高頻開關(guān)電源在微波站的應(yīng)用

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　　隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣，開關(guān)頻率的持續(xù)提高使開關(guān)電源的性能也得以進一步優(yōu)化，集成度更高，功耗更低，電路更加簡單，工作更加可靠，是開關(guān)電源發(fā)展的方向。目前，高頻開關(guān)電源在我省廣播電視各微波站得到了廣泛的應(yīng)用，我站現(xiàn)采用廣州基仕域通訊有限公司生產(chǎn)的技術(shù)先進、質(zhì)量可靠的挪威POWEC諧振式高頻開關(guān)電源。

　　1 高頻開關(guān)電源的組成

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　　1.1 主電路

　　從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：

　　(1)輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。

　　(2)整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，并向功率因數(shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源。

　　(3)功率因數(shù)校正：位于整流濾波和逆變之間，為了消除由整流電路引起的諧波電流污染電網(wǎng)和減小無功損耗來提升功率因數(shù)。

　　(4)逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

　　(5)輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

　　1.2 控制電路

　　一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。

　　1.3 檢測電路

　　除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)供值班人員觀察、記錄。

　　1.4 輔助電源

　　提供開關(guān)整流器本身所有電路工作所需的各種不同要求的電源(交直流各種等級的電壓電源)。

　　2 高頻開關(guān)控制穩(wěn)壓原理

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　　開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關(guān)接通期問，電源E向負載RL提供能量;當(dāng)開關(guān)K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負載提供能量是斷續(xù)的，為使負載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關(guān)接通時將一部分能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負載釋放。圖2中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲存能量，在開關(guān)斷開時，儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示：

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　　式中TON為開關(guān)每次接通的時間，T為開關(guān)通斷的工作周期(即開關(guān)接通時間TON和關(guān)斷時間TOFF之和)。由式可知，改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”(Time Ratio Control，縮寫：為TRC)。

　　按TRC控制原理，有三種方式

　　(1)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，縮寫為PWM)，開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

　　(2)脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation，縮寫為PFM)，導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。

　　(3)混合調(diào)制，導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。

　　3 高頻開關(guān)電源的特點

　　(1)重量輕，體積小，采用高頻技術(shù)，去掉了工頻變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關(guān)整流器的體積和重量只是相控整流器的1/10。

　　(2)功耗小，效率高，開關(guān)電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數(shù)補償?shù)拈_關(guān)電源其整機效率可達88%，較好的可做到91%以上。

　　(3)功率因數(shù)高，相控整流器的功率因數(shù)隨可控硅導(dǎo)通角的變化而變化，一般在全導(dǎo)通時，可接近0.7以上，而小負載時，僅為0.3左右。經(jīng)過校正的開磁電源功率因數(shù)一般在0.93以上，并目基本不受負載變化的影響(對20%以上負載)。

　　(4)穩(wěn)壓精度可高達0.2%(相控1%)。

　　(5)噪音低，在相控整流設(shè)備中，工頻變壓器及濾波電感工作時產(chǎn)生的可聞噪聲較大，一般大于60 dB。而開關(guān)電源在無風(fēng)扇的情況下可聞噪聲僅為45 dB左右。

　　(6)維護方便，因為開關(guān)電源是模塊式的，可以在運行中更換，不影響工作(相控電源需停機處理)。

　　(7)實行N+1配套，可靠性高。穩(wěn)定、可靠，長壽命，采用N+1冗余配置。

　　(8)擴容方便。

　　(9)可由微機控制，遠端接口，組成智能化電源設(shè)備，便于集中監(jiān)控。

　　(10)對交流輸入要求低，在三相嚴(yán)重不平衡時，整流系統(tǒng)仍能輸出，提供穩(wěn)定的直流電。