分析 微波站高频开关电源的应用

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期问，电源E向负载RL提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部分能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图2中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：

式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和)。由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”(time Ratio Control，缩写：为TRC)。

按TRC控制原理，有三种方式

(1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，缩写为PWM)，开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

(2)脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，缩写为PFM)，导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

(3)混合调制，导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。

3 高频开关电源的特点

(1)重量轻，体积小，采用高频技术，去掉了工频变压器，与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积和重量只是相控整流器的1／10。

(2)功耗小，效率高，开关电源采用的功率器件一般功耗较小，带功率因数补偿的开关电源其整机效率可达88％，较好的可做到91％以上。

(3)功率因数高，相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，一般在全导通时，可接近0．7以上，而小负载时，仅为0．3左右。经过校正的开磁电源功率因数一般在0．93以上，并目基本不受负载变化的影响(对20％以上负载)。

(4)稳压精度可高达0．2％(相控1％)。

(5)噪音低，在相控整流设备中，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于60 dB。而开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45 dB左右。

(6)维护方便，因为开关电源是模块式的，可以在运行中更换，不影响工作(相控电源需停机处理)。

(7)实行N+1配套，可靠性高。稳定、可靠，长寿命，采用N+1冗余配置。

(8)扩容方便。

(9)可由微机控制，远端接口，组成智能化电源设备，便于集中监控。

(10)对交流输入要求低，在三相严重不平衡时，整流系统仍能输出，提供稳定的直流电。

4 高频开关电源的分类

(1)按激励方式可分为：自激式和他激式

自激式开关电源在接通电源后功率变换电路就自行产生振荡，即该电路是靠电路本身的正反馈过程来实现功率变换的。自激式电路出现最早，它的特点是电路简单、响应速度较快，但开关频率变化大，输出纹波值较大，不易作精确的分析、设计，通常只有在小功率的情况下使用，如家电、仪器电源。他激式开关电源需要外接的激励信号控制才能使变换电路工作，完成功率变换任务。他激式开关电源的特点是开关频率恒定，输出纹波小，但电路较复杂，造价较高，响应速度较慢。


(2)按开关电源所用的开关器件可分为：双极型晶体管开关电源、功率MOS管开关电源、IGBT开关电源、晶闸管开关电源等。

功率MOS管用于开关频率100 kHz以上的开关电源中，晶闸管用于大功率开关电源中。

(3)按开关电源控制方式可分为：脉宽调制(PWM)开关电源、脉频调制(PFM)开关电源、混合调制开关电源。

(4)按开关电源的功率变换电路的结构形式可分为：降压型、反相型、升压型和变压器型。变压器型中按开关管输出电路的形式可分为：单端开关电源、双端开关电源。而单端开关电源可分为单端正激型、单端反激型。双端开关电源又可分为推挽型、半桥型、全桥型。

5 POWEC电源的应用

(1)POWEC电源系统采用零电压谐振开关技术，如图3所示：

图3中C1、C2和L的谐振频率始终低于Q1、Q2，从而保证开关管Q1、Q2在零电压条件下导通，消除了开关损耗和寄生电容。

(2)POWEC电源可在恶劣的环境温度-25℃～55℃下正常工作，70℃时可工作两小时。平均无故障时间达一百万小时。

(3)POWEC电源采用控制模块无关性的硬件均流方式，即使控制模块失灵，系统也能保持很好的负载均分，误差小于标准电流的5％，大大提高了系统的稳定性和可靠性；在电池测量方面，提供电压测量端口和温度测量端口；在电池充电方面，除浮充外，还提供三种方式的均充，即手动均充、定时均充和自动均充，以及温度补偿功能和电池限流功能。此外，还提供了输出过压、过流保护、整流模块温度过高保护、可设定的低电压切断装置保护电池或负载。

6 结束语

高频开关电源是一种模块化设计的可靠性和智能化程度高的电源，其体积小，功耗低，效率高，噪音低，稳压精度高，安全可靠，使用维护方便，目前已在各微波站得到广泛应用。