中級通信設備環(huán)境知識點精講之高頻開關型整流器的技術特點

       下面是由希賽小編整理的中級通信設備環(huán)境知識點精講之高頻開關型整流器的技術特點，希望能幫助學友們。具體內容如下：

       高頻開關型整流器的技術特點

       1.通信用高頻開關電源的技術發(fā)展

       我國從1963年起開始研制可控硅整流器，1965年開始研制逆變器和晶體管DC/DC變換器。到了20世紀80年代，為程控交換機配套供電的直流48V穩(wěn)壓整流器是可控桂整流技術成熟應用的代表，比如國產DZ-Y02穩(wěn)壓整流器等。在20世紀80年代后期開始從國外引進高頻開關電源，并逐步取代傳統的相控可控硅整流穩(wěn)壓電源。

       從開關電源的發(fā)展來看，早在20世紀60年代中期，國外就研制出了20kHz的DC/DC變化器，為開關電源的研究和發(fā)展創(chuàng)造了條件，20世紀70年代就出現了應用高頻變換的整流器，20世紀80年代初英國科學家制造出第一套實用的48V開關電源（SwitchModeRectifier,SMR）o

       隨著器件技術的發(fā)展，出現了大功率高壓場效應管，它的關斷速度人大加快，電荷存儲時間短，從而也大大提高了開關管的開關頻率。近年來，為了提高開關電源的工作頻率，諧振型開關電源受到普遍重視。由于工作頻率大大提高，直流變換器中的變壓器、濾波電感、濾波電容的體積和重量大大減小，開關型電源的功率密度（輸出功率/>與體積F之比，單位是W/cm3）也因此而大大提高。在容量相同（即輸出功率相等）的條件下，開關型電源的體積一般只有相控型電源的20%左右。同時由于省去了笨重的工頻變壓器，濾波電感和電容的數值也因頻率升高而降低，所以開關電源的重量也大大降低。

       對于高頻開關電源在通信電源中形成主導地位的主要關鍵技術有：

       （1）開關線路的發(fā)展使開關電源的頻率不斷提高的同時效率也得到了很大的提高，并且使每個開關模塊的變換功率也不斷增大，滿足通信電源大功率使用的需要。

       （2）均流技術使開關電源可以通過多模塊并聯組成更大的直流供電系統和提高系統的冗余可靠性。

       （3）功率因數校正技術有效地提高了開關電源的功率因數，使開關電源在大功率供電系統的應用更加實用。

       （4）現代高頻開關電源所具有的智能化給維護工作帶來了極大的方便，提高了維護質量。目前，高頻開關電源還將進一步向高頻化、電路集成化、體積小型化等方面發(fā)展。高頻

       開關電源的進一步發(fā)展將依賴于髙頻元器件和磁性材料的發(fā)展，在硬開關電路中，開關器件在高壓下導通，大電流下關斷，整個開關過程都是處于強迫開關狀態(tài)下，使高頻開關電路的運行受到限制，因此，諧振軟性開關變換電路將成為新一代變換電路的發(fā)展主流。另外，在高頻開關電源高頻化的發(fā)展過程中，還存在著熱學限制、電磁干擾等問題。

       2.高頻變換減小變壓器體積的原理

       由圖3-1可知，高頻開關整流器將50Hz工頻交流首先轉換成直流，再將直流轉換為高頻交流。這樣，降壓用的變壓器可以工作在很高的頻率下，從而縮小了變壓器的體積。采用高頻變換技術減小變壓器體積可以認為是高頻開關整流器的核心技術。

       下面用公式來說明變壓器電壓與其他參量之間的關系。設變壓器鐵芯磁通按正弦規(guī)律變化，則

       從上式可以看出，在變壓器電壓和磁通（與電流有關〉一定的情況下，即變壓器功率一定的情況下，工作頻率越高，變壓器的鐵芯截面積可以做得越小，繞組匝數也可以越少。

       2.開關型穩(wěn)壓電源與其他穩(wěn)壓電源相比的技術特點

       目前，通信和其他電子設備采用的穩(wěn)壓電源主要有線性穩(wěn)壓電源、相控型穩(wěn)壓電源和開關型穩(wěn)壓電源。

       線性穩(wěn)壓電源中，調整元件串聯在負載回路中，其作用就像一只可變電阻，輸入電壓或負載變化時，串聯調整元件的壓降改變，從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。當輸入電壓過高時，串聯調整管的功耗很大，因此效率很低。線性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點是電路比較簡單、干擾小，對輸入電壓和負載變化的響應非常快，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋波電壓也較低。因此，線性穩(wěn)壓電源主要用在小功率、對穩(wěn)壓精度要求很高的場合，如一些為通信設備內部集成電路供電的輔助電源。

       相控型穩(wěn)壓電源采用晶閘管替代二極管來組成整流電路，可以方便、迅速地調整整流輸出電壓，因此這種整流電路也被稱為可控整流電路。相控型穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓原理是：通過改變晶閘管的導通相位（0）來控制整流器輸出電壓的，所以由這種電路構成的電源通常稱為相位控制型電源，簡稱為相控型電源。與線性穩(wěn)壓電源相比，由于調整元件（晶閘管）工作于開關狀態(tài)，所以功耗較小，效率也較高。但由于相控型穩(wěn)壓電源的工頻變壓器工作在低頻（工頻50Hz），對電網干擾和負載變動的響應慢，所需的濾波電容、電感、工頻變壓器的體積龐大，噪聲也很大：另外，晶閘管整流電路的功率因數較低，污染電網。因此相控電源在通信行業(yè)已逐步淘汰。

       在高頻開關型穩(wěn)壓電源中，調整管工作于開關狀態(tài)。當輸入電壓或負載變化時，一般可改變控制信號的脈沖寬度（改變調整管的導通時間，即脈沖寬度調制），從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。調整管導通時，兩端的壓降接近于零，導通功耗很小，調整管關斷時，流過的電流基本上為零，關斷功耗非常小，因此開關型電源的效率很高。目前通信用開關穩(wěn)壓電源的效率已達到90%以上。與相控電源相比，高頻開關電源不需要工頻變壓器，工作頻率高，所需的濾波電容、電感大，因而體積小、重量輕、動態(tài)響應速度也快。

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