【正文】 由式 (3— 3)可知，改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例， AB 間電壓的平均值也隨之改變，如圖 3— 3 所示。但在實(shí)際情況下，受開關(guān)器件和控制電路的限制，在晶體管的開通時間內(nèi)，有很小的 ONt 時間連續(xù)可調(diào)， 將使輸出電壓不穩(wěn)定，故在輸出端必須要有一定數(shù)量的假負(fù)載。 效率的提高不僅為電源和電子設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)帶來了方便，更主要是能源的節(jié)約，在今天“效率”已被視作為電源設(shè)備的一個十分重要的參數(shù)。 綜上所述， PWM 型穩(wěn)壓電源非常適宜做集成電路型電子設(shè)備的供電模塊源。 ③ 動態(tài)響應(yīng)稍差：串聯(lián)線性調(diào)整型穩(wěn)壓電源動態(tài)響應(yīng)一般為 10 s? 到數(shù)百微秒；開關(guān)型穩(wěn)壓電源則為毫秒數(shù)量級，幅度也較大。而對工頻信號因阻抗很高就毫無影響。 1L 、 2L 用雙線并繞方法。共分三級； 1L 、2L 、 3L 為常態(tài)濾波電感， 4L 、 5L 為縱向共模扼流線圈。 LR —— 負(fù)載電阻值，可用整流輸出直流平均電壓除直流電流來求得。 2L 1L 6C 5L 3L 8C 7C 4C 5C 1C 2C 3CC3 R S T G 9C 4L iU ~ iU ~ 26 圖 4— 4 DUM系列工頻濾波電路 圖 4— 5 電解電容等效電路圖 4． 3 輸出濾波電路 輸出濾波電路接在整流器與負(fù)載之間，在高頻開關(guān)電源內(nèi)濾波器元件的主要特點(diǎn)是體積可大大縮小。對于多個電容并聯(lián)來等效一個大電容時，不能用簡單的電工學(xué)中 所介紹的數(shù)字相加來計(jì)算總電容值，還得考慮電容中等效的 L 、 R 、 C 值。在繞制電感時，為了使電感在大安匝數(shù)下不飽和，常采用加有氣隙，并用氣隙大小來調(diào)整達(dá)不到飽和的最佳電感值點(diǎn)。 29 UItUIttAP ??? 式中 U 單位為 V， I 單位為 A，則功率的單位為 W。 ， CLX III ?? 為無功電流。 當(dāng)輸入電流含有諧波分量時，基波電流有效值就不同于電網(wǎng)電流有效值 ，我們將基波電流的有效值 1I 與電網(wǎng)電流有效值 RI 之比稱為謂電網(wǎng)電流基波。 由此可見，傳統(tǒng)的開關(guān)電源，不僅對公共電網(wǎng)有嚴(yán)重影響，而且對用戶也將增加投資費(fèi)用隨著開關(guān)電源的普及應(yīng)用，有關(guān)部門作出了相應(yīng)規(guī)定，限制設(shè)備對公用電網(wǎng)污染的程度。 一 、 Boost PFC 電路結(jié)構(gòu) 圖 5— 4是 Boost PFC 原理框圖： Boost 電路是在整流橋輸出端串聯(lián)一電感 L ，使輸出電壓 0U 高于整流橋輸出電壓 U 峰值的穩(wěn)定直流電壓。即功率因數(shù)將隨輸入電壓的變化影響。 在波形圖中 (開關(guān)頻率很低，這是為了使讀者容易看清各種波形間的關(guān)系而假設(shè)的 )，實(shí)用電路一般為數(shù)十千赫，由于電感電路的回差是變化的，因而其頻率也將隨著改變。恒頻峰值電流控制電路的電流取樣來自 Boost 開關(guān)支路，乘法器輸出作為比較器 1K 的基準(zhǔn)電流，這一基準(zhǔn)電流是由整流橋輸出電壓 1R 、 2R 取樣與電壓環(huán)誤差放大器 2K 輸出相乘得到，時鐘發(fā)生器輸出信號 去觸發(fā) D 觸發(fā)器，使其輸出高電平去驅(qū)動開關(guān)管 TV 導(dǎo)通。 圖 5— 6 可變回差控制的 Boost PFC方框圖 當(dāng)電感電流 LI 上升到 HI 時，將開關(guān)管關(guān)斷，此時 LI 經(jīng)二極管 DV 向電容 C 充電， LI 逐漸減少，當(dāng) LI 小到 dI 時，開關(guān)管 TV 導(dǎo)通， LI 又線性上升，當(dāng)上升到 HI 時，開關(guān)管再次關(guān)斷。圖 5— 5(b)是電感電流不連續(xù)工作 (DCM)方 式電原理框圖。 1DV 4DV 3DV 2DV inU C + R cu 2i 1i ini 2i 1i cu 33 而有源功率因數(shù)校正（ PFC）法直接利用有源開關(guān)式 DCAC/ 變換技術(shù)，直接使輸入電流成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，可以使功率因數(shù)達(dá)到 。 32 (a)交流直接整流 (單相橋式 )電路圖 (b)傳統(tǒng) 開關(guān)電源輸入整流電路電壓、電流波形 圖中 cu 為電容 C 兩端電壓， inu 為交流輸入電壓， 1i 為交流輸入電流， 2i 為整流后輸出直流脈動電流， ini 為理想的交流輸入電流 圖 5— 3 傳統(tǒng)開關(guān)電源 ③ 增加了前級設(shè)備的功率容量，如 UPS ，發(fā)電機(jī)組等，這就將提高了基建投資。 例如：要供給負(fù)載 1000W 的功率，當(dāng) ?? 時，電網(wǎng)需要輸出 1430VA?co sSIUP R ?? )( CL UUIQ ?? UIS? 31 的功率 ( 1430 os ??? ?PSVA)，為此提高功率因數(shù)，也是供電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要工作。 ， CLX UUU ?? ，稱之謂無功電壓，有功電壓與無功電壓的合成 ABU ，即電路 端電壓，它與電 路電流之間的相位差，即電壓越前于電流的相角 ? ，圖 5— 1(b)是 R 、 L 、 C 并聯(lián)電路及其向量圖， RI 為有功電流，與電路端電壓 ABU 同相， LI滯后于 ABU 90176。 二、電功與電功率 1．電功，在電工學(xué)中，對電壓的定義是：單位正實(shí)驗(yàn)電荷自電場中 a 點(diǎn)移至 b 點(diǎn)時，電場力所做的功，稱 ab兩點(diǎn)間的電壓用 abU 表示，即 : qAU abab? qUA ?? 從電流的定義，在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量知道電流的定義式，tqI? 代入上式，則 tIUUqA ?? 式中 U 為電路電壓單位 V； I 是電路通過的電流，單位 A； t 為通過的時間，單位s ；則功的單位為 VAs，或 Ws，即 J。由于電感選用的磁心材料一般只允許 在一定的磁場強(qiáng)度下工作，超過此值，鐵心進(jìn)入磁飽和區(qū)，電感量將明顯下降，從而引起開關(guān)管的脈沖峰值電流增加，導(dǎo)致噪聲增加損壞開關(guān)管。隨著頻率的升高，在額定阻抗fcXc ?21?情況下相當(dāng)于電容器的容量逐步下降，故在高頻電路運(yùn)用時，需要選用高頻電解電容器或聚丙烯電容器。對于大電流設(shè)備所選用的工頻濾波電感取值也不宜過大，一般在幾 mH 至幾十 mH之間。因?yàn)槭枪ゎl濾波，頻率較低，則電容量及電感量應(yīng)取得大。如果一級輸入濾波不夠，可用多級濾波器。 圖 4— 2是另一種具有電容 C 和共模扼流線圈所組成的輸入濾波電路，圖中 C為高頻旁路電容，其作用如前所述。 輸入濾波一般是由低通濾波與共模扼流圈等元件組成。 ② 輸出紋波大：串聯(lián)線性調(diào)整型穩(wěn)壓電源輸出端紋波有效值一般在 lmV以下，它本身不產(chǎn)生尖峰噪聲，由整流元件等引起的噪聲也比較容易抑制；而 PWM 型穩(wěn) 22 壓電源由于采用開關(guān)工作形式，功率也大，產(chǎn)生尖峰噪聲經(jīng)過抑制一般可達(dá)100 PPmV? (下標(biāo) PP? 表示尖峰 — 尖峰值 )。 ⑤ 輸入交流突然停供時，輸出電壓保持時間長：由于輸入電壓高，電容儲存的能量大，再加上它能適應(yīng)輸入輸出電壓的變動范圍大，因此，當(dāng)工頻電網(wǎng)突然掉電時，在額定負(fù)載條件下，它的輸出電壓保持在額定值的時間長，一般可達(dá)20ms 以上，這就便于電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息保護(hù)，例如：計(jì)算機(jī)可以在 10ms 內(nèi)檢 21 測出交流斷電信號，然后用 5ms 時間進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)保存起來，以便在下次 來電時接著繼續(xù)運(yùn)算。 PWM 型穩(wěn)壓電源具有下列優(yōu)點(diǎn)： ① 體積小，重量輕：因?yàn)橛酶?頻變壓器取代笨重的工頻變壓器，所以體積、重量大大減小。 1．脈沖寬度調(diào)制 (Pulse Width Modulation，縮寫為 PWM) 脈沖寬度調(diào)制方式指開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。電感 L 用以儲存能量，在開關(guān)斷開時，儲存在電感 L 中的能量通過二極管 D 釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而 穩(wěn)定的能量，因二極管 D 使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。 3．按交流電的輸入類型分，有單相與三相之分。另外，其開關(guān)頻率的提高也受到限制，一般控制在 300KHz 左右。 2． 4 高頻開關(guān)整流器的分類 目前，在國內(nèi)外有關(guān)高頻開關(guān)整流器的文獻(xiàn)和產(chǎn)品樣本中，經(jīng)常可以見到不同種類高頻開關(guān)整流器的名 稱，這是由于命名者力圖反映所論高頻開關(guān)整流器的特色，從不同角度按主要電路結(jié)構(gòu)、控制方式和所采用的關(guān)鍵元器件不同而引起的，歸納起來，主要可以分為以下幾類： 1．按調(diào)制方式分，有脈沖寬度調(diào)制（ PWM）、脈沖頻率調(diào)制（ PFM）和混合調(diào)制。 6．維護(hù)方便，因?yàn)殚_關(guān)電源是模塊式的，可以在運(yùn)行中更換模塊，不影響通信 (而相控電源必需停機(jī)處理 )。 2． 3 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn) 高頻 開關(guān)電源的主要優(yōu)點(diǎn)就在于“高頻”二字，我們從電學(xué)中知道，鐵心電路與無鐵心電路的主要區(qū)別是： 鐵心電路 無鐵心電路 r? 大，不是常量 L 大，不是常量 φ與 i 不成正比 除銅損外還有鐵損 r? ≈ 1 常量 L 小，是常量 φ與 i 成正比 只有銅損無鐵損 為此，鐵心電路不能用視 L 為常數(shù)的公式， 如： dtdiLe ?? 等，只能用基本公式： dtdWe ??? 設(shè)鐵心中磁通按正弦規(guī)律變化 14 即： tM ?sin??? 則：dtdWeL ??? tW M ?? co s??? tEM ?cos? MMM fWWE ???? ?? 2 在正弦情況下： 2?ME E 故： SBffWEMWM ??? ? 式中 f 為通過鐵心電路的電源頻率 W為鐵心電路線圈匝數(shù) MB 為鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度 S為鐵心線圈截 面積 以上公式是計(jì)算變壓器和一切鐵心電路匝數(shù)與所需鐵芯截面的基本公式，從公式中不難看出頻率越高，截面積可以設(shè)計(jì)得越小，如果能把頻率從 50Hz 工頻提高到 50kHz，即提高了一千倍，則變壓器所需截面積可以縮小一千倍。整流后的直流作為功率因數(shù)校正電EMI 濾波器 工頻 整流橋 功率因 數(shù)校正 DC/DC 變換器 直流 濾波 控制器 1 PWM 單 元 監(jiān) 控 監(jiān)控模塊 顯 示示 交流電網(wǎng) DC 輸出 13 路的輸人。 178179。 1990年底做的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停赫麄€變換器的功率密度為 3 3/cmW ，功率級的功率密度為6 3/cmW ，開關(guān)頻率從 變到 ，效率 80％～ 83％。到了 80年代后期，各種通信設(shè)備所需大量的直流變換器均以場效應(yīng)功率晶體變換器為主。但由于我國配套工業(yè)落后，元器件沒有過關(guān)還得依靠進(jìn)口，故對發(fā)展還受到一定限制。 隨著通信技術(shù)的發(fā)展和通信供電系統(tǒng)的變化，各類通信電源設(shè)備在工作原理、功能指標(biāo)和使用維護(hù)等方面也發(fā)生了巨大變化，在后幾章的的學(xué)習(xí)中，我們將對通信電源站的設(shè)備作進(jìn)一步的介紹。采用混合供電方式的電源系統(tǒng)由太陽能電源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、低壓市電、蓄電 池組、整流配電設(shè)備及移動電站等部分組成，如圖 l— 3所示。 圖 1— 2 分散供電方式電源系統(tǒng)的組成 采用分散供電方式時，交流供電系統(tǒng)仍采用集中供電方式。接地按功能分有三種，即工作接地、保護(hù)接地和防雷接地。在并聯(lián)浮充工作狀態(tài)下，蓄電池還能起到一定的濾波作用。逆變器和市電的轉(zhuǎn)換由交流靜態(tài)開關(guān)來完成。由于市電比油機(jī)發(fā)電機(jī)組更經(jīng)濟(jì)可靠，因此，在有市電的條件下，通信設(shè)備一般都應(yīng)由市電供電。電信局的電源一般都由高壓電網(wǎng)供給。為了適應(yīng)通信系統(tǒng)發(fā)展的需要，通信電源系統(tǒng)應(yīng)具有發(fā)展和擴(kuò)容的靈活性。交流電源的其他指標(biāo)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。不可用度指標(biāo)是指因電源系統(tǒng)故障引起的由該電源系統(tǒng)供電的通信系統(tǒng)全部阻斷的時間與阻斷時間和正常供電時間之和的比。 一、供電可靠性 電源系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行是確保通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的首要條件，因此每個通信局 (站 )甚至要求電源系統(tǒng)在部分設(shè)備發(fā)生故障時仍能保證供電不中斷。 在編寫過程中，因作者水平有限，錯誤之處在所難免，請大家批評指正。 本書主要介紹了開關(guān)電源、 UPS、化學(xué)電源的基本工作原理和維護(hù)使用方法，可作為電源設(shè)備維修人員和通信專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)教材和參考資料 。因此，對通信局 (站 )電源系統(tǒng)從以下幾個方面提出了非常 嚴(yán)格的要求。 通 信電源的可靠性一般用不可用度指標(biāo)來衡量。電壓波形畸變率應(yīng)小于 5％。 四、供電靈活 性 通信是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的必要條件，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷地對通信提出新的要求，往往是通信工程剛建成不久就需要擴(kuò)容。 圖 1— 1 采用集中供電方式時電源系統(tǒng)組成 1．交流供電系統(tǒng) 由圖 1— 1 可見，該通信電源的交流供電 系統(tǒng)包括變電站供給的交流電源 (高壓市電或低壓市電 )、油機(jī)發(fā)電機(jī)供給的自各交流電源和 UPS。目前 國內(nèi)已經(jīng)采用無人值守的自起動油機(jī)發(fā)電機(jī)組，當(dāng)市電中斷時，