開關(guān)電源應(yīng)用在調(diào)頻廣播發(fā)射機中“白皮書”
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，最新的固態(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)射機電源的最佳選擇。開關(guān)電源的優(yōu)良特性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一：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最小，進而既減輕了發(fā)射機重量又縮小了體積，便于運輸及日常維護。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)電源多種電路拓撲組合的開關(guān)技術(shù)是降低損耗，提高電源系統(tǒng)效率的重要保證。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保證，它不但可以改善電源對電網(wǎng)的負載特性，減少給電網(wǎng)帶來嚴重的污染，也可以減少對其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。第四：可靠性得到進一步改善。防雷、防感應(yīng)或反擊過電壓的多種保護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最低。
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。它是為了保證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)電源引起嚴重的諧波干擾成分。這些諧波組分不僅沒有向負載提供任何能量，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。
實際應(yīng)用中相關(guān)問題的討論
開關(guān)電源在調(diào)頻廣播發(fā)射機使用過程中出現(xiàn)故障的機會大一些，原因是多方面的。發(fā)射機房的環(huán)境因素(如通風、溫度及濕度)、電源控制柜防雷問題、開關(guān)電源本身設(shè)計和器件問題、工作人員誤操作問題等都是產(chǎn)生故障的隱患。若想設(shè)備正常工作，除了掌握必備的專業(yè)知識，不斷積累經(jīng)驗也是必要的。通過對開關(guān)電源內(nèi)設(shè)的附屬保護電路的故障顯示觀察和分析往往可以將故障率降至最低。開關(guān)電源由于使用大容量的儲能電容器，在工作中產(chǎn)生較大的浪涌電流，使得開關(guān)管在交流電壓接近峰值時關(guān)斷。輸入交流電壓本身瞬間變化也會導(dǎo)致同樣的結(jié)果。因此在開關(guān)電源的實際電路中，常常使用一種負溫度特性的熱敏電阻串接在橋式整流塊前。當電源開關(guān)閉合時，熱敏電阻溫度低，呈高阻狀態(tài)，浪涌電流得到抑制。隨著電流流動熱敏電阻溫度升高，阻值下降至零，輸入電壓全壓加入負載。然而，這種基本的保護機制在實際使用中略顯不足。如果電源開關(guān)斷開幾秒鐘的時間又重新閉合，熱敏電阻沒有充分的時間冷卻，此時輸入幅值接近峰值的交流電壓，將產(chǎn)生比正常時更大的浪涌電流，既便是此電流在感應(yīng)電阻上產(chǎn)生高于6V的電壓，由于LT1249芯片還沒加電，無法起到保護作用。這是導(dǎo)致功率開關(guān)管MOSFET擊穿短路損壞的直接原因。這一點在大連年初強風暴雨災(zāi)害時引起多部調(diào)頻廣播發(fā)射機電源故障中得到證實。
壓敏電阻并聯(lián)在交流電路輸入的兩端同樣能夠吸收電浪涌。在環(huán)境溫度不變的條件下，壓敏電阻阻值隨施加的電壓增加而急劇減小。因此，它對吸收浪涌有優(yōu)越的功效。為了防止開合功放電源引起的浪涌電壓，采用壓敏電阻接在電源線相間，從而起到保護電源設(shè)備的作用。
接地線是最基本最簡單的安全措施。發(fā)射機的機柜、功放盒外殼、電源外殼、面板及門等均已相互連接，并連接到發(fā)射機的接地端，發(fā)射機安裝到位后，應(yīng)將本機的接地端(位于發(fā)射機電源部分的底板上)彎角與機房地可靠地連接在一起，以避免由于漏電而發(fā)生不幸事件。同時，還要求將電路中要求接地的各點接地，從而保證需要接地的電流及發(fā)射機泄漏的高頻電流能順利流入大地。
結(jié)語語：
盡管開關(guān)電源有多種電路拓撲組合，因負載類型、功率要求、控制方式等不同場合，有不同的選擇，但開關(guān)電源中的PFC控制單元和PWM控制單元是核心，是調(diào)頻廣播發(fā)射機獲得高質(zhì)量信號傳輸與發(fā)射的重要保證。此外，在設(shè)備的使用過程中，應(yīng)該充分了解設(shè)備工作狀態(tài)和故障現(xiàn)象，不斷地積累經(jīng)驗教訓，這樣有利于掌握開關(guān)電源的故障特點，提高調(diào)頻廣播發(fā)射機維護水平，保證設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)。
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)射機電源的最佳選擇。開關(guān)電源的優(yōu)良特性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一：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最小，進而既減輕了發(fā)射機重量又縮小了體積，便于運輸及日常維護。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)電源多種電路拓撲組合的開關(guān)技術(shù)是降低損耗，提高電源系統(tǒng)效率的重要保證。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保證，它不但可以改善電源對電網(wǎng)的負載特性，減少給電網(wǎng)帶來嚴重的污染，也可以減少對其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。第四：可靠性得到進一步改善。防雷、防感應(yīng)或反擊過電壓的多種保護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最低。
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。它是為了保證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)電源引起嚴重的諧波干擾成分。這些諧波組分不僅沒有向負載提供任何能量，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。
實際應(yīng)用中相關(guān)問題的討論
開關(guān)電源在調(diào)頻廣播發(fā)射機使用過程中出現(xiàn)故障的機會大一些，原因是多方面的。發(fā)射機房的環(huán)境因素(如通風、溫度及濕度)、電源控制柜防雷問題、開關(guān)電源本身設(shè)計和器件問題、工作人員誤操作問題等都是產(chǎn)生故障的隱患。若想設(shè)備正常工作，除了掌握必備的專業(yè)知識，不斷積累經(jīng)驗也是必要的。通過對開關(guān)電源內(nèi)設(shè)的附屬保護電路的故障顯示觀察和分析往往可以將故障率降至最低。開關(guān)電源由于使用大容量的儲能電容器，在工作中產(chǎn)生較大的浪涌電流，使得開關(guān)管在交流電壓接近峰值時關(guān)斷。輸入交流電壓本身瞬間變化也會導(dǎo)致同樣的結(jié)果。因此在開關(guān)電源的實際電路中，常常使用一種負溫度特性的熱敏電阻串接在橋式整流塊前。當電源開關(guān)閉合時，熱敏電阻溫度低，呈高阻狀態(tài)，浪涌電流得到抑制。隨著電流流動熱敏電阻溫度升高，阻值下降至零，輸入電壓全壓加入負載。然而，這種基本的保護機制在實際使用中略顯不足。如果電源開關(guān)斷開幾秒鐘的時間又重新閉合，熱敏電阻沒有充分的時間冷卻，此時輸入幅值接近峰值的交流電壓，將產(chǎn)生比正常時更大的浪涌電流，既便是此電流在感應(yīng)電阻上產(chǎn)生高于6V的電壓，由于LT1249芯片還沒加電，無法起到保護作用。這是導(dǎo)致功率開關(guān)管MOSFET擊穿短路損壞的直接原因。這一點在大連年初強風暴雨災(zāi)害時引起多部調(diào)頻廣播發(fā)射機電源故障中得到證實。
壓敏電阻并聯(lián)在交流電路輸入的兩端同樣能夠吸收電浪涌。在環(huán)境溫度不變的條件下，壓敏電阻阻值隨施加的電壓增加而急劇減小。因此，它對吸收浪涌有優(yōu)越的功效。為了防止開合功放電源引起的浪涌電壓，采用壓敏電阻接在電源線相間，從而起到保護電源設(shè)備的作用。
接地線是最基本最簡單的安全措施。發(fā)射機的機柜、功放盒外殼、電源外殼、面板及門等均已相互連接，并連接到發(fā)射機的接地端，發(fā)射機安裝到位后，應(yīng)將本機的接地端(位于發(fā)射機電源部分的底板上)彎角與機房地可靠地連接在一起，以避免由于漏電而發(fā)生不幸事件。同時，還要求將電路中要求接地的各點接地，從而保證需要接地的電流及發(fā)射機泄漏的高頻電流能順利流入大地。
結(jié)語語：
盡管開關(guān)電源有多種電路拓撲組合，因負載類型、功率要求、控制方式等不同場合，有不同的選擇，但開關(guān)電源中的PFC控制單元和PWM控制單元是核心，是調(diào)頻廣播發(fā)射機獲得高質(zhì)量信號傳輸與發(fā)射的重要保證。此外，在設(shè)備的使用過程中，應(yīng)該充分了解設(shè)備工作狀態(tài)和故障現(xiàn)象，不斷地積累經(jīng)驗教訓，這樣有利于掌握開關(guān)電源的故障特點，提高調(diào)頻廣播發(fā)射機維護水平，保證設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)。
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