開關電源的結構

常用開關電源，重要是為電子設備供應直流電源供電。電子設備所要的直流電壓，范圍一般都在幾伏到十幾伏，而交流市電電源供給的電壓為220V（110V），頻率為50Hz（60Hz）。開關電源的用途就是把一個高電壓等級的工頻交流電變換成一個低電壓等級的直流電。

開關電源圖結構

工頻交流電進入開關電源后被直接整流，省去了體積大、重量大的工頻整流變壓器。整流器輸出為電壓很高的直流電，整流后的電壓經電容濾波，電壓的平均值為300V~310V。高電壓等級的直流電送往逆變器的輸入端，經逆變器變換，變為高電壓、高頻交流電。目前開關電源逆變器的變換工作頻率在幾十到幾百KHz范圍。逆變器輸出的交流電能，接高頻降壓變壓器的原邊，由于經逆變器出現的高頻交流電的頻率比工頻高得多，所以高頻變壓器的體積要比同容量的工頻變壓器小得多，從根本上減小了整個電源的體積和重量。逆變器出現的高頻交流電經高頻變壓器降壓后，在經過整流、穩壓等環節，變換出符合負載要求的低壓直流電能，供給負載。

開關電源原理圖

如何選用開關電源？

工頻整流電路一般為不可控整流電路，根據電源容量的大小，可以是單相整流，一般選用單相橋式結構，大容量的開關電源可用三相交流電源。

開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特點（多級串聯），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優勢，其輸出電壓穩定度可達0.5%~1%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注意以下幾點.

1.輸出電流的選擇

因開關電源工作效率高，一般可達到80％以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，

通常輸出計算公式為：

開關電源輸出計算公式

2.接地

開關電源比線性電源會出現更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。

3.保護電路

開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配，以防止損壞用電設備或開關電源。

開關電源-諧波危害

(1)新增旋轉電機的損耗

電動機在正常持續運行條件下，電網中負序電壓不超過額定電壓的2%，假如電網中諧波電壓折算成等值基波負序電壓大于這個數值，則附加功耗明顯新增。對旋轉電機出現附加功率損耗和發熱，并可能引起振動。

(2)加速金屬化膜電容器老化

在電網中金屬化膜電容器被大量用于無功補償或濾波器，而在諧波的長期用途下，金屬化膜電容器會加速老化。對無功補償電容器組引起諧振或諧波電流的放大，導致電容器因過負荷或過電壓而損壞；對電力電纜也會造成過負荷或過電壓擊穿。

(3)污染公用電網

公用電網的諧波特別嚴重時，不但使接入該電網的設備（電視機、計算機等）無法正常工作，甚至會造成故障，而且還會造成向公用電網的中性線注入更多電流，造成超載、發熱，影響電力正常輸送，新增電網的損耗。當發生諧振或放大時損耗可達到相當大的程度。

(4)對繼電保護、自動控制裝置、信息機造成誤動作和干擾，影響可靠性。

假如繼電保護裝置是按基波負序量整定其整定值大小，此時，若諧波干擾疊加到極低的整定值上，則可能會引起負序保護裝置的誤動作，影響電力系統安全。

(5)影響變壓器工作

諧波電流，特別是３次（及其倍數）諧波侵入三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環流，使繞組發熱。對Ｙ形連接中性線接地系統中，侵入變壓器的中性線的３次諧波電流會使中性線發熱。諧波新增電度表本身的誤差，用戶既吸收基波無功又吸收諧波功率。諧波不僅表現為電流諧波，而且由于諧波電流對電網沖擊使供電電壓含有諧波，這就使得相同子網都會受到諧波的影響。

(6)新增輸電線路功耗

假如電網中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流會使輸電線路功耗新增。假如輸電線是電纜線路，與架空線路相比，電纜線路對地電容要大10~20倍，而感抗僅為其1/3~1/2，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。