直流供电系统

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学习目标
• 将市电变换为通信电路所需的直流或交流的 性能稳定可靠安全的能源设备均可称为“通 信电源”。通信电源大体上分为3种类型: AC-DC一次电源;DC-DC二次模块电源; 交流不间断电源UPS。通过本情境的学习, 了解直流供电系统的种类和组成,对集中直 流供电和分散直流供电方式有比较完整清楚 的印象。熟悉直流配电屏、整流模块、DCDC变换模块等电源设备,掌握直流电源的 使用和维护方法。
采样部分、基准电压部分、比较放大器(误差放大器)和脉 冲/电压转换器等。
图3-2 降压型开关电源原理图
• 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(放电时间缩 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。
• 2.相控稳压电源
• 相控电源是指采用可控硅(晶体闸流管)做整流 器件的电源系统。其原理是交流输入电压经工频变 压器降压,然后采用可控硅整流。为了保持输出电 压的稳定,需要一套比较复杂的可控硅触发电路。
• 3.开关稳压电源
• 高频开关稳压电源是交流输入直接整流,然后经 过由功率开关器件(功率晶体管、MOS管、IGBT 等)构成的逆变电路,将高压直流(单相整流约 300V,三相整流约540V)变换成高频方波 (20kHz以上)。高频方波经高频变压器降压得 到低压的高频方波,再经整流滤波得到稳定电压的 直流输出。
情境导引
• 通信局(站)内大部分设备采用-48V直流电源, 直流供电系统负责为通信负载提供安全、稳定、可 靠的电力保证,以确保通信设备的正常运行。直流 供电系统主要由交直流配电屏、整流器和蓄电池组 成。市电经交流配电屏接入开关电源,开关电源经 整流将380V交流变为-48V直流,通过直流配电 屏输出端子分别为交换、传输、数据、移动等设备 供电,同时对蓄电池组进行并联浮充。根据电信部 门的统计,在电源系统各种事故的比例中,与直流 供电系统有关的事故约占80%。因此,通信电源 的维护工作主要在直流供电系统,其日常维护和值 守的工作量也是最大的。
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校正技术,使功率因数达 0.9以上,高的甚至达到0.99(如安圣的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。
• 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。
• 开关稳压电源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,所需的滤波电容小、电感小,因而体
• 在图3-2中,波动的直流电压Ui输入高频变换器(即为开 关管Q和二极管D),经高频变换器转变为高频(≥20kHz) 脉冲方波电压,该脉冲方波电压通过滤波器(电感L波器一
起构成主回路,完成能量处理任务。而稳定输出电压的任务
是靠控制回路对主回路的控制作用来实现的。控制回路包括
• 线性稳压电源的动态响应非常快,稳压性能好,只可惜功率 转换效率太低。要提高效率,就必须使图3-1中的串联功率 调整器件处于开关工作状态,如图3-2所示。调整管作为开 关,导通时(压降小)几乎不消耗能量,关断时漏电流很小,
也几乎不消耗能量,从而大大提高了转换效率,其功率转换 效率可达80%以上。
任务指南
• 任务1认知直流供电系统的种类和组成 • 任务2直流电源供电方式的认知 • 任务3了解直流电源设备 • 任务4掌握直流电源的使用与维护方法
任务1认知直流供电系统的种类和组成 资讯1直流电源的种类
• 交流电经过整流,可以得到直流电。但是, 由于交流电压及负载电流的变化,整流后得 到的直流电压通常会造成20%~40%的 电压变化。为了得到稳定的直流电压,必须 采用稳压电路来实现稳压。按照实现方法的 不同,稳压电源可分为3种:线性稳压电源、 相控稳压电源和开关稳压电源。
• 1.线性稳压电源 • 图3-1为用分立元件组成的简单线性稳压电源电
路。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,得到输出电压的偏差量, 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。
图3-1 线性串联稳压电源原理图
• 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。
• 但是,线性稳压电源功率调整管始终工作在线性 放大区,调整管上功率损耗很大,导致线性稳压电 源效率较低,只有20%~40%;发热损耗严重, 所需的散热器体积大,重量大,因而功率体积系数 只有20~30W/dm3;另外,线性电源对电网电 压大范围变化的适应性较差,输出电压保持时间仅 有5ms。因此线性电源主要用在小功率、对稳压精 度要求很高的场合,例如,一些为通信设备内部的 集成电路供电的辅助电源等。
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