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1、第二部分：充电模块一、电源技术概述1晶体管串联式线性稳压电源工频 变压器整流 滤 波串联晶体调整管采样电压基准 电 压误差 放大器输出 滤波器 输出直流电压 图1上图1为线性稳压电源常用原理图，交流电源经过工频变压器变压、整流、滤波，再经过晶体调整管整定输出直流电压。这类电源存在如下的缺点：a） 变压器由于工作在工频频率，在输出较大功率时体积大、笨重。b） 晶体调整管由于工作在放大状态，等效于一个可变电阻器。电路设计时，为了满足输入电压在额定20%变化，输出电压稳定的要求，晶体调整管的输入电压往往是输出电压的二倍，其功率损耗为晶体调整管的压差电流，损耗很大，整机的效率低于50%。2晶闸管可控硅
2、相控电源 电抗器采样电压基准 电 压误差 放大器相角 控制器 电抗器输出 滤波器工频 变压器 晶闸管 输出直流电压 采样电压相角 控制器误差 放大器输出 滤波器基准 电 压 图2 图2是晶闸管可控硅相控电源常用原理图，交流电源经过工频变压器变压隔离，再经过晶闸管转换成50HZ脉冲电压，再经过电抗器及输出滤波器滤波，将输入转换成稳定的直流输出电压。稳压原理是通过采样得到的输出电压变化量，经过与基准电压值在误差放大器中比较放大之后，输出脉冲信号控制晶闸管的导通角，当输出电压下降，晶闸管的导通角增大，晶闸管的导通时间增加，输出电压上升；当输出电压上升，晶闸管的导通角减小，晶闸管的导通时间减小，输出电
3、压下降。这种稳压电源与线性稳压电源比较，晶闸管工作在开通与截止两种状态，减小了晶体管的功率损耗。但电源变压器同样工作在工频频率，为了使输出电压纹波较小及减小导通时的电流冲击，要求有较大电感量的电抗器及较大容量的滤波电容，同样的在输出较大功率时，变压器、电抗器及电容的体积大及笨重，变压器、电抗器铁损及铜损较大，有温升散热、通风的问题。这种形式的电源效率只在60%80%左右。3高频开关电源 快恢复整流管高频 变压器整流 滤 波 电抗器 SMP控制器输出 滤波器采样电压基准 电 压 开关管 图3 上图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
4、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
5、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。4电源技术的新进展（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
6、，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（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1. 供电质量高。因为各供
7、电单元靠近负载，改进了负载静态和动态供电性能。2. 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。3. 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元件生产的电源，易组成冗余式供电，系统可靠性更高。4. 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
8、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。二、高频开关电源与相控电源主要性能技术指标对比表一 高频开关电源与相控电源主要性能技术指标对比序号高频开关电源相控电源1体积小，重量轻，体积大，重量重，有庞大的工频变压器和电抗器及电容2综合效率高，大于96%变压器、电抗器铁损及铜损较大，有温升散热、通风的问题，其综合效率只在60%80%左右3功率因数高，大于0.92功率因数低，约为0.60.74稳压、稳流精度高，小于0.5%稳压、稳流精度差，小于2%5纹波系数小，小于0.1%纹波系数大，小于2%6模块积木式组合结构，实行N+1配套，可以在运行中带电更换模块，维护方便，可靠性高无备份或1
9、+1备份，故障或检修时必需停机处理，并且有些元件是无法更换的7自动化程度高，具有智能设备的性能，有微机控制、远端接口，组成智能化电源系统，便于集中监控，实现无人值守，一般相控难于做到的，开关电源均能做到由分立元件组成，难以控制，自动化程度低8对交流输入电源要求范围宽，在输入电源波动较大或严重不平衡时，仍能输出稳定的直流电在输入电源波动较大或严重不平衡时，无法输出稳定的直流电9电源的噪音主要是风机发出的噪音，噪音小于50dB庞大的工频变压器及电抗器发出的噪音较大，约有60dB三高频开关电源技术1 原理框图图1 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
10、； 辅助电源为整个模块的控制电路及监控电路提供工作电源； EMI输入滤波电路实现对输入电源作净化处理，滤除高频干扰及吸收瞬态冲击；软启动部分用作消除开机浪涌电流；三相交流输入电源经输入三相整流、滤波变换成直流，全桥变换电路再将直流变换为高频交流，高频交流经主变压器隔离、全桥整流、滤波转换成稳定的直流输出；信号调节、PWM控制电路实现输出电压、电流的控制及调节，确保输出电源的稳定及可调整性；输出测量、故障保护及微机管理部分负责监测输出电压、电流及系统的工作状况，并将电源的输出电压、电流显示到前面板，实现故障判断及保护，协调管理模块的各项操作，并跟系统通信，实现电源模块的高度智能化。2各部分工作原
11、理21 EMI输入滤波图二为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。 L1 L4 L5A L2 C1 C4 C6 C7 C9B L3 C2 C5 C8CG C3 图222 三相整流电路 图三为三相整流电路，采用一块三相整流集成电路。 +ABC _ 图323 输入软起动图四为输入软起动电路，继电气J1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R1对电容充电，当电容充满后，控制继电气J1闭合。避免大电流对电容的冲击。 R1 J1 L1 C1 图424 输出直流滤波图5为输出直流滤波电路。 Lo Co 图525 DC/DC变换图6为全桥DC/DC变换电路及其波形。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。 Da Dc A C Lo Ca Cc T D1 D3
