2022年[高频开关电源的维护] 高频开关电源.doc
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1、 高频开关电源的维护 高频开关电源高频开关电源的维护 第一章 高频开关电源的维护 第一节 技术参数 一、高频开关电源系统的主要技术参数 额定直流输出电压、浮充电压、均充电压、功率因数、稳压精度、效率、杂音电压(不接蓄电池组) 、电池温度补偿等。 1、额定直流输出电压:指市电经整流模块变换后的额定输出电压,正选的电源电压为-48V,电压允许变动范围-40 -57V。这种“-”型基础电压是指电源正馈电线接地,作为参考电位零伏,负馈电线装接熔断器后,与机架电源连接。 2、浮充电压:在市电正常时,蓄电池与整流器并联运行,蓄电池自放电引起的容量损失便在全浮充过程被补足。根据电池特性及温度所需补充损失电流
2、的多少而设定的电压。 3、均充电压:为使蓄电池快速补充容量,视需要升高浮充电压,使流入电池补充电流增加,这一过程整流器输出得电压为“均充”电压。 4、功率因数:有功功率对视在功率的比叫做功率因数。由于开关电源电路的整流部分使电网的 电流波形畸变,谐波含量增大,而使得功率因数降低(不采取任何措施,功率因数只有0.60.7),污染了电网环境。开关电源要大量进入电网,就必须提高功率因数,减轻对电网的污染,以免破坏电网的供电质量。满载状态下,功率因数不低于0.92。 5、效率:开关电源模块的寿命是由模块内部工作温升所决定。温升主低主要是由模块的效率高低所决定。现在市场上大量使用的开关电源技术,主要采有
3、的是脉宽调制技术(PWM)。模块的损耗主要由开关管的开通、关断及导通三种状态下的损耗,浪涌吸收电路损耗,整流二极管导通损耗,工和辅助电源功耗及磁心元件损耗等因素构成。减少这些损耗就会提高模块的整体效率。对此现行较好的处理方法分别是:开关管的开通、关断及导通状态的损耗采用MOSFET和IGBT并联使用,利用两种不同类型的器件的开头及导通损耗的优势互补,其综合损耗是利用单一类型开关管工作损耗的20%左右;浪涌吸收电路可采用无损耗吸收电路,这一技术的使用使得该部分损耗大幅度下降;整流二极管可采用导通电阻较小的器件,优化设计控制电路,选择集成度较高的IC器件都可减少功耗;磁心材料可选择如菲利浦的3C9
4、0等均可减少损耗。高频电容器的选择严格控制峰值电流的大小,采用这些因素将会使整流模块的工作在相当宽的功率输出范围内保持较高的效率,如VMA10、DMA12、DMA13及DMA14的工作效率均为91%以上。需要说明的是主开关管的开通、关断及导通状态中的损耗所占比例是主要的。开关状态的损耗是PWM控制技术所固有的缺点。满载状态下,效率不低于0.90。 6、稳压精度:满载状态下,当输入电压由最大变到最小时,整流器输出电压调整范围不超过1。 7、杂音电压(不接蓄电池组) 衡重杂音:电话电路以800HZ杂音电压为标准,其它频率杂音电压响度强弱,用等效杂音系数表示称为衡重杂音。 系统衡重杂音的测量点视情况
5、选择在整流器输出端,蓄电池输出端及机房机架的输入端,各测量点数值不已。 宽频杂音:它是指各次谐波均方根值,即周期连续频谱电压。 峰值杂音:指叠加在直流输出上的交流分量峰值,即指晶闸管或高频开关电路导致的针状脉冲。 离散杂音:指无线电干扰杂音或射频杂音,通常为150kHz-30MHz频率内的个别频率杂音。 峰-峰值杂音:只由于电源干扰或本机故障所产生的杂音。 指标如下: 电话衡重杂音电压2mV(3m3400Hz)。 宽频杂音电压100mV(3.4150kHz)。 宽频杂音电压30mV(0.1530MHz)。 离散频率杂音电压5mV(3.4150kHz)。 离散频率杂音电压3mV(150200kH
6、z)。 离散频率杂音电压2mV(200500kHz)。 离散频率杂音电压lmV(0.530MHz)。 峰峰杂音电压200mV。 8、电池温度补偿:适合阀控电池温度补偿要求的自动调节功能,既当环境温度每升高一度或降低一度直流输出电压应相应调整3mv或升高3mv。 二、通信供电质量要求 1、直流供电标准应符合下表2-1-1要求 标准电压(V)电信设备受电端子上电压变动范围(V)杂音电压(mv)供电回路全程 衡重杂音峰-峰值宽频杂音(有效值)最大允许压降(V) -48V-40-572400mv 0300kHZ(1)1000A以下,每百安培5mv 。 (2)1000A以上,每百安培3mv 。 3、交流
7、市电电源供电标准应符合下表2-1-2要求: 标称电压(V)受电端子上电压变动范围(V)频率标称值(hz)频率变动范围(hz)功率因数 100KVA以下100KVA以上 2202072425020.850.90 3803234185020.850.90 4、交流油机电源供电标准应符合下表要求: 标称电压(V)受电端子上电压变动范围(V)频率标称值(hz)频率变动范围(hz)功率因数 2202092315010.8 3803613995010.8 5、三相供电电压不平衡度不大于4,电压波形正弦畸变率不大于5 第二节 高频开关电源系统的维护 本节重点介绍洲际、艾默生公司的高频开关电源组成及常见故障分
8、析。 一、艾默生公司PS481000-2/100 (一) 系统组成和结构 (1)概述 PS481000-2/100电源系统是安圣集多年开发和设备网上运行经验设计的新一代大容量通信电源产品,主要适用于市话网大中型交换局、长途局、一级传输干线、GSM移动交换局和汇接局,CDMA移动交换局和汇接局等大型通信局站。该电源系统有两种基本配置系统:三柜系统和两柜系统,各系统的配置如下表2-1-3所示。 PS481000-2/100标准系统配置表 配置三柜系统两柜系统 PD380/400AFH-2 或PD380/600AFH-2PD48/1200BFH(交、直流合一配电柜) 直流配电柜 PD48/2000D
9、F 或PD48/2500DF 整流柜RACK1000RACK1000 整流模块HD48100-2HD48100-2 监控模块PSM-APSM-A 实际使用中可根据用户的需求选配多个交流配电柜、直流配电柜和整流柜,系统最大可平滑扩容至6000A。 (2) 系统工作原理 PS481000-2/100大容量电源系统(以三柜系统为例)工作原理如图2-1-1所示,系统由交流配电柜、整流柜(包含监控模块)、直流配电柜三部分组成。 在交流配电柜中,两路市电主备工作,市电为交流主供电回路,市电为交流备份供电回路,可接油机或来自另外一台交流变压器的交流电,两路市电通过刀闸开关手动切换。交流配电柜通过输出空开将交
10、流电送入整流柜中的交流分配单元,交流分配单元通过空气开关将交流电分成10 路分别送给整流模块,整流模块满配置为10个,最大输出电流1000A。整流模块输出的-48V直流电压汇流到整流柜内的正、负母排,整流柜与直流配电柜正、负母排通过并机铜排互连,输入到直流配电柜的-48V直流电通过熔丝供给负载。直流正常情况下,系统运行在并联浮充状态,即整流模块、蓄电池并联工作,整流模块除了给通信设备供电外,还对蓄电池进行浮充充电。当市电断电时,整流模块停止工作,由蓄电池给设备供电,维持设备的正常工作。市电恢复后,整流模块重新给设备供电,并对蓄电池进行充电,补充消耗的电量。 交、直流配电柜和整流模块等均有独立的
11、监控电路,负责对各自状态进行监控和告警,同时与系统的监控模块通讯。监控模块通过RS485接收交流配电、直流配电和整流模块的运行信息并进行相应的控制。监控模块还可通过RS485、RS232方式连接本地计算机,亦可通过Modem或其它传输资源(如公务信道)连接监控中心,实现电源系统的集中监控组网。 图2-1-1 系统工作原理图 (二) 交流配电柜 (1) 配电柜命名规则 (2) 主电路工作原理 PD380/400AFH-2交流配电柜主电路如图2-1-2所示。刀闸开关完成两路交流输入的手动切换。零线排为交流输入和输出零线汇接排,交流输出分路的零线直接从零线排接出,不通过输出空开。交流相线通过容量不同
12、的空气开关,给整流柜或用户设备供电。交流配电柜采用C级防雷器作为防止浪涌及雷击的措施,正常情况下,C级防雷器的压敏电阻片的窗口为绿色,防雷空开必须保持闭合。 图2-1-2 PD380/400AFH-2交流配电柜主电路图 (3) 配电监控工作原理 PD380/400AFH-2交流配电柜配电监控电路工作原理如图2-1-3所示。交流配电监控电路主要由交直流配电监控CPU板(B14C3U1)、交直流信号转接板(A2V6FX1)以及交流监控变压器板(A2V4FA1)组成。其中A2V4FA1板完成两路交流电压、交流电流和交流工作频率的采样;A2V6FX1板实现交流配电所有开关量和模拟量信号到配电监控CPU
13、板的转接;B14C3U1板完成所有配电监控信号的处理、交流告警输出、显示输出并通过RS485口将交流配电信息传送给监控模块。 图2-1-3 PD380/400AFH-2交流配电柜配电监控电路工作原理图 (三) 直流配电柜 (1)主电路工作原理 PD48/2000DF直流配电柜主电路如图2-1-4所示。-48V直流电压由正、负母排引入,通过容量不同的24路负载熔断器输出,两路电池通过熔断器和分流器与正、负母排并联。正常情况下,系统运行在并联浮充状态,即整流模块、电池并联工作,整流模块除了给通信设备供电外,还为蓄电池提供浮充电流。当市电断电时,整流模块停止工作,由蓄电池给设备供电,维持设备的正常工
14、作。市电恢复后,整流模块重新给设备供电,并对蓄电池进行充电,补充消耗的电量。分流器RB1、RB2用于检测蓄电池、的充放电电流,RL用于检测负载总电流。 图2-1-4 PD48/2000DF直流配电柜主电路图 (2)配电监控工作原理 PD48/2000DF直流配电柜配电监控工作原理如图2-1-5所示。 直流配电监控电路主要由交直流配电监控CPU板(B14C3U1)、交直流信号转接板(A2V6FX1)组成。其中A2V6FX1板实现直流配电所有开关量和模拟量信号到配电监控CPU板的转接;B14C3U1板完成所有配电监控信号的处理、直流告警输出、显示输出并通过RS485口将直流配电信息传送给监控模块。
15、 图2-1-5 PD48/2000DF直流配电柜配电监控电路工作原理图 (四)整流模块 整流模块的前面板有LED指示灯、LED电流/电压表头、电流/电压指示切换按钮,地址拨码开关等,如图2-1-6所示。 图2-1-6 整流模块前视图 (1)前面板结构说明: 1、面板指示灯 绿灯(电源) 电源正常 黄灯(保护) 模块保护(输入过压、输入欠压、输入缺相、模块过温) 红灯(故障) 模块故障(输出过压、IGBT过流) 模块保护告警时,黄灯或红灯亮,模块内不设置声音告警。 2、地址拨码 图2-1-7 地址拨码示意图 用于设置整流模块与监控模块通讯时的二进制地址。如图2-1-7所示从高位到低位依次是001
16、10,代表模块的硬件地址是6。 整流模块的后面板有交流输入插座、直流输出插座、通讯接口,如图2-1-8所示: 图2-1-8 整流模块后视图 (2) 后面板结构说明: 1、交流输入插座:引入380V三相交流电及接地线(无中线); 2、直流输出插座:输出48V直流电; 3、通讯接口(插座):提供模块间均流线接口及监控模块与整流模块间的通讯接口,如图2-1-9所示: 图2-1-9 DB9通讯接口(插座)示意图 注:1、3脚为数据通讯线,6、9脚为均流线,每个模块的两个通讯接口是并联在一起的。 (3)整流模块的内部结构 整流模块内部结构如图2-10所示: 模块组成见表2-1-4: 表2-1-4 模块组
17、成部件表 序号板(部)件名称型 号数 量 1交流输入及辅助电源板H241AA11 2监控显示板H241AD11 3主开关电源板H241AM11 4PWM信号板H241AC11 5输出整流板H241AM21 6通讯接口板H241AX11 7监控告警显示板H241AD21 8监控CPU板H241AU11 9交流输入插座 1 10辅助散热器 1 11输入滤波电感 1 12工频变压器H121FL22 13控制变压器TR0161 14主变压器H141AT11 15风扇12VDC 6W1 16高频电感器H241AL11 17共模电感器H241AL21 18直流输出插座 1 19主散热器 1 板件功能说明
18、H241AA1板:完成三相交流市电到高压直流电的整流和软启动,并提供IGBT驱动和控制电路所需要的多路辅助电源; H241AD1板:完成模块输出电压电流的显示功能; H241AM1板:放大PWM信号驱动IGBT,完成变换功能、过流检测功能; H241AC1板:产生驱动IGBT的PWM信号,过流保护; H241AM2板:完成高频脉冲电压的整流和滤波,得到48V直流电; H241AX1板:完成信号转接; H241AD2板:完成模块的故障检测告警功能; H141AU1板:完成模块故障检测、电压电流检测、和监控通讯、控制等功能。 (五)监控模块 (1)PSM-A监控模块的前面板如图2-1-11所示 (
19、2)监控模块背板PSM-A监控模块的后背板接口如下图2-1-12所示: 监控模块的背板接口分为电源接口、通讯接口、干接点接口。 电源接口 为监控模块提供48V供电输入和为MODEM提供9V供电输出。 48V工作电源接口:此接口输入监控模块所需要的48V工作电源,输入容量为 48V/0.5A。 9V MODEM 电源接口:输出9V直流电源,供监控模块远程监控时外置 MODEM1工作,输出容量为9V/500mA。 通讯接口 监控模块提供7个串行通讯接口,为RS232或RS485/422接口。 串口1:RS485/422兼容接口,专门用于远端后台的监控,距离小于1千米 (9600波特率)。 串口2:
20、串口2为简单RS232C接口,专门用于远端后台的监控,距离小于15米(9600波特率),不能与串口1能同时使用。 串口3:串口3为标准的RS232C接口,在系统中用于通过MODEM与后台通讯。 串口47:串口47为RS484/422的兼容接口,用于与下级设备如整流模块、配电监控等的通讯连接。 通讯接口的引脚如图2-1-13所示: 干接点输出 监控模块提供7组告警无源开关量信号输出,每组提供常开常闭触点,其输出告警信号可以在监控软件里任意设置。每一组触点可以设置多个告警信号输出。 电话接口 电话接口采用标准的4芯接头。当电话线采用两芯电缆时,中间两芯有效。 监控模块电源开关与保险 电源开关用于切
21、断和接通监控模块48V输入。输入保险为监控模块的48V输入短路故障保护,容量为5A/250VAC。 电话接口 电话接口采用标准的4芯接头。当电话线采用两芯电缆时,中间两芯有效。 监控模块电源开关与保险 电源开关用于切断和接通监控模块48V输入。输入保险为监控模块的48V输入短路故障保护,容量为5A/250VAC。 (3)PSM-A监控模块组成板件 PSM-A监控模块内部由5块电路板(M14C3R1、M14C3X1、M14C3X2、M14C3K1和M14C3U1)和LCD显示屏组成。内部结构如图2-1-14所示。 监控电源板M14C3R1主要实现48V转换为其它供电电源,通信接口板M14C3X1
22、主要提供监控模块与后台监控、本机监控的通信接口,告警输出板M14C3X2实现监控故障告警开关量信号输出,键盘板M14C3K1完成键盘输入、声光指示,监控CPU板M14C3U1为监控模块核心控制处理部分,LCD屏提供显示。 (六) 参数设置 (1)监控模块操作界面与软件结构 操作界面 监控模块操作界面如图2-1-15。 图2-1-15 监控模块操作界面 按键定义 F1:“上页”功能键,其操作含义由显示屏的右边提示。当同一菜单具有多页界面时,按“F1”键返回上一页界面。 F2:“返回”功能键,其操作含义由显示屏右边菜单提示。主要功能是返回上一级菜单。 F3:“帮助”功能键,其操作含义由显示屏提示栏
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