（已结贴）电源电气擂台第100期----开关电源 点击：630 | 回复：14
开关电源大家都和很熟悉，现在在数百KW以下的直流电源普遍采用开关电源取代相控整流电源，为什么？
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高频开关稳压电源同相控稳压电源相比，具有如下优势：
1．技术指标优势
1) 体积小、重量轻。高频变压器取代了大而笨重的工频变压器，使得电源越来越小型化、轻量化。
2) 工作频率高，使输出滤波电路得以小型化。
3) 功率因数高。前者采用有源功率因数校正电路，功率因数能做到0.98以上，而后者波形畸变，对电网干扰严重。
4) 效率高，节省能源。前者的效率一般88%~95%.而后者的效率一般在70%以下。
5) 动态响应好，提高通信质量。前者工作频率高，对负载和电网的动态响应远远优于后者。
6) 纹波小。前者的输出纹波和杂音一般都比后者小，有利于提高通信的质量。
7) 噪音低。前者的工作频率在人的听觉范围之外，可闻噪音要比后者低得多。
8) 扩容方便。高频开关电源一般采用模块式结构，维护、扩容要比较方便。
当然，高频开关电源也存在一些缺点，如射频干扰、电磁干扰较相控电源稍大等，但随着通信电源技术的发展，这些缺点正逐步被克服。
2．智能化优势
由于相控电源的诞生早于高频开关电源，其智能化程度较低。而高频开关电源发展在计算机技术大发展的今天，其智能化程度远远高于相控电源。近年来的维护体制的变化，要求远程集中监控，无人值守或少人值守。智能化通信高频开关电源为通信电源的无人值守或少人值守创造了条件。而老的相控电源是无法满足这一要求的。
相控电源是指采用可控硅作为整流器件的电源系统，其原理是交流输入电压经工频变压器降压，然后采用可控硅进行整流。为了保持输出电压的稳定，需一套比较复杂的可控硅触发电路。通信电源在通信系统中占有极其重要的位置，其性能直接影响通信的质量和可靠性。随着通信的发展，对其要求也越来越高，相控稳压电源已满足不了现代通信对质量和可靠性的要求，而逐步被性能更优良的高频开关电源所代替。
相控电源是指采用晶闸管作为整流器件的电源系统，其原理是交流输入电压经工频变压器降压，然后采用晶闸管进行整流。为了保持输出电压的稳定，需一套比较复杂的晶闸管触发电路。
高频开关稳压电源（也就是开关电源）是交流输入直接整流，然后经过由功率开关器件（功率晶体管、MOS管、IGBT等）构成的逆变电路将高压直流（单相整流约300V，三相整流约540V）变换成高频方波（20kHz以上），高频方波经高频变压器降压后再经整流滤波得到稳定的直流输出。
而高频开关稳压电源是交流输入直接整流，然后经过由功率开关器件（功率晶体管、MOS管、IGBT等）构成的逆变电路将高压直流（单相整流约300V，三相整流约540V）变换成高频方波（20kHz以上），高频方波经高频变压器降压得到低压的高频方波，再经整流滤波得到稳定的直流输出。
现在的开关电源有很多品牌，有很多，比如知名品牌西门子、ABB、施耐德、AB等等都有开关电源，国产的有明炜、朝阳电源，还有台达做开关电源也很不错。
开关电源相对于相控电源来说：
1、体积小，安装方便。
2、工作频率高，使输出滤波电路得以小型化。
3、功率因数高。前者采用有源功率因数校正电路，功率因数能做到0.98以上，而后者波形畸变，对电网干扰严重。
4、效率高，节省能源。前者的效率一般88%~95%.而后者的效率一般在70%以下。
5、动态响应好，提高通信质量。前者工作频率高，对负载和电网的动态响应远远优于后者。
6、 纹波小。前者的输出纹波和杂音一般都比后者小，有利于提高通信的质量。
7、噪音低。前者的工作频率在人的听觉范围之外，可闻噪音要比后者低得多。
8、 扩容方便。高频开关电源一般采用模块式结构，维护、扩容要比较方便。
因为这些优点，而电源的开创创新，开关电源肯定就取代的相控电源，以前使用的相控电源将使用开关电源替代，当然因为批量化生产使用，开关电源的价格也较低，除了一些大品牌做的开关电源，有一些台达、明炜的小开关（如10A)左右也就是200、300左右，这样降低了用户的费用。
首先从两种电源的原理、优点来分析：
1）开关电源的原理：1.交流电源输入经整流滤波成直流; 2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上; 3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载; 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的. 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源。以上说的就是开关电源的大致工作原理。
2）开关电源的主要优点：体积小。重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。
3）.相控电源的原理：相控电源是指采用晶闸管作为整流器件的电源系统，其原理是交流输入电压经工频变压器降压，然后采用晶闸管进行整流。为了保持输出电压的稳定，需一套比较复杂的晶闸管触发电路。
4）相控电源缺点;智能化程度较低,通讯方面差，供电质量和要求达不到，安全和可靠性也是比较低。
通过以上比较，在现今科技比较发达的年代，不管从经济效益、价格、安全、可靠等程度上来讲开关电源都优于相控电源，取而代之也是必然，只有不断创新才会有发展吗！！
一、高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的转换效率达到90%以上，而相控电源转换效率一般只有60%～80%。
二、 可控硅整流器运行于浮充电方式时，直流输出的纹波系数较大，曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故，按部颁要求纹波系数不大于2%。另外，可控硅整流器与蓄电池并联运行，纹波系数较大时，若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象，对蓄电池不利。高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电，使得供电质量和技术参数明显提高。模块采用准谐振技术（或脉宽调制技术）和电流电压双环控制技术，提高开关工作频率，开通损耗小，输出电压的纹波系数很小，一般≤±0.1%额定电压，进而可防止蓄电池脉动充电放电，延长蓄电池的使用寿命，可靠性更高。
三、高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。同时，设有过流、过压及瞬时短路保护，安全可靠的防雷措施，能有效地承受输出短路冲击。另外，采取多重有效措施，防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。
其实这个问题很简单，可以从以下：两者不同之处参考；
开关电源是由很高的关速度的变压器和开关管,特点是重量小,容量大,输出质量高,相控电源用在要求不高,电流特大的场合；
其次在网上也可以找到资料；如下：
开关电源和线性电源在内部结构上是完全不一样的，开关电源顾名思义有开关动作，它利用变占空比或变频的方法实现不同的电压，实现较为复杂，最大的优点是高效率，一般在90％以上，缺点是文波和开关噪声较大，适用于对文波和噪声要求不高的场合；
而线性电源没有开关动作，属于连续模拟控制，内部结构相对简单，芯片面积也较小，成本较低，优点是成本低，文波噪声小，最大的缺点是效率低。它们各有有缺点在应用上互补共存！
相控整流电路是通过交流侧输入的相数的控制来进行整流控制的电路，整流元件使用具有控制功能的晶闸管所以带有可控性。相控整流电路中，只要适当控制晶闸管触发导通瞬间的相位角，就能够控制直流负载电压的平均值。故称为相控。
传统的相控整流电源设备庞大，安装困难，智能化程度低，不利于对直流设备的自动化管理。 设备维修困难，故障电源必须退出系统运行，只有专业维修人员才能进行故障处理。 相控电源稳定性能差，容易造成供电设备的损坏。
随着高频开关电源的大批量生产，制造成本降低，高频开关电源的设备价格与相控电源大至相同，小容量的高频开关电源比相控电源还要便宜。
开关电源有如下优点
1、功耗小，效率高。在大功率开关电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通-截止和截止-导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz.这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%. 2、体积小，重量轻。从大功率开关电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以大功率开关电源的体积小，重量轻。 3、稳压范围宽。从大功率开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。大功率开关电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关电源。
谈谈我在实际工作中接触到的相控电源和开关电源。
发电厂直流系统中的蓄电池组需要直流电源来充电。过去多采用电动机/发电机组（由交流电动机带动直流发电机）作为充电电源，近年来，广泛采用相控电源和高频开关电源作为充电装置。
相控电源即为将可控硅或晶闸管作为整流器件的电源系统，火电厂以硅整流充电装置居多。硅整流直流充电装置与蓄电池组相连时，整流装置的正极接蓄电池组的正极，负极接蓄电池组的负极。整流装置的输出不允许过负荷或短路，否则将烧坏整流元件。考虑到整流器电路发生过载或负载侧短路时，流过硅元件的电流很大，将使元件的温度急剧上升而损坏，所以装置中采用了快速熔断器作为装置外部短路的过电流保护。
目前，发电厂直流系统主要使用免维护铅酸蓄电池，这种蓄电池对充电设备的要求较高。于是，开关电源以其结构轻巧、功能齐全、性能优越且维护简便的特性逐步取代相控电源。
常规硅整流电源稳压、稳流精度≤±2%，高频开关电源模块稳压、稳流精度≤±0.5%能够保证对蓄电池的平稳充放电，不至于造成过大的冲击。常规硅整流输出纹波系数达2%，高频开关电源模块的输出纹波系数仅为0.1%，输出电压和输出电流稳定，不至于使蓄电池过充电，从而有利于蓄电池长期运行。通过高频开关电源模块的智能监控器，可以建立合理的充放电方式，对蓄电池进行智能化管理。在蓄电池深度放电或多次大电流放电后，在初充电期，高频开关电源可以根据设定限流值进行恒流充电，不受负荷影响，不致使充电电流过大而对蓄电池造成冲击，从而延长了蓄电池的使用寿命。使用常规硅整流电源，蓄电池的使用寿命为5-6年，采用高频开关电源，使用寿命可以延长到10年。
传统硅整流充电装置发生故障时，必须将整台装置退出运行，然后进行维护和检修。高频开关电源采用模块化结构和N+1备份方式，可根据实际负荷容量的大小，选择合适的整流模块数量。当1台电源故障时，只需将模块退出检修，其他模块仍可继续运行。在保证系统充电容量的前提下，为负载的正常供电提供了更加可靠的保障。
传统硅整流直流系统的备份需要1个同样大小的硅整流模块，而高频开关电源只需备份1-2个高频开关电源模块即可。
高频开关电源充电装置电气原理如图所示：
比较二者技术性能的优劣，可知直流电源普遍采用开关电源取代相控整流电源的实际意义。
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