通信用高頻開關電源整流電源的探討

李樹葆　萬海燕　任俊平

【摘要】近幾年來隨著高頻開關電源技術在通信系統中的廣泛應用，進一步拓寬了電源設備交流輸入電壓的應用范圍，提高了電壓頻率，而且維護起來更加便捷。基于此，本文主要針對通信用高頻開關電源整流電源進行了探討。

【關鍵詞】通信；高頻開關電源：整流電源

【中圖分類號】TM910 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0084-01

隨著最近幾年來對微波數字化的不斷改造，傳統的硅整流電源系統已經無法繼續滿足人們的需求，高頻開關電源系統應運而生，該技術能夠擴大交流輸入電壓的范圍，縮小電源設備的體積，確保電源系統能夠穩定可靠的持續運行，在對系統維護管理時更加簡單便捷，目前已經廣泛的應用于無人職守并集中進行監控的數字微波通信系統當中。不過，在高頻開關電源中，生產廠家在介紹其主要部件整流模塊的具體工作原理時還不夠具體，維護管理人員在維護的過程中難免會遇到一定的困難。因此，本文主要針對通信高頻開關電源整流電流進行了分析和探討。

1 高頻開關電源的主要組成部分

高頻開關電源的主要構成部分包括：主電路、控制電路、檢測電路以及輔助電源等四部分。在這當中主電路也是由四個部分構成的，分別是輸入濾波、整流、逆變以及輸出整流濾波等。其中輸入濾波具有的主要作用是可以將電網當中存在的雜波全部過濾清除，與此同時避免本機出現的雜音直接反饋到電網當中。整流具有的主要作用是將電網中輸入的交流電在輸出之前有效的轉化成為直流電。逆變主要是為了降低體積和重量與輸出功率之間的比值，把經過整流的直流電繼續轉化為頻率較高的交流電。輸出整流濾波通過消除雜音和波紋，確保直流電具有較好的穩定性和可靠性。因此高頻開關電源的主要功能是把交流電在二極管當中進行直接整流和濾波，讓其轉化成為直流電，然后在高頻開關的作用下把直流電再繼續轉換成高頻交流電，并利用高頻變壓器對高頻交流電進行變壓和隔離，最后由已經恢復的二極管具有的高頻整流作用，通過電感電容濾波之后輸出。高頻開關電源的優勢主要包括，體積相對較小、重量較輕、具有較好的可靠性、在維護和擴容的過程中難度較低并且具有較高的運行效率等。

2 高頻開關電源的具體工作原理

交流市電能夠在線路濾波器當中進行防雷以及濾除雜音，避免受到其干擾，在整流橋當中完成對A C220V的整流工作，然后再利用功率因數校正電路來對有源功率因數進行合理的校正，確保輸入電流波形能夠實時跟蹤正弦電壓波形。由于通常我們輸入的電流波形會在一定程度上受到負載的非線性影響而發生畸變，導致其諧波成分過多，造成電網的波動問題，不僅會直接干擾到供電設備的正常運行，還會嚴重浪費電力資源。因此，功率因數校正器能夠有效的將電壓和電流波形校正成為標準正弦波，確保其相位能夠保持一致，在功率因數逐漸趨近于1時，也能夠保證升壓校正的輸出高壓HVDC能夠具有良好的穩定性。最后，在脈寬調制控制電路的控制下實現高頻逆變，利用高頻變壓器對其進行降壓實現第二次整流濾波，這樣就獲得了48V直流工作電壓。由此可見，在高頻開關電源中采用的主要技術就是有源功率因數校正技術，如下圖1所示。

從圖中我們可以看出，在開關管K1接通之后，輸入的交流電壓能夠快速通過整流橋對L1（電感）進行充電同時產生感應電勢，該電勢和電源電壓的極性相反；在開關管K1被斷開以后，L1的電勢極性會隨之變反，這時便能夠和電源的極性保持一致，在給C1充電的過程中相當于兩倍的電源電壓，在電壓逐漸升高的時候電流會隨之增大，在電壓達到最大值時，COS=1。所以，功率因數校正器具有的主要功能包括兩個：首先是可以讓輸入電流實時跟蹤電壓波形，確保其成為正弦波；然后能夠讓輸入電流和電壓保持相同的相位，逐漸將功率因數調整到最大值。在正常運行的過程中，開關電源的控制信號在對四個開關管s1、s2、s3、s4進行通斷控制時，脈沖信號的正、負并沒有連續在一起，而且還設置了零信號區，在這個區域內，開關管s1，s2，s3，s4都是截止的，只要對零信號區的實際寬度進行合理的控制，就能夠有效改變開關管的通斷時間，最終對輸出電壓的大小進行適當的調整。

3 通信用高頻開關電源整流模塊的效率分析

本文在討論整流模塊具有的效率特性的過程中，主要將48V整流模塊作為分析案例。通過分別對48 V/30 A，48 V/50 A，48 V/100 A共3個型號的整流模塊進行測量，總結出以下規律：（1）當負載率為100%時整流模塊的效率并不會達到最大值，而是負載率保持在50%～80%的范圍內時才會達到最高效。（2）如果將負載率范圍控制在40%～90%之間，整流模塊的工作效率將達到一個比較高的值，并且與其相對應的效率曲線也會比較平穩。（3）如果將負載率控制在40%以下，那么整流模塊的運行效率將會比負載率范圍控制在40%～90%之間時降低很多，尤其是在負載率在10%～20%之間進行工作時，運行效率會出現急劇下降的現象；對于本次試驗中的三個不同型號的整流模塊來說，其效率的下降幅度均沒有超出1%。（4）如果將負載率控制在80%以上，整流模塊的工作效率比負載率在50%～80%之間時有一定程度的下降現象；對于本次試驗中的三個不同型號的整流模塊來說，其效率的下降幅度均沒有超出1%。由此可見，如果整流模塊的生產廠家不同、型號也不同，那么其相對應的效率曲線也不盡相同，不過對于大多數的整流模塊來說都符合上述規律。所以，為了確保整流模塊在工作過程中能夠達到效率最大化，應該盡可能的將負載率控制在50%～80%之間。

4 整流模塊效率曲線在節能方面的具體應用情況

通信用高頻開關電源在節能方面的應用情況主要是通過不斷的提高其工作效率，在確保輸出功率保持不變的前提下盡可能的減小輸入功率，以便于實現降低能源消耗的目的。由于高頻開關電源系統具有休眠功能，因此它能夠根據負載發生的實際變化情況，自動實現冗余模塊的軟關斷或者軟開啟操作，確保整理模塊的工作效率比值能夠達到最高點，以此來有效的提高高頻開關電源的工作效率。另外根據試驗過程中所獲得效率曲線我們可以知道，當負載率保持在40%～100%時，整流模塊的工作效率一般情況下都可以維持在一個比較高的狀態；但是在將效率最大值作為比較值時，如果負載率為40%，那么工作效率的下降幅度最多會達到0.5%；如果負載率為100%，那么工作效率的下降幅度最多將會達到1%；而負載率如果在40%以下，那么工作效率的下降幅度將會達到10%。由此我們可以知道，效率的明顯下降現象一般都會出現在負載率相對較低的情況下，因此在設置冗余模塊的軟斷開點時，可以將負載率的范圍控制在40%～50%之間；而軟開啟點的設置則可以將負載率的范圍控制在80%～100%之間。

5 結束語

通信設備的主要電力來源為通信電源，是通信系統的一個重要構成部分。隨著我國通信事業的快速發展，很多通信設備都得到了多次更新，通信系統對通信電源所提出的要求也不斷增加。而通信用高頻開關電源能夠把輸入的交流電有效的轉化成為直流電，然后將其穩定輸出，具有高效運轉的特點，并且會不斷的隨著負載率發生的改變而進行變化，而且越來越多的高頻開關電源系統通過引入休眠功能，進一步提高了工作效率，值得推廣應用。

參考文獻

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