开关电源(整流模块)电路构成
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开关电源(整流模块)电路构成
随着全控型电力电子器件的发展与使用,仅工作于器件饱和与截止状态的直流稳压电源应运而生。
这种用于电能转换和控制的电力电子器件,以20千赫兹以上的频率在饱和与截止状态间切换,工作于开关状态,因此将这种工作于器件开关状态的电源,称之为高频开关电源。
开关电源结构上由强电主电路与弱电电路构成,强电主电路由电力电子器件为核心的各种电能转换电路构成,完成电能形态转换;弱电电路负责主电路中电力电子器件的驱动与负反馈控制。
主电路包括整流电路(AC/DC)、直流变换电路(DC/DC)、功率因数矫正电路、滤波电路等,弱电电路包括PWM波生成电路、控制电路、保护电路和均流电路等,两部分协同工作,实现交流市电转换为所需稳压直流电的目的。
各模块构框图如图1所示。
图1 开关电源(整流模块)内部框图
交流电首先进入滤波与入口保护功能电路模块,输入EMI滤波用于滤除来自电网的电磁干扰,以及抑制整流器对电网的电磁干扰,使整流器具有良好的电磁兼容性;软启动电路用于降低整流器开机时的冲击电流,避免整流器开机时对电网造成冲击。
当交流输入电压超过整流器的输入电压上、下限值时,输入过、欠压保护电路关闭交流输入,整流器停止工作;当交流输入恢复正常时,自动开启交流输入,使整流器恢复输出。
浪涌防护用于抑制由于雷击等造成的浪涌电流。
PFC功率因数校正电路用于减少整流器输入电流中的谐波成分,使整流器的功率因数接近1。
PFC校正电路同时对输入电压进行预整流,输出约为400V的直流电压给后级DC-DC 变换电路。
PFC输出的约为400V的直流电经DC/DC变换后,按设定值输出稳定的直流电。
输出EMI滤波使整流器输出端的杂音电压满足要求,同时抑制输出端的电磁干扰,使整流器具有良好的电磁兼容性。
辅助电源电路则为整流器内部各部件提供相应的直流工作电压。
控制及通讯模块的电路属于弱电电路,当整流器与监控单元通信正常时,按照监控单元
的要求控制整流器的输出,并上传整流器的相关信息,实现整流器的三遥(遥测、遥信、遥控)功能;当与监控单元通信异常时,按照默认参数控制整流器的输出。
状态显示电路则通过LED显示整流器的工作状态。
开关电源的主要技术指标有:工作环境条件(环境温度、相对湿度、海拔高度),交流输入(交流输入电压范围、输入电压波形畸变率、输入功率因数、输入电流总谐波失真度等),效率,直流输出(直流输出电压标称值及可调范围、杂音电压、稳压精度、负载效应、均流性能等)。
效率是开关电源最重要的指标,额定输出电流为50A(额定输出功率3000W)的整流器,目前绝大多数厂家的峰值效率可达96%(称为高效整流器),少数厂家的峰值效率已达到98%(称为超高效整流器)。