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第三章高频开关电源

在通讯网上运行的电源主要包括三种：线性电源、相控电源、开关电源。传统的相控电源，是将市电直接经过整流滤波提供直流，由改变品闸管的导通相位角，来控制整流器的输出电压。相控电源所用的变压器是工频变压器，体积庞大。所以，相控电源体积大、效率低、功率因数低，严重污染电网，已逐渐被淘汰。

另外一种常用的稳压电源，是通过串联调整管可以连续控制的线性稳压电源，线性电源的功率调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器，发热严重，

效率很低，一般只用作小功率电源，如设备内部电路的辅助电源。

开关电源的功率调整管工作在开关状态，有体积小、效率高、重量轻的优点，可以模块化设计，通常按N+1备份（而相控电源需要1+1备份），组成的系统可靠性高。正是这些优点，开关电源已在通信网中大量取代了相控电源，并得到越来

越广泛的应用。

第一节高频开关电源的基本原理

一、高频开关电源的组成

高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流-直流变换器和输出滤波器等部分组成，其组成方框图如图1-3-1所示。

图1-3-1高频开关整流器组成方框图

图中输入回路的作用是将交流输入电压整流滤波变为平滑的高压直流电压功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压整流滤波电路的作用是将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压开关电源控制器的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。从框图中可见，由于高频变压器取代了笨

重的工频（50HZ）变压器，从而使稳压电源的体积和重量大小减小。

开关整流器的特点：

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，开关整流器的体积只上相控整流器的1/10，重量也接近1/10。

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，并且基本不受负载变化的影响（对20%以上负载）。

可闻噪音低

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60dB。而开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45dB左右。

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%以上，较好的可做到91%以上。

冲击电流小

开机冲击电流可限制的额定输入电流的水平。

模块式结构

由于体积不，重量轻，可设计为模块式结构，目前的水平是一个2山高的19英寸

（in）机架容量可达48V/1000A以上，输出功率约为60KW。

二、高频开关电源的分类

（二）开关整流器分类

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。

他源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

可分为双极型品体管开关电源、功率MOS管开关电源、IGBT开关电源、品闸管

开关电源等。

功率MOS管用于开关频率100kHz以上的开关电源中，品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了单端开关电源、双端开关电源。而双端开关电源又可分为推挽型、半桥型、全桥型。单端开关电源可分为单端正激型、单端反激型。

除了上述几种类型外，还有一些改进型电路，如双端正激型等。

第二节开关整流器

一、主电路

电路如图1-3-2所示。交流输入电压经电网滤波、整流滤波得到直流电压，通过高频变换器将直流电压变换成高频交流电压，再经高频变压器隔离变换，输出高频交流电压，最后经过输出整流滤波电路，将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压。

图1-3-2典型主电路

（1） 交流输入滤波及桥式整流滤波电路

电容C116、C117、C118，共模电感L102构成EMI（EletromagneticInterference电磁干扰）滤波器，其作用是：一方