通信高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)研究

呂鵬濤　張秋霞　雷佳

摘要：文章從高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)及原理分析入手，論述了通信高頻開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)Υ龠M(jìn)通信高頻開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：通信 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)

1高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)及原理

1.1主要特點(diǎn)

高頻開(kāi)關(guān)電源又被稱之為開(kāi)關(guān)型整流器，簡(jiǎn)稱SMR，其特點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：采用高頻方波作為直流輸出波形，由此大幅度提升了鍍數(shù)，避免鈍化問(wèn)題的發(fā)生，不但使鍍層面的光澤度進(jìn)一步增強(qiáng)，而且還使原材料的損耗顯著減少;采用風(fēng)冷設(shè)計(jì)，便于安裝，配有遠(yuǎn)程遙控裝置，操作更加簡(jiǎn)單方便，能夠在帶負(fù)載的條件下進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)，省去調(diào)節(jié)的繁瑣過(guò)程;質(zhì)量輕、體積小，防腐蝕能力強(qiáng)，可在惡劣的環(huán)境中保持穩(wěn)定運(yùn)行，使用壽命長(zhǎng);高效、節(jié)能，正常情況下的工作效率可以達(dá)到90%以上，電流電壓比始終成線性匹配，節(jié)能在35%以上。

1.2工作原理

常規(guī)的高頻開(kāi)關(guān)電源由四個(gè)部分組成，分別為主電路、控制電路、檢測(cè)電路及輔助電源。其中主電路可從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出，整個(gè)過(guò)程包括輸入濾波器、整流與濾波以及逆變等環(huán)節(jié)，最終能夠按照負(fù)載的實(shí)際需求，提供可靠的直流電源;控制電路主要是對(duì)逆變器進(jìn)行控制，通過(guò)改變脈寬或是頻率，來(lái)保證輸出的穩(wěn)定性;檢測(cè)電路能夠提供各種顯示儀表資料和保護(hù)電路運(yùn)行中的相關(guān)參數(shù);輔助電源可為單一電路的不同要求提供電源。

2通信高頻開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵技術(shù)

在通信設(shè)備中，通信電源是不可或缺的重要組成部分之一，其主要作用是為設(shè)備供電，從而確保通信設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。因受到供電故障的影響，通信設(shè)備中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息可能會(huì)出現(xiàn)丟失的情況。現(xiàn)階段，市電是通信電源輸入供電的主要方式，除此之外，還有風(fēng)電和太陽(yáng)能方陣等供電方式，當(dāng)輸入供電發(fā)生故障，或是通信電源自身發(fā)生故障時(shí)，與通信電源并接的蓄電池組便會(huì)為通信設(shè)備進(jìn)行供電，以此來(lái)確保正常通信。由電源模塊組成的通信高頻開(kāi)關(guān)電源在通信領(lǐng)域中被稱之為一次電源，其電壓等級(jí)為48Vo不同功率的通信高頻開(kāi)關(guān)電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方式均不相同，如正激和反激變換器適用于IOOW以下電源;半橋變換器適用于IOOW以上、IOOOW以下的電源;而所有IOOOW以上的電源基本上采用的都是全橋變換器。在通信高頻開(kāi)關(guān)電源中的關(guān)鍵技術(shù)有軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、同步整流技術(shù)和校正技術(shù)等，下面就此展開(kāi)詳細(xì)論述。

2.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

早期的高頻開(kāi)關(guān)電源采用的都是硬開(kāi)關(guān)的方式，雖然這種方式的控制過(guò)程較為簡(jiǎn)單，且負(fù)載大小不會(huì)影響直流增益，但是隨著輸出功率逐步增大，加之工作頻率進(jìn)一步提高，使硬開(kāi)關(guān)的損耗隨之增大，電磁干擾對(duì)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行穩(wěn)定性的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。為有效解決這一問(wèn)題，業(yè)內(nèi)的專家學(xué)者經(jīng)過(guò)研究后，開(kāi)發(fā)出軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。從本質(zhì)的角度上講，該技術(shù)是通過(guò)對(duì)電感與電容諧振的充分利用，為開(kāi)關(guān)電源中的功率器件導(dǎo)通或關(guān)斷創(chuàng)造零電壓和零電流的條件，從而使開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)零損耗的目標(biāo)，即零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān)。

目前在通信用高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中軟開(kāi)關(guān)技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：通過(guò)對(duì)全橋?qū)蔷€上的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通重合角的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行穩(wěn)壓控制的目的，這種控制方式被稱之為移相全橋控制。該控制方式與脈沖寬度調(diào)制在間歇期的控制方面存在一定的差別。在移相全橋控制方式下，間歇期存在慣性環(huán)流，由此使換流過(guò)程發(fā)生改變，從而給軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)提供了條件。移相全橋零電壓開(kāi)關(guān)，使通信高頻開(kāi)關(guān)電源中功率器件的零電壓開(kāi)通與關(guān)斷得以實(shí)現(xiàn)，不僅降低了損耗，而且還使電源的工作效率獲得顯著提升。同時(shí)，通過(guò)對(duì)通信高頻開(kāi)關(guān)電源的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，干擾產(chǎn)生的主要來(lái)源是電流脈沖，移相全橋零電壓開(kāi)關(guān)，能夠?qū)υ摳蓴_源進(jìn)行有效消除，大幅度降低了干擾電平，從而使開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行更加穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，在通信用高頻開(kāi)關(guān)電源中，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)具有良好的適用性。隨著該技術(shù)的加入，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件的零電壓導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)的損耗及噪聲均隨之降低。

2.2同步整流技術(shù)

現(xiàn)階段，大功率通信設(shè)備的占比越來(lái)越高，為滿足應(yīng)用需要，通信用高頻開(kāi)關(guān)電源相繼推出多款大電流產(chǎn)品，隨著輸出電流的增大，使得損耗隨之增加。而金氧半場(chǎng)效晶體管技術(shù)的逐步完善，在通信用高頻開(kāi)關(guān)電源中引入同步整流技術(shù)，可以使開(kāi)關(guān)電源的工作效率獲得顯著提升，由此使得同步整流技術(shù)成為通信電源的核心技術(shù)之一。對(duì)同步整流管進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)是該技術(shù)的關(guān)鍵之所在，可以使用的驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種：自驅(qū)動(dòng)、繞組控制、IC控制等等。在功率半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，金氧半場(chǎng)效晶體管具備恢復(fù)功能，這樣不但提升了效率，而且還使散熱器的面積隨之縮小，寄生電容大幅度減少，共模干擾顯著降低，開(kāi)關(guān)電源的抗電磁干擾性能有了質(zhì)的飛躍。在通信高頻開(kāi)關(guān)電源中，同步整流技術(shù)已經(jīng)成為標(biāo)志性技術(shù)，幾乎所有高水平的通信高頻開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品都采用了該技術(shù)，同步整流器件的不斷升級(jí)，為其在通信用高頻開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。

2.3校正技術(shù)

這里所指的校正技術(shù)主要是針對(duì)三相有源功率因數(shù)而言。自上個(gè)世紀(jì)80年初開(kāi)關(guān)電源得到普及應(yīng)用后，促進(jìn)了功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展，早期生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)最高的可以達(dá)到0.75，最低的僅為0.45，從效率上看相對(duì)較低，并且高次諧波的含量高。隨著人們對(duì)諧波干擾的關(guān)注和重視，諧波控制標(biāo)準(zhǔn)隨之出現(xiàn)，由此對(duì)開(kāi)關(guān)電源的效率以及電磁兼容性方面提出更高的要求，從而使功率因數(shù)控制成為開(kāi)關(guān)電源中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行校正除了能夠?yàn)檐涢_(kāi)關(guān)技術(shù)在通信高頻開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用提供有利條件之外，還能使電磁兼容性顯著提升。同時(shí)，可以減小電流諧波，使開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行對(duì)其它設(shè)備的干擾程度有所降低。有源校正和無(wú)源校正是功率因數(shù)控制中常用的兩類電路，前者是在輸入電源與變換器之間插入一個(gè)變換器，由此可使電流跟隨電壓，并反饋輸出電壓，從而使開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行更加穩(wěn)定。該電路的優(yōu)點(diǎn)在于體積小，雖然電路本身的復(fù)雜程度較高，但只要確保設(shè)計(jì)的合理性仍然能夠達(dá)到預(yù)期中的控制效果;后者則是通過(guò)無(wú)源器件對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行改善，從而達(dá)到減小電流諧波的目的，雖然電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是體積過(guò)于龐大，所以實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越少。

3結(jié)論

綜上所述通信高頻開(kāi)關(guān)電源作為通信設(shè)備的重要組成部分之一，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到通信設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。為此，有必要加大對(duì)通信高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的研究力度，除對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)開(kāi)發(fā)一些新的技術(shù)，從而使其更好地為通信工程服務(wù)。

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