直流開(kāi)關(guān)電源的新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

摘要：隨著電子技術(shù)和通信業(yè)的快速發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用越來(lái)越廣，開(kāi)關(guān)頻率的持續(xù)提高使開(kāi)關(guān)電源的性能也得以進(jìn)一步優(yōu)化，集成度更高，功耗更低，電路更加簡(jiǎn)單，工作更加可靠，是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的方向。目前，高頻開(kāi)關(guān)電源在我省廣播電視各微波站得到了廣泛的應(yīng)用，基于此結(jié)合實(shí)際將傳統(tǒng)電源與現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源對(duì)比來(lái)介紹高頻開(kāi)關(guān)電源的新技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：高頻；諧振；開(kāi)關(guān)；逆變

1 高頻開(kāi)關(guān)電源組成原理
    高頻開(kāi)關(guān)整流器一般是先將交流電直接經(jīng)二極管整流、濾波成直流電，再經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源變換成高頻交流電，通過(guò)高頻變壓器變壓隔離后，由快速恢復(fù)二極管高頻整流、電感電容濾波后輸出，見(jiàn)圖1。

1．1 主電路
    從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括：
    (1)輸入濾波器：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)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。
    (2)整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，并向功率因數(shù)校正電路提供穩(wěn)定的直流電源。
    (3)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)。
    (4)逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。
    (5)輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
1．2 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，然后去控制逆變器，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。
1．3 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)供值班人員觀察、記錄。
1．4 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)。

2 典型應(yīng)用
    廣州基仕域(POWEC)智能型高頻開(kāi)關(guān)電源介紹。
2．1 QPS11／10系統(tǒng)的工作原理
    該系統(tǒng)的工作原理是整流模塊把交流輸入變成直流輸出，然后送到由匯流排并聯(lián)的直流配電模塊和電池熔絲模塊，經(jīng)配電模塊內(nèi)部分路開(kāi)關(guān)或熔絲輸出，向負(fù)載供電，同時(shí)亦對(duì)電池充電。當(dāng)市電中斷時(shí)，由電池向負(fù)載供電。控制模塊通過(guò)RS485與告警模塊及整流模塊通訊。而數(shù)據(jù)測(cè)量、采集則由告警模塊負(fù)責(zé)，其對(duì)象包括市電、直流配電模塊、電池熔絲模塊和電池等。系統(tǒng)工作時(shí)，控制模塊監(jiān)視系統(tǒng)的各種狀態(tài)，調(diào)整其參數(shù)，自動(dòng)執(zhí)行預(yù)定的各項(xiàng)任務(wù)。系統(tǒng)異常時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，經(jīng)由告警模塊輸出并顯示在控制模塊上。其系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2：

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2．2 組成系統(tǒng)各模塊介紹
2．2．1 整流模塊
    POWEC整流模塊是采用調(diào)頻諧振技術(shù)，具備功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)牟迦胧侥K化、智能化整流器，簡(jiǎn)稱PMP(Powec Modular Power)。
    PMP11．48SIC是一種具有功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)牟迦胧侥K化整流器，它采用高頻諧振開(kāi)關(guān)技術(shù)，特別適用于電信領(lǐng)域。輸入：205～250 V交流電±10％，輸出：48 V直流，1100 W；具有輸入電壓范圍寬，功率因數(shù)補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)負(fù)載均分，可以熱插拔，無(wú)須風(fēng)扇散熱，重量輕(3．1 kg)等優(yōu)點(diǎn)。
2．2．2 控制模塊
    控制模塊用于監(jiān)控電源系統(tǒng)運(yùn)行，所有信息均有清楚文字表述，引導(dǎo)式菜單和窗口操作，帶RS232接口，簡(jiǎn)稱PCU(Powec Control Unit)
    PCU 10．24-48D是基于微處理器的控制單元，可以對(duì)PMP10．00 SIC整流器和PMP11．48SIC整流器組成的電源系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控。輸入：18～72 V直流。具有：可提供清晰的文本信息、引導(dǎo)式操作、具備電池放電測(cè)試功能、帶有RS232測(cè)試功能、附加的告警接點(diǎn)可用于連接外部告警裝置、全面各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置等優(yōu)點(diǎn)。
    PCU10．24-48D是基于微處理器的告警和控制單元，可監(jiān)控位于三個(gè)子機(jī)架上的最多17個(gè)：PMP10．00SIC或PMP11．48SIC模塊。這種插入式模塊可監(jiān)控系統(tǒng)的市電輸入、輸出電壓、電流和PMP模塊的工作狀態(tài)，同時(shí)可監(jiān)視一些外部狀況如配電熔絲、負(fù)載或電池的脫離繼電器和電池容量測(cè)試、電池對(duì)稱電壓、溫度等?？刂撇藛魏?jiǎn)單并提供操作引導(dǎo)，通過(guò)前面板上的按鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。告警接口板(0398)上附加的告警接點(diǎn)可用于連接外部告警裝置。
    告警：直流高壓告警，直流低壓告警，負(fù)載／電池脫離告警，直流熔絲故障、模塊故障、市電故障、電池故障、對(duì)稱告警，高溫告警，過(guò)載告警。
    所有告警都由LED指示并在顯示屏上顯示告警內(nèi)容，內(nèi)有4個(gè)自由公共接點(diǎn)向外提供告警信號(hào)。另有兩路集電極開(kāi)路輸出用于實(shí)現(xiàn)低壓脫離功能。
    顯示：2*16字符型液晶顯示屏用于顯示輸出數(shù)據(jù)、告警、信息等。
    通訊：通過(guò)個(gè)人微機(jī)上的PowCom或PAS軟件和RS232串行接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2．2．3 子機(jī)架
    子機(jī)架是用來(lái)安裝整流模塊的，也可以混裝控制模塊，小系統(tǒng)中也可以內(nèi)置直流配電單元電池熔絲等，依系統(tǒng)的構(gòu)成達(dá)到最節(jié)省體積，簡(jiǎn)稱PPR(Powec Pack Rack)。
    PPR10．24-48D子機(jī)架用于裝一個(gè)PCU10．24-48D和最多五個(gè)PMP10．10SIC或PMP11．48SIC模塊，帶一塊0384板。PPR10．24-48D子機(jī)架只用于裝最多六個(gè)PMP10．10SIC或PMP11．48SIC模塊，AC輸入接頭，DC輸出接頭，并有扁平電纜連接至附在機(jī)架上的告警信號(hào)板。子機(jī)架電路板上的電位器可以調(diào)節(jié)整流模塊的輸出電壓，出廠時(shí)已預(yù)設(shè)好(48 V系統(tǒng)為53．5 V，24 V系統(tǒng)為26．7 V)。所以即使控制模塊發(fā)生故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的輸出電壓。更換整流模塊時(shí)，模塊會(huì)自動(dòng)把它的輸出電壓調(diào)整到相應(yīng)的模塊位置的預(yù)設(shè)值，模塊單獨(dú)插入和拔出，不會(huì)干擾整個(gè)系統(tǒng)的工作。
    子機(jī)架可以通其電路板上的路線設(shè)置整流模塊地址，多個(gè)子機(jī)架可以并聯(lián)輸出。系統(tǒng)適應(yīng)性非常強(qiáng)，可方便配置成冗余方式和N+1方式的系統(tǒng)。
2．2．4 配電模塊
    (1)交流配電模塊根據(jù)用戶的需求進(jìn)行配置，單相或三相交流輸入，輸出采用磁脫扣空氣開(kāi)關(guān)(MCB)，路數(shù)及容量由用戶自定，簡(jiǎn)稱PJU。
    (2)直流配電模塊分為PDU(Powec Distribution Unit)和PBDU(Powec Battery and Distribution Unit)兩種，其中PBDU包含電池熔絲。一個(gè)直流配電模塊最多能有24路輸出。輸出采用脫扣空氣開(kāi)關(guān)(MCB)或熔絲，輸出路數(shù)和容量大小是根據(jù)用戶需求進(jìn)行配置并提供靈活的上出或下出線的配線方式。每個(gè)輸出MCB或熔絲通過(guò)一個(gè)測(cè)量其兩端壓降的電路來(lái)監(jiān)視。如果MCB或熔絲沒(méi)有連上負(fù)載，即使處于斷開(kāi)狀態(tài)，也不會(huì)產(chǎn)生告警
    (3)電池熔絲模塊 簡(jiǎn)稱PBF(Powec Battery Fuse Unit)，具有兩路電池保護(hù)，每路熔絲均可監(jiān)測(cè)。根據(jù)電池的狀態(tài)不同；電池熔絲故障會(huì)在熔絲斷開(kāi)2～10分鐘后被檢測(cè)出來(lái)。如果熔絲沒(méi)有連接電池，盡管處于斷開(kāi)也不會(huì)產(chǎn)生告警。通過(guò)熔絲起拔器很容易拔出或推入熔絲，走線方式和熔絲容量根據(jù)用戶需求進(jìn)行配置。
    所有配電都采用模塊式架構(gòu)，配置非常靈活，容易滿足用戶的實(shí)際需要。輸出電纜的連接視系統(tǒng)的正負(fù)不同而不同，如果系統(tǒng)為正，則輸出正極連至MCB或熔絲，負(fù)極連至公共匯流排(直流工作地)。系統(tǒng)為負(fù)時(shí)，則輸出負(fù)極連至MCB或熔絲，正極連至公共匯流排。
2．2．5 機(jī)架
    機(jī)架是用來(lái)裝含有整流模塊的子機(jī)架和配電模塊的，簡(jiǎn)稱PPC(Powec Power Supply Cabinet)，備有多種型號(hào)的掛墻式和落地式機(jī)架，能根據(jù)用戶系統(tǒng)的容量、機(jī)房的環(huán)境選配適當(dāng)?shù)臋C(jī)架，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)方案。

3 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨
    在功率電子技術(shù)的應(yīng)用及基本電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。傳統(tǒng)的相控型電源非常龐大而笨重，如果采用高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會(huì)大幅度下降，而且可較大地提高電能利用率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車和交流傳動(dòng)中，更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率，從而達(dá)到近乎理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)
    高頻開(kāi)關(guān)電源是一種模塊化設(shè)計(jì)的可靠性和智能化程度高的電源，其體積小，功耗低，效率高，噪音低，穩(wěn)壓精度高，安全可靠，使用維護(hù)方便，目前已在各微波站得到廣泛應(yīng)用。