高壓直流通信電源中高頻開關整流模塊的研究

孫活，楊倫軍

（四川鐵道職業學院，四川成都，611732）

0 前言

整流器是將交流電通過轉換成直流電的裝置，它的輸出端通過直流配電屏與外部相連向電信設備提供直流電源。傳統的晶閘管相控整流器已經不能滿足技術的需要，因為它工作效率低，耗能大，在工作過程中需要的變壓器和濾波元件的體積大、重量大，不利于操作，這些缺點都不利用提供電源，因此，在科技發展的熱潮中，高頻開關整流器已逐漸取代了它。

1 高頻開關整流模塊概述

1.1 高頻開關整流簡介

高頻開關整流器（SMR）又叫無工頻變壓器整流器，它的主要組成部分有三點，依次是主電路、控制電路和輔助電源，在整個電路中，主電路主要是完成從輸入的交流通過電路的轉換，最后輸出設備所需要的直流的全過程。主電路包括了交流濾波、整流等部分。在高頻開關整流模塊中整流電路是整流系統中尤其重要的部分，它包括普通整流電路、同步整流電路、倍流整流電路、異步整流電路四個部分。選擇技術先進的整流電路可以提高電源資源的利用率，從而提高通信設備的工作能力。

1.2 高頻開關整流模塊的工作流程

在城市交流電輸入到直流電整流模塊中，先由二極管整流后，在經過功率因數校正電路、功率變換電路把直流電源變成高頻率的交流電源，然后經過高頻整流電路變成設備所需要的電源。在這個轉換的過程中，我們通常采用高頻功率變換電路來實現對電流的轉換，目前，我們國家采用的整流模塊一般開關頻率在50kHz-100kHz。

對于高頻開關整流器，按調制方式有三個種類，即是PWM-有脈沖寬度調制、PMF-脈沖頻率調制和混合調制。它們都是在一定情況下將二次整流后的輸出電壓的波動變換為脈沖寬度或頻率的變化，進而改變了脈沖的占空比，驅動開關器件使得穩定的電壓得以輸出。下圖是高頻開關整流器的結構框圖，如圖1所示。

圖1 高頻開關整流器的結構框圖

DC/AC逆變電路是高頻開關整流器的主要部分，DC/AC變換器即是采用PWM方式控制的直流變換器，一般采用隔離型直流變換器，采用軟開關最好。在高頻開關整流器方框圖中，主電路處于整流模塊輸入端口，包括交流輸入濾波、整流濾波、功率因數校正、逆變、輸出整流濾波。第一方面，控制電路從輸出端選樣后再比較，然后去控制逆變電路最終使得輸出穩定，第二方面可以提供控制電路對整個設備實現保護。檢測電路實現對設備中產生的數據進行記錄。輔助電源用于提供開關整流器的工作電壓。

在功率因數校正模塊它與其它一般電工設備不同，它電源波形是正弦型，下圖是功率因數校正原理圖2所示。

圖2 功率因數校正原理圖

2 高頻開關整流器主要技術

2.1 功率轉換電路

在高頻開關整流器中，輸入的大功率高壓直流是需要轉換成低壓直流才能提供給生活中的所需要的電壓，那么要實現這個電壓的轉換，就得需要功率轉換電路。而功率轉換器電路分為很多種，第一種是PWM型功率轉換電路，它是在早期電路中運用比較普遍的電路形式，有推挽、半橋和全橋等形式，這種轉換器控制操作十分簡單，而且也降低了功率的損耗。第二種是諧振型功率轉換電路，它是利用諧振現象，然后通過改變高頻電源開關的電壓和電流的波形來減少在設備工作中的功率損耗。這種轉換電路結構簡單，而且采用了軟開關，這樣使得工作頻率提高了很大幅度。

2.2 高頻開關元器件

在高頻開關整流器中開關的選用也有著什么重要的作用，高頻開關管的性能高低決定了電路的功率和能量損耗問題。現在設備上常用到的是功率MOSFET、IGBT管和兩者的混合管，MOSFET-功率場控晶體管是單極型電壓控制器件，它的優點有很多，比如驅動功率小、無二次擊穿和具有很寬的安全區，依據導電溝道可以分為P溝道增強型MOS管和N溝道增強型MOS管這兩種。

3 高頻開關整流器的特點

首先，高頻開關整流器的體積小、重量輕，它比傳統的相控整流器小得多，這樣，在操作中可以更方便，而且高頻開關整流器對于需要分散供電的設備很好，它可以提供給通信設備各個部位所需要的工作電源；其次，高頻開關整流器采用的轉換器、控制器都使得在節能方面比起傳統的整流器有很大的突破，工作效率甚至可以達到90%以上，這樣可以為整個通信設備提高效率；此整流器的功率因數高，這樣可以使得在設備的工作中不會造成公共電網的污染；此外它還具有噪音低、調試簡單、維護方便等特點。

4 結束語

在通信技術和各個高科技領域飛速發展的時代，整流器已經運用于很多設備上，對供電系統的要求是可靠、穩定、小型智能和高效率。在本文中高頻開關整流器以它的很多優點將直流電轉換成所需的交流電，再向電信設備提供直流電源，它取代了傳統的相控整流器，在目前的通信系統中將高頻開關整流器做成模塊的形式，以其獨特的內部電路通過整流濾波、逆變、輸出整流濾波，進而輸出直流電源。