高频开关电源系统中整流模块的功能设计引言随着我国科技生产水平的不断提高，各行各业对供电质量的要求越来越高，而智能高频开关电源作为一种继电保护装置和控制回路装置，为生活和生产中的供电的可靠 性提供了有力的保障当市电供电中断时还可以作为后备电源，所以说智能高频开关电源 是对供电质量保证的重要组成部分之一它具有高度灵活组合、自主监控的特点，另外可 靠性强、稳定性好且具有体积小、噪声低、节能高效、维护方便等也是它的一大优点可以说智能高频开关电源是一种集计算机技术、控制技术、通信技术于一体的高 科技产品，可实现系统的自动诊断、自动测试和自动控制本文主要阐述的是智能高频开 关电源的整流模块的设计方案1系统总体结构介绍智能高频开关电源系统的总体结构主要由主监控单元、配电模块、交流配电单元、 整流模块等组成，系统总体的结构图如图1所示系统中的各个监控单元受主监控单元的 管理和控制，通过通信线将各个监控单元采集的信息送给主监控统一管理主监控显示直 流系统各种信息，用户也可以触摸显示屏查询信息及操作，系统信息还可以接入到远程监 控系统中系统除了交流监控、直流监控、开关量监控等基础单位外，还配置了绝缘监测、 降压装置、电池巡检等功能单元，以达到对直流系统进行全面监控的目的。
图1系统控制原理图工作时两路市电（交流）经过交流切换装置输入一路交流，给各个整流模块供 电整流模块将输入三相交流电转换为直流电，给备用电源（蓄电池）充电，同时也给 合闸母线负载供电，另外合闸母线通过降压装置给控制母线供电所以说本文设计的整流 模块是将整流和充电两项功能结合于一体的一种新型的整流模块2整流模块的设计整流模块是智能高频开关电源系统中的一个重要部分，关系到系统的直流电压输 出和工作时电压输出的稳定状况本文的设计主要是对模块整流原理的改进和完善，利用 无源PFC和DC/ DC变换器的原理，使得改进后的模块能够有效完成整流作用本文设计的整流模块的工作原理框图如图2所示，工作时，模块首先通过过防 雷处理和滤波对输入的三相交流进行处理，这样才能保证模块后级电路的安全；经过处理 后的三相交流经过整流和无源PFC后转换成高压直流时，这时转换的高压直流要经过DC/ DC变换器再次转换成可变的直流电压输出；另外模块控制部分还有负责过压、过流以及 短路保护等作用，这样才能保证输出电压的稳定，也同时能对模块各部件进行保护模块 还在远程监控中提供了四遥（遥控、遥调、遥测、遥信）接口交流380 V 图2整流模块的的工作原理图即功率因数校正（Pow er Factor Correct ion, PFC）是指有效功率与总耗电量（视 在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。
无源PFC是 指不使用晶体管等一些有源器件组成的校正电路，一般情况下由二极管、电阻、电容和电 感等无源器材组成本文的PFC主要是在整流桥堆和滤波电容之间加1个电感，具体原 理如图3所示，利用电感上的电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，改善 电路中电流的畸变，并且利用电感上的电压超前于电流这一特性来补偿滤波电容电流超前电 压的特性，使功率因数和电磁干扰都得以改善这种方式只是一种简单的补偿措施，只能做到抑制电流瞬时突变的目的，但电 流畸变的校正及功率因数的补偿能力都很差DC/ DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种控制具有加 速平稳、快速响应的性能，同时可以收到节约电能的效果用直流斩波器代替变阻器可节约 20% ~ 30%的电能直流斩波器不仅能起到调压作用，还能起到有效抑制电网侧谐波电流 噪声的作用电感£图3无源PFC原理图本文的DC/ DC变换器采用双管正激式DC/ DC变换器，它的原理如图4所示, 变压器T 1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo （续流电感）起能量的 储存及传递作用，变压器初级无再有复位绕组，因为VD1 , VD2的导通限制了两个调整 管关断时所承受的电压。
输出回路需有一个整流二极管VD3和一个续流二极管VD4（VD3 , VD4最好均选用恢复时间快的整流管）输出滤波电容CO应选择低、大容量 的电容，这样有利于降低纹波电压双管正激式DC/ DC变换器的工作特点如下：（1） 在任何工作条件下，为使两个开关管所承受的电压不会超过UIN , Ud（UIN为输入电压；Ud为VD1 ,VD2的正向压降），VD1 , VD2必须是快恢复管，其 在实际设计和调试中恢复时间越短越好2） 与单端正激式DC/ DC变换器相比，它无须复位电路，这有利于简化 电路和变压器的设计；它的功率器件可选择较低的耐压值；它功率等级也会很大3） 两个开关管的工作状态一致，会同时处于通态或断态所以使用在智能 高频开关电源这样大功率等级电源中比较适合图4双管正激式DC/ DC变换器的电路图平滑滤波原理：整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成 分（称为纹波电压）为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以 滤去交流部分此时在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容，采用电容滤波后 使二极管得到的时间缩短，由于电容co充电的瞬时电流较大，形成了浪涌电流，容易 损坏二极管，故在选择二极管时，必须留有足够的电流裕量，以免烧坏。
3整流模块的功能介绍整流模块除了能将输入的交流（380 V、50 Hz）变换成额定的直流输出（5 A/ 230 V）之外，还具有保护功能和设置功能，现将模块的保护功能和设置功能介绍如下:3. 1保护功能介绍（1） 输出过压保护输出电压过高会对用电设备造成重大事故，为杜绝此类 事故的发生，在模块内部设有过压保护电路，当出现过压后模块自动锁定，同时模块的 故障指示灯亮，模块自动退出工作状态，从而不会影响到整个系统的正常运行2） 输出限流保护因为每个整流模块的输出功率受到限制，输出的电流不 能过大因此，对每个模块的输出电流最大限制为额定输出电流的1. 2倍，如果超出负 载，模块自动调低输出电压以达到保护模块的功能3） 短路保护整流模块的输出特性如图5所示，输出短路时模块在瞬间把 输出电压拉低到零，限制短路电流在限流点之下，此时模块输出功率很小，以达到保护 模块的目的，这样模块长期可以长期工作在短路状态而不至于损坏，同时当故障排除后模 块可以自动恢复工作图5整流模块输出特性（4）模块并联保护每个模块内部均有并联保护电路，可以保证模块发生故障时 自动退出系统，从而不影响其他正常模块的工作模块并联输出示意图如图6所示。
图6模块并联输出示意图（5） 过温保护模块的过温保护主要是保护大功率变流器件，这些器件的结 温和电流过载能力均有安全极限值，正常工作的情况下，系统设计留有足够余量，但在 一些特殊条件下，如环境温度过高、风机停转灯情况下，模块检测散热器温度超过一定值 时，就会自动关机保护，当温度降低到能够正常工作的温度值时模块才自动启动6） 过流保护过流保护主要是保护大功率变流器件，在变流的每一个周期， 如果通过的电流超过器件承受的电流，模块就会关闭功率器件，以达到保护功率器件的目 的3. 2调节功能介绍（1） 电压调节功能模块的电压调节主要是指输出电压的调节，在模块的输 出端设有电压调节电位器，当模块和监控单元相连接时，输出电压也可以由监控系统设定， 这时电位器调节无效2） 测量功能模块的测量功能主要是测量模块的输出电压和电流以及模块的 工作状态，并通过LCD显示，可以使用户直观方便的了解模块和系统的工作状态3） 遥控功能遥控：控制模块的开/关机状态，以及备用电源（蓄电池） 的均/浮充状态；遥调：对输出电压和输出电流的调节控制；遥测：可以在模块工作时 测量输出电流和输出电压的值；遥信：通过远程监控监测模块的工作状态。
4结语本文主要对智能高频开关电源系统中的整流模块进行的设计与研究，利用无源 PFC电路的原理，改善电路中电流的畸变，外加DC/ DC变换器抑制电网侧谐波电流噪 声，体现了智能高频开关电源系统中整流模块的优点，适用于铁路、矿山等变电场所该 系统虽然能够准确的进行交流变换，但是在对备用电源充电时的均匀性方面都比较弱，同 时成本也比较高，同时在防雷滤波方面的改进也不是很完善，所以还要在这些方面进一步 的改善和提高。