整流與變換設(shè)備

1、通信電源 報(bào) 告 書(shū) 院 系： 電子電氣工程系 班 級(jí): 11電子信息班 姓 名： 秦 清 學(xué) 號(hào)： 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(kāi)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(kāi)關(guān)整流器分類35、 功率轉(zhuǎn)換電路46、 高頻開(kāi)關(guān)元器件67、 絕緣門(mén)極晶體管（IGBT或IGT）88、 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)述109、 監(jiān)控單元日常操作1210、 結(jié)語(yǔ)16通信整流技術(shù)的發(fā)展概述我國(guó)從1963年起開(kāi)始研制可控硅整流器，到1967年開(kāi)始逐步普及，從而取代了電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、硒整流器。到了20世紀(jì)80年代，

2、為程控交換機(jī)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(jī)配套整流器。20世紀(jì)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(kāi)關(guān)電源的發(fā)展成為可能。高頻開(kāi)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(shì)，也順應(yīng)了通信對(duì)電源提出的要求?？煽啃允请娫聪到y(tǒng)一個(gè)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(jì)的趨于合理，高頻開(kāi)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(hù)功能，使高頻開(kāi)關(guān)整流器的MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）延長(zhǎng)，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(gè)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(kāi)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(kāi)關(guān)整流器發(fā)展的趨勢(shì)。功率器件生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，其功耗減??；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得開(kāi)關(guān)整流器設(shè)計(jì)拓?fù)浜蛥?shù)趨于合理，即所謂的最簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)整流器的效率大大提高。高頻開(kāi)關(guān)整流器的特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)： 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(shí)，其功率因數(shù)近似為1，且基本不受負(fù)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(hù)簡(jiǎn)單、擴(kuò)容方便。因結(jié)構(gòu)模塊式，可在運(yùn)行中更換模塊，將損壞模塊離機(jī)修理，不影響通信。在初建時(shí)，可預(yù)計(jì)終期容量機(jī)架，整流模塊可根據(jù)擴(kuò)容計(jì)劃逐步增加。 智能化程度較高。配有CPU和計(jì)算機(jī)通信接口，組成智能化電源設(shè)備，便于集中監(jiān)控，無(wú)人值守。 高頻開(kāi)關(guān)整流器也在不斷改進(jìn)和完善之中，目前國(guó)內(nèi)外在這個(gè)領(lǐng)域的研究方向和有待解決的問(wèn)題主要有： 解決高頻化與噪聲的矛盾問(wèn)題。提高工作頻率能使動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，這對(duì)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(guò)高的工作頻

5、率不但使得損耗增加，同時(shí)增加了更多的高頻噪聲，這些噪聲既對(duì)整流器自身工作會(huì)帶來(lái)影響，也會(huì)使得其他電子設(shè)備受到干擾。 如何進(jìn)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(huì)出現(xiàn)過(guò)多的損耗和噪聲。一方面，損耗的增加制約了整機(jī)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(kāi)發(fā)高性能的功率器件、電感、電容和變壓器，提高整機(jī)的可靠性。新型高速半導(dǎo)體器件的研究開(kāi)發(fā)一直是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展進(jìn)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(kāi)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(kāi)發(fā)，將大大提升整流器的可靠性和使用壽命。通信高頻開(kāi)關(guān)整流器的組成一般所指的高頻開(kāi)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(lái)就是其中的高頻開(kāi)關(guān)整流器，由于目前大都是模塊化結(jié)構(gòu)，所以有時(shí)也稱高頻開(kāi)關(guān)整流器為高頻開(kāi)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(guò)程，是高頻開(kāi)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(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)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(wú)功損耗來(lái)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(kāi)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(jìn)行比較，然后去控制逆變電路，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。3檢測(cè)電路除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)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(kāi)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(jí)的電壓電源）。高頻變換減小變壓器體積原理由高頻開(kāi)關(guān)整流器方框圖可知，高頻開(kāi)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(rèn)為是高頻開(kāi)關(guān)整流器的核心技術(shù)。我們用式高頻開(kāi)關(guān)整流器分類DC/AC逆變電路是高頻開(kāi)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(kāi)關(guān)整流器可分為PWM型和諧振型兩類。PWM型高頻開(kāi)關(guān)整流器具有控制簡(jiǎn)單，穩(wěn)態(tài)直流增益與負(fù)載無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，整流器中的功率開(kāi)關(guān)器件工作在

9、強(qiáng)迫關(guān)斷和強(qiáng)迫導(dǎo)通方式下，在開(kāi)關(guān)截止和導(dǎo)通期間有一定的開(kāi)關(guān)損耗，而且開(kāi)關(guān)損耗隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而增加，故限制了整流器開(kāi)關(guān)工作頻率進(jìn)一步提高。諧振型高頻開(kāi)關(guān)整流器則可以使其工作在更高的頻率下工作而開(kāi)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(kāi)關(guān)整流器。功率轉(zhuǎn)換電路在高頻開(kāi)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(gè)過(guò)程顯而易見(jiàn)是整流器最根本的任務(wù)，完成的是否好，主要有兩點(diǎn)，一是功率轉(zhuǎn)換過(guò)程中效率是否高；二是大功率電路其體積是否小（至于其他一些問(wèn)題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(gè)：高壓直流高壓交流降壓變壓器低壓交流低壓直流的過(guò)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(guò)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(guò)程為主。1PWM型功率轉(zhuǎn)換電路PWM型功率轉(zhuǎn)換電路在開(kāi)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(lái)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(jiǎn)單，由基極驅(qū)動(dòng)電路控制開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通，將直流轉(zhuǎn)換成高頻交流，開(kāi)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(shí)上我們發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)都具有一定的損耗，而且這種損耗會(huì)隨著開(kāi)關(guān)交替導(dǎo)通頻率的提高而增加，也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)管的通斷損耗的增加大大限制了開(kāi)關(guān)頻率的進(jìn)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(guò)適當(dāng)?shù)馗淖冮_(kāi)關(guān)管的電壓、電流波形關(guān)系來(lái)達(dá)到減小開(kāi)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(kāi)關(guān)組成了所謂的“諧振開(kāi)關(guān)”（對(duì)應(yīng)PWM型的硬開(kāi)關(guān)，這種諧振開(kāi)關(guān)有時(shí)稱為軟開(kāi)關(guān)）。在這種功率轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)行中將周期性地出現(xiàn)諧振狀態(tài)，從而可以改善開(kāi)關(guān)的電壓、電流波形，減小開(kāi)關(guān)損失，又由于工作在諧振狀態(tài)的時(shí)間只占開(kāi)關(guān)周期的一部分，其余時(shí)間都運(yùn)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(kāi)關(guān)式，一種是零電壓諧振開(kāi)關(guān)式。前者的特點(diǎn)是保證開(kāi)關(guān)管在零電流條件下斷開(kāi)，從而大大地減小了開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗（p關(guān)斷=u*0），同時(shí)也能大大地減小斷開(kāi)電感性負(fù)載時(shí)可能出現(xiàn)的電壓尖峰，后者的特點(diǎn)是保

13、證開(kāi)關(guān)管在零電壓條件下開(kāi)通，從而大大地減小了開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通損耗（p開(kāi)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(kāi)關(guān)代替硬開(kāi)關(guān)，從而減小開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的損耗，使工作頻率大大提高。其電路形式不再贅述。3時(shí)間比例控制穩(wěn)壓原理引入時(shí)間比例控制概念的目的，是因?yàn)檎髌鞯囊粋€(gè)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(kāi)關(guān)整流器穩(wěn)壓的原理就是：時(shí)間比例控制。（1）時(shí)間比例控制原理開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源示意圖如圖5-4所示。開(kāi)關(guān)以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，輸入由式（可知，改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)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(guò)改變開(kāi)關(guān)

14、接通時(shí)間ton和工作周期T的比例，亦即改變脈沖的占空比，來(lái)調(diào)整輸出電壓的方法，稱為“時(shí)間比例控制”（Time Ratio Control，TRC）。（2）TRC控制方式TRC有三種實(shí)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(kāi)關(guān)工作周期恒定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)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(kāi)關(guān)管工作頻率固定（即周期不變），通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管在一個(gè)固定周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間（即寬度）來(lái)改變直流輸出電壓最終達(dá)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(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率（即工作周期）來(lái)改變占空比的方式。 混合調(diào)制：是指導(dǎo)通脈沖寬度和開(kāi)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(kāi)關(guān)元器件高頻開(kāi)關(guān)整流器中，功率轉(zhuǎn)換電路是其主要組成部分，高頻開(kāi)關(guān)整流器的工作頻率實(shí)際上就是功率轉(zhuǎn)換電路的工作頻率，它取決于開(kāi)關(guān)管的工作頻率。所以功率轉(zhuǎn)換電路中高頻開(kāi)關(guān)管性能的高低（比如開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷速度、開(kāi)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(kāi)關(guān)整流器采用的高頻功率開(kāi)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(jiàn)

16、的功率MOSFET與IGBT兩種常見(jiàn)開(kāi)關(guān)管。1功率場(chǎng)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(dòng)功率小、工作速度高、無(wú)二次擊穿和安全區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。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?cái)U(kuò)期工藝制成的具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)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(jī)構(gòu)和表面電場(chǎng)效應(yīng)。市場(chǎng)上功率MOSFET大多為N溝道器件，如國(guó)際整流器公司推出的IRF150系列VDS在100V以上，IDmax為近百安，美國(guó)IXYS公司推出的高性能HDMOS管，其BVDS達(dá)1 200V，IDmax超過(guò)160A。IGBT管結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。由圖5-8中可見(jiàn)，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(jī)構(gòu)和表面電場(chǎng)效應(yīng)。工作頻率功率開(kāi)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(shí)際上在開(kāi)通時(shí)從截止?fàn)顟B(tài)到線性工作區(qū)再過(guò)渡到飽和區(qū)需要一段時(shí)間，反之亦然。顯然所需延時(shí)愈小，開(kāi)關(guān)時(shí)間愈短，開(kāi)關(guān)速度愈快。功率MOSFET的特點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，功率增益高，是一種電壓控制器件。開(kāi)關(guān)速度快，不需要加反向偏置。 多個(gè)管子可并聯(lián)工作，導(dǎo)通電阻具正溫度系數(shù)，具有自動(dòng)均流能力。例如，并聯(lián)組合管中某管芯電流增加時(shí)，其溫度上升使其電阻增大，從而限制了電流的增長(zhǎng)。 開(kāi)關(guān)速度受溫度影響非常小，在高溫運(yùn)行時(shí)，不存在溫度失控現(xiàn)象。其允許工作溫度可達(dá)200。功率MOSFET無(wú)二次擊穿問(wèn)題。普通功率晶體管在高壓

19、大電流條件下進(jìn)行切換時(shí)，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(jìn)一步增加，并高速向低阻區(qū)移動(dòng)。（5）功率MOSFET使用注意事項(xiàng) 柵極電路的阻抗非常高，易受靜電損壞，存放時(shí)應(yīng)短路三極，放在靜電倉(cāng)袋中，取出使用時(shí)，不能觸摸引線。 器件進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)應(yīng)采用專用儀表，而不能用常規(guī)電流電壓表（包括萬(wàn)用表）。 在進(jìn)行引線焊接時(shí)，操作者應(yīng)用佩帶接地的專用腕帶，且工作臺(tái)與焊接工具均應(yīng)接地，地面也應(yīng)接地。 導(dǎo)通時(shí)電流沖擊大，易產(chǎn)生過(guò)電流。并聯(lián)工作時(shí)，易產(chǎn)生高頻震蕩。絕緣門(mén)極晶體管（IGBT或IGT）在Boost PFC電路中，設(shè)PWM信號(hào)周期為T(mén)，Q管截止時(shí)間為T(mén)OH，則Uo=T/TOH?UI（證

20、明略）。當(dāng)Boost PFC電路中Uo上升時(shí)，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(dòng)（以低次分量居多）消除，同時(shí)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(chǎng)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(kāi)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(lái)越大，同時(shí)電子設(shè)備本身的靈敏度越來(lái)越高，相互之間的影響也越來(lái)越大。我們不得不考慮電子設(shè)備的電磁兼容問(wèn)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(xiě)為EMC（Electromagnetic Compatibility）。EMC的內(nèi)容很多，簡(jiǎn)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(duì)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(guò)導(dǎo)線向外界產(chǎn)生的傳導(dǎo)（conducted）騷擾和通過(guò)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(kāi)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(lái)有以下一些影響： 通信設(shè)備由于開(kāi)關(guān)整流器發(fā)出的噪

22、聲而受到影響； 開(kāi)關(guān)整流器對(duì)市電電網(wǎng)的反灌污染； 開(kāi)關(guān)整流器向空間傳播噪聲； 外來(lái)噪聲（包括空間和輸入市電線路使開(kāi)關(guān)整流器的控制電路產(chǎn)生誤作； 開(kāi)關(guān)整流器產(chǎn)生的噪聲對(duì)自身的影響。對(duì)于高頻開(kāi)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(kāi)關(guān)電源時(shí)，注意輸入線路和輸出線路的隔離、輸出線絞合或平行線、機(jī)架地線和信號(hào)地線分開(kāi)、配置必要的輸入浪通常在功率開(kāi)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(huì)通過(guò)散熱器對(duì)機(jī)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(huì)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?。娙荽?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(shí)可在功率開(kāi)關(guān)管和散熱屏蔽層之間絕緣層涂上硅脂，并用CH接地來(lái)耦合隔離干擾，一般選擇高頻小電容。同時(shí)，應(yīng)注意屏蔽層必須接至輸入接地端。開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)簡(jiǎn)述目前通信用高頻開(kāi)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。圖5-17是一個(gè)開(kāi)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(fù)責(zé)將輸入三相交流電分配給多個(gè)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(hù)后面的電器遭受高電壓的沖擊，再接有三個(gè)空氣開(kāi)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(shí)，由于一個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)具有多個(gè)整流模塊，所以多個(gè)整流模塊工作時(shí)有一個(gè)相互協(xié)調(diào)的問(wèn)題，包括多個(gè)整流模

25、塊工作時(shí)合理分配負(fù)載電流（即均流功能），其中某個(gè)整流模塊出現(xiàn)輸出高壓時(shí)該模塊能正常退出而不影響其他模塊的工作。一個(gè)開(kāi)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(hù)熔絲以外，我們注意到還串有接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)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(shí)，該常開(kāi)觸點(diǎn)K是動(dòng)作閉合的，也就是說(shuō)蓄電池組是并入開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)參與工作的；當(dāng)整流模塊停機(jī)，由蓄電池組單獨(dú)對(duì)外界負(fù)載放電時(shí)，隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)，電池的輸出電壓會(huì)越來(lái)越低，當(dāng)電池電壓達(dá)到一個(gè)事先

26、設(shè)定的保護(hù)電壓值時(shí)，為了保護(hù)電池組不至于過(guò)放電而損壞，常開(kāi)觸點(diǎn)K釋放打開(kāi)，從而斷開(kāi)了電池組與系統(tǒng)的連線，此時(shí)系統(tǒng)供電中斷（事實(shí)上如此低的輸出電壓對(duì)其后的通信負(fù)載也會(huì)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(qiáng)日常維護(hù)工作，避免蓄電池組長(zhǎng)時(shí)間放電。直流配電單元負(fù)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(fù)載。其中在相應(yīng)線路中接有熔絲保護(hù)和測(cè)量線路電流的分流器。監(jiān)控單元是整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的“總指揮”，起著監(jiān)控各個(gè)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(shí)現(xiàn)分

27、別存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)的目的。為實(shí)現(xiàn)多個(gè)下級(jí)設(shè)備的連接，具有串口電路。為實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，具有I/O接口電路，以連接鍵盤(pán)、LCD模塊和輸出告警的干接點(diǎn)。此外，為了保證監(jiān)控單元的高可靠性工作，具有看門(mén)狗電路。 監(jiān)控單元軟件設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?。監(jiān)控單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)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(tái)通信等功能。從監(jiān)控對(duì)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(gè)功能單元。下面簡(jiǎn)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(cè)三相交流輸入電壓值（是否過(guò)高、過(guò)低，有無(wú)缺相、停

28、電），頻率值，電流值以及MOA避雷器是否保護(hù)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(shí)，發(fā)出聲光告警，記錄相關(guān)事件發(fā)生的詳細(xì)情況，以備維護(hù)人員查詢。2整流模塊監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)機(jī)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(kāi)關(guān)機(jī)、浮充或均充。顯示相關(guān)信息以及記錄事件發(fā)生的詳細(xì)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(zhǎng)時(shí)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(huì)作詳細(xì)的講解。注：整流模塊一般工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載電流太大時(shí)，整流模塊自動(dòng)進(jìn)入“穩(wěn)流狀態(tài)”，直到負(fù)

29、載電流減小到正常范圍以內(nèi)后重新進(jìn)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(gè)極限值，不會(huì)隨負(fù)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(xì)分析。3蓄電池組監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)蓄電池組總電壓、充電電流或放電電流，記錄放電時(shí)間以及放電容量、電池溫度等?？刂菩铍姵亟MLVD脫離保護(hù)和復(fù)位恢復(fù)（根據(jù)事先設(shè)定的脫離保護(hù)電壓和恢復(fù)電壓）；蓄電池組均充周期的控制、均充時(shí)間的控制和蓄電池溫度補(bǔ)償?shù)目刂频?。監(jiān)控單元日常操作監(jiān)控單元在開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)其他模塊單元的正常工作，日常對(duì)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的操作一般也集中在對(duì)監(jiān)控單元的操作上。對(duì)監(jiān)控單元的日常操作也就是對(duì)其菜單

30、的操作。下面對(duì)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(yè)一般在監(jiān)控單元的首頁(yè)會(huì)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)監(jiān)控單元正常時(shí)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(shí)，首頁(yè)一般還會(huì)提示有無(wú)告警信息以及進(jìn)入下級(jí)子菜單的途徑。常見(jiàn)的子菜單有：資料：包括蓄電池容量情況、下次均充時(shí)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(jī)、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(shí)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(shí)間和語(yǔ)言選擇的設(shè)定等。記錄：記錄系統(tǒng)工作時(shí)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(shí)間和告警級(jí)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)才能夠準(zhǔn)確地操作設(shè)定相關(guān)參數(shù)（有些開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)要進(jìn)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(xì)地介紹常見(jiàn)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(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸出高壓告警。 直流過(guò)壓停機(jī)電壓設(shè)定 事先設(shè)定直流過(guò)壓停機(jī)電壓為59V，則當(dāng)系統(tǒng)輸出直流電壓上升至59V時(shí)，整流模塊停機(jī)并發(fā)出聲光告警，顯示系統(tǒng)輸出過(guò)壓停機(jī)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(shí)，系統(tǒng)將會(huì)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(dú)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(shí)，系統(tǒng)將會(huì)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(shí)，系統(tǒng)將會(huì)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(guò)高告警設(shè)定事先設(shè)定蓄電池組溫度過(guò)高告警為40，則當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電池表面溫度上升至40時(shí)，發(fā)出聲光告警，顯示電池高溫告警，同時(shí)如果電池處于均充則自動(dòng)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(kāi)啟/關(guān)閉如果設(shè)為開(kāi)啟，則應(yīng)進(jìn)一步設(shè)定周期均充參數(shù)，包括開(kāi)啟/關(guān)閉、周期和均充持續(xù)時(shí)間。例如典型值：周期均充開(kāi)啟、周期1個(gè)月、均充持續(xù)時(shí)間10小時(shí)。注：蓄電池均充周期以及均充持續(xù)時(shí)間的設(shè)定應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用的電池特性（廠家提供）和使用年限狀況來(lái)定，具體情況在以后章節(jié)中會(huì)詳細(xì)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(dá)該值后，將不再增加電流（進(jìn)入穩(wěn)流狀態(tài)），起到保護(hù)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(duì)電池的充電電流到達(dá)該值后，電流將不再上升，起到保護(hù)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(fù)載供電，監(jiān)控單元同時(shí)開(kāi)始累計(jì)蓄電池放電容量，以決定交流復(fù)電后是否向蓄電池實(shí)行較高電壓的均充（快速補(bǔ)充電池能量）。如果累計(jì)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(shí)間達(dá)到事先設(shè)定值；蓄電池組表面溫度過(guò)

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(shí)間：10小時(shí)。表示當(dāng)交流輸入中斷后，如果累計(jì)放電容量超過(guò)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(shí)間達(dá)到10小時(shí)，返回浮充。（I10指電池10小時(shí)率放電電流，一般為額定容量/10，在本書(shū)蓄電池章節(jié)將作詳細(xì)講解。）注：根據(jù)不同開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)對(duì)蓄電池組的維護(hù)策略，有些開(kāi)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(jì)均充容量達(dá)到電池放出容量乘以回充百分?jǐn)?shù)后，返回浮充。又如，回充百分?jǐn)?shù)設(shè)為120，表示當(dāng)均充容量達(dá)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(kāi)啟時(shí)，可根據(jù)實(shí)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(xiě)入監(jiān)控單元，作為監(jiān)控單元對(duì)電池組管理的依據(jù)。 溫度補(bǔ)償功能設(shè)定設(shè)定溫度補(bǔ)償功能：開(kāi)啟/關(guān)閉如果溫度補(bǔ)償功能設(shè)為開(kāi)啟，則應(yīng)進(jìn)一步設(shè)定溫度補(bǔ)償參數(shù)：溫度補(bǔ)償斜率。比如設(shè)為?72mV/只，表示當(dāng)電池溫度每升高1，對(duì)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(duì)電池充電電壓應(yīng)提高72mV/只，以達(dá)到保護(hù)電池的目的。 電池測(cè)試功能設(shè)定當(dāng)設(shè)定電池測(cè)試功能為開(kāi)啟時(shí)，系統(tǒng)整流模塊自動(dòng)停機(jī)，蓄電池組進(jìn)

37、入放電狀態(tài)，以測(cè)試蓄電池組容量情況。為保護(hù)蓄電池組不至于過(guò)多放電而影響系統(tǒng)和電池本身安全性，事先應(yīng)對(duì)電池測(cè)試功能的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：最長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間和測(cè)試結(jié)束電壓，比如分別為5小時(shí)和47V，表示在進(jìn)行電池放電測(cè)試時(shí)，當(dāng)放電測(cè)試時(shí)間達(dá)到5小時(shí)或蓄電池組電壓下降到47V時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束放電測(cè)試，整流模塊自動(dòng)開(kāi)機(jī)，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(dòng)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(shí)，蓄電池組自動(dòng)與系統(tǒng)脫離，當(dāng)系統(tǒng)電壓回升到47V時(shí)，蓄電池組自動(dòng)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(dòng)作電壓的原因主要是防止

38、低壓脫離裝置頻繁動(dòng)作（大家可以自己思考）。（4）系統(tǒng)時(shí)間和語(yǔ)言選擇的設(shè)定設(shè)定系統(tǒng)時(shí)間，為監(jiān)控單元記錄事件提供時(shí)間依據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)一般可提供多種操作語(yǔ)言可供選擇（比如簡(jiǎn)體中文、繁體中文和英文等）。5.6開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的故障處理與維護(hù)由于高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)在通信電源系統(tǒng)中所處的重要地位，對(duì)它的運(yùn)行管理和維護(hù)工作是非常重要的。由于開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)本身平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（Mean Time Between Failure，MTBF）的長(zhǎng)短、日常維護(hù)質(zhì)量的優(yōu)劣、外界干擾強(qiáng)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(duì)故障的迅速、正確排除，減少故障所造成的損失是項(xiàng)重要的基本任務(wù)。目前的高頻開(kāi)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(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控單元能顯示故障事件發(fā)生的具體部位、時(shí)間等等。維護(hù)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)智能化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到真正能代替人的所謂“人工智能”的程度，很多實(shí)際故障發(fā)生后的判斷處理仍然需要有經(jīng)驗(yàn)的電源維護(hù)人員根據(jù)故障現(xiàn)象，進(jìn)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(jìn)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(wú)聲光告警指示。由于開(kāi)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(diǎn)亮，同時(shí)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(wú)歷史告警信息等，有時(shí) 非正常告警類故障：這一類故障發(fā)生時(shí)，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(wú)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(shí)，系統(tǒng)的功能發(fā)生異?；騿适В到y(tǒng)沒(méi)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(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)的參數(shù)不符合系統(tǒng)性能指標(biāo)，發(fā)生檢測(cè)不準(zhǔn)或參數(shù)不對(duì)等情況。在實(shí)際檢修過(guò)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(duì)應(yīng)部位聲光告警，例如，交流配電發(fā)生故障會(huì)發(fā)生配電故障燈亮，或有