高频直流电源（精选10篇）
高频直流电源 篇1
在变电站中, 直流电源是核心, 为断路器分合闸及二次回路中的仪表、继电保护和事故照明等提供直流电源, 尤其是在变电站所用系统失电的情况下, 直流系统中的蓄电池组将发挥其“独立电源”的作用为二次系统的正常运行提供动力。很多检修及运行人员都只对变电站的保护回路及控制回路等比较重视而对直流系统的重要性就忽视了。平时维护一般只是进行一些简单的蓄电池电压测试和绝缘监视等。这就使直流系统往往运行在不可控的状态, 这是相当危险的。
1 典型GZDW直流系统的组成及工作原理
1.1 直流系统的组成
主要由充电模块、控制单元、直流馈电单元 (合闸回路、控制回路、保护回路、信号回路、公用回路以及事故照明回路等) 、降压单元、绝缘监测、蓄电池组等组成。其中最主要的设备就是充电模块和蓄电池组。
电力系统现在使用的高频开关电源整流系统比较老式直流系统的最大区别是模块化配置, 比如GZDW型智能高频开关直流电源系统根据功能可划分为高频开关整流模块、监控模块、配电监控模块、调压硅链模块、绝缘监测模块、交流配电单元、蓄电池监测仪、蓄电池组、馈电单元几部分。
1.2 工作原理和功能
1.2.1 交流配电单元
直流系统一般都有两路交流电输入, 一路工作, 另一路备用, 交流电经交流输入空气开关、交流接触器、避雷器等送至各个充电模块。正常时交流电输入切换开关置于“自动”位置, 当一路交流失电时, 另一路交流自动投入, 避免了任何一路交流失电造成充电模块不能工作的问题。
1.2.2 高频开关充电模块
三相三线交流电380VAC经三相整流桥整流后变成脉动的直流, 在滤波电容和电感组成的LC滤波电路的作用下, 输出直流电压, 再逆变为高频电压并整流为高频脉宽调制脉冲电压波, 最后经过高频整流, 滤波后变为220VDC的直流电压, 经隔离二极管隔离后输出, 一方面给蓄电池充电, 另一方面给直流负载提供正常工作电流。
1.2.3 调压硅链模块
充电模块在蓄电池浮充时输出一般约为直流240V左右, 在蓄电池均充时一般约为直流250V左右送至合闸母线, 蓄电池则经蓄电池总保险送至合闸母线, 正常时调压硅链的控制开关置于“自动”位置, 经硅链自动降压后输出稳定的220VDC, 送至控制母线, 以上两部分共同组成直流输出系统。
1.2.4 配电监控模块
主要是对交流输入和直流输出的监控, 可检测三相交流输入电压, 蓄电池组端口电压, 蓄电池充/放电电流, 合闸母线电压, 控制母线电压, 负载总电流;并且实现空气开关跳闸, 防雷器损坏, 蓄电池组电压过高/过低, 蓄电池组充电过流, 蓄电池组熔丝断, 合闸母线过/欠压, 控制母线过/欠压, 各输出支路断路等故障告警。
1.2.5 绝缘监测模块
用于监控直流系统电压及其绝缘情况, 在直流系统出现绝缘强度降低等异常情况下, 发出声光告警, 并能找出对应的支路号和对应的电阻值。
1.2.6 监控模块
用于对充电模块的监控板、配电监控模块、绝缘监测模块等下级智能监控模块实施数据搜集并加以显示;也可根据系统的各种设置参数进行告警处理、历史数据管理等;同时对这些处理结果加以判断, 根据不同的情况进行电池管理, 输出控制和故障回叫等操作;此外还包括LCD、键盘等人机界面设备;可实现与后台机的通讯, 将数据上传。
1.2.7 蓄电池组
作为全站直流系统的后备电源, 在充电模块停止工作时, 蓄电池无间断的向直流母线送电;此外, 在电磁式断路器进行合闸操作时, 合闸电流大于100A, 此时蓄电池成为合闸电源。
2 直流系统的运行与维护
目前电力系统的变电站一般都是无人值守的, GZDW型智能高频开关直流电源系统可通过监控串口与变电站后台的监控实现通讯, 可在调度端实现对直流系统的“三遥”。但还是需要定期进行一般性的清扫、日常检查等工作。一般220KV及以上变电站按照每天一次, 110KV变电站按照一周两次进行周期巡视。
2.1 在下列情况时要加强巡视
(1) 新投运的设备; (2) 在高温季节、高峰负荷期间和电磁式开关动作频繁时; (3) 在雷雨季节有雷电发生后; (4) 在直流系统或蓄电池的工况不良时; (5) 特殊用电期间。
2.2 正确使用工器具
直流回路最怕正极和负极间短路, 工作时应戴绝缘手套, 使用绝缘工具, 必须防止麻痹大意所造成的人身或系统事故。
2.3 直流屏室和蓄电池室的管理
基本要求:保障室内环境的温度、相对湿度、洁净度、静电干扰、噪声、强电电磁干扰等要素符合机房内电源设备和控制设备的要求, 保障设备的性能的稳定、运行可靠、生产安全, 保障控制设备的正常供电和蓄电池的应急放电;保障设备的机械性能完好, 设备电气性能符合标准要求, 设备运行稳定可靠, 与设备相关的技术资料、原始记录齐全。
蓄电池组室应安装空调保证温度应在25°C左右, 温度对蓄电池的寿命影响较大, 若在35°C及以上的持续温度下运行, 预期寿命减少一半。温度过低, 充电时产生氢气使内压增高, 电解液减少, 蓄电池寿命也将缩短。
2.4 充电装置的运行及维护
运行人员或专职直流维护人员应对充电设备进行如下的巡视检查:三相交流输入电压是否平衡或缺相, 运行噪声有无异常, 各保护信号是否正常, 直流输出电压值和电流值是否正确, 各充电模块的输出电流是否均流, 正负母线对地的绝缘是否良好, 装置通讯是否正常等。
运行人员或专职直流维护人员特别要注意充电模块自动均充是否准时定期, 均充时的充电电流和充电电压是否正确;雷电发生后应及时检查直流装置的防雷装置和充电装置工作是否正常;每月对充电装置作一次清洁除尘工作。
充电装置内部故障时, 应及时把故障充电装置取下退出运行, 这就是模块化配置的好处, 在设计上采用N+1的方式, 少一个充电装置不影响运行, 应及时把坏的充电装置返厂家修理, 这期间加强对直流装置的巡视。
2.5 蓄电池的运行及维护
在正常运行情况下, 变电站的二次设备只需由充电模块来供电就行了。现有的变电站, 断路器一般有电磁合闸方式和储能合闸方式两种。在电磁式断路器进行合闸操作时, 要求直流电源能提供瞬时的合闸电流 (20~200ms内提供数百安培的大电流) , 显然仅由充电模块来供电是远远不够的, 这时蓄电池组就发挥了重要的作用, 它能无间断地提供大电流, 保证断路器的正常合闸, 这也是直流系统为什么要有合闸母线的原因了。在储能合闸方式下, 合闸电流远小于充电模块的额定输出电流, 不用蓄电池来合闸。
当电网事故, 必然使交流输入电压下降, 当充电模块不能正常工作时, 蓄电池无间断的向直流母线送电, 毫不影响直流电源屏的对外功能, 保证二次设备和断路器的正确动作, 确保电网的安全运行。而作为最后保障的蓄电池, 如果其容量的不足将会产生严重后果。所以, 蓄电池的重要性就就可想而之了, 其维护、在线监测一直是大家最为关心的问题。
电池巡检仪作为在线监测装置, 可实时发现落后或故障电池, 并可检测电池组的温度是否处于正常范围内, 但直流系统工作时输出电流较小, 电池容量的不足或漏液、破损很难通过电池巡检仪发现, 而电池内阻和电池容量的在线测试, 准确度依旧不高, 其测量精度和可靠程度通常只用于定性分析。所以还是需要运行人员或专职直流维护人员对蓄电池进行巡视。
具体巡视项目如下:
(1) 检查蓄电池连接片有无松动和腐蚀现象, 壳体有无渗漏和变形, 是否清洁;极柱与安全阀周围是否有酸雾溢出;绝缘电阻是否下降;蓄电池温度是否正常25℃左右;测试单只蓄电池电压和内阻是否正常。
(2) 最好能每半月进行一次断开直流系统交流输入电源, 让蓄电池来供电, 10分钟后测试合母电压 (也就是蓄电池组端电压) 和控母电压及直流电流是否正常。以此来保证作为最后保障的蓄电池工作正常。
(3) 还要注意对备用搁置的蓄电池的维护, 因蓄电池要自放电而减少容量, 应用便携式充电机每3个月进行一次补充充电。
(4) 由于电池品牌、型号及电池状况的不同, 应根据实际情况通过监控模块重新调整电池充电参数, 以保证电池处于良好工作状态。蓄电池寿命一般为10年左右。
(5) 通常以标准温度25℃下10h放电率 (I10) 的容量为蓄电池的额定容量。核对性放电用I10的放电电流放电5小时, 2V的蓄电池端电压不低于2V则蓄电池容量合格。全核对性放电用I10的放电电流放电10小时, 2V的蓄电池端电压不低于1.8V则蓄电池容量合格。新安装的蓄电池在补充电后, 应进行全核对性放电实验, 以考核电池容量。变电站只有一组蓄电池时, 在运行中一般用核对性放电来考核蓄电池的容量是否合格, 周期可为1-2-2-1方式。即新投运1年内进行一次, 此后每2年进行一次, 运行5年后每年进行一次。
3 常见系统故障的原因及处理
直流系统的故障有很多, 只列举现场运行容易发生的2种故障。
3.1 阀控蓄电池的故障和处理
(1) 阀控蓄电池壳体鼓胀变形
造成原因:充电电流过大, 充电电压超过了2.4V×N (2V为单体的电池个数) ;蓄电池内部有短路或局部放电等造成温升超标;阀控失灵使蓄电池不能实现高压排气, 内部压力超标等。
处理方法:进行核对性放电, 容量达不到额定值80%以上的蓄电池应进行更换;运行中减少充电电流, 降低充电电压, 检查安全阀体是否堵死。
(2) 浮充电时蓄电池电压偏差较大 (大于平均值±0.05V)
造成原因:蓄电池制造过程分散性大;存放时间长, 又没按规定补充电。
处理方法:质量问题, 应更换不合格产品;存放问题, 应按要求进行全容量反复充放2~3次, 使蓄电池恢复容量, 减少电压的偏差值。
(3) 运行中浮充电压正常, 但一放电, 电压很快下降到终止电压值。
造成原因:蓄电池内部失水干, 电解物质变质。
处理方法:更换蓄电池。
(4) 核对性放电时, 蓄电池放不出额定容量。
造成原因:蓄电池长期欠充电, 单体蓄电池电压浮充时低于2.23-2.28V, 造成极板硫酸盐化;深度放电频繁 (如每月一次) ;蓄电池放电后没有立即充电, 极板硫酸盐化。
处理方法:浮充电压运行时, 单体蓄电池电压应保持在2.23-2.28V;避免深度放电;对核对性放电达不到额定容量的蓄电池, 应进行3次核对性放电, 若容量仍达不到额定容量的80%以上, 应更换蓄电池组。
3.2 直流系统绝缘故障和处理
直流系统的正、负母线绝缘电阻均不能低于规定门限值, 当任何一点出现接地故障时将会打乱变电站的整个正常运行秩序, 造成控制、信号、保护的严重紊乱, 必须迅速排除故障, 以免出现两点同时接地短路而造成的直流系统熔断器熔断及使断路器出现误动、拒动等。
3.2.1 GZDW系统绝缘监测两种方式
母线监测式仅监测母排同保护地间绝缘电阻的变化情况。
支路巡查则可同时监测母排和各支路的绝缘状况, 并作出相应告警。
发生绝缘告警的主要原因有以下:其分路出线受潮、破损或负载设备安装错误;GZDW系统在运输、开箱、安装过程中出现的导电异物等。
3.2.2 查找直流接地故障的一般顺序
(1) 分清接地故障的极性, 粗约分析故障发生的原因:长时阴雨天气, 会使直流系统绝缘受潮, 室外端子箱、机构箱、接线盒是否因密封不良进水等;站内二次回路上有无人员在工作、是否与工作有关。
(2) 将直流系统分成几个不相联系的部分, 即用分网法缩小查找范围。
(3) 对于不太重要的直流负荷及不能转移的分路, 利用“瞬停法” (一般不应超过3s) , 各站应根据本站情况在现场运规中制定拉路顺序;对于较重要的直流负荷, 用转移负荷法, 查找该分路所带回路有无接地。
(4) 如果接地点是在GZDW系统内, 可以采用逐段排除来确认告警具体位置。具体方法是:依次抽出充电模块;断开各功能单元和母线间的熔断器连接;断开蓄电池接入开关。分段、分步测量故障母线同保护地间的电压状况。通常, GZDW系统出厂后发生电气故障可能性较小, 在找出“故障段”后, 其故障点多可通过目测直接发现。
(5) 确定接地点所在部位后, 再逐步缩小范围认真查找, 直到查出接地点并消除为止。
4 结束语
变电站的直流系统, 一经投入, 可以说就与站共存了。因为全站所有电气设备中, 唯有直流屏设计为“永久性”的, 没有像变电站主变、开关等那样的电气设备可以安排停电进行检修的机会。因此, 一方面要做好直流系统正常的巡视检查和正常维护;另一方面由于直流屏上设备的缺陷都是在带电的情况下处理的, 这类工作的安全风险非常大, 就要求处理直流缺陷工作要具有高度的责任感和严谨的工作作风。请将缺陷消除在萌芽状态, 确保电力系统的安全可靠运行。
参考文献
[1]DL/T 724-2000[S].电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程.北京:中国电力出版社, 2001.
[2]国家电网公司电力安全工作规程 (发电厂及和变电所电气部分) .北京:中国电力出版社, 2010.
[3]DL/T781-2001[S].电力用高频开关整流模块.北京:中国电力出版社, 2002.
[4]DL/T5136-2001[S].火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程.北京:中国电力出版社, 2002.
高频直流电源 篇2
（一）虽然关于EMI的书和资料非常多，但基本都是针对设备级的，针对开关电源的很少，有个别书和资料虽然写着开关电源的名字，但由于作者并非电源设计人员，所以就变成了标准汇编。针对开关电源的目前就是这个《开关电源高频电磁波干扰概论》，非常经典，是香港大学的两位教授写的。但我也没有听过作者讲解，所以只能凭自己的理解和大家讨论。
第一节
这个是说EMI的传播过程，干扰源－干扰途径－接收器，就向传染病：传染源－传染途径－易感人群。
对于开关电源来说，最后一部分是不需要考虑的，干扰源也不能消灭，因为它也是开关电源之所以能工作的源头，但是可以通过软开关、加缓冲等方式来使干扰源的干扰小一些。控制干扰途径是降低开关电源EMI的重要一环，也是本讲义的重点讲解之处。
信号源波形产生的频谱
电压波形产生的频谱
周期信号的频谱是没有偶次谐波的，正负对称的波形产生的频率分量更少，像桥式电路。高数都忘光了，有兴趣的做一下FFT.占空比和波形斜率的影响 占空比越大时，干扰的幅度也大一些，这个可由FFT的系数算出来。
波形的斜率对干扰的高频部分影响非常大。低频部分几乎没有影响。低频部分主要由波形的幅度和高电平部分的宽度决定的，但高频部分大幅度下降的转折点为1/(3.14*tr),所以tr越大时，转折点的频率越低，高频下降越大。
所以我们应该想到降低斜率的措施，缓冲电路。
第一节小结：
电压和电流波形都有很丰富的频率成分 超过200M时由于幅值已经很低，所以影响很小 波形影响低频部分
上升沿和下降沿影响高频部分 占空比对个频谱幅值有一点影响
第2节：
下以部分13-42页，介绍的内容比较杂，有传导和辐射的场地、设备的放置，Log的概念等。
重点说一下这个图，这个介绍的是干扰的耦合途径，左边为传导干扰，右边为辐射干扰。辐射分为远场和近场。一般用蝶型天线辐射测量只测量电场，而不是磁场，磁场是用大圆环来测量的，灯具常用。
电场除了直接辐射到天线外，还可能辐射到地面再反射到天线，天线接受到的是直射波和反射波的矢量合成，所以需要上下移动寻找最大合成量。除此以外，由于电磁波有极化，所以天线需要改变方向以检测最大值（一般只测试水平和垂直）。
LISN网络。
LISN网络是用来拾取噪音的。差模噪音会在Line1--Line2之间流动，经过50欧姆电阻拾取。共模电流经过下面的地线再通过50欧姆的电阻回到电源，共模噪音也是经过50欧姆电阻拾取。50uH电感和10uF电容是用来阻止电网的干扰进入被测电源和防止被测的噪音跑到外面去。0.25uF的电容保证只有交流噪音信号可以流过去。在150KHz频率以上时其阻抗很小，近似短路。
线对线（差模）和线对地（共模）的噪音检测。
都是通过测量50欧姆电阻的电压信号来检测的，但仪器并不会区分差模和共模，实际为两个信号的矢量叠加（个人意见，仪器里面我不清楚）。
两种辐射测试：
场强辐射测试，通过组合天线来测量辐射的电场强度，蝶型天线（两个耳朵）测量30-300MHz，对数天线测量300-1GHz，对开关电源来说，主要是耳朵测量，300MHz以后一般电源辐射很小。
功率辐射测试（吸收钳），这个一般带长引线的设备需要做这个试验，如DVD等。
有效检测部分只有前面的一个环，后面是做吸收用的，范围30-300MHz。共模电流通过高频变压器后送到检测设备。
电流波形产生的频谱
第三节
下面几页说的是峰值、准峰值和平均值在仪器内部的测试方法，不是我们关心的重点。
从上面可以看出（看原文），3中检测主要是包络检波的冲放电时间常数不一样。标准要求测试的是QP和AV。但由于扫描时间过长，一般摸底是用PK和QP测量。
第四节
下面的内容主要是讲述容性和感性耦合的机理。首先开始的是容性耦合！
这个图告诉我们，在电源里面两个分离的物体是有电容效应的，当有交流信号时，就会有电流流过。
在电源里面相对并有电压变化的物体是很多的，如漏极和次级；漏极和初级的L，N线等，它们都会引起电流流动，被LISN检测到就是EMI干扰。仿真的结果和实际是基本上相符的。
看不见的耦合－感性耦合，第一个图描述了两个电路，前面是个振荡电路，后面就是上面容性耦合的电路，看似两个电路不相干，但是由于距离比较近，两个电路会通过磁场耦合，就向一个变压器一样，互感的公式如第二个图所示，随两个电路的距离增大而减小，随振荡电路面积（r为代表）的增大而增大。
第一幅图把上面的计算电感等效的变压器带入电路里面，第二幅图是测量和模拟的结果，可以看到互感的模型是很正确的，感性耦合确实向变压器一样。这样的耦合在开关电源里面比比皆是，向反激里面的高压电容、变压器初级和开关管组成的环路，变压器初级嵌位电路形成的环路，次级整流管形成的环路。除了常见的这3个外其实还有很多，如初级、次级和Y电容组成的环路，变压器初级、初级和屏蔽层的电容及屏蔽层的电感组成的环路等。
容性耦合的一个例子：
这个例子是说漏极和输入的接线端有一个耦合，尽管电容很小(0.1pF)，但由于漏极电压高，差模干扰还是会超过标准。
这个很容易理解。不再赘述。
容性耦合的另一个例子：
此处的例子是指漏极和地的电容，漏极虽然很小，但地很大，虽然传导并不要求屏蔽室，在实际的EMI测试中还是在一个屏蔽的屋子里面，这实际上加大了图中的Cs。同样由于电压高，假设Cs很小，实际测试的干扰（实际为共模）也会超标。
根据以上的分析得出减少容性耦合的一个方法，就是减小高压点的面积，从而减小电容。
中间的图由于高压部分的面积大而被认为Wrong。其实最右边的图也不是很好，最好往左边靠。
此处介绍的PCB的布线规则。线的面积尽量小，当然要满足电流的要求，平衡走线，这样两线对高压点的电容是平衡的，容性干扰会对消。输入部分尽量远离MOS的漏极。漏极的面积尽量小。
感性耦合的例子：
这个例子描述的噪音源的一端和输入的差模滤波的回路有一个耦合，尽管耦合电感很小，但由于噪音源电流大，并且差模滤波回路阻抗很小，所以干扰还是可能超标。
自感影响的例子，由于X电容本省有自感存在，当它滤除差模电流时本省的自感也产生干扰电压，引起差模电流流动，这就是非理想器件造成干扰的原因。
PCB布线规则，减小感性耦合，方法根容性耦合差不多，好的布线对两个方法都有用。好的布线：环路面积小，环路之间距离要远，节点端为容性端。
开关纹波电流的影响，开关电流会在其左边的电路部分的输入阻抗上形成电压，当然会有电流流过LISN的检测电阻，从而被测到EMI电流，由于是在两根线间流动的，所以是差模电流。这种电路的计算是很复杂的，还好有仿真电路，仿真一下很简单。不过我认为在实际应用中，仿真都不必做，我们只要理解其原理，知道怎么克服就可以了。
典型EMI差模滤波电路的参数和结果：右边蓝色的线为模拟的噪音结果，可以看到初始值很高。
理想C1没有ESR,ESL，从右边看到蓝色的线非常低，说明C1的ESR,ESL是主要产生干扰的源头，20多DB的起始值是电流在2pifc 上形成的电压造成的。
C2由于值很小，对低频段EMI的影响几乎可以忽略。
后面还有几个图，为节约时间和空间不上传，从图上可以得到的信息是由于C1的阻抗比起C2和L来说很低，所以干扰的源头就是开关电流在C1的ESL和ESR上形成的电压。后面不同的图只是为了证明这一点。
这一部分的总结：真实电路和理想电路是不同的，各种元件都有其等效的其他参数。大电解的ESR贡献了差模噪音的低频部分，ESL贡献了差模噪音的高频部分。结果很明显，高频电解的ESR,ESL比较低，有利于降低差模噪音！
如果一级滤波结果不好，自然想到两阶段滤波。
在实际的设计中，并不需要单独增加一个电感，可以利用共模(功率大的电源一般都要用）的漏感来做差模电感，这样只需要增加一个X电容就可以了。
不同的共模漏感是不一样的，如果用ET型的磁心，4槽骨架的比2槽的要大，漏感可以通过短路一组引线来测量。
第一个图是两阶段差模滤波考虑元件寄生参数的真实等效电路，第二个图是模拟的结果。可以看到两阶段滤波对干扰的衰减更厉害。原因是两阶段时干扰信号经过了两级LC，是80dB/10倍频程的衰减。
单独把这一页列出来，因为它告诉了我们一个很重要的技巧。
当把开关电源的频率设定到150KHz时，在150K的衰减时8dB；但是如果把开关频率设定到130K，则开关频率的干扰不需要测量，需要关注的是开关频率的二倍频，即260K，此时的衰减是很大的，从图上看到有30dB的裕量。
输入整流管的影响
整流管导通时，差模电流几乎无阻挡通过，整流管不导通时，按图上没有差模电流，但实际上整流管有电容存在，还是有一点点电流的，不过影响很小，可以忽略。
根据这个图我们也不难理解，在测量EMI时，低压时的EMI通常比高压时在低频段（差模为主）大一些。因为低压时整流管的导通时间长，当然导通时间长的原因是低压时的电流大。电流大也是造成EMI大的重要原因，这两者的共同作用造成了低压时的EMI大。
全导通和非全导通时的EMI差异。全导通是通过用直流电源给LISN供电来模拟的。从上面的描述可以看到，峰值和准峰值是没有变化的（由开关电流的峰值决定，两种情况此电流峰值没有变化），但平均值明显用整流桥的要低很多。
一个描述前半周，一个描述后半周。这个非常容易理解。
输入滤波对电源稳定性的影响
根据Middlebrook的额外元素理论，只要输入滤波的输出阻抗远小于电源的输入阻抗便不会有稳定性问题。输出阻抗远小于电源的输入阻抗的表现就是上述电路Pin部分 分得到最大化的Vin电压，根据这个要求列出上述方程，只要一阶部分的系数>1，就可以得到左半平面极点，就不会有稳定性问题。有一阶部分的系数>1的调节得到上述红色公式。
带一个实际的电源参数进去，发现RL3实际上要>10欧姆电路才能稳定，但实际的电感的内阻是很小的，由此得出结果几乎每一个电源都会振荡。但实际上并不是这样，说明理论有不对的地方。
这个是为了和后面做对应的，不作解释。看后面就可以了。
电感的频率特性，我们会看到在频率升高时磁心的损耗会反应为一个很大的电阻，正是它阻尼了振荡，当然趋附和临近效应反应的电阻和直流电阻也有影响，但不是主要因素。
补充一下，在实际的电源中C1都很大，很大的C1实际上降低了对RL3的要求，只要很小的RL3就可以了，实际不用考虑RL3,电容的ESR起到了RL3的作用。
当频率高时，用铁分心做电感时，由于损耗严重可能引起融化，这有点玄，但漆包线绝缘是有可能坏掉的。用铁氧体时由于损耗小，就没有这个问题。所以不要忘了ac电阻代表的磁心损耗，它可以阻尼电源的振荡。
由上面的分析我们就知道了为什么输入滤波通常不会引起电源振荡。
主要是第一点和第三点。滤波电感的磁心损耗提供了额外电阻；C1通常比较大。
补上忘掉的一部分：
普通的整流滤波只有在电压峰值时二极管才导通，此时二极管是完全导通的，所以差模和共模电流很容易通过整流管而被LISN检测到，而其他时间二极管不导通，差模电流是不能通过的，共模电流通过能力
也减弱，只有高频的部分才容易通过二极管的节电容通过。
由于二极管不导通时几乎没有干扰电流流过，所以用交流电源供电时测量到的平均值会比直流电源供电时低，因为直流供电时二极管是每时每刻导通的，干扰电流可以全通过。
由以前的帖子里描述的测量EMI的原理可知，峰值和准峰值是没有变化的。因为它们测的是瞬间(PK)和极短时间的平均值(QP)。
输入滤波电感同样也是一个噪音接收源：
电感的环路接受外部磁通（可能来自于你的变压器）会产生噪音电流。
同样电感的绕组是铜线做的，可以和电路里面的高压部分产生容性耦合，从而产生噪音电压。
高频感应加热电源相位跟踪系统 篇3
摘要：针对感应加热电源工作在高频状态时，存在相位跟踪困难、工作功率小和工作状态不稳定等问题，采用基于TMS320F2812的高频感应加热电源的相位跟踪方法，使负载等效阻抗时刻处于弱感性状态，解决了感应加热电源工作在高频状态所遇到的问题。设计了功率MOSFET的驱动电路、电压和电流相位信号的采集与处理电路，给出了TMS320F2812处理负载电压相位信号和电流相位信号的方法和产生移相PwM信号的方法，最后搭建实验平台进行了实验验证。实验结果表明，所设计的相位信号处理电路能够快速稳定地向TMs320F2812发送电压和电流的相位信号，且延迟小；TMS320F2812可以生成移相PwM信号，其移相范围大、工作稳定。endprint
摘要：针对感应加热电源工作在高频状态时，存在相位跟踪困难、工作功率小和工作状态不稳定等问题，采用基于TMS320F2812的高频感应加热电源的相位跟踪方法，使负载等效阻抗时刻处于弱感性状态，解决了感应加热电源工作在高频状态所遇到的问题。设计了功率MOSFET的驱动电路、电压和电流相位信号的采集与处理电路，给出了TMS320F2812处理负载电压相位信号和电流相位信号的方法和产生移相PwM信号的方法，最后搭建实验平台进行了实验验证。实验结果表明，所设计的相位信号处理电路能够快速稳定地向TMs320F2812发送电压和电流的相位信号，且延迟小；TMS320F2812可以生成移相PwM信号，其移相范围大、工作稳定。endprint
摘要：针对感应加热电源工作在高频状态时，存在相位跟踪困难、工作功率小和工作状态不稳定等问题，采用基于TMS320F2812的高频感应加热电源的相位跟踪方法，使负载等效阻抗时刻处于弱感性状态，解决了感应加热电源工作在高频状态所遇到的问题。设计了功率MOSFET的驱动电路、电压和电流相位信号的采集与处理电路，给出了TMS320F2812处理负载电压相位信号和电流相位信号的方法和产生移相PwM信号的方法，最后搭建实验平台进行了实验验证。实验结果表明，所设计的相位信号处理电路能够快速稳定地向TMs320F2812发送电压和电流的相位信号，且延迟小；TMS320F2812可以生成移相PwM信号，其移相范围大、工作稳定。endprint
高频开关直流电源的保护技术探讨 篇4
大功率的开关元件的电路控制电路较复杂, 并且其在高频开关直流电源模块中的造价相对而言较贵。另外, 我们通常采用大量的集成化程度高的元件安装电子系统作为开关电源的负载。由于开关直流电源里的集成元件和晶体管在抗电冲击和耐受热等性能方面较差, 要求保护高频开关直流电源系统的装置应具有负载的和本身的安全性能。保护电路具有多样性, 具体而言主要包括过极性保护、电流保护、欠电压保护、过热保护等等。在实际的操作应用中, 将这些多样性的保护电路进行组合, 综合利用, 创建良好的保护措施。
1 极性保护
我们一般将没有经过处理的直流电源输入到高频的开关直流电源系统的开关稳压器设备中, 若在操作中出现意外情况或出现失误, 常常引起错接电源正负极的现象, 导致开关电源的损坏。因此我们采用这种保护措施的原因就在于能够实现当两级电源接错时能够使电源停止工作不至于被烧坏, 只有当开关稳压器两级接入正确时, 未稳压直流电源才可以正常运行。针对极性保护我们常常采取的措施之一是利用二极管的单向导电的特性, 图1所示的是最直观简单的极性保护电路图, 该电路的基本工作是电流流出二极管向电路中输入总电流, 由于二极管属于单向导电元件, 电流只能单向通过, 因此对电源起到了保护作用。这种电路适合在小功率的开关稳压器中使用。如要在较大功率的开关稳压器上使用, 还需把此种电路规定为保护系统的一个必要环节, 减少许多耗能。为了在实际运用方便操作人员操作, 在电流通过电流方向之后应加装一支指示灯。
2 过电流保护
如果高频开关的直流电源发生负载过多、短路或者电路控制失常等特殊情况发生时, 会导致过大的电流流入稳压器开关。在这个过程中会因为产热而消耗大量有用的功率, 倘若未对超出限制的电流流经的电气设备安装保护装置, 那么产生的大量的热可能会损坏大功率的开关管。所以说, 安装限流装置在开关稳定器中的措施是必要的, 在实际操作中, 应用保险丝对过流设备的保护是最常见、最普遍的方式。但是普通的保险丝在例如晶体管这种较小的热容量中很难发挥作用, 因此将普通的保险丝换为速溶的保险丝, 这种具有方法经济有效, 操作简捷的特性被广泛的用在安全工作中。但由于保险丝具有一定的使用寿命, 因此在工作中需定期的检查和更换。
针对线性开关的稳压器, 一般将电流截止保护与这种方法运用到开关稳压器的保护装置中, 由于开关稳压器有自身的特点, 所以在这种保护方式并不适用于控制开关管, 而必须采用将保护过电流的设备转变成脉冲指令控制调节器来起到保护开关装置的效果。除此之外, 考虑到高频开关的稳压器可能消发热和消耗, 因此应减少电阻的接入, 将保护过电流设备转变为欠、过电压保护措施。
3 欠电压保护
当开关稳定器内部或负载、输入直流电源出现异常情况时, 会发生输出电压较大的偏离规定值。具体而言, 当低于规定值时, 会使开关稳压器的电流变大、电压变小, 直接的后果是导致输入电源盒开关三极管的损坏。所以, 设置欠压装置来保护电路是十分必要的。其直观简单的保护电路如图2所示。
具体工作原理:当源电压的电压值达到正常数值后, 稳电压把ZD击穿, 晶体元件V连通, 继电器工作, 将触点吸合, 开关稳压器加电, 电路连通。当输入的电压值少于规定数值后, 不能击穿稳压管ZD, 影响晶体元件的连通性, 电磁继电器无法吸合触电, 开关稳压器无法正常运行。造成这种现象发生的主要原因可能是开关三极管不完整或者电路内部的控制电路工作失常。除此之外负载出现接触不良、短路也会使输入电压下降。因此我们常常通过接入一个电压比较器在开关稳压器的电压输出端来避免这种问题的发生。具体的电路图如图3所示。
当电压正常时比较器没有电压输出, 只是作为一根导线存在, 一旦电压值下降在规定值之下比较器就会发出警报提醒工作者。同时将信号反馈给开关稳压器的控制电路, 使开关三极管切断输入电源。
4 过热保护
开关稳压器内部的体积小和高集成化等特点直接决定了装置单位体积内的功率密度较高的特性, 因此电源系统装置中的元件对其运行工作环境也有相当高的要求, 尤其是对温度有较高的要求。如果温度控制不当, 会使电路性能减弱, 甚至影响元件的使用时间。因此, 应该设有过热保护装置在大功率开关稳压器中。
温度继电器是过热保护装置一般采用的设备。当较高的装置温度时, 温度继电器开始运行, 致使整个电路时刻处于警戒状态, 确保实现单一电源的保护。也可以在开关三极管附近置于温度继电器, 一般较大功率的三极管允许的耐高温值, 其值不能超过70-75摄氏度, 温度调节度值在55-60摄氏度。当三极管温度较高超过规定数值时, 继电器就会立即自动的切断电源, 使电路停止工作, 如图4所示。
根据图我们可知其工作原理:在温度控制方面半导体热敏元件“热晶闸管”起到重要作用。根据热晶闸管的自身的特性, 该器件的导热温度值由Rt的值来确定, Rt越小, 导热温度就越高。当将其放在电源内部装置或大功率开关三极管附近时, 它具有显示温度高低的功能。当电源装置温度或大功率三极管的管壳温度超过规定数值, 热晶闸管自动导通, 发光元件发出警告信号。如将热晶闸管与光电耦合器配合使用, 就可以整个系统具有告警电路动作, 保护开关稳压器。
5 结语
对于高频开关直流电源的整个工作系统而言, 对于整机的保护方面做好以下几点:首先考虑开关稳压器, 要把其应用的开关管控制在直流安全工作区域之内;其次, 把稳压器的输出电压限制在规定范围之内;再次, 由于电源系统的可靠性可能会因为电源中添加了保护电路之后而受到影响, 所以, 要在保护本身电源系统的稳定性的前提下实现相关保护电路的加设;最后, 必须合理、全面而系统的考虑到各个开关电源的保护措施, 确保开关电源工作的安全性、可靠性和高效性。
摘要：本文主要探讨了高频开关直流电源的保护系统, 根据高频开关直流电源模块中容易出现的问题加以分析, 提出适当的保护方案和措施, 并分析这些保护措施的应用特点, 对使用电路的保护提出一些其他方法。
关键词：开关电源,保护电路,系统设计
参考文献
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高频直流电源 篇5
摘 要：随着经济的不断发展，环境污染问题越来越严重，影响人们生存环境的同时，也限制了经济的进一步发展。我国对环境问题高度重视，各个行业在节能减排新技术的研究及推广上取得较大进展。电源是电除尘设备的重要组成部分，采用高频电源可大幅度提升除尘设备的工作效率，同时还能有效节约电能，因此在电力、冶金、化工等多个生产领域得到广泛应用。
关键词：高频电源；电除尘器；节能
1 概述
经济发展给环境带来的危害以经引起全球范围内的广泛关注，我国处于经济发展的高速期，同样也面临着环境污染问题。为保护人类赖以生存的环境，实现经济的可持续发展，我国各行业以节能减排为中心任务，大力发展可推广节能减排的新技术。电除尘器是火力发电厂、燃煤锅炉企业进行烟尘排放治理的主要设备，该设备的核心装置是电源，为除尘工作提供所需要的高压，对除尘效率有着直接的影响。
2 高频电源
高频高压开关电源（简称高频电源）是新一代的电除尘器供电装置，可广泛应用于电力、冶金、化工、水泥等行业的烟气粉尘治理，可实现高效除尘、保护环境的作用。
2.1 高频电源的工作原理 电除尘器高频电源是利用高频开关技术而形成的逆变式电源，其供电电流是由一系列窄脉冲构成，可以给电除尘器提供具有从接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形。高频电源对电除尘火花放电或短路具有快速的反应机制，能在上述情况发生后，立即封锁电源输出，提高了电源的动态响应速度。高频电源的快速反应机制使电源实现了接近纯直流输出，提高了设备的供电电压，有利于增加电除尘器电场强度和粉尘荷电量，进而影响电除尘器内粉尘周围的电场力，提高粉尘的移动速度，最终实现提高除尘效率，减少烟尘排放，保护环境的目的。
2.2 高频电源运行方式 高频电源可根据电除尘器电场的实际工作情况，调整脉冲宽度、脉冲幅度、供电频率，以保证提供电压、电流达到做优化状态。对于具有恒定周期供电和脉冲供电两种型号的高频电源来说，应根据除尘要求选择合适的供电方式。
2.2.1 恒定周期供电方式。恒定周期供电方式，是指高频电源按照预先设定的频率参数进行运行，设定频率参数值决定了设备的输出电压和输出电流值。恒定周期供电方式对操作人员的要求较高，设备消耗的功率大，因此造成的能耗较大，而除尘效果却并不理想，当煤质、符合、烟气等发生较大变化时，恒定周期供电方式无法满足电除尘口排放要求。
2.2.2 脉冲供电方式 高频电源在脉冲供电方式下，能输出由一系列高能脉冲和低能脉冲组成的电能，输出电流波形与正选波形类似。高频电源采用脉冲供电方式时，可为电除尘器提供较高的峰值电压，这就能有效克服高比电阻引起的反电晕，从而提高设备的除尘效果，减少电场中无效电能的消耗量，最终达到节能环保的目的，这是传统高压供电方式无法比拟的优势，因此得到广泛应用。
3 高频电源节能分析
3.1 高频电源除尘效率高 对于电除尘设备而言，带电粒子在电场中移动速度大，除尘效率高。带电离子移动速度与电场强度平方成正比，而电场强度与电场内电压成正比。根据以上关系可知，电压越高，电除尘设备的工作效率就越高。高频电源相对于传统电源，大大提高了除尘设备的工作效率，能有效降低除尘口排放量的30%以上，部分性能优良的设备，可降低到原有除尘量的70%。高频电源能大幅度提升除尘设备工作效率的主要原因是：一方面，高频电源具有极强的适应性，能根据不同的工作情况，提供合适的电压波形，从而给除尘设备提供从接近纯直流到脉动幅度大的电压波形。当除尘器工作环境为中等比电阻及高浓度烟气时，可利用高频电源输出近似直线的电压，提高电除尘设备的运行电压和运行电流。高频电源提供纯直流电压时，相对于传统的工频电源，平均电压高出30%，这就大大提高了电除尘设备的工作效率。当除尘设备入口含烟尘浓度过大时，会产生电晕闭塞现象，影响电流的提高，此时若采用高频电源，可将电晕电流提高至原来的2倍，从而有效解决电晕闭塞现象。另一方面，高频电源火化监测可靠性高。高频电源采用全新硬件检测技术，提高了火花检测的可靠性，并能有效捕捉微弱火花。高频电源设备中，采用串并联混合谐振逆变器，提高了电流的恒定性，有效减弱电流大幅度变化和电场火花对电流的冲击作用，提高熄灭火花的速度及电场能量的恢复速度。高频电源断电振打与减功率振打功能，对设备的除尘效率同样具有促进作用。
3.2 高频电源节能效果好
3.2.1 高频电源固有的节能特点 高频电源现对于传统的工频电源而言，能源利用率高，能节约20%的能源。传统工频电源会随着输出功率的下降，其功率因数和效率发生明显的变化；而高频电源在纯直流供电方式下，当实际输出功率为额定功率的70%时，其功率因数和效率几乎保持不变。在实际的生产工作环境下，设备在额定功率条件下工作情况较少，这就导致高频电源在节能方面更具优越性。
3.2.2 高频电源对整个系统节能的影响 高频电源自身的工作特点，决定其具有良好的节能特性，这不仅提高了前电场的除尘效率，也为整个除尘系统的节能打下了良好的基础。提升前电场除尘效率后，减轻了后电场的工作负担，极大的降低了后电场的符合，提高了整个系统的工作效率。随着科学技术应用的深入，自动化控制技术在电厂应用范围越来越广，若在有IPC智能控制系统的工作环境下，IPC可在满足除尘效率的要求下，实现组合供电的自动化，促使电除尘电源系统节能达到50%以上，在反电晕现象明显情况下，该系统的节能率甚至高达90%以上，这就极大的降低了企业的生产成本，提高了企业的经济效益。
4 小结
电源是除尘设备的重要组成部分，电源效率的提升，可有效改善整个设备的工作效率。高频电源具有灵活反应机制、适应性强、节能高效的特点，不仅能提高电除尘器的工作效率，还能提高整个生产系统的工作效率，因此，应进行大范围的推广和使用。
参考文献：
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高频直流电源 篇6
关键词：高频逆变,数字化,高压直流电源
1 电源系统整体设计
随着这几年电子电力技术的快速发展,如MOSFET、IGBT等新一代电子器件的应用,高频逆变技术的逐步成熟,出现了数字智能化高压电源,与其相比它突出的优点是:储能少、重量轻、效率高、体积小、响应速度快、设计与制造周期短。由于其优越的特点,如今已逐步代替了传统高压的电源。50/60 Hz交流电流首先通过整流后得到相应的直流电,经过高频逆变、高频变压器、整流器输出高压,进行误差信号的进一步处理产生IGBT功率开关管的PWM控制信号并通过负载电压反馈信号与指定电压信号相比较,采用闭环反馈来实现输出电压的精确控制。开关电源技术的数字高压电源具有纹波系数低、重量轻、保护速度快、体积小、稳定性高、控制精度高等优点,因此它必将在高压电源中有着更广泛的应用。基于高频逆变数字化高压电源的工作系统如图1所示。
1.1 整流滤波电路
如图2所示,集成稳压电路采用了集成芯片7824和7924,将电网220V单相交流电压通过集成稳压电路产生48V的直流电源。
1.2 逆变电路
如图3所示,本系统的DC/AC电路采用半桥逆变电路,电路采用两个MOSFET作为主开关器件,将两个开关管Q1和Q2并联作为半桥的上下臂。输入48V的直流电压,通过Q1和Q2在一个周期内交替导通,若各自导通半个周期,可以输出一个幅值为24V的方波电压uo。为了高低压之间的信号隔离,在将方波电压输入高频升压变压器T2前,要将得到的方波信号先送入隔离变压器T1。最后经高频升压变压器升压得到8k V的直流电。
1.3 正负双向倍压整流电路
倍压整流电路是一种直流输出电压高于变压器二次侧峰值电压几倍以至更多倍数的整流电路,通常使用在高电压、小电流的设备中。如图4所示为传统的倍压电路,它是利用了二极管的整流和导引作用,将电压分别贮存到各自的电容上,然后利用电容极性相加的原理将其串接起来,使输出高于输入电压。由于传统的倍压电路受电容串联放电的影响,使得输出电压波形纹波较大,因此不适合高精度要求的场合。
因此,本系统采用了正负双向倍压整流电路方案,如图5所示为设计的正负双向10倍压电路。电路中一个倍压整流电路的负极接另一个倍压整流电路正极,两个电路共用地,接负极为公共地的倍压整流电路输出为正电压,接正极为公共地的倍压整流电路输出为负电压。将高频变压器T2二次侧的4k V电压通过正负双向倍压电路,输出可以分别得到+40k V和-40k V的电压,即输出总电压为80k V的高压。
由于正负双向倍压整流电路的对称性,使得系统的正负脉动值可以相互抵消,从而大大减小了系统的输出纹波;由于双向倍压电路的内部压降也较传统电路小,因此正负双向倍压电路不但具有更好的稳定性,带负载能力也更强。
1.4 PWM控制电路
系统控制电路采用的是集成PWM控制方式,通过脉冲宽度调制(PWM)方式控制逆变电路桥中的开关管通断。
设计的电路采用的是以SG3525为核心的PWM控制器,SG3525是美国Silicon General公司推出的PWM控制器,是一种性能优良、功能齐全、通用性强的单片集成PWM控制器。它采用双通道输出,每一通道的驱动电流最大可达500m A,且输出级采用了推挽电路,因此能够直接驱动功率GTR和功率MOSFET,其工作频率高达400k Hz,具有欠压关断、可编程软启动等特点。如本电路中,SG3525的输出端口OUTA和OUTB分别接控制开关Q3、Q5和Q1、Q7,通过控制开关的通断达到控制电路的目的。为了避免干扰,它们之间要接光电耦合器TLP520。
1.5 管电流和管电压采样电路
由于电源在工作中,输入的电网电压会经常发生变化,为了保证电源具有稳定的输出,因此要求电源应具有自我调节功能。这就需要实时采样主电路中的输出电压和电流,图6为设计的管电流和管电压采样电路,通过此电路将采样到的主电路电压和电流值送到控制器中处理,将得到的数据与寄存器中的标准参考值进行比较,根据比较的结果反馈到主电路中使电路作出相应的调节,从而达到稳定的输出的目的。
设计的电路配套的辅助电源涉及到三种电源电压+18V、±15V、+5V,因此对应的要用到的集成稳压器有7818、7815、7805三种,这三种电路都由降压电路、整流滤波电路和集成稳压器等几部分组成。图7为产生±15V的电源电路,另外两个电路雷同。
2 系统性能测试
2.1 电路的稳定性测试
电路的稳定性即测试输入的电源电压变化对电路输出电压的影响。为了验证新设计的电路优越性,在保证输出电流2m A不变的情况下,调整电路的输入电压值,分别记录下采用半波电容二极管倍压电路和双向倍压电路的电路输出值,得到的数据见表1与表2。由表1~表2可知,当输出电流不变的情况下,采用双向倍压电路的高压直流电源明显比相传统的采用半波电容二极管倍压电路的电压输出更稳定,因此新设计的电路具有更好的稳定性。
2.2 电路纹波系数测试
从表1测试数据看采用正负双向倍压整流电路的测试结果,当电路的电流输出为2m A一定时,电压输出值最小为79.5k V,最大为80.3k V,即电路的纹波小于0.8k V,故纹波系数小于1%。从表2测试数据看采用半波电容倍压电路的测试结果。当电路的电流输出为2m A一定时,电压输出值最小为71.95k V,最大为88.7k V,即电路的纹波大于16k V,故纹波系数大于18%。因此,相对于采用半波电容二极管倍压电路,采用正负10倍的倍压整流电路纹波系数明显更小,且电路精度更高。
3 结束语
文章设计基于高频逆变数字化直流电源,经测试结果表明,所设计的高压直流电源不但稳定度高,而且纹波系数小,完全能够满足高端电器的技术要求。
参考文献
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高频电弧发生电源的研制 篇7
随着电力电子学的飞速发展和开关电源技术的广泛应用,电源高频化成为趋势。在光线陀螺生产线中,电弧发生电源的作用是产生电弧对光纤进行熔融拉锥加工,生产出满足偏振器、耦合器工艺标准的光纤。目前,市场上的交流电源产品一般属低压低频型,为此研制高频电弧发生电源既可提高光纤陀螺生产线的国产化程度和生产效率,也可以将其应用在其它工业领域,具有良好的经济社会效益。
1 电源方案设计
高频电弧发生电源的设计指标为:输入电压为单相AC 220V,50Hz;输出方波峰峰值为2～12kV(可调),33kHz;输出电流为9～15mA;最大输出功率为180W;功率因数大于0.95。
(1)前级为Boost升压式功率因数校正电路,为使电源输出波形峰峰值调节范围宽,需要在PFC级后加一级斩波电路以调节逆变器输入电压,因此选择非隔离型Buck斩波变换器,其特点是结构简单,输出低于输入。
(2)后级逆变电路的输入为Buck斩波电路的输出,相当于电压源,且要求输出方波,因此选用电压源型方波逆变电路。电压源型方波逆变电路根据电路拓扑结构可分为半桥型、全桥型、抽头变压器型,其中半桥型具有输入电压等于输出峰峰值的特点,故本设计选用半桥逆变电路。
高频电弧发生电源基本原理如图1所示。
2 单元电路设计
2.1 功率因数校正电路设计
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)的比值,即:
式中,I1为输入基波电流有效值;IR为电网电流有效值;U1为输入电压基波有效值;γ为输入电流的波形畸变因数;cosφ1为基波电压和基波电流的位移因数。
传统开关电源通过二极管整流器与电网相接,只有当线电压高于滤波电容电压时二极管才导通,从而造成电流尖峰,产生了大量谐波,使功率因数降低。本设计采用安森美公司的电流连续Boost型PFC电路控制器NCP1653设计固定升压输出的功率因数校正器,图2为基于NCP1653的PFC电路原理图。NCP1653的反馈环主要包括输出电压反馈回路(FB/SD端)、输入电压检测回路(In端)、电感电流检测回路(CS端),通过各反馈回路信号调节芯片内部乘法器的输出电压。当乘法器输出电压与内部锯齿波电压之和大于参考电压时,控制器内部PFC调节器输出驱动脉冲使开关管Q101关断;反之则驱动开关管导通。NCP1653还可通过反馈环快速调节控制开关管占空比,使它及时跟随电网输入电压,从而让整流桥后的负载Boost变换器呈纯阻性,达到提高功率因数的目的。
2.2 Buck斩波电路设计
本设计中,为降低电源系统复杂程度,选择非隔离式Buck斩波电路,其参数为:输入电压为DC390V;输出电压为DC 50～300V(可调);输出电压纹波为±2%;最大输出电流为0.6A。Buck斩波电路原理图如图3所示,通过脉冲信号控制开关管Q201的导通与关断以实现调压,输出电压经采样电阻分压后经调节器实现反馈稳压。变换器的输入输出同相,电压变换比为。
2.3 逆变电路设计
半桥型逆变电路原理图如图4所示。电容C1、C2组成变换器的一个桥臂,两电容上并接的电阻为均压泄放电阻。开关管Q3、Q4构成变换器的另一桥臂,由驱动脉冲控制上下管交替导通。高频变压器变比为1:40,原边峰峰值为300V,副边峰峰值为12kV。
3 控制电路设计
3.1 Buck电路控制驱动电路设计
Buck电路控制驱动电路如图5所示,采用电压模式,其优点是占空比调节范围宽、设计过程相对简单。选用美国SGS公司的电压模式集成PWM控制器SG3525A,优点是外接元器件少、性能好。SG3525A的误差放大器外围引脚1、2、9接成PI控制器以提高稳压精度;内部振荡器频率由引脚5、6外接阻容器件决定;两路PWM脉冲输出间的死区时间由引脚5、7间的跨接电阻决定;控制器软启动时间由引脚8外接电容决定;引脚10为外部关断端,接限流保护电路信号,高电平时封锁驱动脉冲输出。
由于开关管源级电位不固定,驱动不易,因此本设计Buck电路的驱动选择高速IGBT/MOSFET栅极驱动光耦HCPL3180,开关频率选择60kHz。
电压模式控制的反馈回路只响应输出电压变化而不响应电流变化,因此需要外部附加限流保护。本电源属于高电压、小电流,故选择串联电阻法,即在Buck调压电路输出侧半桥逆变电路地端串联取样电阻,利用比较器LM393接成单限比较器。当取样电阻电压高于基准电压时,比较器输出高电平,关闭SG3535A,注意限流值为0.6A。
3.2 半桥逆变器控制电路设计
逆变器控制电路与斩波电路相似,PWM控制器也采用SG3525;不同之处主要是半桥逆变器的PWM控制器接成开环状态,误差放大器外围电路接成跟随器,驱动芯片采用IR公司的高压浮动MOS栅极驱动集成电路IR2110。图6为半桥逆变电路控制驱动电路原理图。
4 实验结果
经测试,样机各项技术指标如下:
(1)前级功率因数校正电路最大输出功率为300W,输出电压为DC 390V,输出电压纹波小于7%VOUT,开关频率为100kHz。测试数据见表1。
(2)次级Buck变换器,输入电压为DC 390V,输出电压为DC 50～300V,开关频率为60kHz,最大输出功率通过限流电路设定在180W。图7为调压电路输出电压300V时的波形图。
(3)后级半桥型逆变电路的输出为高频方波。图8为高频变压器原边方波波形,峰峰值为300V,频率为33kHz。
由测试结果可知,高频电弧发生电源完全达到设计要求,电源整机效率为92%。
5 结束语
采用功率因数校正芯片NCP1653和电压模式PWM控制器SG3525设计了一种最大输出功率为180W的高频电弧发生电源。该电源采用三级结构,实现了高功率因数,并且输出波形峰峰值、频率可调,具有体积小、稳定性高、调节灵活等优点。目前,该高频电弧发生电源已投入光纤陀螺生产线耦合器制作工位,运行状况良好。
摘要：介绍一种用于光纤陀螺生产线的高频电弧发生电源的工作原理和电路设计。该电源采用功率因数校正技术达到单位功率因数,提高了电能利用效率;采用Buck调压电路调节输出电压幅值;利用半桥变换器产生所需方波;同时还具有完善的保护电路。调试结果证明,该电源满足设计指标,具有功率因数高、调节范围宽、体积小等特点。
高频直流电源 篇8
变电站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作, 一般采取直流电源, 所以直流电源的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电。变电站的直流系统被人们称为变电站的“心脏”, 可见它在变电站中是多么的重要。煤气化公司的供电系统始建于20世纪80年代初, 因受当时技术条件的限制, 陆续建起的变电站直流系统设备有的为硅整流电容补偿直流电源, 有的为带有铅酸蓄电池的KGCA—50/98～360、KGCFA—75/200～360型硅整流直流电源, 有的为BZGN—20/220型镉镍电池直流屏。部分投运较早、运行时间较长的变电站直流设备老化严重, 给变电站的安全、可靠运行带来了严重的威胁。如某35 kV变电站就曾因直流系统故障, 造成越级跳闸, 导致全站失电的恶性事故。其它各站虽未发生大的事故, 总因直流系统经常发生问题, 缺陷较多, 有的缺陷无法处理, 致使直流系统长期处于“带病”运行状态, 导致给用户无法正常供电。
随着电力工业的迅速发展, 为提高电网的供电质量, 使电网安全、经济运行, 并实现电力系统的自动化, 从而对电力控制系统的关键设备—控制电源的要求也越来越高。而原来的直流设备均采取传统的相控电源, 效率低、纹波系数大, 在电磁辐射、热辐射、噪声等方面都不尽人意。另外, 监控系统不完善, 采取1+1备份方式, 对二次电路越来越先进的仪器仪表、控制、自动化设备很难满足其技术要求。此外由于相控电源浮充电压易波动, 会出现蓄电池脉动充放电现象, 对免维护蓄电池损害极大, 影响电池寿命。加之其它设备改造和新设备的投入, 原来的相控电源已远远不能满足中原油田电力系统的需要, 急需进行改造更换, 才能保证电气设备的安全运行和平稳供电。而智能高频开关电源由于其体积小, 重量轻, 技术指标优越, 模块化设计, N+1热备份方式, 便于“四遥”等优点, 已在诸多领域得到广泛应用。为了使煤气化供电设备达到同行业先进水平的目标, 根据系统实际情况, 在近几年的变电站改造中直流系统设备采用目前先进的智能高频开关电源系统。
2智能高频开关电源系统的性能特点
为了保证智能高频开关电源系统的质量, 我们组织了多名技术人员对多个生产厂家进行了考察, 了解厂家的生产工艺、规模和实验测试手段等情况, 经过“货比三家”后, 技术改造决定使用GZDW—200/220型操作电源。它是专为电力系统研制开发的新型“四遥”高频开关电源, 采取高频软开关技术, 模块化设计, 输出标称电压为220 V, 配有标准RS-232接口, 易于与自动化系统对接, 适用于各类变电站、发电厂和水电站使用。此设备有下列性能特点:
(1) 模块化设计, N+1热备, 可平滑扩容。
(2) 监控功能完善, 高智能化, 采取大屏幕液晶汉字显示, 声光告警。
(3) 监控系统配有标准RS-232接口, 方便接入自动化系统, 实施“四遥”及无人值守。
(4) 对蓄电池自动管理及自动维护保养, 实时监测蓄电池组的端电压, 充、放电电流, 自动控制均、浮充以及定期维护性均充。
(5) 具有电池温度补偿功能。
(6) 模块可带电插拔, 更换安全方便。
(7) 降压方式采取新型高频软开关无级双向调压, 摒弃传统硅堆降压方式, 输出电压精度高, 动态响应速度快。
(8) 采用最新软开关电源技术, 采用进口器件。
3智能高频开关电源系统的组成及各部分作用
智能高频开关电源系统由交流配电, 绝缘检测, 监控模块、整流模块、调压模块, 直流馈电等组成。系统工作原理框图如图1所示。
交流配电为系统提供三相交流电源, 监测三相电压、电流及接触器状态;判断交流输入是否满足系统要求, 在交流输入出现过压、欠压、不平衡时自动切断有故障的一路, 并切换到另一路供电, 系统发出声光告警。装有每相通流量40 kA、响应速度为25 μs的三相避雷器, 能有效地防止雷击对设备造成的损坏。
绝缘监测采用进口非接触式直流微电流传感器, 利用正负母线对地的接地电阻产生的漏电流, 来测量母线对地的接地电阻大小, 从而判断母线的接地故障。这一技术无须在母线上叠加任何信号, 对直流母线供电不会有任何不良影响, 彻底根除由直流母线对地电容所引起的误判和漏判, 对于微机接地监测技术是一重要突破。
监控模块是整个直流系统的控制、管理核心, 其主要任务是对系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测, 获取系统中的各种运行参数和状态, 根据测量数据及运行状态实时进行处理, 并以此为依据对系统进行控制, 实现电源系统的全自动精确管理, 从而提高电源系统的可靠性, 保证其工作的连续性、安全性和可靠性。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能, 配有标准RS-232接口, 方便纳入电站自动化系统。
整流模块为合闸母线、控制母线提供正常的负荷电流, 本身具有LCD汉字显示、操作键盘, 模块工作状态和工作参数一目了然, 可以带电插拔, 具有软件较准, 自主均流、ZVS软开关技术。
调压模块无论合闸母线电压如何变化, 输出电压都被稳定控制在220 (1±0.5%) V, 具有带电拔插技术、软开关技术和双向调压特性。
直流馈电设有控制输出、合闸输出、电池输入、闪光、事故照明、48 V电源输出等。控制母线有三种途径供电, 确保控制母线供电安全可靠。配有智能直流监控单元, 可测量母线电压、电流及开关状态等。
电池巡检仪对电池电压进行实时监测, 将信息及时反馈到监控模块。
蓄电池全密闭、免维护、无污染、无腐蚀, 任何方向可放置使用, 使用温度范围宽 (-40 ℃～60 ℃) ;深放电至零伏, 24 h内充电可恢复;可大电流放电, 起动电流大, 自放电率极低, 具有安全防爆排气系统, 是理想的操作、控制不间断电源[2]。
4直流系统设备改造中改进的问题
(1) 改进了新设备直流馈出线部分的不合理布置。为节省投资, 我们利用原来直流系统的控制、信号及合闸电路的出线, 但与新设备馈出线的位置及大小都不相适应, 为此, 我们对新设备直流馈出线部分按现场实际情况进行了改造, 使安装更加容易, 布线更为合理, 运行更加可靠。
(2) 添加了蓄电池的放电电路。
5智能高频开关电源系统应用情况
改造后的直流系统设备经过近几年来的运行, 技术指标合理, 各项参数显示正确, 操作方便、直观, 自动化程度高, 维护工作量大幅度减少, 设备保护功能齐全, 能可靠动作。反映故障及时且准确无误, 对电池能自动管理无须专人维护, 设备运行稳定可靠, 从未发生影响正常供电的现象。
改造后的直流系统与原来的直流系统相比较, 性能稳定, 精度高, 安全、可靠, 保证了公司的连续化大生产, 降低了噪音, 改善了值班人员的工作环境, 确保了变电设备安全可靠运行, 产生了明显的经济效益和社会效益, 主要体现在以下几个方面:
(1) 原来的相控电源纹波系数大, 其输出含有的交流成份较大。尤其是赵村变电所最为明显, 交流成份含量更高, 对二次设备影响最大, 造成二次设备误动、损坏、甚至有的设备无法正常工作。而改造后的智能高频开关电源纹波系数很小, 输出特别稳定。
(2) 原来的相控电源采用硅堆调压, 硅降压响应速度慢, 反应时间为几十毫秒, 输入电压突变时在输出上会产生很大的冲击, 因冲击不稳定而易烧坏二次设备。而改造后的高频开关电源采用无级调压方式, 响应速度快, 输入电压突变时, 模块在200 μs内调整完成, 过冲小于5%[1]。
(3) 原来的相控电源充电机、浮充机等噪音较大, 且无降温措施, 有的变电站浮充机发热严重。而改造后的智能高频开关电源噪音小, 模块采用优质风机降温, 保证了模块元器件正常工作, 使值班人员的工作环境大大改善。
(4) 原来用的是铅酸电池或镉镍电池, 既需要专门设置蓄电池工进行维护、保养, 还需要配备维护电池用的有关容器、仪表、原料、蒸馏锅、蒸馏水等。而改造后用的是免维护电池, 平时不需要进行一系列的维护工作, 减少了人力物力。
(5) 原来的相控电源功率因数低, 一般在0.7以下, 效率在60%左右, 而改造后的智能高频开关电源功率因数达0.9以上, 效率高达94%以上[1]。
(6) 原来的相控电源经常出现故障, 有时因无法操作送电而造成焦炭生产损失, 如2005年年5月12日某35 kV变电所因直流系统故障造成越级跳闸, 全站失电, 烧毁焦炉的管道、仪器仪表等, 其经济损失高达400多万元;近几年直流系统经常出现各种故障给焦炭生产造成了很大的损失, 同时也给居民用户生活带来不便、给工业用户带来巨大的经济损失。而改造成智能高频开关电源后, 直流系统至今未发生任何事故, 供电更加可靠。
(7) 改造后的智能高频开关电源具有48 V电源出口, 为变电站的通讯网络等提供了电源, 不必另外购置专门的48 V电源, 减少了设备的投资和占用空间。
(8) 改造后的控制母线有下述三种途径供电, 确保了控制母线供电安全可靠, 做到了万无一失。
——在交流电正常时, 控制母线可由整流模块直接供电;
——在交流失电时, 由降压模块供电;
——从电池90%电压处通过二极管供电到控制母线。
6结语
由于改造后的智能高频开关电源系统性能稳定, 精度高, 安全、可靠性更强, 创新点多, 收到了良好的效果, 取得了明显的社会和经济效益, 为煤气化的焦炭、煤炭生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。同时也为变电站实现自动化奠定了基础。
摘要：分析了建站较早的变电站直流系统改造的必要性和改造后所取得的效果, 介绍了智能高频开关电源系统的性能、特点及其各部分的作用和在改造过程中的改进情况。
关键词：变电站,直流系统,改造,开关电源
参考文献
[1]杨旭.开关电源技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.
电除尘用新型高频脉冲电源 篇9
2011年7月29日, 环境保护部和国家质量监督检验检疫总局共同发布《火电厂大气污染物排放标准》, 将烟尘排放量统一标定为30mg/m3以下, 而GB13223-2003标准则实行不同区域不同时段的不同标准。而环境污染日益严重, 雾霾天气严重威胁着人们的生活。作为污染源之一的火力发电厂烟尘排放治理首当其冲。
1 静电除尘器
静电除尘器可用于收集和清除工业生产过程中排放的气体流中的颗粒物。将除尘器施加高压电场, 粉尘流经静电除尘器的放电电极, 电极产生电荷依附于燃气流中的颗粒, 带负电粒子被吸附于静电除尘器阳极, 带正电粒子被吸附于除尘器阴极, 由此从气流中去除带电粒子, 排放气体中的颗粒浓度可以明显减少。所收集的颗粒集附在静电除尘器两极极板上, 而后由机械振打装置定期清除。
当处理高比电阻粉尘时, 除尘效率将会降低。高比电阻粉尘颗粒与除尘器极板电极相同, 它会在粉尘层的空隙间产生局部击穿, 产生与电晕极极性相反的正离子, 并向电晕极运动, 中和电晕极带负电的粒子从而会使原本吸附在极板上粉尘层再次扬起, 这种现象被称为“反电晕”或“反电离”。
针对上述工况, 一般采用脉冲或间隙方式解决, 同时需要配合直流供电, 多种工作方式并存, 这样既能实现节能又能保证排放达标。提出的新型高频脉冲电源是一种组合方式的电源, 能够实现直流叠加脉冲供电, 国内在这方面的研究起步比较晚, 主要集中在高校, 但市场上尚未见到成熟产品;国外在这方面的研究较早, 典型的厂家有丹麦史密斯和韩国浦项制铁。
2 新型高频脉冲电源
新型高频脉冲电源中的脉冲产生系统有两种主要类型:基于低电位的转换开关;基于高电位的转换开关。
前一种是具有原边和副边绕组的变压器和晶闸管开关的脉冲产生系统。电源输入端接充电电感, 接到变压器原边, 其原边连着充电电容和浪涌电感。钳位二极管和电阻电容的并联组合构成的钳位电路连接在浪涌电感和充电电容之间的节点上, 以限制浪涌电感和变压器原边两端的电压。
后一种是带有含原副边绕组的变压器的脉冲产生系统, 电源输入端接一个储能电容和一个连着变压器原边的晶闸管电路。一个二极管连接在电容和电阻并接的电路构成晶闸管保护电路。
例如, 一个接在变压器二次绕组上的35k V供电的除尘器, 除尘器上有一个检测装置, 可以检测电压快速变化所造成的火花, 关断晶闸管, 以保护晶闸管电路。然而这种检测装置增加了脉冲发生系统的成本。
以上两种脉冲电源都是以提高除尘效率为目的, 然而, 都涉及到一个核心问题, 就是当除尘器内部发生火花时, 变压器满额运行, 这将影响除尘器本身运行的稳定性, 系统中当发生火花时电流变化非常快, 开关模块因此将存在潜在的危害, 装置的寿命将被缩短。
这里选择第一种, 即转换开关在低压侧, 采用IG-BT实现通断控制, 系统结构如图1所示。当静电除尘器脉冲通电时, 持续时间短的高电压脉冲叠加平滑的直流电压, 被施加到静电除尘器上。脉冲宽度通常为100μs或者以上, 以每秒1~400个脉冲不断重复。系统在保持施加在除尘器上的电压电平的前提下, 通过改变开关装置的脉冲发生次数来控制平均电流。此方法可限制或者消除反电晕的产生, 很大程度上改善其负面影响。
3 MATLAB/SIMULINK仿真
新型高频脉冲电源系统仿真图如图2所示, 其中POWER1为直流电源, POWER2为脉冲电源, C2和R3构成电除尘器的等效模型, POWER1和POWER2通过耦合电容连接在一起给电除尘器供电。
POWER1采用单相H桥逆变回路, 开关频率在10k Hz以上, 输出波形如图3所示, 可见电压波动较工频电源模式大大改善;POWER2采用由储能电容、开关器件和电感构成的一个串联谐振电路, 其输出波形如图4所示。
参考文献
[1]火电厂大气污染物排放标准[S].GB13223-2011
[2]火电厂大气污染物排放标准[S].GB13223-2003
[3]盛立丞, 等.静电除尘器高频电源控制系统研制[D].杭州:浙江大学, 2010
[4]朱翔, 姜学东.用于电除尘器的直流叠加高频脉冲电源的研究[D].北京:北京交通大学, 2011
[5]郑仁哲, 禹锺清.提效节能脉冲荷电控制在电除尘上的应用[C].全国火电人机组 (300MW级) 竞赛第三十八届年会
[6]崔锦华, 周恩德.高压脉冲电源MPS一节能高效的电除尘器电源系统介绍[C].全国火电大机组 (300MW级) 竞赛第三十八届年会
通信用高频开关电源技术发展 篇10
通信用高频开关电源技术的发展基本上可以体现在几个方面:变换器拓扑、建模与仿真、数字化控制及磁集成。
一、变换器拓扑
软开关技术、功率因数校正技术及多电平技术是近年来变换器拓扑方面的热点。采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力, 有助于变换器效率的提高;采用PFC技术可以提高AC/DC变换器的输入功率因数, 减少对电网的谐波污染;而多电平技术主要应用在通信电源三相输入变换器中, 可以有效降低开关管的电压应力。为了降低变换器的体积, 需要提高开关频率而实现高的功率密度, 必须使用较小尺寸的磁性材料及被动元件, 但是提高频率将使MOSFET的开关损耗与驱动损耗大幅度增加, 而软开关技术的应用可以降低开关损耗。目前的通信电源工程应用最为广泛的是有源钳位ZVS技术、上世纪90年代初诞生的ZVS移相全桥技术及90年代后期提出的同步整流技术。有源箝位技术历经三代, 且都申报了专利。第一代为美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术, 将DC/DC的工作频率提高到1 MHZ, 然而其转换效率未超过90%。为了降低第一代有源箝位技术的成本, IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利, 其采用P沟道MOSFET, 并在变压器二次侧用于forward电路拓扑的有源箝位, 这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关 (ZVS) 边界条件较窄, 而且PMOS工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉, 一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源箝位技术专利, 其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载, 所以实现了更高的转换效率。从20世纪90年代中期, ZVS移相全桥软开关技术已广泛地应用于中、大功率电源领域。该项技术在MOSFET的开关速度不太理想时, 对变换器效率的提升起了很大作用, 但其缺点也不少。第一个缺点是增加一个谐振电感, 其导致一定的体积与损耗, 并且谐振电感的电气参数需要保持一致性, 这在制造过程中是比较难控制的;第二个缺点是丢失了有效的占空比。同步整流包括自驱动与外部驱动。自驱动同步整流方法简单易行, 但是次级电压波形容易受到变压器漏感等诸多因素的影响, 造成批量生产时可靠性较低, 而较少应用于实际产品中。美国电力电子系统中心 (CPES) 研究了各种谐振驱动拓扑以降低驱动损耗, 并于1997年提出一种新型的同步整流电路, 称为准方波同步整流, 可以较大地降低同步整流管体二极管的导通损耗与反向恢复损耗, 并且容易实现初级主开关管的软开关。
二、建模与仿真
开关型变换器主要有小信号与大信号分析两种建模方法。
小信号分析法:主要是状态空间平均法, 由美国加里福尼亚理工学院的R.D.Middlebrook于1976年提出, 可以说这是电力电子学领域建模分析的第一个真正意义的重大突破。平均法的缺点是明显的, 对信号进行了平均处理而不能有效地进行纹波分析;不能准确地进行稳定性分析;对谐振类变换器可能不大适合;关键的一点是, 平均法所得出的模型与开关频率无关, 且适用条件是电路中的电感电容等产生的自然频率必须要远低于开关频率, 准确性才会较高。大信号分析法:有解析法, 相平面法, 大信号等效电路模型法, 开关信号流法, n次谐波三端口模型法, KBM法及通用平均法。还有一个是我国华南理工大学教授丘水生先生于1994年提出的等效小参量信号分析法, 不仅适用于PWM变换器, 也适用于谐振类变换器, 并且能够进行输出的纹波分析。
三、数字化控制
数字化的简单应用主要是保护与监控电路, 以及与系统的通信, 目前已大量地应用于通信电源系统中。其可以取代很多模拟电路, 完成电源的起动、输入与输出的过、欠压保护、输出的过流与短路保护, 及过热保护等, 通过特定的介面电路, 也能完成与系统间的通讯与显示。数字化的更先进应用包含不但实现完善的保护与监控功能, 也能输出PWM波, 通过驱动电路控制功率开关器件, 并实现闭环控制功能。
四、磁集成
随着开关频率的提高, 开关变换器的体积随之减少, 功率密度也得到大幅提升, 但开关损耗将随之增加, 并且将使用更多的磁性器件, 因而占据更多的空间。常规的磁性元件设计方法极其繁琐且需要从不同的角度来考虑, 如磁心的大小选择, 材质与绕组的确定, 及铁损和铜损的评估等。但是磁集成技术除此之外, 还必须考虑磁通不平衡的问题, 因为磁通分布在铁心的每一部分其等效总磁通量是不同的, 有些部分可能会提前饱和。因此, 磁性器件集成的分析与研究将会更加复杂与困难。但是, 其所带来的高功率密度的优势, 必是将来通信电源的一大发展趋势。