高頻開關電源系統(tǒng)中整流模塊的功能設計

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

　　本文設計的整流模塊的工作原理框圖如圖2 所示，工作時， 模塊首先通過過防雷處理和濾波對輸入的三相交流進行處理， 這樣才能保證模塊后級電路的安全； 經(jīng)過處理后的三相交流經(jīng)過整流和無源PFC 后轉換成高壓直流時， 這時轉換的高壓直流要經(jīng)過DC/ DC 變換器再次轉換成可變的直流電壓輸出； 另外模塊控制部分還有負責過壓、過流以及短路保護等作用， 這樣才能保證輸出電壓的穩(wěn)定， 也同時能對模塊各部件進行保護。模塊還在遠程監(jiān)控中提供了 四遙 （ 遙控、遙調、遙測、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脈沖的波動， 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單的補償措施， 只能做到抑制電流瞬時突變的目的， 但電流畸變的校正及功率因數(shù)的補償能力都很差 。

　　DC/ DC 變換器將一個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)、快速響應的性能，同時可以收到節(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壓作用， 還能起到有效抑制電網(wǎng)側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， 在輸出端要加一個電感器L o （ 續(xù)流電感） 起能量的儲存及傳遞作用， 變壓器初級無再有復位繞組， 因為VD1 , VD2 的導通限制了兩個調整管關斷時所承受的電壓。輸出回路需有一個整流二極管VD3 和一個續(xù)流二極管VD4 （ VD3 , VD4 最好均選用恢復時間快的整流管） 。輸出濾波電容CO 應選擇低、大容量的電容， 這樣有利于降低紋波電壓。雙管正激式DC/ DC 變換器的工作特點如下：

　?。?1） 在任何工作條件下， 為使兩個開關管所承受的電壓不會超過UIN , Ud （ UIN 為輸入電壓； Ud 為VD1 ,VD2 的正向壓降） , VD1 , VD2 必須是快恢復管， 其在實際設計和調試中恢復時間越短越好。

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

　?。?3） 兩個開關管的工作狀態(tài)一致， 會同時處于通態(tài)或斷態(tài)。所以使用在智能高頻開關電源這樣大功率等級電源中比較適合。

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， 應在整流電路的后面加接濾波電路， 以濾去交流部分。此時在橋式整流電路輸出端與負載之間并聯(lián)一個大電容， 采用電容濾波后使二極管得到的時間縮短， 由于電容CO 充電的瞬時電流較大， 形成了浪涌電流， 容易損壞二極管， 故在選擇二極管時， 必須留有足夠的電流裕量， 以免燒壞。