通信高频开关电源技术研究

吕鹏涛　张秋霞　雷佳

摘要：文章从高频开关电源的特点及原理分析入手，论述了通信高频开关电源的关键技术。期望通过本文的研究能够对促进通信高频开关电源的应用与发展有所帮助。

关键词：通信 高频开关电源技术

1高频开关电源的特点及原理

1.1主要特点

高频开关电源又被称之为开关型整流器，简称SMR，其特点体现在如下几个方面：采用高频方波作为直流输出波形，由此大幅度提升了镀数，避免钝化问题的发生，不但使镀层面的光泽度进一步增强，而且还使原材料的损耗显著减少;采用风冷设计，便于安装，配有远程遥控装置，操作更加简单方便，能够在带负载的条件下进行开关机，省去调节的繁琐过程;质量轻、体积小，防腐蚀能力强，可在恶劣的环境中保持稳定运行，使用寿命长;高效、节能，正常情况下的工作效率可以达到90%以上，电流电压比始终成线性匹配，节能在35%以上。

1.2工作原理

常规的高频开关电源由四个部分组成，分别为主电路、控制电路、检测电路及辅助电源。其中主电路可从交流电网输入、直流输出，整个过程包括输入滤波器、整流与滤波以及逆变等环节，最终能够按照负载的实际需求，提供可靠的直流电源;控制电路主要是对逆变器进行控制，通过改变脉宽或是频率，来保证输出的稳定性;检测电路能够提供各种显示仪表资料和保护电路运行中的相关参数;辅助电源可为单一电路的不同要求提供电源。

2通信高频开关电源的关键技术

在通信设备中，通信电源是不可或缺的重要组成部分之一，其主要作用是为设备供电，从而确保通信设备稳定、可靠运行。因受到供电故障的影响，通信设备中存储的数据信息可能会出现丢失的情况。现阶段，市电是通信电源输入供电的主要方式，除此之外，还有风电和太阳能方阵等供电方式，当输入供电发生故障，或是通信电源自身发生故障时，与通信电源并接的蓄电池组便会为通信设备进行供电，以此来确保正常通信。由电源模块组成的通信高频开关电源在通信领域中被称之为一次电源，其电压等级为48Vo不同功率的通信高频开关电源的电路拓扑结构及控制方式均不相同，如正激和反激变换器适用于IOOW以下电源;半桥变换器适用于IOOW以上、IOOOW以下的电源;而所有IOOOW以上的电源基本上采用的都是全桥变换器。在通信高频开关电源中的关键技术有软开关技术、同步整流技术和校正技术等，下面就此展开详细论述。

2.1软开关技术

早期的高频开关电源采用的都是硬开关的方式，虽然这种方式的控制过程较为简单，且负载大小不会影响直流增益，但是随着输出功率逐步增大，加之工作频率进一步提高，使硬开关的损耗随之增大，电磁干扰对开关电源运行稳定性的影响也越来越严重。为有效解决这一问题，业内的专家学者经过研究后，开发出软开关技术。从本质的角度上讲，该技术是通过对电感与电容谐振的充分利用，为开关电源中的功率器件导通或关断创造零电压和零电流的条件，从而使开关器件的导通和关断实现零损耗的目标，即零电压开关和零电流开关。

目前在通信用高频开关电源的设计中软开关技术占据主导地位，具体的实现过程如下：通过对全桥对角线上的开关管导通重合角的宽度进行调节，达到对开关电源进行稳压控制的目的，这种控制方式被称之为移相全桥控制。该控制方式与脉冲宽度调制在间歇期的控制方面存在一定的差别。在移相全桥控制方式下，间歇期存在惯性环流，由此使换流过程发生改变，从而给软开关的实现提供了条件。移相全桥零电压开关，使通信高频开关电源中功率器件的零电压开通与关断得以实现，不仅降低了损耗，而且还使电源的工作效率获得显著提升。同时，通过对通信高频开关电源的实际应用情况进行分析后发现，干扰产生的主要来源是电流脉冲，移相全桥零电压开关，能够对该干扰源进行有效消除，大幅度降低了干扰电平，从而使开关电源的运行更加稳定。由此可见，在通信用高频开关电源中，软开关技术具有良好的适用性。随着该技术的加入，可以实现开关器件的零电压导通，开关的损耗及噪声均随之降低。

2.2同步整流技术

现阶段，大功率通信设备的占比越来越高，为满足应用需要，通信用高频开关电源相继推出多款大电流产品，随着输出电流的增大，使得损耗随之增加。而金氧半场效晶体管技术的逐步完善，在通信用高频开关电源中引入同步整流技术，可以使开关电源的工作效率获得显著提升，由此使得同步整流技术成为通信电源的核心技术之一。对同步整流管进行有效驱动是该技术的关键之所在，可以使用的驱动方式有以下几种：自驱动、绕组控制、IC控制等等。在功率半导体技术快速发展的推动下，金氧半场效晶体管具备恢复功能，这样不但提升了效率，而且还使散热器的面积随之缩小，寄生电容大幅度减少，共模干扰显著降低，开关电源的抗电磁干扰性能有了质的飞跃。在通信高频开关电源中，同步整流技术已经成为标志性技术，几乎所有高水平的通信高频开关电源产品都采用了该技术，同步整流器件的不断升级，为其在通信用高频开关电源中的应用创造了有利条件。

2.3校正技术

这里所指的校正技术主要是针对三相有源功率因数而言。自上个世纪80年初开关电源得到普及应用后，促进了功率因数校正技术的发展，早期生产的开关电源功率因数最高的可以达到0.75，最低的仅为0.45，从效率上看相对较低，并且高次谐波的含量高。随着人们对谐波干扰的关注和重视，谐波控制标准随之出现，由此对开关电源的效率以及电磁兼容性方面提出更高的要求，从而使功率因数控制成为开关电源中不可或缺的关键技术。

对功率因数进行校正除了能够为软开关技术在通信高频开关电源中的应用提供有利条件之外，还能使电磁兼容性显著提升。同时，可以減小电流谐波，使开关电源的运行对其它设备的干扰程度有所降低。有源校正和无源校正是功率因数控制中常用的两类电路，前者是在输入电源与变换器之间插入一个变换器，由此可使电流跟随电压，并反馈输出电压，从而使开关电源的运行更加稳定。该电路的优点在于体积小，虽然电路本身的复杂程度较高，但只要确保设计的合理性仍然能够达到预期中的控制效果;后者则是通过无源器件对功率因数进行改善，从而达到减小电流谐波的目的，虽然电路的结构简单，但是体积过于庞大，所以实际应用越来越少。

3结论

综上所述通信高频开关电源作为通信设备的重要组成部分之一，其性能优劣直接关系到通信设备的运行稳定性。为此，有必要加大对通信高频开关电源技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善之外，还应开发一些新的技术，从而使其更好地为通信工程服务。

参考文献

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