开启整流模块输入断路器，模块正常工作后，打开所有整流模块断路器。 整流模块正常工作后，用万用表测量正负母排输出电压为浮充电压出厂默认值 53.6V 时，再进行参数设置。
参数设置
电源系统首次开通运行时，需将控制器显示时间设置为当前时间，并根据现场电 池厂家信息设置控制器参数，参数名称见表 5。
表 5 参数名称
参数名称
电池组数
充电限流值
设置范围
电池容量 均充电压 浮充电压 直流欠压值
均浮转换值 电保下电值 一次下电值 二次下电值
设置范围参考 附录三
直流过压值
用万用表测量当前电池电压并记录，将整流模块的输出电压设置为电池实际电压， 插入电池熔丝，再将整流模块的输出电压设置成默认值 53.6V，系统正常工作。
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目录 1绪论 (1) 1.1高频开关电源概述 (1) 1.2意义及其发展趋势 (2) 2高频开关电源的工作原理 (3) 2.1 高频开关电源的基本原理 (3) 2.2 高频开关变换器 (5) 2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5) 2.2.2 多端式变换器 (6) 2.3 控制电路 (8) 3高频开关电源主电路的设计 (9) 3.1 PWM开关变换器的设计 (9) 3.2 变换器工作原理 (10) 3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11) 3.3.1 开关器件 (11) 3.3.2 MOSFET的驱动 (11) 3.4高频变压器的设计 (13) 3.4.1 概述 (13) 3.4.2 变压器的设计步骤 (13) 3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15) 3.5 整流滤波电路 (15) 3.5.1 整流电路 (15) 3.5.2 滤波电路 (16) 4 总结 (19) 参考文献 (20)
1 绪论 1.1高频开关电源概述 八十年代,国高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面: (l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准? (2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? (3)能否组建大容量电源? (4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)? (5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。
高频开关电源电路原理分析 开关电源微介绍开关电源具有体积小、效率高的一系列优点。已广泛应用于各种电子产品中。然而，由于控制电路复杂，输出纹波电压高，开关电源的应用也受到限制。它 电源小型化的关键是电源的小型化，因此必须尽可能地减少电源电路的损耗。当开关电源工作在开关状态时，开关电源的开关损耗不可避免地存在，损耗随着开关频率的增加而增大。另一方面，开关电源中的变压器和电抗器等磁性元件和电容元件的损耗随着频率的增加而增加。它 在目前市场上，开关电源中的功率晶体管大多是双极型晶体管，开关频率可以达到几十kHz，MOSFET开关电源的开关频率可以达到几百kHz。必须使用高速开关器件来提高开关频率。对于开关频率高于MHz的电源，可以使用谐振电路，这被称为谐振开关模式。它可以大大提高开关速度。原则上，开关损耗为零，噪声非常小。这是一种提高开关电源工作频率的方法。采用谐振开关模式的兆赫变换器。开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60 KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的开关电源其实是高频开关电源的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 开关电源分类介绍开关电源具有多种电路结构：（1）根据驱动方式，存在自激和自激。它2）根据DC／DC变换器的工作方式：（1）单端正激和反激、推挽式、半桥式、全桥式等；2）降压式、升压式和升压式。它 （3）根据电路的组成，有谐振和非谐振。它 （4）根据控制方式分为：脉宽调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、PWM和PFM混合。（5）根据电源隔离和反馈控制信号耦合方式，存在隔离、非隔离和变压器耦合、光电耦合等问题。这些组合可以形成各种开关模式电源。因此，设计者需要根据各种模式的特点，
第一章目录第一章：概述 第二章：安装 1.安装环境检查及通风和防尘要求 2.交流容量及连线要求 3.直流容量及连线要求 4.电池连线要求 5.接地 6.其它电缆连线 7.调试 第三章：电源系统 第四章：控制系统 第五章：交直流配电 第六章：操作 第七章：机械性能
第二章概述 一．简介 随着通讯技术的发展，新型通讯设备的迭出，对通讯电源提出了更高的要求。 DUM-48/50B智能开关通信电源是采用新型元器件设计、生产的新一代高频开关电源。具有容量大、可靠性高、智能化程度高、电网适应范围宽、维护方便等特点。适用于邮电通信、移动通信基站、水利电力、公安、铁路、计算中心等需要大功率直流电源的场所。 二．系统特点 1.DUM-48/50B智能开关通信电源交流输入电压适应范围宽： 三相供电266V～494V 2．DUM-48/50B智能开关电源整流器交流输入为三相无零线供电方式，彻底解决零线电流问题。 3．整流器具有缺相检测、保护电路。可以保证在有一相相电压失效的情况下（例如：一相断路），整流器仍能在一定范围内正常工作。整流器的输出电流不超过25A， 整流器不受输入端缺相的影响，继续工作。倘若，因为整流器输出端负载的变化， 一旦输出电流超过了25A，此时整流器输出电流会自动限流于25A处。 4．DUM-48/50B智能开关通信电源整流器采用无源功率因数校正技术，功率因数≥0.92。 5．整流器逆变整流部分采用先进可靠的全桥PWM相移谐振ZVZCS拓扑结构, 与其他拓扑结构相比，它有效地提高了整流器的效率（达到91%以上）。 6．DUM-48/50B智能开关通信电源采用民主均流技术，提高了系统可靠性，减少了设备日常维护工作。 7．DUM-48/50B智能开关通信电源采用微机控制、汉字显示、键盘操作，极大地方便了用户掌握使用。实现了系统的自动测试、自动诊断、自动控制，又 可实现系统的遥信、遥测和遥控。 8．系统控制器对设置的参数具有掉电保护功能。 9．整流器采用智能风冷技术，当整流器温升到启动值时，风扇自动开启，大大提高了风扇使用寿命。 10．电池维护功能齐全，具有自动和手动维护功能，系统可对电池自动维护，有关电池的均充电压、浮充电压、充电限流值等参数可根据电池性能通过控制器或遥控系统 连续设置。在启动、均充过程中系统电压逐步增长，对电池和电网均无冲击。 11．系统具有完备的防雷措施。能防止各种能量级的直击雷和感应雷的侵入。保
高频开关电源的基本原理
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第一节高频开关电源的基本原理 一、高频开关电源的组成 高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流-直流变换器和输出滤波器等部分组成，其组成方框图如图1-3-1所示。 图1-3-1高频开关整流器组成方框图 图中输入回路的作用是将交流输入电压整流滤波变为平滑的高压直流电压；功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压；整流滤波电路的作用是将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；开关电源控制器的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。从框图中可见，由于高频变压器取代了笨重的工频（50HZ）变压器，从而使稳压电源的体积和重量大小减小。 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，与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只上相控整流器的1/10，重量也接近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，一般在全导通时，可接近0.7以上，而小负载时，仅为0.3左右。经过校正的开磁电源功率因数一般在0.93以上，并且基本不受负载变化的影响（对20%以上负载）。 ③可闻噪音低 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较大，一般大于60dB。而开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45dB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可达88%以上，较好的可做到91%以上。 ⑤冲击电流小 开机冲击电流可限制的额定输入电流的水平。 ⑥模块式结构 由于体积不，重量轻，可设计为模块式结构，目前的水平是一个2m高的19英寸（in）机架容量可达48V/1000A以上，输出功率约为60KW。 二、高频开关电源的分类 （二）开关整流器分类 1、按激励方式 可分为自激式和他激式。自激式开关电源在接通电源后功率变换电路就自行产生振荡，即该电路是靠电路本身的正反馈过程来实现功率变换的。 自激式电路出现最早。它的特点是电路简单、响应速度较快，但开关频率变化大、输出纹波值较大，不易作精确的分析、设计，通常只有在小功率的情况下使用，如家电、仪器电源。他激式开关电源需要外接的激励信号控制才能使变换电路工作，完成功率变换任务。 他源激式开关电源的特点是开关频率恒定、输出纹波小，但电路较复杂、造价较高、响应速度较慢。 2、按开关电源所用的开关器件 可分为双极型晶体管开关电源、功率MOS管开关电源、IGBT开关电源、晶闸管开关电源等。
目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)
引言 近年来，随着电子技术的发展，邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源，随着科学技术的不断进步，对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制（PSC FB ZVS-PWM）变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，与传统的硬开关电路相比，并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示，主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压， T1～T4 为开关管， D1～D4 为体内二极管，C1 ～C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍，利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振，漏感储能向电容 C1释放过程中，使电容上的电压逐步下降到零，体内二极管D1开通，创造了T1 的ZVS条件。
高频开关电源变压器的动态测试 （JP2581B＋JP619B材料功耗测量系统应用笔记之一） 1 引言 目前，对高频开关电源变压器电磁参数‘测试’大约使用两种方法：一种是用LCR表测量一些基本电磁参数，例如，开关电源变压器初次级电感、漏感、分布电容、绕组直流电阻以及匝比、相位等，我们称这种测试方法为’静态’测试；一种是将开关电源变压器放到主机上考核其工作情况，对已经定型生产的开关电源变压器，为考核外购磁芯质量，通过测量变压器工作温升判断磁芯的损耗比较直观简便。前一种方法因在弱场、低频低磁感应强度（例如Bm<0.25mT、f=1kHz）下测量，由于磁性材料特性的非线性、不可逆和对温度敏感，其在强场下工作与在弱场情况下工作电磁特性有很大不同。弱场下测量结果不能反映磁性器件工作在强场下的情况；后一种方法虽随主机在强场下应用，但不能得到被测器件电磁参数。磁芯损耗需要专用仪器才能测量。 高频开关电源变压器的上述测试分析现状影响了此类器件的开发和生产。 需要开发一种仪器或测试系统，这种测试系统能够模拟实际工作条件，完成对高频开关电源变压器主要电磁参数分析，例如，各种负载（包括满载和空载）情况下变压器初级复数阻抗z、有效初级电感L，通过功率Pth、功率损耗PT、传输效率η以及在指定频率下磁芯的传输功率密度等，我们称这种模拟实际工作条件的测试为‘动态’测试。作为磁性器件综合测试系统，还要求具有对磁芯材料功率损耗分析功能。在电磁机器进一步小型化、高频化和采用高密度组装情况下对器件进行‘动态’分析，对加速象高频开关电源之类的电磁器件开发、提高器件质量显得特别重要。 2 测试系统简介 JP2581B＋JP619B材料功耗及器件功率测量系统是一种交流电压、电流和功率精密测量装置。其主要测量功能、指标和测量精度非常适用于磁性材料和磁性器件（例如，开关电源变压器）研究开发和磁芯产品快速检测。该系统配套完整，自成体系，无需用户增加额外投资，系统主要测试功能如下： 1、软磁材料及器件交流功率损耗（总功耗PL , 质量比功耗 Pcm , 体积比功耗 Pcv）测量; 2、磁性材料振幅磁导率μa测量; 3、磁芯（有效）振幅磁导率(μa)e测量; 磁芯因素(AL)e.测量 以上测量均符合IEC367--1（或GB9632--88）标准中推荐的测量方法。 4、电感、电容及组成器件（例如，开关电源变压器）等效电磁参数的动态测量和分析; 5、由测量结果分析器件下列参数： z |z| Ls Rs Lp Rp C Q D。 测试系统具有如下使用、操作特点：
电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例： 已知参数： 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。