隨著開關(guān)電源技術(shù)的不斷成熟,其應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓寬。開關(guān)電源與傳統(tǒng)串聯(lián)連續(xù)穩(wěn)壓電源相比,在效率、電磁污染、體積及可靠性等方面都得到了較大的改善。另一方面,新的固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機對電源的要求越來越高,而開關(guān)電源技術(shù)的成熟,元器件的不斷更新,高可靠性控制芯片的應(yīng)用完全能夠滿足調(diào)頻廣播發(fā)射機的要求。目前固態(tài)調(diào)頻陜西廣播發(fā)射機中的激勵器和功率放大器等組件普遍采用開關(guān)電源作為能源支持。未來的數(shù)字化控制與管理對于開關(guān)電源提出了更高的要求,智能化、數(shù)字化、小體積及高可靠性將是調(diào)頻廣播發(fā)射機開關(guān)電源發(fā)展方向。
開關(guān)電源
電源是整個調(diào)頻廣播發(fā)射機的動力心臟。考慮到發(fā)射機房各個設(shè)備之間的電磁兼容,發(fā)射機整體效率,電源的可靠性和日常維護(hù)等問題,開關(guān)電源無疑是固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機電源的較佳選擇。開關(guān)電源的優(yōu)良特性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
..:體積更小。它可與功率放大器集成裝配。幾百kHz的開關(guān)頻率使得濾波阻抗元件體積縮成很小,進(jìn)而既減輕了發(fā)射機重量又縮小了體積,便于運輸及日常維護(hù)。
第二:效率更高。包括功率開關(guān)管MOSFET等新器件的應(yīng)用,開關(guān)電源多種電路拓?fù)浣M合的開關(guān)技術(shù)是降低損耗,提高電源系統(tǒng)效率的重要**。
第三:電磁污染更少。發(fā)射機電源內(nèi)設(shè)的電磁干擾(EMI)濾波電路和相關(guān)高尖峰脈沖吸收電路是電源的電流諧波符合要求的重要**,它不但可以改善電源對電網(wǎng)的負(fù)載特性,減少給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的污染,也可以減少對其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。
第四:可靠性得到進(jìn)一步改善。防雷、防感應(yīng)或反擊過電壓的多種保護(hù)措施及使用涂有三防漆(防潮、防鹽和防霉)的印刷電路板均可將故障幾率降至很低。
開關(guān)電源應(yīng)用
開關(guān)電源是通過以一定頻率連續(xù)地控制功率開關(guān)管進(jìn)行通斷操作,以便可以通過能量儲存元件(如電感器和電容器)向變換器或負(fù)載提供電量的電源形式。只要通過改變占空比、開關(guān)頻率或相關(guān)相位,平均輸出電壓或電流便可得到控制。開關(guān)電源的開關(guān)頻率范圍是從20kHz到幾MHz。對于電源功率大于90W的工作場合,開關(guān)電源通常采取兩級變換方式。即功率因數(shù)校正(PFC)控制變換器和DC/DC變換器。這里特別應(yīng)該提到是功率因數(shù)校正電路。它是為了**輸入電壓和電流同相工作而設(shè)置的。其結(jié)果是功率因數(shù)接近1,視在功率全部轉(zhuǎn)換為有功功率,因而系統(tǒng)效率得到了改善。如果沒有PFC校正電路,輸入電流會以窄脈寬高峰值脈沖形式輸入開關(guān)電源引起嚴(yán)重的諧波干擾成分。這些諧波組分不僅沒有向負(fù)載提供任何能量,而且還引起變壓器和其它設(shè)備發(fā)熱。功率因數(shù)校正電路分為有源和無源兩種類型。調(diào)頻陜西廣播發(fā)射機的開關(guān)電源大都采用有源功率因數(shù)校正電路,它是由具有有源功率因數(shù)校正的AC/DC變換器和獨立DC/DC變換器兩大部分組成。AC/DC變換器主要包括:EMI濾波器、慢啟動電路、橋式整流、PFC控制器、功率驅(qū)動電路及變換器電路(由功率開關(guān)管MOSFET、儲能電感L、快速恢復(fù)整流二極管和濾波電容等組成),其電路框圖見圖1。
AC輸入經(jīng)過EMI濾波電路濾除差摸和共摸電磁干擾信號后,輸入至慢啟動電路,再經(jīng)延時后全壓加到橋式整流電路,輸出的直流電壓提供給功率場效應(yīng)管MOSFET的漏極。PFC控制器是由8引腳的LT1249功率因數(shù)控制芯片和較少的外圍元件所構(gòu)成的電路。其第8引腳輸出開關(guān)頻率為100kHz的驅(qū)動信號,經(jīng)驅(qū)動電路加到MOSFET功率開關(guān)管的柵極,MOSFET變換器開始以一定的占空比進(jìn)行通斷工作,并輸出所需求的直流電壓。凌力爾特公司生產(chǎn)的LT1249集成芯片內(nèi)置振蕩器、電流乘法器、電流放大器、誤差電壓放大器、電壓比較器及基準(zhǔn)電壓源等單元。通過對設(shè)定的高頻率脈寬調(diào)制電流進(jìn)行平均處理,LT1249可以實現(xiàn)盡可能低的電流失真,并且可以工作于連續(xù)和非連續(xù)的工作模式。另外,內(nèi)置電流乘法器對來自誤差電壓放大器的電流進(jìn)行平方運算可以降低輕載時的AC增益,進(jìn)而可保持較低的電流失真和較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。PFC控制器分別從橋式整流、變換器及它們之間傳感電阻提取感應(yīng)信號實現(xiàn)多種保護(hù)功能,如峰值電流限制和過壓保護(hù)等。DC/DC變換器電路簡化框圖由圖2所示。
它主要由開關(guān)變壓器、MOSFET功率開關(guān)管、整流元件、傳感電路(包括電壓、電流和溫度取樣)、附屬電源、UC3843PWM控制器及相關(guān)的驅(qū)動電路組成。由前級輸入的直流電壓加到并聯(lián)的功率開關(guān)管MOSFET的漏極,其柵極輸入是由UC3843控制芯片內(nèi)設(shè)定頻率開關(guān)信號經(jīng)驅(qū)動電路提供的。通過開關(guān)變壓器升壓后,整流濾波得到所需的直流電壓。UC3843控制芯片是一種電流模式的PWM控制調(diào)整器。它具有優(yōu)化DC/DC變換器、低啟動電流、自動前饋補償、電流限制、低壓閉鎖、脈沖抑制、高電流驅(qū)動和高達(dá)500kHz的開關(guān)頻率等特性。從UC3843內(nèi)部電路分析,內(nèi)部參考信號與變壓器次級經(jīng)整流濾波后電壓取樣值在誤差放大器進(jìn)行處理,處理后的誤差電壓與感應(yīng)電阻形成的電壓輸入到PWM比較器中,其輸出與時鐘信號在觸發(fā)電路中進(jìn)行波形處理,結(jié)果陜西廣播發(fā)射機輸出頻率與時鐘頻率一致的開關(guān)頻率信號。