通讯系统电源 （高频开关电源、免维护电池）技术规范书
1、概述 1.1本技术规范书仅适用于2011主网技改工程。 1.2本规范未对一切技术细节做出规定，也未充分引述有关标准和规范，卖方应提供符 合本规范书和遵照国际电工委员会标准（IEC）、国际公制（SI）及国家标准的符合国家电力行业标准的优质产品。技术指标应符合YD/T731《通讯用高频开关整流器》的规定。 1.3本规范未尽事宜，双方协商解决。 2、主要技术要求 2.1 供货数量： 序号名称规格及型号单位数量备注 1 高频开关电源屏-48V/120A（4*30A）面 4 2 蓄电池屏48V/300AH，每组24只，-2V 面8 3 电池巡检仪每套可接48只电池套 4 高频开关电源：-48V/120A （4*30A） 4套 蓄电池： -48V/300AH 4组（包括电池柜） 每套两组每组24只，2V/只 2.2设备电气性能 3.单套高频开关电源配置： 1)具备交流输入配电单元、整流单元、直流输出配电单元、监控单元，并为一体化机 柜，应能至少接入2组蓄电池。 2)具备完善的故障告警、保护功能（交流输入故障、直流输出故障、整流单元故障、 监控单元故障等自动保护功能），且部分状态具有自动恢复功能（交流过压、欠压、直流过流、过温）。 3)交流配电单元： 输入2路，输入电压：三相五线制：380V±20%,50±10%HZ，2路交流输入电源能自动切换，且互为主备用。 输出：三相输出分路（2路）：2路32A，2路25A 单相输出分路（14路）：2路20A，8路10A，4路6A。 4)直流配电单元： 输入：整流4路：48V/4*30A,可调整为(10A-20A-30A-60A，最大能达到120A。
高频开关电源的特点及在电力系统的应用 摘要：高频开关电源具有体积小重量轻、安全可靠、自动化程度及综合效率高、噪音低等特点，目前，电力系统已逐步采用这种电源系统。高频开关整流器与原始直流设备的性能比较。 关键词：高频开关电源；特点；性能比较；应用 一、前言 在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。传统的直流电源多数采用可控硅整流型。近几年来，许多直流电源厂家推出智能化的高频开关电源，这种电源系统具有许多优点：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等，适应电网发展的需要，值得推广使用。 目前，我国电力系统采用的直流电源也正由传统的相控电源逐步向模块化的高频开关电源转变。高频开关电源整流器的工作原理：交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转换为高频交流，最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。这种高频开关电源主要由高频开关充电模块、集中监控器和蓄电池组等组成，其中充电模块和集中监控器具有内置微处理器，智能化程度高。高频开关电源系统正常
运行时，充电机的输出与蓄电池组并联运行，给经常性负荷供电。 二、高频开关电源的原理和特性 （一）高频电源系统方框图 高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出。 （二）采用高频化有较高技术经济指标 理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其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时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。逆变或整流焊机、通讯电源用浮充电源的开关式整流器，都是基于这一原理。 那么，以同样的原理对传统的电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等各种直流电源加以类似的改造，使之更新换代为“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，既可带来显著节能、节材的经济效益，更可体现技术含量的价值。 （三）设计模块化——自由组合扩容互为备用提高安全系数 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。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生
智能高频开关电源模块 22005F/11010F 用 户 手 册
目录 第一章概述 (2) 第二章充电模块介绍 (3) 2.1 结构及接口 (3) 2.1.1模块外观 (3) 2.1.2前面板 (3) 2.1.3后面板 (5) 2.2充电模块工作原理 (6) 2.3充电模块主要功能 (6) 2.3.1保护功能 (6) 2.3.2 其它功能 (7) 2.4充电模块性能参数 (8) 2.4.1环境要求 (8) 2.4.2输入特性 (9) 2.4.3输出特性 (9) 2.4.4其他特性 (9) 2.5充电模块安装尺寸 (10) 2.6包装维护 (11) 2.6.1运输包装 (11) 2.6.2维护 (11) 2.7使用注意事项及处理 (11) 2.7.1模块均流 (11) 2.7.2输出电压设定 (12) 2.7.3分组号设定 (12) 2.7.4地址设定 (12) 2.7.5模块告警现象及处理 (12) 注意事项 (13)
第一章概述 公司专业生产高频开关模块和其它专业电源模块以及电力操作电源监控系统，向各合作厂家及终端用户提供其中的电源组件。电力操作电源系统是应用电力机房内的电源设备，电力操作电源又称电力工程交、直流电源，简称交、直流屏（柜）。主要用于各级变电所（站）及火力、水力发电厂，作为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷的电源，是电力系统控制、保护的基础。在轨道交通领域主要应用于为供电系统的断路器分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和事故照明提供不间断直流电源。 智能高频开关直流电源系统由交流输入配电部分、充电模块整流部份、降压部份、直流输出馈电部份、监控部份以及绝缘监测部份组成。 电力操作电源充电模块作为电力系统必不可少的重要组成部份，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向电力设备提供能源；除此之外，现代电力操作电源还必须具备智能集散监控，无人值守和电池自动管理等功能，从而满足电力系统现代化管理的需求。 电力操作电源充电模块不仅能很好的满足市场的需求，还能从客户实际应用角度出发，为客户提供真正经济、可靠、便利的系统解决方案。其主要特点集中体现在： ●高功率密度化，有利于节约系统空间，提高系统容量。 ●高效率，利用智能风冷方式，能很好地处理模块器件温升，提高可靠性。 ●具有输出电压和电流平滑调节的功能。 ●模块内部集成防倒灌二极管，可实现热插拔，方便系统调整及维护。 ●软件均流，无需硬件设置，能支持多达60个模块可靠自主均流运行。 ●充电模块智能控制，提供数据通讯接口。 ●分散多级监控系统，实现监控系统的简单可靠。
电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间：2016年6月25日至2016年6月27日
设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源：电压额定值220±10%，频率：50Hz； 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V； 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V)； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种电路结构，比较并确定主电路 结构和控制方案； 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的 保护电路； 3.参数计算，选择主电路及保护电路元件参数； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.林渭勋等，《电力电子设备设计和应用手册》； 3.张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业 出版社。
目录 一、总体设计 (1) 1．主电路的选型（方案设计） (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法） (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)
嵌入式 通信设备用高频开关电源 产品说明书 （PS4860系列） 深圳市中兴通电力技术有限公司
一、系统介绍 1.系统概述 PS4860（48V/60A）是我公司为通讯设备设计制造的嵌入式、智能化、多功能整流电源。它主要由整流器模块、控制单元和配电单元组成，设备机柜外形图见附图。整流器模块型号为PS4820（48V/20A），最多可放置3只。 本电源系统采用标准19英寸宽度，可与目前通信行业标准机架自由组合。本电源也可选用我公司PS4810（48V/10A）、PS4815（48V/15A）模块或PS2410（24V/10A）、PS2415（24V/15A）、PS2420（24V/20A）、模块。 2．原理简介 接入单相三线制交流电，经过交流空气开关将交流电分配给整流模块，整流模块采用高频PWM技术将单相交流电变换为隔离的直流电。该直流电经直流配电单元分配给蓄电池组充电用和供负载用。控制单元控制整个系统，实现故障告警、参数显示、键盘操作、电池管理、远程通信等功能。 3．产品特点 3.1 嵌入式 产品集成了交/直流配电、整流模块和控制单元，体积小。采用标准19英寸宽度，可嵌入通信行业设备机架。 3.2 模块化 高频整流模块冗余备份运行，均流度高，通过长时间短路试验和高温老化，可工作于有微机监控器和无微机监控器两种模式，采用成熟的技术和工艺，可靠性高。 3.3 智能化 微机监控器自动采集交流、直流、电池和整流模块的参数和工作状态，通过RS232口、RS485口或MODEM与周边设备或远程监控中心联机组网，实现远程监控，采用中国电信总局《通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统前端智能设备通讯协议》，通用性强。 1
目录 1绪论 (1) 1.1高频开关电源概述 (1) 1.2意义及其发展趋势 (2) 2高频开关电源的工作原理 (3) 2.1 高频开关电源的基本原理 (3) 2.2 高频开关变换器 (5) 2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5) 2.2.2 多端式变换器 (6) 2.3 控制电路 (8) 3高频开关电源主电路的设计 (9) 3.1 PWM开关变换器的设计 (9) 3.2 变换器工作原理 (10) 3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11) 3.3.1 开关器件 (11) 3.3.2 MOSFET的驱动 (11) 3.4高频变压器的设计 (13) 3.4.1 概述 (13) 3.4.2 变压器的设计步骤 (13) 3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15) 3.5 整流滤波电路 (15) 3.5.1 整流电路 (15) 3.5.2 滤波电路 (16) 4 总结 (19) 参考文献 (20)
1 绪论 1.1高频开关电源概述 八十年代,国高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面: (l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准? (2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? (3)能否组建大容量电源? (4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)? (5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。
2011年8月15日第34卷第16期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique A ug.2011V ol.34N o.16 智能高频开关电源系统中整流模块的功能设计 毕恩兴 (西安铁路职业技术学院,陕西西安 710014 摘要:以智能高频开关电源系统中的整流模块为研究对象,采用无源PF C 和D C/DC 变换器的原理,对模块的整流原理进行设计和改善,经过对整流模块的硬件、电路的设计与调试表明:该整流模块可以有效地解决智能高频开关电源系统中整流问题,同时,还具有可靠性强、稳定性好且体积小、噪声低、节能高效、维护方便等优点,能够很好地满足现代智能高频开关电源系统的发展趋势要求。 关键词:高频开关电源;整流模块;D C DC 变换器;PF C 中图分类号:T N710 34;T M 32 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(201116 0189 03 Design on Rectifier Module in the High frequency Intelligent Switching Power System BI En xing (Xi an Railway Vocat ion &T ec hni cal Institute,Xi an 710014,China Abstract :T aking t he r ect ifier mo dule o f high fr equency int elligent switching pow er as research object,and using passive po wer factor co rr ection and DC/DC
高频开关电源的基本原理
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第一节高频开关电源的基本原理 一、高频开关电源的组成 高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流-直流变换器和输出滤波器等部分组成，其组成方框图如图1-3-1所示。 图1-3-1高频开关整流器组成方框图 图中输入回路的作用是将交流输入电压整流滤波变为平滑的高压直流电压；功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压；整流滤波电路的作用是将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；开关电源控制器的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。从框图中可见，由于高频变压器取代了笨重的工频（50HZ）变压器，从而使稳压电源的体积和重量大小减小。 开关整流器的特点： ①重量轻，体积小 采用高频技术，去掉了工频变压器，与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只上相控整流器的1/10，重量也接近1/10。 ②功率因数高 相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，一般在全导通时，可接近0.7以上，而小负载时，仅为0.3左右。经过校正的开磁电源功率因数一般在0.93以上，并且基本不受负载变化的影响（对20%以上负载）。 ③可闻噪音低 在相控整流设备中，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于60dB。而开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45dB左右。 ④效率高 开关电源采用的功率器件一般功耗较小，带功率因数补偿的开关电源其整机效率可达88%以上，较好的可做到91%以上。 ⑤冲击电流小 开机冲击电流可限制的额定输入电流的水平。 ⑥模块式结构 由于体积不，重量轻，可设计为模块式结构，目前的水平是一个2m高的19英寸（in）机架容量可达48V/1000A以上，输出功率约为60KW。 二、高频开关电源的分类 （二）开关整流器分类 1、按激励方式 可分为自激式和他激式。自激式开关电源在接通电源后功率变换电路就自行产生振荡，即该电路是靠电路本身的正反馈过程来实现功率变换的。 自激式电路出现最早。它的特点是电路简单、响应速度较快，但开关频率变化大、输出纹波值较大，不易作精确的分析、设计，通常只有在小功率的情况下使用，如家电、仪器电源。他激式开关电源需要外接的激励信号控制才能使变换电路工作，完成功率变换任务。 他源激式开关电源的特点是开关频率恒定、输出纹波小，但电路较复杂、造价较高、响应速度较慢。 2、按开关电源所用的开关器件 可分为双极型晶体管开关电源、功率MOS管开关电源、IGBT开关电源、晶闸管开关电源等。
作业指导书 一、智能高频开关电源设备安全技术操作规程 1.检修人员使用前必须熟悉设备性能和状态，了解设备结构后方可进行作业。 2.按规定着用劳动防护用品。 3.严格执行“三不动”、“三不离”的规定。 4.在操作过程中，严禁触摸电源金属裸露部分。 5.不得随意更改监控模块设定参数、随意更改功能开关状态。 6.两路交流市电均停电或故障，设备自动由蓄电池供电，根据大准线实际情况，蓄电池放电至额定容量的30%或输出电压下降至47V 时需启动油机发电机给设备供电，油机发电机启动至少5分钟，待输出正常后，方可切换给电源系统供电。 7.整流模块故障需更换时，关闭对应的交流输入开关，将故障模块抽出，更换为新模块并固定，合上对应的交流输入开关，给模块上电，并确认模块工作正常。 8.检查设备电源线、地线连接是否安全可靠。 9.影响设备正常使用的检修项目，需请点后方可进行。
序号作业项目作业内容工作（作业）标准1 清扫设备清扫设备外部清洁无积尘。 2 整机检修 1.指示灯及监控模 块检查1.架顶指示灯、各模块指示灯显示正常。 2.监控模块显示正常。 2.外观及配线检查 1.设备整机、蓄电池、防雷保护单元等各部 位安装牢固，状态、作用良好。 2.设备标签、铭牌齐全准确。 3.配线走线规范、连接可靠、标识准确。 3 特性测试 1.交流1/2路输入 电源测试220V：187～242V，频率：50H在±2Hz 380V：323～418V，频率：50Hz±2Hz 2.整流模块输出电 压测试 48V：43.2～57.6V 3.蓄电池电压单体电压：浮充（25℃）：2.23～2.28V， 均充：2. 30～2.35V； 总体电压：浮充：53.52～54.48V， 均充：55.2～56.4V 4.数据核对时间准确，测试数据与显示数据一致。 4 功能试验 1.1/2路交流输入 电源倒换试验 1/2路交流输入电源倒换正常。 2.断交流输入电源 试验 交、直流倒换正常。 3.告警功能试验检 查 各种告警作用良好、准确。 5 蓄电池放电试验放电试验(根据需 要进行） 1.放出标称容量的30%～40%。 2.放电期间（放电前、放电中、均充时），应 每小时手动测量一次端电压和环境温度。 3.放电终止电压单体不得低于1.85V。 4.均充限流设置为电池容量的10%。 6 结束作业1.填写检修记录记录填写真实、完整、准确、清楚。 2.清理作业现场作业现场整洁。
高频开关电源电路组成及稳压原理 高频开关电源由以下几个部分组成： 一、主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： 1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 二、控制电路 一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 三、检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。
四、辅助电源 提供所有单一电路的不同要求电源。 第二节开关控制稳压原理 开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示 EAB=TON/T*E 式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。 由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，
引言 近年来，随着电子技术的发展，邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源，随着科学技术的不断进步，对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制（PSC FB ZVS-PWM）变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，与传统的硬开关电路相比，并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示，主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压， T1～T4 为开关管， D1～D4 为体内二极管，C1 ～C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍，利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振，漏感储能向电容 C1释放过程中，使电容上的电压逐步下降到零，体内二极管D1开通，创造了T1 的ZVS条件。
高频开关电源变压器的动态测试 （JP2581B＋JP619B材料功耗测量系统应用笔记之一） 1 引言 目前，对高频开关电源变压器电磁参数‘测试’大约使用两种方法：一种是用LCR表测量一些基本电磁参数，例如，开关电源变压器初次级电感、漏感、分布电容、绕组直流电阻以及匝比、相位等，我们称这种测试方法为’静态’测试；一种是将开关电源变压器放到主机上考核其工作情况，对已经定型生产的开关电源变压器，为考核外购磁芯质量，通过测量变压器工作温升判断磁芯的损耗比较直观简便。前一种方法因在弱场、低频低磁感应强度（例如Bm<0.25mT、f=1kHz）下测量，由于磁性材料特性的非线性、不可逆和对温度敏感，其在强场下工作与在弱场情况下工作电磁特性有很大不同。弱场下测量结果不能反映磁性器件工作在强场下的情况；后一种方法虽随主机在强场下应用，但不能得到被测器件电磁参数。磁芯损耗需要专用仪器才能测量。 高频开关电源变压器的上述测试分析现状影响了此类器件的开发和生产。 需要开发一种仪器或测试系统，这种测试系统能够模拟实际工作条件，完成对高频开关电源变压器主要电磁参数分析，例如，各种负载（包括满载和空载）情况下变压器初级复数阻抗z、有效初级电感L，通过功率Pth、功率损耗PT、传输效率η以及在指定频率下磁芯的传输功率密度等，我们称这种模拟实际工作条件的测试为‘动态’测试。作为磁性器件综合测试系统，还要求具有对磁芯材料功率损耗分析功能。在电磁机器进一步小型化、高频化和采用高密度组装情况下对器件进行‘动态’分析，对加速象高频开关电源之类的电磁器件开发、提高器件质量显得特别重要。 2 测试系统简介 JP2581B＋JP619B材料功耗及器件功率测量系统是一种交流电压、电流和功率精密测量装置。其主要测量功能、指标和测量精度非常适用于磁性材料和磁性器件（例如，开关电源变压器）研究开发和磁芯产品快速检测。该系统配套完整，自成体系，无需用户增加额外投资，系统主要测试功能如下： 1、软磁材料及器件交流功率损耗（总功耗PL , 质量比功耗 Pcm , 体积比功耗 Pcv）测量; 2、磁性材料振幅磁导率μa测量; 3、磁芯（有效）振幅磁导率(μa)e测量; 磁芯因素(AL)e.测量 以上测量均符合IEC367--1（或GB9632--88）标准中推荐的测量方法。 4、电感、电容及组成器件（例如，开关电源变压器）等效电磁参数的动态测量和分析; 5、由测量结果分析器件下列参数： z |z| Ls Rs Lp Rp C Q D。 测试系统具有如下使用、操作特点：
尊敬的用户：感谢阁下选用本公司产品！ 我公司的电力模块，是在引进国外电源先进技术的基础上，结合了国内多年高频开关电源在电力系统的运行经验，不断优化设计，改进工艺，提高质量，最新推出的电力操作电源系列产品，广泛适用于35kV～500kV的变电站电力电源中。Z系列模块为自然冷却型，E系列模块为智能风冷型。特别说明：E系列模块，采用低功耗设计，模块的体积小，功率密度高！采用温控独立风道的散热方式，模块的温升、防尘、使用寿命等性能，均优于同类的常规的风冷模块。 Z型和E型模块，都是智能化电力电源模块，与监控的接口采用数字量通信方式。为了提高您的设计和使用效率，请阁下认真阅读下面的内容。 1.技术规格及外观 1.1模块的技术规格参数见表1。 表1 Z型和E型电源模块技术规格参数表 1.2 模块的外观尺寸 模块的外观尺寸见图1。
Z型模块E型模块（括号内尺寸为E22020外观尺寸） 图1 模块的外观尺寸 2．功能特点 2.1 优良的兼容性 Z型和E型模块，采用的是同一种机芯，具有完全相同的控制方式和功能。 2.2 高亮度数码显示 Z型和E型模块，面板皆有3位高亮数码管显示屏。可显示的内容有：输出电压和输出电流，模块的多种运行方式，设置参数，故障状态等。 2.3 简化的2按键操作 Z型和E型模块的功能、参数设置和数据查阅均可通过面板上的2个按键（键和键）组合完成，使模块面板更为简洁，操作更为方便、可靠。 2.4输入回路设计有谐波抑制、PFC电路 输入电网谐波畸变，由PFC电路降到最小，使Z型和E型模块，在电网谐波较严重的地方工作更可靠，对电网的谐波辐射减到最小。 2.5完善的运行功能 1）采用监控器控制模块 模块完全按监控的读写指令运行。当模块脱离监控后，模块继续维持原 输出状态，经过约4分钟延时后，模块自动转换到浮充状态（出厂设定 浮充电压为243V，用户可以重新设定）,以及预设定的限流输出（出厂 设定的输出限流值为10A，用户可以重新设定）。保证运行的安全和电 池的寿命。 2）采用手动控制模块 脱离监控器，模块按手动设定均/浮电压值、限流值等参数，然后手动 切换到均/浮充状态运行。以适应不同情况的要求。注意：此时模块不 能自动进行均/浮充状态转换，需要手动切换均/浮充状态。 2.6先进的数字通信控制 Z型和E型模块，均通过RS485与监控器通信，实现自动控制功能。监控器可以改写模块的量有：均充电压值、浮充电压值、充电限流值、均/浮充状态值。当然，监控器也可以实时控制模块的输出电压和模块输出限流。 监控器可以读模块的参数有：模块输出电压值、输出电流值、模块限流设
高频开关电源电路原理分析 开关电源微介绍开关电源具有体积小、效率高的一系列优点。已广泛应用于各种电子产品中。然而，由于控制电路复杂，输出纹波电压高，开关电源的应用也受到限制。它 电源小型化的关键是电源的小型化，因此必须尽可能地减少电源电路的损耗。当开关电源工作在开关状态时，开关电源的开关损耗不可避免地存在，损耗随着开关频率的增加而增大。另一方面，开关电源中的变压器和电抗器等磁性元件和电容元件的损耗随着频率的增加而增加。它 在目前市场上，开关电源中的功率晶体管大多是双极型晶体管，开关频率可以达到几十kHz，MOSFET开关电源的开关频率可以达到几百kHz。必须使用高速开关器件来提高开关频率。对于开关频率高于MHz的电源，可以使用谐振电路，这被称为谐振开关模式。它可以大大提高开关速度。原则上，开关损耗为零，噪声非常小。这是一种提高开关电源工作频率的方法。采用谐振开关模式的兆赫变换器。开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60 KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的开关电源其实是高频开关电源的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 开关电源分类介绍开关电源具有多种电路结构：（1）根据驱动方式，存在自激和自激。它2）根据DC／DC变换器的工作方式：（1）单端正激和反激、推挽式、半桥式、全桥式等；2）降压式、升压式和升压式。它 （3）根据电路的组成，有谐振和非谐振。它 （4）根据控制方式分为：脉宽调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、PWM和PFM混合。（5）根据电源隔离和反馈控制信号耦合方式，存在隔离、非隔离和变压器耦合、光电耦合等问题。这些组合可以形成各种开关模式电源。因此，设计者需要根据各种模式的特点，
高频开关电源技术方案 1 客户需求 技术参数30929003. pdf 技术参数30929003.pdf 2 技术方案 2.1 概述 现场的实际应用情况：12台15V/12000A的电源配1台90V/2000A的电源，每6台15V/12000A 的电源配一台6kV/380V/1MW的变压器，其中90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作。 电源关注核心指标是可靠性和系统效率。 电源可以考虑采用3种主回路方式，每种方式各有优缺点。 2.2主回路原理图方案1 2.2.1方案1 总体思想为输入36脉波移相变压器，6组功率模块并联的方式，具体电路如下：15V/12000A开关电源最大输出功率180kW，90V/2000A开关电源最大输出功率180kW，功率等级一样，考虑采用同样的主回路原理，如下：
整流器功率模块1 输入380V/50Hz 输出15V/12000A 或90V/2000A 36脉移相变压器 整流器 功率模块2 整流器功率模块3 整流器 功率模块4 整流器功率模块5 整流器 功率模块6 功率模块原理如下： 输入端配置36脉波移相变压器，可有效拟制输入电流谐波，基本能满足3%的要求； 每台开关电源采用6个功率模块并联的方式，如1个模块出现异常，其他模块还能继续降额工作，提高了工作可靠性；模块之间的均流精度可达5%以内，因此15V/12000A 的开关电源每个模块的等级设计为15V/2200A ，90V/2000A 的开关电源每个模块的等级设计为90V/360A 。 逆变采用移相全桥软开关技术，效率高，比普通硬开关技术效率平均多2%左右； 二次整流采用同步整流技术，效率远远大于采用一般二极管整流的方式，一般同步整流比普通二极管整流效率高出5%～6%。 输出加LC 滤波，如不加LC 滤波，输出导电排由于高频肌肤效应的缘故，导电排发热严重。 90V/2000A 电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作，从降低成本角度考虑，可以不加36脉波移相变压器，输出也不需要LC 滤波，直流输出高频方波电压。
目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)
智能型高频开关电源的特点 （1）电气设备相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式，而电气设备高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供电，即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要，则采用N+1模块平均分配，因此，可提高系统运行可靠性。个别模块故障时，可带电更换，不影响系统的正常运行，扩容维护方便。 （2）电气设备可控硅整流器运行于浮充电方式时，直流输出的纹波系数较大，曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故，按部颁要求纹波系数不大于2%。另外，可控硅整流器与蓄电池并联运行，纹波系数较大时，若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象，对蓄电池不利。电气设备高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电，使得供电质量和技术参数明显提高。模块采用准谐振技术（或脉宽调制技术）和电流电压双环控制技术，提高开关工作频率，开通损耗小，输出电压的纹波系数很小，一般≤±0.1%额定电压，进而可防止蓄电池脉动充电放电，延长蓄电池的使用寿命，可靠性更高。 （3）电气设备高频开关电源整流模块具有内置微处理器，是提高设备管理水平的基础，在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下，使接线简单，安装调试快捷。除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外，还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信，进行远程监视和对模块各项操作，实现四遥功能。传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压
表和其它专用装置对设备进行监视，且这些测量值不能经通信口实现远程监视（微机型除外）。即使有遥测，也是采用直流采样方式，采样点不多，对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏，因此，接线繁琐，自动化程度低，实现遥控和遥调功能的难度较大。 （4）按部颁要求，充电时稳流精度误差≤±5%，浮充电时稳压精度误差≤±2%。而电气设备高频开关电源稳压、稳流精度更高，其误差一般≤±0.5%，可避免对蓄电池过充、欠充，保证蓄电池运行在最佳状态。阀控式电池容量大、维护量孝放电倍率低，适用于大容量的直流电源。从原理性能看，高频开关模块适合与阀控式电池配套使用。 （5）电气设备高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。同时，设有过流、过压及瞬时短路保护，安全可靠的防雷措施，能有效地承受输出短路冲击。另外，采取多重有效措施，防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。 （6）电气设备高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的转换效率达到90%以上，而相控电源转换效率一般只有60%～80%。
电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例： 已知参数： 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。