直流电源范文

导语：如何才能写好一篇直流电源，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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2、测量12V直流和交流电源的区别。如果用数字万能表测量的话，使用20V的交流电压和20V的直流电压这两个档来分别测量的话会有不同的结果。

如果是使用简单的测量方法的话，用感应电笔进行测量的话，12V的交流电源会有一定的显示，但是12V的直流电源是没有显示的。

3、使用方面。在使用上直流电源通常适用于电子产品，因为它的电压是稳定的，而且没有噪音。但是交流电源是要经过一定的方法变成直流电才能用在电子产品上的。

4、图型的不同。直流电源交流电源都有着自己的图型表示方法，直流电的图型就是一条直线表示，在理想的情况下，电压是恒定的。而交流电源的图型是波浪形的，它的电压在每个时刻都是不一样的，电压具有一定的周期性，但是这种电压的变化我们在看灯泡的亮度变化时是不能用肉眼看出来的。

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【关键词】磷酸铁锂蓄电池；DC/DC变换器；微型断路器

1、装置性能

本装置旨在为微机保护装置、控制装置、框架开关、塑壳开关等需要直流电源供给的电力设备提供稳定电压，可通过档位变换灵活提供DC110V、DC220V，满足了变电站内绝大部分直流负荷的需求。装置性能如下：

（1）可稳定输出直流电压220V/110V，稳压精度小于1%；

（2）可以直流功率1200w持续输出1小时以上，以应对变电站内直流冲击负荷；

（3）输出功率与时间成线性关系，可在10小时内灵活调节输出功率；

（4）由磷酸铁锂蓄电池组提供动力，与传统铅酸蓄电池相比，能量比为后者的4-5倍，体积小，重量轻；

（5）装置可循环充放电使用2000-3000次，且绿色无污染，无回收压力；

（6）装置为移动式，便于携带与转移。

2、功能实现原理

移动式直流电源装置由动力单元、保护单元、充电单元、输出单元共同完成电压输出功能。由4节磷酸铁锂电池串联成为蓄电池组，再经由DC/DC（变比为12/110V、12/220V）变换器升压，从而稳定输出DC110V电压。

（1）动力单元：由4节磷酸铁锂电池串联而成。每节电池稳定提供3.2V输出电压，4节电池串联则可提供DC电压12.8V；每节蓄电池组容量为100Ah，即可以10A大电流持续输出10小时。由于磷酸铁锂电池容量与时间的线性关系，可以根据输出时间灵活调整输出功率；

（2）充电单元：由1台临时充电机、#2微型断路器（额定电流50A）组成。蓄电池由于平时自放电导致容量下降，需要由临时充电机补充充电。在蓄电池组容量低于80Ah时，将临时充电机调至均充状态，合上#2微型断路器即可以80A电流对蓄电池补充充电；

（3）保护单元：由2个熔断器（额定电流100A）、#1微型断路器（额定电流50A）组成。当使用动力单元供电时，C特性微型断路器与熔断器组成主备保护。由于蓄电池严禁过度放电，其放电电流不能超过100A，则当线缆载流量大于100A（2倍）时，#1微型断路器根据C特性反时限动作曲线延时跳闸，以避免烧坏装置；若#1微型断路器不能及时跳闸，则由#1、#2熔断器立即跳闸，切断电源。

（4）输出单元：由1台DC/DC变换器及输出端子连接而成。由单相桥式整流电路、隔离变压器等组成。通过可选择档位，可将DC12V电压升压至DC110V或220V，为其他装置提供稳定电源。

3、使用步骤

（1）检查蓄电池外观是否正常、极柱紧固情况，确认回路无断开；

（2）用万用表测量磷酸铁锂蓄电池组，确认整组输出电压在DC12.8V；

（3）将#1开关置于“合位”，#2开关置于“分位”，#1、#2熔断器置于“合位”；

（4）用万用表测量输出端子，确认输出电压为DC110（或220）V；

（5）断开#1开关，将装置连接至需要提供直流电压的设备后合上#1开关，即可正常使用。

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论文摘要:论 UPS、直流电源在线维护管理系统的组成及其功能，并提出建议。

UPS和直流电源是企业重要的供电保障设备，传统的维护管理包括：①日常巡检外观，定期更换电池、滤波电容、风机等易损件，大修时做电池活化等；②改造或采用换代设备，使用高级工具测试电池性能。这种管理方式企业投入成本高，维护人员工作量大，不易实时掌握设备运行状态和关键数据，设备事故预防能力低。实施在线维护管理可避免传统方式的不足之处，获得良好效益。下面介绍某企业实施实例及注意事项。

一、计算机在线维护管理系统

（一）系统组成

1、总控站（后台）。由监控站、工程维护站、系统接口等构成，运用管理分析软件处理接收的数据并通过Web。工程维护人员登录服务器可查看全厂所有在线设备的运行状态以及完善的历史、实时数据分析统计。

2、现场设备控制站（ES）。根据现场设备需要，可选择监控功能仪或设备运行状态信息彩集仪（EII）。EII通过RS-232/485端口与电能表、电池采集模块、直流屏、UPS等智能设备通信，将监测数据转换为符合通信协议的数据包，接入局域网，传送至主控室服务器。独立完整的ES包括以下部分。

（1）系统主机。由下行串口通道、数据处理器、显示器、上行串口通道组成。下行串口通道通过RS-485总线访问电池电压采集模块，采集数据，管理电压采集模块，数据处理器完成数据解压、数据计算、存储管理，将处理后的数据一部分送往显示器，另一部分由上行串口通道发送至协议处理器，或传给上一层管理系统。

（2）数据采集模块组。可根据用户需要确定采集数据要求及配置相应采集仪器，一般由电池电压采集模块、电流、温度、功率等组成，模块间隔离良好、绝缘性强，可靠性、安全性高。数据采集可分组，每个模块可对一定数量电池进行电压采集，可配备电流、温度传感器，模块间与系统主机一般采用RS-485连接。

（3）协议处理器。具有协议处理程序的接口板，处理各种通信协议。可实现：①将主机发送的电池电压、电流、温度等信息按约定协议编码、打包、发送至远程服务器；②将远程服务器发出的遥控、遥调指令经过解码发给主机，实时控制。

（4）放电模块。可快速测出电池直流内阻，瞬间测试电池性能，大功率放电模块可提供瞬间大电流冲击负荷。

（5）远程服务器。实现局域网内计算机数据通信，通过局域岗远程访问现场的蓄电池监测系统，接收、分析数据，通过Web服务器数据。

3、通信网络。联网现场设备各分站（采集监控站），采用光纤作为数据通信主干线，组成全厂UPS和直流电源在线监控的局域网。

（二）系统主要功能

1、台账管理。集成各站UPS、直流系统、蓄电池信息设备及查询功能。可查询每台UPS、直流设备的每节电池电压、平均电压、整组电压、充放电电流、环境温度等实时、历史数据，以曲线和柱状图方式显示，或生成报表打印。

2、实时分析。对选定时间段内的电池运行状态、历史数据进行分析，当某个蓄电池被放过电，满足一定电流范围和时间（大于设置值）时，系统将对蓄电池进行电池容量评价（容量估算）。

3、报警指示和查询。可对每台UPS、直流电源故障进行报警，提供报警查询，以便及时处理。

4、网络化。系统具有远端通信和遥测、遥信、遥控功能，使远程服务器通过以太网对各站UPS、直流电源、蓄电池监测系统进行实时监控与数据管理。还可根据企业需要，与其他系统联网，采集一些重要设备的信息，实现更多功能。

二、系统应用注意事项

认真查清企业内部UPS和直流电源现状以及企业现有网络规模，根据设备功能和重要性合理配置。

1、确定网络构架方案，即企业是否有必要建立完整网络系统或在现有网络基础上构建，对单个电池组也可实现完整、独立的在线维护管理。

2、以在线管理系统为核心，辅以必要人工测试，可降低管理成本，大站、关键设备直接采用完整系统，小站、单体UPS等经后台机处理形成整体维护管理系统。

3、有些UPS和直流电源已具备多种管理功能，如状态参数、状态记录、报警等，合理配置不仅降低开发成本，还可减少线路过多带来的故障隐患。

4、维护管理系统只进行监视，建议控制指令（如故障处理、切换、活化等）的发出由人工实施。

5、系统建立后，可在有人值守的地方设监视站，由操作人员实现全天候运行状态监视，维修人员要定期查阅管理。

6、要预留接口和协议以便兼容其他系统，系统上层管理也可建在企业已有网站上。

7、建议状态管理系统与过程控制或执行系统分开，注意相互间独立性，不要相互干扰。

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关键词：直流电故障 处理措施

随着电力事业的发展，电力系统变电站综合自动化系统、微机保护系统的广泛采用、变电站无人值班方式的逐步实行，由此对变电站直流电源的可靠性提出了更高的要求。

1 直流电源模块故障

某变电站发生直流系统故障，当监控端发出“直流屏模块故障、直流屏系统故障总信号”经过一段时间后发出“直流屏电池欠压”。接通知后到现场检查，发现控制模块、充电模块显示屏无显示，模块风扇停止，模块处于失电状态。经查看各模块交流输入正常，监控系统显示模块故障。现场直流由蓄电池供给，情况十分危急。联系检修人员经更换损坏的直流模块后，直流系统恢复正常。事后分析当时该地区正发生雷雨天气，而该站又没在模块输入进线处装设C级、D级避雷器，从而使得直流模块被雷击而损坏。在安装调试时还发现当并列的电源模块间输出电压相差较大时，输出电流将会不平衡。故障分析时检查换下来的模块单元，还发现模块滤网及风扇积满灰尘。

通过当时的故障处理，以及对故障模块的检查并结合其他站的模块故障，经过分析总结，找出造成变电站内直流模块故障及异常的原因。

1．1 直流模块故障的分析

(1)直流模块由于长期重负荷运行、甚至过载而损坏。

变电站直流模块在设计时容量配置采用的是N+I的标准，在一台模块故障时仍能保持其他模块正常运行，因此在正常情况下模块一般不会过载。由于目前半导体功率器件和磁性材料等部件性能的原因，单个直流电源模块的最大输出功率无法满足有些变电站的总功率要求，直流电源模块的并联是不可避免的，否则无法

满足现在变电站对直流供电模块功率的要求。

尽管每个直流电源模块单元具有输出自动均流功能，但是并联运行的各个模块特性的不一致导致各模块负荷电流存在不均衡情况。有些模块可能承担更多的电流，极端情况下甚至过载，而有些模块运行于轻载状态，甚至基本上是空载运行。由于存在部分模块分担负荷多、部分模块分担负荷少这一情况，其结果必然加大了分担负荷多的模块损坏的可能性，也缩短了分担负荷多模块的正常使用寿命，降低了系统的可靠性。通过检查并列直流模块的负荷情况，发现各模块输出电压的差异将导致负荷分配的不平衡。当其中一个控制模块输出直流电压高于其他模块5 V以上时，此模块将承受直流负载的大部分负荷。此直流模块所分担的负荷往往超出单个直流模块所能承受的最高负荷，从而导致直流模块的过载损坏。

(2)直流模块交流进线处未安装避雷器，或避雷器的安装不符合防雷要求。一些老站在早期综合自动化改造时，设计不是太规范，有的未安装避雷器，造成雷电侵入交流电缆经交流回路进入直流模块造成模块损坏。而一些已安装了，C级、D级避雷器的变电站其避雷器之间的电缆距离过短使得雷击过电压无法衰减至模块可承受的电压值，远远大于模块过压保护值，造成了直流模块损坏。避雷器分为间隙类、放电管类、压敏电阻类、抑制二极管类、压敏电阻一气体放电管组合类、硅化类等。目前避雷器常用的有氧化锌压敏电阻和气体放电管2种。氧化锌压敏电阻避雷器分为单片压敏电阻避雷器和多片压敏电阻避雷器，是限压型保护器件，平时呈现高阻状态，一旦有脉冲电压，立即将电压限制到一定值，其阻抗突变为低阻状态。与气体放电管比较，它最大的优点是当它吸收脉冲电压时因残压高于工作电压，不会造成电源的瞬间短路，同时动作时间比放电管短。气体放电管避雷器分为开放式放电管避雷器和密闭式气体放电管避雷器。气体放电管避雷器虽然具有很强的承受大能量冲击的能力，但存使用时，由于气体放电管在放电时残压极低，近似于短路状态，对系统的影响较大。模块进线处安装压敏电阻避雷器已能满足防雷保护的要求。为了减小对系统的影响一般采用压敏电阻避雷器，作为C级、D级避雷器。采用c级、D级多级保护时，存在着一个前级保护和后级保护如何配合的问题。c级、D级避雷器这两级避雷器之间为了能够满足配合要求，必须保持足够的距离，以利于两级避雷器之间的配合。保证C级避雷器先于D级避雷器动作，泄放部分雷电的能量，限制残压，之后再由D级避雷器动作进一步泄放雷电的能量，限制残雎，从而使进入直流模块的电压限制在模块能够承受的范围以内，保护直流模块不受损坏。

1．2 直流模块发生异常原因

风冷型模块长期运行后积攒灰尘过多，影响散热。风冷型直流模块通过风扇的转动散出模块内部由于元件工作所产生的大量热量。模块具有过温保护功能，当模块的进风口被堵住或环境温度过高导致模块内部的温度超过设定值时，模块会过温保护，模块无电压输出。当异常条件清除、模块内部的温度恢复正常后，模块将自动恢复为正常工作。因此当模块由于长期运行进出风口积聚大量灰尘造成散热不良时会使温度过高，过温保护动作模块不在输出，必然加重其他正常模块的负荷供给。随着负荷的加重增加模块异常的机率。即使温度没有超过设定值时，长期的高温也会影响模块的正常使用寿命。

2 直流电源模块故障的处理

(1)模块过负荷损坏其主要原因是并列模块问的负荷电流不平衡造成的，为了保证模块间的均流，在安装调试时通过调节各模块的输出电压，使其输出电压基本达到一致，实现各模块问的负荷分配的平衡。在验收时应该严格把关保证各模块输出电流的平衡。在平时巡视时应注意查看各模块的电流是否在允许的偏差范围内(自主均流法的模块问输出电流不平衡度±3％ 。)，如超出范围及时检查模块并查找原因，杜绝并列模块间的负荷电流不平衡度超出允许的范围的情况发生，从而防止直流电源模块因负荷电流不平衡而造成损坏。

(2)交流进线处加装合格的C级和D级两级避雷器，加装的C级、D级避雷器之间应保持5m 以上距离，以利于限制雷电波的残压，有效地防止过电压的冲击，保障电源系统正常工作。在满足防雷要求的情况下，选用性能更加优良的氧化锌压敏电阻避雷器。加装氧化锌压敏电5H避雷器时前端要串接相应容量的断路器(可

发出遥信信号)来提高直流系统可靠性。

断路器的作用：在避雷器损坏时，方便更换；在避雷器发生老化时，避免发生对地故障。避雷器损坏，避雷器与母线问的断路器跳闸后就可以及时发信，为及时发现异常和缩短故障处理时间提供便利。巡视时要注意查看避雷器是否完好有无异常，接地引线是否完好接地。

(3)巡视时注意直流电源模块的散热情况，如发现散热不正常，温度过高及时检查并查找原因。经常对直流电源模块进行除尘工作。如发现直流电源模块长期运行以致于积聚灰尘过多的必须立即进行除尘，保持模块进出风口的通畅，保证直流电源模块的散热正常，防止由于滤网及风扇积灰，导致散热不良引起直流电源模块的损坏。同时也要保持直流屏的通风散热。注意直流屏安装场所的环境温度，温度过高时及时开启空调。通过以上措施保证直流模块有良好的运行环境。

3 结语

随着安全稳定电网的需要, 变电站直流系统日益受到重视。近几年对各公司针对对变电站直流电源系统下达了不少规程、规范和反措要求, 为我们解决直流系统存在的问题和提高其运行可靠性提供了强有力的支持。

[参考文献]

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关键词：开关直流电源；纹波抑制；问题；措施

开关电源主要是对电路电源进行控制，一般来说，开关电源的效率较高，输出的电压也可以进行有效的调节，并且也能够尽可能的降低损耗，在体积上也较小，自重较轻，由于开关电源有着的如此多的优点，使得其应用的范围相对较广。但是开关电源中也存在着纹波的问题，采取有效的手段对纹波进行抑制，方能更好的保障电路运行的安全和稳定。下面本文就主要针对开关直流电源的纹波抑制问题进行深入的探究。

1 开关电源纹波产生的原因

开关电源主要的作用就是将电网电路中的电压整流有效的转化为直流电，在合理的利用高频开关的基础上，实现对直流电的逆向转换，使其形成交流电，然后再通过开关变压所具备的降压作用，来将高频二极管中的整流有效的转化为直流电并进行输出。而在开关电源中，纹波的出现主要是受到了如下几种因素的影响：

1.1 低频纹波

一般来说，低频纹波主要是因为滤波电路中呈现出的电解电容量不足所导致的，开关电源本身的体积就相对较小，在这一因素的限制下，电解电容对的容量也就无法无限制的增加，其所能够容纳的容量也相对较小，这样就使得对低频纹波产生，而相较于其他的纹波形式来说，这种低频纹波会随着电流中纹波频率的整流变化而呈现出一定的变化。

1.2 高频纹波

当开关电源的逆变桥开关管处于开关的状态时，要想使得高频开关所具有的变压器体积可以有效的缩减以及能够保障其标准的重量，就需要对开关管的开关转换频率进行有效的控制，如果开关转换的频率相对较高，那么尖峰电压过冲就会随之出现，这样也会产生一定的纹波，使得开关电源中所输出的电压也出现相应的纹波，从而纹波之间就会产生共模效应。

1.3 闭环调节器引起的纹波

通常而言，开关电源在进行电压输出的时候，需要合理的利用闭环进行控制，而这就需要利用反馈网络来对输出电压一端的纹波进行有效的调控，并将其输送到调节其中，在通过贿赂后，会使得调节器出现振动的迹象，从而就会产生纹波。而这样的纹波一般没有固定的电压，工作频率也较为随意，同时，在对调节器进行参数设置的过程中，如果出现设置不当的情况，也会引发纹波。

2 纹波抑制措施

2.1 低频纹波的抑制

针对低频纹波进行抑制的过程中，可以采用的措施主要包括以下几种：

首先，合理的应用有源滤波器来进行低频纹波的降低处理，使得低频纹波的容量可以得到有效的减少，应用这样的方法，主要是基于晶体发射极电流而研究出来的，这种晶体管发射的极电流是普通极电流的1+β倍，采取这一方法来对低频纹波进行控制，可以使得其基极虽然接受到电容量较小，但是却可以相当于一个较大的电容量。其原理电路如图1所示。

其次，就是要在输出位置处进行低频滤波器的设置，依据低频滤波器来对纹波的出现进行抑制。采用这种方法主要是依据高频开关整流的输出原理来对电压以及电流进行过滤，将高频开关的逆变利用PWM来进行调节，将差模纹波转化为低频纹波，尽可能的减少纹波的出现。在对滤波器进行选择的时候，也需要充分的考虑到输出端的具体需求，这样才能够使得低频滤波器能够发挥出其应用的效用。

2.2 高频纹波的抑制

高频纹波抑制的目的是给高频纹波电压提供通路，常用的方法有以下几种：①在高频开关变压器的初级增加尖峰电压抑制网络，在开关变压器中增加屏蔽层，并将屏蔽层接地，有利于降低高频纹波电压。②合理布线，开关电源中印制板及系统的装配布线应充分考虑高频耦合这一特点，避免使用平行布线，使引线尽可能短，在能使用绞线的地方多使用绞线或屏蔽线，将屏蔽线的屏蔽层及电源外壳都接地，对多电源同时工作的场合采用单个屏蔽和接地，强弱电分开走线。③降低逆变桥中开关元件与高频整流管的开关应力，共模纹波是由于开关元件通断时电路中寄生电感的存在引起的，所以在开关元件上并联限制开关应力的过压吸收网络可以减小输出纹波。该方法应用中应特别注意开关应力抑制，网络中快恢复二极管为超快恢复型，电阻元件为氧化膜电阻，电容为无感瓷片或云母电容，且与开关元件之间的引线应短。

2.3 闭环调节器参数不适当引起的纹波抑制

在开关直流电源中，往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大，这部分纹波可通过以下方法进行抑制。

①在调节器输出增加对地的补偿网络，调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。②合理选择反馈电压值，反馈电压过大会引起调节器振荡，使输出纹波增加，反馈电压太小将使输出纹波电压不能得到很好及时的抑制。③合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数，开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激，使输出纹波含量增加，过小的开环放大倍数将使输出电压稳定性变差及纹波含量增加，所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取，调试中要根据负载状况进行调节。

针对上述的开关直流电源纹波抑制的方法进行分析，并进行实际应用的校验，经过检验就可充分的了解到开关直流电源纹波的具体含量能够通过数据进行有效的体现，依据显示出的数据就可以发现，在采用如上的方式对开关直流电源进行纹波抑制的时候，可以使得纹波降到万分之一以下，这就表明，上述的纹波抑制方法在实际的应用中，具有明显的可行性和有效性。详细的纹波抑制效果数据可见表1。

结束语

通过本文的分析可以清楚的了解到，在对开关直流电源的纹波进行抑制的过程中，需要先对纹波的出现情况进行有效的分析，在对开关电源进行设计的时候，也需要采用不同的方式来对低频纹波和高频纹波进行有效的抑制，针对闭环调节器的相关参数进行合理的设定，选择适宜的滤波器，从而使得相关的参数选择可以对电源纹波形成积极、正面的影响，这样就能够有效的防止开关直流电源纹波的出现。

参考文献

[1]石挺，杨深，刘洋，陈育明，陈大华，任亚炎.纹波电流对LED光效的影响[J].照明工程学报，2013（3）.

[2]吴晓亮.发射机激励器开关电源输出纹波的测量和抑制[J].民营科技，2012（11）.

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利用高压直流系统固有的快速、大范围可控制的输送电能的特点，可以借助交直流系统联合调节的手段来提高与直流系统相连接的交流系统的运行稳定性。为了实现这一目的，必须在直流输电系统主控制器上附加特殊的稳定控制器。文章基于此在介绍了高压直流输电的特点的基础上对高压直流电源控制系统的运行特点进行了研究。

二、高压直流输电的特点

1、功率传输特性。随着输送容量不断增长，稳定问题越来越成为交流输电的制约因素。为了满足稳定的要求，常需要采用串补、静补、调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电电压。但是这将增加很多电器设备，代价昂贵。直流输电没有相位和功角的问题，当然也就不存在稳定问题，只要电压降、网损等技术指标符合要求，就可以达到传输的目的，无须考虑稳定的问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。

2、对线路故障的自防护能力好。交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4-0.8s，加上重合闸时间，约0.6—1s恢复。直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降到零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2-0.35s内。若线路上发生的故障重合(对直流输电系统为再启动)过程中重燃，交流线路就三相跳闸了。直流输电系统则可以用延长留待去游离时间及降压方式来进行第二、第三次再启动，创造线路消除故障、恢复正常运行的条件。对于单片绝缘子损坏，交流系统必然三相切除，直流系统则可降压运行，而且大多能取得成功。

3、潮流和功率控制可实现自动化。交流输电的潮流取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，控制难度较大，需由值班人员调度。直流输电系统的功率传输可全部自动控制。

4、对短路容量无影响。两个电网以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换。如果两电网以直流系统互联(背靠背方式)，无论哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都是不大的，因此不会影响交流系统的断路容量。

5、调度管理简便。由于通过直流系统互联的两端交流系统可以有不同的频率，输送功率也可保持恒定(恒功率、恒电流等)。对于送端而言，整流站相当于交流系统的一个负荷。对于受端而言，逆变站则相当于交流系统的一个电源。两个电网相互之间的干扰和影响小，运行管理简单方便，对我国当前发展的跨大区互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系统非常适用。三、高压直流输电控制系统的特点

高压直流输电系统的快速潮流控制能力以及其高度可控性在世界上的很多工程中得到了充分应用。它的有效运用决定于适当利用它的可控性以保证电力系统的所需性能。以提供高效而稳定的运行、最大限度地提高功率控制的灵活性而不危及设备的安全为目标。以下将主要论述高压直流输电控制系统的特点。

(一)控制系统基本结构。直流输电控制系统通常被分为三个层次，第一层为主控制级，也称为双层控制级。通常包含3个模块，分别是接受调度中心发来的输送功率指令的模块、功率调制和快速功率变化控制的模块和计算直流电流指令值的模块，即期望的直流电流值，电流控制的期望值从这个模块被传送到第二层次的控制系统，即极控级。第二层为极控制级。直流输电极控制级中各控制器的目标是使直流输电系统按照某种特定的特性曲线来运行。极控制级的主要控制功能是经过控制运算以后发送一个触发角指令给第三层次阀组控制级的各个阀组控制单元。第三层为阀组控制级。阀组控制级主要有两个功能：取触发脉冲的同步信号和产生满足要求的触发脉冲系列以触发晶闸管阀。触发脉冲的同步信号应严格与换流站交流母线电压频率保持确定的倍数关系，以满足当系统发生严重故障，换流站交流母线电压大幅度跌落时仍能正常工作的要求。直流输电的阀组控制主要涉及系统硬件电路的设计。

(二)高压直流输电控制方式。直流小方式调制控制；小方式调制的目的主要是阻尼一种或多种模态的振荡，控制信号一般加于直流基本控制的电流指令环节。由于调制功率幅值不大的缘故，小方式调制无需两端换流站之间的通信。直流大方式调制控制：大方式调制控制旨在扩展系统暂态稳定极限，从而保障系统在大扰动下的安全。控制作用点通常取为直流基本控制的功率直流环节。相对于小方式调制控制，大方式调制对直流功率改变幅度较大，作用时需要与对端换流站通信。有的大方式调制控制信号取为两端交流系统的频率偏差，这样的控制器也可被称为频率调制控制器，因为由它的控制作用可以提高两侧交流系统的频率稳定性。Y角调制：对于直流联系的弱交流系统，直流功率调制的功效将大大削弱。假设整流侧调制作用使得直流电流上升，由于直流电压是由逆变侧电压控制环节以及换流站交流母线电压决定的，随着电流的上升逆变侧无功功率的需求量将增加。该问题的一种解决方法是在逆变侧引入Y角调制从而保障整流侧功率调制的有效性。

(三)钢铁企业直流输电系统的发展。在钢铁企业中积极有序地推进节电技术与管理对提高企业的节能水平尤为重要。在供配电环节，变压器等电能基础设施配置、更新及高效运行：传统的节电方法和渠道已经在钢铁企业广泛采用，并取得一定成效。在此基础上钢铁企业如何采取新的举措，开辟新的节电渠道，挖掘节电潜力。成了企业当务之急。伴随着全球性的通胀，电价上涨将是一个长期趋势，生产用电成本的上升只能靠企业加强用电管理，提高节电水平来逐步消化。其中，在技术层面的节电技术发展较快，已经或者正在钢铁企业中得到大力的推广和应用。

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关键词： 变电站 直流电源屏 电源设备

目前我国电力所使用的直流分合闸电源大部分采用相控电源，但相控电源在纹波、效率、体积等方面不尽人意，监控系统不完善，主从各分，用户使用不便，对电力系统新的要求达不到标准。另外由于充电设备与蓄电池并联运行，当纹波系统较大、浮充电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉冲充电放电，对电池不利。

90年代以来，美国、德国等西方国家新建电厂和变电站已全部采用开关电源，其蓄电池也由原来的镉镍电池改用铅酸免维护蓄电池，由于新的断路器（真空开关或弹簧储能式）的采用，合闸电流大幅减少，双母线也逐步用单母线取代。

高频开关电源以其体积小、重量轻、效率高、输出纹波小、模块叠加、N+1热备份设计，及便于计算机管理等优点，迎合了现代电源的潮流。在计算机、航天、通信、仪器仪表方面，开关电源已得到广泛应用。近年来，国内用的电源已逐步由开关电源取代相控电源，可以预计，在电力操作电源方面，开关电源逐步取代相控电源会成为趋势。

随着高频开关电源在我国电力系统的日益普及，越来越多的变电站（所）发电厂的常规直流电源屏被高频开关电源所取代。原电力部、水利部也明确下文推广（变）电站小型化、无人值班化模式。这一发展趋势使直流电源设备市场上出现了众多厂家。那么，如何选择你所需要的直流电源屏？笔者就多年从事相关工作的体会，谈谈如下看法。

1.所选设备是否适用

许多人在选择高频直流电源装置时，常有这样的认识，即技术等级越高越好，价格越贵越好，其实并非如此。任何产品从试制到完善成熟都有一个过程，这其中需要用户对实际运行中出现的问题反馈给厂家以不断地改进，并且高频开关电源原理已经很成熟，大部分厂家都采用经典电路。因此你选择的装置最好是该厂家有一年以上稳定运行经验的产品。另一方面要考虑自己（变）电站的技术要求适配性，如我国大部分农村（变）电站不具备无人值班的条件，就没有必要选择四遥功能齐全的装置，如考虑以后可能的联网，实现通讯的要求，则订货时可要求保留通讯接口，以便于今后的改造。其次电池选择也很重要，电池分为防酸式、密封式、全密封式，现一般选择全密封式。

2.设备的抗干扰性及可靠性

电力系统最首要、最根本的要求乃是设备的安全性、可靠性。为此，在选择直流电源装置时，应特别注意其抗干扰性的主要措施。

高频开关电源都采用微机控制，如有的厂家采用工控机，有的采用可编程控制器，有的采用单片机，而计算机技术发展很快，因此常常出现的情况是：代表当年最先进技术生产的产品却缺少必要的运行时间，其可靠性如何就是一个疑问。一般来说，用可编程控制器可靠性高，但价格贵。

3.操作维护是否简单方便

用户在采用高频开关电源肯定其先进性能时，还应重点考虑其操作是否简单易学，维护是否方便，因此中央控制器的控制软件不论如何先进如何复杂，都应使其界面直观，操作简单、方便。在出现故障时其显示屏能自动显示故障性质、发生时间、发生位置等主要参数，有较强的自检功能，以便于用户进行维护。所以在选择直流电源屏时要注意观察厂家的软件显示，并结合自身今后运行维护的实际情况，考察其中中央控制器的操作、显示否简单、直观。

4.价格是否合理

合理的价格是大多数用户必须要考虑的因素之一。很多用户在考虑直流电源屏时，常对同一类型设备不同厂家价格差异过大感到不解，其实这是由几个原因造成的：其一，高频开关模块的造价不同，有的厂家的高频开关模块是采用进口元件，其模块的成本较高，而有的厂家的高频开关模块是采用国产元件，其成本较低。其二，中央控制器的造价不同，有的厂家的中央控制器是采用可编程控制器（PLC），这是现在大多数厂家所采用的，而可编程控制器的生产厂家也不同，其中国产的品牌价格较低，原装进口的价格较。其三，不同厂所用的模块输出电流大小不一样，如模块的输出电流小，配的模块数多，可靠性高，但增加成本。对于以上种种因素，用户在订购设备时，要综合考虑。

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关键词：数控直流电源；稳压电源；电压源；电流源

中图分类号：TM461文献标识码：A文章编号：10053824（2013）04006707

0引言

数控直流稳压电源应用非常广泛，是学习电子信息工程、通信工程、机电一体化、电气自动化等电类专业学生必然涉及到的一个电工电子课程设计项目。全国大学生电子设计竞赛曾于第一届A题、第二届A题和第七届F题（电流源），全国首届高职院校技能竞赛样题以及省级院校竞赛都有涉及，用来检验学生的电子设计能力，可见其普遍性。

虽然较多论文都涉及，但电路设计的多样性以及制作经验篇幅鲜少，不足以使读者完成作品并举一反三。笔者参阅数十篇关于数控直流电源系统的设计，发现许多很难读懂的问题。例如，给出参数设计输出达20 V电压，但运放直接驱动达林顿管明显无法输出达22 V以上。又如，通篇无关紧要的内容，唯独缺少比较放大环节设计及关键电路的完整连接，也就是说DAC输出到调整管之间内容匮乏，这也是本文解决问题的初衷。

直流稳压电源按照功率管工作状态，分为线性稳压电源、开关稳压电源2种。鉴于电类专业课程设计的需要，本文重点解析线性稳压电源之关键设计，如与OP放大器设计联系密切的部分，希望对读者制作该项目或写论文有所帮助。

1设计要求的性能指标与测试方法

1）输出电流IL（即额定负载电流），它的最大值决定调整管（三端稳压器）的最大允许功耗PCM和最大允许电流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）

2）根据输出电压范围和最大输出电流的指标，U/I可计算出等效负载阻值。例如，输出电压要求达30 V，最大输出电流1 A，因此模拟负载应满足从几Ω到30 Ω之间，调整管耗散功率应满足30 W以上，考虑加散热片。

1.2质量指标

纹波电压：是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。在额定输出电压和负载电流下，用示波器观测其峰一峰值，Uo（p-p）一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值。纹波系数是纹波电压与输出电压的百分比。设计中主要涉及滤波电路RLC充放电时间常数的计算。一般在全波式桥式整流情况下，根据下式选择滤波电容C的容量：RL・C=（3-5）T/2，式中T为输入交流信号周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL为整流滤波电路的等效负载电阻。

稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压变化对输出电压的影响[2]，因此只需测试其中之一即可。电源输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响[2]，因此也只需测试其中之一即可，具体操作参照指标的定义来实施。

2.2DAC接口电路的设计

2.3调整管控制电路、电压采样与电流采样电路的

2.4ADC接口电路的设计、同时具备电压源与电流源功能的设计

2.6具备电压预置记忆存储部分的设计

2.7保护电路的设计

2.8.2滤波电路的设计

3结语

曾经查阅数十篇类似稳压电源电路图，深感模拟电路设计的重要性。本文将电压源与电流源的设计方案同时罗列，便于读者理解设计要领。重点解析DAC输出后的电路设计，图中电压、电流数据全部基于proteus交互式仿真完成。电路设计的连贯性、采样电路取值、运放电路与驱动电路设计等，是同类论文较少论述的环节，可以有效解决目前存在的诸多问题，有助于读者提高电路解析能力。仅此抛砖引玉，希望本文的设计能对读者在实际工作中有所帮助，不当之处请多指教。

参考文献：

[1]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程――基本技能训练与单元电路设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]邓坚，杨燕翔，齐刚. 数控直流稳压电源设计[J].计算机测量与控制，2008，16（12）：19911993.

[3]杨秀增，黄灿胜. 基于Nios II的高精度数控直流稳压电源设计[J]. 电子设计工程，2009，17（9）：4749.

[4]许艳惠. 一种智能化高精度数控直流电源的设计与实现[J]. 微计算机信息，2007，23（32）：136138.

[5]DAC0832手册.National Semiconductor Corporation DS005608[EB/OL].（20020120）[20121011]. http：///product/dac0832.

[6]冈村迪夫.OP放大电路设计[M].王玲，徐雅珍，李武平，译.北京：科学出版社，2004.

[7]铃木雅臣.晶体管电路设计（上）[M].周南生，译.北京：科学出版社，2004.

[8]江海鹰，孙王强，孙杰，等. 实用高精度数控直流电流/电压源[J].济南大学学报：自然科学版，2006，20（3）：249251.

[9]彭军.运算放大器及其应用[M].北京：科学出版社，2008.

[10]清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2006.

[11]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[12]陈光明，施金鸿，桂金莲.电子技术课程设计与综合实训[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

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关键词：STC12C5A60S2；单片机；直流电源

中图分类号：TN86

直流电源是通信机房的必需设备，它的主要任务就是通过把交流系统整流出直流电，为通信机房的交换设备、传输设备等提供直流工作电源，其性能和质量的好坏直接关系到通信设备能否稳定运行[1]。然而，目前使用的直流稳压电源大部分是利用分立器件组成的线性电源，在输出特性上存在输出精度和稳定性不高的问题。此外，在调整精确的电压输出时，因为电位器的阻值特性为非线性，在调整时需要花费一定的时间。因此，具有精度高，智能化的数控直流电源在工业生产中逐渐得到了广泛的应用。本文采用单片机作为控制核心，设计一种用于通信机房的12-48V可调高精度数控直流电源。

1 总体方案

本次设计的数控直流电源方案如图1所示，主要包括键盘输入，LED显示，PWM信号输出，功率输出，A/D转换等模块，单片机负责对各个模块之间的协调处理。其基本原理是单片机控制输出占空比可调的PWM信号，经过功率放大、滤波之后获得稳定直流电压输出。另一方面，对输出的电压进行取样并进行A/D变换后反馈到单片机，根据取样电压与设定电压进行比对，再对PWM信号占空比进行调节，从而形成闭环控制。输出电压值用键盘进行设置，并采用LED数码管进行动态显示。

图1 数控直流电源方案

2 主要硬件组成

2.1 STC12C5A60S2单片机简介

STC12C5A60S2是宏晶科技公司的一款增强型MCS-51单片机。该单片机采用单时钟/机器周期（1T），指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。此外，其内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），非常适用机电控制场合。

2.2 核心电路设计

脉冲宽度调制（PWM）是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术[2]。图2所示为本通信直流电源的核心模块。单片机内部的可编程PWM模块信号从P1.3引脚输出，R1为上拉电阻，信号经过限流电阻R2连接到功率三极管VT的基极。功率三极管VT放大的PWM波经过LC滤波整形，通过对单片机内部的PWM模块编程，控制其占空比在25-100%之间连续可调，从而最终获得12-48V范围的直流电压。图中，DT为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。在PWM电源中，输出的PWM波频率通常为20kHz。

由于STC12C5A60S2单片机内部A/D模块要求输入电压不能超过5V，因此采用R3和R4构成的分压电路对输出电压进行取样之后，再连接到单片机内部进行A/D转换，如图2所示。

图2 PWM驱动输出及A/D取样电路

3 软件程序设计

软件程序中，需要对STC12C5A60S2单片机内部模块进行初始化，主要包括对PWM模块和A/D模块的相应控制寄存器进行设置。其中，PWM_init（）函数的主要代码及说明如下（晶振频率12M）：

CMOD=0x08； //设置PWM频率Fosc/256，为50kHz

CL=0x00； //PCA定时器清零

CH=0x00； //PCA定时器清零

CCAPM0=0x42； //PWM0设置PCA工作方式为PWM方式

CCAP0L =0xc0； //设置PWM0初始值与CCAP0H相同

CCAP0H =0xc0； // PWM占空比为25%

AD_init（）函数的主要代码及说明如下：

P1ASF=0x01； //P10口做AD 使用

P1M0 = 0x01； //用于A/D转换的P1.0口

P1M1 = 0x01； //P1.0先设为开漏，断开内部上拉电阻

ADC_CONTR=0x88； //开启AD高速转换

系统工作流程为：单片机上电复位，初始化系统内部PWM模块，A/D转换模块以及其他相关寄存器。在主函数的循环中，单片机读取10位A/D转换结果，并与当前设置的电压值进行对比，根据误差对PWM模块的控制寄存器进行修正，改变占空比，直到输出电压值与设定值一致。另外，通过按键扫描程序检测键盘状态，根据键盘输入调用相应程序对输出电压值进行设置，同时通过LED数码管显示设置的电压值以及实际输出的电压值，让用户实时了解电源的工作状态。

4 结束语

该数控直流电源采用了10位高精度A/D对输出电压进行采用，并实现了闭环控制。相对于常见分立元件的直流电源以及开环输出的数控直流电源，本设计的电源具有电压调节方便，精度高等优点，能够满足通信机房对电源电压及精度的要求。

参考文献：

[1]杨文红.通信直流电源设计方案的研究[J].洛阳大学学报，2004（02）：28-30.

[2]司明.一种开关电源PWM控制电路设计[D].辽宁大学，2013.

[3]赵建领，薛园园.51单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2009.

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关键词：240V；高压直流；电源系统；通信工程；建设；标准；节能减排

中图分类号：TN86文献标识码：A 文章编号：

本文中作为实例的新建IDC机房在建成之后目标是作为集政府办公教育网以及OA网于一身的数据管理中心，从而成为所在区域的社会信息管理网络的重要保证，因此对通信工程的供电系统在可靠性、稳定性以及扩展性等方面的要求都比较高。本实例主要建设2套容量为400A高压直流供电系统（单套系统含交流屏1台、直流屏1台、整流机柜2台并配置20块20A的整流模块、2组600Ah/240V蓄电池组），。

一、电源系统建设方案的选择

（一）UPS电源系统

对于过往的IDC机房来说，UPS系统是其电源系统建设的唯一选择，加上随着IDC技术的高速发展，UPS系统与IDC技术的兼容性也变得越来越好，但是UPS电源系统仍存在一些未能解决的问题。例如由于UPS系统故障而导致的通信网络瘫痪事故时有发生，从而带给通信系统运营商以及各位用户重大的精神影响和经济损失。目前UPS系统的问题主要有：效率较低、稳定性和可靠性差、维护难度大以及建设成本高等。另外，现时很多机房都没有专人负责监测设备状况，所以往往设备发生故障，从发生到被发现时间就会比较长。

240V高压直流电源系统

240V高压直流电源系统跟其他电源系统相比，可靠性高、技术成熟、转换效率高、维护操作简易以及可扩容能力强等优势，因此目前的IDC机房供电系统发展中，逐渐出现了UPS系统由高压直流电源系统所取代的趋势。高压直流供电系统由交流配电屏、直流配电屏、整流机架、电池组等设备组成；高压直流电源系统向负荷提供240V直流电源。

交流电源供电正常时，整流器对负荷供电，并对蓄电池组进行浮充充电；交流电源供电不正常时，整流器停止工作，由蓄电池组向负荷供电，从而实现对用电负荷的无瞬间中断供电，并且在同行业试用效果数据中可以看出，在以240V高压直流电源系统取代UPS系统后，在系统的运行中平均节能20～30％，而在供电系统建设上的资金投入至少能够节省40％。

二、240V高压直流电源系统工程设计中应该注意的问题

以下就结合YDB 037—2009《通信用240V直流供电系统技术要求》，来分析240V高压直流电源系统在设计时需要注意的问题进行探究。

240V高压直流电源系统容量的选择

现阶段，我国以240V高压直流电源系统作为通信工程供电系统的供电体制以及制造技术仍然处在摸索阶段，因此，为了确保供电系统的安全性，在240V高压直流电源系统工程的设计时应该严格遵守《通信用240V直流供电系统技术要求》上的相关规定：240V高压直流电源系统的供电方式应该尽可能选用分散供电模式，而且每个240V高压直流电源系统的容量不能超过600A。因此在本IDC机房的建设中，选用了二套容量为400A的240V高压直流电源系统设备。在本IDC机房建设的中，这个400A高压直流电源系统设备能够基本符合社会对本IDC机房的用电和通信要求。

（二）240V高压直流电源系统对地悬浮

人们在建立240V高压直流电源系统时，接地问题一直都是他们的关注点。但是将240V高压直流电源系统的其中一极进行接地的话，其产生的电压由于比人体安全电压要高出很多，因此如果当人体不小心接触到没有进行接地的一极时，所发生电击事故后果就不堪设想了。因此，我们在处理240V高压直流电源系统的接地问题上，应该按照《通信用240V直流供电系统技术要求》的对地悬浮技术来取代普通的接地技术：通过系统的交流输入应与直流输出电气隔离；系统输出应与地、机架、外壳电气隔离，使用时，正、负极均不得接地，系统应有明显标识标明该系统输出不能接地。。

系统应该配置有绝缘监控装置

由于高压直流电源系统不接地，当高压直流供电系统的负载出现故障时，对高压直流供电系统本身的保护及维护人员的保护就显得非常重要了。假如系统负载甲发生设备正极碰地故障，负载乙发生设备负极碰地故障，此时通过两个故障设备就构成了电源系统的短路故障，部分更加严重的事故是，如果仅在一极发生绝缘靡降低或碰地 由于没有短路电流流过，断路器不会断开，系统仍能继续运行，若此时有人触摸了另一极或者电池端子，那将造成电击事故，有可能造成严罩的人身伤亡事故。为了及时发现这种碰地故障，有必要对系统配置绝缘监察装置，用于监视直流系统对地绝缘状况，便于维护人员对供电回路的绝缘故障进行判断、查找和处理。

采用直流型断路器及双极开关

在～48v直流电源系统中，我们在工程上经常发生使用交流型开关的情况。由于48V电压比较低，灭弧相对容易，所以使用交流型开关没有太大问题。但是对于240V的直流系统而言，其电压高，灭弧会困难很多，因此决不能将交流犁断路器用在直流电路上，要选用专门针对直流设计的直流型断路器。

另外，240V高压直流系统的输出正负极均未接地，并且直流电压高，单极的断路器往往达不到这个电压等级的要求，因此两极都应安装开关，通过采用双极开关来分担分断电弧电压。

由于本IDC机房是新建工程，故我们在此特别提醒，如果是采用高压直流电源系统对现有的UPS系统进行替换，为了安全起见，我们应将未端设备机架原有PDU的交流单极输人空开更换成与上一级同容量的双极直流断路器。

参考文献：

[I] 佚名.YDB 037—2009通信用240V直流供电系统技术要求[s]．工业和信息化部电信研究院，2009,12:26

[2] 赵长煦．IT设备高压直流供电热点问题研究与应用[J]．2009年通信电源专刊，2009，1：136—144．