GZDW高频开关电力操作电源培训手册 第三章高频开关电源模块
图3-3为高频开关电源原理图，交流电源经过整流、滤波变成直流，再经过高频变压器及高频开关管，将直流电转换成高频脉冲输出，高频脉冲信号经过快恢复整流管整流、电抗器及输出滤波器滤波变成稳定的输出直流电压。
它的稳压原理是通过采样得到的输出电压变化量，经过与SMP控制器的基准电压值在误差放大器中比较放大之后，输出脉宽信号控制开关管的导通与截止，当输出电压下降，脉宽展宽，开关管的导通时间增加，输出电压上升；当输出电压上升，脉宽减小，开关管的导通时间减小，输出电压下降。
这种稳压电源与晶体管线性稳压电源比较，开关管工作在导通与截止两种状态，减小了晶体管的功率损耗。另外由于高频变压器工作在高频状态（100KHZ），从计算变压器、电抗器所需铁芯的截面公式中不难看出频率越高，截面可以设计得越小，工作在100KHZ频率的高频开关电源变压器、电抗器所需铁芯的截面要比工作在50HZ频率的相控电源变压器、电抗器所需铁芯的截面积小二千倍。在同样输出纹波的条件下滤波电容也可以比相控电源小二千倍。由于变压器、电抗器体积大大地减小，变压器、电抗器的铁损及铜损也大大地减小，这种形式的电源效率在80%～94%左右。
开关稳压电源与线性稳压电源的主要性能比较
技术性能 稳压精度 稳流精度 纹波系数 效率 功率因数 体积 动态相应 噪音 智能程度 供电可靠性 设备对电网要求 通信接口 开机浪涌 高频开关电源 ≤0.5％ ≤0.5％ ≤0.05％ ≥94％ ≥0.9 小 好，百μs级 低 智能管理，具有“四遥”信号 N+1热备份，带电更换，可靠性高 输入范围宽，适应力强 RS232/485，MODEM，以太网等 极小 相控电源 ≤1％ ≤2％ ≤5％ 60％～80％ ≥0.7 大 差，几十ms 高 低 无备份或1＋1，停电更换，可靠性差 适应力差 无 大 19
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1.4直流电源技术的新进展
1.4.1 高效率绿色电源及智能化电源管理
（a） 绿色电源基本概念是：节能、省电、低噪音、低污染、低辐射。
（b） 提高电源效率是改善电源省电效果的根本途径，进一步提高高频开关电源的效率。 （c） 低噪音是指电源发出的噪音，高频开关电源发出的噪音主要是风机发出的噪音，
噪音一般小于55dB。为了进一步降低噪音，高频开关电源尽量采用自然散热。 （d） 低污染、低辐射是指电源对电网的污染及稳压输出电压的质量。减小电网的污染
是要提高功率因素，减小三次、五次、七次电压、电流谐波，输出电压的稳定是提高输出电压的稳压精度，稳流精度，纹波电压及输出峰─峰值。采用功率因数校正技术的高频开关电源，功率因数近似1，而且对公共电网基本上无污染。 （e） 进一步提高电源的智能化程度及小型化程度。 1.4.2 分布式电源系统
（a） 分布式供电技术。分布式供电是指对集中式供电而言，分布式供电是利用最新电
源理论和技术成果做成相对较小的电源功率模块来组合成积木式，智能化的大功率供电电源系统。 （b） 分布式供电主要优点：
? 供电质量高。因为各供电单元靠近负载，改进了负载静态和动态供电性能。 ? 高效、节能。配电为较高电压220V或380V，传输损耗降低，提高效率、节约能源。 ? 可靠性高。采用大规模集成电路技术和混合电路技术模块化电源可靠性远高于分立组件生产的电源，易组成冗余式供电，系统可靠性更高。
? 使用维护方便。积木式智能化系统，现场维护故障单元方便、敏捷，系统扩大功率容易。
分布式供电研究始于八九年初，主要在航空、航天，巨型计算机等国防军事领域。随着高频技术及新型功率器件技术的发展，迅速推动分布式电源系统研究的开展。八十年代未已成为国际电力电子学的研究热点。其研究的内容包括高频化电源变换技术，高功率密度封装技术、电源单元并联技术、功率因素校正技术，以及电源模块电源系统智能化技术等。
2 高频开关电源技术
2.1高频开关电源原理介绍
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开关电源的基本电路框图如图3-4所示。开关电源的基本电路包括两部分。一是主电路，是指从交流电网输入到直流输出的全过程，它完成功率转换任务。二是控制电路，通过为主电路变换器提供的激励信号控制主电路工作，实现稳压。
ABCDEMI软起动滤波全桥变换直流输出原边检测控制辅助电源PWM脉宽控制信号调节输出测量故障保护微机管理面板通讯接口(RS232)集中控制及均流接口
图3-4:开关电源的基本电路框图
高频开关电源由以下几个部分组成： 主电路
从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：
原边检测控制电路：监视交流输入电网的电压，实现输入过压、欠压、缺相保护功能及软启动的控制。
EMI输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
软启动：消除开机浪涌电流。
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 全桥变换：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。
输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 控制电路
一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。
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检测电路
除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。 辅助电源
提供所有单一电路的不同要求电源。
2.2高频开关电源各部分电路
2.2.1 EMI滤波电路
图3-5为EMI输入滤波电路，L1、L2、L3常态滤波，L4、L5为纵向共模扼流线圈，电容C1、C2、C3为滤除共模干扰电容，C4至C9为常态滤波电容。
图3-5：EMI滤波电路原理图
2.2.2 三相整流电路
图3-6为三相整流电路，采用一块三相整流集成电路。
图3-6：三相整流电路原理图
2.2.3 输入软起动
图3-7为输入软起动电路，继电气J为常开触电，合上交流输入时，交流电源经整流后通过限流电阻R对电容充电，当电容充满后，控制继电气J闭合，避免大电流对电容的冲击。
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图3-7：软起动电路原理图
2.2.4 输出直流滤波
图3-8为输出直流滤波电路。
图3-8：E输出直流滤波电路原理图
2.2.5 DC/DC全桥变换
图3-9为全桥DC/DC变换电路原理图。高频开关管A、D和B、C组成桥的两臂，高频变压器T连接在它们中间。通过加在A、C和B、D两组开关管栅极的对称倒相脉冲实现该两组组开关管依次导通或截至，以实现DC/DC的高频变换过程。
图3-9：DC/DC全桥变换电路原理图
下面以4个时间段来说明它的工作过程：
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