通信高頻開關電源技術研究

呂鵬濤　張秋霞　雷佳

摘要：文章從高頻開關電源的特點及原理分析入手，論述了通信高頻開關電源的關鍵技術。期望通過本文的研究能夠對促進通信高頻開關電源的應用與發展有所幫助。

關鍵詞：通信 高頻開關電源技術

1高頻開關電源的特點及原理

1.1主要特點

高頻開關電源又被稱之為開關型整流器，簡稱SMR，其特點體現在如下幾個方面：采用高頻方波作為直流輸出波形，由此大幅度提升了鍍數，避免鈍化問題的發生，不但使鍍層面的光澤度進一步增強，而且還使原材料的損耗顯著減少;采用風冷設計，便于安裝，配有遠程遙控裝置，操作更加簡單方便，能夠在帶負載的條件下進行開關機，省去調節的繁瑣過程;質量輕、體積小，防腐蝕能力強，可在惡劣的環境中保持穩定運行，使用壽命長;高效、節能，正常情況下的工作效率可以達到90%以上，電流電壓比始終成線性匹配，節能在35%以上。

1.2工作原理

常規的高頻開關電源由四個部分組成，分別為主電路、控制電路、檢測電路及輔助電源。其中主電路可從交流電網輸入、直流輸出，整個過程包括輸入濾波器、整流與濾波以及逆變等環節，最終能夠按照負載的實際需求，提供可靠的直流電源;控制電路主要是對逆變器進行控制，通過改變脈寬或是頻率，來保證輸出的穩定性;檢測電路能夠提供各種顯示儀表資料和保護電路運行中的相關參數;輔助電源可為單一電路的不同要求提供電源。

2通信高頻開關電源的關鍵技術

在通信設備中，通信電源是不可或缺的重要組成部分之一，其主要作用是為設備供電，從而確保通信設備穩定、可靠運行。因受到供電故障的影響，通信設備中存儲的數據信息可能會出現丟失的情況。現階段，市電是通信電源輸入供電的主要方式，除此之外，還有風電和太陽能方陣等供電方式，當輸入供電發生故障，或是通信電源自身發生故障時，與通信電源并接的蓄電池組便會為通信設備進行供電，以此來確保正常通信。由電源模塊組成的通信高頻開關電源在通信領域中被稱之為一次電源，其電壓等級為48Vo不同功率的通信高頻開關電源的電路拓撲結構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。在通信高頻開關電源中的關鍵技術有軟開關技術、同步整流技術和校正技術等，下面就此展開詳細論述。

2.1軟開關技術

早期的高頻開關電源采用的都是硬開關的方式，雖然這種方式的控制過程較為簡單，且負載大小不會影響直流增益，但是隨著輸出功率逐步增大，加之工作頻率進一步提高，使硬開關的損耗隨之增大，電磁干擾對開關電源運行穩定性的影響也越來越嚴重。為有效解決這一問題，業內的專家學者經過研究后，開發出軟開關技術。從本質的角度上講，該技術是通過對電感與電容諧振的充分利用，為開關電源中的功率器件導通或關斷創造零電壓和零電流的條件，從而使開關器件的導通和關斷實現零損耗的目標，即零電壓開關和零電流開關。

目前在通信用高頻開關電源的設計中軟開關技術占據主導地位，具體的實現過程如下：通過對全橋對角線上的開關管導通重合角的寬度進行調節，達到對開關電源進行穩壓控制的目的，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，間歇期存在慣性環流，由此使換流過程發生改變，從而給軟開關的實現提供了條件。移相全橋零電壓開關，使通信高頻開關電源中功率器件的零電壓開通與關斷得以實現，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，通過對通信高頻開關電源的實際應用情況進行分析后發現，干擾產生的主要來源是電流脈沖，移相全橋零電壓開關，能夠對該干擾源進行有效消除，大幅度降低了干擾電平，從而使開關電源的運行更加穩定。由此可見，在通信用高頻開關電源中，軟開關技術具有良好的適用性。隨著該技術的加入，可以實現開關器件的零電壓導通，開關的損耗及噪聲均隨之降低。

2.2同步整流技術

現階段，大功率通信設備的占比越來越高，為滿足應用需要，通信用高頻開關電源相繼推出多款大電流產品，隨著輸出電流的增大，使得損耗隨之增加。而金氧半場效晶體管技術的逐步完善，在通信用高頻開關電源中引入同步整流技術，可以使開關電源的工作效率獲得顯著提升，由此使得同步整流技術成為通信電源的核心技術之一。對同步整流管進行有效驅動是該技術的關鍵之所在，可以使用的驅動方式有以下幾種：自驅動、繞組控制、IC控制等等。在功率半導體技術快速發展的推動下，金氧半場效晶體管具備恢復功能，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，開關電源的抗電磁干擾性能有了質的飛躍。在通信高頻開關電源中，同步整流技術已經成為標志性技術，幾乎所有高水平的通信高頻開關電源產品都采用了該技術，同步整流器件的不斷升級，為其在通信用高頻開關電源中的應用創造了有利條件。

2.3校正技術

這里所指的校正技術主要是針對三相有源功率因數而言。自上個世紀80年初開關電源得到普及應用后，促進了功率因數校正技術的發展，早期生產的開關電源功率因數最高的可以達到0.75，最低的僅為0.45，從效率上看相對較低，并且高次諧波的含量高。隨著人們對諧波干擾的關注和重視，諧波控制標準隨之出現，由此對開關電源的效率以及電磁兼容性方面提出更高的要求，從而使功率因數控制成為開關電源中不可或缺的關鍵技術。

對功率因數進行校正除了能夠為軟開關技術在通信高頻開關電源中的應用提供有利條件之外，還能使電磁兼容性顯著提升。同時，可以減小電流諧波，使開關電源的運行對其它設備的干擾程度有所降低。有源校正和無源校正是功率因數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變換器，由此可使電流跟隨電壓，并反饋輸出電壓，從而使開關電源的運行更加穩定。該電路的優點在于體積小，雖然電路本身的復雜程度較高，但只要確保設計的合理性仍然能夠達到預期中的控制效果;后者則是通過無源器件對功率因數進行改善，從而達到減小電流諧波的目的，雖然電路的結構簡單，但是體積過于龐大，所以實際應用越來越少。

3結論

綜上所述通信高頻開關電源作為通信設備的重要組成部分之一，其性能優劣直接關系到通信設備的運行穩定性。為此，有必要加大對通信高頻開關電源技術的研究力度，除對現有的技術進行改進和完善之外，還應開發一些新的技術，從而使其更好地為通信工程服務。

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