整流與變換設(shè)備

1、通信電源 報 告 書 院 系： 電子電氣工程系 班 級: 11電子信息班 姓 名： 秦 清 學(xué) 號： 2011020114 老 師： 曹 烈 2013年5月16日目錄整流與變換設(shè)備1、 通信整流技術(shù)的發(fā)展概述12、 通信高頻開關(guān)整流器的組成23、 高頻變換減小變壓器體積原理34、 高頻開關(guān)整流器分類35、 功率轉(zhuǎn)換電路46、 高頻開關(guān)元器件67、 絕緣門極晶體管（IGBT或IGT）88、 開關(guān)電源系統(tǒng)簡述109、 監(jiān)控單元日常操作1210、 結(jié)語16通信整流技術(shù)的發(fā)展概述我國從1963年起開始研制可控硅整流器，到1967年開始逐步普及，從而取代了電動機發(fā)電機組、硒整流器。到了20世紀80年代，

2、為程控交換機供電的48V穩(wěn)壓整流器已經(jīng)是可控硅整流器技術(shù)非常成熟的代表，比如DZ-Y02穩(wěn)壓整流器，F(xiàn)-150程控交換機配套整流器。20世紀80年代以后，隨著功率器件的發(fā)展和集成電路技術(shù)的逐步成熟，使得開關(guān)電源的發(fā)展成為可能。高頻開關(guān)電源取代傳統(tǒng)的相控可控硅穩(wěn)壓電源也是歷史發(fā)展的必然趨勢，也順應(yīng)了通信對電源提出的要求?？煽啃允请娫聪到y(tǒng)一個永恒的課題，隨著集成技術(shù)的發(fā)展成熟，結(jié)構(gòu)設(shè)計的趨于合理，高頻開關(guān)電源采用的元器件的數(shù)量大大減少，電解電容、光耦合器及風(fēng)扇等決定電源壽命的器件質(zhì)量也得到提高，以及增加了各種保護功能，使高頻開關(guān)整流器的MTBF（平均無故障時間）延長，從而提高了可靠性。穩(wěn)定高質(zhì)量的

3、直流電輸出是衡量整流器的一個重要的指標(biāo)。高頻化以及高性能、高增益控制電路的采用，使高頻開關(guān)整流器的穩(wěn)壓精度大大提高，各種濾波電路的應(yīng)用使得輸出雜音減小，其供電質(zhì)量較相控整流器有了明顯的提高。高效率也是高頻開關(guān)整流器發(fā)展的趨勢。功率器件生產(chǎn)技術(shù)的進步，其功耗減小；計算機輔助設(shè)計使得開關(guān)整流器設(shè)計拓撲和參數(shù)趨于合理，即所謂的最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況；功率因數(shù)校正技術(shù)的采用等等，使得高頻開關(guān)整流器的效率大大提高。高頻開關(guān)整流器的特點可歸納為以下幾點： 重量輕、體積小。與相控電源相比較，在輸出相同功率的情況下，體積及重量減小很多。適合于分散供電方式。 節(jié)能高效。一般效率在90左右。 功率因數(shù)高。當(dāng)配有有源功

4、率因數(shù)校正電路時，其功率因數(shù)近似為1，且基本不受負載變化的影響。 穩(wěn)壓精度高、可聞噪音低。在常溫滿載情況下，其穩(wěn)壓精度都在5以下。 維護簡單、擴容方便。因結(jié)構(gòu)模塊式，可在運行中更換模塊，將損壞模塊離機修理，不影響通信。在初建時，可預(yù)計終期容量機架，整流模塊可根據(jù)擴容計劃逐步增加。 智能化程度較高。配有CPU和計算機通信接口，組成智能化電源設(shè)備，便于集中監(jiān)控，無人值守。 高頻開關(guān)整流器也在不斷改進和完善之中，目前國內(nèi)外在這個領(lǐng)域的研究方向和有待解決的問題主要有： 解決高頻化與噪聲的矛盾問題。提高工作頻率能使動態(tài)響應(yīng)更快，這對于配合高速微處理器工作是必須的，也是減小體積的重要途徑。但是過高的工作頻

5、率不但使得損耗增加，同時增加了更多的高頻噪聲，這些噪聲既對整流器自身工作會帶來影響，也會使得其他電子設(shè)備受到干擾。 如何進一步提高效率，提高功率密度。當(dāng)整流器工作頻率提高到一定程度以后，就會出現(xiàn)過多的損耗和噪聲。一方面，損耗的增加制約了整機效率的提高；另一方面，額外的噪聲也必須增加更多的噪聲抑止電路，也就加大了整流器的復(fù)雜性和體積，使得整流器的可靠性和功率密度下降。 開發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機的可靠性。新型高速半導(dǎo)體器件的研究開發(fā)一直是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展進步的先鋒，目前正在研究的高性能碳化硅半導(dǎo)體器件，一旦普及應(yīng)用，將使開關(guān)電源技術(shù)發(fā)生革命性的變化。 此外，新型高頻變壓器

6、、高頻磁性元件和大容量高壽命的電容器的開發(fā)，將大大提升整流器的可靠性和使用壽命。通信高頻開關(guān)整流器的組成一般所指的高頻開關(guān)電源，是指具有交流配電模塊、直流配電模塊、監(jiān)控模塊和整流模塊等組成的直流供電電源系統(tǒng)，它的關(guān)鍵技術(shù)和名稱的由來就是其中的高頻開關(guān)整流器，由于目前大都是模塊化結(jié)構(gòu)，所以有時也稱高頻開關(guān)整流器為高頻開關(guān)整流模塊。1主電路完成交流電輸入到直流輸出的全過程，是高頻開關(guān)整流器的主要部分，包括： 交流輸入濾波：處于整流模塊的輸入端，包括低通濾波器、浪涌抑制等電路。其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜音反饋到公共電網(wǎng)。 整流濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，并

7、向功率因數(shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源。 功率因數(shù)校正：位于整流濾波和逆變之間，為了消除由整流電路引起的諧波電流污染電網(wǎng)和減小無功損耗來提升功率因數(shù)。 逆變：將直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)的核心部分，在一定范圍內(nèi)，頻率越高，體積重量與輸出功率之比越小。 輸出整流濾波：由高頻整流濾波及抗電磁干擾等電路組成，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。2控制電路一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進行比較，然后去控制逆變電路，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。3檢測電路除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)供值

8、班人員觀察、記錄。4輔助電源提供開關(guān)整流器本身所有電路工作所需的各種不同要求的電源（交直流各種等級的電壓電源）。高頻變換減小變壓器體積原理由高頻開關(guān)整流器方框圖可知，高頻開關(guān)整流器將50Hz工頻交流首先轉(zhuǎn)換成直流，再將直流轉(zhuǎn)換為高頻交流，這樣，降壓用的變壓器工作頻率大大提高，從而縮小了變壓器的體積。采用高頻變換技術(shù)減小變壓器體積可以認為是高頻開關(guān)整流器的核心技術(shù)。我們用式高頻開關(guān)整流器分類DC/AC逆變電路是高頻開關(guān)整流器的主要組成部分。根據(jù)其工作原理的不同，高頻開關(guān)整流器可分為PWM型和諧振型兩類。PWM型高頻開關(guān)整流器具有控制簡單，穩(wěn)態(tài)直流增益與負載無關(guān)等優(yōu)點，整流器中的功率開關(guān)器件工作在

9、強迫關(guān)斷和強迫導(dǎo)通方式下，在開關(guān)截止和導(dǎo)通期間有一定的開關(guān)損耗，而且開關(guān)損耗隨開關(guān)頻率的提高而增加，故限制了整流器開關(guān)工作頻率進一步提高。諧振型高頻開關(guān)整流器則可以使其工作在更高的頻率下工作而開關(guān)損耗很小，它又可分為串聯(lián)諧振型、并聯(lián)諧振型和準(zhǔn)諧振型幾種，目前應(yīng)用較為普通的是準(zhǔn)諧振型高頻開關(guān)整流器。功率轉(zhuǎn)換電路在高頻開關(guān)整流器中，將大功率的高壓直流（幾百伏）轉(zhuǎn)換成低壓直流（幾十伏），是由功率轉(zhuǎn)換電路完成的。這個過程顯而易見是整流器最根本的任務(wù)，完成的是否好，主要有兩點，一是功率轉(zhuǎn)換過程中效率是否高；二是大功率電路其體積是否?。ㄖ劣谄渌恍﹩栴}比如電磁兼容性等留在以后討論）。要使效率提高，我們?nèi)菀?/p>

10、想到利用變壓器，功率轉(zhuǎn)換電路就是一個：高壓直流高壓交流降壓變壓器低壓交流低壓直流的過程；要使功率轉(zhuǎn)換電路體積減小，除了組成電路的元器件性能好、功耗小以外，減小變壓器的體積是最主要的。由上面5.2.2小節(jié)已知，變壓器體積與工作頻率成反比，提高變壓器的工作頻率就能有效地減小變壓器體積。所以功率轉(zhuǎn)換電路又可以描述成：高壓直流高壓高頻交流高頻降壓變壓器低壓高頻交流低壓直流的過程。功率轉(zhuǎn)換電路具體電路類型很多，我們主要以理解上述過程為主。1PWM型功率轉(zhuǎn)換電路PWM型功率轉(zhuǎn)換電路在開關(guān)整流器發(fā)展初期較普遍采用的電路形式，以后的諧振型功率轉(zhuǎn)換電路是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。PWM型功率轉(zhuǎn)換電路有推挽、全橋、半

11、橋以及單端反激、單端正激等形式，我們以理解為目的，所以只介紹推挽式功率轉(zhuǎn)換電路。PWM型功率轉(zhuǎn)換電路控制簡單，由基極驅(qū)動電路控制開關(guān)管交替導(dǎo)通，將直流轉(zhuǎn)換成高頻交流，開關(guān)管交替導(dǎo)通的頻率越快，則轉(zhuǎn)換成的交流頻率越高。但事實上我們發(fā)現(xiàn)開關(guān)在導(dǎo)通和關(guān)斷時都具有一定的損耗，而且這種損耗會隨著開關(guān)交替導(dǎo)通頻率的提高而增加，也就是說，開關(guān)管的通斷損耗的增加大大限制了開關(guān)頻率的進一步提高。2諧振型功率轉(zhuǎn)換電路諧振型功率轉(zhuǎn)換電路是利用諧振現(xiàn)象，通過適當(dāng)?shù)馗淖冮_關(guān)管的電壓、電流波形關(guān)系來達到減小開關(guān)損耗的目的。諧振型功率轉(zhuǎn)換電路有串聯(lián)、并聯(lián)和準(zhǔn)諧振幾種。準(zhǔn)諧振型功率轉(zhuǎn)換電路是在PWM型功率轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)上適當(dāng)

12、地加上諧振電感和諧振電容而形成的。諧振電感、電容與PWM功率轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)組成了所謂的“諧振開關(guān)”（對應(yīng)PWM型的硬開關(guān)，這種諧振開關(guān)有時稱為軟開關(guān)）。在這種功率轉(zhuǎn)換電路的運行中將周期性地出現(xiàn)諧振狀態(tài)，從而可以改善開關(guān)的電壓、電流波形，減小開關(guān)損失，又由于工作在諧振狀態(tài)的時間只占開關(guān)周期的一部分，其余時間都運行在非諧振狀態(tài)，故稱為“準(zhǔn)諧振”型功率轉(zhuǎn)換電路。準(zhǔn)諧振功率轉(zhuǎn)換電路又分為兩種，一種是零電流諧振開關(guān)式，一種是零電壓諧振開關(guān)式。前者的特點是保證開關(guān)管在零電流條件下斷開，從而大大地減小了開關(guān)管的關(guān)斷損耗（p關(guān)斷=u*0），同時也能大大地減小斷開電感性負載時可能出現(xiàn)的電壓尖峰，后者的特點是保

13、證開關(guān)管在零電壓條件下開通，從而大大地減小了開關(guān)器件的開通損耗（p開通=0*i）。由于諧振型功率轉(zhuǎn)換電路是在PWM型功率轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用軟開關(guān)代替硬開關(guān)，從而減小開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時的損耗，使工作頻率大大提高。其電路形式不再贅述。3時間比例控制穩(wěn)壓原理引入時間比例控制概念的目的，是因為整流器的一個重要的性能是輸出電壓要穩(wěn)定，也就是稱為穩(wěn)壓整流器的原因。高頻開關(guān)整流器穩(wěn)壓的原理就是：時間比例控制。（1）時間比例控制原理開關(guān)型穩(wěn)壓電源示意圖如圖5-4所示。開關(guān)以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，輸入由式（可知，改變開關(guān)接通時間ton和工作周期T的比例，即可改變輸出直流電壓Uo。這種通過改變開關(guān)

14、接通時間ton和工作周期T的比例，亦即改變脈沖的占空比，來調(diào)整輸出電壓的方法，稱為“時間比例控制”（Time Ratio Control，TRC）。（2）TRC控制方式TRC有三種實現(xiàn)方式，即脈沖寬度調(diào)制方式，脈沖頻率調(diào)制方式和混合調(diào)制方式。 脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）：PWM方式指開關(guān)工作周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。本節(jié)以上提到的PWM型功率轉(zhuǎn)換電路就是指其穩(wěn)壓方式是讓開關(guān)管工作頻率固定（即周期不變），通過改變開關(guān)管在一個固定周期內(nèi)導(dǎo)通時間（即寬度）來改變直流輸出電壓最終達到輸出電壓穩(wěn)定的目的。 脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequ

15、ency Modulation，PFM）：PFM是指導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率（即工作周期）來改變占空比的方式。 混合調(diào)制：是指導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上兩種方式的混合。高頻開關(guān)元器件高頻開關(guān)整流器中，功率轉(zhuǎn)換電路是其主要組成部分，高頻開關(guān)整流器的工作頻率實際上就是功率轉(zhuǎn)換電路的工作頻率，它取決于開關(guān)管的工作頻率。所以功率轉(zhuǎn)換電路中高頻開關(guān)管性能的高低（比如開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷速度、開關(guān)壓降損耗等等）在整流器中起著至關(guān)重要的作用。目前高頻開關(guān)整流器采用的高頻功率開關(guān)器件通常有功率MOSFET、IGBT管以及兩者混合管、功率集成器件等等。下面介紹常見

16、的功率MOSFET與IGBT兩種常見開關(guān)管。1功率場控晶體管（功率MOSFET）（1）功率MOSFET結(jié)構(gòu)功率MOSFET是一種單極型電壓控制器件，具有驅(qū)動功率小、工作速度高、無二次擊穿和安全區(qū)寬等優(yōu)點。功率MOSFET采用垂直導(dǎo)電溝道，并將許多小單元功率MOSFET管芯并聯(lián)集成，故可增大漏極電流和功率。用大規(guī)模集成電路工藝將管芯并聯(lián)構(gòu)成的可稱為VVMOSFET，將VVMOSFET的V型槽尖頂削去的稱為VUMOSFET，采用雙重擴期工藝制成的具有垂直導(dǎo)電雙擴散VDMOSFET（導(dǎo)電溝道很短，在微米以下），VVMOSFET結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。功率MOSFET電壓以漏極擊穿電壓（BVDS）為指標(biāo)，

17、它表示漏區(qū)溝道體區(qū)PN結(jié)所允許的最高反偏電壓，影響B(tài)VDS的因素是漏極PN結(jié)的雪崩擊穿機構(gòu)和表面電場效應(yīng)。市場上功率MOSFET大多為N溝道器件，如國際整流器公司推出的IRF150系列VDS在100V以上，IDmax為近百安，美國IXYS公司推出的高性能HDMOS管，其BVDS達1 200V，IDmax超過160A。IGBT管結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。由圖5-8中可見，其等效結(jié)構(gòu)是一種混合器件，集MOSFET與GTR于一身（GTR為功率晶體管）。IDmax值大。功率MOSFET電壓以漏極擊穿電壓（BVDS）為指標(biāo)，它表示漏區(qū)溝道體區(qū)PN結(jié)所允許的最高反偏電壓，影響B(tài)VDS的因素是漏極PN結(jié)的雪崩擊穿

18、機構(gòu)和表面電場效應(yīng)。工作頻率功率開關(guān)器件最理想的控制電壓波形是前后沿陡直的矩形波，而實際上在開通時從截止?fàn)顟B(tài)到線性工作區(qū)再過渡到飽和區(qū)需要一段時間，反之亦然。顯然所需延時愈小，開關(guān)時間愈短，開關(guān)速度愈快。功率MOSFET的特點 驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，功率增益高，是一種電壓控制器件。開關(guān)速度快，不需要加反向偏置。 多個管子可并聯(lián)工作，導(dǎo)通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動均流能力。例如，并聯(lián)組合管中某管芯電流增加時，其溫度上升使其電阻增大，從而限制了電流的增長。 開關(guān)速度受溫度影響非常小，在高溫運行時，不存在溫度失控現(xiàn)象。其允許工作溫度可達200。功率MOSFET無二次擊穿問題。普通功率晶體管在高壓

19、大電流條件下進行切換時，易發(fā)生二次擊穿。所謂二次擊穿指器件在一次擊穿后電流進一步增加，并高速向低阻區(qū)移動。（5）功率MOSFET使用注意事項 柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞，存放時應(yīng)短路三極，放在靜電倉袋中，取出使用時，不能觸摸引線。 器件進行功能測試時應(yīng)采用專用儀表，而不能用常規(guī)電流電壓表（包括萬用表）。 在進行引線焊接時，操作者應(yīng)用佩帶接地的專用腕帶，且工作臺與焊接工具均應(yīng)接地，地面也應(yīng)接地。 導(dǎo)通時電流沖擊大，易產(chǎn)生過電流。并聯(lián)工作時，易產(chǎn)生高頻震蕩。絕緣門極晶體管（IGBT或IGT）在Boost PFC電路中，設(shè)PWM信號周期為T，Q管截止時間為TOH，則Uo=T/TOH?UI（證

20、明略）。當(dāng)Boost PFC電路中Uo上升時，取樣與標(biāo)準(zhǔn)電壓Uref比較后使K2輸出下降，從而使UZ下降；使K1輸出下降，即TOH增加，Uo下降，以保持輸出電壓穩(wěn)定。工頻濾波將工頻整流后的脈動（以低次分量居多）消除，同時還能抑制一些高頻干擾。其電路形式與輸入濾波相類似，只是濾波元件的取值和體積較大。輸出濾波由于工作在低壓大電流場合，其濾波元件體積較大，當(dāng)然由于工作在高頻區(qū)，體積又可減小很多。2高頻開關(guān)整流器的電磁兼容性隨著當(dāng)今各種電子設(shè)備的射頻干擾功率越來越大，同時電子設(shè)備本身的靈敏度越來越高，相互之間的影響也越來越大。我們不得不考慮電子設(shè)備的電磁兼容問題。所謂電磁兼容是指各種設(shè)備在共同的電磁

21、環(huán)境中能正常工作的共存狀態(tài)。其英文縮寫為EMC（Electromagnetic Compatibility）。EMC的內(nèi)容很多，簡單地分為騷擾（disturbance）和抗擾（immunity）。騷擾：電子設(shè)備自身產(chǎn)生的噪聲等干擾對外界的影響。根據(jù)噪聲向外界傳播的途徑，騷擾又可分為通過導(dǎo)線向外界產(chǎn)生的傳導(dǎo)（conducted）騷擾和通過空間發(fā)射向外界產(chǎn)生的輻射（radiated）騷擾?？箶_：能夠承受一定外界的干擾而不至于發(fā)生設(shè)備自身性能下降或故障的能力。高頻開關(guān)整流器處于市電電網(wǎng)和通信設(shè)備之間，它與市電電網(wǎng)和通信設(shè)備都有著雙向的電磁干擾，歸納起來有以下一些影響： 通信設(shè)備由于開關(guān)整流器發(fā)出的噪

22、聲而受到影響； 開關(guān)整流器對市電電網(wǎng)的反灌污染； 開關(guān)整流器向空間傳播噪聲； 外來噪聲（包括空間和輸入市電線路使開關(guān)整流器的控制電路產(chǎn)生誤作； 開關(guān)整流器產(chǎn)生的噪聲對自身的影響。對于高頻開關(guān)整流器內(nèi)部電路而言，為了抑制噪聲影響自身和外界，一般采用濾波、屏蔽、接地、合理布局、選擇電磁兼容性能更好的元件和電路等等。另外，在安裝開關(guān)電源時，注意輸入線路和輸出線路的隔離、輸出線絞合或平行線、機架地線和信號地線分開、配置必要的輸入浪通常在功率開關(guān)管上安裝具有一定面積的散熱器，圖5-16（a）是一般散熱器的安裝方法。由于管子噪聲會通過散熱器對機殼和電源引線的分布電容傳遞輸出形成干擾，為了減小這種干擾，我們

23、將散熱器接成圖5-16（b）、（c）所示。將散熱器與輸出直流接地相連，但需要加裝絕緣材料?？紤]到絕緣材料與散熱片之間的分布電容會形成另一條噪聲傳播途徑，所以在散熱器屏蔽層中間插入屏蔽層，將分布電容減小（電容串聯(lián)容值減?。?。為了減小散熱器加入屏蔽層而增加的熱阻，在安裝時可在功率開關(guān)管和散熱屏蔽層之間絕緣層涂上硅脂，并用CH接地來耦合隔離干擾，一般選擇高頻小電容。同時，應(yīng)注意屏蔽層必須接至輸入接地端。開關(guān)電源系統(tǒng)簡述目前通信用高頻開關(guān)整流器一般做成模塊的形式，由交流配電單元、直流配電單元、整流模塊和監(jiān)控模塊組成開關(guān)電源系統(tǒng)。圖5-17是一個開關(guān)電源系統(tǒng)示意圖，它包括若干整流模塊、交流配電單元、直流

24、配電單元和監(jiān)控模塊。圖中，交流配電單元負責(zé)將輸入三相交流電分配給多個整流模塊（一般用單相交流電居多）。交流輸入采用三相五線制，即a、b、c三根相線和一根零線N、一根地線E。首先接有MOA避雷器（其原理將在以后章節(jié)中講解），保護后面的電器遭受高電壓的沖擊，再接有三個空氣開關(guān)控制三相交流電的輸入與否。整流模塊完成將交流轉(zhuǎn)換成符合通信要求的直流電。這里所指的符合通信要求的內(nèi)容有：輸出的直流電壓要穩(wěn)定、輸出的直流電壓所含交流雜音小、輸出電壓應(yīng)在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，以滿足其后并接的蓄電池充電電壓的要求。同時，由于一個開關(guān)電源系統(tǒng)具有多個整流模塊，所以多個整流模塊工作時有一個相互協(xié)調(diào)的問題，包括多個整流模

25、塊工作時合理分配負載電流（即均流功能），其中某個整流模塊出現(xiàn)輸出高壓時該模塊能正常退出而不影響其他模塊的工作。一個開關(guān)電源系統(tǒng)根據(jù)情況配有一組或兩組蓄電池，其接入系統(tǒng)的位置如圖5-17所示，在整流模塊輸出后，屬于直流配電單元。除了串有相應(yīng)的保護熔絲以外，我們注意到還串有接觸器的常開觸點K，稱之為蓄電池組的低壓脫離（Low Voltage Disconnectted，LVD）裝置。當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓在正常范圍內(nèi)時，該常開觸點K是動作閉合的，也就是說蓄電池組是并入開關(guān)電源系統(tǒng)參與工作的；當(dāng)整流模塊停機，由蓄電池組單獨對外界負載放電時，隨著放電時間的延長，電池的輸出電壓會越來越低，當(dāng)電池電壓達到一個事先

26、設(shè)定的保護電壓值時，為了保護電池組不至于過放電而損壞，常開觸點K釋放打開，從而斷開了電池組與系統(tǒng)的連線，此時系統(tǒng)供電中斷（事實上如此低的輸出電壓對其后的通信負載也會產(chǎn)生不良的影響）。這種情況將造成重大的通信事故，所以我們應(yīng)加強日常維護工作，避免蓄電池組長時間放電。直流配電單元負責(zé)將蓄電池組接入系統(tǒng)與整流模塊輸出并聯(lián)，再將一路不間斷的直流電分成多路分配給各種容量的直流通信負載。其中在相應(yīng)線路中接有熔絲保護和測量線路電流的分流器。監(jiān)控單元是整個開關(guān)電源系統(tǒng)的“總指揮”，起著監(jiān)控各個模塊的工作情況，協(xié)調(diào)各模塊正常工作的作用。監(jiān)控單元主電路以CPU為核心，采用EPRAM、RAM、EEPRAM等以實現(xiàn)分

27、別存儲各種數(shù)據(jù)的目的。為實現(xiàn)多個下級設(shè)備的連接，具有串口電路。為實現(xiàn)人機對話，具有I/O接口電路，以連接鍵盤、LCD模塊和輸出告警的干接點。此外，為了保證監(jiān)控單元的高可靠性工作，具有看門狗電路。 監(jiān)控單元軟件設(shè)計采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?。監(jiān)控單元主要實現(xiàn)對開關(guān)電源系統(tǒng)的信息查詢、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)控制、告警處理、電池管理和后臺通信等功能。從監(jiān)控對象的角度我們將監(jiān)控模塊分為交流配電單元監(jiān)控單元、整流模塊監(jiān)控單元、蓄電池組監(jiān)控單元、直流配電單元監(jiān)控單元、自診斷單元和通信單元6個功能單元。下面簡單分析各功能單元分別完成哪些具體功能。1交流配電單元監(jiān)控單元監(jiān)測三相交流輸入電壓值（是否過高、過低，有無缺相、停

28、電），頻率值，電流值以及MOA避雷器是否保護損壞等情況。能顯示它們的值以及狀態(tài)，當(dāng)不符合事先設(shè)定的值時，發(fā)出聲光告警，記錄相關(guān)事件發(fā)生的詳細情況，以備維護人員查詢。2整流模塊監(jiān)控單元監(jiān)測整流模塊的輸出直流電壓、各模塊電流及總輸出電流，各模塊開關(guān)機狀態(tài)、故障與否、浮充或均充狀態(tài)以及限流與否?？刂普髂K的開關(guān)機、浮充或均充。顯示相關(guān)信息以及記錄事件發(fā)生的詳細情況。注：蓄電池組日常充電一般有兩種電壓：浮充電壓和均充電壓，一般以浮充為主，當(dāng)浮充較長時間或電池放電后轉(zhuǎn)入更高電壓的均充，在以后的章節(jié)我們會作詳細的講解。注：整流模塊一般工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，當(dāng)負載電流太大時，整流模塊自動進入“穩(wěn)流狀態(tài)”，直到負

29、載電流減小到正常范圍以內(nèi)后重新進入正常的穩(wěn)壓狀態(tài)。這種“穩(wěn)流狀態(tài)”使得整流模塊的輸出電流一直穩(wěn)定在我們事先設(shè)定的一個極限值，不會隨負載的增加而增加，我們稱之為限流。我們將在以后的章節(jié)中作詳細分析。3蓄電池組監(jiān)控單元監(jiān)測蓄電池組總電壓、充電電流或放電電流，記錄放電時間以及放電容量、電池溫度等?？刂菩铍姵亟MLVD脫離保護和復(fù)位恢復(fù)（根據(jù)事先設(shè)定的脫離保護電壓和恢復(fù)電壓）；蓄電池組均充周期的控制、均充時間的控制和蓄電池溫度補償?shù)目刂频?。監(jiān)控單元日常操作監(jiān)控單元在開關(guān)電源系統(tǒng)中負責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)其他模塊單元的正常工作，日常對開關(guān)電源系統(tǒng)的操作一般也集中在對監(jiān)控單元的操作上。對監(jiān)控單元的日常操作也就是對其菜單

30、的操作。下面對監(jiān)控單元典型的監(jiān)控單元菜單的形式加以介紹（其中列舉的具體數(shù)據(jù)以輸出直流48V系統(tǒng)為例）。1監(jiān)控單元的首頁一般在監(jiān)控單元的首頁會顯示：系統(tǒng)輸出電壓、系統(tǒng)輸出電流、交流輸入電壓、環(huán)境溫度和系統(tǒng)狀態(tài)等常規(guī)內(nèi)容。例如，某開關(guān)電源系統(tǒng)監(jiān)控單元正常時顯示屏顯示：系統(tǒng)輸出電壓： 53.5V系統(tǒng)輸出電流： 400A交流輸入電壓： 220V環(huán)境溫度： 25系統(tǒng)狀態(tài)： 浮充同時，首頁一般還會提示有無告警信息以及進入下級子菜單的途徑。常見的子菜單有：資料：包括蓄電池容量情況、下次均充時間等；系統(tǒng)輸入交流情況、輸出直流電情況等；各整流模塊狀態(tài)（告警、限流、關(guān)機、正常等）、地址配置（與監(jiān)控單元通信所分配的

31、地址）等；系統(tǒng)時間以及該監(jiān)控單元軟件版本信息等。參數(shù)：包括告警參數(shù)的設(shè)定、整流模塊功能的設(shè)定、電池功能的設(shè)定、系統(tǒng)時間和語言選擇的設(shè)定等。記錄：記錄系統(tǒng)工作時發(fā)生的事件，并有幾十條甚至上百條的歷史事件記錄以備查詢。告警：記錄顯示歷史及當(dāng)前告警事件的內(nèi)容、時間和告警級別等。2參數(shù)子菜單的設(shè)定內(nèi)容監(jiān)控單元操作中，參數(shù)子菜單的設(shè)定內(nèi)容是最多的，而且要求有足夠的開關(guān)電源系統(tǒng)專業(yè)知識才能夠準(zhǔn)確地操作設(shè)定相關(guān)參數(shù)（有些開關(guān)電源系統(tǒng)要進入?yún)?shù)的設(shè)定必須要具有一定權(quán)限的密碼以保證系統(tǒng)的安全性）。下面較詳細地介紹常見參數(shù)的設(shè)定內(nèi)容。（1）告警參數(shù)的設(shè)定 直流高壓告警電壓設(shè)定事先設(shè)定直流高壓告警電壓為58V，則當(dāng)

32、系統(tǒng)輸出直流電壓上升至58V時，系統(tǒng)將會發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸出高壓告警。 直流過壓停機電壓設(shè)定 事先設(shè)定直流過壓停機電壓為59V，則當(dāng)系統(tǒng)輸出直流電壓上升至59V時，整流模塊停機并發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸出過壓停機告警。 直流低壓告警電壓設(shè)定事先設(shè)定直流低壓告警電壓為47V，則當(dāng)系統(tǒng)輸出直流電壓下降至47V時，系統(tǒng)將會發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸出低壓告警（一般是在電池單獨放電的情況下發(fā)生）。 交流高壓告警電壓設(shè)定事先設(shè)定交流高壓告警電壓為242V，則當(dāng)系統(tǒng)輸入交流電壓上升至242V時，系統(tǒng)將會發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸入交流高壓告警。 交流低壓告警電壓設(shè)定事先設(shè)定交流低壓告警電壓為187V，則

33、當(dāng)系統(tǒng)輸入交流電壓下降至187V時，系統(tǒng)將會發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸入交流低壓告警。 蓄電池組溫度過高告警設(shè)定事先設(shè)定蓄電池組溫度過高告警為40，則當(dāng)系統(tǒng)檢測到電池表面溫度上升至40時，發(fā)出聲光告警，顯示電池高溫告警，同時如果電池處于均充則自動轉(zhuǎn)回浮充狀態(tài)。（2）整流模塊功能的設(shè)定 均充功能設(shè)定設(shè)定均充功能：開啟/關(guān)閉如果設(shè)為開啟，則應(yīng)進一步設(shè)定周期均充參數(shù)，包括開啟/關(guān)閉、周期和均充持續(xù)時間。例如典型值：周期均充開啟、周期1個月、均充持續(xù)時間10小時。注：蓄電池均充周期以及均充持續(xù)時間的設(shè)定應(yīng)根據(jù)實際使用的電池特性（廠家提供）和使用年限狀況來定，具體情況在以后章節(jié)中會詳細介紹。 限流模式設(shè)定

34、? 整流模塊輸出限流值設(shè)定：比如設(shè)為110整流模塊輸出額定電流，表示當(dāng)整流模塊輸出電流到達該值后，將不再增加電流（進入穩(wěn)流狀態(tài)），起到保護整流模塊的作用。? 蓄電池組充電限流值設(shè)定：比如設(shè)為額定容量/10(A)，表示當(dāng)對電池的充電電流到達該值后，電流將不再上升，起到保護蓄電池組的作用。 市電中斷均充參數(shù)設(shè)定當(dāng)發(fā)生交流輸入中斷后，由蓄電池組向負載供電，監(jiān)控單元同時開始累計蓄電池放電容量，以決定交流復(fù)電后是否向蓄電池實行較高電壓的均充（快速補充電池能量）。如果累計蓄電池放電容量大于設(shè)定值，則在交流復(fù)電后轉(zhuǎn)入均充，均充結(jié)束條件是：均充充電電流小于事先設(shè)定值；均充時間達到事先設(shè)定值；蓄電池組表面溫度過

35、高。只要滿足條件之一，結(jié)束均充返回浮充狀態(tài)。比如放電容量衡量系數(shù)：15；均充返回電流：10I10；均充持續(xù)時間：10小時。表示當(dāng)交流輸入中斷后，如果累計放電容量超過電池額定容量的15，則交流復(fù)電后轉(zhuǎn)入均充，當(dāng)均充電流小于10I10或均充時間達到10小時，返回浮充。（I10指電池10小時率放電電流，一般為額定容量/10，在本書蓄電池章節(jié)將作詳細講解。）注：根據(jù)不同開關(guān)電源系統(tǒng)對蓄電池組的維護策略，有些開關(guān)電源系統(tǒng)交流復(fù)電均充結(jié)束條件有所不同，如累計均充容量達到電池放出容量乘以回充百分數(shù)后，返回浮充。又如，回充百分數(shù)設(shè)為120，表示當(dāng)均充容量達到120放出容量后，返回浮充。 設(shè)定充電狀態(tài)當(dāng)均充功能

36、設(shè)為開啟時，可根據(jù)實際情況設(shè)定當(dāng)前充電狀態(tài)為均充或浮充。 浮充、均充電壓設(shè)定設(shè)定浮充電壓：比如53.5V。設(shè)定均充電壓：比如56.4V。（3）電池功能的設(shè)定 電池容量設(shè)定根據(jù)系統(tǒng)配置的蓄電池組容量，寫入監(jiān)控單元，作為監(jiān)控單元對電池組管理的依據(jù)。 溫度補償功能設(shè)定設(shè)定溫度補償功能：開啟/關(guān)閉如果溫度補償功能設(shè)為開啟，則應(yīng)進一步設(shè)定溫度補償參數(shù)：溫度補償斜率。比如設(shè)為?72mV/只，表示當(dāng)電池溫度每升高1，對電池充電電壓應(yīng)降低72mV/只；反之，當(dāng)電池溫度每下降1，對電池充電電壓應(yīng)提高72mV/只，以達到保護電池的目的。 電池測試功能設(shè)定當(dāng)設(shè)定電池測試功能為開啟時，系統(tǒng)整流模塊自動停機，蓄電池組進

37、入放電狀態(tài)，以測試蓄電池組容量情況。為保護蓄電池組不至于過多放電而影響系統(tǒng)和電池本身安全性，事先應(yīng)對電池測試功能的一些參數(shù)進行設(shè)定：最長測試時間和測試結(jié)束電壓，比如分別為5小時和47V，表示在進行電池放電測試時，當(dāng)放電測試時間達到5小時或蓄電池組電壓下降到47V時，系統(tǒng)自動結(jié)束放電測試，整流模塊自動開機，以保證系統(tǒng)和電池組的安全。 低壓脫離參數(shù)設(shè)定設(shè)定低壓脫離參數(shù)：低壓脫離動作電壓、低壓脫離復(fù)位電壓。比如分別設(shè)為44V、47V，表示當(dāng)系統(tǒng)電壓下降到44V時，蓄電池組自動與系統(tǒng)脫離，當(dāng)系統(tǒng)電壓回升到47V時，蓄電池組自動與系統(tǒng)連接（即低壓脫離復(fù)位）。之所以復(fù)位電壓高于脫離動作電壓的原因主要是防止

38、低壓脫離裝置頻繁動作（大家可以自己思考）。（4）系統(tǒng)時間和語言選擇的設(shè)定設(shè)定系統(tǒng)時間，為監(jiān)控單元記錄事件提供時間依據(jù)。同時，系統(tǒng)一般可提供多種操作語言可供選擇（比如簡體中文、繁體中文和英文等）。5.6開關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護由于高頻開關(guān)電源系統(tǒng)在通信電源系統(tǒng)中所處的重要地位，對它的運行管理和維護工作是非常重要的。由于開關(guān)電源系統(tǒng)本身平均無故障運行時間（Mean Time Between Failure，MTBF）的長短、日常維護質(zhì)量的優(yōu)劣、外界干擾強度和工作環(huán)境等因素的影響，設(shè)備發(fā)生故障是難免的，對故障的迅速、正確排除，減少故障所造成的損失是項重要的基本任務(wù)。目前的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)具有一定

39、的智能化，不但體現(xiàn)在具有智能接口能與計算機相連實現(xiàn)集中監(jiān)控，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)監(jiān)控單元能顯示故障事件發(fā)生的具體部位、時間等等。維護人員利用監(jiān)控單元的這些信息能初步判斷故障的性質(zhì)。但由于目前高頻開關(guān)電源系統(tǒng)智能化程度還遠遠沒有達到真正能代替人的所謂“人工智能”的程度，很多實際故障發(fā)生后的判斷處理仍然需要有經(jīng)驗的電源維護人員根據(jù)故障現(xiàn)象，進行縝密分析，作出正確的檢查、判斷及處理。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障后，需進行維修。系統(tǒng)檢查維修的基本步驟如下：（1）首先查看系統(tǒng)有無聲光告警指示。由于開關(guān)電源系統(tǒng)各模塊均有相應(yīng)的告警提示，如整流模塊故障后其紅色告警指示燈點亮，同時系統(tǒng)蜂鳴器發(fā)出聲告警。（2）再看具體故障現(xiàn)象或告警信息提示。例如觀察具體故障現(xiàn)象與監(jiān)控單元告警單元提示是否一致，有無歷史告警信息等，有時 非正常告警類故障：這一類故障發(fā)生時，雖然系統(tǒng)有故障燈亮、告警聲響等現(xiàn)象，但情況與監(jiān)控單元告警信息不一致或監(jiān)控單元無相應(yīng)告警信息。功能喪失類不告警故障：這一類故障發(fā)生時，系統(tǒng)的功能發(fā)生異?；騿适?，但系統(tǒng)沒有任何告警提示。性能不良不告警故障：這一類故障發(fā)生時，系統(tǒng)檢測的參數(shù)不符合系統(tǒng)性能指標(biāo)，發(fā)生檢測不準(zhǔn)或參數(shù)不對等情況。在實際檢修過程中，可以根據(jù)故障現(xiàn)象歸入上述一種或多種情況。1正常告警與非正常告警系統(tǒng)告警類的典型特征是系統(tǒng)對應(yīng)部位聲光告警，例如，交流配電發(fā)生故障會發(fā)生配電故障燈亮，或有