摘要：通信電源是構成各種通信手段必不可少的組成部分，對確保通信質量具有重要影響，高頻開關電源取代相控電源，是通信電源的一次革命。高頻開關電源采用全模塊組件設計，系統功能齊全，體積小，安全性、可靠性高。在此重點分析了高頻開關電源的組成、原理、特點、分類以及POWEC高頻諧振式開關電源的應用。

0 引言

隨著電子技術的快速發展，開關電源的應用越來越廣，開關頻率的持續提高使開關電源的性能也得以進一步優化，集成度更高，功耗更低，電路更加簡單，工作更加可靠，是開關電源發展的方向。目前，高頻開關電源在我省廣播電視各微波站得到了廣泛的應用，我站現采用廣州基仕域通訊有限公司生產的技術先進、質量可靠的挪威POWEC諧振式高頻開關電源。

1 高頻開關電源的組成

1.1 主電路

從交流電網輸入、直流輸出的全過程，包括：

(1)輸入濾波器：其作用是將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。
     (2)整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電，并向功率因數校正電路提供穩定的直流電源。
     (3)功率因數校正：位于整流濾波和逆變之間，為了消除由整流電路引起的諧波電流污染電網和減小無功損耗來提升功率因數。
     (4)逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。
     (5)輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

1.2 控制電路

一方面從輸出端取樣，經與設定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。

1.3 檢測電路

除了提供保護電路中正在運行中各種參數外，還提供各種顯示儀表數據供值班人員觀察、記錄。

1.4 輔助電源

提供開關整流器本身所有電路工作所需的各種不同要求的電源(交直流各種等級的電壓電源)。

2 高頻開關控制穩壓原理

開關K以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關K接通時，輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關接通期問，電源E向負載RL提供能量；當開關K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供。可見，輸入電源向負載提供能量是斷續的，為使負載能得到連續的能量提供，開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關接通時將一部分能量儲存起來，在開關斷開時，向負載釋放。圖2中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲存能量，在開關斷開時，儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載，使負載得到連續而穩定的能量，因二極管D使負載電流連續不斷，所以稱為續流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示：

式中TON為開關每次接通的時間，T為開關通斷的工作周期(即開關接通時間TON和關斷時間TOFF之和)。由式可知，改變開關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，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”(Time Ratio Control，縮寫：為TRC)。

按TRC控制原理，有三種方式

(1)脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，縮寫為PWM)，開關周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。
     (2)脈沖頻率調制(Pulse Frequency Modulation，縮寫為PFM)，導通脈沖寬度恒定，通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。
     (3)混合調制，導通脈沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。

3 高頻開關電源的特點

(1)重量輕，體積小，采用高頻技術，去掉了工頻變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關整流器的體積和重量只是相控整流器的1/10。
     (2)功耗小，效率高，開關電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數補償的開關電源其整機效率可達88%，較好的可做到91%以上。
     (3)功率因數高，相控整流器的功率因數隨可控硅導通角的變化而變化，一般在全導通時，可接近0.7以上，而小負載時，僅為0.3左右。經過校正的開磁電源功率因數一般在0.93以上，并目基本不受負載變化的影響(對20%以上負載)。
     (4)穩壓精度可高達0.2%(相控1%)。
     (5)噪音低，在相控整流設備中，工頻變壓器及濾波電感工作時產生的可聞噪聲較大，一般大于60dB。而開關電源在無風扇的情況下可聞噪聲僅為45dB左右。
     (6)維護方便，因為開關電源是模塊式的，可以在運行中更換，不影響工作(相控電源需停機處理)。
     (7)實行N+1配套，可靠性高。穩定、可靠，長壽命，采用N+1冗余配置。
     (8)擴容方便。
     (9)可由微機控制，遠端接口，組成智能化電源設備，便于集中監控。
     (10)對交流輸入要求低，在三相嚴重不平衡時，整流系統仍能輸出，提供穩定的直流電。

4 高頻開關電源的分類

(1)按激勵方式可分為：自激式和他激式

自激式開關電源在接通電源后功率變換電路就自行產生振蕩，即該電路是靠電路本身的正反饋過程來實現功率變換的。自激式電路出現最早，它的特點是電路簡單、響應速度較快，但開關頻率變化大，輸出紋波值較大，不易作精確的分析、設計，通常只有在小功率的情況下使用，如家電、儀器電源。他激式開關電源需要外接的激勵信號控制才能使變換電路工作，完成功率變換任務。他激式開關電源的特點是開關頻率恒定，輸出紋波小，但電路較復雜，造價較高，響應速度較慢。

(2)按開關電源所用的開關器件可分為：雙極型晶體管開關電源、功率MOS管開關電源、IGBT開關電源、晶閘管開關電源等。

功率MOS管用于開關頻率100kHz以上的開關電源中，晶閘管用于大功率開關電源中。

(3)按開關電源控制方式可分為：脈寬調制(PWM)開關電源、脈頻調制(PFM)開關電源、混合調制開關電源。

(4)按開關電源的功率變換電路的結構形式可分為：降壓型、反相型、升壓型和變壓器型。變壓器型中按開關管輸出電路的形式可分為：單端開關電源、雙端開關電源。而單端開關電源可分為單端正激型、單端反激型。雙端開關電源又可分為推挽型、半橋型、全橋型。

5 POWEC電源的應用

(1)POWEC電源系統采用零電壓諧振開關技術，如圖3所示：

圖3中C1、C2和L的諧振頻率始終低于Q1、Q2，從而保證開關管Q1、Q2在零電壓條件下導通，消除了開關損耗和寄生電容。

(2)POWEC電源可在惡劣的環境溫度-25℃～55℃下正常工作，70℃時可工作兩小時。平均無故障時間達一百萬小時。

(3)POWEC電源采用控制模塊無關性的硬件均流方式，即使控制模塊失靈，系統也能保持很好的負載均分，誤差小于標準電流的5%，大大提高了系統的穩定性和可靠性；在電池測量方面，提供電壓測量端口和溫度測量端口；在電池充電方面，除浮充外，還提供三種方式的均充，即手動均充、定時均充和自動均充，以及溫度補償功能和電池限流功能。此外，還提供了輸出過壓、過流保護、整流模塊溫度過高保護、可設定的低電壓切斷裝置保護電池或負載。

6 結束語

高頻開關電源是一種模塊化設計的可靠性和智能化程度高的電源，其體積小，功耗低，效率高，噪音低，穩壓精度高，安全可靠，使用維護方便，目前已在各微波站得到廣泛應用。