開關(guān)電源結(jié)構(gòu)分析

開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)　

常用開關(guān)電源，主要是為電子設(shè)備提供直流電源供電。電子設(shè)備所需要的直流電壓，范圍一般都在幾伏到十幾伏，而交流市電電源供給的電壓為220V（110V），頻率為50Hz（60Hz）。開關(guān)電源的作用就是把一個(gè)高電壓等級(jí)的工頻交流電變換成一個(gè)低電壓等級(jí)的直流電。

開關(guān)電源圖結(jié)構(gòu)

工頻交流電進(jìn)入開關(guān)電源后被直接整流，省去了體積大、重量大的工頻整流變壓器。整流器輸出為電壓很高的直流電，整流后的電壓經(jīng)電容濾波，電壓的平均值為300V~310V。高電壓等級(jí)的直流電送往逆變器的輸入端，經(jīng)逆變器變換，變?yōu)楦唠妷?、高頻交流電。目前開關(guān)電源逆變器的變換工作頻率在幾十到幾百KHz 范圍。逆變器輸出的交流電能，接高頻降壓變壓器的原邊，由于經(jīng)逆變器產(chǎn)生的高頻交流電的頻率比工頻高得多，所以高頻變壓器的體積要比同容量的工頻變壓器小得多，從根本上減小了整個(gè)電源的體積和重量。逆變器產(chǎn)生的高頻交流電經(jīng)高頻變壓器降壓后，在經(jīng)過整流、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)，變換出符合負(fù)載要求的低壓直流電能，供給負(fù)載。

開關(guān)電源原理圖

如何選用開關(guān)電源？

工頻整流電路一般為不可控整流電路，根據(jù)電源容量的大小，可以是單相整流，一般選用單相橋式結(jié)構(gòu)，大容量的開關(guān)電源可用三相交流電源。

開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級(jí)串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)0.5% ~ 1%。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn).

1. 輸出電流的選擇

因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80％以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，

通常輸出計(jì)算公式為：

開關(guān)電源輸出計(jì)算公式

2. 接地

開關(guān)電源比線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。

3. 保護(hù)電路

開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過流、過熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。

開關(guān)電源-諧波危害

(1) 增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗

　　 電動(dòng)機(jī)在正常持續(xù)運(yùn)行條件下，電網(wǎng)中負(fù)序電壓不超過額定電壓的2%，如果電網(wǎng)中諧波電壓折算成等值基波負(fù)序電壓大于這個(gè)數(shù)值，則附加功耗明顯增加。對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗和發(fā)熱，并可能引起振動(dòng)。

(2) 加速金屬化膜電容器老化

在電網(wǎng)中金屬化膜電容器被大量用于無功補(bǔ)償或?yàn)V波器，而在諧波的長期作用下，金屬化膜電容器會(huì)加速老化。對(duì)無功補(bǔ)償電容器組引起諧振或諧波電流的放大，導(dǎo)致電容器因過負(fù)荷或過電壓而損壞；對(duì)電力電纜也會(huì)造成過負(fù)荷或過電壓擊穿。

(3) 污染公用電網(wǎng)

公用電網(wǎng)的諧波特別嚴(yán)重時(shí)，不但使接入該電網(wǎng)的設(shè)備（電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等）無法正常工作，甚至?xí)斐晒收?，而且還會(huì)造成向公用電網(wǎng)的中性線注入更多電流，造成超載、發(fā)熱，影響電力正常輸送，增加電網(wǎng)的損耗。當(dāng)發(fā)生諧振或放大時(shí)損耗可達(dá)到相當(dāng)大的程度。

(4)對(duì)繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置、信息機(jī)造成誤動(dòng)作和干擾，影響可靠性。

如果繼電保護(hù)裝置是按基波負(fù)序量整定其整定值大小，此時(shí)，若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能會(huì)引起負(fù)序保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，影響電力系統(tǒng)安全。

(5) 影響變壓器工作

　　 諧波電流，特別是３次（及其倍數(shù)）諧波侵入三角形連接的變壓器，會(huì)在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對(duì)Ｙ形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵入變壓器的中性線的３次諧波電流會(huì)使中性線發(fā)熱。諧波增加電度表本身的誤差，用戶既吸收基波無功又吸收諧波功率。諧波不僅表現(xiàn)為電流諧波，而且由于諧波電流對(duì)電網(wǎng)沖擊使供電電壓含有諧波，這就使得相同子網(wǎng)都會(huì)受到諧波的影響。

(6) 增加輸電線路功耗

　　 如果電網(wǎng)中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流會(huì)使輸電線路功耗增加。 如果輸電線是電纜線路，與架空線路相比，電纜線路對(duì)地電容要大10 ~ 20倍，而感抗僅為其1/3 ~ 1/2，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。