技师论文直流开关电源 Microsoft Word 文档 .doc

高频开关直流电源在通讯行业中的应用与维护摘要:高频开关电源系统的组成及高频开关电源与工频电源区别加以比较分析，和通讯开关直流电源日常维护与应用。关键词:高频开关电源、线性电源、智能化、冗余结构一、引言 由于通讯行业的特殊性，电源供应的可靠性直接影响通讯设备的安全运行，一旦供电中断，将带来灾难性的后果。我国早期的直流电源设备多采用工频电源，由于体积庞大、效率低下、没有完备的监控系统，很难保障交换设备用电安全，同时也增加了电力机务人员的工作强度，降低了工作效率。随着科技的发展，高频直流开关电源及阀控免维护铅酸蓄电池的出现，基本解决了通讯交换设备苛刻的供电要求（高效节能、不间断供应）。随着阀控密封铅酸蓄电池的推广普及，对高频开关电源系统也提出了更高的要求,与防酸隔爆蓄电池及镉镍碱性电池相比,阀控密封铅酸蓄电池具有以下优点：无需添加水和调酸比重,具有免维护功能；不漏液、无酸雾、不腐蚀设备、容易组成成套装置；自放电流小；电池寿命长，25的浮充寿命可达l015年；结构紧凑、密封性好、抗震动性能好;不存在镉镍碱性电池的“记忆效应”。但阀控密封铅酸蓄电池同样对温度的反映较灵敏,对充电装置要求严格,不允许过充和欠充。如果仍采用陈旧落后的充电装置,出于其稳压、稳流精度低，纹波系数高,可能造成阀控密封蓄电池的寿命降低甚至本体涨裂损坏，而使整个直流系统瘫痪。通信电源经过近几年的发展,已普遍采用了阀控密封铅酸蓄电池和高频开关电源模块组成的充电装置。高频开关电源模块相比于工频电源，具有体积小、重量轻、噪声低、稳压精度高、纹波系数小、配置灵活，可控性好等特点,与阀控密封铅酸蓄电池配套使用,大大增加了通讯行业供电的可靠性和稳定性。在保证直流系统可靠运行和电池寿命上都有较好的效果，受到设计和运行维护人员的好评。2、 以下是开关电源简单工作原理： DC-DC称为直流-直流变换。高频半导体功率器件出现后，用半导体功率器件作为高速开关，使其在开关状态下工作，实现能量转换的电路，称为开关变换器电路。利用闭环反馈控制稳定变换器的输出，再加上保护环节等，即可构成开关电源（Switching Power Supply）。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，它是功率转换的核心。图一、开关电源基本原理图1、电源输入滤波部分：交流市电经过电源滤波电路滤除掉电源侧带来的高频杂波。2、桥式整流滤波部分：经过二极管桥式整流变为脉动的直流电，再由电感电容组成的滤波电路得到一个比较平滑的直流。3、逆变过程：由工作在高频的大功率晶体管或者是IGBT管组成的开关电路，通过振荡元件的激发，使开关管按一定频率（相对于工频，一般为几十到几百千赫）工作在开关状态。开关管的集电极与高频变压器初级相串联，由变压器感应电动势公式所知：E=4.44NfBS 变压器感应电动势与频率成正比，因此提高了变压器的工作频率也就相应的提高了变压器的感应电动势，根据公式P=UI 在功率相同的情况下，电压的升高相应地电流就减小，所以相比于工频变压器来说也就提高了效率，大大减小了变压器的体积。通过PWM（脉冲宽度调制）改变开关管导通时间与周期时间比值，就可以在输出端得到一个在一定范围内可调节的输出电压值，同时还可以起到一定的稳压的效果。4、整流输出滤波部分：来自于高频脉动电流经过二极管的全波整流和电容的滤波后，输出给负载一个稳定的直流。5、高频开关电源模块的输入功率因数校正：输入功率因数低是早期高频开关电源模块普遍存在的问题,这主要与采用的电路的形式有关。在早期的高频开关电源中，交流输入电压经整流后直接加在滤波电容两端,只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，整流二极管才开始导电,因此输入电流波形为宽度很窄的脉冲,输入电流谐波失真严重，功率因数通常只有0.60.7。这种开关电源模块对电网可造成谐波污染,形成电力公害,干扰其它用电设备。为降低电源装置对电网的污染，EMI及EMC的有关标准对不同功率等级电源装置的功率因数及谐波电流值有明确的规定。因此,需要对高频开关电源模块的功率因数进行校正。功率因数校正的基本方法有两种,无源功率因数校正（PFC)和有源功率因数校正(APFC)。无源功率因数校正方法是在输入端，加入电感量很大的低频电感,并降低滤波电容的容量,以便减小滤波电容充电电流的尖峰,这种方法比较简单。但校正效果不理想，只能达到0.90.92左右,一般用于三相输入的高频开关电源模块。有源功率因数校正方法是在输入端，加入一个高频电感、一个二极管、一个高频开关管以及相应的控制器，组成升压变换器，控制器通过采集交流输入的电压信号和电流信号，控制开关管的开通与关断,从而使输入电流波形始终跟随输入电压波形，从而使高频开关电源模块的功率因数达到0.99以上，谐波失真小于5。三、单位艾默生HD-48-100高频开关电源系统的组成结构及实际应用 艾默生HD48-2-1000直流电源系统亚奥免维护铅酸蓄电池组2V2000AH 1、模块式结构：单体模块输出为100A,根据负载要求和蓄电池容量的不同,可以由多台模块按照Nl备份原则并联组成几百到三千安不等的直流电源系统，当某个单元模块故障时其他模块单元共同分担负荷，并留有一定的冗余（一般工作在60%比较经济安全） 2、通过PSM-A监控模块，对设备开关量、模拟量的采集设定与控制、上下线值设定等，并通过通讯接口实现交流、直流、模块单元的数据采集上传到动力监控中心。由于通讯直流设备一般采用-48V正极接地系统供电模式，正常工作状态是开关电源模块输出的DC53.5V。电源给负载供电的同时，还要给电池组进行浮充（电池的自放电的原因）浮充电压设定值是参照电池组单体电池提供的浮充电压值计算得出的，一般为：2.23V24=53.5V,（2.23V为单体电池电压浮充值）平时蓄电池处于全浮充状态，此种充电模式只是为了弥补电池组自身放电的损失，电流很小一般几个安培以下，由模块输出电能供给负载。根据电池的要求还应要每季度给电池组进行一次均衡充电，来提高电池的性能。 3、电池放电状态转为市电供电模式的软启动过程 当市电停电时，负载由并联在直流输出母线上的电池组保持不间断供电，电池组的能量随时间逐渐的下降，开关电源模块处于停机状态。一段时间后，市电恢复，模块单元自动投入，而此时模块所带的负载是负载上的电流和由于电池组放电需要给电池组充电的电流，因此这时的负载电流比正常值大许多，会对配电系统产生很大的电流冲击。此时模块组并不是立即向负载输出电流，而是首先跟踪电池组电压值与电池组共同分担负载供电，按着一定设定时间比例逐渐平滑的转为模块供电输出，从而避免了对市电配电系统的冲击。 4、模块单元自身拥有完善的控制与保护功能：短路、过载、超限、自动均流等。同时依照电池组的要求，从监控模块进行参数设定：如均充时间、一次下电、二次下电、电池组电压终结保护（单体电池电压为1.8V）、温度补偿（75mv/）. 5、高频开关电源虽然具备以上众多的优点，但其因工作频率较高，并且使用了大量的电子元器件因此对环境的要求苛刻。高频开关电源模块是由大量的电阻、电容、电感等电力电子器件按照一定的电路方式组成,在进行功率变换过程中,总要产生一定的功率损耗,而且功率损耗通常以热能的形式散发，使电源模块温度上升。过高的温升对模块的寿命影响很大,模块的工作温度越高,性能和可靠性越低，使之寿命越短。因此,除采取高可靠性的电路方式之外,还必须选择合适的散热方式,有效降低高频开关电源模块温升。6、由于开关电源器件工作在高频高压的状态，对于滤波电容的影响很大，实际工作中故障率也较高，容易出现参数的偏移，从而使设备运行不稳定，自身壳体鼓胀、甚至引起爆炸等危险。因此定期的检查测试就显得尤为重要。一般对于大容量电容器来讲二年就需要更换。7、温度的影响：我们都知道半导体元件对温度灰尘十分敏感，同时温度的升高直接影响其正常的使用寿命。解决办法，保持一定的环境温度和洁净度，定期清理过滤网，保持一定的湿度，用来消除静电吸附，进一步减少尘埃对设备的危害。8、由于开关电源相比于线性电源电路复杂，所以其故障率也就相应地增大。为此高频开关电源模块,可采用N1冗余备份有效延长设备的平均无故障工作时间。 9、与之配套的免维护铅酸蓄电池组的定期巡检也同样重要：蓄电池组是通讯直流不间断供电系统最重要的保障。过温、过充、过放都会缩短电池的正常的使用寿命。维护工作中定期使用电池内阻测试仪进行检测，更换落后电池。10、电磁干扰的解决：合理的布线、三点接地保护、必要的屏蔽、模块输入输出环节加入滤波器件都能起到不错的效果。总结：未来，通讯局站的开关直流电源将向着，分散式安装，集中监控式管理的趋势发展，这种方式的优势在于进一步提高了供电的可靠性。由于采用的是低压（-48V）大电流输出系统，电缆线路过长则线路上的损耗将增大，分散式安装形式降低了直流输出线路上的电压损耗，降低了电缆的工程造价。同时由于直流输出线路的缩短，缩短了中间路由，也就进一步提高供电的可靠