开关电源模块范文1
关键词：电镀电源；集中控制；倍流整流；软开关；模块化；N+1冗余
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.210
1 引言
在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低而电流很大。由于半导体功率器件、磁芯材料等方面的原因，单台大功率开关电源在设计和制造中存在较大的困难，成本也比较高，且单台电源故障会导致整个系统瘫痪，降低了系统的可靠性。
目前，电镀电源大多采用分离的模拟器件或专用ASIC 芯片实现PWM 控制， 设备对外接口不方便， 使用不够灵活， 不易于实现智能化控制。其输出侧多采用全波整流式结构，在这种方式下变压器需要有中心抽头利用率不高而且不方便生产，输出电感也会因为大电流而使工艺变得复杂并会增加输出滤波电感和变压器的体积以及整流管上的电压应力，不利于在低压大电流场合中应用。
所以，模块化、数字化以及软开关相结合的新型电镀电源必有很好的发展前景。
本文介绍的电镀开关电源采用模块化、标准化的设计并通过并联备份实现N+1冗余，当某个模块发生故障时，自动切除故障模块，系统依旧可以正常工作，单个模块输出电压为0～24V、电流0～1500A 连续可调，文章采用5个模块并联来实现大功率输出以及N+1冗余，控制系统采用集中控制的方式，DSP负责所有模块的数据采集实时计算均流信息，FPGA负责脉冲的分配并通过光纤把触发脉冲下发到功率单元的驱动模块。主电路输出侧采用倍流整流软开关的拓扑结构，变压器和输出滤波电感的设计都得到了简化并且提高了整体效率。
2 系统总体结构
整个系统采用标准化的模块进行并联，每个模块的结构和元器件等各项参数完全相同，这样就可以根据不同用户对功率的需求进行模块叠加，从而避免了由于不同的功率要求而进行器件的重新选型和结构上的变化带来的麻烦。图1为系统结构图，本系统采用5个模块并联。
系统主要由功率单元模块，单元控制电路和主控电路构成，控制策略为集中控制，主控负责控制策略以及脉冲的生成，底控负责驱动的隔离与放大以及故障检测，系统可工作在稳流、稳压状态下，其中稳压控制为双环控制，在稳压的前提下进行自动数字均流。
单元模块中T为主断路器，K1为主接触器，K2为辅接触器，R为软启动电阻，由于在上电瞬间对于直流侧的电容两端来说相当于短路这可能会冲坏电容甚至可能使整个功率单元瘫痪所以软启动电路是很重要的。在上电初始K2闭合使系统进行软充电，单元控制模块会检测直流侧的电压，当检测到电压达到所需要的值时控制器会先闭合K1再断开K2使其脱离软启动。
3 功率单元拓扑
图2为全桥谐振倍流整流DC/DC变换器的电路拓扑。图中Uin表示输入侧的直流电压。VT1-VT4为两组桥臂上的四个功率开关，C1和C3为滞后桥臂开关管VT1与VT3的内部寄生电容；VDs1及VDs2为滞后桥臂串联的二极管；VDR1、VDR2为副边整流快恢复二极管；Lr为串联谐振电感（已包含高频变压器的漏感）；Cb为隔直电容；输出侧Lf1和Lf2为副边滤波电感（可共用一个磁芯相互耦合制成）；Cf为输出侧滤波电容；Rld为相应的供电负载。图3为软开工作波形。
4 数字控制器的软硬件设计
控制系统主要由DSP和FPGA组成，图4为控制系统结构框图，DSP采用TMS320F28335，FPGA采用EP2C20。
整个系统的控制原理为：通过上位机也就是这边使用的组态屏来选择系统的工作模式，选择哪几个模块投入使用并采用什么控制方式（稳压/稳流）以及设定电压和电流值，各项数据设定完毕后通过串口下发给DSP， DSP会根据参数的设定自动计算出运行参数，FPGA通过数据总线读取DSP的计算结果，通过光纤自动给每个功率单元分配驱动脉冲。每个底层单元的驱动模块只负责驱动脉冲的放大、隔离以及IGBT故障信号的采集与反馈。
4.1 基于DSP28335的数字均流
大功率直流电源的并联首先需要解决的是均流问题，传统的均流方法大多采用模拟控制，不仅控制精度难以保证，且在均流和冗余方面也存在一定的局限性。采用数字通行方式的均流，由于需要通信总线，其响应时间以及抗干扰能力都有一定的缺陷。
本文采用集中控制的方式，结合了DSP与FPGA各自的优点实现自动均流，DSP实时采集每个单元模块的电流值，结合平均电流法自动算出每个单元IGBT驱动脉冲的移相角，FPGA通过数据总线的方式来读取DSP的计算角度，并产生相应的驱动脉冲，通过光纤把FPGA生成的驱动脉冲下发给对应单元的驱动模块。由于FPGA并行运行的特点，每个单元的驱动脉冲可以实现同步，这样就很好的解决了开关时序不同步引起的开关震荡，进一步减少了环流，同过光纤来传递驱动脉冲，增强了系统的抗干扰能力，由于没有中间通信环节整个系统的响应时间变短，均流控制更加平稳。
4.2 N+1冗余设计
N+1冗余设计的优点在于当某个模块发生故障时系统仍然可以正常运行其输出依然可以达到额定功率。
在N+1并联的系统中若系统输出功率为M，每个功率单元的额定功率为M/N，则在正常工作时主控器下发指令使每个单元模块输出M/N+1的功率，当某个模块发生故障时，底控和主控都会发出故障输出信号使此模块脱离系统，与此同时主控会调整下发指令使每个单元模块输出M/N的功率从而保证系统可以正常工作。
5 实验结果与分析
功率单元的主要参数为：输入为380±5% 50HZ，输出24V、1500A，直流侧滤波电容采用4个470uf的并联，开关频率为15KHZ高频变压器的变比为18：1，隔直电容为60uf，IGBT采用SKM200GBT4，图5c为变压器一次侧与二次侧的波形，从图中可以看出电源占空比丢失不大， 图5a为单元并联后的电压电流波形。图5b为模拟故障时的波形，当其中一个模块发生故障被切除后其余模块加大输出电流使系统正常运行由此可以看出N+1冗余的设计效果还是很好的。
6 结论
文章设计了一种模块化的开关型电镀电源，利用DSP28335和FPGA实现了全数字化控制，单个模块为24V、1500A，采用标准化、模块化的设计可根据不同用户的要求进行模块的叠加并可以实现N+n的冗余，最终完成了功率单元的设计并且应用于5个模块并联的实验样机，实验表明本系统具有良好的智能型、可靠性、高效性。在电镀行业中有广泛的应用价值。
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开关电源模块范文2
该自动切换系统主要在一个机箱内实现，在机箱内有一个主控模块作为主要控制电路，有三个转换开关可以自动切换调频。主板上设置了一些通信接口，包括RS485网络通信接口、RS232串行通信接口、F头无线信号接口。还有多种类型的电源接口，主要包括220V主板供电输入口、220V发射机供电输入口、主备机电源供电接口等。另外还包括主机RF信号输入接口、备机RF信号输入接口、负载输入输出接口、合路输入输出接口等。电源输入接口连接到主控模块，通过主控模块的控制电路，然后得到控制电源输出和发射机电源输出。主控模块通过控制电路给主机和备用机进行供电，通过供电接口进行连接。F头天线接收信号后，通过接口模块，把信号传送给主控模块。三路转换开关在主控模块电路的控制下实现了调频信号的双向通讯开关，网络通讯接口、串行通信接口和网口主要是用来和主控模块进行通讯，并且根据实际情况安排具体通信通道，实现双向实时通讯。根据具体主机频率和自动切换通道，三个转换开关的接口分别和3个主机RF信号输入接口、3个备机RF信号输入接口进行连接，实现主备机自动切换连接。最后把3个转化开关电路的两个输出接口分别和3个合路器、3个假负载连接，完成转换功能电路连接。以上是系统的主要设计结构，如图1所示。
2主备机自动切换系统设计
单片控制模块是系统的主要控制模块，系统有两个电源、电流开关检测模块，有两个电源、电流控制模块。另外两个模块是调频调制接收模块和音频滤波检测模块。220V的供电电源接口连接到开关电源电路，开关电源电路受单片机控制模块控制。220V的控制电源接口连接到其中一个电压电流检测回路后，电路经过电源开关控制器，然后又连接到第二个电压电流检测回路，作为并联输出。这两路输入信号，通过两路检测回路后，分别并联到主、备机供电电源接口上。这样，通过电压电流检测回路模块与单片机控制模块电路的连接，实现了双向的冗余通信。三个转换开关，控制着通信回路的自动切换。三个不同通信接口，RS485网络接口、RS232串行通信接口及网口在单片机控制电路下，实现了不同通信方式的自动切换，并且保证是双向通信方式。F头天线接收到音频信号后，传输给FM接收模块，然后FM接收模块给出两路信号，这两路并联信号经过音频模块的检波处理后，送给单片机控制回路，单片机处理模块得到要处理的通信信号。STM32F103芯片作为主要控制芯片来完成控制工作。发射机的状态信号通过网口和通信电路传送给单片机，单片机判断发射机的发射功率大小，如果小于一定的阀值，就判断为该信息为故障原因。初始默认状态是，主备机都能正常工作，信号传输正常。三路主机信号传输到调频多功能器后，传送给天线发射出去，而三路备机则连接到假负载上。如果系统一旦发生故障，则意味着发射的信号功率就会低于规定值，信号传输给交换机，通过网口把故障信息传送给控制模块，控制模块就会切断相应开关，并进行频点自动切换和故障发射主机标记。如果单片机控制模块，在发现故障信号后，备用机如果没有被标记为故障信息，则可自动切换到备用机。如果备用机有故障标记，则不进行自动切换工作，并发出警告信息，提醒故障的发生。本自动切换系统的供电是12V直流供电，由开关电源模块进行把220V的交流电转换成所需的12V直流供电。主控制模块通过控制继电器，从而实现对电源控制模块的通断电。具体的就是控制弹片的吸附和松开，分别控制主机和备机的电源供电问题。电压和电流检测模块主要是用来检测电压和电流是否达到标注需要值。当220V交流电通过电源控制模块供电后，得到的直流电压要经过电压检测模块，检测供电电压是否正常。电流检测模块主要是通过可变电阻转化电压后，检测传输到单片机控制模块的电流是否是正常的。F接收调频信号模块，在接受到信号后，传送给音频检测模块进行滤波检波。检波电路实现交流信号到直流信号的转换，最后传送给单片机控制模块，控制模块根据所得信号判断是否正常，从而控制电路自动切换和主备机自动切换。通过网络接口通信把相关信息状态回馈给本地监控服务器，实现故障信息的监控和记录工作。
3结束语
开关电源模块范文3
关键词：UPS 双电源 模块化 电源 机房
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0255-02
随着广播发射机自动化程度越来越高，在节目传送、自动控制、调制解调、自动调度等各个环节大量使用了计算机和数字化控制设备，对这些设备的供电质量和供电连续性也显得越来越重要，因此对于这些设备的供电普遍采用可靠性较高的UPS不间断电源。一套设计良好的UPS供电系统能为负载提供优质电源，保证电能质量，对发射机房的安全播出、检修维护和设备管理提供技术支持，但是传统的塔式UPS存在工作方式单一，维护困难，不便扩容，外观不整齐等缺点。随着UPS并联技术、整流技术、静态开关技术的更新发展，一种更为可靠的双电源模块化UPS近年开始普遍采用，下面就对我台发射机房应用的双电源模块化UPS的工作原理和应用方式进行探讨。
1 双电源模块化UPS的工作原理
1.1 双电源模块化UPS的组成
双电源模块化UPS是由机架、UPS功率模块、电池充电模块、静态开关模块、监控通讯模块、电池组及智能输出配电模块等组成。
其中UPS功率模块由传统UPS的整流、逆变以及相关控制电路等部分组成；电池充电模块负责控制电池组的充电电压、电流；静态开关模块是由双向可控硅和控制电路组成，是电源装置处于过载时的共用供电通道，是调整UPS处于逆变或者旁路的控制装置；显示通信模块是人机对话和网络化监控的平台，输出配电模块负责为输出负载配电，保护UPS电源。
1.2 双电源模块化UPS的工作原理
双电源模块化UPS工作原理如图1，它采用两路电源供电，主备用电源接入不同的电源系统，正常运行时主用电源为UPS模块供电，UPS模块通过逆变电路将交流电变换为直流电，通过充电模块为蓄电组持续充电，UPS模块中的逆变电路将直流电逆变为同频同相的交流电源，通过工作在主用回路的STS静态开关为负载供电。静态开关在主用市电正常时，工作在主用回路，由逆变器向负载供电。当主用市电中断、缺相或过载时，充电模块停止工作，UPS模块自动断开与主用市电连接，由蓄电池向UPS模块供电，经过UPS中逆变器逆变后向负载提供电源；当逆变器故障或蓄电池电压降低至门限电压时，静态开关瞬间切换至旁路工作状态，由备用电源直接向负载供电。静态开关是保证不间断电源的关键，要求它工作可靠，不会在切换过程中造成逆变器和市电之间出现短路现象。当UPS工作在旁路工作状态时，可以将检修旁路开关投入，负载由备用电源经过检修旁路供电，这时可以断开UPS市电开关和旁路开关，对全部UPS模块、充电模块及蓄电池组进行检修维护，当STS静态开关过载或其他原因造成切断时，值班人员可以采取紧急操作，手动切换至检修旁路供电，避免负载长时间停电。
UPS各模块之间的并联控制都会采用分散式逻辑控制方式，没有主机与从机之分，任何一个模块拨出或插入均不会影响其它模块的正常工作，按需构成N+1，N+X冗余系统，减少了系统本身和负载的风险系数，使负载受UPS保护时间全面提升。并且全部采用高安全性又易维护的热插拔技术，可以允许任何单个模块在不需停电的前提下任意投入或撤出并联单元，从而实现了并联系统的在线维护，同时无需专门的仪器或技术即可进行。既增加了整机工作的可靠性，又简化了用户维护难度。有利于增加设备运行可靠性并保障重要设备安全播出。此外模块化并联冗余的设计理念避免了资源浪费。在作者工作的短波发射台站有多个发射机房，因为全部采用了相同品牌的模块化UPS，都使用了相同型号和容量的UPS模块、充电模块、配电模块等，因此各个UPS之间的所有模块可以互为备用，无需再另行购买配件，避免了资源的浪费，节约了维护成本。
监控通信模块是UPS的控制器，能有效保证UPS长期不间断运行，起到监视、控制、智能管理的作用。对运行中的UPS自动进行检测，对设备故障自动诊断、发现和处理，并减少因故障或检修而造成的中断，同时作为发射机房电源系统的一部分，提供多种网络通讯接口RS232、RS485，以便进行远程后台监控。
智能输出配电模块与UPS主机配套使用，内部配置电压电流传感器、开关辅助触点，由监控通讯模块进行电压电流采集，监视开关工作状态，发生跳闸等故障时自动发出报警。
蓄电池组由40块铅酸免维护电池组成，每块额定电压12V，浮充充电电压±272V，容量根据负载实际情况和计划后备时间确定。
1.3 优缺点
双电源模块化UPS的设计理念十分新颖实用，适合用于负载容量大，负载集中度较高的数据中心、广播发射机房和电信机房等这些对供电质量要求极高的地方。UPS的重要组件全部采用模块化设备，具有高效节能，运行稳定，高可靠性以及维护扩容方便的特点。能有效提高设备运行安全系数，必将成为未来UPS发展的方向。
但其缺点是价格相对较高，较同容量普通UPS价格高出30%左右，这将不利于其大范围推广。
2 双电源模块化UPS在发射机房的实际应用
2.1 UPS进出线方式
根据负载容量和需求选择进出线方式，大于8kW的负载宜采用3进3出模式，即三相380V电源输入，三相380V输出，这样即可以提高UPS带载容量，也可以在UPS工作于旁路和检修旁路时使三相负载平衡，避免在旁路模式时单相负载过大导致进线电缆和UPS过载损坏。对于小于8kW的负载可以考虑采用3进1出或1进1出模式，即三相380V电源输入，单相220V输出，或单相220V电源输入，单相220V电源输出，但应考虑UPS电源回路和导线的载流量，留有足够大的载流余量。
2.2 输出配电方式
我台发射机房UPS配电全部采用PDU插座，智能模块化PDU具有可靠的性能，多样的定制化选择，多种保护能够满足发射机房对电源重要性的需求。发射机房的多种数字设备有不同的电源插头，有些进口设备的插头更加特殊，必须通过转接头才能使用，而定制化的PDU插座能够满足这些需求，IEC、德标、欧标等插座都可以进行定制，不需要再进行转接。浪涌保护、报警保护、滤波保护、过载防护、防误操作等功能对保护重要设备保障供电十分有利。通过选配的监视通讯模块还能监看PDU电源的开关和系统运行状态，更加智能化，全面解决机房无人化运行。
2.3 多台UPS的在线监控
智能化是UPS的主要目标之一，只有智能化才能对UPS本身各部件甚至主要的元器件进行有效的监视，对出现的故障用冗余措施处理，更好的提高UPS的可靠度。我台发射机房双电源配置了SNMP管理卡，采用HTTP协议、SNMP协议、TELNET协议等，通过TCPIP网络，在后台监控软件上可以对多台UPS的市电状态、电池状态、旁路状态、逆变状态、自检状态、开机状态和输入电压、输出电压、负载百分比、输入频率、电池电压、电池容量、电池放电时间、UPS机内温度、周边环境温度、报警信息、等等进行监控，具有实时报警、自动记录和告警弹屏功能，使UPS电源的运行情况一目了然，提高UPS电源保障系统的管理效率和管理品质。
3 结语
双电源模块化UPS采用抽屉式、高智能模块化设计，具有热插拔功能，不仅可以通过增减机柜内的模块来满足功率输出及可靠性要求，只要冗余允许还可以在线进行维护，必要时也可采用维修旁路工作，实现零维修时间。UPS模块采用均流并联技术，降低了单点故障的概率；功能丰富的后台监控软件能利用现有的TCPIP网络同时对多台UPS进行实时监控，自动记录运行状态，诊断故障情况，及时反映设备报警信息。双电源模块化UPS方便合理的设计，智能可靠的运行方式，对保障广播发射设备安全运行提供了可靠的技术保障。
参考文献
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开关电源模块范文4
【关键词】脉阶调制；脉冲直流电源；加速极；降压收集极行波管
1 引言
脉阶调制（PSM）技术是瑞士BBC（Brown Boveri）公司于1983年首先提出并发展的，最初的目的是应用于大功率广播发射机中以替换传统的乙类真空管调制器。采用开关模式的调制方式代替了真空管线性调制方式，广播发射机的效率得以大幅提高。
近年来，随着各种新的电力电子器件和控制技术的发展，IGBTs、DSP控制以及其它新器件新技术已经广泛应用于PSM技术中，PSM调制器的指标更优化，也因此在更多的领域中得以应用，尤其是大功率直流脉冲电源的设计中。
2 PSM技术
PSM技术的一个显著特点是把主整电压化整为零，即把主整高压分成若干个低压输出的电源模块。这些电源模块相串联，电源的输出电压取决于投入的模块数。这样，可根据需要增减模块串联数，而形成脉冲阶梯波形。
PSM的电路拓扑结构如图1所示。
图1 PSM拓扑结构
该电路由若干相同的直流电源模块串联而成，每个电源模块包括一个直流电源VDC，开关S和一个旁路二极管D。开关S断开的电源模块由二极管旁路，为电流提供通道，任一模块的开断都不影响电源的输出。
开关S的断开和闭合对应模块输出电压的两个状态。
Voff=-VD VD：旁路二极管的导通压降
Von=VDC-VS VS：开关S的导通压降
若PSM电源由N个电源模块串联，其中n个模块导通。则PSM电源的输出电压
Vout=n（VDC-VS）-（N-n）VD
如果忽略二极管和开关S的导通压降，则对应有
Voff=0 Von=VDCS Vout=n・VDC
任何时刻电源的输出电压取决于投入的模块数。在理想情况下，通过控制电源模块投入的数量就可以实现输出电压从0-n・VDC的阶梯变化。
3 调制和保护原理
当PSM电源的输出是一个直流脉冲电压时，PSM电路的作用是通过增减投入的电源模块数来补偿由于负载变化和母线电压波动带来的输出电压波动，提供一个恒定的脉冲电压输出。电源电压调节原理见图2。
图2 电压调节原理
由主控制系统构建的快保护和内置控制构建的慢保护组成了电源的保护电路。内置控制实现逻辑控制，状态监控及过压欠压等慢保护。电源过流时，由主控来的保护信号直接驱动关断所有开关，实现快保护。
4 基于PSM技术的大功率脉冲电源
在行波管（TWT）发射机中，采用多降压收集极，可以减少回流，提高收集极效率，这样行波管的总效率也得以提高。每个收集极置于不同电位。如前所述，PSM电源的特点比较适合用于多收集极行波管，特别是大功率行波管。多收集极行波管电源原理图如图3所示。
图3 多收集极行波管电源原理图
很明显，利用PSM技术，只要将不同电位的收集极联结到相应电位的直流电源模块上，就可以很方便的实现多收集极降压电源，图中行波管的三个降压收集极分别与不同电位的电源模块相联。在电源模块的操作中，要注意每个收集极电流应正确分配，这一点通过程序控制不难实现。
一种大功率两收集极行波管，峰值功率200kW，占空比1%，阴极电压-50kV（对地），第一收集极35kV（对阴极），第二收集极18kV（对阴极）。电源可由80个模块组成，单个模块设计输出为700V，全部模块投入时，输出电压56 kV，提供了10%的冗余。在没有附加PWM调制时，电压精度可以达到0.7%。如果附加PWM调制，电压精度可以达到0.1%。
在700V电压等级上，各种原器件的选择比较容易，型号较多，并且价格也比较合理。由于电源功率耗散小，使用强迫风冷就足够了。
5 结论
PSM技术的诞生为一些特殊的大功率高压电源的设计带来了根本的变化，具有高可靠性、高冗余度、高效率、打火时进入弧道的能量小等特点。模块化结构使得设计和维护更加方便灵活，与传统的电源方案相比较，具有较大优势。并且，随着固态开关器件的发展，PSM技术必将应用于更广泛的领域。
参考文献
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开关电源模块范文5
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
1、前 言在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。传统的直流电源多数采用可控硅整流型。近几年来，我国电网已经全面采用智能化的高频开关电源，这种电源系统具有许多优点：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等，大大降低了运行人员的工作量，适应电网发展的需要，值得推广使用。高频开关电源整流器的工作原理：交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转换为高频交流，最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。这种高频开关电源主要由高频开关充电模块、集中监控器和蓄电池组等组成，其中充电模块和集中监控器具有内置微处理器，智能化程度高。高频开关电源系统正常运行时，充电机的输出与蓄电池组并联运行，给经常性负荷供电，同时对蓄电池进行浮充电，以补充蓄电池的自放电。当交流电源输入中断后，由蓄电池组给负荷供电，以保证对负荷连续不间断供电，当交流电源恢复正常后，系统自动对蓄电池进行均充电，对蓄电池大量放电后进行电能的快速补充。
2、高频开关电源的原理和特性
2.1高频电源系统方框图
高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见图1。
图1
2.2采用高频化有较高技术经济指标
理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。逆变或整流焊机、通讯电源用浮充电源的开关式整流器，都是基于这一原理。
那么，以同样的原理对传统的电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等各种直流电源加以类似的改造，使之更新换代为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约90％或更高，还可节电30％或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，既可带来显著节能、节材的经济效益，更可体现技术含量的价值。
2.3设计模块化——自由组合扩容互为备用提高安全系数
模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。
把开关器件的驱动、保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），这既缩小了整机的体积，又方便了整机设计和制造。
多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。
3电力智能高频开关整流器与原始直流设备的性能比较
以前我国各地的发电厂、水电站及500kV、220kV、110kV、35kV等各类变电站所使用的直流电源设备，大部分采用的是相控电源，由于受工艺水平和器件特性的限制，上述电源长期以来处于低技术指标、维护保养难的状况。由于受变压器或晶闸管自身参数的限制，上述电源存在很多不足之处，已远远不能满足飞速发展的电力工程的需要，而以体积小、重量轻、效率高、输出纹波低、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N＋1冗余等为特点的高频开关电源逐步取代相控电源已是大势所趋，特别是近十年来电力电子技术的迅猛发展以及功率器件制造技术的提高，更使高频开关电源的可靠性及适用面大大优于前者，所以自上世纪90年代以后，美国、德国等西方发达国家新建电厂和变电站的相关设备已全部采用高频开关电源，并完成了对旧有电源设备的改造。而我国在近几年来也逐步完成了从原始直流设备到高频直流电源的过渡。
表1高频开关电源直流系统与常规电源直流系统的比较
由以上表格我们可以看出，智能型高频开关电源与传统的相控电源比较，主要技术指标均优于部标1～2个等级以上，具有以下优点。（1）相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式，而高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供电，即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要，则采用N+1模块平均分配，因此，可提高系统运行可靠性。个别模块故障时，可带电更换，不影响系统的正常运行，扩容维护方便。（2）可控硅整流器运行于浮充电方式时，直流输出的纹波系数较大，曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故，按部颁要求纹波系数不大于2%。另外，可控硅整流器与蓄电池并联运行，纹波系数较大时，若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象，对蓄电池不利。高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电，使得供电质量和技术参数明显提高。模块采用准谐振技术（或脉宽调制技术）和电流电压双环控制技术，提高开关工作频率，开通损耗小，输出电压的纹波系数很小，一般≤±0.1%额定电压，进而可防止蓄电池脉动充电放电，延长蓄电池的使用寿命，可靠性更高。（3）高频开关电源整流模块具有内置微处理器，是提高设备管理水平的基础，在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下，使接线简单，安装调试快捷。除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外，还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信，进行远程监视和对模块各项操作，实现四遥功能。传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压表和其它专用装置对设备进行监视，且这些测量值不能经通信口实现远程监视（微机型除外）。即使有遥测，也是采用直流采样方式，采样点不多，对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏，因此，接线繁琐，自动化程度低，实现遥控和遥调功能的难度较大。 （4）按部颁要求，充电时稳流精度误差≤±5%，浮充电时稳压精度误差≤±2%。而高频开关电源稳压、稳流精度更高，其误差一般≤±0.5%，可避免对蓄电池过充、欠充，保证蓄电池运行在最佳状态。阀控式电池容量大、维护量孝放电倍率低，适用于大容量的直流电源。从原理性能看，高频开关模块适合与阀控式电池配套使用。（5）高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。同时，设有过流、过压及瞬时短路保护，安全可靠的防雷措施，能有效地承受输出短路冲击。另外，采取多重有效措施，防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。（6）高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的转换效率达到90%以上，而相控电源转换效率一般只有60%～80%。再有一大特点就是这种电源系统设有微机型集中监控装置，可以支持多种通信协议，与调度中心或变电工区的直流班监控系统通信，对直流系统进行四遥监控，具有测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等；控制电源的开关机等；控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换；控制硅链的自动或手动投切，保证控制母线的稳压精度等功能。同时，这种系统还设有专用微机绝缘监察装置，能实时显示母线电压和正、负母线对地绝缘电阻的大小及发出异常报警，对各回馈线的绝缘情况进行巡检，指示具体发生故障的回路，这种选线功能为查找直流接地带来极大方便。
4、结束语
目前，我国正大力实施变电站的无人值班管理，因此，对设备的选择将会朝着小型化、少维护或免维护及自动化程度高的方向发展。高频开关直流电源正能适应这种要求，经过这几年的运行考验，这种产品的性能已逐步成熟、稳定。凭着优越的技术性能和良好的价格性能比，高频开关电源将成为直流电源的首选产品。参考文献
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[2]DL/T 857-2004《电力用直流电源监控装置》 国家经济贸易委员会
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开关电源模块范文6
通信直流电源是一个复杂的系统，目前电力通信直流电源均采用－48V的高频开关直流电源，电力系统中典型的电力通信直流电源结构组成如下图所示，从图中可知电力通信直流电源由交流部分、整流器、直流分配部分、蓄电池组和监控模块等按照要求组合而成。
①交流部分。交流部分的市电输入一般为2路380V三相四线交流输入，在电源容量较小时有时也使用2路220V单相交流输入，以保证电源可靠供电。为防止雷击和过电压破坏，在市电输入端应加装避雷器，常用的有普通氧化锌避雷器和OBO防雷模块等；由于此处的防雷主要是对非直击的感应雷击的浪涌电压的防护，因此避雷器的通流量一般选择在15－20KA，残压在1.5KV左右，就可有效的保护电源设备。为实现两路输入的交流电的通断互锁，自动切换，还需装设交流切换装置，采用机械互锁或电气互锁方式，但是应注意任何时候都不允许出现两路交流电源同时接通或者同时断开的现象。经过切换装置后，交流输入分为整流器模块输入和交流分路输出，交流分路输出为机房其他交流用电设备提供电源，如计算机、UPS等。
②整流器部分。整流器是通信直流电源的最重要的组成部分，通信直流电源的供电质量主要取决于整流器的电气指标，它完成AC-DC变换并以并联均流方式为通信设备供电，同时对蓄电池组进行恒流限压充电和监控模块的供电。现在所有的通信直流电源均采用模块化高频开关整流器，它具有其体积小、效率高、模块化、功率因素高、输入电压范围宽、噪声低、可靠性高以及可带电热插拔等优点；电力通信直流电源所使用的高频开关整流器模块一般为单相220V交流输入，功率因素可达0.99以上，模块容量一般为每块20A/－48V～50A/－48V；在实际使用中，如果输入的是380V三相四线交流电源，则应注意将所有整流模块平均分配到每一相；同时为了提高整流器工作的可靠性，在设计时应考虑多余备用容量，模块配置采用N+1冗余。高频开关整流器模块有内控式和外控式两种类型，内控式整流器内部设有独立的监控单元，可对整流器模块参数进行设置、检测和显示，与系统的监控模块采用RS-485总线相连；外控式整流器在内部不设独立的监控单元，完全由系统监控模块控制，若监控模块故障，整流器模块转为自主工作状态，其输出电压电流服从初始的设定值。
③直流分配部分。直流分配部分将整流器输出的直流电压进行分配，一路给蓄电池组充电，其它分配给通信设备和其它直流用户供电。直流分配部分决定了设备的最终分配容量，因此要求在设计时应充分考虑直流分路输出的用户数和容量，满足日后通信设备接入的需要。在给蓄电池组充电的分路开关之前应加装欠压保护继电器，当蓄电池组放电达到欠压告警值时发出告警，放电到欠压关断值时控制自动断开蓄电池组，保护蓄电池组不会因为过放电而导致损坏。现在直流分路输出开关多采用空气开关，应注意配置使用直流空气开关，因为直流空气开关的灭弧能力很强，而不应使用普通交流空气开关。
④蓄电池组。蓄电池组是通信直流电源的不可缺少的组成部分，蓄电池组一旦发生故障，在市电输入停电时，将造成所有使用该蓄电池组作后备电源的通信设备全部停止工作，造成通信中断。现在使用的蓄电池组都是阀控式密封铅酸蓄电池（简称VRLA），它完全取代了过去使用的普通开口铅酸蓄电池，采用密封结构，基本无酸气泄漏，可与设备同室安装，无需加电解液维护；可采用立式、卧式、单层、多层等各种组合安装方式，安装灵活；适用浮充工作制，使得供电系统电压更稳定；寿命、容量等受温度影响较大。蓄电池组的容量决定了市电停电后通信设备的运行时间，一般可根据负载大小和放电时间来选择蓄电池组的容量，计算方法为：负载容量（A）×放电时间（h）÷放电时间小时率放电容量系数。
⑤监控模块。监控模块对于通信直流电源来说具有智能控制中心的作用，主要有监测功能，包括监测交流输入电压、电流，整流器模块并联输出电压值和每个整流器模块的输出电流，负载电流，蓄电池组充放电电流和电压等；控制功能，包括电源系统的开关机，各整流器模块的开关机，直流输出电压、输出电流极限值的设定，蓄电池组浮充、均衡充电电压和充电电流的极限值设定，电池温度系数的补偿和蓄电池组欠压保护设定等；告警功能，当电源运行过程中某些参数达到或者超过告警的设定值，监控模式将发出声光告警，并显示故障部位和原因。此外，监控模块还应可通过RS232/RS485接口与上级监控中心联系，以实现集中监控。
2电力通信直流电源的维护
由于目前电力通信直流电源均使用了高频开关电源和阀控式密封铅酸蓄电池，这给电源系统的维护带来了许多便利，但是在维护方面还要注意按照使用维护要点做好维护工作，才能真正保证电力通信直流电源可靠、稳定、不间断地为通信设备供电。
①电源的交流输入所采用的避雷器的状态在进行电源的巡视维护时应注意检查，特别是雷雨天气时，更应该注意检查避雷器的状态，发现问题及时更换，如当发现OBO防雷模块的故障显示窗的颜色由绿色变成红色时，就要对防雷模块进行更换，确保发生雷击时能够发挥其防雷作用。这里应注意普通氧化锌避雷器存在有一定的漏电流，长期使用容易老化，造成使用性能下降，所以即使长时间没有雷击发生，也要定期进行更换，确保其防雷效果。
②高频开关电源在正常使用的情况下，整流器主机的维护工作量很少，主要是防尘和定期除尘，否则飞尘加上潮湿会引起主机工作紊乱，同时积尘也会影响器件的散热。一般每季度应对主机彻底清洁一次，在除尘时应检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。
③通信高频开关电源中设置的参数在使用中不能随意改变。
④通信高频开关电源在使用时应注意避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。由于通信直流电源几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或者在基本满载下工作，都将可能造成整流器模块故障，严重时将损坏整个电源系统。
⑤作为后备电源的蓄电池组维护工作载电力通信直流电源的维护工作中占有非常重要的地位，这也是电源维护工作的一个难点。由于现在使用的阀控式密封铅酸蓄电池实现了密封，免除了以往开口铅酸电池的测比、配比、添加蒸馏水等工作，大大减少了维护工作量，因此有些维护人员认为其是免维护电池，在使用中不去维护，听之任之，结果造成维护不当，发生问题。在对阀控式密封铅酸蓄电池的维护工作中，应重点注意以下问题：
定期检查整个蓄电池组的浮充电压，如果其浮充电压超出了蓄电池组的要求，应进行调整。浮充电压过高将增加水的损耗，加速电池正板栅的腐蚀，可能严重影响蓄电池的寿命；过低则可能不能使蓄电池充足电。对单只蓄电池每月应记录一次它的浮充电压，若电压超过厂家的指标，观察几个月后无向均一方向发展的趋势，应与厂家联系进行处理。
阀控式密封铅酸蓄电池的日常运行对温度要求较高，它要求的环境温度最好是20～25℃，如不然，应对浮充电压采取温度补偿，每升高1℃，浮充电压应降低3～4mv，但即使对浮充电压进行调整补偿，温度仍对蓄电池的寿命影响较大，如寿命为10年的蓄电池在30℃下运行，无温度补偿寿命仅为5年，有温度补偿寿命也缩短为8年。因此阀控式密封铅酸蓄电池应安装在有空调的房间，安装方式要有利于散热。在日常巡视维护中发现蓄电池有明显发热现象应立即与厂家联系进行处理。
阀控式密封铅酸蓄电池的自放电极低，而且电池内部不会形成电解液分层现象，因此无需定期进行高压均衡充电，定期均衡充电只能增加水的损耗，增大正板栅的腐蚀，在对蓄电池进行维护时应尽量减少或取消均衡充电。
应避免阀控式密封铅酸蓄电池的大电流充电和过放电。大电流充电可能使蓄电池极板膨胀变形，活性物质脱落，电池内阻增大且温度升高，造成电池报废。过放电将使蓄电池的循环寿命变短，放电后应立即充电，否则易引起蓄电池内部硫酸盐化现象，导致容量不能恢复。因此在进行容量试验或放电检修中，通常放电达到蓄电池组容量的30％～50％即可。
检查蓄电池连接部分有无大压降、腐蚀、松动等现象，如有应及时紧固，否则极有可能引起烧毁电池等事故。
当发现蓄电池组内有损坏且无法修复的蓄电池时应及时进行更换，更换时不得把不同容量、不同性能、不同厂家的蓄电池连在一起，否则将对整组蓄电池带来不利的影响。
阀控式密封铅酸蓄电池属于贫液电池，无法进行电解液比重测量，因此它的好坏和容量预测在业界也是一大难题，日常维护中可用电导仪测试电池内阻判断其好坏，但最可靠的方法还是放电法。
要注意阀控式密封铅酸蓄电池的寿命期限，对寿命已过期限的蓄电池组要及时进行更换，这样即保证供电后备电源的可靠，又可避免因蓄电池组影响到整个通信直流电源的运行。
⑥电源系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是电源本身，是整流器还是蓄电池组。高频开关整流器模块的输入输出主回路由于有输入过压和输出限流保护，因此发生故障的可能性较小，其内部控制电路、显示电路、保护电路等发生的故障相对较多，而且这些电路中只要有一个元器件发生故障，就可能导致整流模块停止工作，处理这些故障时只需更换有故障的电路板便可排除故障。笔者在维护工作中就曾经遇到过高频开关整流器通电后显示正常，测量输出电压正常，就是不能带负载，后经检查发现就是内部控制电路电路板问题造成了该模块无法正常工作。
⑦当高频开关整流器模块出现保险管烧断等故障时，务必不得直接进行更换保险管后通电重新开机，否则会接连发生相同的故障，不但检查不出故障所在，还可能会在开机的瞬间导致故障范围更加扩大。在现场处理紧急故障时，可采取整流器整机更换的方式来排除通信直流电源供电的故障，但在更换整流器时，通信直流电源供电系统不得停止对通信设备的供电。
⑧通信设备在接入直流配电分路输出开关时，要注意通信设备上的电源总输入开关的容量不得大于其接入的直流配电分路输出的开关容量，否则将引起越级跳开关，可能造成通信直流电源系统故障。
3结语
面对电力通信发展的日新月异，做好电力通信直流电源的维护显得尤为重要，相信在全体电力通信人员的努力下，不断总结和提高电力通信直流电源的运行维护经验和水平，使电力通信电源能够为电力通信的快速发展提供更优质可靠电源保障。
参考文献：
[1]中华人民共和国通信行业标准YD/T1058-2000，通信用高频开关组合电源[S].
[2]中华人民共和国通信行业标准YD/T799－96，通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法[S].
