高频开关电源与可控硅整流器的区别
现今直流电镀电源特点概述43页word
现今直流电镀电源特点概述3. 3 输出纹波比较输出电压脉冲系数＝整流电压基波最大值/整流电压的直流分量可控硅电源的输出脉动较大，并且随负载的大小和整流相数的变化而变化。
它的工作频率低，在大电流时往往不加滤波电路。
高频开关电源的输出脉冲较小。
由于输出脉冲的频率很高，所以低通滤波器的体积大幅度减小，这样就十分有利于提高电源的输出纹波特性。
有关这两种电源脉动系数的比较见下表：可控硅电源高频开关电源相数m γm% 相数m γm%2相66.7 单相1.0 3相25.06相5.7 3相1.012相1.4 03. 4 效率比较可控硅电源中的工频变压器的转换效率通常为85％再加上整流部分的各种损耗，使其在最理想状态下效率也只能在75％左右。
高频开关电源的效率随着电路的不同而略有文化，一般在80％~90％左右。
如果采用先进的谐振型开关电路，则其效率会更高3．5 精密比较可控硅电源在控制角很大时，调整能力很差，输出电压、电流的精度在半载到满载时的理想情况下，方可达到3％~5%。
而且电压、电流的线性不好，这是由于可控硅电源本身电路的体制造成的。
高频开关电源在全量程范围内精度均可达到1％以上。
甚至可以达到0．1％。
3．6 总的比较与结构性能分类体积重量效率功率因数精度控制电路工作频率保护功率带载启停对电网干扰节能节材可控硅整流器较大笨重75%左右0~1可变半载到满载范围3% 复杂、有同步要求，不宜集成低50~600Hz 继电器时间长100ms，快速熔断器10ms 大不允许大，频率低不利于消除效果差高频开关电源小，只有同功率可控硅整流器的1/3~1/5 轻，只有同功率可控硅整流器的1/4 85%左右（1）不加校正全范围0.7 （2）加校正全范围可达0.9以上全范围内小于%或更高简单，有专用集成控制器高，一般20KHZ~200KHZ或更高快速，1ms且有自恢复功能小允许较小，频率高易消除消除明显4．发展前景高频开关电源作为新一代产品，已经在中小功率方面形成规模产品，其市场覆盖率日益扩大。
开关电源原理
一、开关电源的概念
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半桥型开关电源原理图
三、开关电源的常用电路类型
6、全桥电路 全桥电路是大功率电源常用的电路，有四个开关管组成两个桥臂。两 个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换，但是存在开关管 “直通”的危险。 全桥电路原理图如下图所示。由四个功率开关器件V1~V4组成，变压器 T连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替 导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通 时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在 功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5~V8箝位于输入电压 Uin。
％，工作频率是振荡频率的一半，所使用的控制芯片一般是UC3844和
在变压器中加去磁绕组，在关断时将付边的能量反射到交流输入上。
正激式开关电源的核心部分是正激式直流——直流变换器，基本电路
做得更高一点。虽然功率变压器不像反激式电路要开气隙，但是一般要
高频开关电源与可控硅整流器的区别
吴江前锋设备电镀厂/
高频开关电源与可控硅整流器的区别
8000A/18V为例
效率：可控硅整流器：70%左右
高频开关电源：90%
变压器：可控硅整流器：有工频变压器，体积特别大，重量200kg
高频开关电源：无工频变压器，有高频变压器，重量30kg
受控器件：可控硅整流器：可控SCR
高频开关电源：IGBT
节能效率：可控硅整流器：差
高频开关电源：节能明显，与普通可控硅比可节省电15%-30%
带载启停：可控硅整流器：不允许
高频开关电源：允许
控制电路：可控硅整流器：复杂，有同步要求，不易集成
高频开关电源：简单采用专用集成板电路，并做过防腐处理，完全密封。
高频开关电源
高频开关电源高频开关电源的简介高频开关电源是通过MOSFET或者是IGBT的高频工作,也称为开关型整流器SMR,是传统整流器升级的替代产品.高频开关电源原理一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程,包括:1、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.2、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.3、逆变: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.4、输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源.二、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资料,经保护电路鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施.三、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资料.四、辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源.开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关K接通时,输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL,在整个开关接通期间,电源E向负载提供能量;当开关K断开时,输入电源E便中断了能量的提供.可见,输入电源向负载提供能量是断续的,为使负载能得到连续的能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部份能量储存起来,在开关断开时,向负载释放.图中,由电感L、电容C2和二极管D组成的电路,就具有这种功能.电感L用以储存能量,在开关断开时,储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载,使负载得到连续而稳定的能量,因二极管D使负载电流连续不断,所以称为续流二极管.在AB间的电压平均值EAB可用下式表示: EAB=TON/T*E式中TON为开关每次接通的时间,T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和).由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,AB间电压的平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变.改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为"时间比率控制"(Time Ratio Control,缩写为TRC).按TRC控制原理,有三种方式:一、脉冲宽度调制(PULSE Width Modulation,缩写为PWM)开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式.二、脉冲频率调制(PULSE Frequency Modulation,缩写为PFM)导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式.三、混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合.高频开关电源不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零,而且噪声也小.高频开关电源特点智能型高频开关电源与传统的相控电源比较,主要技术指标均优于部标1～2个等级以上,具有以下特点.(1)相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式,而高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供电,即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要,则采用N+1模块平均分配,因此,可提高系统运行可靠性.个别模块故障时,可带电更换,不影响系统的正常运行,扩容维护方便.(2)可控硅整流器运行于浮充电方式时,直流输出的纹波系数较大,曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故,按部颁要求纹波系数不大于2%.另外,可控硅整流器与蓄电池并联运行,纹波系数较大时,若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象,对蓄电池不利.高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电,使得供电质量和技术参数明显提高.模块采用准谐振技术(或脉宽调制技术)和电流电压双环控制技术,提高开关工作频率,开通损耗小,输出电压的纹波系数很小,一般≤±0.1%额定电压,进而可防止蓄电池脉动充电放电,延长蓄电池的使用寿命,可靠性更高.(3)高频开关电源整流模块具有内置微处理器,是提高设备管理水平的基础,在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下,使接线简单,安装调试快捷.除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外,还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信,进行远程监视和对模块各项操作,实现四遥功能.传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压表和其它专用装置对设备进行监视,且这些测量值不能经通信口实现远程监视(微机型除外).即使有遥测,也是采用直流采样方式,采样点不多,对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏,因此,接线繁琐,自动化程度低,实现遥控和遥调功能的难度较大.(4)按部颁要求,充电时稳流精度误差≤±5%,浮充电时稳压精度误差≤±2%.而高频开关电源稳压、稳流精度更高,其误差一般≤±0.5%,可避免对蓄电池过充、欠充,保证蓄电池运行在最佳状态.阀控式电池容量大、维护量孝放电倍率低,适用于大容量的直流电源.从原理性能看,高频开关模块适合与阀控式电池配套使用.(5)高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能.同时,设有过流、过压及瞬时短路保护,安全可靠的防雷措施,能有效地承受输出短路冲击.另外,采取多重有效措施,防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰.(6)高频开关电源综合转换效率高,多数厂家的转换效率达到90%以上,而相控电源转换效率一般只有60%～80%.高频开关电源变压器的计算方法变压器主要参数的计算1.变压器的计算功率半桥式变换器的输出电路为桥式整流时,其开关电源变压器的计算功率为:Pt=UoIo(1+1/η)(1)将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80%代入式(1),可得Pt=378W.2.变压器的设计输出能力变压器的设计输出能力为:Ap=(Pt·104/4BmfKWKJ)1.16(2)式中:工作频率f为30kHz,工作磁感应强度Bm取0.6T,磁心的窗口占空系数KW取0.2,矩形磁心的电流密度(温升为50℃时)KJ取468.经计算,变压器的设计输出能力AP=0.511cm4.3.绕组计算初级匝数:D取50%,TON=D/f=0.5/(30×103)=16.67μs, 忽略开关管压降,Up1=Ui/2=150V.N1=Up1Ton10-2/2BmAc=(150×16.67)10-2 /(2×0.6×1×1×0.7)=29.77匝取N1=30匝次级匝数:忽略整流管压降,Up2=Uo=2100V. N2=Up2N1/Up1=(30×2100)/150=420匝4.导线线径Ip1=Up2Ip2/Up1=0.08×2100/150=1.12A电流密度:J=KjAp-0.1410-2=468×0.511-0.14 ×10-2=5.14A/mm2 考虑到线包损耗与温升,把电流密度定为4A/mm2(1)初级绕组: 计算导线截面积为Sm1=Ip1/J=1.12/4=0.28mm2 初级绕组的线径可选d=0.63mm,其截面积为0.312mm2的圆铜线.(2)次级绕组: 计算导线截面积为Sm2=Ip2/J=0.08/4=0.02mm2. 次级绕组的线径可选d=0.16mm的圆铜线,其截面积为0.02mm2.为了方便线圈绕制也可选用线径较粗的导线. 4线圈绕制与绝缘为减小分布参数的影响,初级采用双腿并绕连接的结构,次级采用分段绕制,串联相接的方式,降低绕组间的电压差,提高变压器的可靠性,绕制后的线圈厚度约为4.5mm.小于磁心窗口宽度13.4mm的一半.在变压器的绝缘方面,线圈绝缘选用抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸,提高初、次级之间的绝缘强度和抗电晕能力.变压器绝缘则采用整体灌注的方法来保证变压器的绝缘使用要求.智能高频开关电源监控模块的设计20世纪90年代,国家电信部门对通信设备的管理趋向网络化,要求组件网络通信的各种设备都具有智能化和通信的能力,电源设备也在其中.计算机技术的广泛应用,使得通信电源称为集计算技术、控制技术、通信技术于一体的高科技产品,使得产品的性能、功能都大大的提高了,可以实现系统的自动测试、自动控制、自动诊断,实现电源系统的遥测、遥信、遥控.所以高频开关电源也进入了智能化控制阶段.本文设计实现了一种智能高频开关电源的的监控模块.1、高频开关电源的原理及其特点智能化高频开关电源具有高度灵活组合、自主监控的特点,尤其是在通信领域,因其具有体积小、噪声低、维护方便又可被纳入通信系统的计算机监控系统等特点,所以运用十分广泛.高频开关电源的电路原理框图如图1所示,它主要由交流配电、整流模块、直流配电模块、充电模块、主监控模块及相关电路组成,其中充电模块和主监控模块具有内置微处理器.此高频开关电源是将220V(或380V)交流电变换成稳定可靠的48V或24V直流电给负载(如程控交换机、光端机等)供电,并给蓄电池组浮充或均衡充电.当交流电源输入中断后,由蓄电池组通过该系统向负载供电,以保证对负荷连续不间断供电.当交流电源恢复正常后,系统自动对蓄电池组进行均充电,对蓄电池大量放电后进行电能的快速补充.该电源有以下特点:●交流输入电压适应范围宽:三相380±30%(266～494V),单相220±30%(154～286V);●采用有源功率因数校正技术,使功率因数≧0.99,整机效率高;●采用PWM边沿谐振技术,一方面减少了开关器件在高频开关过程中的功率损耗,提高了整机效率,使整机效率高达90%以上,另一方面减少了电磁干扰,可将电源系统安装在程控机房内;●系统采用微机控制、汉字显示、键盘操作,便于掌握使用,极大地方便了用户.2、智能化高频开关电源主监控模块构成由于要求这种电源系统具有极高的可靠性,因此能否有效地对它的运行工况进行监视和控制就非常重要.系统主监控模块作为一个独立的模块,可以监控整个电源系统各单元的运行状况,具有对系统的运行参数进行采集、显示及设置的功能.它也可以与外部计算机(一般用PC机即可)进行接口通信,构成本地或远程集中监控系统.当与外部计算机接口通信时,主监控模块称为下位机,外部计算机称为上位机.因此,主监控模块还要能不断接受上位机送来的命令,并根据命令对电源系统进行操作或将电源系统各单元的运行状态及参数反送给上位机,控制各模块的投入和退出,完成人机对话,实现与外部计算机或远端主机的通信.2.1 监控模块的工作原理及组成图2为主监控模块的组成框图.系统主监控模块作为一个独立的模块,可监控整个电源系统的工作状态,控制各模块的投入和退出,完成人机对话.模块由AT89C52单片机、交直流配电参数采集单元、显示与操作单元及串行口通信单元组成.监控模块与整流模块通过RS-485串行通信交换信息,这样可使监控模块的硬件设计不受所监控的整流模块数限制,使得系统内电源模块数目可任意扩充.与上位计算机也采用串行通信方式,串行口通过8250芯片扩展而成,对于本地集中监控,可使用RS-485串行口,对于远地监控,可使用RS-232串行口,并通过调制解调器(MODEM)及电话线路进行通信.系统采用大屏幕LCD和键盘实现本地的人机交互操作.主监控模块检测直流母线电压、电流,当电压或电流大于上限设定值时,便命令整流模块降压限流,并根据各整流模块的工作情况,决定每个模块的退出和投入,从而使整个电源系统工作在稳定的状态下.此外,主监控系统还对电网电压的波动进行检测,同时发出报警信号,并记录故障信息.交流检测单元主要由三相交流电压检测板、三相显示板等组成.三相交流电压检测板安装在机柜内上部交流配电部位.其功能是将隔离后的市电信号送控制器,由控制器对市电参数进行检测,判断输入的交流电是否"超限"或"缺相",当"超限"或"缺相"时,由控制器发出告警.转接单元将控制器发出的控制整流器输出电压高低的频率信号送各整流器,将检测到的各整流器的信号送控制器.这些信号包括:控制整流器输出电压高低的频率信号、均流总线的电压信号、各整流器的电流信号、整流器的告警信号.直流检测单元主要包括电池电流检测板和电池保护板.检测负载分路直流断路器是否断开,检测电池分路熔断器是否断开,检测电池分路电流并送控制器.控制器将交流检测单元、转接单元、直流检测单元送来的信号进行检测、显示、告警;控制整流器的工作状态.通过键盘实施状态查询、系统操作、参数设置.2.2 控制器的主要功能检测:系统交流供电、电池状态、整流器状态、电池电流、主分路电流及故障内容;控制:系统开机/关机、均充开/关、整流器开机/关机、电池试验开/关;参数设置:系统参数设置,整流器柜数;电池参数:均充电压、浮充电压、过压值、欠压值、充电限流值、转换电流等;监控参数:设备编号、通讯接口、拨号方式、电话号码及故障回报开/关等;通信:通过接口实现三遥,通过故障接口将系统告警信号输出至系统故障监视器.3、监控系统软件实现3.1 实现的功能本系统采用集中管理、独立控制的模式,各模块的单片机都有自己独立的控制程序及与监控模块的通信程序.当个别模块出现故障时,不会影响整机运行.主监控模块软件采用模块化结构设计,各种功能都由相应的中断子程序完成.监控模块的软件主要完成以下功能:(1) 接收各模块发送的数据;(2) 向各模块发送控制命令;(3) 人机交互接口.监控模块中的主控单片机为主机,整流模块的单片机为从机,相互间采用N、8、1 的10位异步通信格式,波特率为4800B.从机发向主机的数据需在主机发出允许命令后才可发出,即被地址码选中的模块,才有权向监控模块发出数据.3.2 主监控程序主监控软件采用模块化结构设计、各种功能都由相应的中断子程序完成.图3所示为主程序流程图.系统的初始化包括MCU内部控制寄存器的初始化,寄存器区及数据区的初始化等.自检包括RAM自检及控制系统各传感器自检.自检通过后,开放中断及PTS,并调用显示初始化子程序.显示系统主菜单可用键盘选择各子菜单,包括运行参数菜单、状态菜单、故障记录菜单及参数设置菜单等.为确保运行安全,参数设置菜单仅供授权的管理维护人员使用,需输入密码才可进行操作.图3 主程序本监控系统采用8×4汉字显示,考虑到监控的参数众多,一屏无法全部显示,故采用菜单式操作方法,即选择显示屏显示的菜单信息,在告警模块面板的键盘按下合适的功能按键,系统的微处理器根据按键送来的信息作出反应,实现相应的功能.故按键有数字键及功能键.程序采用树状分支结构,如图4键盘程序流程图所示.图4 键盘程序流程图监控软件的核心部分是串口接收中断子程序.该子程序要完成串口通信、数据接收与校验、格式转换、存取、控制等.由于监控的数据量较大,对每类数据都要有固定格式,采取检错重发机制,保证数据的正确性.数据处理子程序主要是完成A/D转换,数据比较判断,数字信号输出反馈控制、清中断等.图5是串口接收中断子程序流图.图5 串口接收中断子程序流程图4、系统抗干扰措施监控模块的性能直接影响整个开关电源的工作,如果抗干扰措施设计考虑不全,一旦干扰窜入监控模块,引发误测、误报,会导致整个系统瘫痪.本系统在设计中采取了硬件抗干扰和软件抗干扰相结合的办法.4.1 硬件抗干扰措施为了提高模拟量的输入阻抗,减少损耗,在进行A/D转换前加入一级电压跟随器,将检测的信号电压转换成电流后,再并一电阻恢复成电压信号,使用高精度的12位双积分A/D转换器ICL7109.为消除数字量的杂波干扰,电路中加入10uF的滤波电容组.整个系统在完成与计算机的串口通信时,采用6N136进行隔离.采用MAX706组成的看门狗电路,提高MCU的抗干扰措施.4.2 软件抗干扰措施主要采用数字滤波和数字调零技术,消除开关电路、A/D转换电路的偏差,对信号进行平滑处理,消除减少干扰.对各类数据规定格式,采取校验、检错重发机制,提高可靠性.大量采用冗余指令,提高软件执行的可靠性.5、结束语智能高频开关电源与电池配接后组成不间断供电系统,可广泛用于邮电通信、水利电力、公安、铁路、计算中心等需要大功率直流电源的场所.采用本文监控模块的开关电源,通过运行试验,能实现"三遥"等功能,维护方便,可靠性高,工作正常,各项指标均能满足要求.基于EMC上高频开关电源的设计引言随着电子设备在各行各业不断的应用,高频开关电源在计算机外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域中大量的使用,但是高频开关电源主要的缺点就是会产生很强的电磁干扰(EMI).由于高频开关电源的一次整流桥是非线性器件,其形成的电流是严重失真的正弦半波,含有丰富的高次谐波,形成了一系列连续、脉动和瞬变干扰.因此,在高频开关电源设计中必须考虑电磁兼容性(Electro Magnet-ic Compatbility,EMC)的设计.电网完全在自然环境中,连接着各种电子电气设备,有着复杂的电磁转换过程,可能会引起一些问题:外来噪声使高频开关电源设备的控制电路出现误动作;通信设备由于高频开关电源设备的噪声而出现误动作;高频开关电源设备对电网产生噪声污染;高频开关电源设备向空间散发噪声.根据上述情况,针对高频开关电源存在的缺点,在此对其电路及印制电路板(Printed CIRCUIT Board,PCB)进行了电磁兼容性的设计研究.1 高频开关电源的EMC设计1.1 高频开关电源主电路组成高频开关电源主电路组成框图如图1所示,它由输入滤波电路、高频逆变电路、输出整流电路及输出直流滤波电路等组成.1.2 输入滤波电路的EMC设计输入滤波电路的EMC设计如图2所示.VD2为瞬态电压抑制二极管,Rv1为压敏电阻,它们都具有很强的瞬变浪涌吸收能力,能很好地保护后级元气件或电路免遭浪涌电压的破坏.Z1为直流抗电磁干扰滤波器,必须良好接地,且接地线要短.L1和C1组成低通滤波电路,当L1的电感量较大时,必须增加VD1和R1形成续流回路,以吸收L1断开时释放时的电场能量,否则,L1产生的电压尖峰就会形成EMI.L1的磁芯使用闭合磁芯,可以避免开环磁芯的漏磁场形成EMI.C1采用大容量的电容,可以减少输入线上的纹波电压,减弱在输入导线周围形成的电磁场.1.3 高频逆变电路的EMC设计高频逆变电路的EMC设计如图3所示.C2,C3,VT2,VT3组成半桥逆变电路,VT2,VT3为IGBT或MOSFET等开关管.R4和C4构成EMI吸收回路,或在VT2,VT3两端并联C5,C6,由于VT2,VT3开通和关断时,开关时间很短以及引线电感、变压器漏感的存在,回路会产生较高的di/dt,du/dt,从而形成EMI.C4,C5,C6采用低感电容,其容量的大小由公式LI2/2=C△U2/2求得C的值(L为回路电感,I为回路电流,△U为过冲电压值).1.4 输出整流电路的EMC设计输出整流电路的EMC设计如图4所示.VD6为整流二极管,VD7为续流二极管.由于VD6,VD7工作于高频开关状态,是产生EMI的主要源头.把R5,C12和R6,C13分别连接成VD6,VD7的吸收回路,用于吸收其开关时产生的电压尖峰.减少整流二极管的数量可减少EMI的能量,因此,在同等条件下采用半波整流比全波整流和全桥整流产生的EMI要小.为减少二极管的EMI,选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小的且时间短的二极管.1.5 输出直流滤波电路的EMC设计直流EMI滤波器双端口网络模型如图5所示,其混合参数方程为:式中:g11为输入导纳;g22为输出阻抗;g12为反向电流增益;g21为正向电压增益.由式(1)可以等效出如图6所示的原理图.直流EMI滤波器的设计必须满足以下的要求:(1)要保证滤波器在滤波的同时不影响电源的带负载能力;(2)对于输入的直流分量,要求滤波器尽量不造成衰减;(3)对于谐波分量,滤波器要有良好的滤波效果.结合混合参数方程及等效原理图,根据第一条要求,应使滤波器的输入导纳和输出阻抗尽可能小,即g11=g22=0.根据第二条要求,在低频时反向电流增益g12和正向电压增益g21的设计值要尽量为1,而输入导纳和输出阻抗尽可能小,即g12=g21=1,g11=g22=0.根据第三条要求,在高频时,g11,g12,g21,g22都要尽可能的小.根据以上的条件,输出直流滤波电路的EMC设计电路如图7所示,L2,C17,C18组成LC滤波电路,减少输出电压、电流纹波的大小,从而减小通过辐射传播的EMI.滤波电容C17,C18应尽量采用多个电容并联,以减小等效串联电阻,从而减小纹波电压.输出电感L2应尽量大,以减小输出纹波电流.C19用于滤除导线上的共模干扰,选用低感电容,接线要短.C20,C21,C22,C23用于滤除输出线上的差模干扰,选用低感的三端电容.Z2为直流滤波器,滤波器的输入、输出线要屏蔽隔离.1.6 开关电源印制电路板的EMC设计印制电路板是高频开关电源设计的最后一个环节,如果印制电路板设计不当,由于PCB上既有小信号控制线,又有高压母线,还有高频功率开关和磁性元件,将直接影响到电路中各元件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性,造成电源工作不稳定.单根导线的特性阻抗由直流电阻R和自感L组成,其计算公式如下两式所示.式中:l为导线的长度;b为导线的宽度.显然,印制线越短,直流电阻R就越小,同时增大印制线的宽度和厚度也可降低直流电阻R.从式(3)可知,印制线长度l越短,自感L就越小,而且增加印制线的宽度b也可降低自感L.多根印制线的特性阻抗除由直流电阻R 和自感L组成外,还有互感M的影响,由互感M计算公式(4)可知,除受印制板的长度和宽度影响外,印制线的距离也起着重要作用.M=2l[ln 2l/(b+s)-1] (4)式中:s为两线之间的距离.增大两线之间的距离可减小互感.由以上分析可知,在设计PCB时,应尽量降低电源线和地线的阻抗,因为电源线、地线和其他印制线都有电感,当电源电流变化较大时,将会产生较大的压降,而地线压降是形成公共阻抗干扰的重要因素,所以应尽量缩短地线,尽量加粗电源线和地线线条.2 结语电磁兼容是一个十分复杂的问题,在设计高频开关电源时,应对电源可能的电磁环境进行充分估计,尽可能全面地考虑高频开关电源与外界环境的耦合途径,利用各种抑制干扰技术来消除干扰耦合,增强高频开关电源的抗干扰能力.主要的措施包括合适的接地,良好的搭接,合理的布线及屏蔽、滤波、限幅等.只有在设计时充分考虑EMC的设计,才能使高频开关电源的电磁干扰降到最低点.2千瓦高频开关电源设计1 引言随着电子技术的不断发展,开关电源的应用也日益广泛,邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多的应用到开关电源.伴随着科技技术的脚步不断发展,对大功率电源的要求也日益增多.在此同时大量的集成电路、超大规模的集成电路等电子通信设备日益增多,而电源的发展趋势要求则是小型化、轻量化.通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大,因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化.我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率,但在提高开关频率的同时,开关损耗会随之增加,电路效率会严重下降.针对这些问题出现了软开关技术,它利用以谐振为主的辅助换流手段,解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关电源能高频高效地运行,从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术,目前已比较成熟,下面以2KW的电源为例进行设计.1.设计内容和方法1.1主电路型式的选择变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择.在几种常用的变换电路中,因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍,由于市电电压较高,所以不选推挽变换电路.半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时,半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流,不易选管,输出功率较全桥小,所以采用全桥变换电路.传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下,在门极的控制下开通或关断,开关过程中电压、电流均不为零,出现重叠,导致了开关损耗.开关损耗随开关频率增加而急剧上升,使电路效率下降,阻碍了开关频率的提高.在移相控制技术的基础上,利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件,使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通,实现恒频软开关.由于减少了开关过程损耗,变换效率可达80%-90%,并且不会发生开关应力过大.所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制(PSC FB ZVS-PWM)变换电路.移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一,它的特点是电路简单,与传统的硬开关电路相比,并没有增加辅助开关等元件.原理如图1所示,主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成.E为输入直流电压, T1～T4 为开关管, D1～D4 为体内二极管,C1 ～C4 为开关的输出电容.以第一个桥臂为例介绍,利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振,漏感储能向电容 C1释放过程中,使电容上的电压逐步下降到零,体内二极管D1开通,创造了T1 的ZVS条件.。
高频开关电源详细介绍
高频开关电源详细介绍高频开关电源（High-Frequency Switching Power Supply）是一种广泛应用于电子设备中的电源系统。
相比传统的线性电源，高频开关电源具有高效率、小体积、轻重量和稳定的电压输出等优点。
本文将详细介绍高频开关电源的工作原理、主要组成部分以及应用领域。
高频开关电源的工作原理如下：当输入电压接通时，由交流电源经过整流和滤波后，经过开关器件进行高频开关，然后经过变压器变换电压，之后经过滤波、稳压和反馈电路调节后输出稳定的直流电压。
整个过程中，开关器件在开关状态下，能以更高的频率进行开关操作，以提高转换效率和减小体积。
高频开关电源的主要组成部分包括输入端、整流滤波器、开关器件、变压器、输出电路以及保护电路等。
输入端主要接收交流电源，并通过整流滤波器将其转换为直流电压。
开关器件是高频开关电源的核心部分，负责快速开关操作，常见的开关器件包括MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等。
变压器则用于将输入电压变换为合适的电压，并通过输出电路将其稳定输出。
保护电路主要用于确保电源在工作过程中的安全性和稳定性，包括过载保护、短路保护和过温保护等。
高频开关电源具有较高的转换效率，一般可以达到85%以上，而传统的线性电源则只有60%左右的效率。
这是因为在高频开关电源中，开关器件可以迅速地通过开关操作来控制电源的输出，并通过反馈控制电路来实现稳定的电压输出，大大提高了能量转换的效率。
由于高频开关电源具有高效率的特点，可以减少电源损耗，降低能源消耗，因此在现代电子设备中得到了广泛应用。
高频开关电源的应用领域十分广泛，例如计算机、通讯设备、工业自动化设备以及医疗仪器等。
在计算机中，高频开关电源被广泛应用于各种电子设备，如主机、显示器和服务器等。
通讯设备方面，高频开关电源可以为手机、路由器和网络交换机等提供稳定的电源。
在工业自动化设备中，高频开关电源可以为机器人、PLC（可编程逻辑控制器）以及传感器等提供经济高效的电源解决方案。
节能高频开关电源 高频整流器
节能高频开关电源高频整流器高频开关电源主功率器件为进口“IGBT”大功率绝缘栅双极型晶体管，整机结构采用n+1冗余控制系统，整流变压器采用超微晶纯铜变压器效率高达98%，性能稳定、品质保障、技术精良、节能省电、效率高、满负荷无故障运行、使用寿命长。
产品有节能高频开关电源、可控硅整流器、氧化电源、硬质氧化电源、电解着色电源、电解电源、水处理电源；广泛用于电镀，氧化，电解，电泳，污水处理，电化学，实验，加热，冶炼等等。
天骐节能高频开关电源—适用领域氧化行业：铝氧化，铝型材氧化、氧化着色电源、阳极氧化、硬质氧化、铝合金氧化电解行业：电解铜、锰、锑、银等有色金属，电解抛光、电解提纯，电解水制氢，电解污水、电解稀土冶炼；电泳行业：电泳涂装、电泳涂漆、阴极电泳电镀行业：电镀硬铬、镀银、镀锡、等等；水处理行业：污水处理、电解废水、电絮凝、工业废水处理、电解污水处理、电化学腐蚀其它行业：加热，管道加热，直流加热，感应加热，单昌炉加热，通讯，测试，冶炼天骐高频开关电源-产品特点1、高稳定性：精良的技术、进口核心器件、严格的质量管控，完善的保护功能，提升稳定性。
2、高精度控制：高频开关控制、响应速度快、输出控制精度全程可达1%。
3、节电效果好：更高的工作效率、更高的功率因素，较普通电源节电10%~15%。
4、体积小、重量轻：为可控硅整流器1/5 ~1/10，搬运安装方便。
5、保护功能完备：具有缺相、过压、欠压、短路、过流、过热等保护，整体呵护设备。
天骐节能高频开关电源-技术优势1、软开关逆变技术为核心，主控制系统采用特有的多环控制技术，保证产品的可靠性和控制性能。
2、采用纳米基材料的主高频变压器，以进口大功率绝缘栅双极型晶体管“IGBT”模块为主功率器件，优质选材，确保品质。
3、散热设计理念，多种散热方式互补，确保产品的稳定及效率。
4、全数字化设计，以单片机、DSP为CPU，控制更精准。
支持总线控制，可组建中央控制电源系统，便于管理、提高生产效率。
IGBT与晶闸管电气专业--IGBT和可控硅的区别
IGBT与晶闸管电气专业IGBT和可控硅的区别两者都是开关元件，IGBT驱动功率小而饱和压降低。
前者可高频率开关后者就差劲。
前者价格高。
有待完善....IGBT的栅极G和发射极E\发射极E` IGBTIGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
` IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT的栅极G 和发射极E之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极C与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件，在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。
-可控硅;阳极A--`控制极G---k可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP 管和一个NPN管所组成，其等效图解如图所示当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。
此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。
这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
工频高频之比较
一、工频机和高频机的定义和原理分析UPS通常分为工频机和高频机两种。
工频机由可控硅SCR（晶闸管）整流器，IGBT（绝缘栅双极晶体管）逆变器，旁路和工频升压隔离变压器组成。
因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。
典型的工频UPS拓扑如下：图1：典型工频UPS拓扑主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压。
通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。
由于SCR属于半控器件，控制系统只能够控制开通点，一旦SCR导通之后，即使门极驱动撤消，也无法关断，只有等到其电流为零之后才能自然关断，所以其开通和关断均是基于一个工频周期，不存在高频的开通和关断控制。
由于SCR整流器属于降压整流，所以直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入电压低，要使输出相电压能够得到恒定的220V电压，就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。
同时，由于增加了隔离变压器，系统输出零线可以通过变压器与逆变器隔离，显著减少了逆变高频谐波给输出零线带来的干扰。
同时，工频机的降压整流方式使电池直挂母线成为可能。
工频机典型母线电压通常为300V~500V之间，可直接挂接三十几节电池，不需要另外增加电池充电器。
按整流器晶阐管数量的不同，工频机通常分为6脉冲和12脉冲两种类型。
6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。
6脉冲整流拓扑如下：图二、典型6脉冲拓扑12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端增加移相变压器后再增加一组6脉冲整流器，使直流母线由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。
下图所示两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。
图三：典型12脉冲整流器示意图6脉冲和12脉冲的详细技术分析可参见：《大功率UPS 6脉冲与12脉冲可控硅整流器原理与区别》。
高频机通常由IGBT高频整流器（注意：工频是SCR整流、IGBT逆变），电池变换器，逆变器和旁路组成，IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断，IGBT 整流器开关频率通常在几K到几十KHz,甚至高达上百KHz，相对于50Hz工频, 称之为高频UPS。
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吴江前锋设备电镀厂/
高频开关电源与可控硅整流器的区别
8000A/18V为例
效率：可控硅整流器：70%左右
高频开关电源：90%
变压器：可控硅整流器：有工频变压器，体积特别大，重量200kg
高频开关电源：无工频变压器，有高频变压器，重量30kg
受控器件：可控硅整流器：可控SCR
高频开关电源：IGBT
节能效率：可控硅整流器：差
高频开关电源：节能明显，与普通可控硅比可节省电15%-30%
带载启停：可控硅整流器：不允许
高频开关电源：允许
控制电路：可控硅整流器：复杂，有同步要求，不易集成
高频开关电源：简单采用专用集成板电路，并做过防腐处理，完全密封。