開關電源模塊范文

導語：如何才能寫好一篇開關電源模塊，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】LM2596；UCC29002；反饋

1 系統整體設計方案

系統整體如圖1所示。

圖 1 系統整體框圖

2 主要模塊設計方案

2.1 供電系統

橋式整流電路的工作原理如圖2：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負的半波整洗電壓，e2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構成e2、D2、Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負的另外半波的整流電壓。

圖 2

2.2 DC模塊的選擇

電源芯片采用美國國家半導體的LM2596―ADJ它是一款降壓型的PWM調節方式的開關穩壓電源的芯片，內部振蕩源頻率為 150KHZ，最大輸出電流3A，最大輸出電壓40V，基本可以滿足題目要求。它通常被作為恒壓電源應用，此時其通過電壓取樣電壓反饋穩壓方式達到穩定電壓的目的。

2.3 輸出電流比例實現方案

輸出電流比例實現有兩種方案。一是通過單片機控制ucc29002來實現電流比例，但電路極其復雜。二是調節內部參數使DC-DC模塊輸出電流1：2。當電流需要1：1的時候，通過檢測，單片機識別選通，讓均流模塊電路ucc9002工作，實現電流1：1。

UCC29002采用一個高增益、高精度的放大器，能檢測到外面的輸入的微小的電壓變化量，放大倍數的大小可以通過改變外電路的參數獲得。UCC29002中的電流檢測放大器的輸入偏置電壓極低，使得它可以精確的檢測到一個阻值很小的電流采樣電阻上的微小電流變化量。而且，它的共模范圍介于接地電壓和UCC29002供電電壓之間。芯片電流讀出放大器超低的輸入補償電壓使得對通過低值電阻的電流信息的檢測更加適宜。為防止錯誤的輸出調整信號，在誤差放大器的反向輸入端加一個比同向輸入端高25mV的固定偏置，當連輸入端輸入相等時不會做出調整。當芯片不能正常工作時調整放大器的同向輸入端將被下拉到地（相當于誤差放大器輸出為零），防止該單元被錯誤調整，此外，誤差放大器的兩個輸入端還可作為使能。

2.4 單片機檢測實現方案

用霍爾傳感器（ACS712）檢測負載上電流，把電流變為電壓，然后經過D/A把信號傳給單片機。

2.5 單片機過流控制方案

用單片機實現對模擬開關CD4051控制選通實現電路調整如過流保護，如圖3所示。

圖3

使用低功耗單片機MSP430實時監測電流。因為UCC29002的8腳電壓與系統的輸出電流成正相關，我們用MSP430片內12位ADC定時采樣該電壓。并把它與預先設定的電壓比較來判斷過流。當連續兩次檢測到電流過大時，關斷TPS5430使系統不輸出電壓，6秒延時后使能TPS5430，并繼續檢測電流。

3 系統測試與誤差分析

3.1 性能指標

實驗過程：在實驗室220v交流點下分別測量CD模塊空載輸出（測量數據及結果如表1）和負載輸出。

3.2 比例均流性能指標

實驗過程：把CD模塊的輸出端后接均流電路分別測量兩路的輸出電流。

3.3 單片機調節電路性能

實驗過程：調節可視負載使輸出總電流由1A逐漸增大到6A再減小到4A觀察各電路電流量。

3.4 均流效率

實驗過程：改變負載電阻測量負載功率P1和CD模塊輸出功率P2由P1/P2計算均流效率。

從測試結果來看，均流偏差在0.5%以內。但是電源均流時兩路的電流仍有一定的誤差，并非絕對均流；而且均流偏差變化不是線性的，即輸出電流增大時，均流偏差不是單調變化。主要原因是由于我們均流方法是UCC29002，通過能檢測到外面的輸入的微小的電壓變化量，放大調節。但由于電路本身和焊接等原因，造成一定誤差。若需要進一步減小誤差，則需采用更為精確的平均電流均流法。均流誤差的非單調變化，主要是由于采樣電阻等分立元件的溫漂及雜散噪聲引起，當溫度變化或工作頻率變化時，電阻會偏離原來的阻值，導致UCC29002內部調節信號偏離理論計算值，從而使調制的信號和理論值有差異，產生均流偏差波動。

【參考文獻】

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篇2

關鍵詞：電源系統；穩定性標準；阻抗匹配；開關電源

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）06-0-03

0 引 言

隨著數字技術的發展，航空電子領域機載計算機已得到廣泛應用，為航空器帶來便利。機載計算機通常使用開關電源模塊產品為CPU、接口、總線等負載模塊供電，并使用EMI電源濾波器降低電磁干擾，但在機載計算機設計中，開關電源模塊及組成系統的穩定性問題經常被忽視，穩定性嚴重影響機載計算機系統的性能和安全。

在機載計算機中，開關電源模塊往往可以單獨通過穩定性評估及試驗驗證，例如小信號穩定要求、所用元器件的離散性、高低環境下電特性等方法進行分析。而機載計算機在使用電源模塊組成電源系統時，卻可能出現電源系統不穩定等故障，此類故障經常發生在EMI電源濾波器和電源串聯使用的模式中。

本文基于EMI源濾波器和電源串聯使用模式，通過對電源系統進行建模，針對機載計算機EMI電源濾波器的輸出阻抗、開關電源的輸入阻抗進行分析，確定EMI電源濾波器輸出阻抗對濾波器及電源系統穩定性的影響，并提出機載計算機電源模塊及組成系統的穩定性判定標準。

1 穩定性分析

為了直觀分析機載計算機的穩定性，將機載計算機的濾波器、電源模塊簡化為串聯使用的電源系統模型進行阻抗分析。模型A為EMI電源濾波器，模型B為開關電源模塊，系統模型如圖1所示。

Ta、Tb分別為A、B的傳遞函數，Zo為A的輸出阻抗，Zi為B的輸入阻抗。那么該系統的傳遞函數為T：

該系統的傳遞函數T分母中的Zo/Zi決定了該系統傳遞函數的穩定性，即EMI電源濾波器的輸出阻抗、開關電源的輸入阻抗決定了該電源系統的穩定性。

使用Middlebrook判定方法可有效準確地判斷系統工作的穩定性。該法則可用于電源系統級聯穩定性分析，主要采用阻抗分析方法，由加州理工學院的Middlebrook教授提出，其原理是運用電源輸出阻抗與負載輸入阻抗之比來分析開關電源間的阻抗穩定性。Middlebrook判定方法指出，獨立的功率變換器模塊在級聯運行時，其系統的穩定性應使級聯處前級模塊的輸出阻抗小于后級模塊的輸入阻抗。

EMI電源濾波器的輸出阻抗、開關電源的輸入阻抗應遵循阻抗失配原則。為保證該電源系統的穩定性，在全輸入范圍、全頻段范圍內EMI電源濾波器的輸出阻抗應小于開關電源的輸入阻抗。

2 阻抗分析

2.1 EMI電源濾波器輸出阻抗

機載計算機廣泛使用EMI電源濾波器進行電磁干擾的抑制。EMI電源濾波器最主要的性能參數就是插入損耗，插入損耗分為共模和差模插入損耗。插入損耗越大，表明該濾波器對干擾的抑制能力越強。內部電路通常采用如圖2所示的濾波器電路圖。

等效EMI電源濾波器的參數，簡化為LC濾波電路。電路模型如圖3所示。經計算，輸出阻抗如公式（2）所示：

Lf為濾波器模型中兩個差模電感量之和，即LD1+LD2；Cf為EMI電源濾波器內Cx電容與電源模塊輸入端濾波電容之和；Rind為濾波器內共模電感及兩個差模電感直流電阻之和，在設計、計算EMI電源濾波器輸出阻抗時，應考慮濾波器的阻尼特性，它決定了LC濾波電路諧振峰的大小。

利用Matlab對該表達式進行仿真，得到EMI電源濾波器輸出阻抗的典型曲線圖，如圖4所示。

2.2 開關電源輸入阻抗

開關電源的輸入阻抗體現了輸入電流變化時輸入電壓的變化。通常來說，機載計算機常用的降壓DC/DC變換電路在中低頻段表現為電阻特性。DC/DC變換器反饋環路調節輸出特性時，相對于輸入端口，DC/DC變換器表現為額定功率負載，輸入端口等效電阻為負阻抗。

在設計應用中，可以使用儀器測量法對電源電路進行輸入阻抗測試。儀器測量法使用噪聲分離設備分離共模、差模噪聲并計算阻抗值，但數學表達式較復雜，該差模阻抗測量計算方法很難實現。

對電源電路建立模型，推導該電路的傳遞函數，并根據傳遞函數得出該電路的輸入阻抗。以機載計算機中常用的BUCK型降壓DC/DC變換器為例，其簡化模型如圖5所示。

根據圖中電路拓撲形式，該型降壓DC/DC變換器的輸入阻抗為：

利用Matlab對該表達式進行仿真，得到降壓DC/DC變換器輸入阻抗的典型曲線圖，如圖6所示。

將EMI電源濾波器的輸出阻抗、開關電源的輸入阻抗放置在同一幅頻特性圖中就可以直觀判斷在全頻段范圍內，前級模塊輸出阻抗與后級模塊輸入阻抗的關系，并由此得出電源系統的穩定性。

若EMI電源濾波器的輸出阻抗小于開關電源的輸入阻抗，并留有6 dB的安全裕量，則電源模塊及組成系統處于穩定狀態，如圖7所示。反之，若EMI電源濾波器的輸出阻抗大于開關電源的輸入阻抗，則電源模塊及組成系統處于不穩定狀態。此外，還應考慮開關電源在不同工作狀態下，輸入電壓、輸入負載變換時的輸出阻抗變化。

3 試驗結果及分析

為驗證上文阻抗分析，根據機載計算機工作模式，利用EMI電源濾波器和電源的串聯接法，通過設置EMI電源濾波器的輸出阻抗和電源的輸入阻抗搭建系統故障模型，實現該系統的不穩定工作狀態。

按照圖2設置某機載計算機EMI濾波器參數，Lf=LD1+LD2=400 μH，Cf=70 μF，Rind=RL+RLD1+RLD2=0.14 Ω，并根據該機載計算機的實際工作狀態得出電源的輸入阻抗為27 dBΩ。

將Lf=400 μH，Cf=70 μF，Rind=0.14 Ω代入公式，經計算，濾波器輸出阻抗峰值為33 dBΩ，截止頻率為0.96 kHz，后級輸入阻抗為27 dBΩ。在0.96 kHz頻率處，存在前級輸出阻抗大于后級輸入阻抗的情況，不滿足Middlebrook判定方法，則該系統為不穩定系統。濾波器的輸出阻抗、電源模塊的輸入阻抗如圖8所示。

在實驗室中，為該機載計算機提供28 V直流電壓，通過示波器檢測計算機上電過程中濾波器輸出的28 V電源信，發現此時該處電壓發生震蕩，且震蕩最大電壓值為32.1 V，震蕩最小電壓值為24.5 V，振蕩頻率為1.18 kHz，與分析結果一致。

再次改變EMI電源濾波器參數，驗證系統穩定狀態。將Lf更改為50 μH，其他參數不變。從圖9中可以看出，此時系統處于穩定狀態。通過示波器檢測計算機濾波器輸出，振蕩現象消失，與分析結果一致。

由分析和實驗結果可知，要保證機載計算機電源系統的穩定性，就要對組成串聯級聯模式電源系統的EMI電源濾波器、開關電源產品的輸入輸出阻抗進行分析，按照在全頻段范圍內，前級模塊的輸出阻抗須小于后級模塊輸入阻抗的判定準則，評估判定機載計算機電源系統的穩定性。

4 結 語

文中探討了濾波器輸出阻抗和開關電源輸入阻抗匹配的原因，并提出機載計算機電源模塊及組成系統的穩定性判定標準，有助于提升開關電源模塊及組成系統的穩定性。

參考文獻

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關鍵詞：中性點不接地系統 PLC 隔離變壓器

一、故障概況

一次暴風雨天氣，35KV線路出現單相接地故障，變電站監控系統顯示35KV線路接地報警，而且呈間歇性的報警狀態。由于35KV配電網絡為5回出線，無法立即判明那回線路存在接地故障，于是采用分路切換的方式來確定故障線路，由于初次發生此類問題，又要兼顧生產及其他部門的用電，致使30分鐘后才初步確定故障線路。出現此情況后，低壓側控制網絡中27臺PLC供電模塊遭到徹底損壞，PLC內部組態程序全部丟失，低壓側遠程控制網絡幾乎處于癱瘓狀態。

二、故障分析

維修人員拆解損壞設備后，發現UPS熔斷器的熔體已熔斷，內部450V濾波電容爆裂，逆變模塊被擊穿；PLC電源模塊中玻璃管熔斷器熔體也已熔斷，內部壓敏電阻損壞。以上情況表明PLC電源側存在過電壓情況。供電側間歇性過電壓導致自控系統的二級電源保護設備均損壞。

1. 電源側。變壓器采用Yyn0，供電網絡屬于中性點不接地系統，在惡劣氣候條件下，外部架空線路發生單相弧光接地的可能性非常大，據文獻[1]，弧光接地造成非故障相的電壓值可達正常值的3.5倍左右，這樣供電網絡的低壓側電壓超出了用電設備（UPS）的內部器件的工作電壓，致使UPS損壞。

2. 低壓側原因。低壓配電系統電源經斷路器直接供給UPS，然后UPS又直接供給PLC電源模塊，這種供電方式只能滿足失電情況下，PLC系統不立即斷電，根據UPS供電源理，當電壓值超出UPS正常工作要求范圍時，UPS會將輸出模式切換到電池供電模式，當電池電量不足時會轉換到旁路供電，這樣有可能將異常電源傳遞到下級用電單元，從而造成PLC電源模塊也被損壞，擴大了用電設備的損壞范圍。

三、預防措施

1. 35KV側措施

1.1采取措施提高35KV系統的供電質量。據文獻[1]，可以采用消弧線圈或小電阻接地方式，降低35KV線路單相接地或弧光接地造成的過壓。

1.2高壓出線側增加小電流接地選線，當某段線路出現異常時，高壓配電監控系統能準確判定出現故障的線路，并及時將故障線路退出運行，防止事故擴大。

2.PLC供電端措施

2.1 UPS前端增加過壓保護環節。產生過電壓的環節較多，有雷電引起的過電壓、操作引起的過電壓以及用電系統諧振過電壓，所以，UPS前端增加過電壓保護環節可有效降低用電設備遭受過電壓損壞的幾率。

2.2PLC電源模塊采用開關電源供電。在發生上述情況時，同母線段的采用24VDC開關電源供電的數傳電臺未受影響，開關電源也正常工作，表明開關電源能可以對用電設備起到必要的保護作用。而PLC電源模塊自身有直流與交流兩種供電方式，設計時采用24VDC供電，前端增加開關電源，即可有效保護用電設備過電壓

2.3 PLC系統供電前端增加隔離變壓器。PLC系統電源前端增加隔離變壓器器，使電源的輸出與輸入完全“斷路”隔離，為PLC提供了純凈的電源。

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關鍵詞：繼電保護裝置；工作原理；故障分析；驗證

本文從開關電源的原理入手，以測試的角度，對兩種有故障的電源模塊通過試驗再現其故障現象，并分析了其故障原因，最后對改進后的開關電源進行了對比驗證。

1開關電源工作原理

用半導體功率器件作為開關，將一種電源形態轉變為另一形態，用閉環控制穩定輸出，并有保護環節的模塊，叫做開關電源。

高壓交流電進入電源，首先經濾波器濾波，再經全橋整流電路，將高壓交流電整流為高壓直流電；然后由開關電路將高壓直流電調制為高壓脈動直流；隨后把得到的脈動直流電，送到高頻開關變壓器進行降壓，最后經低壓濾波電路進行整流和濾波就得到了適合裝置使用的低壓直流電。

電源工作原理框圖如圖1所示。

圖1開關電源原理圖

2故障現象分析

由于繼電保護用開關電源功能要求較多，需考慮時序、保護等因素，因此開關電源設計中的故障風險較高。另外供電保護裝置又較民用電器工作條件苛刻，影響繼電保護開關電源的安全運行。本文著重分析了兩種因設計缺陷而造成故障的開關電源。

2.1輸入電源波動，開關電源停止工作

1）故障現象：外部輸入電源瞬時性故障，隨后輸入電壓恢復正常，開關電源停止工作一直無輸出電壓，需手動斷電、上電才能恢復。

2）故障再現：用繼電保護試驗儀，控制輸入電壓中斷時間，通過便攜式波形記錄儀記錄輸入電壓和輸出電壓的變化?？刂戚斎腚妷褐袛鄷r間長短，發現輸出存在如下三種情況：

a）輸入電源中斷一段時間（約100～200ms）后恢復，此后輸入電壓恢復正常，開關電源不能恢復工作。（此過程為故障情況），具體時序圖見圖2所示。

圖2輸入電源中斷一段時間后恢復

b）輸入電壓長時中斷（大于250ms）后恢復，+5V、+24V輸出電壓均消失，此過程與開關電源的正常啟動過程相同。具體時序圖見圖3所示。

c）輸入電壓短暫中斷（小于70ms）后恢復，+5V輸出電壓未消失，而+24V輸出電壓也未消失，對開關電源正常工作沒有影響。具體時序圖見圖4所示。輸入電壓消失時間短暫，由于輸出電壓未出現欠壓過程，電源欠壓保護也不會動作。

圖3輸入電源長時中斷后恢復

圖4輸入電源短時中斷后恢復

3）故障分析：要分析此故障，應先了解該開關電源的正常啟動邏輯和輸出電壓保護邏輯。

輸入工作電壓，輸出電壓+5V主回路建立，然后由于輸出電壓時序要求，經延時約50ms，+24V輸出電壓建立。

輸出電壓欠壓保護邏輯為：當輸出電壓任何一路降到20％Un以下時，欠壓保護動作，且不能自恢復。

更改邏輯前，因輸入電壓快速通斷而引起的電源欠壓保護誤動作，其根本原因是延時電路沒有依據輸入電壓的變化及時復位，使得上電時的假欠壓信號得不到屏蔽，從而產生誤動作，如圖2所示。

4)解決措施：采取的措施是在保護環節上增加輸入電壓檢測電路，并在延時電容上并接一個電子開關，只要輸入電壓低于定值（開關電源停止工作前的值），該電子開關便閉合，延時電路復位，若輸入電壓重新上升至該設定值，給保護電路供電的延時電路重新開始延時，電源重啟動時的假欠壓信號被屏蔽，徹底解決了由于輸入電壓快速波動所產生的電源誤保護。從而避免了圖2的情況，直接快速進入重新上電邏輯，此時的輸出電壓建立過程見圖3所示。邏輯回路見圖5所示。

圖5增加放電回路后原理圖

5)試驗驗證：用繼電保護試驗儀狀態序列模擬輸入電源中斷，用便攜式波形記錄儀記錄輸出電壓隨輸入電壓的變化波形。調整輸入電壓中斷時間，發現調整后的電源僅出現b）、c）兩種情況，不再出現a）即故障情況。

2.2啟動電流過大，導致供電電源過載告警

1）故障現象：電源模塊穩態工作電壓為220V，額定功率為20.8W，額定輸出時輸入電流約為130mA。當開關電源輸入電壓緩慢增大時，導致輸入電流激增，引起供電電源過載告警。

2）故障分析：經查發現輸入電壓為60V時，電源啟動，此時啟動瞬態電流約為200mA，穩態電流為600mA，啟動時穩態電流和瞬態電流將為600±200mA，造成輸出電流激增。而由于條件限制，此電源模塊的供電電源輸出僅為500mA，因此造成供電電源過載。

由于開關電源工作需要一定的功率，設計中由于未考慮到電源啟動時，輸出回路的啟動需要一定的功率，而啟動電壓比較低，所以功率的突增，必然帶來開關電源啟動瞬態電流的激增，電流的激增對供電電源有較大的沖擊。

3）解決措施：啟動需要的功率一定，如果要減小啟動電流，可以考慮增加啟動電壓的門檻。將開關電源的啟動電壓提高到130～140V。

4）試驗驗證：調整開關電源的啟動電壓后，通過試驗儀模擬輸入電壓緩慢啟動。當開關電源在滿載情況下，試驗中緩慢上升輸入電壓（上升速率5V/s或10V/s），從0～130V啟動，啟動時穩態電流降低到200～220mA，穩態電流大約為200±100mA，因而啟動時穩態電流和瞬態電流將為400±100mA，啟動電流較改進前減小300mA，不會對供電電源造成太大的沖擊?？捎行П苊廨斎腚妷核查g降低時，給整個供電回路造成較大的電流沖擊。

3結束語

從以上問題分析可知，開關電源設計時，需要關注電能變換的各個環節，開關電源的輸出電壓建立和消失時序和電源的保護功能，是緊密聯系的，當其中的某一環節存在缺陷時，開關電源就不能正常工作。因此在開關電源設計前，應重點進行兩種工作：

1)考慮諸如此類的問題，如啟動功率一定時，啟動電壓門檻過低，會產生輸出電流瞬態突增的現象。

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關鍵詞 接收機；中波廣播；信號；構造

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）174-0064-03

中波廣播發射技術，是通過無線傳輸信號的形式，為公眾提供地區廣播服務，在我國被廣泛應用。中波臺執行中波廣播播出任務的整體流程大致分為4個步驟：信號接收設備接收信源―對信源進行音頻變換處理―將音頻輸入發射機進行調制―經過天線將信號發送。如果要讓中波臺正常完成播出任務，不僅高品質且信號強度大的信號是中波臺篩選信號源的關鍵所在，信號源的接收更是成為整個工作的首要步驟，也是尤為關鍵的一步。正因如此，一臺設計精確、程序完整的數字衛星接收機，是信源準確、高品質接收的保證，從而在中波成廣播播出任務中起到重要作用。本文從電路工作原理以及硬件構造方面，對數字衛星接收機做相關闡述。

1 底治佬墻郵棧的重要性

目前，中波臺的信源接收方式主要是光纖接收、衛星接收、微波接收3類，且采用衛星接收方式提供備用信源。數字衛星信號需要通過數字衛星接收機，被解碼并轉換成模擬信號再送往發射機。數字衛星接收機的使用，為中波臺的安全優質播出提供了保障。

2 數字衛星信號的接收過程與接收機的組成原理

2.1 數字衛星信號的接收過程

首先，如圖1所示，數字衛星信號通過雷達接收至高頻頭，再通過傳輸電纜送入數字衛星接收機。

2.2 數字衛星信號接收機的組成及原理

一臺數字衛星接收機，由伴音信號解調器、調諧選臺器、面板指示器、中頻AGC放大與解調器、電源電路、圖像信號處理器組成。

2.2.1 伴音信號解調器

伴音信號解調器可以對伴音副載波信號進行放大、解調處理，從而獲得所需的伴音信號。其中，被處理的伴音副載波信號，是從復合基帶信號中解調出的。

2.2.2 調諧選臺器

數字衛星信號接收機接收的信源頻率范圍是950MHz～1 450MHz。調諧選臺器的作用是，從中篩選出需接收的廣播頻道頻率，然后將之轉換為此調諧選臺器預設的中頻頻率，最后傳送給中頻AGC放大與解調器。

2.2.3 面板指示器

面板指示器對中頻放大解調器尾端送來的直流電平信號，進行進一步放大處理后，通過指針式電平表、數碼顯示器或發光二極管陳列式電平表，來顯示接收機輸入信號的大小和品質高低。

2.2.4 中頻AGC放大與解調器

中頻AGC放大與解調器的功能是，濾波、放大并頻率解調所輸入的固定中頻信號，以獲得含有伴音信號和圖像的復合型基帶信號。并同時獲得一個可以表示說明輸入信號大小的直流分量，將其輸出并傳送至電平指示電路。

2.2.5 電源電路

電源電路是將市電經變壓、整流、穩壓最后得到的多組低壓直流穩壓電源，為接收機機各部分及高頻頭供電。

2.2.6 圖像信號處理器

圖像信號處理器通過能量去擴散、加重和極性變換等方式，對復合基帶信號中解調出的視頻信號進行一系列數據處理，最后還原圖像信號并輸出。

數字衛星接收機的組成構造如圖2，數字衛星接收機從整體框架上看由硬件、軟件兩大部分組成。硬件又可以分為電源供給、前端、后端、輸出、顯示與控制等部分組成。工作時，將功分器或高頻頭接收來的950MHz～1 450MHz信號送入接收機前端部分進行調諧處理，從中選出特定信號頻率，變頻成調諧選臺器預設的中頻頻率。再經過模擬信號到數字信號的轉換，然后經正交相移鍵控信道解調、信道傳輸碼流糾錯處理，最終輸出一個達到MPEG-2標準的（TS）傳輸碼流給接收機的后端部分。接收機的后端部分，也稱為解復用模塊，可以將前端送來的TS碼流經解擾、解復用，依據包識別號（PID）可以提取出相應的視頻、音頻、數據包，恢復打包節目基本流PES。在MPEG-2解碼器中，解壓縮PES數據包，然后生成PCM音頻數據流和視頻數據流，再分兩路一路送去音頻P/A轉換器、一路送去視頻編碼器，就可以形成視頻信號和音頻模擬信號，再經輸出部分輸出[ 1 ]。顯示與控制部分用于完成接收的控制以及顯示接收機的工作狀態。電源部分用來提供接收機本身及高頻頭的工作電壓；軟件部分的主要作用則是硬件驅動、軟件驅動和實時的系統操作。

3 硬件模塊構造分析

從硬件構造上，將數字衛星信號接收機分成三大模塊進行系統分析，即電源模塊、調諧輸出模塊（主板）、控制顯示模塊。

3.1 電源模塊分析

所有衛星接收機用的電源都是開關電源，甚至不同廠家用的電源都是大同小異，這里我用海信的FSDL0165RN開關電源控制芯片進行電源模塊的分析。

3.1.1電源模塊的電路分析

電源模塊的電路圖如圖3所示。

該電路的核心元件是5L0380R，功能有振蕩過壓保護、過流保護等。整個開關電源電路功耗低、工作穩定、清晰簡潔。

該電路的工作原理是：交流電壓220V經過電源開關、保險絲，再到由CX1、LEM1、CX2組成的抑制干擾濾波器，再經過D1～D4所組成的橋式整流，C6濾波輸出一個300V左右的直流電壓。當電源接通的瞬間，+300V左右的直流電壓加在R18、R4、R3上，給電源塊U1（5L0380R）的引腳③一個啟動電壓[2]。由于它內部的開關管處在微導通狀態，導致U1的②引腳通過微小的電流，并產生感應電動勢于開關變壓器①～②繞組，感應電動勢耦合至反饋繞組③～④上，經整流濾波然后注入到U1的③腳，使開關管瞬間進入飽和導通的狀態。因為開關管飽和，流過開關變壓器的電流就不再增加，那么感應電動勢的正方向將要變化，并經整流濾波的正反饋電壓促使開關管由飽和導通迅速地進入到截止狀態，從而完成了開關電源從啟動到飽和再到截止這樣一個振蕩周期。經過變壓器的電壓分別通過各元件組成的支路將電壓分成5V、3.3V、12V、22V、30V的直流電壓來供給調諧輸出模塊（主板）的正常工作。

3.1.2 電源模塊實物

電源模塊的實物圖如圖4所示。

3.2 調諧輸出模塊（主板）分析

調諧輸出模塊，也就是數字衛星接收機的主板，此模K也是數字衛星接收機設計的核心所在，所有的數據編程以及信息解碼過程都在此模塊中完成。

3.2.1 調諧輸出模塊（主板）的電路分析

HN4LSR0942M2EE，這是調諧輸出模塊的主控芯片，內部集成了CPU、視頻編碼、音頻編碼等電路；0001G2A355.1TA06.0943，這是信道處理芯片；EF0912S16004LK6TK是RAM隨機存取存儲器，該存儲器具有存儲速度快的特點，且存儲內容可隨意的存入或取出。這種RAM存儲器主要用于存儲短時間使用的程序，是因為在斷電時將丟失其存儲內容。

其電路圖如圖5所示。

調諧輸出模塊的功能是：開關電源輸出電壓為模塊供電，高頻頭將衛星信號傳送給調諧器并篩選出想要接收的信號，對之進行一系列變頻、QPSK解調、A/D變換、信道糾錯、解擾處理，產生標準的TS傳輸碼流，傳送給解調復用器。根據所需接收電視節目的PID包識別符，解調復用器可提取出對應的音頻、視頻及數據包，還原出達到MPDG-2標準的打包的PES節目基本碼流[3]。將PES碼流送至MPEG-2解碼器，MPEG-2解碼器芯片對PES數據包進行解壓縮處理，產生符合CC IR601格式要求的音頻數據流和視頻數據流，分別送至音頻D/A轉換器和視頻編碼器，D/A轉換器和視頻編碼器根據規定的電視制式（中國是PAL制式）生成并輸出音、視頻信號。

3.2.2 調諧輸出模塊實物

其模塊實物圖如圖6所示。

3.3 控制顯示模塊分析

控制顯示模塊主要由微處理器、控制電路、LCD或LED顯示器件、紅外傳感器以及遙控器構成。它能夠通過8段數碼顯示，簡易地將接收機的工作狀態顯示出，也方便了用戶對接收機各功能的控制與使用，用戶只需通過面板按鍵或是遙控器就可對接收機發出各種指令，以實現所需功能。

3.3.1 控制顯示模塊工作原理

涉及控制模塊的編程，由于程序過于繁瑣這里就不具體介紹，此模塊我就其工作原理做簡要說明。如圖7所示。

3.3.2 控制顯示模塊的設計實物

圖8為控制顯示模塊實物圖。

以上就是將數字衛星信號接收機按硬件構造分為三大模塊進行的分析，最后將電源模塊、調諧輸出模塊、控制顯示模塊進行連接，構成整體的衛星接收機，其組成框圖如圖9所示。

4 結論

在整個通信網絡中，其網絡的核心無疑是發送與接收設備。為了更好地完成信息的發送和接收，現代電路技術以及數字信號處理技術應運而生。

總的來說，要使基帶信號得到有效而可靠的傳輸，就必須在傳輸網絡中設置發送與接收設備。發送與接收設備可以對基帶信號進行相關處理，并使之適用于信道的傳輸特性。所以一個好的接收設備往往得益于其巧妙的設計以及完整穩定的硬件構造。數字衛星接收機的構造上，采用的是整體集成設計。從個人角度講，筆者對數字域的接收機較為熟悉了解。從信道編碼、信號解碼、A/D轉換等相關理論出發，分析了數字衛星信號接收機的電源模塊、調諧輸出模塊、控制顯示模塊這3個模塊的原理和構造；從實際工作角度講，數字衛星接收機在中波臺執行廣播的播出任務中，起著接收信號源的關鍵作用。筆者將數字衛星信號接收機的分析結論應用到中波臺實際工作中，更好地保證了中波廣播的安全優質播出。

參考文獻

[1]蔣玉玲，謝子常.MPEG-2在衛星數字廣播電視的傳輸系統中的應用[J].福建電腦，2006（8）：156-157.

篇6

當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

3.高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。

3.3數字化

在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。

篇7

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

3.高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。

3.3數字化

在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。

總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

參考文獻：

[1]林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992。

[2]季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998。

[3]葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998。

篇8

引言

隨著社會信息化的不斷發展以及先進制作工藝的不斷提高，作為大屏幕壁掛式電視和高質量多媒體信息顯示的終端——彩色交流等離子體顯示器（AC-PDP）,其屏幕做得越來越大，功耗越來越小，電路結構越來越簡單，成本也越來越低。而電源作為AC?PDP的一個重要組成部分，也向著小型化和簡單化的方向發展。

傳統的AC?PDP電源一般采用兩級方案，即PFC級＋DC/DC變換的電路拓撲結構。它們分別有各自的開關器件和控制電路。盡管其能夠獲得很好的性能，但其體積過大，成本太高，電路比較復雜。因此，對其進行小型化改造也成了AC-PDP技術研究的一個方向。

    由于AC?PDP驅動控制電路的復雜性，導致了其開關電源的復雜性。分析可知，不管從傳輸能量角度還是從所占體積的角度，PFC模塊和掃描驅動電極DC/DC變換模塊都占有相當大的比例。因此，對這兩部分的改造就成為AC-PDP開關電源小型化改造的一個切入點。本文根據單級功率因數校正的工作原理，提出了一種AC-PDP電極驅動電源模塊改進方案。

1 單級PFC維持電極電源模塊的拓撲結構及工作原理

本文采用的單級功率因數校正變換器電路拓撲結構如圖1所示。單相交流電經全波整流后，通過串聯兩個感性ICS（Input?currentshaping）接到雙管反激的DC/DC變換單元。

圖中的兩個ICS單元完全相同，即LB1=LB2，LD1=LD2，N1p=N1n。采用這種雙ICS的單元結構是為了減小儲能電容器上的電壓以及流過開關管的電流。

下面通過開關管的動作過程分析整個電路的工作原理以及工作過程。

1）S1和S2導通期間其簡化電路如圖2（a）所示。開關管導通，儲能電容經圖2（a）中右邊回路釋放電能，反激變換器TR開始儲能，iDC由零開始上升。線圈N1p及N1n分別感應產生左負右正和左正右負的電壓，D1n和D1p開始導通，D2n和D2p截止。Vin經圖2（a）中左邊的回路給儲能電容CB1及CB2充電，iin開始上升，電感LB1，LB2，LD1，LD2充電。

    因為VLB1=VLB2，VLD1=VLD2，為了分析方便，令

VLB=VLB1＋VLB2=2VLB1VLD=VLD1＋VLD2=2VLD1在右邊的回路中，根據基爾霍夫定律有

VLB＋VLD=Vin－VB(1-2N1/Np)>0   （1）

式中：Vin為全波整流后的輸出電壓，即Vin=

Vs|sinωt|；

VB=VB1＋VB2；

N1為繞組N1n及N1p的匝數；

Np為反激變換器原邊主繞組的匝數。

又因為

VLB=VLB1＋VLB2=LB1(diin/dt)＋LB2(diin/dt)   （2）

VLD=VLD1＋VLD2=LD1(diin/dt)＋LD2(diin/dt)   （3）

將式（2）及式（3）代入式（1），可得

(LB＋LD)(diin/dt)=Vin-(1-2N1/Np)VB（4）

所以

diLB/dt=Vin-(1-2N1/Np)VB/(LB+LD)

式中：LB=LB1＋LB2；

LD=LD1＋LD2。

2）S1和S2截止期間

簡化電路圖如圖2（b）所示。此時iDC等于零，反激變換器給負載供電。線圈N1P及N1n分別感應產生左正右負和左負右正的電壓，D1n及D1p反向截止，D2n及D2p續流導通。根據基爾霍夫定律有

VLB=LB=Vin－VB<0所以=<0

所以diLB/dt=(Vin-VB)LB<0

從上面的分析可知，當Vin<VB時，D1n，D1p，D2n，D2p全部截止，電流iin為零，電感LB1及LB2中沒有電流流過，即回路電流iin存在一個死區θ（deadangle），是不連續的。也就是說，在半個工頻周期內，只有一部分時間電感LB的電流連續工作，iLB在半個工頻周期內的波形如圖3所示。

由圖3可以看出，當輸入電壓為交流正弦波時，其輸入電流為一含有高頻紋波的近似正弦波。兩者相位基本相同，提高了輸入端的功率因數。

2 試驗結果

根據4電極42英寸（107cm）彩色PDP驅動電路的要求，設計驅動電源模塊的參數為：

輸入電壓AC170～250V；

輸出電壓DC200～240V；

輸出電流1A。

實驗電路采用UC3845作為開關管的控制芯片，開關的工作頻率為80kHz。DC/DC變換部分采用雙管反激電路。

實驗測得，當輸入電壓為AC220V，50Hz，輸出功率為240W（240V/1A）時，系統的功率因數為0.786。轉換效率為72.5％。此時得到輸入端的電壓電流波形如圖4所示。

篇9

關鍵詞：電力電子技術應用領域發展趨勢

一、電力電子技術研究的問題

電力電子技術是一項利用功率半導體器件，應用現代控制理論，微處理器或計算機控制技術，實現對電能進行控制和變換的技術。這種技術是以盡可能高的效率將一種形式的電壓、電流、頻、相數的電能變換成另一種形式的電壓、電流、頻率、相數的電能。它盡可能使用無損耗的磁元件、電容元件和開關工作狀態的功率半導體器件，少用或不用損耗性的電阻和線性工作狀態的功率半導體，構成開關型高效率的功率處理系統。因此，電力電子技術也是一項高效節能的技術。

它與微電子技術中的信號處理系統不同，后者是對輸入信息進行處理，完成某種功能。例如，擬放大、數字編碼、數/模轉換或模/數轉換等。為完成這些處理，信號處理系統只需要很少的電功率，系統的效率不是主要的。而電力電子技術的功率處理系統，變換效率是最重要的指標之一，它是強電與弱電的結合點。

在電力電子技術的功率處理系統中，磁性元件(電感或變壓器等)的重量和尺寸占主要部份。而提高功率半導體器件的開關頻率，可使磁隆元件小型輕量化。因此，高頻化是電力電子技術的主要發展方向之一。有兩種電路方案可供選擇:非諧振式和諧振式(包括準諧振式)。前者技術成熟，但開關損耗隨頻率提高而增加，頻率提高有限。這是一個尚在探討解決中的開關吸收問題。后者則處于發展研究中，原理上沒有開關損耗，但目前技術還不成熟，只是在某些中小功率系統中得到初步應用。

此外，開關型高效率的電力電子系統是一個非線性的離散時變系統，它的建模、仿真、分析和檢測等比較復雜.難度較大。現在還是一個研究熱點。仿真軟件PsPlcE技術還不成熟，使用時有很大局限性。

二、現代電力電子的應用領域

1.計算機高效率綠色電源高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品,綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星”計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.通信用高頻開關電源通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

3.直流-直流(DC/DC)變換器DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

4.不間斷電源(UPS)不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

篇10

關鍵詞 繼電保護；開關電源；電源故障；改進后的電源

中圖分類號TM77 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）79-0152-02

1 研究繼電保護裝置的必要性

隨著科技的發展，電力系統中的繼電保護裝置也在不斷的發展，尤其是對于其可靠性的研究則越發重視。繼電保護裝置是保護電力系統安全、正常、可靠運行的重要裝置，如果繼電保護裝置發生故障，將會直接影響電網的安全可靠性，許多大型停電事故都是由于連鎖故障造成的，尤其是繼電保護裝置故障引發的電網故障所占比例較高。國外大型停電事故，如2003年的英國倫敦大停電、2003年8月美國、加拿大停電事故；國內停電事故，如2007年國家電網公司的繼電保護裝置故障。據統計大約有75%的大型停電事故與繼電保護操作不當有關，這表明繼電保護系統故障所造成的危害不能小視。

繼電保護用開關電源是主要功能模塊，在確保輸出電壓穩定的前提下，利用現代電力電子技術用來掌控繼電保護用開關的時間問題。因此，要保持繼電保護用開關電源性能良好，這樣才能進一步提高機電保護裝置的安全可靠。繼電保護用開關電源是主要功能模塊，在確保輸出電壓穩定的前提下，利用現代電力電子技術用來掌控繼電保護用開關的時間問題。因此，要保持繼電保護用開關電源性能良好，這樣才能進一步提高機電保護裝置的安全可靠。

2 繼電保護隱蔽故障

根據許多資料表明，繼電保護的隱蔽故障是許多大型停電事故的罪魁禍首。隱蔽故障在系統正常運行時并不會對其造成影響，但當系統某些部分發生改變時，故障就會一觸即發，導致更加嚴重的后果。隱蔽故障主要就是因其隱蔽性，不容易被發現，因此故障發生時不能及時阻止。即使繼電器正確排除故障，但隱蔽故障就像一顆定時炸彈一樣，往往就會導致保護系統誤動作，從而釀成大型事故。

3 開關電源工作原理

開關電源主要是使用半導體功率器作為開關，使電源形態發生改變，同時保持其穩定輸出，采用閉環控制，并具有保護環節的模塊。開關電源的主要工作原理是將高壓交流電通過整流和調制的方式，轉變成適合繼電保護裝置的低壓直流電。壓交流電的具體變換順序是：通過濾波、整流、降壓等一系列措施，從高壓交流電——高壓直流電——高壓脈動直流——轉變最終適用的低壓直流電。

4 故障現象分析

設計繼電保護用開關電源要考慮到許多因素，如時序和保護，這樣才能滿足其多功能要求。設計時需要承擔故障風險，再加之其需要的工作條件較為苛刻，影響繼電保護用開關電源正常、安全的運行，因此繼電保護用開關電源因設計缺陷造成的故障屢見不鮮。

4.1 輸入電源波動，開關電源停止工作

4.1.1 故障表現

故障具體表現可以通過輸入電壓和輸出電壓的變化來觀察。輸入電壓在產生瞬時故障時恢復正常后，繼電保護開關電源會停止工作，輸出電壓卻一直未見，而且不能自動斷電。由繼電保護試驗儀控制并記錄輸入電壓和輸出電壓的一系列變化，并控制輸入電壓中斷的時間。可通過便攜式波形記錄儀進行記錄。在繼電保護試驗儀控制輸入電壓中斷的時間長短中，我們可以發現：輸入電源恢復正常的時間共耗費了100ms～200ms左右，開關電源并沒有跟輸入電壓一起恢復正常；在輸入電壓中斷約250ms以后恢復，但輸出電壓+5V、+24V卻消失；輸入電壓短暫中斷70ms以內會恢復正常，而+5V、+24V輸入電壓并未消失，而且沒有影響開關電源的正常工作。

4.1.2 故障分析

開關電源的正常啟動邏輯和輸出電壓保護邏輯是故障表現的直接原因。故障發生后，往往是由于此開關電源出現輸出電壓欠壓保護邏輯。開關電源的邏輯混亂造成了故障的發生，因此就要更改邏輯。電源欠壓保護的誤動作是由于輸入電壓快速通斷造成的，這種誤動作主要是延時電路沒有按時復位，忽略了電壓的變化，使得通電時的假欠壓信號未能及時屏蔽。

4.1.3 解決措施

解決故障要根據輸入電壓的變化來采取措施。在保護環節增加輸入電壓和電子開關，起到檢測和閉合的作用。根據開關閉合后的輸入電壓情況判定，輸入電壓數值升到定值后，那么延時電路開始重新延時，這樣在重新啟動時的假欠壓信號就可以順利屏蔽，這樣也可以徹底解決故障。

4.2 啟動電流過大，導致電源承載過大

4.2.1 故障表現

根據電源模塊的正常工作狀況看，故障下的輸入電流很容易“不夠正常”，隨著輸入電壓的逐漸增大而迅速“膨脹”，導致電源承載電流過大。

4.2.2 故障分析

根據故障的表現，可以看出輸入電流的電流激增是一種必然，從而導致電源過載。在電源啟動時，輸出回路的功率會猛增，許多設計就沒有充分考慮大功率問題，因此在啟動時的電壓和猛增的功率形成鮮明對比，并且瞬態電流猛增，導致電源過載。

4.2.3 解決措施

在設計中要充分考慮到功率問題，以更好的配合開關電源的工作。開關電源啟動時功率要保持一定的值，如果要減少啟動時的電流值，也可以增加啟動電壓的值。增加啟動電壓之后，可以發現啟動電流的值會有所減少，亦不會對電源造成沖擊。

5 結論

由此可見，開關電源在設計時要注意各種細節和各個環節，要注意電能變換、輸出電壓和電源的保護功能，這些都是開關電源中的重要環節，緊密相連。正所謂“牽一發而動全身“，某一個環節出了差錯，開關電源的工作就會受到影響。在設計之前要充分考慮到電源啟動功率和啟動電壓問題，在功率一定的情況下，提高啟動電壓，這樣就可以避免電流徒增。由于電力系統的供電范圍越發廣泛，對于繼電保護裝置的可靠性研究必須要日益重視起來。

參考文獻

[1]沈曉凡，舒治淮，劉軍，等.2007年國家電網公司繼電保護裝置運行情況[J].電網技術，2008，32（16）：9-12.

[2]徐敏銳，吳在軍.繼電保護用開關電源的設計[J].江蘇電機工程，2004（6）.