通信用高頻開(kāi)關(guān)電源整流電源的探討

李樹(shù)葆　萬(wàn)海燕　任俊平

【摘要】近幾年來(lái)隨著高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步拓寬了電源設(shè)備交流輸入電壓的應(yīng)用范圍，提高了電壓頻率，而且維護(hù)起來(lái)更加便捷。基于此，本文主要針對(duì)通信用高頻開(kāi)關(guān)電源整流電源進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】通信；高頻開(kāi)關(guān)電源：整流電源

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM910 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）04-0084-01

隨著最近幾年來(lái)對(duì)微波數(shù)字化的不斷改造，傳統(tǒng)的硅整流電源系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)滿(mǎn)足人們的需求，高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)能夠擴(kuò)大交流輸入電壓的范圍，縮小電源設(shè)備的體積，確保電源系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的持續(xù)運(yùn)行，在對(duì)系統(tǒng)維護(hù)管理時(shí)更加簡(jiǎn)單便捷，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于無(wú)人職守并集中進(jìn)行監(jiān)控的數(shù)字微波通信系統(tǒng)當(dāng)中。不過(guò)，在高頻開(kāi)關(guān)電源中，生產(chǎn)廠家在介紹其主要部件整流模塊的具體工作原理時(shí)還不夠具體，維護(hù)管理人員在維護(hù)的過(guò)程中難免會(huì)遇到一定的困難。因此，本文主要針對(duì)通信高頻開(kāi)關(guān)電源整流電流進(jìn)行了分析和探討。

1 高頻開(kāi)關(guān)電源的主要組成部分

高頻開(kāi)關(guān)電源的主要構(gòu)成部分包括：主電路、控制電路、檢測(cè)電路以及輔助電源等四部分。在這當(dāng)中主電路也是由四個(gè)部分構(gòu)成的，分別是輸入濾波、整流、逆變以及輸出整流濾波等。其中輸入濾波具有的主要作用是可以將電網(wǎng)當(dāng)中存在的雜波全部過(guò)濾清除，與此同時(shí)避免本機(jī)出現(xiàn)的雜音直接反饋到電網(wǎng)當(dāng)中。整流具有的主要作用是將電網(wǎng)中輸入的交流電在輸出之前有效的轉(zhuǎn)化成為直流電。逆變主要是為了降低體積和重量與輸出功率之間的比值，把經(jīng)過(guò)整流的直流電繼續(xù)轉(zhuǎn)化為頻率較高的交流電。輸出整流濾波通過(guò)消除雜音和波紋，確保直流電具有較好的穩(wěn)定性和可靠性。因此高頻開(kāi)關(guān)電源的主要功能是把交流電在二極管當(dāng)中進(jìn)行直接整流和濾波，讓其轉(zhuǎn)化成為直流電，然后在高頻開(kāi)關(guān)的作用下把直流電再繼續(xù)轉(zhuǎn)換成高頻交流電，并利用高頻變壓器對(duì)高頻交流電進(jìn)行變壓和隔離，最后由已經(jīng)恢復(fù)的二極管具有的高頻整流作用，通過(guò)電感電容濾波之后輸出。高頻開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)主要包括，體積相對(duì)較小、重量較輕、具有較好的可靠性、在維護(hù)和擴(kuò)容的過(guò)程中難度較低并且具有較高的運(yùn)行效率等。

2 高頻開(kāi)關(guān)電源的具體工作原理

交流市電能夠在線(xiàn)路濾波器當(dāng)中進(jìn)行防雷以及濾除雜音，避免受到其干擾，在整流橋當(dāng)中完成對(duì)A C220V的整流工作，然后再利用功率因數(shù)校正電路來(lái)對(duì)有源功率因數(shù)進(jìn)行合理的校正，確保輸入電流波形能夠?qū)崟r(shí)跟蹤正弦電壓波形。由于通常我們輸入的電流波形會(huì)在一定程度上受到負(fù)載的非線(xiàn)性影響而發(fā)生畸變，導(dǎo)致其諧波成分過(guò)多，造成電網(wǎng)的波動(dòng)問(wèn)題，不僅會(huì)直接干擾到供電設(shè)備的正常運(yùn)行，還會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)電力資源。因此，功率因數(shù)校正器能夠有效的將電壓和電流波形校正成為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，確保其相位能夠保持一致，在功率因數(shù)逐漸趨近于1時(shí)，也能夠保證升壓校正的輸出高壓HVDC能夠具有良好的穩(wěn)定性。最后，在脈寬調(diào)制控制電路的控制下實(shí)現(xiàn)高頻逆變，利用高頻變壓器對(duì)其進(jìn)行降壓實(shí)現(xiàn)第二次整流濾波，這樣就獲得了48V直流工作電壓。由此可見(jiàn)，在高頻開(kāi)關(guān)電源中采用的主要技術(shù)就是有源功率因數(shù)校正技術(shù)，如下圖1所示。

從圖中我們可以看出，在開(kāi)關(guān)管K1接通之后，輸入的交流電壓能夠快速通過(guò)整流橋?qū)1（電感）進(jìn)行充電同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，該電勢(shì)和電源電壓的極性相反；在開(kāi)關(guān)管K1被斷開(kāi)以后，L1的電勢(shì)極性會(huì)隨之變反，這時(shí)便能夠和電源的極性保持一致，在給C1充電的過(guò)程中相當(dāng)于兩倍的電源電壓，在電壓逐漸升高的時(shí)候電流會(huì)隨之增大，在電壓達(dá)到最大值時(shí)，COS=1。所以，功率因數(shù)校正器具有的主要功能包括兩個(gè)：首先是可以讓輸入電流實(shí)時(shí)跟蹤電壓波形，確保其成為正弦波；然后能夠讓輸入電流和電壓保持相同的相位，逐漸將功率因數(shù)調(diào)整到最大值。在正常運(yùn)行的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源的控制信號(hào)在對(duì)四個(gè)開(kāi)關(guān)管s1、s2、s3、s4進(jìn)行通斷控制時(shí)，脈沖信號(hào)的正、負(fù)并沒(méi)有連續(xù)在一起，而且還設(shè)置了零信號(hào)區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，開(kāi)關(guān)管s1，s2，s3，s4都是截止的，只要對(duì)零信號(hào)區(qū)的實(shí)際寬度進(jìn)行合理的控制，就能夠有效改變開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間，最終對(duì)輸出電壓的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3 通信用高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊的效率分析

本文在討論整流模塊具有的效率特性的過(guò)程中，主要將48V整流模塊作為分析案例。通過(guò)分別對(duì)48 V/30 A，48 V/50 A，48 V/100 A共3個(gè)型號(hào)的整流模塊進(jìn)行測(cè)量，總結(jié)出以下規(guī)律：（1）當(dāng)負(fù)載率為100%時(shí)整流模塊的效率并不會(huì)達(dá)到最大值，而是負(fù)載率保持在50%～80%的范圍內(nèi)時(shí)才會(huì)達(dá)到最高效。（2）如果將負(fù)載率范圍控制在40%～90%之間，整流模塊的工作效率將達(dá)到一個(gè)比較高的值，并且與其相對(duì)應(yīng)的效率曲線(xiàn)也會(huì)比較平穩(wěn)。（3）如果將負(fù)載率控制在40%以下，那么整流模塊的運(yùn)行效率將會(huì)比負(fù)載率范圍控制在40%～90%之間時(shí)降低很多，尤其是在負(fù)載率在10%～20%之間進(jìn)行工作時(shí)，運(yùn)行效率會(huì)出現(xiàn)急劇下降的現(xiàn)象；對(duì)于本次試驗(yàn)中的三個(gè)不同型號(hào)的整流模塊來(lái)說(shuō)，其效率的下降幅度均沒(méi)有超出1%。（4）如果將負(fù)載率控制在80%以上，整流模塊的工作效率比負(fù)載率在50%～80%之間時(shí)有一定程度的下降現(xiàn)象；對(duì)于本次試驗(yàn)中的三個(gè)不同型號(hào)的整流模塊來(lái)說(shuō)，其效率的下降幅度均沒(méi)有超出1%。由此可見(jiàn)，如果整流模塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)也不同，那么其相對(duì)應(yīng)的效率曲線(xiàn)也不盡相同，不過(guò)對(duì)于大多數(shù)的整流模塊來(lái)說(shuō)都符合上述規(guī)律。所以，為了確保整流模塊在工作過(guò)程中能夠達(dá)到效率最大化，應(yīng)該盡可能的將負(fù)載率控制在50%～80%之間。

4 整流模塊效率曲線(xiàn)在節(jié)能方面的具體應(yīng)用情況

通信用高頻開(kāi)關(guān)電源在節(jié)能方面的應(yīng)用情況主要是通過(guò)不斷的提高其工作效率，在確保輸出功率保持不變的前提下盡可能的減小輸入功率，以便于實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的目的。由于高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)具有休眠功能，因此它能夠根據(jù)負(fù)載發(fā)生的實(shí)際變化情況，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冗余模塊的軟關(guān)斷或者軟開(kāi)啟操作，確保整理模塊的工作效率比值能夠達(dá)到最高點(diǎn)，以此來(lái)有效的提高高頻開(kāi)關(guān)電源的工作效率。另外根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中所獲得效率曲線(xiàn)我們可以知道，當(dāng)負(fù)載率保持在40%～100%時(shí)，整流模塊的工作效率一般情況下都可以維持在一個(gè)比較高的狀態(tài)；但是在將效率最大值作為比較值時(shí)，如果負(fù)載率為40%，那么工作效率的下降幅度最多會(huì)達(dá)到0.5%；如果負(fù)載率為100%，那么工作效率的下降幅度最多將會(huì)達(dá)到1%；而負(fù)載率如果在40%以下，那么工作效率的下降幅度將會(huì)達(dá)到10%。由此我們可以知道，效率的明顯下降現(xiàn)象一般都會(huì)出現(xiàn)在負(fù)載率相對(duì)較低的情況下，因此在設(shè)置冗余模塊的軟斷開(kāi)點(diǎn)時(shí)，可以將負(fù)載率的范圍控制在40%～50%之間；而軟開(kāi)啟點(diǎn)的設(shè)置則可以將負(fù)載率的范圍控制在80%～100%之間。

5 結(jié)束語(yǔ)

通信設(shè)備的主要電力來(lái)源為通信電源，是通信系統(tǒng)的一個(gè)重要構(gòu)成部分。隨著我國(guó)通信事業(yè)的快速發(fā)展，很多通信設(shè)備都得到了多次更新，通信系統(tǒng)對(duì)通信電源所提出的要求也不斷增加。而通信用高頻開(kāi)關(guān)電源能夠把輸入的交流電有效的轉(zhuǎn)化成為直流電，然后將其穩(wěn)定輸出，具有高效運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，并且會(huì)不斷的隨著負(fù)載率發(fā)生的改變而進(jìn)行變化，而且越來(lái)越多的高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)通過(guò)引入休眠功能，進(jìn)一步提高了工作效率，值得推廣應(yīng)用。

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