聶榮琪 孫棟
通信高頻開關(guān)整流器作為各類開關(guān)電源中設(shè)計(jì)最為復(fù)雜、要求最為嚴(yán)格的一種。由它們組成的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)作為基礎(chǔ)供電設(shè)備，通常被認(rèn)為是整個(gè)通信系統(tǒng)的“心臟”。一旦其發(fā)生故障，則整個(gè)通信系統(tǒng)工作將會(huì)受到嚴(yán)重威脅，會(huì)導(dǎo)致大面積通信癱瘓，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此其現(xiàn)狀及發(fā)展倍受人們關(guān)注。
近年來，通信用高頻開關(guān)電源系統(tǒng)全面取代了原有相控電源系統(tǒng)，其技術(shù)和市場(chǎng)得到了高速發(fā)展。再加上移動(dòng)通信的迅速增長，其發(fā)展更是勢(shì)不可擋，成為各類開關(guān)電源最為活躍的品種之一。其巨大的市場(chǎng)和高額的利潤吸引了眾多廠家相互競(jìng)爭(zhēng)，逐步形成了產(chǎn)品多品種、多樣化的“百家爭(zhēng)鳴”的局面。據(jù)了解，現(xiàn)國內(nèi)較大的生產(chǎn)廠家已有十幾家，各有其鮮明的特點(diǎn)。但其總的特點(diǎn)可歸納為：高效率、高頻化、模塊化、智能化和“標(biāo)準(zhǔn)”化。
效率是電源的最重要的指標(biāo)之一。高效率是每個(gè)廠家競(jìng)相追逐和大力宣傳的重點(diǎn)之一。高效率的好處很多，如更低的運(yùn)行成本、更低的工作溫度及由此帶來的更高的可靠性和更長的壽命、更低的空調(diào)要求等�，F(xiàn)在通信用高頻開關(guān)整流器整機(jī)效率高達(dá)９０％以上已很普通，不帶有源功率因數(shù)校正電路的最高可達(dá)９５％，并還有進(jìn)一步提高的可能。
高頻化是目前開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，也是高頻開關(guān)整流器發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。提高開關(guān)頻率可縮小電源體積、減輕重量、提高功率密度，還可改善開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能，減輕濾波電路壓力，并可進(jìn)一步降低成本。但隨著開關(guān)頻率的提高，功率器件的開關(guān)損耗將成比例地增加。所以在開關(guān)頻率較高時(shí)，需采取非常有效的“軟化”措施盡可能降低器件的開關(guān)損耗。目前比較流行的方法是采用有源軟開關(guān)技術(shù)，如諧振技術(shù)、準(zhǔn)諧振（或多諧振）技術(shù)、ＺＣＳＰ ＷＭ（或ＺＶＳ－ＰＷＭ）技術(shù)及ＺＣＴＰＷＭ（或ＺＶＴ－ＰＷＭ）技術(shù)等。這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是效果很好，可將開關(guān)頻率提至很高，一般在１００～４０ＫＨｚ。但其缺點(diǎn)也很明顯，主要是器件的電流、電壓應(yīng)力較大，技術(shù)本身有待完善，多一輔助開關(guān)后控制較復(fù)雜等。另一種較實(shí)用的方法是采用無源無耗軟開關(guān)技術(shù)，即采用無源器件（Ｌ、Ｃ、Ｄ等）構(gòu)成獨(dú)特的（專利的）電路網(wǎng)絡(luò)，對(duì)功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)無損耗緩沖。其特點(diǎn)是全部采用無損耗的無源器件，不需額外的控制，電路簡單，可靠性高，效果也不錯(cuò)。目前有高頻開關(guān)整流器采用獨(dú)特的無源無耗軟開關(guān)技術(shù)將開關(guān)頻率提高到２００ｋＨｚ（最大功率輸出達(dá)２８００瓦），取得了很好的效果。
模塊化設(shè)計(jì)是高頻開關(guān)整流器的重要特色之一。在過去的十幾年中，隨著輕巧、緊湊的高頻開關(guān)整流器模塊的出現(xiàn)，直流供電系統(tǒng)的模塊式結(jié)構(gòu)變得非常容易實(shí)現(xiàn)，可方便地組成各種不同功率等級(jí)的電源系統(tǒng)，從幾十安培一直到幾千安培或更大。這種模塊式結(jié)構(gòu)除了具有很強(qiáng)的適應(yīng)性外，還有一些很重要的優(yōu)點(diǎn)如：系統(tǒng)初始投資少、擴(kuò)容非常方便、安裝運(yùn)輸方便、冗余方式工作額外投入很少、維護(hù)快捷方便等。目前絕大多數(shù)通信電源廠家均采用模塊化設(shè)計(jì)，并已形成系列化，其單體整流器模塊電流多數(shù)為５Ａ，１０Ａ，３０Ａ，５０Ａ，１００Ａ，２００Ａ等。而在通訊領(lǐng)域包括移動(dòng)通訊等大量使用的整流器模塊為３０Ａ、５０Ａ、１００Ａ三個(gè)品種，可組成１５０Ａ、３０Ｍ、６００Ａ、１０００Ａ等各類功率等級(jí)的直流電源系統(tǒng)，主要供電子大型電話局、移動(dòng)通訊基站等。
智能化是現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)其基礎(chǔ)供電電源高標(biāo)準(zhǔn)要求的必然結(jié)果，是新型單片機(jī)技術(shù)在開關(guān)電源領(lǐng)域應(yīng)用的完美體現(xiàn)。為滿足通信系統(tǒng)各種場(chǎng)合、各種條件的用電需要，保證電源系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)，需對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)視、全面的控制及完善的告警及保護(hù)；為達(dá)到系統(tǒng)安裝、維護(hù)的簡便性，需使高頻開關(guān)整流器具有如帶電插拔（ＨＯＴＰＬＵＧ，ＩＮ）、參數(shù)自動(dòng)設(shè)置及更正等“傻瓜型”功能；同時(shí)為減少電源系統(tǒng)的故障檢修時(shí)間，減小長期維護(hù)的人力和費(fèi)用，并提高系統(tǒng)的可靠性，需對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離“遙控、遙測(cè)、遙信”（“三遙”），方便地實(shí)施系統(tǒng)故障檢測(cè)、故障診斷和故障隔離。所有這些要求都是要建立在單片機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上而得以全面滿足，并最終達(dá)到一種高度智能化的目的。目前多數(shù)通信電源廠家已成功地將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于高頻開關(guān)整流器模塊及監(jiān)控模塊之中，并通過ＲＳ２３２、ＲＳ４２２等標(biāo)準(zhǔn)通訊口及ＭＯＤＥＭ等與微型計(jì)算機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)“三遙”功能，并最終通過公用電話網(wǎng)或通信專網(wǎng)將不同區(qū)域內(nèi)甚至是世界范圍的電源系統(tǒng)連接起來，實(shí)施大面積集中監(jiān)控，滿足了現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的高標(biāo)準(zhǔn)、高可靠的要求，達(dá)到了智能化的目的。
所謂“標(biāo)準(zhǔn)”化是指開關(guān)電源要滿足或必須滿足越來越多、越來越嚴(yán)的各種國內(nèi)及國際的標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前高頻開關(guān)整流器產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)需滿足的標(biāo)準(zhǔn)，除自身規(guī)范要求外，主要有電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)兩種。為改善供電電網(wǎng)質(zhì)量，同時(shí)也提高開關(guān)電源本身適應(yīng)環(huán)境的能力，國際上有關(guān)組織及國內(nèi)相關(guān)部門都積極制定了各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)在不久的將來將對(duì)相關(guān)產(chǎn)品強(qiáng)制執(zhí)行。各電源廠家都已經(jīng)或正在為自己的產(chǎn)品滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的要求做準(zhǔn)備，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“綠色化”。同時(shí)為使開關(guān)電源產(chǎn)品安全性能更高，避免對(duì)使用人、物及環(huán)境造成安全事故，杜絕各種安全隱患，國外、國內(nèi)都制定了相應(yīng)安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施了各種安全認(rèn)證，如歐洲有“ＣＥ”標(biāo)志認(rèn)證，中國有“長城”標(biāo)志認(rèn)證等�！皹�(biāo)準(zhǔn)”化是產(chǎn)品質(zhì)量改善及國際化發(fā)展趨勢(shì)的需要。目前在高頻開關(guān)整流器產(chǎn)品范圍內(nèi)國外設(shè)計(jì)的產(chǎn)品“標(biāo)準(zhǔn)”化工作要好于國向自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，這主要與國內(nèi)“標(biāo)準(zhǔn)”化工作基礎(chǔ)較差、標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)不強(qiáng)、檢測(cè)手段不完善等有關(guān)。但可以看到，隨著國內(nèi)生活環(huán)境的極大改善，國人安全意識(shí)的提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈等，國內(nèi)有關(guān)部門及各生產(chǎn)廠家都越來越重視產(chǎn)品的“標(biāo)準(zhǔn)”化設(shè)計(jì)工作，以期明顯改善人們的生存環(huán)境，同時(shí)提高產(chǎn)品的國際競(jìng)爭(zhēng)力。
隨著現(xiàn)代通信業(yè)的飛速發(fā)展，作為其基礎(chǔ)供電的高頻開關(guān)整流器及其電源系統(tǒng)的發(fā)展近幾年也取得了舉世矚目的成就。不論是技術(shù)的創(chuàng)新、市場(chǎng)的開拓或功能的完善，都達(dá)到了較好的地步，全面及時(shí)地滿足了當(dāng)前通信業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。目前我國通信交換機(jī)設(shè)備每年增加２０００萬線；并繼續(xù)保持穩(wěn)定地發(fā)展，各專門、農(nóng)話、傳輸系統(tǒng)等也增長迅速。這些都需要大量的基礎(chǔ)供電設(shè)備，所以在未來幾年內(nèi)高頻開關(guān)整流器及其電源系統(tǒng)仍將保持良好的發(fā)展勢(shì)頭。但對(duì)于每個(gè)電源廠家來說，隨著用戶要求的不斷提高，對(duì)手之間競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，ＥＭＣ與安全標(biāo)準(zhǔn)等要求更加嚴(yán)格，欲穩(wěn)步占領(lǐng)市場(chǎng)并在激烈競(jìng)爭(zhēng)中生存就必須不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)、技術(shù)創(chuàng)新、完善功能、提高系統(tǒng)可靠性、努力降低成本、節(jié)約原材料、重復(fù)利用資源并盡量減少對(duì)環(huán)境的不良影響等�？梢灶A(yù)見，電源市場(chǎng)即將迎來新的發(fā)展契機(jī)。 源軟開關(guān)技術(shù)，如諧振技術(shù)、準(zhǔn)諧振（或多諧振）技術(shù)、ＺＣＳＰ ＷＭ（或ＺＶＳ－ＰＷＭ）技術(shù)及ＺＣＴＰＷＭ（或ＺＶＴ－ＰＷＭ）技術(shù)等。這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是效果很好，可將開關(guān)頻率提至很高，一般在１００～４０ＫＨｚ。但其缺點(diǎn)也很明顯，主要是器件的電流、電壓應(yīng)力較大，技術(shù)本身有待完善，多一輔助開關(guān)后控制較復(fù)雜等。另一種較實(shí)用的方法是采用無源無耗軟開關(guān)技術(shù)，即采用無源器件（Ｌ、Ｃ、Ｄ等）構(gòu)成獨(dú)特的（專利的）電路網(wǎng)絡(luò)，對(duì)功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)無損耗緩沖。其特點(diǎn)是全部采用無損耗的無源器件，不需額外的控制，電路簡單，可靠性高，效果也不錯(cuò)。目前有高頻開關(guān)整流器采用獨(dú)特的無源無耗軟開關(guān)技術(shù)將開關(guān)頻率提高到２００ｋＨｚ（最大功率輸出達(dá)２８００瓦），取得了很好的效果。
