开关电源模块范文

导语：如何才能写好一篇开关电源模块，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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【关键词】LM2596；UCC29002；反馈

1 系统整体设计方案

系统整体如图1所示。

图 1 系统整体框图

2 主要模块设计方案

2.1 供电系统

桥式整流电路的工作原理如图2：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。

图 2

2.2 DC模块的选择

电源芯片采用美国国家半导体的LM2596―ADJ它是一款降压型的PWM调节方式的开关稳压电源的芯片，内部振荡源频率为 150KHZ，最大输出电流3A，最大输出电压40V，基本可以满足题目要求。它通常被作为恒压电源应用，此时其通过电压取样电压反馈稳压方式达到稳定电压的目的。

2.3 输出电流比例实现方案

输出电流比例实现有两种方案。一是通过单片机控制ucc29002来实现电流比例，但电路极其复杂。二是调节内部参数使DC-DC模块输出电流1：2。当电流需要1：1的时候，通过检测，单片机识别选通，让均流模块电路ucc9002工作，实现电流1：1。

UCC29002采用一个高增益、高精度的放大器，能检测到外面的输入的微小的电压变化量，放大倍数的大小可以通过改变外电路的参数获得。UCC29002中的电流检测放大器的输入偏置电压极低，使得它可以精确的检测到一个阻值很小的电流采样电阻上的微小电流变化量。而且，它的共模范围介于接地电压和UCC29002供电电压之间。芯片电流读出放大器超低的输入补偿电压使得对通过低值电阻的电流信息的检测更加适宜。为防止错误的输出调整信号，在误差放大器的反向输入端加一个比同向输入端高25mV的固定偏置，当连输入端输入相等时不会做出调整。当芯片不能正常工作时调整放大器的同向输入端将被下拉到地（相当于误差放大器输出为零），防止该单元被错误调整，此外，误差放大器的两个输入端还可作为使能。

2.4 单片机检测实现方案

用霍尔传感器（ACS712）检测负载上电流，把电流变为电压，然后经过D/A把信号传给单片机。

2.5 单片机过流控制方案

用单片机实现对模拟开关CD4051控制选通实现电路调整如过流保护，如图3所示。

图3

使用低功耗单片机MSP430实时监测电流。因为UCC29002的8脚电压与系统的输出电流成正相关，我们用MSP430片内12位ADC定时采样该电压。并把它与预先设定的电压比较来判断过流。当连续两次检测到电流过大时，关断TPS5430使系统不输出电压，6秒延时后使能TPS5430，并继续检测电流。

3 系统测试与误差分析

3.1 性能指标

实验过程：在实验室220v交流点下分别测量CD模块空载输出（测量数据及结果如表1）和负载输出。

3.2 比例均流性能指标

实验过程：把CD模块的输出端后接均流电路分别测量两路的输出电流。

3.3 单片机调节电路性能

实验过程：调节可视负载使输出总电流由1A逐渐增大到6A再减小到4A观察各电路电流量。

3.4 均流效率

实验过程：改变负载电阻测量负载功率P1和CD模块输出功率P2由P1/P2计算均流效率。

从测试结果来看，均流偏差在0.5%以内。但是电源均流时两路的电流仍有一定的误差，并非绝对均流；而且均流偏差变化不是线性的，即输出电流增大时，均流偏差不是单调变化。主要原因是由于我们均流方法是UCC29002，通过能检测到外面的输入的微小的电压变化量，放大调节。但由于电路本身和焊接等原因，造成一定误差。若需要进一步减小误差，则需采用更为精确的平均电流均流法。均流误差的非单调变化，主要是由于采样电阻等分立元件的温漂及杂散噪声引起，当温度变化或工作频率变化时，电阻会偏离原来的阻值，导致UCC29002内部调节信号偏离理论计算值，从而使调制的信号和理论值有差异，产生均流偏差波动。

【参考文献】

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关键词：电源系统；稳定性标准；阻抗匹配；开关电源

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）06-0-03

0 引 言

随着数字技术的发展，航空电子领域机载计算机已得到广泛应用，为航空器带来便利。机载计算机通常使用开关电源模块产品为CPU、接口、总线等负载模块供电，并使用EMI电源滤波器降低电磁干扰，但在机载计算机设计中，开关电源模块及组成系统的稳定性问题经常被忽视，稳定性严重影响机载计算机系统的性能和安全。

在机载计算机中，开关电源模块往往可以单独通过稳定性评估及试验验证，例如小信号稳定要求、所用元器件的离散性、高低环境下电特性等方法进行分析。而机载计算机在使用电源模块组成电源系统时，却可能出现电源系统不稳定等故障，此类故障经常发生在EMI电源滤波器和电源串联使用的模式中。

本文基于EMI源滤波器和电源串联使用模式，通过对电源系统进行建模，针对机载计算机EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗进行分析，确定EMI电源滤波器输出阻抗对滤波器及电源系统稳定性的影响，并提出机载计算机电源模块及组成系统的稳定性判定标准。

1 稳定性分析

为了直观分析机载计算机的稳定性，将机载计算机的滤波器、电源模块简化为串联使用的电源系统模型进行阻抗分析。模型A为EMI电源滤波器，模型B为开关电源模块，系统模型如图1所示。

Ta、Tb分别为A、B的传递函数，Zo为A的输出阻抗，Zi为B的输入阻抗。那么该系统的传递函数为T：

该系统的传递函数T分母中的Zo/Zi决定了该系统传递函数的稳定性，即EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗决定了该电源系统的稳定性。

使用Middlebrook判定方法可有效准确地判断系统工作的稳定性。该法则可用于电源系统级联稳定性分析，主要采用阻抗分析方法，由加州理工学院的Middlebrook教授提出，其原理是运用电源输出阻抗与负载输入阻抗之比来分析开关电源间的阻抗稳定性。Middlebrook判定方法指出，独立的功率变换器模块在级联运行时，其系统的稳定性应使级联处前级模块的输出阻抗小于后级模块的输入阻抗。

EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗应遵循阻抗失配原则。为保证该电源系统的稳定性，在全输入范围、全频段范围内EMI电源滤波器的输出阻抗应小于开关电源的输入阻抗。

2 阻抗分析

2.1 EMI电源滤波器输出阻抗

机载计算机广泛使用EMI电源滤波器进行电磁干扰的抑制。EMI电源滤波器最主要的性能参数就是插入损耗，插入损耗分为共模和差模插入损耗。插入损耗越大，表明该滤波器对干扰的抑制能力越强。内部电路通常采用如图2所示的滤波器电路图。

等效EMI电源滤波器的参数，简化为LC滤波电路。电路模型如图3所示。经计算，输出阻抗如公式（2）所示：

Lf为滤波器模型中两个差模电感量之和，即LD1+LD2；Cf为EMI电源滤波器内Cx电容与电源模块输入端滤波电容之和；Rind为滤波器内共模电感及两个差模电感直流电阻之和，在设计、计算EMI电源滤波器输出阻抗时，应考虑滤波器的阻尼特性，它决定了LC滤波电路谐振峰的大小。

利用Matlab对该表达式进行仿真，得到EMI电源滤波器输出阻抗的典型曲线图，如图4所示。

2.2 开关电源输入阻抗

开关电源的输入阻抗体现了输入电流变化时输入电压的变化。通常来说，机载计算机常用的降压DC/DC变换电路在中低频段表现为电阻特性。DC/DC变换器反馈环路调节输出特性时，相对于输入端口，DC/DC变换器表现为额定功率负载，输入端口等效电阻为负阻抗。

在设计应用中，可以使用仪器测量法对电源电路进行输入阻抗测试。仪器测量法使用噪声分离设备分离共模、差模噪声并计算阻抗值，但数学表达式较复杂，该差模阻抗测量计算方法很难实现。

对电源电路建立模型，推导该电路的传递函数，并根据传递函数得出该电路的输入阻抗。以机载计算机中常用的BUCK型降压DC/DC变换器为例，其简化模型如图5所示。

根据图中电路拓扑形式，该型降压DC/DC变换器的输入阻抗为：

利用Matlab对该表达式进行仿真，得到降压DC/DC变换器输入阻抗的典型曲线图，如图6所示。

将EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗放置在同一幅频特性图中就可以直观判断在全频段范围内，前级模块输出阻抗与后级模块输入阻抗的关系，并由此得出电源系统的稳定性。

若EMI电源滤波器的输出阻抗小于开关电源的输入阻抗，并留有6 dB的安全裕量，则电源模块及组成系统处于稳定状态，如图7所示。反之，若EMI电源滤波器的输出阻抗大于开关电源的输入阻抗，则电源模块及组成系统处于不稳定状态。此外，还应考虑开关电源在不同工作状态下，输入电压、输入负载变换时的输出阻抗变化。

3 试验结果及分析

为验证上文阻抗分析，根据机载计算机工作模式，利用EMI电源滤波器和电源的串联接法，通过设置EMI电源滤波器的输出阻抗和电源的输入阻抗搭建系统故障模型，实现该系统的不稳定工作状态。

按照图2设置某机载计算机EMI滤波器参数，Lf=LD1+LD2=400 μH，Cf=70 μF，Rind=RL+RLD1+RLD2=0.14 Ω，并根据该机载计算机的实际工作状态得出电源的输入阻抗为27 dBΩ。

将Lf=400 μH，Cf=70 μF，Rind=0.14 Ω代入公式，经计算，滤波器输出阻抗峰值为33 dBΩ，截止频率为0.96 kHz，后级输入阻抗为27 dBΩ。在0.96 kHz频率处，存在前级输出阻抗大于后级输入阻抗的情况，不满足Middlebrook判定方法，则该系统为不稳定系统。滤波器的输出阻抗、电源模块的输入阻抗如图8所示。

在实验室中，为该机载计算机提供28 V直流电压，通过示波器检测计算机上电过程中滤波器输出的28 V电源信，发现此时该处电压发生震荡，且震荡最大电压值为32.1 V，震荡最小电压值为24.5 V，振荡频率为1.18 kHz，与分析结果一致。

再次改变EMI电源滤波器参数，验证系统稳定状态。将Lf更改为50 μH，其他参数不变。从图9中可以看出，此时系统处于稳定状态。通过示波器检测计算机滤波器输出，振荡现象消失，与分析结果一致。

由分析和实验结果可知，要保证机载计算机电源系统的稳定性，就要对组成串联级联模式电源系统的EMI电源滤波器、开关电源产品的输入输出阻抗进行分析，按照在全频段范围内，前级模块的输出阻抗须小于后级模块输入阻抗的判定准则，评估判定机载计算机电源系统的稳定性。

4 结 语

文中探讨了滤波器输出阻抗和开关电源输入阻抗匹配的原因，并提出机载计算机电源模块及组成系统的稳定性判定标准，有助于提升开关电源模块及组成系统的稳定性。

参考文献

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关键词：中性点不接地系统 PLC 隔离变压器

一、故障概况

一次暴风雨天气，35KV线路出现单相接地故障，变电站监控系统显示35KV线路接地报警，而且呈间歇性的报警状态。由于35KV配电网络为5回出线，无法立即判明那回线路存在接地故障，于是采用分路切换的方式来确定故障线路，由于初次发生此类问题，又要兼顾生产及其他部门的用电，致使30分钟后才初步确定故障线路。出现此情况后，低压侧控制网络中27台PLC供电模块遭到彻底损坏，PLC内部组态程序全部丢失，低压侧远程控制网络几乎处于瘫痪状态。

二、故障分析

维修人员拆解损坏设备后，发现UPS熔断器的熔体已熔断，内部450V滤波电容爆裂，逆变模块被击穿；PLC电源模块中玻璃管熔断器熔体也已熔断，内部压敏电阻损坏。以上情况表明PLC电源侧存在过电压情况。供电侧间歇性过电压导致自控系统的二级电源保护设备均损坏。

1. 电源侧。变压器采用Yyn0，供电网络属于中性点不接地系统，在恶劣气候条件下，外部架空线路发生单相弧光接地的可能性非常大，据文献[1]，弧光接地造成非故障相的电压值可达正常值的3.5倍左右，这样供电网络的低压侧电压超出了用电设备（UPS）的内部器件的工作电压，致使UPS损坏。

2. 低压侧原因。低压配电系统电源经断路器直接供给UPS，然后UPS又直接供给PLC电源模块，这种供电方式只能满足失电情况下，PLC系统不立即断电，根据UPS供电源理，当电压值超出UPS正常工作要求范围时，UPS会将输出模式切换到电池供电模式，当电池电量不足时会转换到旁路供电，这样有可能将异常电源传递到下级用电单元，从而造成PLC电源模块也被损坏，扩大了用电设备的损坏范围。

三、预防措施

1. 35KV侧措施

1.1采取措施提高35KV系统的供电质量。据文献[1]，可以采用消弧线圈或小电阻接地方式，降低35KV线路单相接地或弧光接地造成的过压。

1.2高压出线侧增加小电流接地选线，当某段线路出现异常时，高压配电监控系统能准确判定出现故障的线路，并及时将故障线路退出运行，防止事故扩大。

2.PLC供电端措施

2.1 UPS前端增加过压保护环节。产生过电压的环节较多，有雷电引起的过电压、操作引起的过电压以及用电系统谐振过电压，所以，UPS前端增加过电压保护环节可有效降低用电设备遭受过电压损坏的几率。

2.2PLC电源模块采用开关电源供电。在发生上述情况时，同母线段的采用24VDC开关电源供电的数传电台未受影响，开关电源也正常工作，表明开关电源能可以对用电设备起到必要的保护作用。而PLC电源模块自身有直流与交流两种供电方式，设计时采用24VDC供电，前端增加开关电源，即可有效保护用电设备过电压

2.3 PLC系统供电前端增加隔离变压器。PLC系统电源前端增加隔离变压器器，使电源的输出与输入完全“断路”隔离，为PLC提供了纯净的电源。

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关键词：继电保护装置；工作原理；故障分析；验证

本文从开关电源的原理入手，以测试的角度，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，并分析了其故障原因，最后对改进后的开关电源进行了对比验证。

1开关电源工作原理

用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一形态，用闭环控制稳定输出，并有保护环节的模块，叫做开关电源。

高压交流电进入电源，首先经滤波器滤波，再经全桥整流电路，将高压交流电整流为高压直流电；然后由开关电路将高压直流电调制为高压脉动直流；随后把得到的脉动直流电，送到高频开关变压器进行降压，最后经低压滤波电路进行整流和滤波就得到了适合装置使用的低压直流电。

电源工作原理框图如图1所示。

图1开关电源原理图

2故障现象分析

由于继电保护用开关电源功能要求较多，需考虑时序、保护等因素，因此开关电源设计中的故障风险较高。另外供电保护装置又较民用电器工作条件苛刻，影响继电保护开关电源的安全运行。本文着重分析了两种因设计缺陷而造成故障的开关电源。

2.1输入电源波动，开关电源停止工作

1）故障现象：外部输入电源瞬时性故障，随后输入电压恢复正常，开关电源停止工作一直无输出电压，需手动断电、上电才能恢复。

2）故障再现：用继电保护试验仪，控制输入电压中断时间，通过便携式波形记录仪记录输入电压和输出电压的变化。控制输入电压中断时间长短，发现输出存在如下三种情况：

a）输入电源中断一段时间（约100～200ms）后恢复，此后输入电压恢复正常，开关电源不能恢复工作。（此过程为故障情况），具体时序图见图2所示。

图2输入电源中断一段时间后恢复

b）输入电压长时中断（大于250ms）后恢复，+5V、+24V输出电压均消失，此过程与开关电源的正常启动过程相同。具体时序图见图3所示。

c）输入电压短暂中断（小于70ms）后恢复，+5V输出电压未消失，而+24V输出电压也未消失，对开关电源正常工作没有影响。具体时序图见图4所示。输入电压消失时间短暂，由于输出电压未出现欠压过程，电源欠压保护也不会动作。

图3输入电源长时中断后恢复

图4输入电源短时中断后恢复

3）故障分析：要分析此故障，应先了解该开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑。

输入工作电压，输出电压+5V主回路建立，然后由于输出电压时序要求，经延时约50ms，+24V输出电压建立。

输出电压欠压保护逻辑为：当输出电压任何一路降到20％Un以下时，欠压保护动作，且不能自恢复。

更改逻辑前，因输入电压快速通断而引起的电源欠压保护误动作，其根本原因是延时电路没有依据输入电压的变化及时复位，使得上电时的假欠压信号得不到屏蔽，从而产生误动作，如图2所示。

4)解决措施：采取的措施是在保护环节上增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关，只要输入电压低于定值（开关电源停止工作前的值），该电子开关便闭合，延时电路复位，若输入电压重新上升至该设定值，给保护电路供电的延时电路重新开始延时，电源重启动时的假欠压信号被屏蔽，彻底解决了由于输入电压快速波动所产生的电源误保护。从而避免了图2的情况，直接快速进入重新上电逻辑，此时的输出电压建立过程见图3所示。逻辑回路见图5所示。

图5增加放电回路后原理图

5)试验验证：用继电保护试验仪状态序列模拟输入电源中断，用便携式波形记录仪记录输出电压随输入电压的变化波形。调整输入电压中断时间，发现调整后的电源仅出现b）、c）两种情况，不再出现a）即故障情况。

2.2启动电流过大，导致供电电源过载告警

1）故障现象：电源模块稳态工作电压为220V，额定功率为20.8W，额定输出时输入电流约为130mA。当开关电源输入电压缓慢增大时，导致输入电流激增，引起供电电源过载告警。

2）故障分析：经查发现输入电压为60V时，电源启动，此时启动瞬态电流约为200mA，稳态电流为600mA，启动时稳态电流和瞬态电流将为600±200mA，造成输出电流激增。而由于条件限制，此电源模块的供电电源输出仅为500mA，因此造成供电电源过载。

由于开关电源工作需要一定的功率，设计中由于未考虑到电源启动时，输出回路的启动需要一定的功率，而启动电压比较低，所以功率的突增，必然带来开关电源启动瞬态电流的激增，电流的激增对供电电源有较大的冲击。

3）解决措施：启动需要的功率一定，如果要减小启动电流，可以考虑增加启动电压的门槛。将开关电源的启动电压提高到130～140V。

4）试验验证：调整开关电源的启动电压后，通过试验仪模拟输入电压缓慢启动。当开关电源在满载情况下，试验中缓慢上升输入电压（上升速率5V/s或10V/s），从0～130V启动，启动时稳态电流降低到200～220mA，稳态电流大约为200±100mA，因而启动时稳态电流和瞬态电流将为400±100mA，启动电流较改进前减小300mA，不会对供电电源造成太大的冲击。可有效避免输入电压瞬间降低时，给整个供电回路造成较大的电流冲击。

3结束语

从以上问题分析可知，开关电源设计时，需要关注电能变换的各个环节，开关电源的输出电压建立和消失时序和电源的保护功能，是紧密联系的，当其中的某一环节存在缺陷时，开关电源就不能正常工作。因此在开关电源设计前，应重点进行两种工作：

1)考虑诸如此类的问题，如启动功率一定时，启动电压门槛过低，会产生输出电流瞬态突增的现象。

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关键词 接收机；中波广播；信号；构造

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）174-0064-03

中波广播发射技术，是通过无线传输信号的形式，为公众提供地区广播服务，在我国被广泛应用。中波台执行中波广播播出任务的整体流程大致分为4个步骤：信号接收设备接收信源―对信源进行音频变换处理―将音频输入发射机进行调制―经过天线将信号发送。如果要让中波台正常完成播出任务，不仅高品质且信号强度大的信号是中波台筛选信号源的关键所在，信号源的接收更是成为整个工作的首要步骤，也是尤为关键的一步。正因如此，一台设计精确、程序完整的数字卫星接收机，是信源准确、高品质接收的保证，从而在中波成广播播出任务中起到重要作用。本文从电路工作原理以及硬件构造方面，对数字卫星接收机做相关阐述。

1 底治佬墙邮栈的重要性

目前，中波台的信源接收方式主要是光纤接收、卫星接收、微波接收3类，且采用卫星接收方式提供备用信源。数字卫星信号需要通过数字卫星接收机，被解码并转换成模拟信号再送往发射机。数字卫星接收机的使用，为中波台的安全优质播出提供了保障。

2 数字卫星信号的接收过程与接收机的组成原理

2.1 数字卫星信号的接收过程

首先，如图1所示，数字卫星信号通过雷达接收至高频头，再通过传输电缆送入数字卫星接收机。

2.2 数字卫星信号接收机的组成及原理

一台数字卫星接收机，由伴音信号解调器、调谐选台器、面板指示器、中频AGC放大与解调器、电源电路、图像信号处理器组成。

2.2.1 伴音信号解调器

伴音信号解调器可以对伴音副载波信号进行放大、解调处理，从而获得所需的伴音信号。其中，被处理的伴音副载波信号，是从复合基带信号中解调出的。

2.2.2 调谐选台器

数字卫星信号接收机接收的信源频率范围是950MHz～1 450MHz。调谐选台器的作用是，从中筛选出需接收的广播频道频率，然后将之转换为此调谐选台器预设的中频频率，最后传送给中频AGC放大与解调器。

2.2.3 面板指示器

面板指示器对中频放大解调器尾端送来的直流电平信号，进行进一步放大处理后，通过指针式电平表、数码显示器或发光二极管陈列式电平表，来显示接收机输入信号的大小和品质高低。

2.2.4 中频AGC放大与解调器

中频AGC放大与解调器的功能是，滤波、放大并频率解调所输入的固定中频信号，以获得含有伴音信号和图像的复合型基带信号。并同时获得一个可以表示说明输入信号大小的直流分量，将其输出并传送至电平指示电路。

2.2.5 电源电路

电源电路是将市电经变压、整流、稳压最后得到的多组低压直流稳压电源，为接收机机各部分及高频头供电。

2.2.6 图像信号处理器

图像信号处理器通过能量去扩散、加重和极性变换等方式，对复合基带信号中解调出的视频信号进行一系列数据处理，最后还原图像信号并输出。

数字卫星接收机的组成构造如图2，数字卫星接收机从整体框架上看由硬件、软件两大部分组成。硬件又可以分为电源供给、前端、后端、输出、显示与控制等部分组成。工作时，将功分器或高频头接收来的950MHz～1 450MHz信号送入接收机前端部分进行调谐处理，从中选出特定信号频率，变频成调谐选台器预设的中频频率。再经过模拟信号到数字信号的转换，然后经正交相移键控信道解调、信道传输码流纠错处理，最终输出一个达到MPEG-2标准的（TS）传输码流给接收机的后端部分。接收机的后端部分，也称为解复用模块，可以将前端送来的TS码流经解扰、解复用，依据包识别号（PID）可以提取出相应的视频、音频、数据包，恢复打包节目基本流PES。在MPEG-2解码器中，解压缩PES数据包，然后生成PCM音频数据流和视频数据流，再分两路一路送去音频P/A转换器、一路送去视频编码器，就可以形成视频信号和音频模拟信号，再经输出部分输出[ 1 ]。显示与控制部分用于完成接收的控制以及显示接收机的工作状态。电源部分用来提供接收机本身及高频头的工作电压；软件部分的主要作用则是硬件驱动、软件驱动和实时的系统操作。

3 硬件模块构造分析

从硬件构造上，将数字卫星信号接收机分成三大模块进行系统分析，即电源模块、调谐输出模块（主板）、控制显示模块。

3.1 电源模块分析

所有卫星接收机用的电源都是开关电源，甚至不同厂家用的电源都是大同小异，这里我用海信的FSDL0165RN开关电源控制芯片进行电源模块的分析。

3.1.1电源模块的电路分析

电源模块的电路图如图3所示。

该电路的核心元件是5L0380R，功能有振荡过压保护、过流保护等。整个开关电源电路功耗低、工作稳定、清晰简洁。

该电路的工作原理是：交流电压220V经过电源开关、保险丝，再到由CX1、LEM1、CX2组成的抑制干扰滤波器，再经过D1～D4所组成的桥式整流，C6滤波输出一个300V左右的直流电压。当电源接通的瞬间，+300V左右的直流电压加在R18、R4、R3上，给电源块U1（5L0380R）的引脚③一个启动电压[2]。由于它内部的开关管处在微导通状态，导致U1的②引脚通过微小的电流，并产生感应电动势于开关变压器①～②绕组，感应电动势耦合至反馈绕组③～④上，经整流滤波然后注入到U1的③脚，使开关管瞬间进入饱和导通的状态。因为开关管饱和，流过开关变压器的电流就不再增加，那么感应电动势的正方向将要变化，并经整流滤波的正反馈电压促使开关管由饱和导通迅速地进入到截止状态，从而完成了开关电源从启动到饱和再到截止这样一个振荡周期。经过变压器的电压分别通过各元件组成的支路将电压分成5V、3.3V、12V、22V、30V的直流电压来供给调谐输出模块（主板）的正常工作。

3.1.2 电源模块实物

电源模块的实物图如图4所示。

3.2 调谐输出模块（主板）分析

调谐输出模块，也就是数字卫星接收机的主板，此模K也是数字卫星接收机设计的核心所在，所有的数据编程以及信息解码过程都在此模块中完成。

3.2.1 调谐输出模块（主板）的电路分析

HN4LSR0942M2EE，这是调谐输出模块的主控芯片，内部集成了CPU、视频编码、音频编码等电路；0001G2A355.1TA06.0943，这是信道处理芯片；EF0912S16004LK6TK是RAM随机存取存储器，该存储器具有存储速度快的特点，且存储内容可随意的存入或取出。这种RAM存储器主要用于存储短时间使用的程序，是因为在断电时将丢失其存储内容。

其电路图如图5所示。

调谐输出模块的功能是：开关电源输出电压为模块供电，高频头将卫星信号传送给调谐器并筛选出想要接收的信号，对之进行一系列变频、QPSK解调、A/D变换、信道纠错、解扰处理，产生标准的TS传输码流，传送给解调复用器。根据所需接收电视节目的PID包识别符，解调复用器可提取出对应的音频、视频及数据包，还原出达到MPDG-2标准的打包的PES节目基本码流[3]。将PES码流送至MPEG-2解码器，MPEG-2解码器芯片对PES数据包进行解压缩处理，产生符合CC IR601格式要求的音频数据流和视频数据流，分别送至音频D/A转换器和视频编码器，D/A转换器和视频编码器根据规定的电视制式（中国是PAL制式）生成并输出音、视频信号。

3.2.2 调谐输出模块实物

其模块实物图如图6所示。

3.3 控制显示模块分析

控制显示模块主要由微处理器、控制电路、LCD或LED显示器件、红外传感器以及遥控器构成。它能够通过8段数码显示，简易地将接收机的工作状态显示出，也方便了用户对接收机各功能的控制与使用，用户只需通过面板按键或是遥控器就可对接收机发出各种指令，以实现所需功能。

3.3.1 控制显示模块工作原理

涉及控制模块的编程，由于程序过于繁琐这里就不具体介绍，此模块我就其工作原理做简要说明。如图7所示。

3.3.2 控制显示模块的设计实物

图8为控制显示模块实物图。

以上就是将数字卫星信号接收机按硬件构造分为三大模块进行的分析，最后将电源模块、调谐输出模块、控制显示模块进行连接，构成整体的卫星接收机，其组成框图如图9所示。

4 结论

在整个通信网络中，其网络的核心无疑是发送与接收设备。为了更好地完成信息的发送和接收，现代电路技术以及数字信号处理技术应运而生。

总的来说，要使基带信号得到有效而可靠的传输，就必须在传输网络中设置发送与接收设备。发送与接收设备可以对基带信号进行相关处理，并使之适用于信道的传输特性。所以一个好的接收设备往往得益于其巧妙的设计以及完整稳定的硬件构造。数字卫星接收机的构造上，采用的是整体集成设计。从个人角度讲，笔者对数字域的接收机较为熟悉了解。从信道编码、信号解码、A/D转换等相关理论出发，分析了数字卫星信号接收机的电源模块、调谐输出模块、控制显示模块这3个模块的原理和构造；从实际工作角度讲，数字卫星接收机在中波台执行广播的播出任务中，起着接收信号源的关键作用。笔者将数字卫星信号接收机的分析结论应用到中波台实际工作中，更好地保证了中波广播的安全优质播出。

参考文献

[1]蒋玉玲，谢子常.MPEG-2在卫星数字广播电视的传输系统中的应用[J].福建电脑，2006（8）：156-157.

篇6

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

篇7

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献：

[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。

[2]季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998。

[3]叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998。

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引言

随着社会信息化的不断发展以及先进制作工艺的不断提高，作为大屏幕壁挂式电视和高质量多媒体信息显示的终端——彩色交流等离子体显示器（AC-PDP）,其屏幕做得越来越大，功耗越来越小，电路结构越来越简单，成本也越来越低。而电源作为AC?PDP的一个重要组成部分，也向着小型化和简单化的方向发展。

传统的AC?PDP电源一般采用两级方案，即PFC级＋DC/DC变换的电路拓扑结构。它们分别有各自的开关器件和控制电路。尽管其能够获得很好的性能，但其体积过大，成本太高，电路比较复杂。因此，对其进行小型化改造也成了AC-PDP技术研究的一个方向。

    由于AC?PDP驱动控制电路的复杂性，导致了其开关电源的复杂性。分析可知，不管从传输能量角度还是从所占体积的角度，PFC模块和扫描驱动电极DC/DC变换模块都占有相当大的比例。因此，对这两部分的改造就成为AC-PDP开关电源小型化改造的一个切入点。本文根据单级功率因数校正的工作原理，提出了一种AC-PDP电极驱动电源模块改进方案。

1 单级PFC维持电极电源模块的拓扑结构及工作原理

本文采用的单级功率因数校正变换器电路拓扑结构如图1所示。单相交流电经全波整流后，通过串联两个感性ICS（Input?currentshaping）接到双管反激的DC/DC变换单元。

图中的两个ICS单元完全相同，即LB1=LB2，LD1=LD2，N1p=N1n。采用这种双ICS的单元结构是为了减小储能电容器上的电压以及流过开关管的电流。

下面通过开关管的动作过程分析整个电路的工作原理以及工作过程。

1）S1和S2导通期间其简化电路如图2（a）所示。开关管导通，储能电容经图2（a）中右边回路释放电能，反激变换器TR开始储能，iDC由零开始上升。线圈N1p及N1n分别感应产生左负右正和左正右负的电压，D1n和D1p开始导通，D2n和D2p截止。Vin经图2（a）中左边的回路给储能电容CB1及CB2充电，iin开始上升，电感LB1，LB2，LD1，LD2充电。

    因为VLB1=VLB2，VLD1=VLD2，为了分析方便，令

VLB=VLB1＋VLB2=2VLB1VLD=VLD1＋VLD2=2VLD1在右边的回路中，根据基尔霍夫定律有

VLB＋VLD=Vin－VB(1-2N1/Np)>0   （1）

式中：Vin为全波整流后的输出电压，即Vin=

Vs|sinωt|；

VB=VB1＋VB2；

N1为绕组N1n及N1p的匝数；

Np为反激变换器原边主绕组的匝数。

又因为

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

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

将式（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截止期间

简化电路图如图2（b）所示。此时iDC等于零，反激变换器给负载供电。线圈N1P及N1n分别感应产生左正右负和左负右正的电压，D1n及D1p反向截止，D2n及D2p续流导通。根据基尔霍夫定律有

VLB=LB=Vin－VB<0所以=<0

所以diLB/dt=(Vin-VB)LB<0

从上面的分析可知，当Vin<VB时，D1n，D1p，D2n，D2p全部截止，电流iin为零，电感LB1及LB2中没有电流流过，即回路电流iin存在一个死区θ（deadangle），是不连续的。也就是说，在半个工频周期内，只有一部分时间电感LB的电流连续工作，iLB在半个工频周期内的波形如图3所示。

由图3可以看出，当输入电压为交流正弦波时，其输入电流为一含有高频纹波的近似正弦波。两者相位基本相同，提高了输入端的功率因数。

2 试验结果

根据4电极42英寸（107cm）彩色PDP驱动电路的要求，设计驱动电源模块的参数为：

输入电压AC170～250V；

输出电压DC200～240V；

输出电流1A。

实验电路采用UC3845作为开关管的控制芯片，开关的工作频率为80kHz。DC/DC变换部分采用双管反激电路。

实验测得，当输入电压为AC220V，50Hz，输出功率为240W（240V/1A）时，系统的功率因数为0.786。转换效率为72.5％。此时得到输入端的电压电流波形如图4所示。

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关键词：电力电子技术应用领域发展趋势

一、电力电子技术研究的问题

电力电子技术是一项利用功率半导体器件，应用现代控制理论，微处理器或计算机控制技术，实现对电能进行控制和变换的技术。这种技术是以尽可能高的效率将一种形式的电压、电流、频、相数的电能变换成另一种形式的电压、电流、频率、相数的电能。它尽可能使用无损耗的磁元件、电容元件和开关工作状态的功率半导体器件，少用或不用损耗性的电阻和线性工作状态的功率半导体，构成开关型高效率的功率处理系统。因此，电力电子技术也是一项高效节能的技术。

它与微电子技术中的信号处理系统不同，后者是对输入信息进行处理，完成某种功能。例如，拟放大、数字编码、数/模转换或模/数转换等。为完成这些处理，信号处理系统只需要很少的电功率，系统的效率不是主要的。而电力电子技术的功率处理系统，变换效率是最重要的指标之一，它是强电与弱电的结合点。

在电力电子技术的功率处理系统中，磁性元件(电感或变压器等)的重量和尺寸占主要部份。而提高功率半导体器件的开关频率，可使磁隆元件小型轻量化。因此，高频化是电力电子技术的主要发展方向之一。有两种电路方案可供选择:非谐振式和谐振式(包括准谐振式)。前者技术成熟，但开关损耗随频率提高而增加，频率提高有限。这是一个尚在探讨解决中的开关吸收问题。后者则处于发展研究中，原理上没有开关损耗，但目前技术还不成熟，只是在某些中小功率系统中得到初步应用。

此外，开关型高效率的电力电子系统是一个非线性的离散时变系统，它的建模、仿真、分析和检测等比较复杂.难度较大。现在还是一个研究热点。仿真软件PsPlcE技术还不成熟，使用时有很大局限性。

二、现代电力电子的应用领域

1.计算机高效率绿色电源高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星”计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.通信用高频开关电源通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

3.直流-直流(DC/DC)变换器DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

4.不间断电源(UPS)不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

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关键词 继电保护；开关电源；电源故障；改进后的电源

中图分类号TM77 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0152-02

1 研究继电保护装置的必要性

随着科技的发展，电力系统中的继电保护装置也在不断的发展，尤其是对于其可靠性的研究则越发重视。继电保护装置是保护电力系统安全、正常、可靠运行的重要装置，如果继电保护装置发生故障，将会直接影响电网的安全可靠性，许多大型停电事故都是由于连锁故障造成的，尤其是继电保护装置故障引发的电网故障所占比例较高。国外大型停电事故，如2003年的英国伦敦大停电、2003年8月美国、加拿大停电事故；国内停电事故，如2007年国家电网公司的继电保护装置故障。据统计大约有75%的大型停电事故与继电保护操作不当有关，这表明继电保护系统故障所造成的危害不能小视。

继电保护用开关电源是主要功能模块，在确保输出电压稳定的前提下，利用现代电力电子技术用来掌控继电保护用开关的时间问题。因此，要保持继电保护用开关电源性能良好，这样才能进一步提高机电保护装置的安全可靠。继电保护用开关电源是主要功能模块，在确保输出电压稳定的前提下，利用现代电力电子技术用来掌控继电保护用开关的时间问题。因此，要保持继电保护用开关电源性能良好，这样才能进一步提高机电保护装置的安全可靠。

2 继电保护隐蔽故障

根据许多资料表明，继电保护的隐蔽故障是许多大型停电事故的罪魁祸首。隐蔽故障在系统正常运行时并不会对其造成影响，但当系统某些部分发生改变时，故障就会一触即发，导致更加严重的后果。隐蔽故障主要就是因其隐蔽性，不容易被发现，因此故障发生时不能及时阻止。即使继电器正确排除故障，但隐蔽故障就像一颗定时炸弹一样，往往就会导致保护系统误动作，从而酿成大型事故。

3 开关电源工作原理

开关电源主要是使用半导体功率器作为开关，使电源形态发生改变，同时保持其稳定输出，采用闭环控制，并具有保护环节的模块。开关电源的主要工作原理是将高压交流电通过整流和调制的方式，转变成适合继电保护装置的低压直流电。压交流电的具体变换顺序是：通过滤波、整流、降压等一系列措施，从高压交流电——高压直流电——高压脉动直流——转变最终适用的低压直流电。

4 故障现象分析

设计继电保护用开关电源要考虑到许多因素，如时序和保护，这样才能满足其多功能要求。设计时需要承担故障风险，再加之其需要的工作条件较为苛刻，影响继电保护用开关电源正常、安全的运行，因此继电保护用开关电源因设计缺陷造成的故障屡见不鲜。

4.1 输入电源波动，开关电源停止工作

4.1.1 故障表现

故障具体表现可以通过输入电压和输出电压的变化来观察。输入电压在产生瞬时故障时恢复正常后，继电保护开关电源会停止工作，输出电压却一直未见，而且不能自动断电。由继电保护试验仪控制并记录输入电压和输出电压的一系列变化，并控制输入电压中断的时间。可通过便携式波形记录仪进行记录。在继电保护试验仪控制输入电压中断的时间长短中，我们可以发现：输入电源恢复正常的时间共耗费了100ms～200ms左右，开关电源并没有跟输入电压一起恢复正常；在输入电压中断约250ms以后恢复，但输出电压+5V、+24V却消失；输入电压短暂中断70ms以内会恢复正常，而+5V、+24V输入电压并未消失，而且没有影响开关电源的正常工作。

4.1.2 故障分析

开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑是故障表现的直接原因。故障发生后，往往是由于此开关电源出现输出电压欠压保护逻辑。开关电源的逻辑混乱造成了故障的发生，因此就要更改逻辑。电源欠压保护的误动作是由于输入电压快速通断造成的，这种误动作主要是延时电路没有按时复位，忽略了电压的变化，使得通电时的假欠压信号未能及时屏蔽。

4.1.3 解决措施

解决故障要根据输入电压的变化来采取措施。在保护环节增加输入电压和电子开关，起到检测和闭合的作用。根据开关闭合后的输入电压情况判定，输入电压数值升到定值后，那么延时电路开始重新延时，这样在重新启动时的假欠压信号就可以顺利屏蔽，这样也可以彻底解决故障。

4.2 启动电流过大，导致电源承载过大

4.2.1 故障表现

根据电源模块的正常工作状况看，故障下的输入电流很容易“不够正常”，随着输入电压的逐渐增大而迅速“膨胀”，导致电源承载电流过大。

4.2.2 故障分析

根据故障的表现，可以看出输入电流的电流激增是一种必然，从而导致电源过载。在电源启动时，输出回路的功率会猛增，许多设计就没有充分考虑大功率问题，因此在启动时的电压和猛增的功率形成鲜明对比，并且瞬态电流猛增，导致电源过载。

4.2.3 解决措施

在设计中要充分考虑到功率问题，以更好的配合开关电源的工作。开关电源启动时功率要保持一定的值，如果要减少启动时的电流值，也可以增加启动电压的值。增加启动电压之后，可以发现启动电流的值会有所减少，亦不会对电源造成冲击。

5 结论

由此可见，开关电源在设计时要注意各种细节和各个环节，要注意电能变换、输出电压和电源的保护功能，这些都是开关电源中的重要环节，紧密相连。正所谓“牵一发而动全身“，某一个环节出了差错，开关电源的工作就会受到影响。在设计之前要充分考虑到电源启动功率和启动电压问题，在功率一定的情况下，提高启动电压，这样就可以避免电流徒增。由于电力系统的供电范围越发广泛，对于继电保护装置的可靠性研究必须要日益重视起来。

参考文献

[1]沈晓凡，舒治淮，刘军，等.2007年国家电网公司继电保护装置运行情况[J].电网技术，2008，32（16）：9-12.

[2]徐敏锐，吴在军.继电保护用开关电源的设计[J].江苏电机工程，2004（6）.