DCDC转换电路在变电所通信电源的应用

DC/DC变换电路

在变电站通信电源系统中的应用

摘要：本文详细论述了DC/DC开关电源转换电路在电力通信中的应用。在通信机房内通过运用DC/DC转换电路，由所内电源为通信设备提供所需的-48V直流电源，从而不需通信部门自备蓄电池组即可获得安全可靠地通信直流电源，以及满足各种通信设备运行，并保证电力通信网的稳定。

关键词：DC/DC变换开关电源通信设备

引言：直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC 变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

DC/DC变换器现已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为0.31W/cm3～1.22W/cm3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

电源是电子产品的一个重要组成部分，电源质量直接影响电子设备的性能。便携式电子产品通常采用电池供电，随着放电的进行，电池电压逐渐降低，电池内阻逐渐增大。一方面，在电池新使用时，端电压较高而电池内阻较小，易造成输出电流大于负载实际需要电流而造成电能的浪费，尤其不利于系统工作时间及待机时间的延长；另一方面，使用一段时问后，端电压降低而电池内阻增大，致使负载变化引起较大的供电电压的变化，又不利于系统维持高性能的工作。此外，在通信及电子计算机产品设计中，为有效地降低功耗，延长工作时间，通常采用低电压技术，随之而来的是电路速度降低、抗噪声性能下降等。为在功耗和其它性能之间折衷，需要针对各电路模块的性能要求采用多电压供电．通过在电池与负载之间接入多个DC／DC电压转换器可很方便地实现多电压供电。鉴于以上众多原因，需要效率高、体积小、重量轻的开关电源。

所谓开关式电源，就是利用现代电力电子技术与微电子技术，控制半导体功率开关器件开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。它通过用电子线路组成开关式(方波)电路来达到对电能的转换。开关电源是电力电子技术与微电子技术紧密结合的一种技术。只有电力电子技术和微电子技术同步发展，开关电源才能得到发展。开关电源一般由控制信号产生电路、功率半导体期间和滤波电路构成。其中的核心部分是控制电路。开关电源中的功率管工作在截止区和饱和区。功率管截止时，相当于机械开关的断开，功率管饱和时，相

当于机械开关闭合，这种起开关作用的功率管就叫开关管。电源的发展经历了从线性电源、控电源到开关电源的发展历程。其中开关电源有很多优点：一是稳压范围宽，在一定范围内输出电压与输入电压变化无关。二是效率高，由于采用开关震荡工作方式，热损耗特别少，发热低。早期的PWM开关电源的效率可以达到65％～70％，而线性电源仅为30％'-40％，目前已经有很多开关电源的转换效率达到了90％以上。三是结构简单，相对于其它相同功率的电源，开关电源的体积与重量要少得多。因此，在众多的电子设各中，开关式电源已经是相当普遍。由于其明显的优点，已经引起社会各方面的重视而得到迅速推广。

近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资们100亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。目前，国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品己获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。

1 DC/DC转换器电源系统基本工作原理

1.1 DC/DC转换器电源系统基本工作原理

DC/DC转换器电源系统直流输入采用直流供电。直流输入通过后面板的直流输入端子和模块开关断路器分别为系统内变换模块供电。直流输出端子为用户提供其他用途的直流电源。下图为DC/DC转换器系统组成的原理框图。

DC/DC转换器系统组成的原理框图图（1）

变换模块把220V直流电整流稳压成需要的-48V直流电，所有变换模块并联输出。系统通过直流输出断路控制直流负载的供电。

1.2通信用DC/DC变换器的主要技术指标

以下为营口供电公司信通中心所用的一种北京动力源公司的一种DC/DC转换器电源的技术指标:

1.主要技术指标：

DC/DC变换器主要技术指标如表1（若变换器技术升级，则以下各指标以变换器升级后的最新版本为准）

DC/DC变换器技术指标表

动力源DC/DC变换器主要技术指标表（1）

2.通用技术指标：

a．稳压精度：不超过直流输出电压整定值的±0.6%。

b．电压调整率：不超过直流输出电压整定值的±0.1%。

c．电流调整率：不超过直流输出电压整定值的±0.5%。

d．均流误差：当整流器的输出电流在50%~100%的额定电流范围内时，其均分负载电流不平衡度≦±3%额定电流值。

e．可闻噪音：≦55dB。

f．杂音电压：电话衡重杂音电压：300Hz~3400Hz≦2.0mV。

峰-峰值杂音电压：0Hz~20Hz≦200mV。

宽频杂音电压：3.4KHz~150KHz≦50mV。

g．绝缘电阻：在正常大气压条件下，相对湿度为90%，试验电压为直流500V时，变换模块主回路的部分和直流部分对地绝缘电阻均不低于5MΩ。

h．抗电强度：

①在不接入防雷器、变换模块、控制器和信号灯时，直流电路应能承受其峰值的3535V 直流电压1min且无击穿活飞弧现象，漏电流≦30mA。

②直流输出对机壳应能承受其峰值的1414V直流电压1min且无击穿活飞弧现象，漏电流≦30mA。

i．其它保护工程：

①短路保护功能：点变幻模块直流输出电流大于110%额定输出电流时实施短路保护，降低输出电压，限流输出；故障消除，自动恢复正常工作。

②散热器过问保护：当散热器温度在110℃±10℃范围时，变换模块实施过温关机保护；故障消除，自动恢复正常工作。

1.3 DC/DC变换器模块工作原理

DC/DC变换器模块主要由输入滤波电路、缓启动电路、PFC有源功率因数校正电路、PWM 高频开关DC-DC变换电路、输出整流滤波电路等部分组成。图2是DC/DC变换器模块的原理框图。