高频开关电源系统中整流模块的功能设计

     摘 要： 以智能高频开关电源系统中的整流模块为研究对象， 采用无源PFC 和DC/ DC 变换器的原理， 对模块的整流原理进行设计和改善， 经过对整流模块的硬件、电路的设计与调试表明： 该整流模块可以有效地解决智能高频开关电源系统中整流问题， 同时， 还具有可靠性强、稳定性好且体积小、噪声低、节能高效、维护方便等优点， 能够很好地满足现代智能高频开关电源系统的发展趋势要求。

　　0   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

     （ 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