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高频开关电源系统的优化设计及应用研究在电力系统中，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，我国电网已经全面采用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，大大降低了运行人员的工作量，适应电网发展的需要，值得推广使用。
1 高频开关电源优化设计研究1.1 淘汰线性电源设计相对于传统的线性电源开关设计，高频开关电源在技术上有着明显的优势。
受限，其能够在开关内节省下一定的空间，而这一空间就是传统线性电源中变压器的空间，这样就能够使开关电源的重量更轻、体积更小。
同时高频开关电源在设计上是为了满足不断提高工作频率的要求，因此其能够满足于现代不同设备的功率输出，克服输出波纹过大等诸多问题，使得高频开关电源更加适合现代市场的需求。
1.2 小型化设计趋势随着现代集成技术的发展，各类电子设备在设计和研发的过程中都向着更小、更轻便的方向进行发展，因此各电子设备的小型化设计趋势非常明显。
因此，在对开关电源进行设计的过程中也必须要考虑到其安装设备的大小，也需要向着小型化的方向进行发展。
同时，电源在使用的过程中，其内部的电容、变压器以及质量都是与电源工作频率的平方根呈现反比情况，以此，随着不断开关电源的工作效率不断提高，其本身的体积必然会朝着更加小型化的方向发展。
另外，小型化的电源开关在设计和研发的过程中其所消耗的原材料较少，能够有效降低生产企业的生产成本，具有着极重要的经济价值。
1.3 电磁干扰的屏蔽设计在高频开关电源工作的过程中，随着开关的开通和中断，这种快速的电流变化就会引发噪音，噪音经过传导传递到开关外部，就形成了一定的电磁干扰现象，而这也是高频开关电源工作效率较低的原因之一。
开关电源的优点在电力电气技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。
开关电源可极大地提高电源利用效率、节省材料、降低成本。
具体来讲，开关电源具有以下优点：1、功耗小，效率高。
在开关电源的电路中，晶体管V在激励信号的激励下，交替的工作在导通-截止和截止-导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz，这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。
2、体积小，重量轻。
从开关电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。
由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。
由于这两方面原因，所以开关电源的体积小，重量轻。
3、稳压范围宽。
从开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。
这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。
所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。
此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。
开关电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关电源。
4、滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。
开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500倍。
在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500～1/1000。
电路形式灵活多样，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关电源。
开关电源目前的发展趋势可以概括为以下几个方面：高频化、模块化、数字化、PFC、同步整流技术、非隔离DC/DC技术、初级PWM控制IC的优化以及绿色化。
摘要通信电源是电信网的能源，其供电质量的好坏直接关系到整个电信网的畅通，本设计分析了国内外高频开关电源的发展和现状，研究了高频开关电源的基本原理以及高频开关电源在电力直流操作电源系统中的应用，设计出一种实用于电力系统的高频开关电源，以替代传统的相控电源。
该系统以MOSFET作为功率开关器件，构成带隔离变压器的推挽式直流斩波开关变换器，采用脉宽调制PWM技术，从输出实时采样电压反馈信号，以控制输出电压的变化，控制电路和主电路之间通过变压器或光电耦合器进行隔离，并设计了软启动和过流保护电路。
关键词高频开关电源推挽式变换器MOSFETAbstractThe correspondence power switch is the telecommunication network energy, its power supply quality quality relates directly to the entire telecommunication network unimpededness, The Paper analyze the Present situation and development of h1gh_frequency Switching power supply(HF SPS) domestically and overseas，study and research the basal principle of HF SPS and its application in electric power system，then design HF SPS applied in e1eetric power system in order to replace the old supply controlled by phase angle. The feedback voltage achieved from output is used to control the change of the output.The primary circuit and the control circuit are insulated by transformer or photo coupler. The Soft_Start and the Over Current Self_protection are also designed.Keywords HF Switch power Supply Push-pull Converter MOSFET目录摘要 (I)Abstract................................................................................................................. I I第1章绪论 (1)1.1 本设计研究的意义 (1)1.2国内外的研究现状 (2)1.3通信高频开关电源的发展 (4)1.4 设计内容 (8)第2章主电路的设计 (9)2.1 高频开关电源的基本原理 (9)2.2 滤波电路的设计 (11)2.3 整流电路的设计 (14)2.4 变换电路的设计 (15)2.4.1 变换器中的开关元件 (20)2.4.2 功率开关管的选择 (25)2.4.3 变压器的设计 (27)第3章控制电路设计 (34)3.1 控制芯片 (34)3.2 触发脉冲生成电路 (38)第4章驱动电路的设计 (42)第5章保护电路的设计 (47)5.1 谐振软开关电路 (47)5.2 MOSFET管保护电路 (50)5.2.1 门极过电压保护 (50)5.2.2 漏源过电压保护 (51)5.2.3 负载过压保护 (52)第6章辅助电源 (54)经济与社会效益分析 (56)结论 (57)致谢 (58)参考文献 (59)附录1 (61)CONTENTS Abstract (I)Chapter 1Introduction (1)1.1 The significance of this research (1)1.2The current research at home and abroad (2)1.3The development of the communication frequency switching powersupply (4)1.4 Design content (8)Chapter 2The design of the main circuit (9)2.1 The basic principles of high-frequency switching power supply (9)2.2 The design of the filter circuit (11)2.3 The design of the rectifier circuit (14)2.4 Input devices to protect (15)2.4.1 Surge current suppression (20)2.4.2 Thermistor technical analysis (25)2.4.3 The design of the transformer (27)Chapter 3 The control circuit design (34)3.1 Control chip (34)3.2 Trigger pulse generating circuit (38)Chapter 4 The design of the drive circuit (42)Chapter 5 The design of the protection circuit (47)5.1 Resonant soft-switching circuit (47)5.2 MOSFET protection circuit (50)5.2.1 Gate over-voltage protection (50)5.2.2 Drain-source voltage protection (51)5.2.3 Load over-voltage protection (52)Chapter 6Auxiliary power supply (54)The economic and social bencfit and analysis (56)Conclusion (57)Acknowledgements (58)Reference (59)Appendix 1 (61)第1章绪论通信用高频开关电源，英文译为Communication with the high-frequency switching power supply）是指用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。
第30卷 2008年1月 湖州师范学院学报Jo ur nal of Huzhou Teache rs College Vol.30J an.,2008智能高频开关电源在我局变电站直流系统中的应用3杨跃斌(湖州输变电工程公司,浙江湖州313000)摘 要:介绍GZDW 型智能高频开关直流电源系统组成及其各部分的作用和工作原理,分析了智能高频开关电源系统的应用情况及在实际运行中存在的问题.关键词:智能高频开关直流电源;直流系统;开关电源;相控电源中图分类号:TM910.6文献标识码:A 文章编号:100921734(2008)S020064204在变电站中,直流电源是核心,为断路器分合闸及站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作提供可靠的工作电源,所以直流电源的输出质量及可靠性对电力系统的安全可靠运行起到重要的作用,因此有人把它比喻为变电站的心脏.为提高电网的供电质量,使电网安全、经济运行,并实现电力系统的自动化,因此对电力控制系统的关键设备———控制电源的要求也越来越高.而原来的直流设备均采取传统的相控电源,效率低,纹波系数大,在电磁辐射、热辐射、噪声等方面都不尽人意.目前高频开关模块型充电装置已逐步取代相控型充电装置,阀控式密封铅酸蓄电池已逐步取代固定型铅酸蓄电池.而智能高频开关电源由于具有体积小、重量轻、技术指标优越、模块化设计、N +1热备份方式、便于“四遥”等优点,因此已在诸多领域得到广泛应用.1 GZDW 型智能高频开关直流电源系统组成及工作原理GZDW 型智能高频开关直流电源系统主要由交流配电、整流模块、监控模块、配电监控模块、直流馈线、蓄电池组、降压单元、绝缘监测、电池监测等组成.其中最主要的设备就是充电模块和蓄电池组.系统工作原理框图如图1所示:3收稿日期225作者简介杨跃斌,技师,从事直流系统研究:2007122:.(1)交流配电单元.直流系统一般都有两路交流电输入,正常时交流电输入切换开关置于“自动”位置,1路工作,2路备用,交流电经交流输入空气开关、交流接触器、避雷器等送至各个整流模块.(2)高频开关整流模块.三相三线交流电380V AC 首先经防雷处理和二级EMI 滤波电路,去除交流电上的干扰,再经全桥整流电路变成高压直流电(500V 左右),再由DC/AC 高频逆变成40KH Z 的高频脉宽调制脉冲电压波,最后经过高频整流,滤波后变为220V 的直流电压.(3)监控模块.监控模块是电力电源系统的管理和控制核心,对蓄电池组进行智能化管理,可以根据电池的充放电情况估算电池容量的变化,按事先设置的条件自动转入限流均充状态,通过控制母线电压完成电池的均充过程,并可自动完成电池的定时均充维护,确保电池组满容量备用.对下级设备上报的各种信息进行处理后实时显示,并记录系统的故障信息.同时可以通过通信口与远端设备通讯,实现远端对电源设备的监测与控制.(4)配电监控模块主要是对交流输入和直流输出的监控,可检测三相交流输入电压,蓄电池组端口电压,蓄电池充/放电电流,合闸母线电压,控制母线电压,负载总电流;并且实现空气开关跳闸,防雷器损坏,蓄电池组电压过高/过低,蓄电池组充电过流,蓄电池组熔丝熔断,合闸母线过/欠压,控制母线过/欠压,各输出支路断路等故障告警.(5)直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明等.控制母线有两种途径供电,确保控制母线供电安全可靠.配有智能直流监控单元,可测量母线电压、电流及开关状态等.(6)蓄电池组.作为全站直流系统的后备电源,在整流模块停止工作时,蓄电池可不间断地向直流母线送电;此外,在电磁式断路器进行合闸操作时,如合闸电流大于100A ,此时蓄电池成为合闸电源.(7)降压单元.降压硅链单元串接于合闸母线和控制母线之间,合闸母线通过降压硅链与控制模块组成控制母线供电备份.正常时调压硅链的控制开关置于“自动”位置,经硅链自动降压后输出稳定的220VDC ,送至控制母线.当自动调压模块控制电路发生故障时,可以通过手动调整,使其输出在合理范围内.调压硅链模块实际分五组,每组由10个硅二极管组成,每组可降0.7×10=7V ,五组总共可降5×7V =35V 电压.(8)绝缘监测.用于监控直流系统电压及其绝缘情况,利用正负母线对地的接地电阻产生的漏电流,来测量母线对地的接地电阻大小,从而判断母线的接地故障.在直流系统出现绝缘强度降低(220V 直流电压系统一般为低于25KW ,110V 直流电压系统一般为低于7KW )等异常情况下,发出声光告警,并能找出对应的支路号和对应的电阻值.电池监测对电池电压进行实时监测,将信息及时反馈到监控模块.2 GZDW 型智能高频开关电源系统的应用情况2000年我局第一座使用智能高频开关电源的闻波变电所运行至今,技术指标合理,各项参数显示正确,操作方便、直观,自动化程度高,维护工作量大幅度减少,设备保护功能齐全,能可靠动作;反映故障及时且准确无误,对电池能自动管理及保护,无需专人维护,设备运行稳定可靠,从未发生影响正常供电的现象.GZDW 型智能高频开关电源与直流相控电源比较,具有稳压精度高、稳流精度高、纹波系数小、可靠性能高等优点,主要体现在以下几个方面:(1)GZDW 型高频开关电源由多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流,极大地提高了系统可靠性和稳定性,而且能为修复提供充分的时间.而相控电源一般由操作班成员定期进行切换,一旦#1充电机出现故障,只能将运行方式切换到#2充电机,由于其工作稳定性差,遇到此类故障必须及时处理,如德清变在2003年4月至2004年1月间,由于相控电源微机控制器故障出现不能自动运行、输出电压偏高等现象发生高达10次.()GZDW 型高频开关电源直流输出纹波系数小,直流输出电压稳定,为二次设备提供了高质量的工作电源而相控电源纹波系数大,其输出电压含有的交流成份也较大,容易造成二次设备误动、损坏,甚至会发生部分设备无法正常工作的情况目前充电设备与蓄电池并联运行,当电源纹波系数较大,浮充电压562008年 杨跃斌:智能高频开关电源在我局变电站直流系统中的应用2..波动或偏低时,会出现蓄电池脉动充电、放电现象,这就会造成蓄电池组或单体电池的过早损坏,缩短蓄电池的使用寿命.(3)GZDW 型高频开关电源噪音小,模块采用优质风机降温,保证了模块元器件正常工作,大大改善了工作环境.而相控电源充电浮充电装置噪音较大,且无降温措施,在大电流充电时,必须实时监测主变压器的工作温度.如东郊变在对电池组主充时由于变压器工作温度过高,只能运用#1、#2充电机定时切换来完成充电工作.(4)GZDW 型高频开关电源具有双向无级调压功能式,响应速度快,输入电压突变时,模块在200μs 内调整完成,过冲小于5%.而相控电源采用硅堆调压,硅降压响应速度慢,反应时间为几十毫秒,输入电压突变时在输出上会产生很大的冲击,因冲击不稳定而容易烧坏二次设备.(5)GZDW 型高频开关电源具有功率因数校正电路,功率因数达到0.9以上,效率高达95%.而相控电源功率因数低,一般在0.7以下,效率在60%左右.(6)G ZDW 型高频开关电源使用的高频变压器体积小、重量轻,而相控电源则使用笨重的工频变压器.(7)GZDW 型高频开关的电源稳压精度、稳流精度高,能满足阀控式密封铅酸蓄电池运行的需求.而相控电源由于受到工艺水平和器件特性的限制,浮充电流不稳定,控制特性不佳,容易造成因电池过充电而损坏电池.如李家巷变直流设备改造前,由于蓄电池组长期过充引起蓄电池鼓肚现象.(8)GZDW 型高频开关电源通过以下方式给控制母线供电,确保了控制母线的不间断供电,提高了直流电源的安全可靠性.当交流输入正常时,控制模块与合闸母线通过降压硅链装置构成备份系统,提供控制母线电源.当交流输入停电或异常时,由蓄电池组经降压硅链装置不间断提供给控制母线,保证控制母线电压稳定不变.(9)GZDW 型高频开关电源智能化的监控系统,能实时采集、处理系统各部分的监测数据,可以通过通信口与远端设备通讯,实现远端对电源设备的监测与控制,满足无人值守需要.(10)GZDW 型高频开关电源采用模块式结构,维护、扩容比相控电源更方便.3 GZDW 型高频开关电源在实际运行中存在的问题及解决措施(1)早期投用的高频开关电源因产品不够成熟,在实际运行一段时间后出现异常情况,如带风冷的整流模块,风机运行几年后出现风机运转异常且模块积灰严重.措施:结合直流系统的日常维护和直流充电及监控装置大小修试验,对带风冷的整流模块运行情况进行检查,并清除模块外部积灰,如发现风机运转声过大且无法处理时应及时进行更换.(2)早期投用的高频开关电源由于监控单元KXT02内部电源控制板烧坏而引起的监控单元不能正常工作.措施:监控单元K X T02故障现场不能及时消除的,建议将整流模块并机线拔掉,整流模块自动输出230V (电压220V )或115V (电压110V )直流电压,这时如果蓄电池组电压高于230V 或115V 时,整流模块不工作,待蓄电池组电压低于230V 或115V 时,整流模块对负载进行供电,同时对蓄电池组进行充电.(3)个别整流模块运行一段时间后直流输出电压有抬高的现象,如果不及时发现并处理的话,容易造成蓄电池组的过充电.措施:对由于元器件性能不稳定而引起的某个整流模块直流输出电压抬高而偏离设定值,可将抬压模块退出运行,并更换内部元器件,测试合格后再投运.(4)我局绝大部分高频开关电源均为一充一电配置,在对各变蓄电池组进行容量核对性试验时存在以下隐患:试验方法一:充电装置带负荷运行,取下蓄电池组总容丝,接放电负载按I10电流对蓄电池组进行容量核对性试验在容量核对性试验过程中,一旦交流断开,那么即出现直流失电现象试验方法二充电装置退出运行,蓄电池组接放电负载进行容量核对性试验,同时该变电站的负荷也由蓄电池组提供在容量核对性试验过程中,一旦出现某一节电池内部开路,那么同样出现直流失电现象66湖州师范学院学报 第30卷..:..措施:在蓄电池组总熔丝或空气开关两端并联二极管,同时,在二极管两端再安装一把闸刀,正常运行时,二极管断开.对蓄电池组进行容量核对性试验时先将闸刀合上,再取下蓄电池组熔丝即可,这样能提高直流设备试验的安全可靠性.具体如图2所示:图2 解决蓄电池组容量核对性试验隐患措施示意图(5)GZDW 型高频开关电源具备智能化的监控系统,但由于各厂家产品通信规约不统一,直流电源设备与变电站综合自动化系统通信存在一定的困难.目前,在无人值班的变电站实现四遥功能有一定难度,各变只有遥测和遥信,且各变的遥信量不够规范.建议:将各变的遥信量统一设置,一些重要量如绝缘故障、交流故障、模块故障等通过后台能及时监测到位.(6)智能蓄电池监测系统对电池电压进行实时监测,将信息及时反馈到监控模块.由于这些辅助设备的功能没有得到充分的利用,再加上日常维护、巡检工作不到位,致使不少变电站的蓄电池电压出现的偏低现象没能得到及时地调整.建议:将变电所现场蓄电池监测系统设备与远程服务器,通过各变电所的光纤环网,经以太网通过TCP/IP 协议进行互换,实现远程在线监测.(7)GZDW 型高频开关电源在充电电压随温度变化时电流自动调整、运行中的自动转换充电方式的可靠性等方面仍需进一步改进和完善.建议:进一步改进直流设备运行现场的环境温度和高频开关电源运行的稳定性,同时加强现场运行巡视和实时监测工作.随着电力电源自动化程度的不断提高,变电站直流系统正受到日益重视.近几年国网公司和省公司专门对变电站直流电源系统下达了有关的规程、规范、导则、反事故措施要求等等,为我们在提高直流系统运行可靠性和设备改进等有关工作方面提供了有力的依据.虽然智能高频开关电源系统性能稳定、精度高、安全可靠性更强,具有明显的社会和经济效益,为湖州电力局生产及其它负荷提供了可靠的电力保障.但是再好的设备也会出现各类故障,不能因为智能高频开关电源系统具有高智能、免维护的特点而忽略了本该进行的日常维护工作,预防为主在任何时候都是安全的重要保证.参考文献:[1]DL/T 72422000.778422000.电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程[S].[2]徐在林.直流设备检修岗位技能培训教材[M ].北京.中国电力出版社,1998.762008年 杨跃斌:智能高频开关电源在我局变电站直流系统中的应用。
开关电源的应用以及发展过程开关电源是20世纪60年代电源历史上的一次革命，安装于各种家用电器、工业设备以及军用电子装置中，同时作为赋能装置应用于各个领域。
下面列举开关电源应用领域的一些例子。
一、金属焊接与切割电源世界生产的钢材约50%需要焊接加工成构件，才能使用，没生产1万t钢，就需要相应生产20~25台焊机以满足加工需求。
高频开关整流焊接电源在体积、质量、节能以及焊接性能等方面是传统焊接电源无法比拟的，已取代传统焊接电源，广泛用于焊接行业。
二、表面处理工程用于电镀行业的整流电源，其特点是低电压、大电流。
高频逆变开关整流电镀电源与二极管的硅整流电源、晶闸管整流电源电源相比，除了体积小、质量轻、效率高之外，还有可控性好、稳压稳流精度高、易于并联、易于实现计算机监控、故障检修安全控制，而且镀层品质大大提高。
直流电镀与脉冲电镀相结合，可获得无裂缝、耐腐蚀能力和耐磨能力强，均匀的镀层表面。
用于工业设备和武器装备、舰船维修的电弧热喷涂工艺，应用于高频开关电源电弧俄日热源，对解决涂层结构致密、低孔隙率、高强度、耐磨、放热腐蚀具有广泛的应用前景。
用于塑料表面处理，采用工作电压10~13KV，开关频率10~36KHZ 的高压开关电源以及电晕方法使用塑料表面改性，提高印刷性和粘接性，用此法同时还可去除油污、水汽和尘垢。
开关电源用于电容器铝箔表面处理，可提高电容器的比容量以及抗电强度等。
三、在环境保护中的应用脉冲电晕加氨脱硫是一种很有前景的烟气净化技术，对解决世界性三大环保问题之一的酸雨，高压开关电源有其用武之地。
高频开关电源在脉冲放电废水处理中也得到广泛应用，利用强脉冲放电所产生的等离子体具有高密度储存能量和高膨胀效应，能形成强烈的热能。
膨胀压力热能、光能、声能和辐射能，进而在水中产生各种游离基。
这些的活性游离基可以破坏工业废水中的有害物质。
脉冲电场杀菌消毒应用开关电源，可以克服热处理、防腐剂等杀菌的局限性以及给食品引入新的污染，强脉冲放电，特别是高压脉冲放电产生的强烈冲击波以及紫外线、强电流、臭氧等综合效应，灭菌效果和能量利用率更高。
高频电源技术方案引言高频电源技术是一种用于转换电力的关键技术，广泛应用于各种电子设备和系统中。
本文将介绍高频电源技术的基本原理、常见的方案以及其在不同领域的应用。
高频电源技术原理高频电源技术通过将输入电压转换为高频交流电，并通过变压器和滤波器进一步转换为所需的输出电压。
其主要原理包括以下几个方面：1.变频器：高频电源技术使用变频器将输入电压转换为高频交流电。
变频器通常采用开关电源技术，通过控制开关管的通断来实现电压的转换。
常见的变频器包括升压变频器和降压变频器。
2.变压器：高频交流电经过变频器转换后，需要进一步通过变压器进行电压的转换。
变压器是高频电源技术中的关键组件之一，通过变压器的绕组比例可以实现输入电压到输出电压的转换。
3.滤波器：高频电源技术通过滤波器对输出电压进行滤波，以去除高频噪声和杂波。
滤波器通常采用电容器和电感器组成的LC滤波网络，可以有效地滤波输出电压。
高频电源技术方案高频电源技术有多种方案可供选择，具体方案的选择取决于应用需求以及系统的功率和效率要求。
以下是几种常见的高频电源技术方案：1.开关电源：开关电源是一种常见的高频电源技术方案，它通过开关管的通断控制来实现电压转换。
开关电源具有体积小、效率高、输出电压稳定等优点，广泛应用于各种电子设备中。
2.谐振变换器：谐振变换器是一种利用电感和电容的谐振作用来进行能量转换的高频电源技术方案。
谐振变换器具有高效率、高频率、低噪声等特点，在电池充电、电焊等领域得到广泛应用。
3.逆变器：逆变器是一种将直流电转换为交流电的高频电源技术方案。
逆变器通过采用高频开关电路和逆变电路，将直流电转换为高频交流电，并通过变压器将交流电输出。
4.共振变换器：共振变换器是一种利用共振电路来实现能量转换的高频电源技术方案。
共振变换器具有高效率、低杂散、高频率等特点，适用于高频电源和电力转换。
高频电源技术在不同领域的应用高频电源技术在各个领域中都有广泛应用。
以下是几个典型的应用领域：1.通信设备：高频电源技术在通信设备中起到关键作用。
高频开关电源在电力系统的优势及应用
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
1、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，我国电网已经全面采用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，大大降低了运行人员的工作量，适应电网发展的需要，值得推广使用。
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，同时对蓄电池进行浮充电，以补充蓄电池的自放电。
当交流电源输入中断后，由蓄电池组给负荷供电，以保证对负荷连续不间断供电，当交流电源恢复正常后，系统自动对蓄电池进行均充电，对蓄电池大量放电后进行电能的快速补充。
2、高频开关电源的原理和特性
2.1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，见图1。
图1
2.2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。
2.3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，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的应力（表现为过电压、过电流毛刺）。
为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。
把开关器件的驱动、保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），这既缩小了整机的体积，又方便了整机设计和制造。
多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。
这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。
3电力智能高频开关整流器与原始直流设备的性能比较
以前我国各地的发电厂、水电站及500kV、220kV、110kV、35kV等各类变电站所使用的直流电源设备，大部分采用的是相控电源，由于受工艺水平和器件特性的限制，上述电源长期以来处于低技术指标、维护保养难的状况。
由于受变压器或晶闸管自身参数的限制，上述电源存在很多不足之处，已远远不能满足飞速发展的电力工程的需要，而以体积小、重量轻、效率高、输出纹波低、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N＋1冗余等为特点的高频开关电源逐步取代相控电源已是大势所趋，特别是近十年来电力电子技术的迅猛发展以及功率器件制造技术的提高，更使高频开关电源的可靠性及适用面大大优于前者，所以自上世纪90年代以后，美国、德国等西方发达国家新建电厂和变电站的相关设备已全部采用高频开关电源，并完成了对旧有电源设备的改造。
而我国在近几年来也逐步完成了从原始直流设备到高频直流电源的过渡。
表1高频开关电源直流系统与常规电源直流系统的比较
由以上表格我们可以看出，智能型高频开关电源与传统的相控电源比较，主要技术指标均优于部标1～2个等级以上，具有以下优点。
（1）相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式，而高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供
电，即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要，则采用N+1模块平均分配，因此，可提高系统运行可靠性。
个别模块故障时，可带电更换，不影响系统的正常运行，扩容维护方便。
（2）可控硅整流器运行于浮充电方式时，直流输出的纹波系数较大，曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故，按部颁要求纹波系数不大于2%。
另外，可控硅整流器与蓄电池并联运行，纹波系数较大时，若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象，对蓄电池不利。
高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电，使得供电质量和技术参数明显提高。
模块采用准谐振技术（或脉宽调制技术）和电流电压双环控制技术，提高开关工作频率，开通损耗小，输出电压的纹波系数很小，一般≤±0.1%额定电压，进而可防止蓄电池脉动充电放电，延长蓄电池的使用寿命，可靠性更高。
（3）高频开关电源整流模块具有内置微处理器，是提高设备管理水平的基础，在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下，使接线简单，安装调试快捷。
除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外，还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信，进行远程监视和对模块各项操作，实现四遥功能。
传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压表和其它专用装置对设备进行监视，且这些测量值不能经通信口实现远程监视（微机型除外）。
即使有遥测，也是采用直流采样方式，采样点不多，对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏，因此，接线繁琐，自动化程度低，实现遥控和遥调功能的难度较大。
（4）按部颁要求，充电时稳流精度误差≤±5%，浮充电时稳压精度误差≤±2%。
而高频开关电源稳压、稳流精度更高，其误差一般≤±0.5%，可避免对蓄电池过充、欠充，保证蓄电池运行在最佳状态。
阀控式电池容量大、维护量孝放电倍率低，适用于大容量的直流电源。
从原理性能看，高频开关模块适合与阀控式电池配套使用。
（5）高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。
同时，设有过流、过压及瞬时短路保护，安全可靠的防雷措施，能有效地承受输出短路冲击。
另外，采取多重有效措施，防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。
（6）高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的转换效率达到90%以上，而相控电源转换效率一般只有60%～80%。
再有一大特点就是这种电源系统设有微机型集中监控装置，可以支持多种通信协议，与调度中心或变电工区的直流班监控系统通信，对直流系统进行四遥监控，具有测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等；控制电源的开关机等；控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换；控制硅链的自动或手动投切，保证控制母线的稳压精度等功能。
同时，这种系统还设有专用微机绝缘监察装置，能实时显示母线电压和正、负母线对地绝缘电阻的大小及发出异常报警，对各回馈线的绝缘情况进行巡检，指示具体发生故障的回路，这种选线功能为查找直流接地带来极大方便。
4、结束语
目前，我国正大力实施变电站的无人值班管理，因此，对设备的选择将会朝着小型化、少维护或免维护及自动化程度高的方向发展。
高频开关直流电源正能适应这种要求，经过这几年的运行考验，这种产品的性能已逐步成熟、稳定。
凭着优越的技术性能和良好的价格性能比，高频开关电源将成为直流电源的首选产品。
参考文献
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