【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電源圖32：晶閘管可控硅相控電源原理框圖圖32是晶閘管可控硅相控電源常用原理圖，交流電源經(jīng)過(guò)工頻變壓器變壓隔離，再經(jīng)過(guò)晶閘管轉(zhuǎn)換成50Hz脈沖電壓，再經(jīng)過(guò)電抗器及輸出濾波器濾波，將輸入轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流輸出電壓。穩(wěn)壓原理是通過(guò)采樣得到的輸出電壓變化量，經(jīng)過(guò)與基準(zhǔn)電壓值在誤差放大器中比較放大之后，輸出脈沖信號(hào)控制晶閘管的導(dǎo)通角，當(dāng)輸出電壓下降，晶閘管的導(dǎo)通角增大，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓上升；當(dāng)輸出電壓上升，晶閘管的導(dǎo)通角減小，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。這種穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源比較，晶閘管工作在開(kāi)通與截止兩種狀態(tài)，減小了晶體管的功率損耗。但電源變壓器同樣工作在工頻頻率，為了使輸出電壓紋波較小及減小導(dǎo)通時(shí)的電流沖擊，要求有較大電感量的電抗器及較大容量的濾波電容，同樣的在輸出較大功率時(shí)，變壓器、電抗器及電容的體積大及笨重，變壓器、電抗器鐵損及銅損較大，有溫升散熱、通風(fēng)的問(wèn)題。這種形式的電源效率只在60%～80%左右。圖33：開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源原理框圖圖33為高頻開(kāi)關(guān)電源原理圖，交流電源經(jīng)過(guò)整流、濾波變成直流，再經(jīng)過(guò)高頻變壓器及高頻開(kāi)關(guān)管，將直流電轉(zhuǎn)換成高頻脈沖輸出，高頻脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)快恢復(fù)整流管整流、電抗器及輸出濾波器濾波變成穩(wěn)定的輸出直流電壓。它的穩(wěn)壓原理是通過(guò)采樣得到的輸出電壓變化量，經(jīng)過(guò)與SMP控制器的基準(zhǔn)電壓值在誤差放大器中比較放大之后，輸出脈寬信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止，當(dāng)輸出電壓下降，脈寬展寬，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓上升；當(dāng)輸出電壓上升，脈寬減小，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。這種穩(wěn)壓電源與晶體管線性穩(wěn)壓電源比較，開(kāi)關(guān)管工作在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)，減小了晶體管的功率損耗。另外由于高頻變壓器工作在高頻狀態(tài)（100KHZ），從計(jì)算變壓器、電抗器所需鐵芯的截面公式中不難看出頻率越高，截面可以設(shè)計(jì)得越小，工作在100KHZ頻率的高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器、電抗器所需鐵芯的截面要比工作在50HZ頻率的相控電源變壓器、電抗器所需鐵芯的截面積小二千倍。在同樣輸出紋波的條件下濾波電容也可以比相控電源小二千倍。由于變壓器、電抗器體積大大地減小，變壓器、電抗器的鐵損及銅損也大大地減小，這種形式的電源效率在80%～94%左右。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源與線性穩(wěn)壓電源的主要性能比較技術(shù)性能高頻開(kāi)關(guān)電源相控電源穩(wěn)壓精度≤％≤1％穩(wěn)流精度≤％≤2％紋波系數(shù)≤％≤5％效率≥94％60％～80％功率因數(shù)≥≥體積小大動(dòng)態(tài)相應(yīng)好，百μs級(jí)差，幾十ms噪音低高智能程度智能管理，具有“四遙”信號(hào)低供電可靠性N+1熱備份，帶電更換，可靠性高無(wú)備份或1＋1，停電更換，可靠性差設(shè)備對(duì)電網(wǎng)要求輸入范圍寬，適應(yīng)力強(qiáng)適應(yīng)力差通信接口RS232/485，MODEM，以太網(wǎng)等無(wú)開(kāi)機(jī)浪涌極小大 高效率綠色電源及智能化電源管理（a） 綠色電源基本概念是：節(jié)能、省電、低噪音、低污染、低輻射。（b） 提高電源效率是改善電源省電效果的根本途徑，進(jìn)一步提高高頻開(kāi)關(guān)電源的效率。（c） 低噪音是指電源發(fā)出的噪音，高頻開(kāi)關(guān)電源發(fā)出的噪音主要是風(fēng)機(jī)發(fā)出的噪音，噪音一般小于55dB。為了進(jìn)一步降低噪音，高頻開(kāi)關(guān)電源盡量采用自然散熱。（d） 低污染、低輻射是指電源對(duì)電網(wǎng)的污染及穩(wěn)壓輸出電壓的質(zhì)量。減小電網(wǎng)的污染是要提高功率因素，減小三次、五次、七次電壓、電流諧波，輸出電壓的穩(wěn)定是提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度，穩(wěn)流精度，紋波電壓及輸出峰─峰值。采用功率因數(shù)校正技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源，功率因數(shù)近似1，而且對(duì)公共電網(wǎng)基本上無(wú)污染。（e） 進(jìn)一步提高電源的智能化程度及小型化程度。 分布式電源系統(tǒng)（a） 分布式供電技術(shù)。分布式供電是指對(duì)集中式供電而言，分布式供電是利用最新電源理論和技術(shù)成果做成相對(duì)較小的電源功率模塊來(lái)組合成積木式，智能化的大功率供電電源系統(tǒng)。（b） 分布式供電主要優(yōu)點(diǎn)：u 供電質(zhì)量高。因?yàn)楦鞴╇妴卧拷?fù)載，改進(jìn)了負(fù)載靜態(tài)和動(dòng)態(tài)供電性能。u 高效、節(jié)能。配電為較高電壓220V或380V，傳輸損耗降低，提高效率、節(jié)約能源。u 可靠性高。采用大規(guī)模集成電路技術(shù)和混合電路技術(shù)模塊化電源可靠性遠(yuǎn)高于分立組件生產(chǎn)的電源，易組成冗余式供電，系統(tǒng)可靠性更高。u 使用維護(hù)方便。積木式智能化系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)故障單元方便、敏捷，系統(tǒng)擴(kuò)大功率容易。分布式供電研究始于八九年初，主要在航空、航天，巨型計(jì)算機(jī)等國(guó)防軍事領(lǐng)域。隨著高頻技術(shù)及新型功率器件技術(shù)的發(fā)展，迅速推動(dòng)分布式電源系統(tǒng)研究的開(kāi)展。八十年代未已成為國(guó)際電力電子學(xué)的研究熱點(diǎn)。其研究的內(nèi)容包括高頻化電源變換技術(shù)，高功率密度封裝技術(shù)、電源單元并聯(lián)技術(shù)、功率因素校正技術(shù)，以及電源模塊電源系統(tǒng)智能化技術(shù)等。2 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)開(kāi)關(guān)電源的基本電路框圖如圖34所示。開(kāi)關(guān)電源的基本電路包括兩部分。一是主電路，是指從交流電網(wǎng)輸入到直流輸出的全過(guò)程，它完成功率轉(zhuǎn)換任務(wù)。二是控制電路，通過(guò)為主電路變換器提供的激勵(lì)信號(hào)控制主電路工作，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。圖34:開(kāi)關(guān)電源的基本電路框圖高頻開(kāi)關(guān)電源由以下幾個(gè)部分組成：主電路從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括：原邊檢測(cè)控制電路：監(jiān)視交流輸入電網(wǎng)的電壓，實(shí)現(xiàn)輸入過(guò)壓、欠壓、缺相保護(hù)功能及軟啟動(dòng)的控制。EMI輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。軟啟動(dòng)：消除開(kāi)機(jī)浪涌電流。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。全橋變換：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源?？刂齐娐芬环矫鎻妮敵龆巳樱?jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。檢測(cè)電路除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。輔助電源提供所有單一電路的不同要求電源。 EMI濾波電路圖35為EMI輸入濾波電路，LLL3常態(tài)濾波，LL5為縱向共模扼流線圈，電容CCC3為濾除共模干擾電容，C4至C9為常態(tài)濾波電容。圖35：EMI濾波電路原理圖 三相整流電路圖36為三相整流電路，采用一塊三相整流集成電路。圖36：三相整流電路原理圖 輸入軟起動(dòng)圖37為輸入軟起動(dòng)電路，繼電氣J為常開(kāi)觸電，合上交流輸入時(shí)，交流電源經(jīng)整流后通過(guò)限流電阻R對(duì)電容充電，當(dāng)電容充滿后，控制繼電氣J閉合，避免大電流對(duì)電容的沖擊。圖37：軟起動(dòng)電路原理圖 輸出直流濾波圖38為輸出直流濾波電路。圖38：E輸出直流濾波電路原理圖 DC/DC全橋變換圖39為全橋DC/DC變換電路原理圖。高頻開(kāi)關(guān)管A、D和B、C組成橋的兩臂，高頻變壓器T連接在它們中間。通過(guò)加在A、C和B、D兩組開(kāi)關(guān)管柵極的對(duì)稱倒相脈沖實(shí)現(xiàn)該兩組組開(kāi)關(guān)管依次導(dǎo)通或截至，以實(shí)現(xiàn)DC/DC的高頻變換過(guò)程。圖39：DC/DC全橋變換電路原理圖下面以4個(gè)時(shí)間段來(lái)說(shuō)明它的工作過(guò)程：t0tt1：t=t0時(shí)，主回路中A、D兩管同時(shí)導(dǎo)通，B、C兩管處于關(guān)斷狀態(tài)，電源電壓Ui加在變壓器兩端，通過(guò)變壓器加在輸出電感Lo和負(fù)載上，主回路的電流It線性增加，電源向負(fù)載輸送能量。t1tt2：在t=t1時(shí)，A、D兩管同時(shí)關(guān)斷，主回路的電流It迅速減小到零，變壓器兩端的電壓Vt也迅速減小到零，此時(shí)靠輸出電感Lo及電容Co的續(xù)流儲(chǔ)能向負(fù)載輸送能量。t2tt3：t=t2時(shí)，主回路中B、C兩管同時(shí)導(dǎo)通，A、D兩管處于關(guān)斷狀態(tài)，電源電壓加在變壓器兩端，通過(guò)變壓器加在輸出電感Lo和負(fù)載上，主回路的電流It線性增加，電源再次向負(fù)載輸送能量。t3tt4：在t=t3時(shí)，B、C兩管同時(shí)關(guān)斷，主回路的電流It迅速減小到零，變壓器兩端的電壓Vt也迅速減小到零，此時(shí)再次靠輸出電感Lo及電容Co的續(xù)流儲(chǔ)能向負(fù)載輸送能量。以此種方式交替運(yùn)行，保證向負(fù)載輸送能量。圖310：全橋變換V/I波形示意圖 脈寬調(diào)制控制器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的變化取決于功率變換電路的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，則電容兩端電壓升高越多；開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)間越長(zhǎng)，則電容兩端電壓降低越多。所以為了調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓，就必須控制開(kāi)關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)。我們采用脈沖寬度調(diào)制方式（PWM方式）來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓。如使開(kāi)關(guān)電源輸出電壓升高，則開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)的脈沖要加寬，即脈沖寬度固定，在單位時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)通次數(shù)增加，保證總的導(dǎo)通時(shí)間加長(zhǎng)。反之亦然。圖311是脈寬調(diào)制控制器的原理框圖和波形圖。圖311：脈寬調(diào)制控制器的原理框圖和波形圖脈寬調(diào)制控制器工作原理：開(kāi)關(guān)電源輸出電壓Vo通過(guò)電阻分壓，分壓后的電壓為V1，接到放大器的負(fù)端，放大器的正端接標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓電源（例如LM7805）輸出Vt，放大器輸出電壓為V2，接比較器正端，比較器負(fù)端接斜波發(fā)生器。斜波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)固定頻率和幅度的斜波，V2與斜波比較后輸出脈沖波形。穩(wěn)壓原理：Vo↗→V1↗→V2↘→比較器輸出脈寬變窄→Vo↘；Vo↘→V1↘→V2↗→比較器輸出脈寬變寬→Vo↗。全橋相移ZVZCS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)采用恒頻控制、對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，在大功率變換器中得到了廣泛的應(yīng)用。它能使全橋相移電路結(jié)構(gòu)中處于被動(dòng)臂的兩只開(kāi)關(guān)管工作在ZCS狀態(tài)，而主動(dòng)臂上的兩只開(kāi)關(guān)管仍然工作在ZVS狀態(tài)，從而達(dá)到更完善的軟開(kāi)