高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中整流模塊的功能設(shè)計(jì)

　　整流模塊是智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分， 關(guān)系到系統(tǒng)的直流電壓輸出和工作時(shí)電壓輸出的穩(wěn)定狀況。本文的設(shè)計(jì)主要是對(duì)模塊整流原理的改進(jìn)和完善， 利用無源PFC 和DC/ DC 變換器的原理， 使得改進(jìn)后的模塊能夠有效完成整流作用。

　　本文設(shè)計(jì)的整流模塊的工作原理框圖如圖2 所示，工作時(shí)， 模塊首先通過過防雷處理和濾波對(duì)輸入的三相交流進(jìn)行處理， 這樣才能保證模塊后級(jí)電路的安全； 經(jīng)過處理后的三相交流經(jīng)過整流和無源PFC 后轉(zhuǎn)換成高壓直流時(shí)， 這時(shí)轉(zhuǎn)換的高壓直流要經(jīng)過DC/ DC 變換器再次轉(zhuǎn)換成可變的直流電壓輸出； 另外模塊控制部分還有負(fù)責(zé)過壓、過流以及短路保護(hù)等作用， 這樣才能保證輸出電壓的穩(wěn)定， 也同時(shí)能對(duì)模塊各部件進(jìn)行保護(hù)。模塊還在遠(yuǎn)程監(jiān)控中提供了 四遙 （ 遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信） 接口。

圖2 整流模塊的的工作原理圖

　　即功率因數(shù)校正（ Pow er Factor Correct ion, PFC）是指有效功率與總耗電量（ 視在功率） 之間的關(guān)系， 也就是有效功率除以總耗電量（ 視在功率） 的比值。無源PFC 是指不使用晶體管等一些有源器件組成的校正電路， 一般情況下由二極管、電阻、電容和電感等無源器材組成。本文的PFC 主要是在整流橋堆和濾波電容之間加1 個(gè)電感， 具體原理如圖3 所示， 利用電感上的電流不能突變的特性來平滑電容充電強(qiáng)脈沖的波動(dòng)， 改善電路中電流的畸變，并且利用電感上的電壓超前于電流這一特性來補(bǔ)償濾波電容電流超前電壓的特性， 使功率因數(shù)和電磁干擾都得以改善。

　　這種方式只是一種簡(jiǎn)單的補(bǔ)償措施， 只能做到抑制電流瞬時(shí)突變的目的， 但電流畸變的校正及功率因數(shù)的補(bǔ)償能力都很差 。

　　DC/ DC 變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓， 這種控制具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，同時(shí)可以收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約20% ~ 30%的電能。直流斬波器不僅能起到調(diào)壓作用， 還能起到有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

圖3 無源PFC 原理圖

　　本文的DC/ DC 變換器采用雙管正激式DC/ DC 變換器， 它的原理如圖4 所示， 變壓器T 1 起隔離和變壓的作用， 在輸出端要加一個(gè)電感器L o （ 續(xù)流電感） 起能量的儲(chǔ)存及傳遞作用， 變壓器初級(jí)無再有復(fù)位繞組， 因?yàn)閂D1 , VD2 的導(dǎo)通限制了兩個(gè)調(diào)整管關(guān)斷時(shí)所承受的電壓。輸出回路需有一個(gè)整流二極管VD3 和一個(gè)續(xù)流二極管VD4 （ VD3 , VD4 最好均選用恢復(fù)時(shí)間快的整流管） 。輸出濾波電容CO 應(yīng)選擇低、大容量的電容， 這樣有利于降低紋波電壓。雙管正激式DC/ DC 變換器的工作特點(diǎn)如下：

　　（ 1） 在任何工作條件下， 為使兩個(gè)開關(guān)管所承受的電壓不會(huì)超過UIN , Ud （ UIN 為輸入電壓； Ud 為VD1 ,VD2 的正向壓降） , VD1 , VD2 必須是快恢復(fù)管， 其在實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試中恢復(fù)時(shí)間越短越好。

　?。?2） 與單端正激式DC/ DC 變換器相比， 它無須復(fù)位電路， 這有利于簡(jiǎn)化電路和變壓器的設(shè)計(jì)； 它的功率器件可選擇較低的耐壓值； 它功率等級(jí)也會(huì)很大。

　　（ 3） 兩個(gè)開關(guān)管的工作狀態(tài)一致， 會(huì)同時(shí)處于通態(tài)或斷態(tài)。所以使用在智能高頻開關(guān)電源這樣大功率等級(jí)電源中比較適合。

圖4 雙管正激式DC/ DC 變換器的電路圖

　　平滑濾波原理： 整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電， 但其中含有大量的交流成分（ 稱為紋波電壓） 。為了獲得平滑的直流電壓， 應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路， 以濾去交流部分。此時(shí)在橋式整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián)一個(gè)大電容， 采用電容濾波后使二極管得到的時(shí)間縮短， 由于電容CO 充電的瞬時(shí)電流較大， 形成了浪涌電流， 容易損壞二極管， 故在選擇二極管時(shí)， 必須留有足夠的電流裕量， 以免燒壞。