時(shí)間：2023-05-29 18:01:44
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇dc電源，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
HBL 1K6系列模塊式AC／dc開關(guān)電源采用了全橋拓?fù)洌敵龉β蕿?600W。該電源的封裝為1U高、19個(gè)管腳，機(jī)架固定式底座，適合工廠、空中交通控制系統(tǒng)，電力系統(tǒng)、無線通信和其他應(yīng)用。
該電源的額定輸出電流為12～150Vdc，可以工作在230Vac或115Vac下，最大輸入為250Vdc；還可以根據(jù)需求設(shè)定輸入／輸出。該模塊是風(fēng)扇制冷的，能在滿載的情況下工作在0～50℃溫度范圍內(nèi)。
符合能源之星標(biāo)準(zhǔn)的電源
Elpac FWA065 65W AC／DC外置電源適配器符合能源之星V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該系列電源的效率為91％，功率密度為4.9W／in.3，輸出功率為72W。
該模塊的待機(jī)能耗小于0.5W，符合世界范圍內(nèi)各節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了CEC和EISA。這個(gè)外置電源適合多種應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)外設(shè)，通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。其輸入為85～264Vac，單個(gè)輸出為9、12、15或24Vdc。其外形尺寸為5.02in.×2.2in.×1.37in.，使用對(duì)流制冷方式，無需內(nèi)置風(fēng)扇。該模塊還具備過溫、過電壓和過流保護(hù)功能，在峰峰值下的最大噪聲和紋渡均不超過1％。
支持USB、RS－485和CAN連接的電源適配器
三種適配器模塊分屬于iMP和iVS系列智能、數(shù)字控制式AC／DC開關(guān)電源，可以使USB、CAN、和RS485總線在主機(jī)和I2C總線間建立連接，且只有一個(gè)簡單的指令級(jí)。該適配器能使電源用于汽車網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療設(shè)備和建筑自動(dòng)化系統(tǒng)。
該模塊通過RS-485總線的MODbus協(xié)議和CAN,總線的MODbus模塊來同在板上的12C總線通信。當(dāng)接口適配器連接至設(shè)備的5VSB口時(shí)由內(nèi)部供電，同時(shí)，其還配有一個(gè)在板的插座以便于重編程。微控制器集成在外殼內(nèi)，有相應(yīng)的GUI控制軟件配合模塊使用。這個(gè)軟件能使設(shè)計(jì)者調(diào)整電壓，電流限制和阻止／使能個(gè)人電源配置。
具有5～48V輸出的可變刀片式電源
GT－41076(最大6W)、GT－41052(最大15W)和GTM41060(最大25W)系列墻式可交互式刀片式電源提供了雙加強(qiáng)隔離，能以0.1V的間隔調(diào)整5～48Vdc的電壓。整個(gè)電源采用了抗沖擊式無孔聚碳酸酯外殼，采用熱導(dǎo)冷卻方式。
該系列電源具有可調(diào)輸出，過流、短路和過壓保護(hù)功能；輸入電壓是90～264Vac；符合UL／CUL1950／60601.1和TUV EN60950／60601.1安全標(biāo)準(zhǔn)和EMI／RFI規(guī)范。整個(gè)電源的尺寸為64mm×40.5mm×29mm。
120W輸出的DIN軌式電源
特定應(yīng)用拓?fù)銬C/DC控制器的推出，MOSFET開關(guān)、VDS額定值和RDS(ON)的改進(jìn)，以及PulserEngineering、Coilcraft、Tokin等公司提供的現(xiàn)售平面電源變壓器和電感器，為設(shè)計(jì)師提供了不同的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器開發(fā)途徑。人們常常需要自制隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，需要完全控制所用組件，以在產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期內(nèi)保證質(zhì)量和設(shè)計(jì)完整性。其它原因還包括需要標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品不提供的附加功能，或需要特殊的外形尺寸，以及降低成本。
隔離式正激轉(zhuǎn)換器
高密度隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器最流行的拓?fù)渲皇钦まD(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器可以提供高達(dá)500W的功率，在有些情況下還能提供更高的功率。凌力爾特公司提供單開關(guān)和關(guān)正激式控制器，這些控制器用主端和副端電路實(shí)現(xiàn)同步MOSFET的控制、定時(shí)和驅(qū)動(dòng)。這些控制器電路具有同步整流和多項(xiàng)(PolyPhase)交錯(cuò)功率級(jí)。不過，正激轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在也能提供同樣的功能。LTC3706副端同步控制器及其伴隨器件主端智能驅(qū)動(dòng)器LTC3725可以用來開發(fā)具有降壓型轉(zhuǎn)換器性能的隔離式正激轉(zhuǎn)換器。
1/8磚演示電路DC1031A-B在副端采用了LTC3706控制器，在主端采用了自啟動(dòng)LTC3725智能驅(qū)動(dòng)器。輸出電壓開始上升時(shí)，副端控制器LTC3706通過T1、D1和Q2迅速加電。然后LTC3706通過信號(hào)變壓器T2向主端驅(qū)動(dòng)器LTC3725發(fā)送PWM柵極編碼脈沖，以承擔(dān)控制輸出電壓的任務(wù)。接著，LTC3725作為一個(gè)簡單的驅(qū)動(dòng)器工作，通過T，接收輸入信號(hào)和偏置電源信號(hào)。圖1還給出了這個(gè)3.3V輸出電路的效率曲線。輸出電壓范圍為0.6V-52V，視輸出電壓的不同，在固定工作頻率時(shí)可以達(dá)到95％以上的效率，頻率可在100kHz-500kHz范圍內(nèi)選擇。
實(shí)現(xiàn)高密度隔離式DC/DC正激轉(zhuǎn)換器的另一種方法是采用LTl952-1主端控制器和LTC3900副端同步檢波器控制器。這個(gè)電路可以用或不用實(shí)現(xiàn)輸出電壓反饋的光耦合器，不用光耦合器的電路如圖2所示，這個(gè)電路是個(gè)非常有用的總線轉(zhuǎn)換器，就中間總線轉(zhuǎn)換而言，可以接受±5％的總體輸出電壓調(diào)節(jié)。下游存在負(fù)載點(diǎn)(POL)穩(wěn)壓器，而且負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器通常有2：1的輸入電壓范圍，因此，未經(jīng)嚴(yán)格調(diào)節(jié)的總線轉(zhuǎn)換器不會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)問題，允許通過去掉光耦合器和有關(guān)驅(qū)動(dòng)器來簡化電路，這樣還可以提高總體效率。輸出電壓反饋來自T1變壓器額外的初級(jí)繞組。這個(gè)電路的效率高達(dá)95％，圖2所示為不同輸出電壓時(shí)的情況。用光耦合器閉合反饋環(huán)路的直接輸出電壓檢測(cè)也可以納入，而且可以獲得好于±0.5％的總體調(diào)節(jié)。這個(gè)單開關(guān)正激轉(zhuǎn)換器以高達(dá)500kHz的開關(guān)頻率工作，在高達(dá)500W的功率級(jí)時(shí)，可以產(chǎn)生1.23V-52V的輸出電壓。
隔離式同步和非同步反激轉(zhuǎn)換器
設(shè)計(jì)隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)最簡單且公認(rèn)的方法是采用反激拓?fù)洹＿@種拓?fù)渫ǔＳ糜诟哌_(dá)80W的功率級(jí)，僅需要一個(gè)磁性組件，即電源變壓器，無需輸出電感器，因此，簡化了設(shè)計(jì)并降低了成本。
圖3所示電路是DCll00A演示板，該電路將18V-72V的輸入轉(zhuǎn)換成隔離式3.3V/3A輸出，效率為82％，占板面積為1.6英寸×0.55英寸。這個(gè)設(shè)計(jì)采用了LTC3803電流模式反激PWM控制器和LT4430光耦合器驅(qū)動(dòng)器，這兩個(gè)器件都采用纖巧的6引腳ThinSOT封裝。LTC3803以固定的200kHz或300kHz頻率工作，具有非常低的啟動(dòng)電流，僅為40μA。低啟動(dòng)電流的好處是，能夠用阻值高的輸入電阻和電容值低的電容器實(shí)現(xiàn)電源快速啟動(dòng)，而且電路尺寸較
小，功耗較低。一旦該器件進(jìn)入工作狀態(tài)，就可以通過肖特基二極管和串聯(lián)電阻，用一個(gè)單獨(dú)的初級(jí)變壓器繞組供電，以進(jìn)一步提高效率。就非隔離式設(shè)計(jì)而言，輸出電壓通過相同的二極管和電阻電路，可以用來為LTC3803供電。
LTC3803的過流保護(hù)門限電壓固定為10mV，這允許該器件使用低值、低功率電流檢測(cè)電阻(就10W輸出和48V輸入電壓設(shè)計(jì)而言，典型值為68mΩ、1/4W)，從而進(jìn)一步降低了功耗。LTC3803可以調(diào)節(jié)低至0.8V的輸出電壓，具有內(nèi)部軟啟動(dòng)功能，可降低浪涌電流，降低輸出電壓過沖。恒定頻率工作，一直保持至輕負(fù)載，從而在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)產(chǎn)生較少的低頻噪聲。基于LTC3803的電源具有可調(diào)斜率補(bǔ)償，以最低的輸出電容實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)。
LT4430是光耦合器驅(qū)動(dòng)器，在士0.75％容限時(shí)具有精確的0.6V電壓基準(zhǔn)，還含有高帶寬(9MHz)誤差放大器。這個(gè)器件將這3種功能組合到一個(gè)封裝中，簡化了設(shè)計(jì)。LT4430具有3V-20V的寬輸入電源電壓范圍，光耦合器驅(qū)動(dòng)器提供高達(dá)10mA的電流，并具有短路保護(hù)能力。
反激控制器LTC3805與LTC3803相比，具有更多功能，如工作頻率可編程、.同步至外部時(shí)鐘、可調(diào)軟啟動(dòng)和可編程接通電壓。用戶在標(biāo)稱輸入電壓為48V的應(yīng)用中使用這個(gè)器件時(shí)，也許想對(duì)器件編程，以在較高的電壓而不是9V(在欠壓閉鎖時(shí)通常是這樣)上接通。編程是通過RUN引腳上的分壓器實(shí)現(xiàn)的。LTC3805也是電流模式PWM控制器，啟動(dòng)時(shí)僅需要40gA電流。
對(duì)較高效率(高達(dá)90％)的隔離式反激轉(zhuǎn)換器的需求日益增加。傳統(tǒng)上，在隔離式反激電源中同時(shí)實(shí)現(xiàn)簡單性和高效率一直很難。實(shí)現(xiàn)高效率常常需要使用先進(jìn)的副端同步整流電路，這種電路一度只用于較高功率的應(yīng)用。這會(huì)增加器件數(shù)以及同步驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)電壓和通常用來保持隔離的光耦合電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。LT3825和
LT3837通過提供精確的同步整流定時(shí)、去除反饋環(huán)路中的光耦合器并保持卓越的調(diào)節(jié)和環(huán)路響應(yīng)，簡化了低輸出電壓、中功率反激電源并提高了這類電源的性能。圖4是原理圖，以高達(dá)90％的效率將48V的標(biāo)稱輸入轉(zhuǎn)換成3.3V/12A輸出。這個(gè)解決方案還適用于9V-36V的輸入電壓范圍。
關(guān)鍵詞：DC-DC；同步整流；BUCK結(jié)構(gòu)；續(xù)流；均流技術(shù)
1 系統(tǒng)方案整體結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)方案主要由兩個(gè)BUCK變換器構(gòu)成的DC-DC降壓式電路、主控電路、采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路以及PWM模塊組成。主控芯片通過采樣得到的電壓電流參數(shù)來控制輸出PWM波的占空比，進(jìn)而控制開關(guān)管的開關(guān)頻率，閉環(huán)控制電流電壓，使其穩(wěn)定輸出。提高了供電的效率和穩(wěn)定性。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。
2 各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 DC-DC模塊
系統(tǒng)方案的DC-DC模塊采用是兩個(gè)相同的BUCK拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且使電感始終工作在電流連續(xù)狀態(tài)，否則閉環(huán)穩(wěn)壓時(shí)易振蕩。另外，為了降低電路損耗，本系統(tǒng)方案選用導(dǎo)通電阻較低的開關(guān)管IRF3205（額定電流110A，耐壓達(dá)55V，導(dǎo)通電阻小于8毫歐）。
對(duì)于BUCK電路濾波電感L1的計(jì)算如下：
為使輸出電流連續(xù)且穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)選擇L1=800uh。為了避免電感飽和，且更好地實(shí)現(xiàn)電感的儲(chǔ)能功能，本設(shè)計(jì)選用外徑為4.8cm的鐵粉磁環(huán)繞制電感。由于電流可高達(dá)2-3A，為了降低電感線圈的發(fā)熱損耗，選用2股直徑為0.64mm的漆包線繞制。
2.2 MOS管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
如圖3所示，MOS管驅(qū)動(dòng)電路選用具有波形互補(bǔ)的可編程芯片IR2104，PWM波從2腳輸入，HO和LO輸出兩路反相的PWM分 別控制兩個(gè)MOS管的開斷。
D5和C1/C2為自舉二極管和自舉電容，兩者串聯(lián)起到電流配合的作用實(shí)現(xiàn)電壓自舉，抬高VS的電位，使輸出的PWM更穩(wěn)定，同時(shí)二極管起到防止電流倒灌的作用。
2.3 電流采樣電路
如圖4所示，該部分選擇高邊電流采樣的方案，高邊電流采樣要求放大器必須具備大動(dòng)態(tài)輸入范圍以及高共模抑制比，所以采用TI公司專用高邊電流采樣芯片INA282；采樣電阻選擇耐高溫，溫度系數(shù)小，精度可控的康銅絲電阻。
INA282的增益為50，采樣電阻阻值為RS，反饋電壓為：
VIFB=50×RS×I0
考慮到單片機(jī)ADC的采樣范圍為0～2.5V，對(duì)應(yīng)0～2.5A，根據(jù)公式可知RS=10毫歐。
2.4 過流保護(hù)電路
過流保護(hù)是由電流采樣電阻、運(yùn)算放大電路及保護(hù)電路組成。主要是通過運(yùn)算放大電路采取采樣電阻兩端的電壓，從而可以間接知道電阻兩端的電流，利用LM358比較器，設(shè)定電路的閾值當(dāng)電路中的電流值超過了指定的閾值時(shí)，此時(shí)整個(gè)電路的供電就斷開了，從而起到了保護(hù)作用。
3 均流技術(shù)-PID算法
采樣DC/DC模塊1的輸出電流I1，反饋控制DC/DC模塊1的開關(guān)PWM波，使DC/DC模塊1輸出電流I1維持一固定值；采樣負(fù)載兩端電壓V0，反饋控制DC/DC模塊2的開關(guān)PWM波，是負(fù)載兩端電壓為定值V0。在負(fù)載電阻一定時(shí)，由于負(fù)載電壓穩(wěn)定，輸出總電流I一定，又因DC/DC模塊1的輸出電流I1穩(wěn)定，故可以確定DC/DC模塊2的輸出電流I2。從而可以實(shí)現(xiàn)均流的目的。
4 結(jié)束語
文章提出了一種DC-DC開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)的技術(shù)方案，該設(shè)計(jì)方案采用多模塊并聯(lián)操作可以很好的解決市場(chǎng)上單一集中式電源；從實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)中，電路的供電效率達(dá)到了97.21%；電流的分配效果非常精準(zhǔn)，可以很好的利用在開關(guān)電源的行業(yè)，電路結(jié)構(gòu)簡單，利用率高，具有很好的推廣前景。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】PMW 整流電路；調(diào)頻式；諧振；高壓；試驗(yàn)；電源控制；策略
Frequency Tuned Resonant Test Power Supply，F(xiàn)TRTPS，調(diào)頻式諧振試驗(yàn)電源的耐壓特定較好且試驗(yàn)范圍較大，運(yùn)行的效率較高。試驗(yàn)的裝置重量、自身的體積都相對(duì)較小，試驗(yàn)樣品所呈現(xiàn)出來的電壓波形較好，當(dāng)試樣被擊穿后能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫諧保護(hù)等特征。通過大功率開關(guān)器件所構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)模擬信號(hào)源以及功率放大電路進(jìn)行了替代，從而直接產(chǎn)生了大功率的標(biāo)準(zhǔn)正弦波。
一、新型調(diào)頻式諧振電源系統(tǒng)概述
新型新型調(diào)頻式諧振電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。其主要由三相PWM整流電路、H橋逆變電路、濾波器輸出、DSP控制器、檢測(cè)單元、及人機(jī)接口部分構(gòu)成，RL是試驗(yàn)過程中回路諧振電感等效內(nèi)阻，而T為中間勵(lì)磁升壓變壓器；C是試驗(yàn)回路等效電容，等效電容包括被測(cè)試樣品電容和試驗(yàn)回路諧振電容。整個(gè)諧振試驗(yàn)電源輸出的電壓調(diào)節(jié)是通過三相PWM整流電路輸出一側(cè)的電容電壓大小的控制實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)試驗(yàn)回路等效電容穩(wěn)定在設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)則開始調(diào)節(jié)頻率，頻率的調(diào)節(jié)是通過逆變電路開關(guān)的控制實(shí)現(xiàn)的。最終將輸出濾波器濾除系統(tǒng)輸出信號(hào)中的毛刺由此得出了所需要的正弦波形。
系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)為溫度傳感器以及電流型、電壓型霍爾傳感器，為了有效提高檢測(cè)裝置的抗干擾的能力，相應(yīng)的信號(hào)通過光纖傳遞到DSP控制器MAXl25采集單元，而整個(gè)系統(tǒng)通過4×4鍵盤設(shè)置了實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括光標(biāo)的移動(dòng)、取消和確定等功能。尺寸為10.4英寸、分辨率為640x480的液晶通過并行的I/O接口實(shí)現(xiàn)了與DSP控制器連接作為人機(jī)操作終端進(jìn)行顯示。
公式中的Q為諧振電路品質(zhì)因數(shù)，通過上述公式可了解到，被測(cè)試的樣品兩端得出被放大Q倍的電壓，甚至可達(dá)到幾十至上百萬伏，由此通過放大電壓對(duì)被測(cè)試樣品進(jìn)行交流耐壓或者局部放電的試驗(yàn)。
二、設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)自適應(yīng)PI控制器
PWM整流器在一定程度上要建立簡化以及精確的數(shù)學(xué)模型存在一定的障礙，而傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)自適應(yīng)控制器無法得到滿意度設(shè)計(jì)效果。由此本試驗(yàn)中選擇自適應(yīng)PI控制模式。
U*dc、Udc是直流側(cè)電容C3所定出的參考以及實(shí)時(shí)電壓；idis是所引入的電流擾動(dòng)量；而i*a、i*b以及i*c分別為整流器網(wǎng)側(cè)的三相電流的參考信號(hào)，其是由外環(huán)和內(nèi)環(huán)所構(gòu)成的。直流側(cè)電容C3所給出的參考電壓U*dc與實(shí)際電壓Udc比較并通過自適應(yīng)PI電壓調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)完成上之后實(shí)現(xiàn)了與電流擾動(dòng)量idis的減數(shù)所形成的直流電流量I*s。為了保證網(wǎng)側(cè)功率因素為1，也就是為了保證電壓與電流具有同等相位，通過鎖相電路PLL所得出標(biāo)準(zhǔn)的三相交流電源電壓的相位與直流電流量相乘所得出整流器網(wǎng)側(cè)三相電流的參考信號(hào)。
若是實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d軸與電網(wǎng)電壓a相一致，也就是實(shí)現(xiàn)了電壓的定向，那么i*a、i*b在通過變換之后可得知i*q的值為零。也就是控制整流器網(wǎng)側(cè)三相的實(shí)際電流在經(jīng)過變換之后的iq為零。由此實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)功率因素為1的要求和標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，對(duì)直流側(cè)的電容C3的實(shí)時(shí)電壓的調(diào)節(jié)主要與d-q變化d軸電流id相關(guān)。電壓自適應(yīng)PI的控制算法如下所示：
電流自適應(yīng)PI控制的控制過程與電壓自適應(yīng)器的PI控制模式相似，是通過兩個(gè)電流控制器的輸出在經(jīng)過d―q反變換過后與三角載波通過調(diào)制而得出的開關(guān)控制信號(hào)。
三、設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)頻控制器
1、比例積分鎖相的自動(dòng)調(diào)頻控制
相應(yīng)比例積分鎖相自動(dòng)調(diào)頻的框架圖如下所示。在整個(gè)逆變電路當(dāng)中，其死區(qū)是通過硬件電路來完成和實(shí)現(xiàn)的。相應(yīng)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)頻的范圍將達(dá)到30-300 Hz。下圖所示中的諧振電容C的兩端電壓濾波器輸出電壓U0是通過霍爾電壓互感器測(cè)量之后通過抗干擾能力較強(qiáng)的光纖無失真?zhèn)鬟f到DSP控制器的MAXl25采集單元，并且通過零轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。在經(jīng)過XOR異或邏輯門的比較之后，將得出Uc、U0相位差，Rf以及Cf低通濾波器在對(duì)交流紋波濾除之后，將相位差變?yōu)闊o紋波平均化的電流電壓信號(hào)Xf。PI控制與Rf以及Cf類似，能對(duì)噪聲以及高頻分量存在抑制作用，同時(shí)還對(duì)相位校正的速度以及精度進(jìn)行了有效控制，能對(duì)動(dòng)態(tài)以及靜態(tài)的性能起到了決定作用。PI控制器的輸出信號(hào)通過壓控振蕩器得出所期望得到的振蕩頻率信號(hào)，在通過三角載波調(diào)制之后，通過光電隔離以及放大后實(shí)現(xiàn)對(duì)1GBT的驅(qū)動(dòng)。
2、控制模型
上述公式中的τf即為RfCf，表示的是濾波器的時(shí)間常數(shù)。
公式中的W0為，L、C均為諧振電桿定容，而RL則為諧振電感內(nèi)阻。通過一系列的公式推導(dǎo)可得出控制的計(jì)算模型。
四、結(jié)語
研究了大功率開關(guān)器件IGBT實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)所產(chǎn)生的正弦波進(jìn)行了分析，相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)較為簡單、元器件的數(shù)目較少且便于維護(hù)，電壓調(diào)節(jié)是通過三相PWM整流電路實(shí)現(xiàn)的。電壓調(diào)節(jié)根據(jù)自適應(yīng)PI電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)雙環(huán)閉環(huán)控制方式，使用比例積分鎖相自動(dòng)調(diào)頻實(shí)現(xiàn)了頻率的調(diào)節(jié)，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的諧振電路特點(diǎn)分析以及推導(dǎo)了控制模型。實(shí)踐表明所提出的電壓以及頻率調(diào)節(jié)的方法具有較好的動(dòng)態(tài)以及靜態(tài)的性能和跟蹤的效果，同時(shí)也具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
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1現(xiàn)代便攜式設(shè)備電源原理
1.1便攜式電源原理粗電指電能質(zhì)量較差一次交流電,實(shí)際應(yīng)用多數(shù)需將其轉(zhuǎn)換為精電即直流電。根據(jù)輸出,電源可分為4類:整流AC-DC、逆變DC-AC、變頻AC-AC和直流變換DC-DC。電源組成原理不同可分為LDO線性直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源,開關(guān)電源分為隔離型開關(guān)電源和非隔離型開關(guān)電源[1]。LDO線性直流穩(wěn)壓電源,紋波小、功耗高、效率低30%~40%,不適合高效便攜式電子設(shè)備;隔離式開關(guān)采用變壓器調(diào)節(jié)輸出電壓,安全、高效,效率能達(dá)到80%,但技術(shù)難度大,成本高,體積大,用于較大電子設(shè)備;現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備一般采用鋰電池供電,電源電路采用DC-DC直流變換,將電池輸出直流電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的各種直流電壓,轉(zhuǎn)換效率高、靜態(tài)電流小,是現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備常用的電源轉(zhuǎn)換電路[2,3]。DC-DC變換是將固定的直流電壓變換成系統(tǒng)所需的直流電壓輸出,經(jīng)直流斬波,將輸入電壓斬成脈沖方波,由儲(chǔ)能元件實(shí)現(xiàn)升壓或降壓,整流、濾波后輸出高效率、高精度、高穩(wěn)定度二次直流電壓[4]。DC-DC變換電路控制方式分為硬開關(guān)技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù),硬開關(guān)包括PWM脈沖寬度調(diào)制和PFM脈沖頻率調(diào)制,PWM調(diào)制方式不改變開關(guān)周期,改變開關(guān)占空比控制輸出電壓幅度;PFM調(diào)制方式是占空比不變,調(diào)制信號(hào)頻率隨輸入信號(hào)幅值變化;軟開關(guān)諧振變流器是利用LC串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)開關(guān)零電壓導(dǎo)通ZVS和零電流關(guān)斷ZCS,實(shí)現(xiàn)開關(guān)開通和關(guān)斷功耗為零,減小變換器開關(guān)損耗。DC-DC直流變換器電路形式主要有:Buck降壓斬波器,Boost升壓斬波器,Buck-Boost降壓或升壓斬波器等,根據(jù)便攜式設(shè)備要求選擇不同的電路形式[5]。1.2便攜式電源節(jié)能技術(shù)現(xiàn)代便攜式設(shè)備電源技術(shù)成熟,便攜式設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間、待機(jī)時(shí)間、使用壽命成為各大廠商競(jìng)爭焦點(diǎn),增加便攜式設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間和待機(jī)時(shí)間最直接的方法增加鋰電池容量,提高電源轉(zhuǎn)換效率,降低系統(tǒng)功耗。根據(jù)摩爾定律,集成電路內(nèi)部器件集成度每18個(gè)月翻一翻,CPU數(shù)據(jù)吞吐量增大處理速度提高,系統(tǒng)功耗不斷增加,鋰電池發(fā)展速度遠(yuǎn)跟不上集成電路發(fā)展速度,電池發(fā)展相對(duì)滯后已經(jīng)成為制約便攜式電子設(shè)備發(fā)展的一個(gè)瓶頸[6]。提高便攜式設(shè)備電源轉(zhuǎn)換效率主要方法有提高電源整流器件效率,降低電源內(nèi)部靜態(tài)電流。傳統(tǒng)PWM控制DC-DC變流器,系統(tǒng)平均功耗Pav=CO×V2DD×f,CO負(fù)載等效電容,VDD電源電壓,f開關(guān)頻率,看出DC-DC變換器功耗與開關(guān)頻率成正比,與電源電壓平方成正比,降低變換器開關(guān)工作頻率能有效降低開關(guān)動(dòng)作次數(shù)降低功耗,代價(jià)是降低CPU數(shù)據(jù)處理速度,電源裝置中無源器件體積增大靜態(tài)功耗增大,;當(dāng)前處理器主頻不斷提高數(shù)據(jù)處理速度不斷加快,降低系統(tǒng)功耗只有降低電源電壓[7]。DC-DC直流變換器主要損耗為整流二極管和續(xù)流二極管,即使采用快恢復(fù)二極管FRD、超快恢復(fù)二極管SRD和肖特基二極管SBD,在二極管上產(chǎn)生較大壓降,降低電源效率,傳統(tǒng)二極體整流電路已無法滿足現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備,當(dāng)前便攜式設(shè)備電源基本采用同步整流技術(shù),用通態(tài)電阻極低功率MOSFET,代替整流二極管,降低整流二極管導(dǎo)通壓降,同步整流技術(shù)要求柵極電壓與被整流電壓相位保持同步,有效降低整流損耗,提高電源效率[8,9]。便攜式設(shè)備電源智能管理技術(shù),指按時(shí)間順序?qū)υO(shè)備電壓和電流智能化管理,根據(jù)用戶使用情況不同實(shí)時(shí)控制模塊輸出電壓,有效分配電源功率,降低電源模塊靜態(tài)電流,降低空閑設(shè)備能耗,最大限度減小損耗提高系統(tǒng)效率。硬件管理指硬件電路選擇靜態(tài)電流小的COMS器件,降低靜態(tài)功耗;軟件管理指使用便攜式電源管理器對(duì)電源動(dòng)態(tài)管理,降低空閑設(shè)備功耗。現(xiàn)代智能手機(jī)功能十分完善,使用不同功能供電不同,例如接打電話、發(fā)短信、聽音樂、無線上網(wǎng)、看電影,需要不同供電,采用電源智能管理技術(shù)能有效降低系統(tǒng)功耗,提高便攜式設(shè)備電源效率[10-11]。便攜式設(shè)備電源采用系統(tǒng)整流模塊休眠技術(shù)提高電源效率,整流模塊休眠技術(shù)根據(jù)輸出電流大小實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制電源系統(tǒng)各套整流模塊,及時(shí)關(guān)閉不需要的整流模塊,降低系統(tǒng)負(fù)載損耗和空載損耗同時(shí)保證輸出,整流模塊休眠技術(shù)根據(jù)實(shí)際需要,采用軟件設(shè)置休眠時(shí)間和休眠次序。整流模塊休眠技術(shù)要求電源系統(tǒng)至少要有兩套以上整流模塊,提高電源效率同時(shí)也增加了硬件開銷,提高便攜式設(shè)備的實(shí)際成本[12]。
2現(xiàn)代便攜式設(shè)備電源應(yīng)用
2.1MC34063原理MC34063輸入電壓范圍寬,靜態(tài)電流低,輸出驅(qū)動(dòng)電流大,振蕩頻率高是一款典型的雙極性現(xiàn)代便攜式設(shè)備DC-DC電源控制器,輸入電壓3.0~40V,輸出電壓1.25~40V,最大輸出電流1.5A,開關(guān)管集電極與發(fā)射極最大電壓40V,開關(guān)振蕩頻率100Hz~100kHz,可實(shí)現(xiàn)電源升壓、降壓、反向等變換,效率高達(dá)80%以上[13],MC34063內(nèi)部模塊原理及引腳功能如圖1所示。MC34063內(nèi)部包含1.25V帶隙參考電源、電壓比較器、振蕩器、邏輯控制器和開關(guān)管。MC34063DC-DC變換器第5腳輸入電壓與1.25V帶隙參考電壓比較,比較后結(jié)果輸入邏輯控制器與振蕩器輸出振蕩方波相與,相與后邏輯電平輸入RS觸發(fā)器控制開關(guān)管T1和T2;振蕩器內(nèi)部包含恒流源,第3腳外接定時(shí)電容調(diào)整振蕩頻率,外接電容充電,振蕩器與比較器同時(shí)輸出高電平,RS觸發(fā)器置1開關(guān)管導(dǎo)通。電流IS檢測(cè)端實(shí)時(shí)檢測(cè)7腳電阻RSC電壓,電流檢測(cè)端電壓超過300mV,振蕩器外接電容CT快速充放電,控制開關(guān)管占空比,穩(wěn)定輸出電壓,MC34063應(yīng)用電氣參數(shù)如表1所示,應(yīng)用條件不同電氣參數(shù)適當(dāng)調(diào)整[14]。2.2降壓電路及參數(shù)計(jì)算用MC34063DC-DC變換器設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電壓+5V輸出電壓+3.3V紋波小于10mV降壓直流電源,輸出電流IO(max)=500mA原理如圖2,降壓電路電流流經(jīng)檢測(cè)電阻R1、開關(guān)管T1與T2、電感L1、電容C1、續(xù)流二極管D1、負(fù)載RL,通過比較器反向輸入端第5腳外接電阻R2與R3監(jiān)視輸出電壓Vout=1.25×(1+R2R3)。DC-DC變換器處于TON狀態(tài),RS觸發(fā)器S端輸入高電平,開關(guān)管T1與T2導(dǎo)通,電流經(jīng)開關(guān)管集電極到發(fā)射極,第2腳外接儲(chǔ)能元件電感L1充磁電容C1充電,電感L1達(dá)到最大峰值電流IPK停止充磁,續(xù)流二極管D1反向截止;DC-DC變換器處于TOFF狀態(tài),RS觸發(fā)器S端輸入低電平,開關(guān)管T1與T2截止,第2腳外接儲(chǔ)能元件電感L1和電容C1放電為負(fù)載提供電流,續(xù)流二極管D1導(dǎo)通,由于電感電流不能突變,輸出電流方向不變,只要開關(guān)頻率與儲(chǔ)能元件充放速度足夠快負(fù)載可以得到連續(xù)的直流電壓,實(shí)現(xiàn)降壓[15]。根據(jù)運(yùn)放“虛短”和“虛段”,集成電路內(nèi)部比較器第5腳輸入電流為零,取R3=1.2kΩ,輸出電壓Vout=1.25×(1+R2R3),得R2=2kΩ,通過輸出回路電阻R2與R3電流I=VOUTR2+R3=1mA,電阻R2功率P=U2×I=2mW,電阻R2與R3選擇0.125W;續(xù)流二極管D1選擇肖特基二極管1N5819,最大反向浪涌電壓VRRM=40V,最大正向浪涌電流IFSM=25A,二極管均方根電壓VRMS=28V,平均整流電流I(AV)=1A,正向壓降VF=0.6V。設(shè)MC34063開關(guān)振蕩頻率f=20kHz,周期T=50μs,由參數(shù)手冊(cè)得TONTOFF=VOUT+VFVIN(MAX)-VSAT-VOUT=3.3+0.65-1-3.3=3.90.7,TON≈40μs,TOFF=7μs,振蕩電容CT=4×10-5×TON=4×10-5×40×10-6=1600pF,開關(guān)管電流IPK=2IOUT=1A,第7腳電流檢測(cè)引腳限流電阻RSC=VIPKIPK=300mV1A=0.3Ω功率0.25W,電感L1為VIN(MAX)-VSATIPK×TON=5-0.61×50uS=220uH,輸出電容CO實(shí)際應(yīng)用選擇100μF耐壓10V電解電容[16]。2.3升壓電路及參數(shù)計(jì)算用MC34063DC-DC變換器設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電壓+3.3V輸出電壓+5V紋波小于10mV升壓電源,輸出電流IO(max)=500mA原理如圖3,升壓電路電流流經(jīng)檢 測(cè)電阻R5、開關(guān)管T1與T2、電感L2,續(xù)流二極管D2,負(fù)載RL,比較器反向輸入端監(jiān)視輸出電壓,Vout=1.25×(1+R5R6),R6取1.2kΩ,R5為3.6kΩ,功率0.25W。當(dāng)DC-DC變換器管T1與T2處于TON狀態(tài),DC-DC變換器形成2個(gè)回路,即電感回路和電容回路。回路1:由電容C6、負(fù)載RL構(gòu)成,電容C6放電,保持電源輸出電壓和電流幅度穩(wěn)定、方向不變,續(xù)流二極管反向截止,由電容提供能量;回路2:由電感L2、開關(guān)管T1與T2構(gòu)成,電感L2將電源電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍艽鎯?chǔ),充電電流由0到IPK;當(dāng)開關(guān)管T1與T2處于TOFF電感中磁能轉(zhuǎn)換為電能輸出提升輸出電壓,實(shí)現(xiàn)升壓[17]。
3性能參數(shù)測(cè)試
MC34063DC-DC變換器電路測(cè)試儀器有優(yōu)利德(UNI-T)四位半數(shù)字萬用表UT56,泰克(Tektronix)100MHz數(shù)字存儲(chǔ)示波器TDS2014C,負(fù)載電阻采用10Ω額定功率5W水泥電阻,經(jīng)實(shí)際測(cè)試電源性能參數(shù)如表2所示。由MC34063DC-DC構(gòu)成的便攜式設(shè)備電源變換器輸出穩(wěn)定可靠,紋波小,線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率優(yōu)良,效率高,自適應(yīng)性強(qiáng),完全能滿足便攜式設(shè)備實(shí)際使用要求。
4結(jié)束語
MC34063DC-DC變換器電源控制電路,體積小,成本低,效率高,靜態(tài)電流小,待機(jī)功耗低,有效提高了現(xiàn)代便攜式設(shè)備電源電池待機(jī)時(shí)間、工作時(shí)間和使用壽命,是現(xiàn)代便攜式設(shè)備理想電源變換器,可廣泛用于實(shí)際生活。
【關(guān)鍵詞】 電力專用通信DC/DC 饋線短路 操作電源直流母線
一、引言
1.1電力專用通信由來
近年來，電力系統(tǒng)專業(yè)化管理發(fā)展得越來越快，通信電源單獨(dú)配置蓄電池組，是否改為充電設(shè)備技術(shù)模式，采用電力專用DC/DC直接掛于操作電源取得通信電源模式，這些電源模式使得它越來越成為技術(shù)討論的重點(diǎn)和焦點(diǎn)。
采用隱居考察的110KV變電站這種運(yùn)行模式已經(jīng)成功運(yùn)行了十年之久，而實(shí)際上直接掛于操作電源采用的電力專用DC/DC而取得通信電源并非新生事物，操作電通信電源的電源通信的紋波系數(shù)、精度穩(wěn)壓、電池組的源蓄選擇容量等問題均有較好的解決，當(dāng)今的主要問題是在：怎樣來保證在DC/DC短路安全保護(hù)的情況下，當(dāng)DC/DC專用模塊電力通信一條饋線支路發(fā)生短路故障時(shí)，同樣不會(huì)影響通信電源的正常供電和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)，饋線故障支路開關(guān)能切除故障可靠跳閘。
1.2提出的問題
圖1通信傳統(tǒng)電源連接方式饋線短路示意圖，圖2 DC/DC直流掛于母線的饋線短路示意圖。
問題的理論依據(jù)：當(dāng)短路問題發(fā)生在饋線上時(shí)，就會(huì)存在線開關(guān)的短路跳閘時(shí)間和DC/DC保護(hù)短路時(shí)間與反饋匹配等問題，如果短路保護(hù)DC/DC先于跳閘動(dòng)作饋線開關(guān)短路，DC/DC則掛于直流母線的直接方式，因此DC/DC短路保護(hù)不會(huì)再有電流的輸出，就會(huì)導(dǎo)致短路故障饋線支路不能被切除，從而使一個(gè)饋線支路的短路故障影響整個(gè)母線的供電系統(tǒng)，使饋線開關(guān)不能短路跳閘，DC/DC長期保持短路保護(hù)的狀態(tài)。相反在傳統(tǒng)的通信電源接線的方式中，同樣是存在短路的保護(hù)問題， AC/DC與DC/DC一樣，他們的不同是，是由蓄電池提供短路電流進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)作，當(dāng)AC/DC進(jìn)行短路保護(hù)時(shí)，使饋線開關(guān)進(jìn)行短路保護(hù)動(dòng)作，由于蓄電池組是直接掛在通信電源的輸出母線上，所以是不存在時(shí)間配合的問題。（圖2）
二、解決問題的理論分析
2.1解決問題的難點(diǎn)
解決問題的難點(diǎn)主要在于DC/DC為保護(hù)功率的器件，而饋線開關(guān)脫扣的曲線是一定的，短路保護(hù)保護(hù)時(shí)間不能延長，一般是采用硬件保護(hù)的方式來進(jìn)行保護(hù)工作。而目前DC/DC保護(hù)短路采用的硬件比較的方式，保護(hù)時(shí)間非常短，這也是解決問題的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。
2.2解決方法的理論分析
在饋線支路短路引起DC/DC模塊短路保護(hù)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)提供電流故障保證開關(guān)微斷可靠跳閘，應(yīng)替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的蓄電池組找到其他簡便可行的辦法，從而便于達(dá)到去除故障的目的。有下面這些方法可以進(jìn)行分析：
1、利用操作直流電源抽頭提供故障電流：這個(gè)方法涉及如何遠(yuǎn)離的問題，直流操作電源與48V通信電源是分屬不同的接地系統(tǒng)，另外還要充分考慮直流電源抽頭從操作來故障電流提供是否會(huì)影響到直流電源操作的運(yùn)行，難于把握，這個(gè)方法無法實(shí)施。
2、修改DC/DC版塊的計(jì)劃：這個(gè)方法涉及開關(guān)各種饋線匹配問題和固定設(shè)計(jì)如何設(shè)計(jì)問題，同時(shí)過長的短路保護(hù)時(shí)間可能會(huì)對(duì)功率的器件造成較大危險(xiǎn)。此方法不可行。
3、提供故障電流利用儲(chǔ)存的電荷放電，并聯(lián)適當(dāng)電解電容：這個(gè)方法所涉及的電解電容只需>63V即可，不需太高的耐壓；同時(shí)易安裝實(shí)現(xiàn)，電解電容成本低。需要驗(yàn)證饋線開關(guān)短路能否可靠脫扣，并且利用適當(dāng)電解電容，微斷開關(guān)脫扣過程電壓電流波形是否滿足要求，DC/DC模塊上電時(shí)是否有沖擊的現(xiàn)象，及如何正確選取合適的電容電解容量。
三、關(guān)于通信用饋線短路DC/DC的試驗(yàn)，具體試驗(yàn)情況如下
3.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>
電力驗(yàn)證通信專用DC/DC，并了解其過程的作用，短路饋線支路故障存在脫扣開關(guān)短路問題；驗(yàn)證并聯(lián)適當(dāng)在48V通信母線上的電解電容，正確解決問題的可行性。
3.2試驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)一、需要選用的模塊有輸出端短路和艾默生HD4825-3QF3。驗(yàn)證DC/DC電源通信饋線短路時(shí)是否存在開關(guān)脫扣時(shí)間配合問題和模塊短路保護(hù)的問題。
結(jié)果試驗(yàn)表明：并非饋線開關(guān)在所有情況下都不能脫扣，但是確實(shí)存在通信電力DC/DC開關(guān)不能饋線短路支路可靠脫扣的問題。
實(shí)驗(yàn)二、模塊保護(hù)通信過程中電源饋線短路過程及開關(guān)脫扣的原因：CH1示波器監(jiān)測(cè)DC/DC模塊功率器件MOS及電壓波形驅(qū)動(dòng)回路，使用分別檢測(cè)了CH2母線電壓/電流饋線短路波形。
實(shí)驗(yàn)如下所述：
C6A的饋線開關(guān)
上面的波形是管驅(qū)動(dòng)MOS電壓波形
下面的波形是DC/DC輸出短路饋線電壓波形
C6A饋線開關(guān)
上面波形是管驅(qū)動(dòng)MOS的電壓波形
下面波形是輸出短路饋線短路DC/DC的電流波形
綜上所述可以看出：在饋線支路發(fā)生MOS功率管短路金屬性時(shí)，可以較快的進(jìn)入到保護(hù)的狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得出，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)MOS功率管時(shí)間小于1Ms。以此來說，支持故障電流有時(shí)饋線開關(guān)脫扣的，并非由功率管DC/DC導(dǎo)通后來進(jìn)行提供。經(jīng)驗(yàn)證故障電流為DC/DC并聯(lián)的輸出端提供了電解電容饋線開關(guān)脫扣。
綜上結(jié)果所述：母線只要在足夠容量上并聯(lián)電容電解就能保證：在發(fā)生金屬性短路的饋線支路上，DC/DC保護(hù)短路后，電解電容由并聯(lián)的提供足夠的電流故障就能保證饋線開關(guān)可靠脫扣。
實(shí)驗(yàn)三、證明在輸出母線DC/DC上并聯(lián)電解電容是否足夠能保證可靠開關(guān)脫扣。
3.2.1選擇電解電容的方法
確定最大故障電流的饋線短路，實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候，最大饋線短路電流故障在于能否阻抗參數(shù)及金屬性饋線短路時(shí)回路短路。使用測(cè)阻精密抗儀器方便地測(cè)得，可以對(duì)各饋線支路通過饋線開關(guān)合閘的情況，在出端金屬性短路饋線開關(guān)輸?shù)臅r(shí)候。從而計(jì)算出最大的出饋線路短路故障。根據(jù)電源通信標(biāo)準(zhǔn)，確定電壓母線最大允許壓降值，母線可算出最大電壓允許壓降值。
計(jì)算電解電容最大放電量，根據(jù)計(jì)算出的最大時(shí)間進(jìn)行饋線短路選擇維持開關(guān)脫扣，故障最大電流對(duì)照開關(guān)脫扣曲線Idmax，選擇為1.2，并且來乘以可靠的系數(shù)，則電解電容最大放電量為Q=Idmax*Ttz，得到電解電容最大放電時(shí)間Ttz，。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于DC/DC通信饋線回路，只要開關(guān)電流額定小于20A，就可以保證金屬性饋線支路短路下可靠脫扣饋線開關(guān)，在并聯(lián)母線上大于0.141F，63V電容電解，并且要保證在通信電源要求范圍內(nèi)下降電壓范圍。
實(shí)驗(yàn)四、DC/DC驗(yàn)證是否能無沖擊下開機(jī)，在輸出母線DC/DC上足夠并聯(lián)電容電解下，由于電流最大開機(jī)不會(huì)大于電流的額定功率，開機(jī)時(shí)DC/DC均有限流開機(jī)功能。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無沖擊開機(jī)DC/DC能在DC/DC輸出母線上足夠并聯(lián)電容電解下進(jìn)行。
四、結(jié)束語
應(yīng)加以重視技術(shù)研究層面，短路脫扣饋線開關(guān)匹配時(shí)間但DC/DC掛于直流母線存在的屬于小機(jī)率問題發(fā)生問題，積極研究解決這個(gè)問題的辦法。在研究這些解決方法的同時(shí)，是簡單易行在48V母線上并接足夠容量的電解電容器的辦法。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程
關(guān)鍵詞：靜調(diào)電源柜；電氣連鎖；保護(hù)回路；列車檢修
引言
地鐵停車場(chǎng)DC 1500V靜調(diào)電源柜，主要用于提供列車檢修供電電源以滿足檢修需要。若靜調(diào)電源柜出現(xiàn)故障，將會(huì)對(duì)列車檢修作業(yè)產(chǎn)生影響，極有可能造成在檢修列車設(shè)備故障，甚至?xí){檢修人員生命安全。
為確保檢修人員與設(shè)備安全，在靜調(diào)電源柜與列車二次控制回路之間設(shè)計(jì)有電氣連鎖回路，起安全保護(hù)作用，該電氣保護(hù)回路是通過靜調(diào)柜柜內(nèi)電源模塊輸出的DC110V電路和列車上的一個(gè)繼電器互鎖來實(shí)現(xiàn)的。
2014年發(fā)生了一起由于DC1500V靜調(diào)電源柜與列車電氣聯(lián)鎖安全保護(hù)回路設(shè)計(jì)缺陷引起直流開關(guān)瞬時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作事件，造成列車檢修區(qū)瞬時(shí)失電，影響列車正常檢修維護(hù)。因此，對(duì)靜調(diào)電源柜與列車電氣聯(lián)鎖安全保護(hù)回路設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行分析研究顯得十分必要。
1 故障案例分析
2014年8月27日，某地鐵停車場(chǎng)211開關(guān)瞬時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作，5s后重合閘成功，XFGD1區(qū)瞬時(shí)失電。查看211開關(guān)故障信息及故障錄波情況，其故障電流最大值達(dá)到15250A，超過瞬時(shí)過電流保護(hù)定值6000A，因此可以判斷為開關(guān)保護(hù)正確動(dòng)作。隨后對(duì)由停車場(chǎng)211開關(guān)供電的XFGD1區(qū)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)19B-2號(hào)靜調(diào)電源柜內(nèi)有大量放電、燒傷痕跡。
經(jīng)過研究分析，認(rèn)為引起本次設(shè)備故障的原因?yàn)椋簽楸Ｗo(hù)人員及設(shè)備安全在靜調(diào)電源柜與列車二次控制回路之間設(shè)有的電氣連鎖回路存在設(shè)計(jì)缺陷，在靜調(diào)柜插頭與列車做好連接進(jìn)行正常使用的過程中，會(huì)導(dǎo)致鋼軌（DC1500V負(fù)極回流通道）與柜內(nèi)電源模塊負(fù)極短接，若同一供電區(qū)存在列車取流，鋼軌作為DC1500V負(fù)極回流通道，必有大電流流過，靜調(diào)柜與列車插接的銅導(dǎo)線電阻遠(yuǎn)小于鋼軌電阻，大電流選擇從小電阻通道由一次強(qiáng)電回路流入二次弱電控制回路，造成電源模塊絕緣擊穿放電拉弧，拉弧時(shí)柜內(nèi)空氣絕緣被電離，柜內(nèi)空氣絕緣瞬間下降，引起柜內(nèi)DC1500V母線對(duì)電源模塊及柜體產(chǎn)生放電，拉弧，導(dǎo)致停車場(chǎng)211開關(guān)瞬時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作。
2 技術(shù)分析
2.1 電氣聯(lián)鎖保護(hù)回路原理
靜調(diào)電源柜的作用是給檢修列車提供DC1500V電源，靜調(diào)柜的插頭上有兩路電源，DC1500V主回路電源和DC110V輔助回路電源，在使用過程中，需要人工將靜調(diào)柜的插頭與列車上的插座進(jìn)行連接。為了保護(hù)檢修人員及設(shè)備安全，在靜調(diào)柜與列車之間設(shè)計(jì)有電氣聯(lián)鎖安全保護(hù)回路，在靜調(diào)柜插頭沒有連接到列車插座上時(shí)，靜調(diào)電源柜無法合閘，防止在插頭沒有連接時(shí)送電造成檢修人員人身傷害。在靜調(diào)柜插頭與列車插座連接牢固可靠時(shí)，電氣聯(lián)鎖回路繼電器K6得電，繼電器觸點(diǎn)正常閉合，靜調(diào)柜才能控制合閘給列車進(jìn)行供電（圖1）。
在插頭與列車插座連接牢固的情況下，K6繼電器得電動(dòng)作的條件是列車?yán)^電器KASPS得電，其輔助觸點(diǎn)閉合。而KASPS觸點(diǎn)閉合條件是列車KASPS繼電器線圈得電，此時(shí)開關(guān)電源P2經(jīng)過SPS BOX輸出DC110+至列車KASPS線圈A端，但KASPS繼電器線圈的B端連接在了一次回路回流鋼軌，導(dǎo)致K6中間繼電器線圈回路存在斷點(diǎn)，觸點(diǎn)不能動(dòng)作閉合。
在新線調(diào)試期間，因需要緊急送電供列車調(diào)試使用，靜調(diào)電源柜廠家技術(shù)人員擅自決定將X1：13與回流軌短接，接通KASPS繼電器線圈所在的DC110V回路，使其輔助觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，從而接通K6繼電器線圈回路，完成靜調(diào)電源柜合閘功能。同時(shí)，也為后來靜調(diào)電源柜內(nèi)電源模塊的燒損提供了可能。
2.2 存在的隱患分析
從電氣聯(lián)鎖保護(hù)回路原理可以看出，最大的隱患點(diǎn)出現(xiàn)在廠家技術(shù)人員擅自將X1：13與回流軌短接，為一次強(qiáng)電回流流入二次控制單元提供了通道。二次控制單元元器件、線纜的絕緣強(qiáng)度，載流能力，容量遠(yuǎn)小于一次回路，也就是說，只要出現(xiàn)大電流流入的情況，就會(huì)出現(xiàn)二次元件或電纜的燒損、放電，并極有可能造成絕緣擊穿，導(dǎo)致靜調(diào)柜柜內(nèi)一次回路對(duì)二次元件或柜體放電，造成設(shè)備元器件燒毀。
3 技術(shù)改造方案
經(jīng)分析研究得出有以下幾種解決方案：（1）將靜調(diào)柜電源模塊至插頭的DC110V輔助回路去掉，直接短接X1：13和X1：14兩點(diǎn)，可讓靜調(diào)電源柜正常合閘送電。該方案相當(dāng)于取消了電氣聯(lián)鎖安全保護(hù)回路，在插頭沒有插入列車或未與列車可靠連接的情況下，靜調(diào)電源柜均能正常合閘，使得插頭帶電，有可能危及現(xiàn)場(chǎng)檢修人員人身與設(shè)備安全，故不采納。（2）更改列車內(nèi)部接線，使得KASPS線圈A端從靜調(diào)電源柜的電源模塊取DC110V+，且B端不和回流軌連接，而是通過導(dǎo)線連接至電源模塊回流。（3）更改列車內(nèi)部接線，使得KASPS線圈的DC110V+不從靜調(diào)電源柜電源模塊上取電，而是接入列車本身提供的DC110V電源回路。方案（2）、（3）涉及到列車內(nèi)部接線改造問題，供電技術(shù)人員將相關(guān)情況向列車負(fù)責(zé)人員進(jìn)行了說明溝通，考慮到現(xiàn)場(chǎng)存在的較大設(shè)備隱患，在列車內(nèi)部接線暫時(shí)無法改造的前提下，供電技術(shù)人員研究討論形成了第四種解決方案：
對(duì)靜調(diào)電源柜P2開關(guān)電源負(fù)極至與列車連接端子X1：12之間的接線進(jìn)行技術(shù)改造，將原有線徑2.5mm2普通導(dǎo)線更換為線徑為16mm2高絕緣強(qiáng)度的一次線纜，并在該段線纜靠近電源模塊負(fù)極側(cè)加裝空氣開關(guān)，靠近饋出線端子側(cè)加裝熔斷器，如圖2。
在列車檢修人員不使用靜調(diào)電源柜時(shí)將加裝的空氣斷路器打下，斷開靜調(diào)柜電源模塊負(fù)極與鋼軌之間的連接，加裝的熔斷器也可保證在有大電流流入靜調(diào)電源柜電源模塊時(shí)快速熔斷，起到保護(hù)靜調(diào)電源柜的作用。這種技術(shù)方案的意義在于列車內(nèi)部接線無法改變的前提下，能夠保證列車檢修人員及設(shè)備安全，能夠保證正常列車檢修及功能調(diào)試，能夠確保靜調(diào)電源柜的正常運(yùn)行。
4 結(jié)束語
對(duì)靜調(diào)電源柜電氣聯(lián)鎖安全保護(hù)回路進(jìn)行技術(shù)改造后，測(cè)試各項(xiàng)功能正常，經(jīng)長期在線運(yùn)行監(jiān)測(cè)，確定該技術(shù)改造方法有效可行，改造完成后至今未發(fā)生過故障。
【關(guān)鍵詞】電容儲(chǔ)能；自動(dòng)化終端設(shè)備；電源開關(guān)設(shè)計(jì)
一、電容儲(chǔ)能自動(dòng)化終端設(shè)備的開關(guān)電源設(shè)計(jì)
智能化終端設(shè)備的主要部件構(gòu)成有：電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控設(shè)備及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備。其中，開關(guān)電源是關(guān)鍵部件之一，開關(guān)電源的輸入主要來自于電壓互感器二次側(cè)及配電變壓器二次側(cè)。要解決戶外智能自動(dòng)化設(shè)備的工作安全穩(wěn)定問題就必須采取能夠電容器等相對(duì)于蓄電池來說，管理更加便捷的儲(chǔ)能技術(shù)。電容器作為自動(dòng)化終端設(shè)備的儲(chǔ)能電源更方便于管理、并且充電迅速、使用的壽命較長、重量較輕并且體積比較小非常適合在戶外或者環(huán)境較為惡劣的工作環(huán)境中使用，具有比較大的發(fā)展前景。在實(shí)際的應(yīng)用方面，對(duì)于我國電力儲(chǔ)能設(shè)備來說，要在失去電源時(shí)維持絕大多數(shù)的戶外智能自動(dòng)化終端設(shè)備的短暫運(yùn)行，只需要在剛停電時(shí)上報(bào)該項(xiàng)工作的工作時(shí)間對(duì)于環(huán)網(wǎng)柜的監(jiān)控終端來說，也只要在失去電源供電時(shí)上報(bào)出工作的故障及開關(guān)的狀態(tài)，同樣要將故障線路上游的相鄰開關(guān)進(jìn)行分?jǐn)唷＿@些所有的功能基本上在一分鐘之內(nèi)都可以完成。在出現(xiàn)故障時(shí)或者突然失去了電源供應(yīng)時(shí)，智能型自動(dòng)化終端設(shè)備的電源必須要在維持本設(shè)備的正常工作及通信部件需要的能量的基礎(chǔ)上，提供峰值功率一般不大于5W，平均功率要小于2.5W的供電電源。從這一點(diǎn)來看，超級(jí)電容器、大容量的電解電容器是非常適合作為儲(chǔ)能電源來提供戶外智能自動(dòng)化終端設(shè)備。因此，電容儲(chǔ)能已經(jīng)能夠成功地運(yùn)用在電力系統(tǒng)中。
二、設(shè)計(jì)原理
電容儲(chǔ)能的開關(guān)電源主要通過整流電路、切換電路、變換器以及工作用的儲(chǔ)能電容器及操作用的儲(chǔ)能電容器等組成。主要的電力構(gòu)造如下圖所示。對(duì)TTU等不需要進(jìn)行電容儲(chǔ)能開關(guān)控制的情況只需要虛線下方等部件構(gòu)成。
通過示意圖我們可以看出：電容儲(chǔ)能中整個(gè)流通電路是可以正常的供電情況下進(jìn)行電容充電，并且可以通過切換電路A用在失去了正常供電電源的供電情況下，而把DC-DC變換器切換到自動(dòng)化終端的工作設(shè)備中所需的儲(chǔ)能電容進(jìn)行恢復(fù)正常供電，并提供電能，當(dāng)不需要時(shí)再進(jìn)行切換。而切換電路B則可以在失去正常的供電情況下把將電源的開關(guān)等操動(dòng)機(jī)構(gòu)切換到儲(chǔ)能電容的操作上。一方面，工作用的儲(chǔ)能電容器可以儲(chǔ)存相應(yīng)的能量，并且能夠在失去交流電源的供應(yīng)時(shí)維持短暫的智能終端供電提供給自動(dòng)化終端設(shè)備；另一方面，操作用的儲(chǔ)能電容器可以儲(chǔ)存相應(yīng)的能量，DC-DC變換器則可以把交流供應(yīng)電源與工作用的儲(chǔ)能電容器中的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。同時(shí)，按照智能型自動(dòng)化終端設(shè)備所需要的形式提供其使用。一般來說，輸入電壓都要比自動(dòng)化裝置設(shè)備的工作電壓高，所以要采用降壓型buck DC-DC作為變換器，其主要構(gòu)成如下圖所示。
上圖，S作為功率開關(guān)，D作為-極管，L為電感，C0作為輸出電容，RL作為負(fù)載、Vi作為輸入電壓、V0為輸出電壓、I0為輸出電流。在正常的工作狀況下，工作電源與操作電源并不同時(shí)保持時(shí)相同的狀況。正常工作狀況下的操作電源主要直接取自與電壓互感器二次側(cè)；而正常工作狀況下的工作電源有時(shí)也會(huì)直接取自電壓互感器二次側(cè)，有時(shí)則是通過一個(gè)二次變壓器作為隔離裝置來進(jìn)行降壓后才得到。在輸入電壓和輸出電壓相差比較大的狀況下，DC-DC變換器則需要采用一種脈沖隔離變壓器來進(jìn)行電壓變壓，從而滿足工作的需要。由于構(gòu)成工作用的儲(chǔ)能電容器，具備串聯(lián)充電及并聯(lián)放電的特殊性質(zhì)。所以，在失去交流電源的正常供電情況下，由工作用的儲(chǔ)能電容器進(jìn)行放電來維持自動(dòng)化終端設(shè)備的正常工作，通過串并電容組合的結(jié)構(gòu)起到相應(yīng)的降壓效果。這種組合可以不通過隔離變壓器就能滿足DC-DC變換器的工作需要而不需要進(jìn)行電壓變比的工作。
綜上，通過對(duì)電容儲(chǔ)能的自動(dòng)化終端設(shè)備的開關(guān)電源設(shè)計(jì)及研究分析，采用新型的電容儲(chǔ)能作為交流電失去正常供電時(shí)維持自動(dòng)化設(shè)備正常的工作是非常可靠并具備相應(yīng)的穩(wěn)定性。
參 考 文 獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：一級(jí)負(fù)荷別重要的負(fù)荷；DC-BANK；晃電；直流支撐
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.229
0 引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化工用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的要求越來越高，每年因電網(wǎng)供電質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。但是由于電網(wǎng)、設(shè)備故障等種種造成供電中斷的原因不可能完全避免，因此，供配電設(shè)計(jì)中需要考慮供電中斷的應(yīng)對(duì)措施。本文從如何確保TDI制氣裝置中某一級(jí)負(fù)荷別重要的用電負(fù)荷（某110kV電動(dòng)機(jī)）可靠性入手，來闡述利用DC-BANK直流支撐技術(shù)解決該問題的方案。
1 問題的提出
在初步方案中，未采用DC-BANK，電路圖如下圖虛線框外部分所示，1#電源、2#電源為分別引自不同35kV變電所的電源。正常運(yùn)行時(shí)，兩路電源都有電，通過QF1、QF2、QF3三臺(tái)斷路器的聯(lián)鎖，保證在0.4kV II段母線上同時(shí)只有一路電源供電，以滿足供電要求。但是該方案還是存在2個(gè)問題：
（1）晃電問題：電壓暫降在市電電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生，但并不是每次都會(huì)造成停機(jī)事故，由于直流母線上濾波電容儲(chǔ)能的緣故，只有電壓暫降時(shí)其出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間足夠長、電壓足夠低時(shí)才可能出現(xiàn)停機(jī)事故。
U=2.34u 公式（a）；Pt=0.5C（U12-U22） 公式（b）；
式中，U 為直流母線電壓，V；u為市電相電壓，V；P 為電動(dòng)機(jī)功率，W； t 為時(shí)間，s； C 為儲(chǔ)能電容器電容，F(xiàn)。
某一進(jìn)口變頻器裝置，直流側(cè)濾波電容器C為11750μF。正常時(shí)輸入電壓u為三相AC380V，此時(shí)按公式（a）計(jì)算直流側(cè)峰值平均電壓U1為DC513V；在滿載條件下，當(dāng)市電突然降為AC325V時(shí)直流側(cè)最低電壓（關(guān)機(jī)電壓）U2為DC439V；電源最大輸出功率P為110kW；根據(jù)公式（b）算得t=3.76ms。說明這一過程超過了3.76ms電動(dòng)機(jī)就會(huì)驟停。
另一種情形發(fā)生在雙電源切換時(shí)，雙電源切換也是需要時(shí)間的，大約為700～1000ms，遠(yuǎn)大于3.76ms，也會(huì)引起電動(dòng)機(jī)停電。
（2）還存在一種極端情況，兩路電源都停電，或者斷路器及母線故障等原因造成0.4kV II段母線失電。因此，方案中按照GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，設(shè)置獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，當(dāng)0.4kV II段母線失電時(shí)，立即自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，雙電源開關(guān)ATSE自動(dòng)將電源接入點(diǎn)切換至柴油發(fā)電機(jī)組一側(cè)。但是，柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)是需要時(shí)間的，大約為15～45s，雙電源全部停電且柴油發(fā)電機(jī)未啟動(dòng)的這個(gè)時(shí)間內(nèi)，供電是中斷的。因此本方案雖然滿足規(guī)范要求，但并不是一個(gè)最佳的解決方案。
2 解決方案
直流不間斷電源簡稱DC-BANK 系統(tǒng)。目前已在石化、化纖和煤化行業(yè)的部分大中型傳動(dòng)系統(tǒng)中成功應(yīng)用。系統(tǒng)當(dāng)市電正常時(shí)，由市電向負(fù)載供電； 當(dāng)市電斷電時(shí)，DC-BANK 內(nèi)部的靜態(tài)開關(guān)DS導(dǎo)通，系統(tǒng)電池組向負(fù)載供電，當(dāng)市電恢復(fù)正常時(shí)，DS自動(dòng)阻斷，DC-BANK 對(duì)電池組實(shí)現(xiàn)浮充維護(hù)。一般的變頻器都具有失電壓和瞬間斷電的保護(hù)功能。變頻器的逆變器件為IGBT 時(shí)，失電壓或斷電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間td，若失電壓或斷電時(shí)間totd，變頻器自我保護(hù)，停止運(yùn)行。只要電源晃電較為強(qiáng)烈，to一般都在幾秒以上，變頻器就會(huì)自我保護(hù)，停止運(yùn)行。
如圖1所示，在原有電路的基礎(chǔ)上，加入DC-BANK直流支撐。這樣，在正常情況下，DC-BANK蓄電池組通過充電器利用市電進(jìn)行充電，電池組通過DS接入變頻器直流側(cè)。當(dāng)0.4kVII段母線失電，而柴油發(fā)電機(jī)組未啟動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)，通過蓄電池組在3ms內(nèi)對(duì)變頻器供電，并通過變頻器自身的逆變功能將交流電源源源不斷的輸送至用電設(shè)備。因此，只要滿足蓄電池的容量滿足大于45s且有合理裕量即能滿足電動(dòng)機(jī)的可靠供電，較上一方案相比，可以同時(shí)彌補(bǔ)上述2個(gè)問題，大大提高了供電可靠性。
3 結(jié)語
采用DC-BANK直流支撐后，供電可靠性進(jìn)一步提高，完全能滿足供電的需求。較使用EPS電源方式來講，不用考慮電機(jī)重新啟動(dòng)，可以節(jié)省較多電池，從而節(jié)省費(fèi)用。而且免除了電動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)對(duì)電源造成的沖擊，效果較好。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]黃俊，王兆安.電力電子技術(shù)（第3版）[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.
關(guān)鍵詞 UPS電源 工作原理 運(yùn)行維護(hù)
中圖分類號(hào)：TN948.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
The Launch Pad Section Room of Using and
Maintenance of UPS Power Supply
MAO Lin
（State General Administration of Press and Publication，
Radio and Television QiLiuYiTai， Yongan， Fujian 366000）
Abstract This paper briefly introduces the working principle of the UPS power supply， in view of the UPS power supply in radio transmitting section was analyzed， and some problems in operation and maintenance of the correct operations is to improve the service life of UPS power supply， and give play to the role of its biggest views and Suggestions are put forward.
Key words UPS power supply; working principle， operation maintenance
0 引言
廣播發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房擔(dān)負(fù)著發(fā)射機(jī)的節(jié)目源信號(hào)的接傳，無論哪個(gè)發(fā)射臺(tái)站節(jié)傳機(jī)房電力一旦中斷，所屬發(fā)射機(jī)的節(jié)目源必將受到嚴(yán)重影響。這對(duì)于以分秒為計(jì)量單位的廣播發(fā)射臺(tái)，節(jié)傳機(jī)房的電力保障尤為重要。因此，直屬發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房都配置了高品質(zhì)、高質(zhì)量、高可靠性的UPS電源。但是，UPS電源系統(tǒng)運(yùn)行好壞，供電質(zhì)量如何以及可靠性都是建立在日常維護(hù)基礎(chǔ)上的。沒有正確的管理與維護(hù)，設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)故障，就會(huì)給供電帶來隱患。因此，做好UPS電源系統(tǒng)日常維護(hù)工作，是提高UPS電源系統(tǒng)供電質(zhì)量，延長使用壽命的保障。在此，筆者就UPS電源日常運(yùn)維談?wù)勛约旱捏w會(huì)和建議。
1 UPS電源工作原理
UPS電源從原理上講是一個(gè)電源的存儲(chǔ)逆變系統(tǒng)。主要由整流、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制四部分組成。UPS的作用是向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)、可靠的交流電源，使負(fù)載免受浪涌、電壓過高、電壓過低、電源干擾以及外電中斷等影響，確保外電中斷時(shí)通過蓄電池給負(fù)載供電。發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房通常選擇在線式中功率UPS電源。因?yàn)樵诰€式UPS電源系統(tǒng)具有對(duì)各類供電的零時(shí)間切換，自身供電時(shí)間的長短可選，并具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、凈化等特點(diǎn)。當(dāng)UPS電源系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時(shí)有自動(dòng)旁路功能，當(dāng)需要檢修時(shí)可采用手動(dòng)旁路，使檢修、供電互不影響。
1.1 UPS電源動(dòng)作過程
UPS開機(jī)時(shí)，電源電壓經(jīng)EMI濾波器分二路輸出：一路送至AC/DC轉(zhuǎn)換器變成直流電，再送至半橋式DC/AC逆變器呈交流輸出;另一路作為旁通路徑。靠近輸出端的旁路開關(guān)可選擇旁通路徑輸出或逆變輸出。一般而言，開機(jī)后UPS會(huì)進(jìn)行內(nèi)部自我診斷。若一切正常，旁路開關(guān)會(huì)選擇逆變輸出。
當(dāng)輸入的市電中斷時(shí)，AC/DC轉(zhuǎn)換器和電池充電器均不動(dòng)作，DC/DC轉(zhuǎn)換器將電池的電壓轉(zhuǎn)換至DC/AC逆變器的輸入端，經(jīng)DC/AC逆變器轉(zhuǎn)為交流輸出。由于DC/AC逆變器一直在工作，市電斷電時(shí)DC/DC轉(zhuǎn)換器能快速啟動(dòng)并接替AC/DC轉(zhuǎn)換器工作，且DC匯流排上掛有儲(chǔ)能濾波電容器，使得DC/AC逆變器的輸出端，持續(xù)穩(wěn)定地給負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)零時(shí)間轉(zhuǎn)換，對(duì)負(fù)載而言，不會(huì)感到發(fā)生斷電。
1.2 UPS電源系統(tǒng)主要電路構(gòu)成
UPS電源系統(tǒng)主要由輸入斷路器、電磁干擾（EMI）濾波器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電池充電器、功率因數(shù)校正（PFC）控制電路、直流電壓匯流排（DC-BUS、控制板、旁路開關(guān)、電池組、輔助電源、控制和檢測(cè)電路、監(jiān)控軟件等組成。由于篇幅有限框圖及各電路功能在此不再說明。
2 UPS電源在發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房的作用
（1）保證不間斷供電。當(dāng)外電停電、過高或過低時(shí)，它能及時(shí)地進(jìn)行切換，及時(shí)地向設(shè)備提供額定的穩(wěn)壓電源并報(bào)警，起到不間斷供電的作用，防止突然斷電對(duì)設(shè)備造成的損失。
（2）改善電源質(zhì)量。對(duì)電源系統(tǒng)中的浪涌、噪聲、電壓下降、電源波動(dòng)，電源干擾等現(xiàn)象進(jìn)行改進(jìn)，有逆變穩(wěn)壓濾波的作用。
（3）有效避免自身故障的影響。UPS電源有自動(dòng)旁路功能，能使系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時(shí)供電不受影響。
（4）保護(hù)數(shù)據(jù)通道。對(duì)機(jī)房的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通道進(jìn)行保護(hù)，提高設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的可用性。
3 UPS電源使用注意事項(xiàng)
隨著計(jì)算機(jī)和工業(yè)技術(shù)的飛躍發(fā)展給UPS電源系統(tǒng)提供了高智能、高可靠性的同時(shí)，也給予蓄電池組帶來了高性能免維的儲(chǔ)能電池。這些新技術(shù)的應(yīng)用，雖給使用帶來了許多便利，但還有如下幾方面須使用者引起重視的事宜。
（1）UPS電源主機(jī)環(huán)境要求：清潔、少塵，溫度要求 +5℃～40℃。儲(chǔ)能蓄電池標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃，平時(shí)不能超過+15℃～+30℃;溫度太低，會(huì)使儲(chǔ)電池容量下降，溫度每下降1℃，其容量下降1%，放電容量會(huì)隨溫度升高而增加，但壽命會(huì)降低;如果長期在高溫想下使用，溫度每高10℃，電池壽命約降低一半。
（2）主機(jī)參數(shù)：使用中不得隨意改變，尤其是電池組的參數(shù)會(huì)直接影響其使用壽命。隨著環(huán)境溫度的改變，對(duì)浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整，通常以25℃為標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境溫度每升高或降低1℃時(shí)，浮充電壓應(yīng)增加18mV（相對(duì)于12V蓄電池）。
（3）由于UPS電源瞬間為負(fù)載供電時(shí)，將會(huì)沖擊電池。若多負(fù)載的沖擊電流加上所需的供電電流，就會(huì)造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。因此，單獨(dú)依靠UPS電源系統(tǒng)供電時(shí)，應(yīng)先關(guān)斷各負(fù)載，等UPS電源系統(tǒng)起動(dòng)后再開啟負(fù)載，避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源。
（4）UPS電源系統(tǒng)使用中應(yīng)避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長期運(yùn)行。由于其工作性質(zhì)決定了UPS電源是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的，隨意增加大功率負(fù)載，或基本滿載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成主機(jī)發(fā)生故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。
（5）自備發(fā)電機(jī)的輸出電壓，波形、頻率、幅度應(yīng)滿足UPS電源對(duì)輸入電壓的要求;發(fā)電機(jī)的功率要遠(yuǎn)大于UPS電源的額定功率，否則將會(huì)造成UPS電源工作異常或損壞。
（6）由于組合電池組電壓很高，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時(shí)應(yīng)有安全保障，工具應(yīng)采用絕緣措施，特別是輸出接點(diǎn)應(yīng)有防觸摸措施。
（7）不論是在浮充工作狀態(tài)還是在充電、放電檢修測(cè)試狀態(tài)，都要保證電壓、電流符合規(guī)定要求。過高的電壓或電流可能會(huì)造成電池的熱失控或失水，電壓、電流過小會(huì)造成電池虧電，這都會(huì)影響電池的使用壽命。
（8）在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深、循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)中或是放電檢修中，通常放電達(dá)到容量的30%～50%就可以了。
（9）電池應(yīng)避免大電流充放電，雖說在充電時(shí)可以接受大電流，但在實(shí)際操作中應(yīng)盡量避免，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大，溫升越高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降，壽命提前終止。
（10）正確連接好UPS，應(yīng)將UPS的輸入零（N）、相（C）、地（G）與市電的零、相、地對(duì)應(yīng)。
4 UPS電源系統(tǒng)維護(hù)檢修的主要項(xiàng)目
（1）UPS電源在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)主要是防塵和定期除塵，特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的塵埃較多，機(jī)內(nèi)的風(fēng)機(jī)會(huì)將灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，發(fā)生不準(zhǔn)確告警，大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好;通常每季度應(yīng)清潔一次，其次在除塵時(shí)應(yīng)檢查各連接件和插接件有無松動(dòng)和接觸不牢的情況。
（2）UPS電源系統(tǒng)日常維護(hù)檢查項(xiàng)目主要是：清潔并檢測(cè)電池兩端電壓、溫度，連接處有無松動(dòng)、腐蝕，檢測(cè)連接條壓降，電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機(jī)設(shè)備是否正常。
（3）UPS電源系統(tǒng)電池屬免維設(shè)備，但只不過免除了測(cè)比、配比、定時(shí)添加蒸餾水工作，由于儲(chǔ)能電池工作是處在浮充狀態(tài)，每年須進(jìn)行一次放電;因此，放電前應(yīng)先對(duì)每只電池進(jìn)行檢查，更換失效的電池，以免放電中落后電池惡化為反極電池;在確認(rèn)電池完好后再對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)全組電池的均衡。
（4）對(duì)蓄電池系統(tǒng)維護(hù)須做到周到、細(xì)致和規(guī)范的運(yùn)行和管理;對(duì)直流母線要保持合格的電壓和電池的放電容量;同時(shí)須注意的是，每組電池至少應(yīng)有8只電池作校準(zhǔn)電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對(duì)校準(zhǔn)電池應(yīng)定期測(cè)量并做好記錄。
5 發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房UPS電源常見故障分析
發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房UPS電源出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先查明原因，分清是負(fù)載還是UPS電源系統(tǒng)，是主機(jī)還是電池組;雖說UPS主機(jī)有故障自檢功能，但它針對(duì)的是整個(gè)面而不是針對(duì)某個(gè)點(diǎn)。UPS電源系統(tǒng)發(fā)生故障更換配件很方便，但要維修故障點(diǎn)，仍需做大量的分析、檢測(cè)工作。一旦UPS主機(jī)自檢部分發(fā)生故障，極可能發(fā)生誤報(bào)警;因此，正確判斷、分析，準(zhǔn)確及時(shí)地排除故障是非常必要的。在此，就常見故障的處理做如下分析：
（1）當(dāng)UPS無法開機(jī)時(shí)。首先確認(rèn)UPS Input電源是否正常;其次檢查UPS電源端子接線是否松脫，熔斷絲開關(guān)（Breaker）有無跳脫;再次檢查負(fù)載是否存在異常及短路故障等。
（2）當(dāng)主機(jī)發(fā)生擊穿，斷保險(xiǎn)或燒毀器件故障時(shí)。首先要查明原因并排除故障后才能重新啟動(dòng)，否則會(huì)接連發(fā)生相同的故障或引發(fā)嚴(yán)重的事故。
（3）當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓極性反相、壓降大、壓差大和有酸霧泄漏現(xiàn)象的電池時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的方法恢復(fù)、修復(fù)及更換。注意切不可把不同容量、不同性能、不同廠家的電池組合在一起使用，對(duì)超期服役的電池應(yīng)及時(shí)更換，否則極有可能使電池組損毀，影響主機(jī)工作給負(fù)載造成不堪后果。
（4）當(dāng)LCD顯示“Overload Shutdown”燈亮，蜂鳴器長鳴時(shí)，應(yīng)檢查是否過載或負(fù)載發(fā)生故障。
當(dāng)開機(jī)后顯示“On Battery LED”燈號(hào)時(shí)，首先用其它電器設(shè)備測(cè)試AC電源有無電源供應(yīng)或電源插座是否過松導(dǎo)致接觸不良;其次檢查熔斷絲開關(guān)（Breaker）按鈕是否彈出跳脫。
當(dāng)UPS電源 LCD顯示“Battery Failure”時(shí);首先確認(rèn)電瓶保險(xiǎn)絲是否已熔斷;其次確認(rèn)UPS與電瓶連結(jié)線是否正常或松脫。
（5）當(dāng)外電中斷UPS放電時(shí)間不足時(shí)。應(yīng)查蓄電池充電是否充飽，正常狀態(tài)下，應(yīng)充至80～95%的負(fù)載最為合理，若負(fù)載超過100%以上，則電池放電時(shí)間會(huì)因此而縮短。電池時(shí)常在高溫環(huán)境下充放電或操作，會(huì)造成電池壽命減短。因此建議UPS蓄電池使用兩年后，即便更換電池指（下轉(zhuǎn)第53頁）（上接第32頁）示燈未顯示，也應(yīng)進(jìn)行更換。
（6）當(dāng)UPS顯示過溫保護(hù)時(shí)。放置UPS電源的地方最好安裝空調(diào)設(shè)備，務(wù)必使UPS電源遠(yuǎn)離高溫環(huán)境。再就是檢查通風(fēng)孔有無阻塞，風(fēng)扇有無運(yùn)轉(zhuǎn)，盡可能按照說明書要求的溫度、濕度下工作。
（7）當(dāng)計(jì)算機(jī)無法與UPS聯(lián)機(jī)時(shí)。應(yīng)重新設(shè)定軟件程序，然后將UPS的RS232連接線與計(jì)算機(jī)的COM1/COM2再連接并確認(rèn)設(shè)定值。
6 結(jié)束語
先進(jìn)設(shè)備也有其使用壽命，也會(huì)出現(xiàn)故障。但維護(hù)工作做得如何，與設(shè)備的使用壽命和故障率有著密切的關(guān)系。實(shí)際工作中切不可因?yàn)樵O(shè)備高智能、免維護(hù)，而忽略了常規(guī)性、預(yù)防性維護(hù)工作，設(shè)備預(yù)防性檢修維護(hù)在任何時(shí)候都是設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]HXD3型 電力機(jī)車 電路
中圖分類號(hào)：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0333-01
機(jī)車的控制系統(tǒng)簡稱TCMS。TCMS主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)車特性控制、邏輯控制、故障監(jiān)視和診斷，能將有關(guān)信息送到司機(jī)室內(nèi)的機(jī)車控制狀態(tài)顯示裝置。TCMS包括一個(gè)控制裝置和兩個(gè)顯示單元，其中控制裝置設(shè)有兩套控制環(huán)節(jié)，一套為主控制環(huán)節(jié)，一套為備用控制環(huán)節(jié)。
機(jī)車的控制電路系統(tǒng)主要完成的功能是：
順序邏輯控制：如升、降受電弓，分、合主斷路器，閉合輔助接觸器、啟動(dòng)輔助變流器等。
機(jī)車特性控制：采用恒牽引力/制動(dòng)力+準(zhǔn)恒速控制牽引電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車的控制。
定速控制：根據(jù)機(jī)車運(yùn)行速度可以實(shí)現(xiàn)牽引、電制動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，有利于機(jī)車根據(jù)線路情況的實(shí)現(xiàn)限速運(yùn)行。
輔助電動(dòng)機(jī)控制：除空氣壓縮機(jī)外，機(jī)車各輔助電動(dòng)機(jī)根據(jù)機(jī)車準(zhǔn)備情況，在外條件具備的前提下，由TCMS發(fā)出指令啟動(dòng)、運(yùn)行。空氣壓縮機(jī)則根據(jù)總風(fēng)缸壓力情況由接觸器的分合來實(shí)現(xiàn)控制。
空電聯(lián)合制動(dòng)控制：同交直傳動(dòng)貨運(yùn)機(jī)車（如SS4改機(jī)車）相同。
機(jī)車粘著控制：包括防空轉(zhuǎn)、防滑行控制、軸重轉(zhuǎn)移補(bǔ)償控制。
機(jī)車的控制電路可以分為以下幾個(gè)部分：
1. 控制電源電路（DC110V電源裝置）
機(jī)車控制電源的核心部件是DC110V充電電源模塊PSU，機(jī)車DC110V控制電源采用的是高頻電源模塊PSU與蓄電池并聯(lián)，共同輸出的工作方式，在通過自動(dòng)開關(guān)分別送到各個(gè)支路，如微機(jī)控制、機(jī)車控制、主變路器、車內(nèi)照明、車外照明等。PSU的輸入電源來自輔助變流器UA11或UA12的中間回路電源，點(diǎn)UA11或UA12均正常時(shí)，由UA12向PSU輸入DC750V電源，當(dāng)UA12故障時(shí)，轉(zhuǎn)向有UA11向PSU輸入750V電源。DC110V充電電源模塊PSU含兩組電源，通常只有一組電源工作，故障時(shí)另一組電源開始供電，每組電源模塊的輸入電壓為DC750V，輸出電壓為DC110V±2%，額定輸出電流為55A，輸出功率為6050KW（25℃），采用自冷卻方式，控制電源電壓采用DC750V]。
2 .DC110V電源裝置電氣系統(tǒng)構(gòu)成
充電器輸入電壓DC750V，功率6.05KW，采用自然冷卻方式，裝置電氣組成可以劃分為四大部分，依次為電源輸入電路、預(yù)充電電路、DC110V輸出電路和控制電路。
3. DC110V輸出回路
IGBT、整流回路的絕緣變壓器IST1和整流器FR、平波回路的電抗器DCL1和平波電容LC1構(gòu)成了DC/DC轉(zhuǎn)換回路，微機(jī)系統(tǒng)以脈寬調(diào)制為原理控制IGBT動(dòng)作，將輸出電壓變?yōu)榻涣髅}沖電壓，輸入到變壓器的原邊。需注意的是IGBT工作在高頻段上，關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的尖峰。這個(gè)尖峰對(duì)IGBT非常有害，所以在IGBT回路中并聯(lián)一個(gè)無感電容，用以消除尖峰。而且這個(gè)電容要與IGBT的兩端直接相連，以防止線路中的雜散感抗進(jìn)入回路中，從而影響電容對(duì)尖峰的吸收效果，失去對(duì)IGBT的保護(hù)作用。DC/DC回路中的輸出變壓器IST1為中頻變壓器，變?yōu)?50V/150V，二次側(cè)輸出電壓經(jīng)整流器、平波電抗DCL1和平波電容LC1構(gòu)成濾波回路后，輸出110V直流電壓。
4. 控制電路
控制電路是PSU的控制核心。中間部分是控制基板PWB，它收集PSU內(nèi)部的各個(gè)器件的狀態(tài)以及電壓、電流信號(hào)，并進(jìn)行邏輯處理，然后控制繼電器（CTT、RY1等）動(dòng)作、向IGBT發(fā)出指令。左側(cè)部分是基板的電源供電電路，經(jīng)過一個(gè)小型的電源轉(zhuǎn)換器（記作psu）后，向基板提供正常工作所需的電源。右側(cè)為輸入/輸出信號(hào)，并預(yù)留了RS-232C串行接口，方便與電腦相連。
5. 司機(jī)指令與信息顯示電路
機(jī)車的2個(gè)司機(jī)室的控制指令通過相應(yīng)的控制電器，分別送到TCMS。這些信號(hào)有：司機(jī)電鑰匙開關(guān)信號(hào)、主司機(jī)控制器換向手柄信號(hào)和調(diào)速手柄控制級(jí)位信號(hào)、輔助司機(jī)控制器手柄控制級(jí)位信號(hào)、受電弓的升降弓信號(hào)、主斷路器的分合信號(hào)、空氣壓縮機(jī)的啟停信號(hào)、以及司機(jī)室的其他信號(hào)。其他還有：故障復(fù)位、緊急制動(dòng)、過分相、定速控制等信號(hào)。用于機(jī)車受電弓升降控制、主斷路器分合控制、空氣壓縮機(jī)的啟停控制、輔助變流器和牽引變流器的啟停控制、運(yùn)行控制等，進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車相應(yīng)的邏輯控制和牽引制動(dòng)特性控制。
6. 機(jī)車邏輯控制和保護(hù)電路
機(jī)車的邏輯控制和保護(hù)電路主要是各自動(dòng)開關(guān)、各流速繼電器故障隔離開關(guān)、高壓故障隔離開關(guān)、壓縮機(jī)接觸器狀態(tài)、主斷路器狀態(tài)、輔助變流器的庫內(nèi)試驗(yàn)開關(guān)、牽引變流器試驗(yàn)開關(guān)、各種接地保護(hù)、空氣管路系統(tǒng)壓力繼電器等與TCMS接口，主要用于機(jī)車的各種工作邏輯控制、保護(hù)邏輯控制，并通過通信將有關(guān)控制指令送到牽引變流器。
7. 輔助變流器控制電路
在機(jī)車主斷路器閉合后，由TCMS發(fā)出命令，閉合輔助變流器輸出電磁接觸器，并將信息傳遞給輔助變流器控制單元，由輔助變流器控制單元發(fā)出指令，控制輔助變流器啟動(dòng)。
在機(jī)車某一輔助變流器發(fā)生故障（無論是輔助變流器1或者2）后，故障的輔助變流器能及時(shí)的將信息傳遞給TCMS，完成故障情況下輸出電磁接觸器的動(dòng)作轉(zhuǎn)換。同時(shí)將信息傳遞給另一組輔助變流器控制單元，故障的輔助變流器被隔離。所有輔助電動(dòng)機(jī)全部由另一套輔助變流器供電，這時(shí)，該輔助變流器工作在CVCF狀態(tài)，不受司機(jī)控制器級(jí)位指令的控制，牽引電動(dòng)機(jī)通風(fēng)機(jī)和冷卻塔通風(fēng)機(jī)也正常滿功率工作。
輔助變流器的隔離也可以由手動(dòng)控制“輔助變流器隔離開關(guān)”來實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)兩套輔助變流器，機(jī)車上設(shè)兩個(gè)“輔助變流器隔離開關(guān)”，可以分別實(shí)施兩套輔助變流器的故障隔離運(yùn)行。
在某一臺(tái)輔助變流器發(fā)生過流、短路等故障時(shí)，能自動(dòng)實(shí)施電磁接觸器的鼓障轉(zhuǎn)換，并將信息送TCMS。在輔助變流器發(fā)生接地故障時(shí)，跳主斷路器，并將信息送TCMS，由司機(jī)來完成輔助變流器地接地故障的故障隔離。
隨著越來越多的交流傳動(dòng)電力機(jī)車以其優(yōu)越的性能奔馳在世界上許多國家的鐵路網(wǎng)上，交流傳動(dòng)電力機(jī)車已成為今后我國電力機(jī)車的發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)：
引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。特別是近年來，隨著IGBT的廣泛應(yīng)用，開關(guān)電源向更大功率方向發(fā)展。研制各種各樣的大功率，高性能的開關(guān)電源成為趨勢(shì)。某電源系統(tǒng)要求輸入電壓為AC220V，輸出電壓為DC38V，輸出電流為100A，輸出電壓低紋波，功率因數(shù)>0.9，必要時(shí)多臺(tái)電源可以直接并聯(lián)使用，并聯(lián)時(shí)的負(fù)載不均衡度<5％。
圖1 UC3854A/B控制的有源功率因數(shù)校正電路
設(shè)計(jì)采用了AC/DC/AC/DC變換方案。一次整流后的直流電壓，經(jīng)過有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，再經(jīng)半橋變換電路逆變后，由高頻變壓器隔離降壓，最后整流輸出直流電壓。系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)有DC/DC電路、功率因數(shù)校正電路、PWM控制電路、均流電路和保護(hù)電路等。
1 有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)
由于系統(tǒng)的功率因數(shù)要求0.9以上，采用二極管整流是不能滿足要求的，所以，加入了有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)。采用UC3854A/B控制芯片來組成功率因數(shù)電路。UC3854A/B是Unitrode公司一種新的高功率因數(shù)校正器集成控制電路芯片，是在UC3854基礎(chǔ)上的改進(jìn)。其特點(diǎn)是：采用平均電流控制，功率因數(shù)接近1，高帶寬，限制電網(wǎng)電流失真≤3％[1]。圖1是由UC3854A/B控制的有源功率因數(shù)校正電路。
圖2 主電路拓?fù)鋱D
該電路由兩部分組成。UC3854A/B及外圍元器件構(gòu)成控制部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出電壓的控制。功率部分由L2，C5，V等元器件構(gòu)成Boost升壓電路。開關(guān)管V選擇西門康公司的SKM75GB123D模塊，其工作頻率選在35kHz。升壓電感L2為2mH/20A。C5采用四個(gè)450V/470μF的電解電容并聯(lián)。因?yàn)椋O(shè)計(jì)的PFC電路主要是用在大功率DC/DC電路中，所以，在負(fù)載輕的時(shí)候不進(jìn)行功率因數(shù)校正，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)功率因數(shù)校正電路自動(dòng)投入使用。此部分控制由圖1中的比較器部分來實(shí)現(xiàn)。R10及R11是負(fù)載檢測(cè)電阻。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，R10及R11上檢測(cè)的信號(hào)輸入給比較器，使其輸出端為低電平，D2導(dǎo)通，給ENA(使能端)低電平使UC3854A/B封鎖。在負(fù)載較大時(shí)ENA為高電平才讓UC3854A/B工作。D3接到SS（軟啟動(dòng)端），在負(fù)載輕時(shí)D3導(dǎo)通，使SS為低電平；當(dāng)負(fù)載增大要求UC3854A/B工作時(shí)，SS端電位從零緩慢升高，控制輸出脈沖占空比慢慢增大實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。
2 DC/DC主電路及控制部分分析
2.1 DC/DC主電路拓?fù)?/p>
在大功率高頻開關(guān)電源中，常用的主變換電路有推挽電路、半橋電路、全橋電路等[2]。其中推挽電路的開關(guān)器件少，輸出功率大，但開關(guān)管承受電壓高（為電源電壓的2倍），且變壓器有六個(gè)抽頭，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；全橋電路開關(guān)管承受的電壓不高，輸出功率大，但是需要的開關(guān)器件多（4個(gè)），驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。半橋電路開關(guān)管承受的電壓低，開關(guān)器件少，驅(qū)動(dòng)簡單。根據(jù)對(duì)各種拓?fù)浞桨傅墓こ袒瘜?shí)現(xiàn)難度，電氣性能以及成本等指標(biāo)的綜合比較，本電源選用半橋式DC/DC變換器作為主電路。圖2為大功率開關(guān)電源的主電路拓?fù)鋱D。
圖3 PWM控制及驅(qū)動(dòng)圖
圖2中V1，V2，C3，C4和主變壓器T1組成半橋式DC/DC變換電路。IGBT采用西門康公司的SKM75GB123D模塊，工作頻率定在30kHz。高頻變壓器采用國產(chǎn)鐵氧體EE85B磁芯，原邊繞組匝數(shù)為12匝，副邊兩個(gè)繞組均為6匝，變壓器無須加氣隙。在繞制變壓器時(shí)采用“三段式”方法繞制，以減少變壓器的漏感[3]。整流二極管采用快速二極管，以減小其反向恢復(fù)時(shí)間對(duì)輸出的影響。R1，C1，R2，C2為并在IGBT兩端的吸收電路。R5及C6和R6及C7為并在快恢復(fù)二極管兩端的吸收電路。R3和R4起到保證電容C3及C4分壓均勻的作用。CT為初級(jí)電流檢測(cè)用的電流互感器，作為電流控制時(shí)的電流取樣用。為了防止電源在運(yùn)行過程中產(chǎn)生偏磁，在原邊繞組串聯(lián)隔直電容C5，阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡開關(guān)管每次不相等的伏秒值。C5采用優(yōu)質(zhì)CBB無感電容。變壓器的副邊采用全波整流加上兩級(jí)L—C濾波以滿足低輸出紋波的要求。電阻R7及R8為輸出電壓反饋采樣電阻。
2.2 PWM電路及IGBT的驅(qū)動(dòng)
系統(tǒng)的PWM部分采用電流型控制芯片UC3846組成波形產(chǎn)生電路[4]。圖3是大功率開關(guān)電源的PWM控制的電氣原理圖。
R1和C2組成UC3846的振蕩器，振蕩頻率為f=2.2/R1C2。為了防止兩路開關(guān)管的互通，要設(shè)定兩路輸出都關(guān)斷的“死區(qū)時(shí)間”，它由振蕩鋸齒波的下降沿決定。從腳8經(jīng)R2及C1到腳4（SEN＋）作為UC3846電流控制的斜坡補(bǔ)償，以有效地防止次諧波振蕩。主電路電流信號(hào)經(jīng)電流互感器CT，橋式整流和阻容濾波后作為UC3846的電流反饋信號(hào)。UC3846對(duì)電流放大器的輸出電壓脈沖與最大電流限制值（由腳1電壓和電壓誤差放大器的輸出電壓確定）逐個(gè)地進(jìn)行比較，當(dāng)脈沖開關(guān)電流超過最大電流限制時(shí)，UC3846將封鎖輸出脈沖，限制了開關(guān)電源的最大輸出電流。C5為實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的電容。UC3846的腳1電位低于0.5V時(shí)無脈寬輸出，在腳1接電容到地，開機(jī)后隨著電容的充電，電容電壓高于0.5V時(shí)有脈寬輸出，并隨著電容電壓的升高脈沖逐漸變寬，完成軟啟動(dòng)功能。
IGBT是一復(fù)合功率器件，集雙極型晶體管和功率MOSFET的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有電壓型控制，開關(guān)損耗小，通斷速度快，工作頻率高，器件容量大等優(yōu)點(diǎn)，很適合用于大功率電源變換器中，因此，近年來IGBT技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展[5]。專門用于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路很多，如富士公司的EXB841及EXB651系列，三菱公司的M57959L系列。它們都具有開關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功率大，過流過壓保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但必須要有專門的驅(qū)動(dòng)電源，因此，導(dǎo)致設(shè)備整體成本提高。脈沖變壓器也可以作為IGBT的驅(qū)動(dòng)，它有體積小，價(jià)格低，不需要額外的驅(qū)動(dòng)電源的優(yōu)點(diǎn)，但是直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖的前沿與后沿不夠陡，影響IGBT的開關(guān)速度。圖3所采取的驅(qū)動(dòng)電路具有開關(guān)頻率高，驅(qū)動(dòng)功率大，結(jié)構(gòu)簡單，且具有負(fù)壓關(guān)斷的特點(diǎn)。V1－V4，D2－D5構(gòu)成了脈沖變壓器的驅(qū)動(dòng)電路，適用于驅(qū)動(dòng)大功率的IGBT。D1和D6有利于V1－V4的關(guān)斷。當(dāng)PWM1為高，PWM2為低電平時(shí)，V1和V4導(dǎo)通；當(dāng)PWM1和PWM2均為低電平時(shí)，變壓器中由于漏感儲(chǔ)存的能量通過D3和D4進(jìn)行續(xù)流，使A點(diǎn)電位降至－0.7V，雖然這時(shí)PWM1為低電平但V1再次導(dǎo)通，則V1處于高頻通斷狀態(tài)而容易燒毀。PWM2由高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)V2存在同樣情況。加入D6可以使續(xù)流時(shí)A點(diǎn)電位鉗制在0V，從而有利于V1或V2的關(guān)斷。同理D1的作用是利于V3或V4的關(guān)斷。
2.3 均流環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)
并聯(lián)運(yùn)行是電源技術(shù)的發(fā)展方向之一。欲使開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行，做到各電源模塊之間的“均流”是關(guān)鍵。常用的均流方法有外特性下垂法、主從電源設(shè)置法、外部電路控制法、平均電流法、最大電流法[6]。分析各種均流方法可知，下垂法雖然簡單易行，但負(fù)載效應(yīng)指標(biāo)較差，均流精度太低；主從設(shè)置法和平均電流型自動(dòng)均流法都無法實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，因?yàn)椋坏┲麟娫闯龉收希瑒t整個(gè)電源系統(tǒng)都不能正常工作，使電源模塊系統(tǒng)的可靠性得不到保證；外控法的控制特性雖好，但需要一個(gè)附加的控制器，并在控制器和每個(gè)單元電源之間有許多附加連線；而最大電流自動(dòng)均流法依據(jù)其特有的均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)等性能，越來越受到開發(fā)人員的青睞。UC3907是Unitrode公司根據(jù)最大電流法設(shè)計(jì)的均流控制芯片。圖4是采用UC3907設(shè)計(jì)的電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的均流環(huán)節(jié)。
系統(tǒng)采用霍爾電流傳感器來檢測(cè)主電路輸出電流。霍爾傳感器的輸出經(jīng)分壓與UC3907的腳2電流檢測(cè)相連。腳11為電壓反饋端，輸出端分壓得到的電壓與UC3907內(nèi)部的電壓放大器所接的基準(zhǔn)電壓（2.0V～2.1V）相比較后，輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大器作為系統(tǒng)UC3846的電壓反饋。腳15接均流母線。UC3907內(nèi)部的電流放大器將檢測(cè)到的電流信號(hào)放大20倍與均流母線上的信號(hào)比較。若大于均流母線上的信號(hào)，則母線上的電壓將由該電源決定，即“主控”；若調(diào)節(jié)器的輸出電流小于母線上的電流信號(hào)，即“輔控”時(shí)，調(diào)節(jié)器使電壓放大器的基準(zhǔn)電壓升高100mV，強(qiáng)迫系統(tǒng)的反饋電壓減小，通過UC3846的調(diào)節(jié)使該電源輸出電壓增加，從而自動(dòng)平衡電流。在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)主輔控狀態(tài)來回切換的情況。分析其原因發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在“輔控”狀態(tài)時(shí)，電流調(diào)節(jié)器使基準(zhǔn)電壓升高100mV的同時(shí)會(huì)使電流增大，當(dāng)電流大于母線電流信號(hào)時(shí)，致使該模塊變?yōu)椤爸骺亍薄６谙乱淮握{(diào)節(jié)時(shí)又變?yōu)椤拜o控”。這樣，就在主輔控狀態(tài)之間來化，造成系統(tǒng)并聯(lián)不穩(wěn)定。我們?cè)谀_14和腳6之間接一個(gè)電阻R3，使基準(zhǔn)電壓在升高時(shí)小于100mV，該模塊的輸出電流略微增加，不至于成為“主控”模塊。如果電阻選取得適當(dāng)，既能保證電源模塊并聯(lián)均流又不會(huì)發(fā)生主控、輔控交替現(xiàn)象。
2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)
對(duì)于DC/DC電源產(chǎn)品都要求在出現(xiàn)異常情況（如過流、過載、過/欠壓）時(shí)，系統(tǒng)的保護(hù)電路工作，使變換器及時(shí)停止工作。但各種情況下的保護(hù)又不盡相同。一般說來，在過載、過流時(shí)，保護(hù)電路要?jiǎng)幼髑也恍枰詣?dòng)恢復(fù)；而過/欠壓則不同，在過/欠壓情況解除后要求系統(tǒng)能夠重新工作。圖5是系統(tǒng)的保護(hù)電路（主要是控制UC3846來停止半橋變換器工作）。UC3846的腳16（SHTDN）為關(guān)斷控制腳。當(dāng)出現(xiàn)過/欠壓（或過流、過載）時(shí)，可使U1(或U2)導(dǎo)通，D1（或D2）導(dǎo)通，則腳16為高電平使UC3846關(guān)斷，封鎖輸出脈沖。不同的是，過/欠壓電路使UC3846的腳1經(jīng)三極管V1接地。當(dāng)發(fā)生過/欠壓時(shí)，D1導(dǎo)通使腳16為高電平，在UC3846關(guān)斷的同時(shí)，V1導(dǎo)通，將UC3846內(nèi)部腳16所接的晶閘管短接，使其承受負(fù)壓關(guān)斷。這樣在過/欠壓解除后UC3846能夠重新輸出脈沖使變換器工作。而在過流、過載情況出現(xiàn)時(shí)C3846封鎖輸出脈沖，在封鎖解除時(shí)脈沖不能恢復(fù)。
3 各部分電路波形
研制成功的試驗(yàn)樣機(jī)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的各部分波形如圖6及圖7所示。
