开关电源结构分析 - 电磁兼容工程师网

常用开关电源，主要是为电子设备提供直流电源供电。电子设备所需要的直流电压，范围一般都在几伏到十几伏，而交流市电电源供给的电压为220V（110V），频率为50Hz（60Hz）。开关电源的作用就是把一个高电压等级的工频交流电变换成一个低电压等级的直流电。

工频交流电进入开关电源后被直接整流，省去了体积大、重量大的工频整流变压器。整流器输出为电压很高的直流电，整流后的电压经电容滤波，电压的平均值为300V~310V。高电压等级的直流电送往逆变器的输入端，经逆变器变换，变为高电压、高频交流电。目前开关电源逆变器的变换工作频率在几十到几百KHz 范围。逆变器输出的交流电能，接高频降压变压器的原边，由于经逆变器产生的高频交流电的频率比工频高得多，所以高频变压器的体积要比同容量的工频变压器小得多，从根本上减小了整个电源的体积和重量。逆变器产生的高频交流电经高频变压器降压后，在经过整流、稳压等环节，变换出符合负载要求的低压直流电能，供给负载。

工频整流电路一般为不可控整流电路，根据电源容量的大小，可以是单相整流，一般选用单相桥式结构，大容量的开关电源可用三相交流电源。

开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达0.5% ~ 1%。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点：

因开关电源工作效率高，一般可达到80％以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，

开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。

(1) 增加旋转电机的损耗
　　电动机在正常持续运行条件下，电网中负序电压不超过额定电压的2%，如果电网中谐波电压折算成等值基波负序电压大于这个数值，则附加功耗明显增加。对旋转电机产生附加功率损耗和发热，并可能引起振动。
(2) 加速金属化膜电容器老化
在电网中金属化膜电容器被大量用于无功补偿或滤波器，而在谐波的长期作用下，金属化膜电容器会加速老化。对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流的放大，导致电容器因过负荷或过电压而损坏；对电力电缆也会造成过负荷或过电压击穿。
(3) 污染公用电网

公用电网的谐波特别严重时，不但使接入该电网的设备（电视机、计算机等）无法正常工作，甚至会造成故障，而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流，造成超载、发热，影响电力正常输送，增加电网的损耗。当发生谐振或放大时损耗可达到相当大的程度。
(4)对继电保护、自动控制装置、信息机造成误动作和干扰，影响可靠性。

如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小，此时，若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则可能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。
(5) 影响变压器工作
　　谐波电流，特别是３次（及其倍数）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Ｙ形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的３次谐波电流会使中性线发热。谐波增加电度表本身的误差，用户既吸收基波无功又吸收谐波功率。谐波不仅表现为电流谐波，而且由于谐波电流对电网冲击使供电电压含有谐波，这就使得相同子网都会受到谐波的影响。

(6) 增加输电线路功耗
　　如果电网中含有高次谐波电流，那么，高次谐波电流会使输电线路功耗增加。如果输电线是电缆线路，与架空线路相比，电缆线路对地电容要大10 ~ 20倍，而感抗仅为其1/3 ~ 1/2，所以很容易形成谐波谐振，造成绝缘击穿。