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时间: 2013-4-24 10:11
作者: lidandan0132
标题: 通信电源技术基础》读书笔记
《通信电源技术基础》读书笔记
开关电源产品基础
直流稳压电源主要有线性电源、相控电源、开关电源三种
稳压电源可分为三种：线性稳压电源、相控稳压电源、开关稳压电源。
一、线性电源、相控电源与开关电源
1、 线性稳压电源
线性线性稳压电源通常包括：调整管、比较放大部分（误差放大器）、反馈采样部分以及基准电压部分；调整管与负载串联分压（分担输入电压Ui），因此只要将它们之间的分压比随时调节到适当值，就能保证输出电压不变。
这个调节过程是通过一个反馈控制过程来实现的。反馈采样部分监测输出电压，然后通过比较放大器与基准电压进行比较判断：输出电压是偏高了还是偏低了，偏差多少？再把这个偏差量放大去控制调整管，如果输出电压偏高，则将调整管上的压降调高，使负载的分压减小；如果输出电压偏低，则将调整管上的压降调低，使负载的分压增大，从而实现输出稳压。
线性稳压电源的线路简单、干扰小，对输入电压和负载变化的响应非常快，稳压性能非常好。
2、 开关型稳压电源
开关电源稳定输出电压的原理可以直观理解为是通过控制滤波电容的充、放电时间来实现的。具体的稳压过程如下：
当开关稳压电源的负载电流增大或输入电压Ui降低时，输出电压Uo轻微下降，控制回路就使高频变换器输出的脉冲方波的宽度变宽，即给电容多充点电（充电时间加长），少放点电（放电时间减短），从而使电容C上的电压（即输出电压）回升，起到稳定输出电压的作用。反之，当外界因素引起输出电压偏高时，控制电路使高频变换器输出脉冲方波的宽度变窄，即给电容少充点电，从而使电容C上的电压回落，稳定输出电压。
开关稳压电源与线性稳压电源的主要性能比较
开关稳压电源和线性稳压电源相比，功率转换效率高，可达65%~90%，发热少，体积小、重量轻，功率体积系数可达60~100W/dm3，对电网电压大范围变化具有很强的适应性，电压、负载稳定度高，输出电压保持时间长达20ms。但是线路复杂，电磁干扰和射频干扰大。具体性能指标对比如表2-1所示。
和相控稳压电源相比，开关电源不需要工频变压器，工作频率高，所需的滤波电容、电感小，因而体积小，重量轻，动态响应速度快。开关电源的开关频率都在20kHz以上，超出人耳的听觉范围，没有令人心烦的噪声。开关电源可以采用有效的功率因数较正技术，使功率因数达0.9以上，高的甚至达到0.99（安圣的HD4850整流模块）。这些使得开关电源的性能几乎全面超过相控电源，在通信电源领域已大量取代相控电源。
二、高频开关电源的基本原理
图1-1 开关电源基本电路原理框图
1． 开关电源的基本电路包括两部分。一是主电路，是指从交流电网输入到直流输出的全过程，它完成功率转换任务。二是控制电路，通过为主电路变换器提供的激励信号控制主电路工作，实现稳压。
2． 主电路
交流输入滤波器：其作用是将电网中的尖峰等杂波过滤，给本机提供良好的交流电，另一方面了也防止本机产生的尖峰等杂音回馈到公共电网中。
整流滤波：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。
逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，尽量提高频率，以利于用较小的电容、电感滤波（减小体积、提高稳压精度），同时也有利于提高动态响应速度。频率最终受到元器件、干扰、功耗以及成本的限制。
输出整流滤波：是根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
其中逆变将直流变成高频交流，输出整流滤波再将交流变成所希望的直流，从而完成从一种直流电压到另一种直流电压的转换，因此也可以将这两个部分合称DC-DC变换（直流—直流变换）。
3．控制电路
从输出端采样，经与设定标准（基准电源的电压）进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或频率，从而控制滤波电容的充放电时间，最终达到输出稳定的目的。
三、电源配电技术
1、交流配电部分
1．交流配电原理分析
电源系统交流输入一般有两路，如图2-6所示的为具有两路自动切换功能的电源交流配电系统原理图。市电I和市电II分别由空开ZK1、ZK2接入，接触器K1，K2及其辅助接点构成机械与电气互锁功能。只要有市电且市电电压在规定的范围之内时，I路市电优先，K1吸合，K2断开，送入I路市电。通过空开ZK301～ZK312给整流模块供电，ZK4～ZK7则是提供用户使用分路（用户可用作空调、照明等）。市电采样板分别检测市电I和市电II的电压信号，供监控模块及市电控制板使用。市电控制板通过采样板检测的电压信号来控制接触器K1，K2的驱动线圈，从而实现两路市电的自动切换。控制板上设有市电过欠压指示，市电正常时，指示灯熄灭，如果市电过欠压则相应的指示灯亮。在整流模块及交流辅助输出之前设置了由C级、D级所构成的两级防雷系统。
图1-2 交流配电单元原理图
2．交流配电单元（屏）通常由以下几个部分组成：
交流接入电路：交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入开关的容量即为交流配电单元的容量，PS系列电源交流配电容量分为50A、100A、200A、400、600A五个等级。
整流器交流输入开关：交流配电单元分别为系统的每一个整流器提供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。
交流辅助输出：电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电外，还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。
交流自动切换机构：有机械电子双重互锁的接触器组成。
交流采样电路：由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。
交流切换控制电路：完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等功能。
交流监控电路：集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理器电路，可以完成信号检测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等功能。
C级与D级防雷器。
2、 直流配电部分
直流配电单元原理：直流配电单元的正负母排分别与整流模块输出的正负极相连，同时它还可以接入两组电池BAT1、BAT2。电池通过熔断器，接触器及分流器接入负母排。分流器FL1、FL2、FL3分别检测电池I、电池II电流及负载的总电流，接触器J1、J2、J3由直流下电板B64C2C1及监控模块来控制，实现电池及负载的自动切断及接入功能。ZK8、ZK9……ZK15，RD1、RD2……RD5的通断信号，FL1、FL2、FL3的电流信号经信号转接板B64C2A1后送入监控单元。
四、PS系列电源简介
PS48系列智能高频开关电源系统均由交流配电、直流配电、整流模块、监控部分组成，其整体结构如下：
市电输入到交流配电，交流配电将电能分配给各路交流负载和整流模块，整流模块将交流电压整流成48V的直流电。整流模块输出的直流电流汇集到直流母排，再进入直流配电，由直流配电将直流分配给各路负载（交换机等设备），并给电池充电。监控模块是电源系统的大脑，实时监测和控制电源系统的各个部分。这四个部分各分担一定的功能，相互配合，保证对直流负载的可靠供电。
由于监控模块配有标准的通信接口，可以通过近程后台或远程后台监控电源系统的运行，实现电源系统的集中维护。
交流配电：输入市电或油机电，将交流电能分配给各路交流负载。当市电中断或市电异常时（过压、欠压、缺相等），配电屏能自动发出告警信号，有的电源系统还能自动切换到第二路市电或自动切断交流电源，保护系统。
整流模块：从交流配电取得交流电能，将交流电整流成直流电，输出到直流母排。交流异常或直流输出异常时发出告警或自动保护。整流模块发生严重故障时，自动关机，退出工作。
直流配电：将直流母排上的直流电能分配给不同容量的负载，并给电池充电。当直流供电异常时要产生告警或保护。如熔断器断告警、电池欠压告警、电池过放电保护等。
监控模块：实时监测和控制电源系统各部分工作。即监测和控制交流配电、整流模块、直流配电的工作状态。对电池进行自动管理，即自动控制充电过程，监测电池放电过程，电池电压过低时发出告警或控制直流配电断开电池，自动保护电池。监控模块还配有标准的通信口，RS232、RS485或RS422通信口，作为后台监控的接口。
电源监控系统
一、作用及特点
PS系列电源监控系统主要特点有：
多级管理体系：
监控系统采用以微处理器为核心的多级管理体系，对整流模块、交流配电屏、直流配电屏、电池组实施全方位监视、测量、控制。
双重测量显示、控制管理模式：
这种设计思想将监控系统引入的故障因素减小到最低程度，即使监控系统出现故障仍可保证整个电源系统安全、可靠的运行。
监控模块可以方便系统扩容和参数调整：
开放式接口设计：
电源系统监控模块提供RS－232、RS－485、MODEM多种通讯方式，用户可根据需要，组成多种形式电源集中维护系统。电源后台维护管理软件在WINDOWS操作环境下运行，提供友好的全中文图象界面，充分考虑各种通讯线路情况，具有多种纠错功能。
大屏幕液晶显示：
电源系统监控模块采用大屏幕点阵式液晶显示器，各种状态、报警信息显示直观、明了，可使用户及时、准确掌握电源系统的运行状况。监控操作采用全汉化显示、对话式操作方式，非常便于学习掌握。
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