通信電源課件_03整流及變換設(shè)備

1、第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-21主要內(nèi)容主要內(nèi)容 通信整流技術(shù)的發(fā)展通信整流技術(shù)的發(fā)展 高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù) 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)介開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)介開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源各單元功能開(kāi)關(guān)電源各單元功能 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-22重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn) 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)整流技術(shù)整流技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)均流技術(shù)均流技術(shù)電源整流設(shè)備中的常用器件電源整流設(shè)備中的常用器件監(jiān)控單元

2、日常操作監(jiān)控單元日常操作開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理 本章難點(diǎn)本章難點(diǎn)功率因素校正技術(shù)功率因素校正技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器功率轉(zhuǎn)換技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器功率轉(zhuǎn)換技術(shù)第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-23 我們知道，電子設(shè)備所需的我們知道，電子設(shè)備所需的直流電源直流電源，一般都是采用，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電由交流電網(wǎng)供電，經(jīng)，經(jīng)“整流整流”、“濾波濾波”、“穩(wěn)壓穩(wěn)壓”后獲得。后獲得。 整流：整流：指指把大小、把大小、方向方向都變化的交流電變成都變化的交流電變成單向脈動(dòng)單向脈動(dòng)的的直流電直流電，能完成整，能完成整流任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為流任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為整流器整流器。 濾波：濾波：指指

3、濾除脈動(dòng)直流電中的濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分交流成分，使得，使得輸出波形平滑輸出波形平滑，能完成濾波，能完成濾波任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為任務(wù)的設(shè)備稱(chēng)為濾波器濾波器。 穩(wěn)壓：穩(wěn)壓：指指輸入電壓波動(dòng)輸入電壓波動(dòng)或或負(fù)載變化負(fù)載變化引起引起輸出電壓變化輸出電壓變化時(shí)，能時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整使輸自動(dòng)調(diào)整使輸出電壓維持在原值出電壓維持在原值。 通信整流技術(shù)的發(fā)展通信整流技術(shù)的發(fā)展 經(jīng)歷的幾代變革經(jīng)歷的幾代變革20世紀(jì)世紀(jì)50年代末的年代末的飽和電抗器控制飽和電抗器控制的的穩(wěn)壓穩(wěn)壓穩(wěn)流穩(wěn)流硒整流器硒整流器；20世紀(jì)世紀(jì)60年代的年代的硅二極管硅二極管穩(wěn)壓穩(wěn)流整流器；穩(wěn)壓穩(wěn)流整流器；20世紀(jì)世紀(jì)60年代末年代末70年代初穩(wěn)

4、壓穩(wěn)流年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器可控硅整流器；20世紀(jì)世紀(jì)80年代末年代末90年代初的年代初的高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器；3.1 3.1 概述概述第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-24 幾個(gè)概念幾個(gè)概念整流整流整流整流就是調(diào)整氣流、水流或電流的形態(tài)就是調(diào)整氣流、水流或電流的形態(tài)整流電路整流電路整流電路整流電路是利用是利用二極管的單向?qū)щ娦远O管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓將正負(fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蜃優(yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓的電路脈動(dòng)電壓的電路。在交流電源的作用下，在交流電源的作用下，整流二極管周期性地整流二極管周期性地導(dǎo)通導(dǎo)通和和截止截止，使使負(fù)載負(fù)載得到得到脈動(dòng)脈動(dòng)直流電直流電。在

5、電源的正半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓。在電源的正半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓波形形狀完全相同；在電源電壓的負(fù)半周，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)波形形狀完全相同；在電源電壓的負(fù)半周，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。 常用的整流電路有：常用的整流電路有：半波整流半波整流全波整流全波整流橋式整流橋式整流工頻：工頻：指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位赫茲（指工業(yè)上用的交流電源的頻率，單位赫茲（Hz）它是電氣質(zhì)量的重要）它是電氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。工頻一般指市電的頻率指標(biāo)之一。工頻一般指市電的頻率,在我國(guó)是在我國(guó)是50Hz

6、,其他國(guó)家也有其他國(guó)家也有60Hz的的 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-25 整流器整流器整流器整流器是把是把交流電交流電（AC）轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為直流電（直流電（DC）裝置的總稱(chēng)裝置的總稱(chēng)。 它它有兩個(gè)主要功能有兩個(gè)主要功能將交流電（將交流電（AC）變成直流電）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后，經(jīng)濾波后供給負(fù)載供給負(fù)載，或者，或者供給逆供給逆變器變器；給蓄電池提供充電電壓給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。 通信整流技術(shù)的發(fā)展通信整流技術(shù)的發(fā)展 20世紀(jì)世紀(jì)50年代末年代末的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流的飽和電抗器控制的穩(wěn)壓穩(wěn)流硒整流

7、器硒整流器 20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代的硅二極管取代硒整流片的穩(wěn)壓穩(wěn)流的硅二極管取代硒整流片的穩(wěn)壓穩(wěn)流硅整流器硅整流器 20世紀(jì)世紀(jì)60年代末年代末70年代初年代初穩(wěn)壓穩(wěn)流穩(wěn)壓穩(wěn)流可控硅整流器可控硅整流器， 20世紀(jì)世紀(jì)80年代末年代末90年代初年代初的的高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器 通信用整流設(shè)備經(jīng)歷了幾代變革。通信用整流設(shè)備經(jīng)歷了幾代變革。90年代以后，隨著年代以后，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、功率半導(dǎo)體技術(shù)功率半導(dǎo)體技術(shù)和和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，的飛速發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流高頻開(kāi)關(guān)整流器產(chǎn)品也越來(lái)越成熟，性?xún)r(jià)比逐步提升器產(chǎn)品也越來(lái)越成熟，性?xún)r(jià)比逐步提

8、升，目前已經(jīng)逐步取代了可控硅整流，目前已經(jīng)逐步取代了可控硅整流器，并且還在不斷地朝著高頻化、高效率、大功率、小型智能化、清潔環(huán)器，并且還在不斷地朝著高頻化、高效率、大功率、小型智能化、清潔環(huán)保的方向發(fā)展。保的方向發(fā)展。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-26 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源（穩(wěn)壓電源（stabilized voltage supply）是能是能為負(fù)載提供為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源穩(wěn)定交流電源或或穩(wěn)定直流電源穩(wěn)定直流電源的電子裝置的電子裝置。包括以下兩大類(lèi)。包括以下兩大類(lèi) 交流穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史 1955年年美國(guó)的

9、科學(xué)家美國(guó)的科學(xué)家羅那（羅那（G.H.Royer）首先研制成功了首先研制成功了利用磁芯的飽利用磁芯的飽和和來(lái)進(jìn)行來(lái)進(jìn)行自激振蕩自激振蕩的的晶體管直流變換器晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來(lái)，從而取代了早期采用的的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來(lái)，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)和和機(jī)械振子式機(jī)械振子式換流設(shè)備換流設(shè)備。由于晶體由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在管直流變換器中的功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電，所以由此而

10、制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開(kāi)關(guān)速度較高、功率較大的晶體管不能制作出耐壓高、開(kāi)關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以，所以這個(gè)時(shí)期的這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-27 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)

11、展，年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此從此直流變換器直流變換器就可以直接由就可以直接由市電經(jīng)市電經(jīng)整流整流、濾波后輸入、濾波后輸入，不再需要工頻變不再需要工頻變壓器降壓了壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)電源頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使。省掉了工頻變壓器，又使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕和重量大為減小，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。 20世紀(jì)世紀(jì)7

12、0年代以后，年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開(kāi)關(guān)二極管、開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來(lái)頻電容、開(kāi)關(guān)二極管、開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來(lái)，使使無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用于，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無(wú)工頻變壓器無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。 穩(wěn)壓電源的主要功能穩(wěn)壓電源的主要功能 穩(wěn)定電壓

13、穩(wěn)定電壓當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬間波動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓電源會(huì)以當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬間波動(dòng)時(shí)，穩(wěn)壓電源會(huì)以10-30ms的響應(yīng)速度對(duì)電的響應(yīng)速度對(duì)電壓幅值進(jìn)行補(bǔ)償，使其穩(wěn)定在壓幅值進(jìn)行補(bǔ)償，使其穩(wěn)定在2%以?xún)?nèi)。以?xún)?nèi)。 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-28多功能綜合保護(hù)多功能綜合保護(hù)穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應(yīng)具有過(guò)壓保護(hù)（超過(guò)輸穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應(yīng)具有過(guò)壓保護(hù)（超過(guò)輸出電壓的出電壓的+10%）、欠壓保護(hù)（低于輸出電壓的）、欠壓保護(hù)（低于輸出電壓的-10%）、缺相保護(hù)）、缺相保護(hù)、短路過(guò)載保護(hù)最基本的保護(hù)功能。、短路過(guò)載保護(hù)最基本的保護(hù)功能。尖脈沖抑制（可選）尖脈沖抑制（

14、可選）電網(wǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會(huì)擊穿耐壓較低的電網(wǎng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會(huì)擊穿耐壓較低的電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠?qū)@樣的尖脈沖起到很好的抑電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠?qū)@樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。制作用。隔離傳導(dǎo)性隔離傳導(dǎo)性EMI電磁干擾（可選）電磁干擾（可選）數(shù)控設(shè)備多采用數(shù)控設(shè)備多采用AC/DC整流整流+PFC高頻功率因數(shù)校正，自身有一定的高頻功率因數(shù)校正，自身有一定的干擾性同時(shí)對(duì)干擾源也有嚴(yán)格要求。穩(wěn)壓電源的濾波組件能夠有效隔干擾性同時(shí)對(duì)干擾源也有嚴(yán)格要求。穩(wěn)壓電源的濾波組件能夠有效隔離電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的干擾同時(shí)也能有效隔離設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的

15、干擾。離電網(wǎng)對(duì)設(shè)備的干擾同時(shí)也能有效隔離設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的干擾。防雷（可選）防雷（可選）應(yīng)具有的防雷擊能力。應(yīng)具有的防雷擊能力。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-29 穩(wěn)壓電源的種類(lèi)穩(wěn)壓電源的種類(lèi)目前，通信和其他電子設(shè)備采用的穩(wěn)壓電源主要有目前，通信和其他電子設(shè)備采用的穩(wěn)壓電源主要有線(xiàn)性穩(wěn)壓電源線(xiàn)性穩(wěn)壓電源 線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中，線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元件調(diào)整元件串聯(lián)在串聯(lián)在負(fù)載回路中負(fù)載回路中，其作用就像一只其作用就像一只可變電阻可變電阻，輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，串聯(lián)調(diào)整元件的壓降改變，串聯(lián)調(diào)整元件的壓降改變，從而使輸出電壓穩(wěn)定不變從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。當(dāng)輸入電壓過(guò)高時(shí)，串

16、聯(lián)調(diào)整管的功。當(dāng)輸入電壓過(guò)高時(shí)，串聯(lián)調(diào)整管的功耗很大，因此效率很低。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)范圍為耗很大，因此效率很低。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)范圍為20 %時(shí)，時(shí)，5 V穩(wěn)壓器的典型效率只有穩(wěn)壓器的典型效率只有35%，輸入電壓波動(dòng)范圍小于，輸入電壓波動(dòng)范圍小于16%時(shí)時(shí)， 典型效率也只能達(dá)到典型效率也只能達(dá)到50%。 線(xiàn)性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋線(xiàn)性穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓精度較高，輸出紋波電壓也較低。近年來(lái)，推出的低壓差波電壓也較低。近年來(lái)，推出的低壓差(輸入和輸出電壓之差很低輸入和輸出電壓之差很低的的)線(xiàn)性穩(wěn)壓器，不僅具有線(xiàn)性穩(wěn)壓器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且效率也有線(xiàn)性穩(wěn)壓器，

17、不僅具有線(xiàn)性穩(wěn)壓器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且效率也有明顯提高，目前已廣泛應(yīng)用于小功率低電壓的電子設(shè)備中。明顯提高，目前已廣泛應(yīng)用于小功率低電壓的電子設(shè)備中。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-210相控型穩(wěn)壓電源相控型穩(wěn)壓電源 相控型穩(wěn)壓電源的基本工作原理是：相控型穩(wěn)壓電源的基本工作原理是：當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)， 改變晶閘管的導(dǎo)通角改變晶閘管的導(dǎo)通角，可使輸出電壓穩(wěn)定不變可使輸出電壓穩(wěn)定不變。與線(xiàn)性穩(wěn)壓電源。與線(xiàn)性穩(wěn)壓電源相比，相比，由于調(diào)整元件由于調(diào)整元件(晶閘管晶閘管)工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以功耗較小功耗較小， 效率也較高效率也較高，通常可達(dá)到，通

18、?？蛇_(dá)到70%。要求輸入和輸出隔離時(shí)，相控型。要求輸入和輸出隔離時(shí)，相控型穩(wěn)壓電源的輸入端必須加入工頻變壓器。穩(wěn)壓電源的輸入端必須加入工頻變壓器。由于工作頻率很低由于工作頻率很低(50 Hz)，所以變壓器的體積和重量都很大，所以變壓器的體積和重量都很大，同時(shí)輸出端的濾波電感和，同時(shí)輸出端的濾波電感和濾波電容的體積和重量也很大。濾波電容的體積和重量也很大。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路在開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中，在開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)調(diào)整管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸入輸入電電壓壓或或負(fù)載負(fù)載變化變化時(shí)，時(shí)，改變控制信號(hào)改變控制信號(hào)的的脈沖寬度脈沖寬度，就可改變，就可改變調(diào)整管調(diào)整管的的導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)

19、通時(shí)間，從而使輸出電壓穩(wěn)定不變從而使輸出電壓穩(wěn)定不變。調(diào)整管。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，兩端的壓降接近于零，導(dǎo)通功耗很??；調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，兩端的壓降接近于零，導(dǎo)通功耗很??；調(diào)整管關(guān)斷時(shí)，流過(guò)的電流基本上為零，關(guān)斷功耗非常小，因關(guān)斷時(shí)，流過(guò)的電流基本上為零，關(guān)斷功耗非常小，因此開(kāi)關(guān)型電源的效率很高。此開(kāi)關(guān)型電源的效率很高。目前通信用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率已達(dá)到目前通信用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率已達(dá)到90%以上。以上。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-211 整流和濾波電路整流和濾波電路1. 電路組成電路組成單相橋式整流電路如圖單相橋式整流電路如圖3.1（a）所示，圖）所示，圖3.1（b） 是其簡(jiǎn)化電路。是其

20、簡(jiǎn)化電路。 （a） 電路原理圖電路原理圖 （b）電路簡(jiǎn)化圖）電路簡(jiǎn)化圖 圖圖3.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-212濾波電路濾波電路濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用。濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用。電容濾波的特點(diǎn)電容濾波的特點(diǎn) (1) 濾波后的輸出電壓濾波后的輸出電壓中直流分量中直流分量提高提高了，交流分量降了，交流分量降低了。低了。 (2) 電容濾波電容濾波適用于負(fù)載電流較小適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 (3) 存在存在浪涌電流浪涌電流?？稍凇？稍谡鞫O管兩端并接一只整流二極管兩端并接一只0

21、.01F的電容器的電容器來(lái)防止浪涌電流燒壞整流二極管。來(lái)防止浪涌電流燒壞整流二極管。 (4) RL C值的改變可以值的改變可以影響輸出直流電壓影響輸出直流電壓的大小。的大小。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-213 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.2所示所示圖圖3.2 并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路l其穩(wěn)壓過(guò)程分述如下：其穩(wěn)壓過(guò)程分述如下：當(dāng)交流電網(wǎng)波動(dòng)而當(dāng)交流電網(wǎng)波動(dòng)而RL未變動(dòng)時(shí)，若電網(wǎng)電壓未變動(dòng)時(shí)，若電網(wǎng)電壓上升，則：上升，則：UiULIZIURUL當(dāng)電網(wǎng)未波動(dòng)而負(fù)載當(dāng)電網(wǎng)未波動(dòng)而負(fù)載RL變動(dòng)時(shí)，若變動(dòng)時(shí)，若RL 減小

22、減小，則，則ILIURULIZIURUL并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但，但受穩(wěn)壓管最大電流限制受穩(wěn)壓管最大電流限制，又，又不能任意調(diào)節(jié)不能任意調(diào)節(jié)輸出電壓輸出電壓，所以，所以只適用于只適用于輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負(fù)載電流小，要求不甚高輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負(fù)載電流小，要求不甚高的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-214T T1 1T T2 2T T3 3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3.3所示。該電路由四部分組成。所示。該電路由四部分組成。圖圖3.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路l (1) 采樣單元采樣單元采樣單元有采樣單元

23、有R1、R2、和、和RP組組成，與負(fù)載成，與負(fù)載RL并聯(lián)，通過(guò)它可并聯(lián)，通過(guò)它可以反映輸出電壓以反映輸出電壓Uo的變化。的變化。l (2) 基準(zhǔn)單元基準(zhǔn)單元基準(zhǔn)單元由限流電阻基準(zhǔn)單元由限流電阻R3與與穩(wěn)穩(wěn)壓管壓管T3組成組成l（3）放大單元）放大單元l 放大單元由放大單元由三極管三極管T2組成。組成。l（4）調(diào)整單元）調(diào)整單元調(diào)整單元由三極管調(diào)整單元由三極管T1組成組成，它是，它是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。T1必必須選擇大功率三極管須選擇大功率三極管 。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-2152. 工作原理工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的的自動(dòng)穩(wěn)壓過(guò)

24、程自動(dòng)穩(wěn)壓過(guò)程按按電網(wǎng)波動(dòng)電網(wǎng)波動(dòng)和和負(fù)載電阻負(fù)載電阻變動(dòng)變動(dòng)兩種情況分述如下：兩種情況分述如下：UiUoUfUBE2IB2IC2UCE2 UBE1IB1UCE1UoRLUoUfUBE2IB2IC2UCE2 UBE1IB1UCE1Uo 當(dāng)當(dāng)Ui或或RL 時(shí)的調(diào)整過(guò)程與上述相反。時(shí)的調(diào)整過(guò)程與上述相反。由上分析可知，這是一個(gè)由上分析可知，這是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)負(fù)反饋系統(tǒng)。正。正因?yàn)殡娐穬?nèi)有因?yàn)殡娐穬?nèi)有深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-216 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器 目前，目前，集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓

25、器已達(dá)已達(dá)百余種百余種，并且成為，并且成為模擬集成電路模擬集成電路的的一個(gè)重要一個(gè)重要分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調(diào)試方便，分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調(diào)試方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用十分廣泛可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用十分廣泛集成穩(wěn)壓器有集成穩(wěn)壓器有三端三端及及多端多端兩種外部結(jié)構(gòu)形式。兩種外部結(jié)構(gòu)形式。輸出電壓輸出電壓有可有可調(diào)調(diào)和和固定固定兩種形式兩種形式：固定式輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值，使用時(shí)不能再調(diào)節(jié)；固定式輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值，使用時(shí)不能再調(diào)節(jié)；可調(diào)式可通過(guò)外接元件，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓?？烧{(diào)式可通過(guò)外接元件，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。

26、此外，還有輸出正電壓和輸出負(fù)電壓的集成穩(wěn)壓器。此外，還有輸出正電壓和輸出負(fù)電壓的集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。常用的型穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。常用的型號(hào)有號(hào)有W78系列系列W79系列系列W317系列系列W337系列。系列。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-217 高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器 開(kāi)關(guān)整流器開(kāi)關(guān)整流器是是電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)中中最重要的部分最重要的部分，它的，它的技術(shù)是否先進(jìn)技術(shù)是否先進(jìn)，關(guān)系著開(kāi)關(guān)，關(guān)系著開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的功能和可靠性。因此，一些自主開(kāi)發(fā)的廠(chǎng)商很注重電源系統(tǒng)的功能和可靠性。因此，一些自主開(kāi)發(fā)的廠(chǎng)商很注重開(kāi)關(guān)整流器開(kāi)

27、關(guān)整流器技術(shù)性能技術(shù)性能的改進(jìn)，其目的是使開(kāi)關(guān)整流器的的改進(jìn)，其目的是使開(kāi)關(guān)整流器的可靠性可靠性和和效率效率得到很大提高，得到很大提高，使其使其成本成本和和高頻電磁干擾高頻電磁干擾降低。降低。 高頻開(kāi)關(guān)整流器的發(fā)展高頻開(kāi)關(guān)整流器的發(fā)展可靠性的提升可靠性的提升 可靠性是電源系統(tǒng)一個(gè)永恒的課題可靠性是電源系統(tǒng)一個(gè)永恒的課題，隨著，隨著集成技術(shù)的發(fā)展成熟集成技術(shù)的發(fā)展成熟，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的趨于合理，的趨于合理，高頻開(kāi)關(guān)電源采用的元器件的數(shù)量大大減少高頻開(kāi)關(guān)電源采用的元器件的數(shù)量大大減少，電解電容電解電容、光光耦合器耦合器及及風(fēng)扇風(fēng)扇等等決定電源壽命的器件決定電源壽命的器件質(zhì)量也得到提高質(zhì)量也得到

28、提高，以及增加了各種保，以及增加了各種保護(hù)功能，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的護(hù)功能，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）延長(zhǎng)，從而提高（平均無(wú)故障時(shí)間）延長(zhǎng)，從而提高了可靠性。了可靠性。穩(wěn)定性的提高穩(wěn)定性的提高 穩(wěn)定高質(zhì)量的直流電輸出是衡量整流器的一個(gè)重要的指標(biāo)穩(wěn)定高質(zhì)量的直流電輸出是衡量整流器的一個(gè)重要的指標(biāo)。高頻化以及高高頻化以及高性能、高增益控制電路的采用性能、高增益控制電路的采用，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的穩(wěn)壓精度大大提高使高頻開(kāi)關(guān)整流器的穩(wěn)壓精度大大提高，各種各種濾波電路的應(yīng)用使得輸出雜音減小濾波電路的應(yīng)用使得輸出雜音減小，其，其供電質(zhì)量較供電質(zhì)量較相控整流器相控整流器有了明有了明顯的提高顯的

29、提高。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-218小型化小型化小型化是高頻開(kāi)關(guān)整流器相比傳統(tǒng)相控整流器的一大優(yōu)勢(shì)小型化是高頻開(kāi)關(guān)整流器相比傳統(tǒng)相控整流器的一大優(yōu)勢(shì)。由于。由于變壓器變壓器工作頻率的提高工作頻率的提高以及以及集成電路集成電路的大量使用的大量使用，使得高頻開(kāi)關(guān)，使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的體積大大縮小。整流器的體積大大縮小。有些高頻開(kāi)關(guān)整流器內(nèi)部有有些高頻開(kāi)關(guān)整流器內(nèi)部有CPU，有些，有些沒(méi)有。但沒(méi)有。但對(duì)于整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)而言，都設(shè)有監(jiān)控模塊對(duì)于整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)而言，都設(shè)有監(jiān)控模塊，采用智，采用智能化管理，可與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。能化管理，可與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。高效

30、率高效率高效率也是高頻開(kāi)關(guān)整流器發(fā)展的趨勢(shì)高效率也是高頻開(kāi)關(guān)整流器發(fā)展的趨勢(shì)。功率器件功率器件生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，步，其功耗減小其功耗減??；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得開(kāi)關(guān)整流器設(shè)計(jì)拓?fù)浜蛥ⅲ挥?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得開(kāi)關(guān)整流器設(shè)計(jì)拓?fù)浜蛥?shù)趨于合理，即所謂的數(shù)趨于合理，即所謂的最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和和最佳工況最佳工況；功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)的采用，的采用，使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的效率大大提高使得高頻開(kāi)關(guān)整流器的效率大大提高。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-219 高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn) 重量輕、體積小重量輕、體積小與相控電源相比較，在輸出相同功率的情況下，體積及重量減小很

31、多與相控電源相比較，在輸出相同功率的情況下，體積及重量減小很多 節(jié)能高效節(jié)能高效一般效率在一般效率在90左右。左右。 功率因數(shù)高功率因數(shù)高當(dāng)配有有源功率因數(shù)校正電路時(shí)，其功率因數(shù)近似為當(dāng)配有有源功率因數(shù)校正電路時(shí)，其功率因數(shù)近似為1，且基本不受，且基本不受負(fù)載變化的影響。負(fù)載變化的影響。 穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低在常溫滿(mǎn)載情況下，其穩(wěn)壓精度都在在常溫滿(mǎn)載情況下，其穩(wěn)壓精度都在5以下。以下。 維護(hù)簡(jiǎn)單、擴(kuò)容方便維護(hù)簡(jiǎn)單、擴(kuò)容方便模塊化結(jié)構(gòu)?？稍谶\(yùn)行中更換損壞模塊，不影響通信。增減模塊方便模塊化結(jié)構(gòu)?？稍谶\(yùn)行中更換損壞模塊，不影響通信。增減模塊方便 智能化程度較高智能化程度較高

32、有有CPU和計(jì)算機(jī)通信接口，便于集中監(jiān)控，無(wú)人值守。和計(jì)算機(jī)通信接口，便于集中監(jiān)控，無(wú)人值守。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-220高頻開(kāi)關(guān)整流器目前需要解決的問(wèn)題高頻開(kāi)關(guān)整流器目前需要解決的問(wèn)題 解決高頻化與噪聲的矛盾問(wèn)題解決高頻化與噪聲的矛盾問(wèn)題。 提高工作頻率提高工作頻率能使能使動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，這對(duì)于更快，這對(duì)于配合高速微處理器配合高速微處理器工作工作是必須的，也是是必須的，也是減小體積的重要途徑減小體積的重要途徑。損耗增加，同時(shí)增加了更。損耗增加，同時(shí)增加了更多的高頻噪聲，這些噪聲既對(duì)整流器自身工作會(huì)帶來(lái)影響，也會(huì)多的高頻噪聲，這些噪聲既對(duì)整流器自身工作會(huì)帶來(lái)影響，

33、也會(huì)使得其他電子設(shè)備受到干擾。使得其他電子設(shè)備受到干擾。 如何進(jìn)一步提高效率，提高功率密度如何進(jìn)一步提高效率，提高功率密度 損耗的增加制約了整機(jī)效率的提高；額外的噪聲也必須增加更多損耗的增加制約了整機(jī)效率的提高；額外的噪聲也必須增加更多的噪聲抑止電路，也就加大了整流器的復(fù)雜性和體積，使得整流的噪聲抑止電路，也就加大了整流器的復(fù)雜性和體積，使得整流器的器的可靠性可靠性和和功率密度功率密度下降下降 開(kāi)發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機(jī)的可靠性開(kāi)發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機(jī)的可靠性 高性能碳化硅半導(dǎo)體器件高性能碳化硅半導(dǎo)體器件 、高頻磁性元件和大容量高壽命的電容、高

34、頻磁性元件和大容量高壽命的電容器的開(kāi)發(fā)。器的開(kāi)發(fā)。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-221通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成傳統(tǒng)的晶閘管相控整流器傳統(tǒng)的晶閘管相控整流器工作頻率低工作頻率低，要求，要求變壓器變壓器和和濾波元件濾波元件的的體積大體積大，重量大和耗能高，重量大和耗能高，隨著大功率器件和微電子技術(shù)的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整隨著大功率器件和微電子技術(shù)的發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)整流器已逐漸取代晶閘管相控整流器流器已逐漸取代晶閘管相控整流器。高頻開(kāi)關(guān)整流器組成高頻開(kāi)關(guān)整流器組成高頻開(kāi)關(guān)整流器也稱(chēng)為無(wú)工頻變壓器整流器，主要由高頻開(kāi)關(guān)整流器也稱(chēng)為無(wú)工頻變壓器整流器，主要由主電路主電路、

35、輔助電路輔助電路和和控控制電路制電路三部分三部分組成，如圖組成，如圖3-4所示所示 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-222 主電路主電路 高頻開(kāi)關(guān)整流器的主電路如圖高頻開(kāi)關(guān)整流器的主電路如圖3-4所示，包括所示，包括交流濾波交流濾波、整流整流、功率功率因數(shù)校正因數(shù)校正、直流直流-直流（直流（DC-DC）變換）變換、直流濾波直流濾波等。等。 交流濾波：交流濾波：交流濾波處于交流濾波處于整流模塊的輸入端口整流模塊的輸入端口，這一部分包含，這一部分包含低低通濾波通濾波、浪涌抑制浪涌抑制等電路等電路 整流電路一般整流電路一般采用無(wú)采用無(wú)工頻工頻變壓器變壓器單相或三相橋式硅整流電路，它單相

36、或三相橋式硅整流電路，它把單相或三相交流電變?yōu)橹绷麟?，并向功率因?shù)校正電路提供穩(wěn)把單相或三相交流電變?yōu)橹绷麟姡⑾蚬β室驍?shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源定的直流電源 功率因數(shù)校正電路功率因數(shù)校正電路：為了：為了消除消除由由整流電路引起整流電路引起的的諧波電流諧波電流污染電污染電網(wǎng)網(wǎng)和和減小無(wú)功損耗減小無(wú)功損耗，必須用功率因數(shù)校正電路提升功率因數(shù)。，必須用功率因數(shù)校正電路提升功率因數(shù)。 直流直流-直流變換電路：直流變換電路：由由逆變逆變和和高頻整流高頻整流兩部分組成，兩部分組成，逆變部分將逆變部分將直流高壓變換為高頻低壓直流高壓變換為高頻低壓。高頻整流部分將高頻電壓變換為電信高頻整流部分將高頻電壓變

37、換為電信設(shè)備所需要的直流低壓設(shè)備所需要的直流低壓（-48，-24V）。直流）。直流-直流變換電一般采直流變換電一般采用用PWM方式控制。方式控制。 直流濾波直流濾波：濾除高頻開(kāi)關(guān)整流器輸出側(cè)的尖峰和雜波等噪聲電壓：濾除高頻開(kāi)關(guān)整流器輸出側(cè)的尖峰和雜波等噪聲電壓 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-223控制電路控制電路除主電路這外的其它電路都可稱(chēng)之為控制電路，它包括除主電路這外的其它電路都可稱(chēng)之為控制電路，它包括 檢測(cè)放大電路檢測(cè)放大電路 U/W（電壓（電壓/脈寬）轉(zhuǎn)換電路或脈寬）轉(zhuǎn)換電路或U/f（電壓（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換電路頻率）轉(zhuǎn)換電路 時(shí)鐘振蕩器（或恒頻脈沖發(fā)生器）時(shí)鐘振蕩器（或

38、恒頻脈沖發(fā)生器） 驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路控制電路應(yīng)為功率開(kāi)關(guān)管控制電路應(yīng)為功率開(kāi)關(guān)管激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào)，應(yīng)能，應(yīng)能將主電路輸出電壓的將主電路輸出電壓的微小變化微小變化轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成脈寬或頻率變化脈寬或頻率變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的目，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的目的。負(fù)載發(fā)生短路或過(guò)流時(shí)的。負(fù)載發(fā)生短路或過(guò)流時(shí)應(yīng)有保護(hù)功能應(yīng)有保護(hù)功能，輔助電源輔助電源為為控制電控制電路提供必要的能源路提供必要的能源。輔助電源輔助電源輔助電源提供高頻開(kāi)關(guān)整流器中輔助電源提供高頻開(kāi)關(guān)整流器中控制電路控制電路等部分的等部分的直流電源電直流電源電壓壓，通常采用單端反激變換器。，通常采用單端反激變換器。 第第3章

39、章 整流與變換整流與變換2022-5-224 高頻變換原理高頻變換原理 高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作原理是高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作原理是市電直接由二極管整流后市電直接由二極管整流后，經(jīng)，經(jīng)功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正電路電路，功率變換電路功率變換電路，把，把直流電源直流電源變換成變換成高頻率的交流電流高頻率的交流電流，再，再經(jīng)高頻整經(jīng)高頻整流流成成電信設(shè)備需要的低電壓直流電源電信設(shè)備需要的低電壓直流電源。 采用高頻變換技術(shù)減小變壓器體積可以認(rèn)為是高頻開(kāi)關(guān)整流器的核心技術(shù)采用高頻變換技術(shù)減小變壓器體積可以認(rèn)為是高頻開(kāi)關(guān)整流器的核心技術(shù) 高頻開(kāi)關(guān)整流器的分類(lèi)高頻開(kāi)關(guān)整流器的分類(lèi) 按調(diào)制方式分：按調(diào)制方式分： 有脈

40、沖寬度調(diào)制（有脈沖寬度調(diào)制（PWM） 脈沖頻率調(diào)制（脈沖頻率調(diào)制（PFM） 混合調(diào)制混合調(diào)制 按采用的開(kāi)關(guān)技術(shù)分：按采用的開(kāi)關(guān)技術(shù)分： 硬開(kāi)關(guān)硬開(kāi)關(guān) 工作在電流不為零時(shí)的強(qiáng)迫關(guān)斷，和電壓不為零時(shí)的強(qiáng)迫導(dǎo)通工作在電流不為零時(shí)的強(qiáng)迫關(guān)斷，和電壓不為零時(shí)的強(qiáng)迫導(dǎo)通 軟開(kāi)關(guān)軟開(kāi)關(guān) 工作在零電流關(guān)斷和零電壓導(dǎo)通狀態(tài)工作在零電流關(guān)斷和零電壓導(dǎo)通狀態(tài) 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-225按主電路結(jié)構(gòu)分為按主電路結(jié)構(gòu)分為諧振型諧振型 諧振型整流器是諧振型整流器是采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的的 。開(kāi)關(guān)損耗小，工作頻率。開(kāi)關(guān)損耗小，工作頻率高，可達(dá)高，可達(dá)10MHz以上以上 非諧振型非諧

41、振型 采用采用硬開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)硬開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì) 。開(kāi)關(guān)頻率不能太高開(kāi)關(guān)頻率不能太高。但其電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)。但其電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟單，技術(shù)比較成熟 按交流電的輸入類(lèi)型分為：按交流電的輸入類(lèi)型分為：?jiǎn)蜗鄦蜗嗳嗳喟醋儞Q器的級(jí)數(shù)（按變換器的級(jí)數(shù)（Stage）分為：）分為：?jiǎn)渭?jí)（單級(jí)（Single stage）雙級(jí)（雙級(jí)（Two stage）第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-2263.2 3.2 高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)整流器主要技術(shù) 3.2.1 高頻開(kāi)關(guān)元件高頻開(kāi)關(guān)元件 在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，在高頻開(kāi)關(guān)整流器中，功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路是其主要組成部分，是其主要組成部分，高頻

42、開(kāi)關(guān)高頻開(kāi)關(guān)整流器的整流器的工作頻率工作頻率實(shí)際上就是實(shí)際上就是功率轉(zhuǎn)換電路的功率轉(zhuǎn)換電路的工作頻率工作頻率，它，它取決于取決于開(kāi)關(guān)管的工作頻率開(kāi)關(guān)管的工作頻率。所以功率轉(zhuǎn)換電路中高頻開(kāi)關(guān)管性能的高低（。所以功率轉(zhuǎn)換電路中高頻開(kāi)關(guān)管性能的高低（比如開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷速度、開(kāi)關(guān)壓降損耗等等）在整流器中起著比如開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷速度、開(kāi)關(guān)壓降損耗等等）在整流器中起著至關(guān)重要的作用至關(guān)重要的作用 。目前目前高頻開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器采用的采用的高頻功率開(kāi)關(guān)器件高頻功率開(kāi)關(guān)器件通常有：通常有：功率場(chǎng)控晶體管（功率場(chǎng)控晶體管（MOSFET）絕緣門(mén)極晶體管（絕緣門(mén)極晶體管（IGBT）兩者混合管兩者混合管功率

43、集成器件等等功率集成器件等等第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-227功率場(chǎng)控晶體管功率場(chǎng)控晶體管（功率（功率MOSFET）功率功率MOSFET是一種是一種單極型電壓控制器件單極型電壓控制器件，其，其優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是具有是具有驅(qū)動(dòng)功率小驅(qū)動(dòng)功率小、工作速度高工作速度高、無(wú)二次擊穿無(wú)二次擊穿和和安全區(qū)寬安全區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。功率功率MOSFET結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)采用采用垂直導(dǎo)電溝道垂直導(dǎo)電溝道，并，并將許多小單元功率將許多小單元功率MOSFET管芯并聯(lián)管芯并聯(lián)集成，故集成，故可增大可增大漏極電流漏極電流和和功率功率。用大規(guī)模集成電路工藝用大規(guī)模集成電路工藝將管芯并聯(lián)構(gòu)成將管芯并聯(lián)構(gòu)成的可稱(chēng)為的可稱(chēng)為

44、VVMOSFET將將VVMOSFET的的V型槽尖頂削去型槽尖頂削去的稱(chēng)為的稱(chēng)為VUMOSFET采用雙重?cái)U(kuò)期工藝制成的具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散采用雙重?cái)U(kuò)期工藝制成的具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散VDMOSFET 圖圖3-5 VMOS管的結(jié)構(gòu)管的結(jié)構(gòu) 圖圖3-6 MOS管的符號(hào)管的符號(hào)第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-228功率功率MOSFET的工作原理的工作原理當(dāng)在當(dāng)在NMOS管的管的柵極是加正電壓柵極是加正電壓，則，則氧化膜下氧化膜下P型層型層兩邊表面兩邊表面感感應(yīng)出負(fù)電荷應(yīng)出負(fù)電荷，而，而形成形成N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道，同時(shí)在，同時(shí)在漏極兩極間加上正電漏極兩極間加上正電壓壓，電子從源極通過(guò)兩個(gè)溝道

45、，電子從源極通過(guò)兩個(gè)溝道，N-外延層，外延層，N+基片到達(dá)漏極，基片到達(dá)漏極，NMOS管電路原理如圖管電路原理如圖3-7所示所示 圖圖3-7 NMOS管原理圖管原理圖第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-229 功率功率MOSFET的特性的特性 功率功率MOSFET管的主要性能指標(biāo)用電壓、電流和工作頻率來(lái)衡量。管的主要性能指標(biāo)用電壓、電流和工作頻率來(lái)衡量。 電流與電壓電流與電壓功率功率MOSFET電流以最大漏電流為指標(biāo)（電流以最大漏電流為指標(biāo)（IDMAX）。它表示功）。它表示功率率MOSFET工作在飽和狀態(tài)下的漏極電流量，或某工作在飽和狀態(tài)下的漏極電流量，或某VGS輸出特性輸出特性曲線(xiàn)

46、平坦區(qū)域的電流值，決定曲線(xiàn)平坦區(qū)域的電流值，決定IDMAX的主要因素為單位管芯面的主要因素為單位管芯面積的溝道寬度，溝道寬度達(dá)則積的溝道寬度，溝道寬度達(dá)則IDMAX值大。值大。 工作頻率工作頻率工作頻率通常為工作頻率通常為30kHz100kHz 。 功率功率MOSFET的特點(diǎn)的特點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，功率增益高，是一種驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，功率增益高，是一種電壓控制器件電壓控制器件。開(kāi)。開(kāi)關(guān)速度快，不需要加反向偏置。關(guān)速度快，不需要加反向偏置。 多個(gè)管子可并聯(lián)工作多個(gè)管子可并聯(lián)工作，導(dǎo)通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動(dòng)均流能力，導(dǎo)通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動(dòng)均流能力 開(kāi)關(guān)速度受溫度影響非

47、常小開(kāi)關(guān)速度受溫度影響非常小，在高溫運(yùn)行時(shí)，不存在溫度失控現(xiàn)象，在高溫運(yùn)行時(shí)，不存在溫度失控現(xiàn)象 功率功率MOSFET無(wú)二次擊穿無(wú)二次擊穿問(wèn)題。問(wèn)題。 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-230 功率功率MOSFET使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng) 柵極電路的阻抗非常高柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞易受靜電損壞。 不能用常規(guī)電流電壓表測(cè)試不能用常規(guī)電流電壓表測(cè)試（包括萬(wàn)用表）。（包括萬(wàn)用表）。 在進(jìn)行引線(xiàn)焊接時(shí)，在進(jìn)行引線(xiàn)焊接時(shí)，操作者應(yīng)用佩帶接地的專(zhuān)用腕帶操作者應(yīng)用佩帶接地的專(zhuān)用腕帶，且工作臺(tái)與焊，且工作臺(tái)與焊接工具均應(yīng)接地，地面也應(yīng)接地。接工具均應(yīng)接地，地面也應(yīng)接地。 導(dǎo)通時(shí)電流沖擊

48、大，導(dǎo)通時(shí)電流沖擊大，易產(chǎn)生過(guò)電流易產(chǎn)生過(guò)電流。并聯(lián)工作時(shí)，。并聯(lián)工作時(shí)，易產(chǎn)生高頻震蕩易產(chǎn)生高頻震蕩 絕緣門(mén)極晶體管絕緣門(mén)極晶體管（IGBT） 絕緣門(mén)極晶體管絕緣門(mén)極晶體管又稱(chēng)又稱(chēng)門(mén)極絕緣雙極晶體管門(mén)極絕緣雙極晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT，人，人們往往們往往習(xí)慣性地稱(chēng)其為絕緣柵雙極晶體管習(xí)慣性地稱(chēng)其為絕緣柵雙極晶體管，或絕緣柵晶體管，或絕緣柵晶體管，它，它是一種是一種VMOSFET和和雙極型晶體管雙極型晶體管的的復(fù)合器件復(fù)合器件。 增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型溝道IGBT的簡(jiǎn)化等效電路如圖的簡(jiǎn)化等效電路如圖3-8（a）所示。該）所示。該結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)增強(qiáng)型溝道相當(dāng)于一個(gè)增強(qiáng)型溝道VMOSFET驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)

49、PNP晶體管晶體管，其圖形符號(hào)及工作電壓極性和電流方向，如圖其圖形符號(hào)及工作電壓極性和電流方向，如圖3-5所示，圖所示，圖（b）為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)。為門(mén)極，習(xí)慣上常稱(chēng)柵極，）為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)。為門(mén)極，習(xí)慣上常稱(chēng)柵極，為集電極，為發(fā)射極。為集電極，為發(fā)射極。 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-231 IGBT具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)： IGBT從輸入端看，類(lèi)似于從輸入端看，類(lèi)似于VMOSFET，IGBT的的導(dǎo)通導(dǎo)通和和關(guān)斷關(guān)斷由由柵極電柵極電壓壓來(lái)控制，當(dāng)柵射電壓來(lái)控制，當(dāng)柵射電壓UGE大于開(kāi)啟電壓大于開(kāi)啟電壓VGE時(shí)，時(shí)，IGBT導(dǎo)通，當(dāng)導(dǎo)通，當(dāng)柵射電壓小于開(kāi)啟電壓時(shí)，柵射電壓

50、小于開(kāi)啟電壓時(shí)，IGBT截止。截止。 IGBT從輸出端看從輸出端看，類(lèi)似于雙極型晶體管類(lèi)似于雙極型晶體管，導(dǎo)通壓降小，飽和壓降一，導(dǎo)通壓降小，飽和壓降一般在般在24V之間，故導(dǎo)通損耗小。此外，之間，故導(dǎo)通損耗小。此外，IGBT能夠做得比能夠做得比VMOSFET耐壓更高，電流容量更大耐壓更高，電流容量更大。 IGBT的的開(kāi)關(guān)速度開(kāi)關(guān)速度在在VMOSFET與雙極型晶體管之間。與雙極型晶體管之間。 IGBT存在擎住效應(yīng)。存在擎住效應(yīng)。 光耦驅(qū)動(dòng)電路光耦驅(qū)動(dòng)電路 常用的光耦合器常用的光耦合器 發(fā)光二極管晶體管發(fā)光二極管晶體管發(fā)光二極管發(fā)光二極管晶體管型晶體管型光耦合器光耦合器是由砷化鎵發(fā)光二極管和硅光

51、敏晶體管是由砷化鎵發(fā)光二極管和硅光敏晶體管組成組成 。 二極管二極管和晶體管放大型二極管二極管和晶體管放大型它用光敏二極管作受光器件，再用晶體管把光電流放大輸出它用光敏二極管作受光器件，再用晶體管把光電流放大輸出 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-232 常用的光耦合器常用的光耦合器 電路舉例電路舉例（TLP250驅(qū)動(dòng)電路）驅(qū)動(dòng)電路）包括光耦合器、前級(jí)放大及比較器、觸發(fā)器、功率放大器等部分包括光耦合器、前級(jí)放大及比較器、觸發(fā)器、功率放大器等部分 功率開(kāi)關(guān)二極管功率開(kāi)關(guān)二極管 由于工作頻率高，它們不能采用普通硅整流二極管，而必須由于工作頻率高，它們不能采用普通硅整流二極管，而必須采用

52、快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管或肖特基二極管等開(kāi)關(guān)采用快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管或肖特基二極管等開(kāi)關(guān)速度快的功率開(kāi)關(guān)二極管。速度快的功率開(kāi)關(guān)二極管。 二極管的開(kāi)關(guān)特性二極管的開(kāi)關(guān)特性 二極管反向恢復(fù)時(shí)間二極管反向恢復(fù)時(shí)間 二極管正向恢復(fù)時(shí)間二極管正向恢復(fù)時(shí)間 幾種快速功率二極管幾種快速功率二極管 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管 超快恢復(fù)二極管超快恢復(fù)二極管 肖特基二極管肖特基二極管第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-233 具有共模電感的抗干擾濾波器具有共模電感的抗干擾濾波器抗干擾（抗干擾（EMI）濾波器）濾波器由由電感電感、電容電容組成，用于濾除噪聲電壓。組成，用于濾除噪聲電壓。噪聲電壓

53、即干擾電壓，包括尖峰電壓、諧波電壓和雜波電壓，其噪聲電壓即干擾電壓，包括尖峰電壓、諧波電壓和雜波電壓，其頻率較高。頻率較高?？垢蓴_濾波器在起抗干擾濾波作用的時(shí)，必須能夠順利流過(guò)主電抗干擾濾波器在起抗干擾濾波作用的時(shí)，必須能夠順利流過(guò)主電路的工作電流，工作電流在抗干擾濾波器上應(yīng)不產(chǎn)生壓降。路的工作電流，工作電流在抗干擾濾波器上應(yīng)不產(chǎn)生壓降。 概念概念 線(xiàn)路上線(xiàn)路上兩線(xiàn)之間的噪聲電壓兩線(xiàn)之間的噪聲電壓稱(chēng)為稱(chēng)為差模噪聲電壓差模噪聲電壓，兩線(xiàn)共有的對(duì)地噪聲兩線(xiàn)共有的對(duì)地噪聲電壓電壓稱(chēng)為稱(chēng)為共模噪聲電壓共模噪聲電壓。電路中實(shí)際的噪聲電壓常是兩者的合成。電路中實(shí)際的噪聲電壓常是兩者的合成 通信用通信用高頻

54、開(kāi)關(guān)整流器高頻開(kāi)關(guān)整流器中，中，常用具有共模電感的抗干擾濾波器來(lái)作輸常用具有共模電感的抗干擾濾波器來(lái)作輸入濾波器入濾波器以及接在直流變換器后面的輸出濾波器。以及接在直流變換器后面的輸出濾波器。 工作原理工作原理 輸入側(cè)向輸出側(cè)傳遞的共模噪聲抑制輸入側(cè)向輸出側(cè)傳遞的共模噪聲抑制 輸出側(cè)向輸入側(cè)傳遞的反灌共模噪聲抑制輸出側(cè)向輸入側(cè)傳遞的反灌共模噪聲抑制L1與與C1能抑制能抑制 接機(jī)殼電容的電容量限制接機(jī)殼電容的電容量限制 對(duì)差模噪聲的抑制對(duì)差模噪聲的抑制 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-234共模電感共模電感共模電感共模電感為為對(duì)稱(chēng)的對(duì)稱(chēng)的兩線(xiàn)圈兩線(xiàn)圈電感電感，兩線(xiàn)圈的繞法及對(duì)應(yīng)端如

55、圖，兩線(xiàn)圈的繞法及對(duì)應(yīng)端如圖3-13所示所示通常磁芯采用有較高導(dǎo)磁率的環(huán)形鐵氧體，線(xiàn)圈匝數(shù)少，兩線(xiàn)通常磁芯采用有較高導(dǎo)磁率的環(huán)形鐵氧體，線(xiàn)圈匝數(shù)少，兩線(xiàn)圈之間有足夠的絕緣電壓。圈之間有足夠的絕緣電壓。工作回路的電流工作回路的電流iw通過(guò)兩線(xiàn)圈產(chǎn)生的兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)通過(guò)兩線(xiàn)圈產(chǎn)生的兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)iwN大小相等大小相等、方向相反，合成磁勢(shì)為零，因此不產(chǎn)生沿著磁芯閉合的工作、方向相反，合成磁勢(shì)為零，因此不產(chǎn)生沿著磁芯閉合的工作磁通，僅通過(guò)周?chē)臻g有少量漏磁通，磁路中可不設(shè)氣隙?？纱磐?，僅通過(guò)周?chē)臻g有少量漏磁通，磁路中可不設(shè)氣隙?？梢?jiàn)對(duì)工作電流而言，每個(gè)線(xiàn)圈的電感都為零。見(jiàn)對(duì)工作電流而言，每個(gè)線(xiàn)圈的電感都為零

56、。圖圖3-13共模電感共模噪聲電流共模電感共模噪聲電流i分別通過(guò)兩線(xiàn)圈（例如都分別通過(guò)兩線(xiàn)圈（例如都從同名端流入）所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相加，總磁勢(shì)為從同名端流入）所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相加，總磁勢(shì)為2Ni，共，共同產(chǎn)生沿磁芯閉合的磁通，在忽略漏感時(shí)能產(chǎn)生倍磁通。因同產(chǎn)生沿磁芯閉合的磁通，在忽略漏感時(shí)能產(chǎn)生倍磁通。因此對(duì)共模噪聲而言，兩線(xiàn)圈的互感與自感使等效電感此對(duì)共模噪聲而言，兩線(xiàn)圈的互感與自感使等效電感L1和和L2都都增大為自感的倍。增大為自感的倍。 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-235 功率因數(shù)校正電路功率因數(shù)校正電路功率因數(shù)的定義功率因數(shù)的定義功率因數(shù)（功率因數(shù)（Power Facto

57、r，PF）的定義為有功功率與視在功）的定義為有功功率與視在功率之比。整流器的功率因數(shù)為：率之比。整流器的功率因數(shù)為： coscos1RLLIUIUSPPFP為輸入有功功率為輸入有功功率；S為輸入視在功率為輸入視在功率；UL為電網(wǎng)電壓有效值為電網(wǎng)電壓有效值；IR為輸入電流有效值為輸入電流有效值；I1為輸入電流中的基波電流有效值為輸入電流中的基波電流有效值；I1/IR為為輸入電流基波因數(shù)輸入電流基波因數(shù)，COS為位移因數(shù)為位移因數(shù)，即正弦基波電流與電網(wǎng)電，即正弦基波電流與電網(wǎng)電壓相位差的余弦，又稱(chēng)相移功率因數(shù)。壓相位差的余弦，又稱(chēng)相移功率因數(shù)。由上式可知，由上式可知，整流器的功率因數(shù)整流器的功率因

58、數(shù)又可定義為又可定義為基波因數(shù)基波因數(shù)與與位移因數(shù)的乘積位移因數(shù)的乘積交流供電系統(tǒng)交流供電系統(tǒng)功率功率和和功率因素功率因素的的測(cè)量采用的儀器測(cè)量采用的儀器通常是通常是電力諧波分電力諧波分析儀析儀，如，如F41B。第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-236目前很多通信設(shè)備采用直流供電，需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)換為直流的電源目前很多通信設(shè)備采用直流供電，需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)換為直流的電源部分。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，使電力系統(tǒng)遭受部分。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，使電力系統(tǒng)遭受污染。污染。諧波電流的抑制及功率因數(shù)校正是電源設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要的課題諧波電流的抑制及功率因數(shù)校正

59、是電源設(shè)計(jì)者的一個(gè)重要的課題高次諧波及功率因數(shù)校正高次諧波及功率因數(shù)校正市電經(jīng)市電經(jīng)整流后整流后對(duì)對(duì)電容充電電容充電，其，其輸入電流波形輸入電流波形為為不連續(xù)的脈沖不連續(xù)的脈沖，如圖，如圖2所示。這種電流除了基波分量外，還含有大量的諧波，其有效值所示。這種電流除了基波分量外，還含有大量的諧波，其有效值I為為 2222123nIiiii式中：式中：I1，I2，In，分別表示輸入電流的基波分量與各次諧波分量，分別表示輸入電流的基波分量與各次諧波分量 l諧波電流諧波電流使使電力系統(tǒng)的電壓波形電力系統(tǒng)的電壓波形發(fā)生發(fā)生畸變畸變,我們將各次諧波有效值與基波我們將各次諧波有效值與基波有效值的比稱(chēng)之為總諧波

60、畸變有效值的比稱(chēng)之為總諧波畸變(THD) 。THD用來(lái)衡量電網(wǎng)的污染程度。用來(lái)衡量電網(wǎng)的污染程度。 第第3章章 整流與變換整流與變換2022-5-237脈沖狀電流使正弦電壓波形發(fā)生畸變，它對(duì)自身及同一系統(tǒng)脈沖狀電流使正弦電壓波形發(fā)生畸變，它對(duì)自身及同一系統(tǒng)的其它電子設(shè)備產(chǎn)生惡劣的影響，如的其它電子設(shè)備產(chǎn)生惡劣的影響，如引起電子設(shè)備的誤操作，如空調(diào)停止工作等；引起電子設(shè)備的誤操作，如空調(diào)停止工作等；引起電話(huà)網(wǎng)噪音；引起電話(huà)網(wǎng)噪音；引起照明設(shè)備的障礙，如熒光燈閃滅；引起照明設(shè)備的障礙，如熒光燈閃滅；造成變電站的電容，扼流圈的過(guò)熱、燒損。造成變電站的電容，扼流圈的過(guò)熱、燒損。我們知道，功率因數(shù)定義為