高壓直流通信電源中高頻開(kāi)關(guān)整流模塊的研究

孫活，楊倫軍

（四川鐵道職業(yè)學(xué)院，四川成都，611732）

0 前言

整流器是將交流電通過(guò)轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，它的輸出端通過(guò)直流配電屏與外部相連向電信設(shè)備提供直流電源。傳統(tǒng)的晶閘管相控整流器已經(jīng)不能滿足技術(shù)的需要，因?yàn)樗ぷ餍实?，耗能大，在工作過(guò)程中需要的變壓器和濾波元件的體積大、重量大，不利于操作，這些缺點(diǎn)都不利用提供電源，因此，在科技發(fā)展的熱潮中，高頻開(kāi)關(guān)整流器已逐漸取代了它。

1 高頻開(kāi)關(guān)整流模塊概述

1.1 高頻開(kāi)關(guān)整流簡(jiǎn)介

高頻開(kāi)關(guān)整流器（SMR）又叫無(wú)工頻變壓器整流器，它的主要組成部分有三點(diǎn)，依次是主電路、控制電路和輔助電源，在整個(gè)電路中，主電路主要是完成從輸入的交流通過(guò)電路的轉(zhuǎn)換，最后輸出設(shè)備所需要的直流的全過(guò)程。主電路包括了交流濾波、整流等部分。在高頻開(kāi)關(guān)整流模塊中整流電路是整流系統(tǒng)中尤其重要的部分，它包括普通整流電路、同步整流電路、倍流整流電路、異步整流電路四個(gè)部分。選擇技術(shù)先進(jìn)的整流電路可以提高電源資源的利用率，從而提高通信設(shè)備的工作能力。

1.2 高頻開(kāi)關(guān)整流模塊的工作流程

在城市交流電輸入到直流電整流模塊中，先由二極管整流后，在經(jīng)過(guò)功率因數(shù)校正電路、功率變換電路把直流電源變成高頻率的交流電源，然后經(jīng)過(guò)高頻整流電路變成設(shè)備所需要的電源。在這個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，我們通常采用高頻功率變換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的轉(zhuǎn)換，目前，我們國(guó)家采用的整流模塊一般開(kāi)關(guān)頻率在50kHz-100kHz。

對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)整流器，按調(diào)制方式有三個(gè)種類，即是PWM-有脈沖寬度調(diào)制、PMF-脈沖頻率調(diào)制和混合調(diào)制。它們都是在一定情況下將二次整流后的輸出電壓的波動(dòng)變換為脈沖寬度或頻率的變化，進(jìn)而改變了脈沖的占空比，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件使得穩(wěn)定的電壓得以輸出。下圖是高頻開(kāi)關(guān)整流器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。

圖1 高頻開(kāi)關(guān)整流器的結(jié)構(gòu)框圖

DC/AC逆變電路是高頻開(kāi)關(guān)整流器的主要部分，DC/AC變換器即是采用PWM方式控制的直流變換器，一般采用隔離型直流變換器，采用軟開(kāi)關(guān)最好。在高頻開(kāi)關(guān)整流器方框圖中，主電路處于整流模塊輸入端口，包括交流輸入濾波、整流濾波、功率因數(shù)校正、逆變、輸出整流濾波。第一方面，控制電路從輸出端選樣后再比較，然后去控制逆變電路最終使得輸出穩(wěn)定，第二方面可以提供控制電路對(duì)整個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)。檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。輔助電源用于提供開(kāi)關(guān)整流器的工作電壓。

在功率因數(shù)校正模塊它與其它一般電工設(shè)備不同，它電源波形是正弦型，下圖是功率因數(shù)校正原理圖2所示。

圖2 功率因數(shù)校正原理圖

2 高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)

2.1 功率轉(zhuǎn)換電路

在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，輸入的大功率高壓直流是需要轉(zhuǎn)換成低壓直流才能提供給生活中的所需要的電壓，那么要實(shí)現(xiàn)這個(gè)電壓的轉(zhuǎn)換，就得需要功率轉(zhuǎn)換電路。而功率轉(zhuǎn)換器電路分為很多種，第一種是PWM型功率轉(zhuǎn)換電路，它是在早期電路中運(yùn)用比較普遍的電路形式，有推挽、半橋和全橋等形式，這種轉(zhuǎn)換器控制操作十分簡(jiǎn)單，而且也降低了功率的損耗。第二種是諧振型功率轉(zhuǎn)換電路，它是利用諧振現(xiàn)象，然后通過(guò)改變高頻電源開(kāi)關(guān)的電壓和電流的波形來(lái)減少在設(shè)備工作中的功率損耗。這種轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且采用了軟開(kāi)關(guān)，這樣使得工作頻率提高了很大幅度。

2.2 高頻開(kāi)關(guān)元器件

在高頻開(kāi)關(guān)整流器中開(kāi)關(guān)的選用也有著什么重要的作用，高頻開(kāi)關(guān)管的性能高低決定了電路的功率和能量損耗問(wèn)題?，F(xiàn)在設(shè)備上常用到的是功率MOSFET、IGBT管和兩者的混合管，MOSFET-功率場(chǎng)控晶體管是單極型電壓控制器件，它的優(yōu)點(diǎn)有很多，比如驅(qū)動(dòng)功率小、無(wú)二次擊穿和具有很寬的安全區(qū)，依據(jù)導(dǎo)電溝道可以分為P溝道增強(qiáng)型MOS管和N溝道增強(qiáng)型MOS管這兩種。

3 高頻開(kāi)關(guān)整流器的特點(diǎn)

首先，高頻開(kāi)關(guān)整流器的體積小、重量輕，它比傳統(tǒng)的相控整流器小得多，這樣，在操作中可以更方便，而且高頻開(kāi)關(guān)整流器對(duì)于需要分散供電的設(shè)備很好，它可以提供給通信設(shè)備各個(gè)部位所需要的工作電源；其次，高頻開(kāi)關(guān)整流器采用的轉(zhuǎn)換器、控制器都使得在節(jié)能方面比起傳統(tǒng)的整流器有很大的突破，工作效率甚至可以達(dá)到90%以上，這樣可以為整個(gè)通信設(shè)備提高效率；此整流器的功率因數(shù)高，這樣可以使得在設(shè)備的工作中不會(huì)造成公共電網(wǎng)的污染；此外它還具有噪音低、調(diào)試簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在通信技術(shù)和各個(gè)高科技領(lǐng)域飛速發(fā)展的時(shí)代，整流器已經(jīng)運(yùn)用于很多設(shè)備上，對(duì)供電系統(tǒng)的要求是可靠、穩(wěn)定、小型智能和高效率。在本文中高頻開(kāi)關(guān)整流器以它的很多優(yōu)點(diǎn)將直流電轉(zhuǎn)換成所需的交流電，再向電信設(shè)備提供直流電源，它取代了傳統(tǒng)的相控整流器，在目前的通信系統(tǒng)中將高頻開(kāi)關(guān)整流器做成模塊的形式，以其獨(dú)特的內(nèi)部電路通過(guò)整流濾波、逆變、輸出整流濾波，進(jìn)而輸出直流電源。