密级：学校代码：10075
分类号：学号：20101317
工学硕士学位论文
大功率直流高频电镀电源的设计与实现
学位申请人：王昭
指导教师：王文理教授
学位类别：工学硕士
学科专业：电路与系统
授予单位：河北大学
答辩日期：二○一三年六月
Classified Index：CODE：10075 U.D.C：NO：20101317
A Dissertation for the Degree of Master
Design and Implementation of
High-power High-frequency DC
Electroplating Power Supply
Candidate:Wang Zhao
Supervisor:Prof. Wang Wenli
Academic Degree Applied for:Master of Engineering
Specialty:Electrical Circuit and System
University:Hebei University
Date of Oral Examination:June，2013
摘要
本文用移相控制的方式设计并实现了一种大功率直流高频电镀电源，详细分析了电镀电源各个模块的功率损耗并对硬件电路进行了优化设计。本系统中，主电路包括三相输入整流电路、滤波电路、DC/DC直流斩波电路。三相输入整流滤波电路采用不可控整流的方式。DC/DC电路采用以IGBT为大功率电子开关器件的移相全桥ZVS PWM DC/DC斩波器，高频变压器选择了EE130磁芯，其在工作频率20 KHz时功率可达8千瓦。对变压器输出端的低压大电流信号选择了以肖特基二极管作为整流器件的全波整流电路。
本文的重点之一是分析了主要模块的损耗，并对每个模块进行了优化设计，提出了整体设计方案。本文的重点之二是设计了一个基于UCC3895的移相控制方式的DC/DC 控制电路，实现了通过改变移相角来控制输出电压并且实现了IGBT的软启动，减小了开关损耗。本文的重点之三是设计了一个基于大功率驱动芯片KA962的带隔离辅助电源的IGBT的驱动电路。另外，为了保证整个系统灵活、可靠的运行，本文还设计了过流、过压保护电路以及电压反馈电路等。
本设计对主要部分进行了测试，并对实验数据进行了分析，实测电镀电源的效率基本都在90%以上，满足预期的成本低、体积小、效率高的要求。
关键词电镀电源软开关移相控制IGBT驱动电路
Abstract
The goal of this paper is to design and achieve a DC high-power and high-frequency electroplating power by the way of phase shift control, and analyze the losses of each module of the electroplating power in detail and optimized the design of the hardware circuit. In the system, the main circuit includes a three-phase input rectifier circuit, the filter circuit and a DC / DC converter circuit. Three-phase input rectifier filter circuit uses the un-controlled rectifier. DC / DC circuit adopts phase-shifted full-bridge ZVS PWM DC / DC converter and uses IGBT as the high-power electronic switching devices. High-frequency transformer selects magnetic core of EE130, when operating in frequency of 20 KHz its power can up to 8 kW. Selected on the output side of the transformer low voltage high current signal Schottky diode as a rectifier full-wave rectifier circuit. For the output side of the transformer has low voltage and high current signals，so this test choose full-wave rectifier circuit and chose Schottky diode as rectifier device.
The first focus of this paper is to analyze the losses of the main modules and optimize each module of the system, then put forward the overall design. The second focus of this paper is to design a DC / DC control circuit based on the UCC3895 phase-shift control mode, the output voltage is controlled by changing the phase-shifted angle. Soft-start has been realized to reduce IGBT switching losses. The last focus of this paper is to design an IGBT drive circuit based on high power driver chip KA962 with isolated power and reduced the switch loses of the IGBT . In addition, in order to ensure that the entire system is flexible and reliable when operating, the over-current protection, over-voltage protection circuit and voltage feedback circuit has been designed.
The main part of the design has been tested and the experimental data has been analyzed that the efficiency of the power supply is substantially more than 90% which is meeting the expected low cost, small size, high efficiency requirements.
Key words electroplating power soft-switch phase shift control IGBT drive circuit
目 录
第1章前言 (1)
1.1 课题来源及意义 (1)
1.2 电镀电源的发展历史 (1)
1.3国内外研究现状 (2)
1.4 电镀及电镀电源的基础知识 (3)
1.4.1 电镀原理简介 (3)
1.4.2 电镀电源的基本原理 (4)
1.4.3 基本结构 (4)
1.5本论文研究的主要内容 (4)
第2章电镀电源的主要损耗分析 (6)
2.1 整体损耗分析 (6)
2.2 输入整流模块的损耗分析 (6)
2.3 高频变压器的损耗分析 (6)
2.3.1 磁芯损耗 (7)
2.3.2 绕组损耗 (8)
2.3.3 漏感绕组损耗 (9)
2.4 DC/DC模块的损耗分析 (10)
2.4.1IGBT的通态损耗 (10)
2.4.2 IGBT的开关损耗 (10)
2.4.3 软开关技术 (11)
2.5 输出端整流模块的损耗 (12)
第3章直流电镀电源的主电路设计 (13)
3.1 电路的整体设计 (13)
3.1.1 整体结构图 (13)
3.1.2 主要设计指标 (13)
3.2 三相整流电路设计 (14)
3.2.1 输入整流二极管的选取 (15)
3.2.2 输入滤波电容的选择 (15)
3.3 DC/DC斩波电路的设计 (16)
3.3.1 斩波电路方案选择 (16)
3.3.2 移相全桥ZVS PWM DC/DC斩波器 (16)
3.3.3 功率开关器件的选择 (17)
3.3.4IGBT参数设置 (18)
3.4 变压器选择及参数计算 (18)
3.4.1 磁芯材料的选取 (18)
3.4.2 磁芯结构形状的选取 (19)
3.4.3 磁芯型号选择及磁芯参数 (19)
3.4.4 线圈参数 (19)
3.5 输出端整流设计 (21)
3.5.1 同步整流技术及其局限性 (21)
3.5.2 方案选取 (22)
3.5.3 低电压时肖特基二极管的损耗分析 (22)
3.5.4 大电流时输出电流的均流问题 (22)
第4章电镀电源的控制电路的设计 (24)
4.1 全桥变换器的移相控制原理 (24)
4.2 基于UCC3895移相控制器的设计 (25)
4.2.1 UCC3895引脚功能 (26)
4.2.2 主要参数 (28)
4.3 外围电路设计 (28)
4.3.1 参数设置 (29)
4.3.2 电压反馈环节 (29)
4.3.3 过流保护环节 (29)
第5章IGBT驱动电路的设计 (31)
5.1 IGBT驱动电路的设计原则 (31)
5.2 整体框图设计 (31)
5.3 隔离DC/DC直流电源设计 (31)
5.4KA962芯片介绍 (33)
5.4.1 KA962的外形图和引脚说明 (33)
5.5 驱动电路的电路图设计 (34)
5.5.1 参数设置 (34)
5.5.2 栅极电阻的选取 (35)
5.5.3 过流保护曲线 (37)
第6章实验结果及数据分析 (38)
6.1 IGBT驱动波形 (38)
6.2 变压器副边输出波形 (39)
6.3DC/DC电路效率 (40)
6.4 恒压功能测量 (40)
6.6 结果分析 (41)
第7章结束语 (42)
7.1 结论 (42)
7.2 进一步改进 (42)
参考文献 (44)
致谢 (46)
攻读学位期间取得的科研成果 (47)
第1章前言
第1章前言
1.1 课题来源及意义
本文是基于导师的横向课题关于如何提高大功率高频电镀电源的工作效率的基础上提出来的。
电镀工业历史久远，如今随着科学和生产技术的快速发展，电镀技术取得了很大的进步。电镀电源作为电镀行业的关键设备，其性能的优劣直接影响到电镀产品工艺质量的好坏[1]。另外，电镀电源是电镀行业最主要的能量消耗者，是电镀行业节能增效的关键因素[2]。因此，高品质、高性能的电源不仅能给电镀产品工艺带来更好的发展，而且能使厂家节省能源、降低成本，推动电镀行业的经济发展，同时还对电网的绿色化、城市生活低碳化有着重大深远的影响。
由于传统的电镀电源有着功耗大、体积大、效率低等缺点，故如今都采用高频开关电源形式。高频大功率开关电源因其有体积小，效率高，动态性能好、成本低等优点，具有广泛的应用前景，如今已经成为国内外研究、开发以及应用的主流[3]。但是由于工作在高频状态下，开关器件的开关损耗，变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗会增加，在一定程度上降低了其可靠性、稳定性、效率等。此外，由于电镀时的负载是渡槽，负载电阻不断变化，这就需要输出电压能在一定范围内可调来适应不同场合的负载。而且电镀电源属于低压大电流设备，要求操作简便，能承受输入端的突变和输出端短路及过载的冲击，这就需要合理的保护措施。按照传统电源的设计思路和解决办法，不能从根本上解决其所面临的诸多问题。
因此，如何选择合适的方案来减小各个模块的功率损耗、使系统实现电压输出稳定、电压调节灵活方便、保护措施灵敏可靠，从而使整个系统安全、灵活以及高效地运行成为了所研究的主要问题。
1.2 电镀电源的发展历史
电镀电源是应用电力半导体器件将交流电源变换为直流电源，所以电镀电源又称为电镀整流器。电镀电源的发展大致经历了四个阶段[4]。
（1）第一阶段——直流发电机组阶段
这个阶段开始于前苏联，由于经过两次能量转换过程(电能—机械能—电能)，机组
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效率低于60% ，噪声大且换向器维修不方便，这类变流设备现在已被列入淘汰产品行列，但在电镀行业仍有少量单位使用该类高能耗设备。
（2）第二阶段——硅整流阶段
20世纪50年代的硒整流器和20世纪60年代的硅整流器，采用变压器原边抽头或用调压器、饱和电抗器方式调压，副边用硒或硅二极管整流作为电镀电源。这类电源在我国电镀电源中占有一定比例，目前仍有部分生产和应用。该类电源结构简单、造价低，但存在体积大、输出指标低、精度差和效率低等缺点。
（3）第三阶段——可控硅整流阶段
20世纪60年代晶闸管电镀电源。其性能指标比前两代产品有较大改善。采用了五芯柱变压器、高压大功率晶闸管等新技术，并出现了恒压、恒流和恒电流密度等新特性。但由于还是工作在低频段，整流器体积大、效率较低，性能的进一步提高也受到电源体积的限制。另外，晶闸管电镀电源在小电流情况下容易使网侧及负载上的谐波严重，引起电网的波形畸变，从而形成电网公害。
（4）第四阶段——高频开关电源阶段
近年来，以现代电力电子技术的高速发展为基础，国内外相继研制出电镀用第四代直流电镀高频开关电源。与传统工频整流电源相比，开关电源具有高效节能，重量轻、体积小、动态性能好、适应性强、有利于实现工艺过程自动化和智能化控制等显著的优点。因此，大功率开关电源具有广泛的应用前景，是当前国内外研究、开发、应用的主流和方向。
1.3 国内外研究现状
随着现代电镀工艺要求的不断提高，以及国家对用电质量的高度重视，晶闸管相控电源的不足之处越来越明显。进入80年代末期和90年代以后，现代电力电子技术日益成熟，主要表现在以下两个方面：一是以功率开关管MOSFET(电力场效应晶体管)和IGBT (绝缘栅双极型晶体管)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的出现使电力电子电路拓扑极大地促进了专用控制芯片的快速发展；二是以软开关技术为核心的新型PWM控制技术日趋成熟，在这两方面的共同促进下，开关电源迎来了发展的新契机，即向大功率、高频化、高功率密度的方向进军。在这样的情况下，高频大功率开关电源自然成了电镀电源研究的新热点[5]。
第1章前言
国外在这方面的研究比国内起步要早，而且很早以前就有开关型电镀电源的产品问世。像世界上著名的电镀电源制造商瑞典的Kraftelektronik早在1993年左右就已经推出了10 KW以下的开关型电镀电源。同晶闸管相控电源相比，同等功率的开关电源，其体积和重量往往只有前者的三分之一，而且精度、纹波系数大大高于前者。不仅如此，它在全部输出电压、电流范围内都能保证标定指标。在国外，开关电源在中小功率应用范围内，特别是精饰电镀、电子电镀领域已经占据了绝对统治地位。如美国最大的电子接插件制造商AMP公司以及HP，IBM等公司都使用这种电源作为电镀电源。
我国在这方面的研究大约始于90年代中期，那时候有能力进行研究的单位不多，大都集中在国家大型企业或研究所。较早投放市场的开关型电镀电源是航天工业总公司，十四所于1994年研制的SPS系列6V/100~500 A的小型电镀电源，该产品的开关器件采用的是MOSFET。经过十几年的积累，现在国内有能力研究开关型电镀电源的企业、研究机构已经很多了，而且输出功率也越来越大[6]。
1.4 电镀及电镀电源的基础知识
1.4.1 电镀原理简介
电镀是将直流电通入具有一定组成的电解质溶液中，在电极与溶液之间的界面上发生电化学反应（氧化还原反应），进而在金属或非金属制品的表面形成符合要求、致密均匀的金属层的过程[7]。电镀后的镀层性能在很大程度上取代了原来基体的性质,从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。其基本示意图如图1-1所示。
图1-1 电镀过程基本示意图
从电镀的基本原理可以看出，改进镀层质量可以从两方面入手：一是调整电镀溶液；二是改进电镀电源。现实中，广泛采用了改进电镀电源的方法[8]。
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1.4.2 电镀电源的基本原理
电镀电源是一种低压大电流的整流装置, 电镀电源是将工频交流电变换为不同电压、频率和波形的直流电设备。既应用“整流”技术又应用“逆变”技术。电镀电源用脉宽调制(PWM)技术驱动功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。它与线性稳压电源（AC~DC电源）相比，其工作频率为20 KHz~500 KHz，效率可高达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％，因而开关电源要比线性稳压电源更节能、更高效。随着半导体技术和微电子技术的进步, 采用由可控开关器件构成的高频开关电镀电源已成为一种发展趋势, 其具有体积小、效率高、响应速度快等优点。
1.4.3 基本结构
电镀电源基本结构主要包括主电路、控制电路、驱动电路和采样电路等。如图1-2所示。主电路包括输入整流滤波电路、逆变电路、输出整流与滤波电路。输入整流与滤波是将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。逆变电路是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。输出整流与滤波电路是根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。控制电路一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。驱动电路是对开关器件进行周期性的通断控制。采样电路是提供电路的输出值，并经过比较放大，从而反馈到控制电路。
图1-2 开关电源的基本结构图
1.5 本论文研究的主要内容
本文主要对高频大功率电镀电源的输入整流模块、逆变模块、高频变压器模块以及输出端整流模块进行了损耗计算分析。然后在参考文献以及一些其他资料的基础上，确
第1章前言
定了电路的整体方案并提出了一些解决方法，优化了整个系统并设计了控制电路、保护电路和反馈电路等。
本论文的主要研究内容有以下几个方面：
第一章，简要介绍了一下有关电镀的基本原理知识、电镀电源的基本电路结构以及基本工作原理。
第二章，对高频大功率电镀电源的三相整流输入电路、全桥逆变电路、高频变压器以及输出端整流电路等模块进行了损耗计算分析，并提出了解决改进的方法。
第三章，确定电路的主体设计方案，确定了三相输入整流电路、DC/DC变换电路的电路拓扑结构，并对功率开关管、高频变压器、二极管等元器件进行了型号的选择以及参数的计算等。
第四章，在控制芯片UCC3895的基础上设计了一种基于全桥移相软开关控制的PWM ZVS斩波电路，通过改变移相角来改变输出电压的大小，并且实现了IGBT的软启动，减少了IGBT的功率损耗。
第五章，采用了北京落木源公司的IGBT大功率驱动芯片KA962，自行设计了一种带DC/DC隔离辅助电源的IGBT驱动电路。
第六章，在不同的电压下对电路进行了测试，得出实验波形和数据，并对实验数据做了计算和分析，最后计算出电镀电源的总的工作效率。另外，还对电路进行了过流保护功能和稳压功能测试。
第七章，对所取得的成果和所用到的关键技术进行了总结，以及对下一步工作的改进和展望。
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第2章 电镀电源的主要损耗分析
2.1 整体损耗分析
随着电力电子装置容量的不断增大，直接进行损耗测量将会是成本较高和危险性较大的实验，因此大功率电力电子组件的损耗预测技术已成为电力电子技术发展极其重要的组成部分。通过对功率电源损耗数学模型的正确建立，能够在设计阶段预测电源的总体损耗，这对电源特别是大功率电源的器件选型和整个电源系统的散热结构设计，具有很好的指导作用[9-10]。电源的损耗主要包括输入整流损耗、功率器件的损耗、高频变压器的损耗和输出整流的损耗。
2.2 输入整流模块的损耗分析
输入整流模块的损耗主要指的就是二极管的损耗。一般输入分为单相和三相两种输入。当输入为三相交流时，整流桥包括6个整流二极管，所以该模块的的损耗就是这6个二极管的损耗；当输入为单相交流时，即4个整流二极管的损耗。所以高频开关电源的输入整流模块损耗的计算公式如式2-1所示。
Re c D P nP = （2-1）
其中，n 为整流二极管的个数，P D 为每个二极管的损耗。
二极管的损耗包括开通损耗、关断损耗和导通损耗三大部分。因为二极管是工作工频段，所以不存在开通损耗和关断损耗，所以只需要计算二极管的导通损耗。二极管的损耗如式2-2所示[11]。
D Dcon F Dav P P V I == （2-2） 其中，V F 为二极管的管压降，I Dav 为流过的平均电流。
但是由于输入端是高压，流过每个二极管的电流非常小，也就几安培，而且当二极管处于导通状态时，阻抗几乎为零。所以，输入整流模块的二级管的损耗非常小，通常可以忽略不计。
2.3 高频变压器的损耗分析
高频变压器是电源中进行能量储存与传输的重要部分，是影响电源效率因素之一。功率损耗包括一次绕组与二次绕组的铜损以及变压器所用磁芯的损耗，因此实际变压器
第2章 电镀电源的主要损耗分析
的等效电路如图2-1所示。图中R p 和R s 分别为一次侧和二次侧的绕组线圈电阻，L p 和L s 。
分别为一次侧和二次侧绕组的泄漏电感，R c 为产生铁心损耗的等效电阻，
L m 为磁化电感，C w 为绕组之间的寄生电容。变压器的输入功率P i 与输出功率Po 之差是变压器的功率损耗。功率损耗可以分解成两个分量，磁芯损耗和绕组损耗，磁芯损耗又称铁损，绕组损耗又称为铜损，磁芯损耗一般包括磁滞损耗和涡流损耗[12]。
图2-1 实际变压器的等效电路 2.3.1 磁芯损耗
（1）磁滞损耗
磁滞损耗是铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。磁滞是指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度与磁场强度之间呈现磁滞回线关系。经一次循环，每单位体积铁心中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积。这部分能量转化为热能，使设备升温，效率降低。
（2）涡流损耗
变压器的铁心置于随时间变化的磁场中时，其中有随时间变化的磁通，它在副边产生感应电动势，同时也在铁心中产生感应电动势，从而产生涡流，这些涡流使铁心发热，消耗电能。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。
铁心损耗取决于磁感应增量、频率和温度，在这里忽略温度的影响。软磁铁氧体铁心总损的计算公式如式2-3所示[13]。
m n p P K Vf B = （2-3）
其中，K P 铁芯损耗系数，忽略温度变化时为常数，V 为铁芯体积，f 为工作频率，B 为磁感应强度，m 和n 分别为工作频率和磁感应的指数，与铁心材料有关，可查表得到。
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2.3.2 绕组损耗
绕组损耗分为直流（低频）损耗和交流（高频）损耗。在频率较低的情况下，交流电阻与直流电阻差别不大，可以用直流电阻来代替交流电阻，计算采用直流电阻模型，计算值和实验值很接近[14]。阻抗的计算公式如式2-4所示。
dc L R r S
= (2-4) 其中，L 为导体长度，S 为导体截面积，ρ为材料密度，所以直流损耗的计算公式如式2-5所示。
221122Wdc dc dc P I R I R =+ (2-5)
其中，I 1和I 2分别为初级和次级电流，R dc1和R dc2分别为初级和次级的直流电阻。但在频率较高时，交流损耗受到集肤效应和邻近效应的影响，从而使绕组损耗远大于低频时的损耗。线圈中的可变磁场产生了涡流，导致了集肤效应和邻近效应。集肤效应是由绕线的自感产生的涡流引起的，而邻近效应则是由绕线的互感产生的涡流引起的。集肤效应使电流只流经绕线外层极薄的部分，这部分的厚度或环形导电面积与频率的平方根成反比。因此，频率越高，绕线损失的固态面积就越多，增大了交流阻抗从而增大了铜损。邻近效应比集肤效应更加严重，邻近效应中的涡流是由相邻线圈层电流的可变磁场引起的，且涡流的大小随线圈层数的增加按指数规律递增，从而增大了交流阻抗[15]。
Dowell 公式描述了交直流阻抗比（R ac /R dc ）与绕组层数、集肤深度和绕线直径的函数关系。当温度为70°C 时，集肤深度S 和频率f 的关系如式2-6所示[16]。
S
=2-6） 经过计算可以得到70 °C 时，不同频率下铜线的集肤深度，如表2-1所示。
表2-1 70 °C 时铜线的集肤深度 频率（KHz ）
25 50 75 100 150 200 250 300 400 500 集肤深度（mils ） 17.9 12.7 10.48.977.32 6.34 5.67 5.18 4.49 4.01
第2章 电镀电源的主要损耗分析
另外，导线线径与开关频率成反比，开关频率越高，所选择的线径就越小，导线线径和开关频率的对应关系如图2-2所示。
图2-2 导线线径与开关频率的关系
由以上分析可知，交/直流阻抗比依赖于绕线直径和集肤深度的比值。通过计算如式2-7所示[17]。
22
2222
(/2)()(/2)(/21)ac dc R r d S R r r S r d S d S πππ==???? （2-7） S 为绕线的集肤深度，r 为绕线半径，d 为直径，（r-s ）为导通平面的内半径，此式表明，交、直流阻抗值比仅与绕线直径和集肤深度的的比值有关。联合上式可得到，绕线直径越大，其交、直流阻抗比值越大，且随之频率的增加而增加。高频时，绕线直径越大，损耗就越大。所以，经常选择直径较小的绕线，多股线绕制，来取代同样面积的多股线。
2.3.3 漏感绕组损耗
漏感是高频变压器不可忽视的一个问题。因为漏感越大，产生的尖峰电压幅度就越大高，从而漏极钳位电路的损耗就越大，这必然导致电源效率降低[18]。减小漏感时可采取以下措施：
（1）漏感量与初级线圈匝数的平方成正比，因此可以减小初级匝数和增加高与宽之比。
（2）增大线圈之间的耦合程度。
（3）可采用三重绝缘线，绝缘层的总厚度仅为20～100 μm ，电流密度大，用来绕制次
级，可使漏感量大为减小。 部分可用
直接可用
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2.4 DC/DC 模块的损耗分析
逆变模块的损耗主要指的是功率开关管（如IGBT ）的损耗。包括IGBT 在内的电力电子器件在实际应用中最应当关注的是功率损耗和极限工作温度。这对产品的寿命预测和结构设计至关重要[19]。
当逆变部分为移相全桥拓扑时，逆变模块的损耗为4个开关管的损耗。功率损耗等于器件上的电压和电流乘积对时间的积分，用公式表示如式2-8所示。
2
1t t W uidt =∫ （2-8） 式中， u 为器件两端的端电压，i 为流经器件的电流，t 1和t 2为积分的起止时间。IGBT 的损耗主要包括静态损耗和动态损耗。其中，静态损耗包括通态损耗和断态损耗；动态损耗即开关损耗，包括开通损耗和关断损耗。器件处于断态时，器件中的电流越为0，所以可以忽略不计。所以平时所说的静态损耗指的就是通态损耗[20]。所以IGBT 的总损耗P 就是通态损耗P f 和开关损耗P s 之和[21]，如式2-9所示。
f s P P P =+ （2-9）
2.4.1 IGBT 的通态损耗
IGBT 开通后，工作在饱和状态下，IGBT 集射极间电压基本不变，约等于饱和电压V on 。因此，IGBT 通态损耗表达式如式2-10所示。
f on on P V I =× （2-10）
其中，V on 是器件导通时工作电压的有效值，I on 是器件导通时工作电流的有效值。
2.4.2 IGBT 的开关损耗
在普通的硬开关模式下，由于开关器件是在承受电压或流过电流的情况下开通或关断，因此会产生较大的交叠损耗，如图2-3所示。
图2-3 硬开关模式下开关器件的开通和关断波形
IGBT 的开关损耗由IGBT 的开关特性决定，与集射极电压和集电极电流有关，IGBT
第2章 电镀电源的主要损耗分析
的开通损耗P son 和关断损耗P so ff 的计算公式如式2-11和2-12所示。
01()()on T son on
P u t i t dt T =∫ （2-11） 0
1
()()off T soff off P u t i t dt T =∫ （2-12） 其中，u(t)为IGBT 集射极间电压的瞬时值，i(t)为集电极电流瞬时值，T on 为开通过程持续时间，T o ff 为关断过程持续时间。
由此可见，在普通的硬开关模式下，功率开关管会带来很大的开关损耗，并且开关频率越高，开关损耗越大。由于现代电力电子装置越来越趋向于小型化和轻量化发展，必然要求开关频率越来越高。当开关频率很高时，给电路造成严重的噪声污染和开关损耗，同时还会激起分布电感和寄生电容的振荡，产生严重的电磁干扰，软开关技术的出现解决了这一系列问题[22]。
2.4.3 软开关技术
为了克服传统DC-DC 变换器在硬开关状态下工作的诸多问题，80年代以来软开关技术得到了深入广泛的研究。所谓“软开关”通常是指零电压开关ZVS 和零电流开关ZCS 。最理想的软开通过程：电压先下降到零后，电流再缓慢上升到通态值，所以开通损耗近似为零。因器件开通前电压己下降到零，器件结电容上的电压亦为零，故解决了容性开通问题。最理想的软关断过程：电流先下降到零，电压再缓慢上升到断态值，所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流己下降到零，即线路电感中电流亦为零，所以感性关断问题得以解决。软开关包括软开通和软关断：软开通有零电流开通和零电压开通两种；软关断有零电流关断和零电压关断两种，可按照驱动信号的时序来判断。软开关和硬开关的开通、关断波形如图2-4所示[23]。
图2-4 软开关模式下的开关器件的开通和关断波形
零电流关断：关断命令在t 1时刻或其后给出，开关器件端电压从通态值上升到断态
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
AC-DC4810/05系列高频开关电源模块 技术手册
目录 第一章概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 第二章产品性能命名方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第三章主要特点。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第四章操作规程及一般维护。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第五章注意事项。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第六章主要技术参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4
AC-DC4810/05高频开关电源使用说明 一、概述 小型通讯设备广泛采用通讯标准48V/24V 电压等级，一般电流较小，但供电设备 亦要求管理功能完备，方便使用，具有后备供电功能。 AC-DC4810/05系列一体化电源模块及电源柜即是针对此产品设计而成，其中一体化电源内部设有如下部分，交流/直流整流器电源，充电管理电路，放电保护电路，3-5个分路负载管理单元，电池接口，总输出接口，分路负载接口，系统原理图如下： -OUT 5A -OUT1 3A -OUT2 2A -OUT3 1A -OUT4 1A 系统工作原理如下：当有市电工作时，整流器电源利用市电交流220V ，变换成直 流电源输出，一方面向负载提供供电电流，另一方面由充电管理单元向电池提供充电，电池容量可选12AH ，24AH ，38AH ，50AH ，其中充电管理单元设有降压限流充电管理电路，恒压浮充管理电路，保证电池能够快速可靠地完成充电功能。 当市电停电后，系统会由电池通过放电保护单元不间断的向负载连续提供供电，供电时间由选取电池容量及设备此时工作电流决定。 负载用电池容量 12AH 24AH 38AH 设备用电：3A 3小时 6小时 10小时 设备用电：5A 2.4小时 3.6小时 6小时 在电池放电时间较长时，电池继续放电可能导致过放电，故电源内设有电池过放 电保护电路，当发生过放电时，切断电池与输出之间的连线通路，不再向外输出，等待市电来电。 电源直流输出一般采用通讯负电源标示方法，即GND ，-OUT 。并且为方便用户使用，设有一个主输出，4个分路输出。各输出分路并设有负载分配管理单元，当负载大于额定电流2倍以上时，负载分配管理单元会停止向此负载输出其他分路功能正常工作，当负载恢复到正常额定值内时，该分路会继续提供输出。 市电 整流器电源 供电 充电管理单元 电池 放电保护单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元
DUMB-48/50H 壁挂式高频开关电源系统使用说明书
目录
1. 产品简介 .......................................................... 2
2. 系统配置 ......................................................... 2
3. 机械安装 .......................................................... 2
4. 电气安装 .......................................................... 3
5. 开通调试 .......................................................... 4
附录一 控制器及设置 ................................................... 5
附录二 系统输出告警及处理措施 ......................................... 7
附录三 系统参数设置说明 ............................................... 8
附录四 整流模块 ....................................................... 8
公司地址：北京市丰台区科技园区星火路 8 号
邮政编码：100070
全球服务电话 +86-10-63783099
投诉热线：（010）63783055
网址：https://www.doczj.com/doc/c31618425.html,
安全注意事项 在开始安装或操作之前，请仔细阅读操作指南和注意事项，以避免意外事故的发 生。产品及产品使用手册中的“注意、警告、危险”等事项，不代表所应遵守的 所有安全事项，只作为各种安装、使用操作中的安全注意事项的补充。因此，负 责产品安装、操作的人员必须经过专业培训，掌握系统的正确操作方法以及各种 安全注意事项后方可进行设备的各项安装或操作。 在进行本公司设备的各项安装或操作时，必须遵守相关行业的安全规范和工程设 计规范，严格遵守本公司提供的相关设备注意事项和特殊安全指示。
电气安全 接地
z 安装设备时，必须首先安装保护地线；拆除设备时，必须最后拆出保护地线。 z 操作通电之前，确保设备已可靠接地。
高压 本电源系统运行时部分部件带有高压，直接接触或通过潮湿物体间接 接触这些部件，会带来致命的危险。
危险 不规范、不正确的操作，可能导致起火或电击等意外。交流电缆的架 接、走线经过区域必须遵循所在地的法规和规范。进行各项高压操作 的人员必须具有高压、交流电作业资质。
工具 在进行高压、交流电各种操作时，必需使用专用工具，不得使用普通
警告 或自制的工具。 短路
严禁操作时将电源系统直流配电正、负极短路或将非接地极（端）对 危险 地短路。本电源设备短路时将会引起强烈电弧或设备起火，危及人身
和设备的安全。 雷雨
危险 严禁在雷雨天气下进行高压、交流电作业。 静电
人体产生的静电会损坏电路板上的静电敏感元器件，如大规模集成电 路（IC）等。在接触设备、电路板或 IC 芯片等前，为防止人体静电 注意 损坏敏感元器件，必须佩戴防静电手腕，并将防静电手腕的另一端良 好接地。 防液防爆 本产品应放置在远离液体的区域，禁止安装在通风口、空调口、机房 出线窗等易漏水位置下方，防止液体进入设备内部造成短路。严禁将 警告 设备置于易燃、易爆、有腐蚀性气体或烟雾环境中，严禁在该种环境 下进行任何操作。 结构部件 严禁擅自改装设备结构和更换板件位置，严禁擅自更换元器件，严禁 警告 擅自在机柜上钻孔。不符合要求的改动会影响设备的散热、电磁屏蔽 等性能，自行钻孔还会导致金属屑进入机柜致使电路板短路。 物体尖角 警告 用手搬运设备时，要佩带保护手套，防止利物割伤。 电池安全 进行电池作业之前，必须仔细阅读电池的使用手册，作业中遵循所规 危险 定的安全注意事项，以及电池的正确连接方法。 z 电池所处环境要求无阳光直射或雨淋，干燥且通风良好，无腐蚀性气体，远离火 源、有机溶液。
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z 电池温度过高会导致电池变形、损坏或电解液溢出。
z 电池具有极高的电能能量，不规范的操作将会造成严重危险。操作中必须严格遵
循电池作业所规定的安全注意事项，必须注意操作空间对带电作业所产生的影响，
小心防范电池短路。
z 安装、维修、拆卸等操作前，确保电池回路已断开。 z 电池在搬运过程中应始终保持正面向上，严禁倒置、倾斜。 z 操作时必须使用专用绝缘工具。 z 操作时必须做好防护措施，应使用防护眼镜、橡胶手套、橡胶靴子、橡胶围裙等。
执行标准
GB 4943.1-2011 《信息技术设备的安全》
GB/T 3873-1983 《通信设备产品包装通用技术条件》
GB/T 9254-2008 《信息技术设备的无线电骚扰限制和测量方法》
GB/T 16821-2007 《通信用电源设备通用试验方法》
YD 5083-2005
《电信设备抗地震性能检测规范》
YD 5096-2016
《通信用电源设备抗地震性能检测规范》
YD/T 1051-2010 《通信局（站）电源系统总技术要求》
YD/T 1058-2015 《通信用高频开关组合电源》
YD/T 282-2000 《通信设备可靠性通用试验方法》
YD/T 5040-2005 《通信电源设备安装工程设计规范》
YD/T 585-2010 《通信用配电设备》
YD/T 731-2008 《通信用高频开关整流器》
YD/T 944-2007 《通信电源设备防雷技术要求和测试方法》
YD/T 983-2013 《通信电源设备电磁兼容性极限值及测量方法》
TB/T2993.3-2000 《铁路通信站用-48V 高频开关整流设备》
TB/T2169-2002 《铁路中间站通信电源设备技术条件》
1.产品简介
DUMB-48/50H 壁挂式高频开关电源系统(以下简称系统)采用模块化设计、紧凑式 结构, 由控制器、整流器、交流配电单元、直流配电单元、电能检测单元等部分组成。 该系统将交流电转换成稳定的-48V 直流电，适用于铁塔、电信、移动、联通、传输、 接入网，以及专网领域（如水利、电力、军队、公安、铁路、银行、计算机中心等） 需要直流电源系统的场所。
2．系统配置
系统配置见表 2。
表 2 系统配置
项目
室内型
外形尺寸 长*宽*高 450*280*600（mm）
室外 I 型 520*280*600（mm）
输入制式 单相三线制
整流模块 ≤3 台 系 交流输入 统 AC IN 断路器 63A/2P
≤3 台 断路器 63A/2P
配 交流防雷 单相 C 级，In=20KA，Imax=40KA 置 AC SPD
电池输入 断路器 125A/1P×2 断路器 125A/1P×2
室外 II 型 520*280*600（mm）
≤3 台 断路器 63A/2P
断路器 125A/1P×2
以
实
一次下电：63A/1P× 一次下电：63A/1P× 一次下电：63A/1P×
物
4、10A/1P×8 （断 4、10A/1P×8 （断路 4、10A/1P×8 （断路
为
路器）
器）
器）
直流输出 电保（二次）下电： 电保（二次）下电： 电保（二次）下电：
准
20A/1P × 1 、 10A/1P 20A/1P × 1 、 10A/1P 20A/1P × 1 、 10A/1P
×4（断路器)
×4（断路器)
×4（断路器)
温度范围 工作环境温度：-25～+45℃；贮存环境温度：-45～+70℃；
湿度范围
工作相对湿度：≤90%（40±2℃）（无凝露）； 贮存相对湿度：≤95%（40±2℃）（无凝露）。
工
大气压力 要求
大气压力(海拔）：70～106kPa（海拔：0～3000m）。注：海拔高度 3000m 以上系统应降额使用，海拔每升高 200m，则工作环境温度降 低 1℃。
作 交流输入 304～475Vac（相电压 176～275Vac）额定电流输出，在 156～304Vac
环 电压范围 （相电压 90～176Vac）降额输出。
境 输入频率 47.5～65Hz 额定直流 电压 -48VDC
稳压工作 范围 -42～-58VDC(额定负载)
效率 ≥94%(40%～100%负载率)
3. 机械安装
室内型壁挂包括壁挂式和落地式两种安装方式，室外型壁挂包括壁挂式、落地式 和抱杆式三种安装方式。
1、壁挂式安装。用 4 个膨胀螺栓 M10*95 将机柜的 4 个挂耳固定。如图 3-1 所示。
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图 3-1 壁挂式安装图
2、抱杆式安装。抱箍有固定式和可调式两种。固定式抱箍安装：用 4 个六角头螺 栓 GB5781 M8*25 将机柜用抱箍固定在安装杆上，再用 4 组 M8 的螺母、平垫和弹垫组 合将抱箍与机柜安装板锁紧。可调式抱箍安装：用 4 组 M8*90 的六角头螺栓、M8 的螺 母、平垫和弹垫组合将抱箍固定在安装杆上，然后用 4 组六角头螺栓 GB5781 M8*25、 M8 的螺母、平垫和弹垫组合将抱箍与机柜安装板紧固。抱箍的尺寸可根据客户要求选 择，如图 3-2 所示。
图 3-2 抱杆式安装图 3、落地式安装。用 6 个 M6*12 的螺钉组合件将 2 个地脚安装在开关电源的底部两侧， 如图 3-3 所示。
图 3-3 落地式安装图
4.电气安装
用户自配线及端子见表 4-1。 表 4-1 用户自配线及端子
项目
室内型
室外 I 型
室外 II 型
交流输入线 L、N、PE
L、PE、N 连接线建 议不小于 10mm2， PE、N 线压接 M5 端 子。
L、PE、N 连接线建 议不小于 10mm2， PE、N 线压接 M5 端 子。
L、PE、N 连接线建 议不小于 10mm2， PE、N 线压接 M5 端 子。
负载及电池线
正排安装孔为 M5、M6 螺纹孔。 根据断路器、熔断器规格选择相应的导线及端子。
RS485
RS485 接口，网口 4 脚（蓝）为 A、8 脚（棕）为 B。
ETHERNET 以太网接口。
A1、B1 信 A2、B2
连接智能配电单元，与配电单元实现信息的交互。 2 组，连接铅酸电池检测单元、铁锂电池管理单元等。（预留）
号 BMV1、BMV2 2 组电池中性点电压检测（可扩展至 4 组）。
线 COM、NO
4 组干接点输出接口（可扩展至 8 组）。 阻性负载：1A 125VAC,2A 30VDC。
BT1、BT2 2 组电池温度检测接口（可扩展至 4 组）。
DI
2 组 DI 信号输入接口,DI1 门磁告警、DI2 风扇告警（可扩展至
4 组），无源输入。
注：导线连接位置按照系统标识、丝印、接线示意图，线缆压接端子的建议只针 对标准产品，具体以实物为准。
连接电力电缆
在连接电力电缆及信号线前，应检查确认所有断路器、熔断器处于分断位置。 连接交流电缆：将交流输入线连接到交流输入断路器和零地排上。 连接负载及电池电缆：将负载及电池的正极电缆接至系统正排，负载负极电缆连 接到负载空开或熔断器上，电池负极连接到电池熔断器上，如图4-1所示。
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图 4-1 用户接线示意图 连接信号线
所有信号线连接到监控单元上，监控单元接口说明如图 4-2 所示。
BT、BMV扩展接口
A2 B2 A2 B2 A1 B1 1 2 BMV
DKD51
RS485 ETHERNET
1 2 3 4 BT1 BT2 + - + -
COM NO
DI1 DI2
图 4-2 信号接线示意图
5.开通调试
安全检查
检查现场工作环境符合表 2要求。 检查所有输入输出断路器及熔断器处于分断状态。所有输入输出连接线缆、信号 线、工作地线、保护地线连接牢固。并测量交流相间、相对零地间、直流输出正负母 排间、电池正负极间无短路现象。 检查机箱及接地零部件之间的接地电阻不大于0.1Ω。
开通调试
闭合交流配电箱开关电源输入总断路器，闭合开关电源交流输入总断路器。 逐一开启整流模块输入断路器，模块正常工作后，打开所有整流模块断路器。 整流模块正常工作后，用万用表测量正负母排输出电压为浮充电压出厂默认值 53.6V 时，再进行参数设置。
参数设置
电源系统首次开通运行时，需将控制器显示时间设置为当前时间，并根据现场电 池厂家信息设置控制器参数，参数名称见表 5。
表 5 参数名称
参数名称
电池组数
充电限流值
设置范围
电池容量 均充电压 浮充电压 直流欠压值
均浮转换值 电保下电值 一次下电值 二次下电值
设置范围参考 附录三
直流过压值
用万用表测量当前电池电压并记录，将整流模块的输出电压设置为电池实际电压， 插入电池熔丝，再将整流模块的输出电压设置成默认值 53.6V，系统正常工作。
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一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路
图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。
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)
第一章目录第一章：概述 第二章：安装 1.安装环境检查及通风和防尘要求 2.交流容量及连线要求 3.直流容量及连线要求 4.电池连线要求 5.接地 6.其它电缆连线 7.调试 第三章：电源系统 第四章：控制系统 第五章：交直流配电 第六章：操作 第七章：机械性能
第二章概述 一．简介 随着通讯技术的发展，新型通讯设备的迭出，对通讯电源提出了更高的要求。 DUM-48/50B智能开关通信电源是采用新型元器件设计、生产的新一代高频开关电源。具有容量大、可靠性高、智能化程度高、电网适应范围宽、维护方便等特点。适用于邮电通信、移动通信基站、水利电力、公安、铁路、计算中心等需要大功率直流电源的场所。 二．系统特点 1.DUM-48/50B智能开关通信电源交流输入电压适应范围宽： 三相供电266V～494V 2．DUM-48/50B智能开关电源整流器交流输入为三相无零线供电方式，彻底解决零线电流问题。 3．整流器具有缺相检测、保护电路。可以保证在有一相相电压失效的情况下（例如：一相断路），整流器仍能在一定范围内正常工作。整流器的输出电流不超过25A， 整流器不受输入端缺相的影响，继续工作。倘若，因为整流器输出端负载的变化， 一旦输出电流超过了25A，此时整流器输出电流会自动限流于25A处。 4．DUM-48/50B智能开关通信电源整流器采用无源功率因数校正技术，功率因数≥0.92。 5．整流器逆变整流部分采用先进可靠的全桥PWM相移谐振ZVZCS拓扑结构, 与其他拓扑结构相比，它有效地提高了整流器的效率（达到91%以上）。 6．DUM-48/50B智能开关通信电源采用民主均流技术，提高了系统可靠性，减少了设备日常维护工作。 7．DUM-48/50B智能开关通信电源采用微机控制、汉字显示、键盘操作，极大地方便了用户掌握使用。实现了系统的自动测试、自动诊断、自动控制，又 可实现系统的遥信、遥测和遥控。 8．系统控制器对设置的参数具有掉电保护功能。 9．整流器采用智能风冷技术，当整流器温升到启动值时，风扇自动开启，大大提高了风扇使用寿命。 10．电池维护功能齐全，具有自动和手动维护功能，系统可对电池自动维护，有关电池的均充电压、浮充电压、充电限流值等参数可根据电池性能通过控制器或遥控系统 连续设置。在启动、均充过程中系统电压逐步增长，对电池和电网均无冲击。 11．系统具有完备的防雷措施。能防止各种能量级的直击雷和感应雷的侵入。保
电镀知识：高频开关电镀电源的日常维护随着电力通讯业的不断发展，开关电源在县级通讯系统中的使用越来越广 泛。但由于开关电源在我国应用时间不是很长，目前尚无一个统一的维护标准，根据我们在日常维护工作中的一些经验，提出自己的一些看法，供参考。 高频开关电镀电源 1、开关电源不宜采用预检预修维护方法 在早期，由于国产相控电源元件易老化，可靠性不高，以预检预修方式进行维护有一定的积极意义。但九十年代的高频开关电源采用了新型元器件，其质量高、运行稳定可靠，并且具有完善的自我保护功能及较高的自动化程度。如果仍然采用传统的预检预修维护方式，不但不能发现隐患，还会由于反复拆卸造成一些人为故障。我们在实际工作中就曾发生过由于拆卸造成损坏的事例。 2、应定期进行数据分析 我们将开关电源电脑记录下来的各种信息定期打印出来，可以很方便地了解到电源本身的历史资料，例如何时发生过交流中断、何时进行了电池充放电，以及电源目前的工作状态等等。通过对这些资料的分析，可发现一定的问题，如有必要可及时进行数据修改。 3、应加装防尘隔离装置 我们知道，无防尘隔离装置的机房内，机房含尘量较大。由于开关电源采用强迫风冷方式冷却的居多，空气流动势必将尘土带入设备中，而开关电源不宜经常拆卸清理，过量的尘土累积，遇潮湿天气就会造成漏电短路，导致故障发生。我单位就曾有一模块投入运行不到半年就发生自动停机，经技术人员前来检查，拆开发现其内部尘土厚度已将电子元件埋没，经确认引起故障是尘土短路造成的。近来随着环境恶化，灰尘污染已是主要的污染源之一。一块2000A的模块价值七、八万元，一个电源室加装隔离装置约需八千元。因此，无论从经济的角度还是从可靠性的角度来看，加装防尘隔离装置都是必要的，有条件的还应配装空调设备。 4、及时实施集中监控 随着通信设备的扩容，电源设备越来越多，其分布点越来越分散，需要维护的人员越来越多，与减员增效形成矛盾。解决矛盾的一条重要途径就是实施集中监控。实施集中监控可根据现有条件逐步进行，不必强求一步到位。实行集中监控做到减人增效，又解决故障处理的时效性，还能减少备品备件数量，可谓一举数得，是值得大力推广的。 开关电源常见故障维修
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，
GZG62系列智能高频开关电源直流柜 使用说明书 一、简介: GZG62系列智能型高频开关直流电源柜是我公司按照电力部订货技术条件《DL/T459－92》，结合多年的直流电源系统的研制及制造经验而开发的新一代无人值守电源系统。它综合了高频开关技术和计算机技术，功率输出单元采用模块化(N+1)冗余设计，监控单元采用高性能高速PLC，显示操作单元采用PWS 人机界面触摸屏，系统配置灵活。使用操作简单、自动化程度高、可靠性高、维护简便，可带电热插拔等优点。具有“遥控、遥测、遥信、遥调“功能，是新型的高品质直流操作电源。适用于500KV及以下变电站、发电厂等无人值守场所。 二、使用条件: 1.海拔高度不超过3000m 2.环境温度－5℃～＋55℃ 3.日平均相对湿度不大于90％ 4.无强烈振动和冲击、无强电磁场干扰 5.周围无严重尘土、爆炸性介质、腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体、导电 微粒及严重有霉菌 6.垂直倾斜度不大于50 三、型号含义及说明 GZG62 - / / － 电池种类M：阀控式密封铅酸免维护电池 额定直流输出电流(A) 额定直流输出电压(V) 电池额定容量(Ah)、双组电池×2 设计序号 智能型高频开关电源直流柜 设计序号：采用PWS人机界面触摸屏+PLC+高频开关电源模块组成的系统
GZG62系列智能高频开关电源直流屏技术参数及指标
五、系统组成及特点: 本系列产品由一列或一列以上柜体组成。分别为充电柜、馈电柜及若干电池柜组成。 全套产品由新型PWS智能型人机界面触摸屏、高速高性能、高频开关电源模块及电流电压采样部分组成。 充电柜 显示操作单元：GZG62型采用新型PWS智能型人机界面触摸屏。操作界面直观，可方便地设置系统的运行参数及调整整流电源模块的开关机。多达上百幅参数画面可显示系统所有运行参数，包括各单体电池(组)的电压参数。先进的显示屏触摸式操作方式替代了传统的按钮操作，进一步提高了系统的可靠性。 模块输出单元：选用国产高频开关电源模块。采用N+1冗余模式设计。高频开关电源模块具有自动均流功能，个别模块故障后，将自动退出运行，不影响系统的正常运行，输出电流由其余的正常模块自动平均分担，保证了直流柜始终处于最佳运行状态。模块可带电热插拔，使维护工作极其简便。高频开关电源模块采用功率因素校正技术及相位校正技术，减小了系统对电网的谐波影响。 监控单元：由交流监控、直流监控、电池巡检、避雷器等组成。采用高性能高速PLC(可编程序控制器)对系统中各组成单元进行实时扫描及控制。是本产品的核心，对交流两路电压值，充电模块充电电压值、输出电流值，母线电压值、母线输出电流值，电池组电压值，单体（组）电池电压值，电池熔丝报警开关量，避雷器报警量，母线绝缘电阻，环境温度进行实时监测，根据监测的数值送至PLC，再有PLC发出控制信号控制充电模块运行状态，并向母线提供高品质的直流电源。根据电池在系统中运行的环境参数，对电池的均充、浮充电压进行V-T曲线控制，使电池处于良好的满容量状态。对每个（组）电池的电压进行监控，便于对失效电池及时报警。同时将检测的电压值、电流值、绝缘电阻值、温度值，电池熔丝报警量，避雷器报警量，送至智能型人机界面触摸屏显示。还配备有标准的RS232或RS485接口，可与中央计算机或普通微机进行双向通讯，发出各电压值与电流值及绝缘电阻值、温度值、各单体电池电压值的测量值及各种故障信号，也可接收中央计算机或普通微机对直流柜的操作控制。 直流馈电单元： 本系统无 电池单元： 本系统无
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,国内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。
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
高频开关电源详细介绍 高频开关电源因其体积小、效率高、性能卓越而已广泛应用于各行各业的各种领域。隨着高电压大功率开关器件的普及，驱动集成电路的完善，以IGBT 为开关器件的高频开关电源取代以相控元件SCR组成的低压大电流电镀电源已成为一种趋势，产品质量稳定可靠，高效节能，可以满足多种电镀、电解、氧化、镍网工艺的要求，可组成手动换向、自动周期换向、多机组合RS232-485控制以及与PC机接口，是替代调压器整流器、可控硅整流器的理想产品。 一、产品特点 ◆本厂研制的GKW 系列高频开关电源，主要元件选用进口元器件，进口专用IGBT集成厚膜驱动电路，其他关键部件如高频磁环，集成电路等均选用国际、国内名牌产品； ◆开机软起动； ◆恒压、恒流工作方式选择转换； ◆定时工作、二阶段套铬专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）； ◆三步仿金专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）； ◆远控控制配用PCSXMB-08CS通用控制器； ◆具有过流、短路、超温、缺相、过压、欠压保护功能； ◆操作简单，维护方便，体积小，效率高，比调压器调压或饱和电抗器调压式节能30% ，比可控硅调压式节能18 %，体积及重量只为同规格可控硅调压式的1/5左右； ◆GKW500系列系列高频开关电源采用主机面板操作；
◆GKW1000-12000系列高频开关电源，电压、电流采用远控控制器操作，指示灯显示工作状态，后面板设有远控端口，通过控制通讯电缆连接控制器，控制器可安装在槽边适当位置，方便在槽边进行电流、电压的调节； 控制接口：可根据用户要求在订货时注明； ◆485通讯控制，由电脑设定调整（一台电脑可控制60台电源）； ◆配置PLC接口(由PLC触摸屏控制）； ◆配置模拟接口（由远控控制器控制）； ◆整机外壳、结构件采用优质冷轧钢板制作，喷塑处理； 产品规格 ◆直流输出电压：4V、6V、8V、12V、18V、24V、36V、120V、200V； ◆直流输出电流：200A-30000A； ◆特殊规格可定制； 二、GKW500-30000A系列主要技术指标 ◆输入电源：380V三相三线制（500A设备380V三相四线制） ◆恒压、恒流输出精度：≤±1% ◆工作方式：恒频脉宽调节调压方式； ◆效率：≥90％； ◆纹波系数：≤1％； ◆开机软起动：0－3S； ◆过载保护镇定值：（即Iout=Ie×100％）。