整流与变换设备(2)

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1、第5章整流与变换设备本章内容·通信整流技术的发展。·通信高频开关整流器的组成。·高频开关整流器主要技术。·开关电源系统简述。·开关电源系统监控单元日常操作介绍。·开关电源系统的故障处理与维护。本章重点·通信高频开关整流器的组成及原理。·开关电源系统组成及原理。本章难点·高频开关整流器主要技术中功率因数校正电路和高频开关整流器滤波电路和电磁兼容性问题。·开关电源系统的故障处理与维护。本章学时数6课时。学习本章目的和要求·掌握通信高频开关整流器的组成框图和各部分的作用，理解高频开关整流器的优点。·掌握开关电源系统各模块的组成结构及各模块的作用，理

2、解监控单元各功能单元的具体作用。·掌握高频开关整流器主要技术在整流器中的作用与地位，掌握主要功率开关器件MOSFET、IGBT特点，理解功率转换电路原理、PFC电路基本思想，理解电磁兼容性概念以及高频整流器中滤波电路的主要形式。·理解监控单元日常操作方法，了解开关电源系统的故障处理与维护的步骤方法。·了解通信用整流器发展历史及趋势。　　如果说通信电源是通信的“心脏”，那么，整流设备就是通信电源的“心脏”，其重要地位在通信电源中是不可或缺的，它的发展历史，见证了通信电源的发展史，它的技术含量的不断提高，在一定程度上也反映了当代通信电源的不断进步

3、。5.1　通信整流技术的发展概述　　我国从1963年起开始研制可控硅整流器，到1967年开始逐步普及，从而取代了电动机发电机组、硒整流器。到了20世纪80年代，为程控交换机供电的48V稳压整流器已经是可控硅整流器技术非常成熟的代表，比如DZ-Y02稳压整流器，F-150程控交换机配套整流器。20世纪80年代以后，随着功率器件的发展和集成电路技术的逐步成熟，使得开关电源的发展成为可能。高频开关电源取代传统的相控可控硅稳压电源也是历史发展的必然趋势，也顺应了通信对电源提出的要求。　　可靠性是电源系统一个永恒的课题，随着集成技术的发展成熟，结构设计

4、的趋于合理，高频开关电源采用的元器件的数量大大减少，电解电容、光耦合器及风扇等决定电源寿命的器件质量也得到提高，以及增加了各种保护功能，使高频开关整流器的MTBF（平均无故障时间）延长，从而提高了可靠性。稳定高质量的直流电输出是衡量整流器的一个重要的指标。高频化以及高性能、高增益控制电路的采用，使高频开关整流器的稳压精度大大提高，各种滤波电路的应用使得输出杂音减小，其供电质量较相控整流器有了明显的提高。　　小型化是高频开关整流器相比传统相控整流器的一大优势。由于变压器工作频率的提高以及集成电路的大量使用，使得高频开关整流器的体积大大缩小。有些

5、高频开关整流器内部有CPU，有些没有。但对于整个开关电源系统而言，都设有监控模块，采用智能化管理，可与计算机通信，实现集中监控。高效率也是高频开关整流器发展的趋势。功率器件生产技术的进步，其功耗减小；计算机辅助设计使得开关整流器设计拓扑和参数趋于合理，即所谓的最简结构和最佳工况；功率因数校正技术的采用等等，使得高频开关整流器的效率大大提高。　　高频开关整流器的特点可归纳为以下几点：　　　①重量轻、体积小。与相控电源相比较，在输出相同功率的情况下，体积及重量减小很多。适合于分散供电方式。　　　②节能高效。一般效率在90％左右。　　　③功率因数高

6、。当配有有源功率因数校正电路时，其功率因数近似为1，且基本不受负载变化的影响。　　　④稳压精度高、可闻噪音低。在常温满载情况下，其稳压精度都在5％以下。　　　⑤维护简单、扩容方便。因结构模块式，可在运行中更换模块，将损坏模块离机修理，不影响通信。在初建时，可预计终期容量机架，整流模块可根据扩容计划逐步增加。　　　⑥智能化程度较高。配有CPU和计算机通信接口，组成智能化电源设备，便于集中监控，无人值守。　　高频开关整流器也在不断改进和完善之中，目前国内外在这个领域的研究方向和有待解决的问题主要有：　　　①解决高频化与噪声的矛盾问题。提高工作频率

7、能使动态响应更快，这对于配合高速微处理器工作是必须的，也是减小体积的重要途径。但是过高的工作频率不但使得损耗增加，同时增加了更多的高频噪声，这些噪声既对整流器自身工作会带来影响，也会使得其他电子设备受到干扰。　　　②如何进一步提高效率，提高功率密度。当整流器工作频率提高到一定程度以后，就会出现过多的损耗和噪声。一方面，损耗的增加制约了整机效率的提高；另一方面，额外的噪声也必须增加更多的噪声抑止电路，也就加大了整流器的复杂性和体积，使得整流器的可靠性和功率密度下降。　　　③开发高性能的功率器件、电感、电容和变压器，提高整机的可靠性。新型高速半导

8、体器件的研究开发一直是开关电源技术发展进步的先锋，目前正在研究的高性能碳化硅半导体器件，一旦普及应用，将使开关电源技术发生革命性的变化。此外，新型高频变压器、高频磁