《通信设备的供电与安全技术》课件-整流与变换设备

通信用高频开关电源通信高频开关整流器的组成

高频开关整流器主要技术开关电源系统简述目录开关电源系统的故障处理与维护本章重点通信高频开关整流器的组成及原理开关电源系统组成及原理本章难点高频开关整流器滤波电路电磁兼容性问题开关电源系统的故障处理与维护课程目标掌握通信高频开关整流器的组成框图和各部分的作用，理解高频开关整流器的优点。掌握开关电源系统各模块的组成结构及各模块的作用，理解监控单元各功能单元的具体作用。掌握高频开关整流器主要技术在整流器中的作用与地位，掌握主要功率开关器件MOSFET、IGBT特点，理解功率转换电路原理、PFC电路基本思想，理解电磁兼容性概念以及高频整流器中滤波电路的主要形式。理解监控单元日常操作方法，了解开关电源系统的故障处理与维护的步骤方法。了解通信用整流器发展历史及趋势。高频开关整流器的特点1．重量轻、体积小。适合于分散供电方式。2．节能高效。一般效率在90％左右。3．功率因数高。4．稳压精度高、可闻噪音低。5．维护简单、扩容方便。6．智能化程度较高。

前言一、高频开关电源系统的组成高频开关系统交流配电单元整流模块直流配电单元监控系统一、高频开关电源系统的组成高频开关电源模块一、高频开关电源系统的组成整流器系统框图一、高频开关电源系统的组成主电路交流输入滤波整流与滤波功率因数校正处于整流模块的输入端，包括低通滤波器、浪涌抑制等电路。其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网。将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，并向功率因数校正电路提供稳定的直流电源。为了消除由整流电路引起的谐波电流污染电网和减小无功损耗来提升功率因数。逆变将直流电变为高频交流电，这是高频开关的核心部分，在一定范围内，频率越高，体积重量与输出功率之比越小。输出整流与滤波由高频整流滤波及抗电磁干扰等电路组成组成，提供稳定可靠的直流电源。一、高频开关电源系统的组成主电路BECDA交流输入滤波整流与滤波功率因数校正输出整流与滤波逆变一、高频开关电源系统的组成检测电路辅助电源123控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。提供开关整流器本身所有电路工作所需的各种不同要求的电源（交直流各种等级的电压电源）。一、高频开关电源系统的组成DC／AC逆变电路是高频开关整流器的主要组成部分。根据其工作原理的不同，高频开关整流器可分为PWM型和谐振型两类。PWM型PWM型高频开关整流器具有控制简单，稳态直流增益与负载无关等优点，整流器中的功率开关器件工作在强迫关断和强迫导通方式下，在开关截止和导通期间有一定的开关损耗，而且开关损耗随开关频率的提高而增加，故限制了整流器开关工作频率进一步提高。谐振型谐振型高频开关整流器则可以使其工作在更高的频率下工作而开关损耗很小，其又可分为串联谐振型、并联谐振型和准谐振型几种，目前应用较为普通的是准谐振型高频开关整流器。高频开关整流器分类二、高频开关整流器主要技术根据DC／AC逆变电路工作原理的不同，高频开关整流器可分为PWM型和谐振型两类功率转换电路高频功率开关器件通常有功率场控晶体管（MOSFET）、IGBT管、以及两者混合管、功率集成器件等等。高频开关元器件二、高频开关整流器主要技术高压直流高压高频交流高频降压变压器功率转换电路低压高频交流低压直流二、高频开关整流器主要技术功率转换电路1.PWM型功率转换电路控制简单，有推挽、全桥、半桥以及单端反激，单端正激等形式。2.开关管在导通和关断时的损耗大。主要是由于开关管的通断都是强制的（有时称为硬开关）。在开关过程中，开关管的电压、电流波形存在交叠的现象，从而产生了开关损耗（p=u*i）。PWM型1.利用谐振现象，通过适当地改变开关管的电压、电流波形关系来达到减小开关损耗的目的。2.谐振型功率转换电路有串联、并联和准谐振几种。3.准谐振功率转换电路又分为两种，一种是零电流谐振开关式，一种是零电压谐振开关式。谐振型二、高频开关整流器主要技术高频功率开关器件高频功率开关器件通常有功率MOSFET、绝缘门极晶体管（IGBT管）、以及两者混合管、功率集成器件等等。功率场控晶体管1.依据导电沟道可分PMOS管和NMOS管。2.以NMOS管为例，当在NMOS管栅极施加正压，则氧化膜下P型层两边表面感应出负电荷，而形成N型导电沟道，同时在漏源两极间加上正电压，电子从源极通过两个沟道，N－外延层，N＋基片到达漏极。绝缘门极晶体管1.是一种混合器件，集MOSFET与GTR于一身。2.当栅极的正向电压驱动时，MOSFET内形成沟道，且为PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。二、高频开关整流器主要技术主要性能指标用电压、电流、工作频率来衡量。电压以漏极击穿电压（BVDS）为指标。电流以最大漏极电流（IDmax）为指标。由于功率MOSFET为少子导电器件，开关时间很短。工作频率通常为30KHz～100KHz。功率MOSFET结构1.功率场控晶体管（功率MOSFET）二、高频开关整流器主要技术为混合器件，驱动功率容量小，也是一种电压型器件

导通过程压降小，元件电流密度大。

关断时会出现电流拖尾现象，所以关断时间长，使工作频率受到限制。IGBT结构2.绝缘门极晶体管（IGBT）二、高频开关整流器主要技术

所谓电磁兼容是指各种设备在共同的电磁环境中能正常工作的共存状态。其英文缩写为EMC，简单的分为骚扰（disturbance）和抗扰（immunity）。

为了抑制噪声影响自身和外界，高频开关整流器内部电路一般采用滤波、屏蔽、接地、合理布局、选择电磁兼容性能更好的元件和电路并，在安装开关电源时，注意输入线路和输出线路的隔离、输出线绞合或平行配线、机架地线合信号地线分开、配置必要的输入浪涌抑制等等。

电磁兼容性三、开关电源系统简述高频开关系统交流配电单元整流模块直流配电单元交流配电单元负责将输入三相交流电分配给多个整流模块整流模块完成将交流转换成符合通信要求的直流电直流配电单元负责将蓄电池组接入系统与整流模块输出并联，再将一路不间断的直流电分成多路分配给各种容量的直流通信负载监控模块监控单元是整个开关电源系统的“总指挥”，起着监控各个模块的工作情况，协调各模块正常工作的作用三、开关电源系统简述开关电源系统示意图三、开关电源系统简述1.负责将输入三相交流电分配给多个整流模块（一般用单相交流电居多）。2.交流输入采用三相五线制，即A、B、C三根相线和一根零线N、一根地线E。首先接有MOA避雷器，保护后面的电器遭受高电压的冲击，再接有三个空气开关控制三相交流电的输入与否。

交流配电单元三、开关电源系统简述1.完成将交流转换成符合通信要求的直流电。2.通信要求：输出的直流电压要稳定、输出的直流电压所含交流杂音小、输出电压应在一定范围内可以调节，以满足其后并接的蓄电池充电电压的要求。3.均流功能：多个整流模块并联工作，需合理分配负载电流。4.选择性过电压停机功能：其中某个整流模块出现输出高压时，该模块能正常退出而不影响其它模块的工作。

整流模块三、开关电源系统简述1.负责将蓄电池组接入系统与整流模块输出并联，再将一路不间断的直流电分成多路分配给各种容量的直流通信负载。配有一组或两组蓄电池，在相应线路中接有熔丝保护和测量线路电流的分流器。2.蓄电池组的低压脱离LVD装置。作用：当系统输出电压在正常范围内时，该常开触点是动作闭合的，蓄电池组并入开关电源系统参与工作的；当整流模块停机，蓄电池组单独对外界负载放电时，当电池电压达到一个事先设定的保护电压值时，为了保护电池组不至于过放电而损坏，常开触点释放打开，从而断开了电池组与系统的连线。

直流配电单元三、开关电源系统简述1.监控各个模块的工作情况，协调各模块正常工作的作用。2.监控模块分为交流配电单元监控单元、整流模块监控单元、蓄电池组监控单元、直流配电单元监控单元、自诊断单元和通信单元六个功能单元。

监控单元三、开关电源系统简述高频开关电源系统的配置方法一：IOUT=IL+0.2C10（A）式中，IL为所需最大负载电流（A）C10为蓄电池额定容量（Ah)方法二：IOUT=（IL+0.1C10）/（0.7~0.8）式中，0.7~0.8为考虑系统安全运行的裕量系数。单个-48V开关电源系统通常IOUT<3000A计算所需开关电源总输出电流IOUTYD/T731-2008规定，整流模块的额定输出电流系列为：10、15、20、25、30、40、50、60、75、100、200A。整流模块数量计算式如下：式中，IZ为整流模块的额定输出电流（A）；n取整数。选择整流器规格并计算所需整流模块数量nn≧IOUT/IZ当按求得n小于等于10时，配置整流模块数为n+1；n大于时，每10个模块加配1个。按n+1原则配置整流模块数量四、开关电源系统的故障处理与维护当设备发生故障后，需进行维修。系统检查维修的基本步骤为：1.查看系统有无声光告警指示。2.具体故障现象或告警信息提示。3.根据故障现象或告警信息，对本开关电源作出正确的分析及形成处理故障的检修方法，即可完成故障检修。四、开关电源系统的故障处理与维护1.发生重大故障2.危及设备和人身安全的问题3.超出本职范围而又需要解决的问题及时向主管部门请示汇报应建立请示汇报制度tips:请示汇报的内容要准确、清楚，并提出处理意见和解决办法。四、开关电源系统的故障处理与维护维护基本要求1.系统的工作状态指标应正常。2.系统内部元器件的外观应无异常。3.整流器及配电部分各种引线及端子应接触良好、无锈蚀，馈电母线、电缆及软连接头等应连接可靠，导线应无老化、等现象，布线应整齐。巡视项目与要求1.机房温湿度要适宜。2.保持设备清洁。3.输入电压要在允许范围内，工作电流不得超过额定值。4.接地防雷应安全可靠。5.整流器风扇应使用正常。6.定期检查各项指标。维护工作基本要求四、开关电源系统的故障处理与维护开关电源故障处理概述查找故障一般用的6种方法：直观检查用万用表检查替代法比较法排查法经验检查法四、开关电源系统的故障处理与维护常见故障及处理交流输入异常告警熔丝熔断告警输出电压告警温度异常告警四、开关电源系统的故障处理与维护交流输入异常告警1.整流模块全部停机,监控模块由电池供电,注意蓄电池放电电流,并启动备用发电机。2.停机后复电,注意电池充电电流,必要时降低电流抑制以限制充电电流在安全范围内。交流停电告警排除1.检视交流配电屏电压指针表头,是否超过设定值。如指针表头电压指示正常(在规格订定的范围内),则令系统继续运转,并通知维修人员处理。2.若电压确实超过设定值,则关掉交流电源,待电网恢复正常再行开机。交流高压/低压故障排除四、开关电源系统的故障处理与维护输出电压告警1、输出低电压告警发生时,应注意蓄电池的放电情形以免蓄电池因过度放电而损毁。2、通知维修人员处理。四、开关电源系统的故障处理与维护熔丝熔断告警1、检查该分路负载是否过大或短路,并设法降低至该容量范围内。2、首先将该路负载的开关切断,再更换相同规格的熔丝。3、依序接通该路负载开关,如再次熔断则通知维修人员处理。tips:熔断器熔断后应查明原因,不可盲目的更换新熔断器。tips:所更换的熔断器应与原来熔断器的规格相同。tips:更换熔丝前,须将该分路负载切离,待熔丝更换后再行接上负载,否则熔丝接点容易损坏。四、开关电源系统的故障处理与维护温度异常告警确认是否环境温度太高。检视充电电流,若充电电流太大,则由均充改为浮充,并监看充电电流是否变小。充电电流仍过大,则调整电流抑制使充电电流减少。通知维修人员处理。蓄电池过温故障排除检视是否环境温度太高,若是请改善环境空调,关掉AC输入电源,待环境温度回至规格范围内再行开机。若有任何异常状况或告警,立即通知维修人员处理。环境温度过高故障排除四、开关电源系统的故障处理与维护日常检查项目内容、方法及意义用灰刷、干抹布和吸尘器清洁设备内部积灰；1次/月。检查设备的系统告警功能：采用模拟交流停电、直流熔断等故障，系统应准确告警；1次/月。检查设备的系统显示功能：监控和整流模块的电压、电流显示误差应分别小于0.2V和0.5A；1次/月。检查系统内部通信功能：各模块间通信正常，同一模块无多次通信中断告警；1次/月。检查系统参数设置：系统所有参数设置正常，无漂移现象；1次/月。四、开关电源系统的故障处理与维护日常检查项目内容、方法及意义检查系统接地保护：直流工作接地、保护接地连接无松动；1次/月。用红外测温仪测量直流熔丝和熔丝接点温升，要求温升<50℃；1次/月。检查继电器、断