电源模块十篇

电源模块篇1

这种设计的复杂性加大了无线网络及有线系统应用工程师的负担。他们的选择只能是：要么大量投资提高内部电源管理技术水平，要么依靠外部设计公司的专业技术。

最近，出现了第三种选择：负载点DC／DC电源模块。这种模块整合了大部分或全部即插即用解决方案所需的组件，最多可取代40种不同组件。这种集成有助于简化并加快设计速度，同时减小电源管理系统的尺寸规格。

实现这些模块所需性能，同时控制在预算和空间要求范围内，关键是切实掌握现有不同技术。

如图1所示，大部分传统通用非隔离式DC／DC电源模块仍采用单列直插封装。这些开放式框架解决方案在减小设计复杂性方面取得了一定进步，但也只是在印刷电路板上采用标准封装部件。它们一般为低功率设计(约300kHz)，功率密度并不突出。因此，受其尺寸的影响，很难成为许多空间受限应用的选择。下一代电源模块需要在减小尺寸上下功夫，以提高设计灵活性，

为提高设计人员所需的功率密度，电源管理系统供应商必须提升开关频率，以减小储能元件的尺寸。但利用标准器件提高开关频率会导致效率下降，这主要是M0sFET开关损耗造成的。这种情况促使行业寻找经济高效的方法，降低DC／DC模块中MOSFET驱动功率通道的寄生阻抗，使成型模块的大小相当于一块集成电路。

在评估特定应用的解决方案时，尺寸和成本是两个重要考虑因素。但其他因素对于最终应用同样重要或更加重要。下面说明其中的部分考虑因素。

可靠性

可靠性是所有系统设计师需要解决的一个主要问题。许多分布式电源架构应用需要多年正常运行，基本不发生故障。可靠性在系统总拥有成本中发挥重要作用。由于大量部件组合封装、高功率密度产生的热疲劳现象以及附属电路故障，可靠性成为电源模块必须解决的重要问题。

电子系统和部件失效率呈浴盆曲线形状(见图2)。曲线中，由一种状态转变为另一种状态的陡度和锐度取决于选用的组件和组件的等级，以及这些组件与模块中其他组件的兼容性。例如，采用30V MOSFET，在20V输入条件下，只要注意驱动电路、肖特基二极管和缓冲电路的选择，DC／Dc模块就可以满足预期要求。

电源模块中的热疲劳是由于功率转换效率低，散热空间有限造成的。这种情况最终会使温度上升，从而缩短产品使用寿命。为降低温度对平均无故障时间(MTBF)的影响，系统设计师应考虑散热、气流和模块功率损耗降级曲线，如图3所示。

另一个产生严重故障的现象是焊点裂纹造成温度升高。如果模块经受机械震动或多次温度周期冲击，焊点很容易产生裂纹，最终与基底脱离，从而造成电阻升高，温度应力加大。这种情况会反复出现，直到断线为止，造成致命故障。

电热性能

权衡性能、可靠性和经济性，是系统设计师选择最佳模块时面临的一大困难。缺少标准化测试条件和测量结果，特别是在功率、效率和瞬态响应等数据手册公布的主要参数方面，进一步加大了模块选择的难度。

进行功效比较时，需考虑功效对比的输入电压、输出电压和电流量。瞬态响应是进行有效比较时需要考虑的另一个参数。必须保证输入和输出电压一致，输出电容值相同或参数相似(ESR、ESL等)。最后，瞬态电流阶跃变化的大小和量级相同。

许多应用场合，电源模块需要在恶劣的环境下工作。比较模块功效时，不应只关心25℃时的电性能，而且还要考虑系统环境温度、气流和模块的散热方法。例如，Intersil采用QFN封装的ISL820xM系列，优化了PCB的导热能力，模块底部大面积铜箔有助于提高整体功效水平。

电源模块篇2

跨多种应用领域的系统设计人员具有类似的需求以及对倾向于采用dc/dc电源模块的要求。最经常提到是对更薄厚度、更小面积、更高效率及更大功率密度[1]等特性的需求。新一代dc/dc电源模块应运而生，正开始步入市场以满足上述要求。这些双输出和三输出隔离式模块运行于标准的-48V局端电源中，可提供3W～100W的功率。它们包括输出电压最低达1.0V的模块及最高输出电流达30A的模块。

尺寸

系统设计人员为在更小空间中实现更高性能的信号处理电路，所面临的竞争挑战日益激烈。先进的DSP与ASIC有助于提供此功能，但需要更多电压较低的电源轨，并需具备高精度排序与调节。通过减少实施电力系统所需的整体模块数，最新的多输出电源模块满足了这一要求。

描述模块效率面积（平方英寸）成本(1千/年)

多个单输出隔离式模块33W效率单输出3.3V/9A89.0%3.742.38美元

20W单输出2.5V/8A75.0%3.0638.52美元

总计：77.6%9.82119.42美元

单个三输出隔离式模块25A三输出3.3/2.5/1.8V87.0%5.4196.64美元

多输出电源模块提供了可节省板级空间的独特设计选择。分布式电源架构正逐渐渗透电信与数据通信市场。就需要超过三种不同电压的应用而言，设计人员可使用多输出模块提供电源总线隔离，并可为各种负载点模块供电。这种配置使设计人员不必再担心使用所有单输出模块所需的板级空间。

电气性能

排序

最新的DSP、ASIC、FPGA及微处理器需要多个低电压，并可能要求复杂多变的加电／断电排序。由于产品上市时间的限制，众多更高级产品（其中电源模块仅是该产品的一个组件）的设计没有时间或板级空间来构建外置排序电路。而且，即便不受时间与板级空间的限制，他们也必须考虑组件成本的增加。比较简单的解决方案就是选择采用可利用新型内部排序多输出电源模块的系统电源架构。

例如，诸如德州仪器(TI)PT4850系列的三输出模块的加电特性就能够满足微处理器及DSP芯片组的要求。该模块运行于标准的-48V输入电压下，其额定组合输出电流可达25A。输出电压选项包括一个用于DSP或ASIC内核的低电压输出，以及两个用于I/O和其他功能的额外电源电压。

PT4850提供了最佳的加电顺序，可监视输出电压，并可在短路等错误情况出现时提供所有电压轨道的有序关闭。所有三个输出均在内部进行排序以便同时加电启动。

在加电启动时，Vo1起初升至约0.8V，随后Vo2与Vo3快速增加至与Vo1相同的电压数。所有三个输出而后一起增加，直至每个均达到其各自电压为止。该模块一般在150ms内产生完全自动调整的输出。在关闭时，由于整流器活动开关的放电效果，所有输出快速下降。放电时间一般为100µs，但根据外部负载电容而有所差异。

效率

在低功率应用中，即便最小的dc/dc电源模块可能也会有数百毫瓦的静态损失。这解些损失主要由耗费功率的组件造成的，如整流器、交换晶体管及变压器。如果使用一个部件来提供原本需要二至三个独立分组部件所做的工作，那么就可以减少耗费功率的组件总数量。如表1所示，这提高了9.4%的效率。

一些最新的多输出模块可在全额定负载电流中以90%的效率运行。这样的高效率恰恰是由那些使用MOSFET同步整流器的拓扑实现的。该整流器消耗的电量比上一代dc/dc电源模块中使用的肖特基二极管耗电要少。

互稳压

最新的多输出电源模块采用先进的电路，消灭了互稳压问题，提高了输出电压的波纹和瞬态相应。根据以前的经验，在模块的任何一个输出上增加输出电流均会导致其他输出上的电压改变。TI的PT4850与PT4820系列三输出模块则解决了这一问题。新一代电源模块在隔离阻障的输出端上就每个输出都采用稳压控制电路。通过专有磁耦合设计，控制信号可在模块初级端与二级端之间进行传递。图5显示了输出一(≤5mV)在输出二负载增加情况下的变化。

瞬态与波纹

PT4820与PT4850系列具有出色的瞬态响应和输出电压波纹性能等特点。该模块的三逻辑电压输出是独立调节的，这有助于可与单输出电源模块相媲美的瞬态响应(≤200µSec)和输出电压波纹(≤20mV)。

成本

多输出电源组件不再需要两个或更多单输出器件，这就减少了成本。表1显示了电源相同的一个25A三输出模块与三个单输出模块的对比。

在分布式电源应用中，设计人员通过利用单个多输出模块和非隔离式负载点模块（图2）替代了高成本的单输出砖，从而实现了成本节约。也可以实现，由于多输出模块在更少组件情况下也可得以实施，因此进一步节约了成本（和板级空间）。例如，在某些应用中，多输出模块仅要求一个热插拔控制器和输入去耦电容器。相反，这些组件在电源系统中则必须与每个单输出砖结合使用。

产品上市时间是一种间接成本，利用多输出电源模块可减少该成本。这种成本节约主要是由于OEM厂商减少了设计、测试和制造等资源。

故障管理

设计人员必须确定其电源系统如何对故障情况进行响应。当今的多输出电源模块结合了先进的故障管理功能。这些功能包括过压、过流和短路保护，有助于防止损坏设计者的电路。

输出过电压保护利用的是可不断检测输出过电压情况的电路系统。当电压超过预设级别(presetlevel)时，电路系统将关闭或箝住电源输出，并使模块进入锁定状态。为了恢复正常操作，一些模块必须主动重启。这可通过立刻消除转换器的输入电源得到实现。为了实现故障自动保护运行和冗余，过电压保护电路系统是独立于模块的内部反馈回路的。

过电流保护可防止负载错误。在某些设计中，一旦来自模块的负载电流达到电流限制阈值，如果负载再尝试吸收更多电流的话，那么就会导致模块稳压输出电压的下降。该模块不会因为持续施于任何输出的负载错误而损坏。

当模块各输出的组合电流超过电流限制阈值时（如任何输出引脚上发生短路），短路保护将关闭模块。该关闭将迫使所有输出的输出电压同时降至零。关闭之后，模块将在固定间隔时间中通过执行软启动加电定期尝试恢复。如果负载故障仍然存在，那么模块将持续经历连续的过电流错误、关闭和重启。

灵活性

电压和电流输出以及封装设计的灵活性是多输出电源模块的一个关键特性。某些制造商可提供24V（18V至36V）与48V（36V至72V）两种输入。其采用完全隔离输出的通用架构可使系统设计人员在双或三输出电路中使用模块，而不会造成过多最低负载要求或互稳压降级的情况。

由于芯片供应商开发器件的操作电压不一定符合以前的迭代法，因此电压和电流输出方面的灵活性正变得日趋重要。众多的多输出模块都以独立调节和可调的输出电压来解决此问题。为了获得独特的电压，某些模块上的输出可从外部电压进行远程编程。此外，诸如Tyco公司的CC025等三输出系列模块还可以通过使用连接到调整引脚(trimpin)的外部电阻来允许输出电压设定点调整。

封装灵活性简化了主板设计人员的工作。许多现有的多输出模块都使用业界标准的砖形封装(bricktypepackaging)和面积规格，这确保了引脚兼容性和辅助货源。TI的Excalibur™系列等创新型模块均采用具有表面安装、垂直通孔和平行通孔封装风格的镀锡薄板铜盒。

多输出电源模块的商业可用性为设计人员提供了极佳的灵活性。表2显示了一些制造多输出模块的业界领先供应商。这些模块存储于领先的分销商处，可为设计资格认证和最后时刻的更改提供极快的可用性。

表2、多输出模块制造商

制造商产品类型

Artesyn科技公司15W至60W双、三输出

Astec20W至150W双输出

爱立信30W至110W双、三输出

APower-One2.5W至195W双、三、四输出

SynQor40W至60W双输出

德州仪器3W至75W双、三、四输出

TycoPowerSystems25W至50W双、三输出

可靠性

具有高度可靠性的电源系统设计是系统设计人员始终都要面对的挑战。从内在来说，使用单个多输出模块的电源系统的可靠性要高于所有单输出模块。例如，一个三输出模块可提供1,108,303小时的额定MTBF（902.3FIT）。与此相对照，提供相同输出电压和电流的三个单输出模块则达到了984,736MTBF(1015.5FIT)的额定MTBF。多输出模块之所以具有更高的可靠性，是因为其架构中使用的总体组件数量更少。

结论

随着产业潮流要求设计人员使用体积更小、效率更高的电源供应，电源模块制造商推出了可简化系统设计及操作的多输出dc/dc电源模块，以响应上述潮流。最新的多输出模块能够通过为混合逻辑应用（诸如DSP、ASIC和微处理器等）提供稳压低电压输出而使设计人员受益。与前代产品相比，上述模块显著提高了给定面积上的功能。在某些情况下，该小型架构所占空间仅为单输出电源模块的55%。减少模块数量也可以降低成本，同时提高效率和可靠性。内置的操作和保护特性免除了开发外部电路系统的任务和费用，从而不仅节省了板级空间，而且还大大加快了产品的上面进程。

电源模块篇3

【关键词】智能手机 电源模块 设计管理

手机行业的发展变化可谓是日新月异，近年来肉眼可见的黑白屏到彩色屏、仅有通话功能到目前的各种实用应用，都是智能手机功能进步的体现。然而这些复杂功能的实现都是需要稳定的电源系统作为支持的，因此开展电源模块的电压以及效率设计管理是为智能手机的良好发展前景奠定基础。

1 智能手机电源管理模块的设计原则

智能手机的设计过程是设计师明确消费者对设备要求下进行的，因此需要从体积、重量、续航时间上等多方面进行详细考虑。智能手机体积的缩小处理是针对系统集中功能和元件封装技术的体现，因此需要考虑到减小PCB板后产生的各种影响。在体积和重量都有限制的情况下，提高电池的容量和密度是最佳的创新选择，同时注重电源系统在工作状态下的转化频率，也是处理续航时间的主要方案。由此可知，电源管理模块的转化率和能耗是手机改革重点，手机厂家需要从电能转化的效率和电源的使用效率两方面提高设备的科技含量，制造出具备高性价比和满足消费者需求的优势产品。

2 智能手机电源管理模块的设计分析

2.1 PMU

市面上很多电子产品需要根据实际功能调节出不同电压的电源，也就意味着电池在供电的同时还需要根据芯片迅速转换电压，转换期间的功率损耗也应当保持在规定范围之内，同时该电源模块还需要维持电源的充电安全。这样的新型电源模块电路被称作是电源管理单元，英文缩写为PMU，是为提高电源转化效率和降低能耗的电源管理方案。PMU的构架分为集中式和分布式，但是二者共同存在的几率很小，设计者需要在系统划分之初决定好使用哪种方案。集中式是仅执行PMU附近的单一处理器进行电压调节和电源切换工作，而分布式系统则是作用于每一个电源子系统上。二者的选择重点是从智能手机应用的数量和响应速度的要求，同时还要考虑到电源模块管理过程中的间隔距离。通过比较来看，PMU分布式的方案较集中式的灵活一些，只需要在系统之间加入一根电源轨，作为所有的电源连接线，那么每一个电路都会使用该电源轨完成电源模块的管理工作。而PMU集中式方案需要预先了解到连接的区域，同时还要保障连接组合的实用性和有效应，设计和管理上都较分布式复杂很多。

2.2 DPM

DPM是智能手机运行期间对时钟或是电压进行动态管理达到提高电源效率的作用，由于该功能和系统运行的状态和应用开发密切相关，因此常常使用软件来完成DPM的实现。智能手机的工作模式调节往往是降低能耗的主要方式，因此DPM与设备的主CPU密切联系，从定义科学合理工作模式的角度提高电源的使用效率。中心管理系统在设备主频确定的情况下对工作模式做出了四种设定，分别是工作模式、空闲模式、休眠模式和关机模式。根据对四种状态设备的调查可以发现，工作模式中消耗的功率比其他的模式要大得多，因此在用户没有对手机进行频繁操作时进行合理模式的转化，是提高手机电源使用效率的基本原则，同时在用户使用设备功能时快速转换工作模式，恢复正常的使用功能也是提高用户感受的直接方案。智能手机的运行过程不仅仅要对软件的运行进行控制，还要从硬件连接的角度降低空闲外设的启动频率。目前智能手机已知可连接的外部硬件系统有摄像机、蓝牙系统、红外适配器、功率放大器、投影系统等等，但是很多功能都是在系统正常运行r处于空闲状态的，不能及时关闭就会形成电源模块不必要的消耗，影响电源的使用寿命。因此需要DPM开启设备主CPU对空闲外设的进行适时的关闭，降低电源模块的能耗提高智能手机的使用效率。

2.3 LDO

LDO是在传统线性电压调节器的基础上进一步提高的电压转换的准确性，用来处理对电压输入极其严格的芯片工作要求。LDO通常使用的电压传递设备被称为PNP，该功率晶体管处于饱和状态的时候，电压调节器可以处于很低的电压范围，而传统的电压调节器的压降数据为LDO的十倍，很难满足芯片对于负载降压的极致要求。因此为适应目前大量应用的锂离子电池的较低输出电压需求，LDO是较为科学的稳压器选择之一，该系统对输出电压和输入电压相近的电源模块管理有较大优势，即使在电源的能量剩余不多，LDO也能对电压做出平稳的处理，保障其设备的工作时长。根据生产技术的不同，LDO稳压器也分为很多类型，常见的类型有Bipolar、CMOS、BiCMOS等，随着成本和市场压力的变化，CMOS成为了目前电子设备市场的主流产品。LDO从组成上分析是对于电压调节的微型反馈系统，是由二极管、电阻系统、保护系统等一系列功能电路集成的芯片，因此对智能手机的性能、噪声、PSRR和启动时间等参数都有影响作用。在进行智能手机布线时需要从LDO的稳定性和响应能力进行考虑，还有对音频部分的干扰和噪声的输出，这直接关系着设备的外放能力和电源模块是否干净，如图1所示。

3 结束语

综上所述，智能手机电源管理模块的设计方案多种多样，但是基本的原则都是提高电能的转化率和使用率达到高性能的目的。便携式电子产品的使用在近年来越来越普及，在管理系统一致的情况下优化电源管理模块的设计则会成为企业提高市场竞争力的重要抉择。

参考文献

[1]徐进.智能手机电源管理模块和音频模块设计[D].上海：上海交通大学，2008.

[2]刘平.智能手机电源管理系统设计与故障分析方法研究[D].长春：吉林大学，2008.

[3]陈熹，陈英，戚正伟.一种智能手机电源管理方案的设计与实现[J].计算机应用与软件，2008（09）：80-82.

电源模块篇4

关键词：MSP430；开关电源；并联DC/DC；电流调节

中图分类号：TP368 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 17-0000-01

Switching Power Supply Modules Parallel Power Supply System on MSP430 MCU

Xue Xiao1,2

(1.Nanyang Polytechnic,Nanyang473000,China;2.China University of Geosciences,Wuhan430074,China)

Abstract:In this paper,low-power MSP430 microcontrollers produced by two parallel power supply system,the use of integrated chip LM2596 converter output voltage 8V,power of 16W,the conversion efficiency of 65%,and maximum current up to 4.5A;two DC/DC module the current ratio can be automatically adjusted within 2%error.After testing, the basic part and the part played some of the indicators are in line with requirements.

Keywords:MSP430;Switching Power;Parallel supply DC/DC;Current regulator

根据2011年全国电子设计竞赛A题题目要求：设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统。根据这一目标，设计了基于MSP430单片机的开关电源模块并联供电系统

一、理论分析与计算

（一）DC/DC变换器稳压的方法。用开关电压调节器进行电压控制，采用LM2596电源管理单片集成电路，不仅可以输出3A的电流，还拥有很好线性、功耗小、效率高、负载调节特点。电路简单可靠，采用两相同模块并联，可以输出6A电流。输入电压为24V时，要求的输出8V电压刚好在可输出电压范围内，从而达到了要求。

电压输出：

因此，系统电压稳定在8V。

（二）电流电压检测。在输出端串联一个1Ω的电阻，通过运放衰减电路，采用MSP430单片机片内12位AD采集1Ω的电压值，得到DC/DC模块的电流。

ADC采样电压：

因此，单个DC/DC模块的电流： （单位：A）

（三）均流方法。本设计主要根据PID算法，在键盘上输入命令后，单片机动态调节电流比例，从而最终达到理想稳定的状态。离散化公式：

当 时：

； ；

当 时：

； ； ；

对于LM2596来说，电流输出比与FB端口的电压比有关，单片机MSP430采集各个DC/DC模块电流后通过片内DAC模块控制FB端口，从而控制了电流的输出比值

二、电路设计

（一）系统组成。系统包括MSP430单片机最小系统，两个额定输出功率为16W的8VDC/DC模块，一个输入命令的键盘，显示检测电压值的液晶。键盘输入命令后单片机根据命令利用片内ADC和DAC控制DC/DC模块的电流比例，并且将采集的数据显示在液晶上。

（二）DC/DC模块设计。输入的直流电源经过电感滤波后输入到LM2596第一管脚，通过R3和R10调节目标电压，通过以上计算公式公式得：R3为5.5KΩ

（三）测控电路。测控电路主要使用MSP430片内单片机ADC与DAC及键盘，在采集和控制电路上分别使用运放LM385电压跟随电路，并且在采集电路上进行1/2分压，使信号刚好在ADC有效范围内。

三、测试结果及分析

（一）基本要求测试

1.额定输出功率下，负载电压及效率

2.负载电流1A时，系统测试数据

3.负载电流1.5A时，系统测试数据

（二）发挥部分测试

1.负载电流0.5A-3.5A时，系统测试数据

电源模块篇5

关键词：通信； 接入网； 电源

Abstract: the modern society is the information society, as the communication operators would shoulder this holy mission! And communication module bureau access network will play an important role, including communication power supply the access network system for the normal work of energy supply. This requires to form a complete set of the power supply system design, equipment selection from the project, equipment reliability for a comprehensive and in-depth consideration and study. This paper is based on many years of work from actual writing and become, hope to work on the related technical personnel help.

Keywords: communication; Access network; power

中图分类号：TN86文献标识码：A 文章编号：

一、总则

1.1 本设计方法适用于接入网机房等小型模块局的新建和扩建通信电源设备安装工程。

1.2通信电源设备安装设计必须贯彻国家技术政策，合理利用资源，执行国家防空、防震、消防和环境保护等有关标准规定。

1.3通信电源设备安装设计必须在保证供电质量的前提下，考虑安装、维护和使用方便，注意战时和自然灾害等特殊条件下的通信安全。

1.4设计中应采用经质量认证的设备和成熟的技术，积极利用新能源、采用新技术，努力实现集中监控管理，逐步达到少人维护，直至无人值守。

1.5设计总体方案、设备选型等近期建设规模应与远期发展规划相结合，一般以近期为主。同时还应根据建设和发展情况、经济效果、设备寿命、扩建和改建等因素，进行多方案技术经济比较，努力降低工程造价和维护成本。

1.6设计应做到切合实际、技术先进、经济合理、安全适用。扩建和改建工程应充分考虑原有通信设施的特点，合理利用原有的建筑、设备和器材，积极采取革新措施。力求达到先进、适用、经济的目标。

1.7进入机房的各种通信设备对交流和直流电源的要求应符合相关规范的要求。

1.8工程设计还应执行国家的有关标注、规定。

二、市电分类及供电

根据市电种类，以及当地的市电特点，选择供电方式。

广州市郊区接入网机房供电条件大多在三类，二类有一些。

三、供电系统

3.1交流电供电系统

3.1.1 由市电和自备发电机组电源组成的交流供电系统宜采用集中供电方式供电。在满足接入网机房用电负荷要求的前提下，应做到接线简单、操作安全、调度灵活、检修方便。低压交流供电系统应采用三相五线制和单相三线制供电。

3.1.2 郊市接入网机房一般安装拖车接口箱。

3.1.3 接入网机房应根据《全国供电规则》的要求，安装无功功率补偿装置。对于大容量的自备发电机组，当负荷功率低于0.7 时，安装无功功率补偿装置，使其功率因素达到0.8 以上。

3.1.4 通信局（站）所配置的自备发电机组，宜采用自动投入、自动切除、自动补给并具有遥信、遥测、遥控性能和标准接口及通信协议的自动化机组.

3.1.5 要求交流不间断的通信负荷，应采用UPS供电系统或逆变器供电系统供电。

3.2 直流供电系统

3.2.1 有整流配电设备和蓄电池组组成的直流供电系统，对通信设备可采用分散或集中供电方式供电。

3.2.2 分散供电方式应根据通信容量、机房布局、维护技术和维护体制等条件，使电源设备尽量靠近负荷中心，并能提供机动灵活的扩容条件。电源设备安装在通信机房内时，必须采用高频开关型整流器、阀控式密闭铅酸蓄电池组。

3.2.3 直流供电系统应采用在线充电方式以全浮充制运行。电池浮充电压、电池再充电或均衡充电电压、初充电电压等，均应根据蓄电池种类和通信设备端子电压要求计算确定。一般情况下对各种蓄电池的电压要求应在表3.2.3所示的范围内确定。

表3.2.3 各种蓄电池的电压要求

3.2.4 接入网用直流基础电源电压-48V，-48V的基础电压变动范围和杂音电压应符合相关的规定

3.3 接地系统

3.3.1 新建接入网机房应采用联合接地。

3.3.2 接地系统的设计应按YDJ26-89 《通信局（站）接地设计暂行技术规定（综合楼部分）》和YD2011-93《微波站防雷与接地设计规范》执行。

3.3.3 接入网机房的接地电阻一般要求不大于3欧姆。

4.1设备配置原则

4.1.1通信电源设备的配置应符合下列要求：

（1）市电发生异常情况时，为保证仍能对通信负荷和重要动力负荷可靠供电，应配合自备发电机组为自备电源；

（2）负荷要求不间断和无瞬变的交流供电时，宜采用UPS电源或逆变器电源；

（3）要求无瞬间停电的直流供电时，应设置蓄电池组，负荷小或电压低的，宜采用直流—直流变换器；

（4）市电电压在下列情况时，应采用调压设备：

A、通信设备由市电直接供电时，其供电电压偏移超出额定电压值的+5%- -10%或超出通信设备允许的电压变动范围：

B、通信设备非直接由市电供电时，市电电压值偏移值超出额定电压值+ 10%--15%或超出直流电源设备允许交流输入的电压变动范围。

4.1.2 本期工程配置电源设备容量满足期限应按下列条件分别确定。

4.1.2.1配电设备

高压配电设备远期负荷发展不大时应按远期负荷配置。

低压配电设备中配电柜应按远期负荷配置；配电柜可满足近期负荷并考虑一定发展负荷的需要配置。

通信交流电配电设备应按下列原则配置：

A〉一个供电系统远期发展负荷不大时，按远期配置。

B〉一个供电系统远期发展负荷超出现有配电容量时，交流配电设备按现有最大配电设备容量配置。

通信用直流设备按远期负荷配置：

一个系统的负荷按远期负荷配置。

4.1.2.2 换流设备

电源模块篇6

关键词：测距仪 FSD-40 电源 故障 TPS

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0041-02

测距仪（distance measuring equipment）系统是通过询问应答方式来测量距离的。当测距仪与仪表着陆系统配合使用时，测距仪可以替代指点信标，以提供飞机进近和着陆的距离信息[1]。DME系统的主要组成部分，机载测距机发射射频脉冲对信号，所谓的询问信号；测距信标台的接收机收到这一询问信号后，经过固定延迟，由发射机产生相应的应答信号发射出去；机载测距机在接收到地面射频脉冲对后，可由距离计算电路根据询问脉冲与应答脉冲之间的延迟时间，计算出飞机到地面信标台之间的视线距离。

1 FSD-40设备简介

FSD-40测距机由意大利THALES公司生产，具备遥控、本地电脑实时监控功能。通过电脑可以实时监控设备运行状态、具有控制转换主备机、关机、查看和修改各种重要参数等功能。FSD-40测距仪[2]主要由I/O系统、控制系统、监控系统、脉冲收发信机、RF通道、外部连接接口系统、电源系统、天线和计算机组成，如图1所示。

主要模块的功能如下：I/O系统功能是可以利用计算机和/或控制（INC）模块控制、监视信标及相关合装设备；通过专用或交换电话线连接到一个或多个远程控制中心；控制系统功能是用来协调构成设备的各个组的所有操作，它通过I/O系统与操作员进行交互，执行与命令和预置相关的操作，并提供与设备操作情况相关的信息；监控系统的作用是对脉冲收发信机进行测试以及测量它们的回答，并将测量结果送到控制器用来检查设备操作是否正确；脉冲收发信机的作用是接收机载询问信号并进行处理后，延时产生应答信号经调制放大送至天线发射；电源系统则为整个设备提供工作电源。

2 故障现象

值班室FSD-40监控界面突然连接不上，立即通报塔台并请求塔台转告飞机观察DME信号是否正常，飞机反映信号正常。值班员立即赶到位于本场的下滑设备机房，发现设备并没有换机、关机的记录，但有四个板件的指示灯显示异常，分别为：一号机的TPS-M板件、控制器CTR1和CTR2、数字信号监控器MRA，并且在本地端接入监控计算机，无法与设备进行正常通讯。重启设备后，故障现象依旧存在，通过塔台询问机组是否接收到地面信标台的应答信号，机组反映信号正常。对TPS-M板件进行复位，故障现象消除，指示灯均恢复正常，本地端接入计算机，恢复与设备的正常通讯。登入监控软件后，监控主界面出现“MON 1 FAULTY”，应答延迟、应答效率等参数正常。由一号机切换至二号机，“MON 1 FAULTY”字样消除，监控器参数均正常。再由二号机切换至一号机，设备通讯和监控参数均正常。观察设备运行三十分钟后，故障现象重新出现。

3 故障分析

因为在本地端接入计算机后仍然无法与设备进行通讯，故初步怀疑为IRS（RS-232接口）故障。IRS（RS-232接口）模块是信标的接口，它提供的RS-232C串行接口，是为了LCSU单元与主控制器（CTR）之间能够进行通信。IRS模块提供了两个串口，一个为SK1（独立的）供本机连接使用，一个为SK2（LCSU）供远程连接使用。通过后面对TPS-M进行复位后，设备恢复正常且本地端接入计算机能够正常通讯，排除了IRS和从设备机房至值班室的传输线路出现故障的可能。

结合控制器CTR1与CTR2指示灯情况，控制器CTR1的LP1灯和LP2灯均灭，控制器CTR2的LP1灯和LP2灯均亮。而LP1灯亮表示此控制器为主控制器，灭表示此控制器为从控制器。LP2灯只对从控制器才有意义并且表示此控制器上的EEPROM正在进行更新。控制系统由两个控制器CTR1、CTR2组成，系统默认CTR1为主控制器。一旦系统检测CTR1出现故障或者内存不正确，便会自动将CTR2变为主控制器，CTR1成为从控制器，并且更新其内存以匹配CTR2的内存。故障现象说明主控制器从CTR1切换至CTR2，并且CTR2更新其内存以匹配CTR1，表明CTR1板可能出现故障。

监控器MRA板上LP1灯灭表示识别码传输异常。监控器MON由伪询问器MIN、MRB、MRA组成，如图2所示，在设备重启后询问机组，机组反映信号正常。由此可见，MRA板的故障并没有影响DME收发信机的正常工作，由于两个监控器工作在逻辑与[3]的状态，即当一个监控器故障时，信标仍可以工作。只有当两个监控器告警故障时，才能产生换机或者关机动作。由此故障现象表明MRA板也可能故障。

通过复位TPS-M板后，设备恢复正常，可基本判断为TPS-M板故障导致此次监控失效。TPS模块为DC/DC的电源模块，为设备提供+5 V、+15 V、-15 V的稳定电压，此模块接受从BCPS提供的53 V直流电压或者由电池组提供的48 V直流电压。而TPS-M模块是为有关的监控器和相相对应的CTR模块供电，TPS-T则为相应的收发信机模块供电，这就可以解释为什么故障不影响信号的收发。一号机的TPS-M为CTR1、MON1提供+5 V、+15 V、-15 V的工作电压。在第二次故障重现时，技术人员测量了TPS-M上的TP1、TP3、TP4、TP5四个测试点，电压值均异常，基本可判断TPS-M板故障引起了此次监控失效和导致CTR1/MON1板件不加电。又因为CTR1模块提供了对I/O系统进行管理的功能以及和两个监控器、双工器进行通信的TTL接口，如图3所示，故在CTR1/MON1下电后影响了设备与监控计算机之间的通讯，导致不能登录监控软件。更换TPS-M板件，故障排除，后续观察设备运行稳定再无故障现象出现。

4 结语

由于FSD-40DME这套设备服务年限太久，设备板件老化严重，相应的监控软件功能不齐全，是此次故障的间接原因。直接原因是由于一号机的DC/DC电源模块TPS-M故障导致CTR1、MON1（MIN、MRA、MRB）下电不工作，而CTR1板上提供了对I/O系统进行管理的功能以及和两个监控器、双工器进行通信的TTL接口，CTR板件不加电使I/O系统工作异常，造成计算机无法与设备进行通讯。总结此次故障排查和分析过程，当同型号设备出现类似故障现象时，倘若故障中出现电源模块异常，应优先考虑是否是设备给各模块的供电出现故障，对可能故障的电源模块进行排查，迅速排除故障恢复设备。

参考文献

[1] 魏光兴.通信、导航、监视设施[M].成都：西南交通大学出版社，2004，6：97-100.

电源模块篇7

【关键词】高压直流电;通信电源;高频开关

一、引言

数据通讯的业务发展里程比较短，发展速度比较快，前几年，通信数据设备供电的UPS不间断电源系统配置多为200 KVA以下的1+1 并机冗余系统。但是现在，信息技术的快速发展，带动了通信数据技术质的飞跃，尤其是快速发展IDC业务，使不间断大容量UPS电源系统大幅增加，400KVA 2+1并机冗余系统成为了主要的UPS 不间断电源系，其电池配备多为6V和12V。以下就是对高压直流电的可行性和优势进行分析，并且阐述通信电源中的高频开关整流模块设计。

二、高压直流电的供电可行性及优势

我国目前几乎都使用交流电220v的服务器接入UPS用电业务的电源之中，AC/DC 整流电路和AC/DC 整流电路着两部分组成了服务器的内部电源。其中，服务器的滤波器、全桥整流电路和平滑滤波等电路组成了服务器，高频逆变电路、隔离变压器和整流滤波电路等构成了DC/DC 变换电路。一般情况下，服务器允许的交流输入电压为 220 V±25%的范围内，即是165- 275V，也就是说，电容的平均电压的范围198- 330 V是整流后滤波，389 V为最高峰值电压。直流母线满足服务器工作电源要求的波动范围是在216-282V之间。此外，高压直流电源技术已经成熟的广泛地应用于通信设备中，并且已经有几十年的运行经验了，通信用高压直流电源其电压等级与电力用直流操作电源相同。因此，电力用直流操作电源系统对于通信用高压直流电源的系统设计来说，有很多可以借鉴的优点。另外，高频开关式整流器的成功运行和维护经验也有几十余年了。

高压直流电的供电优势有：

1）高压直流电在供电备份冗余上与直流-48V开关整流模块的配置几乎相同，减轻了供电系统的配置负担，只需要整流模块 N+1的并份即可（N为主用模块数量）。

2）在高压直流供电系统中，整流机柜并机比较方便，可以提高系统扩容效率，节约投资成本。

3）该模式的控制系统与UPS相比较，供电模式并机简单，不存在交流电源振幅、频率、相位等参数，减少了系统的故障点。

4）直流开关整流器模块为该系统的核心部位，维护起来比较方便。

5）该系统在整组后，备电池单体只数相应的减少了很多，也减少了系统中的故障发生，确保了系统供电安全的可靠性。

6）系统中不存在单瓶颈故障隐患，因为没有设置自动静态旁路开关。

7）不需要反复变换，系统变换效率与UPS比较，其供电性能稍高，有利于电能的节约。240v高压直流电供电模式在国内的电信运营商中的应用，已经有十几年的经验了，经过运营事实证明了高压直流供电模式对于电信数据业务来说是比较安全可靠的。

三、高频开关电源系统中的的整流模式设计

高频开关电源系统中的重要部分就是整流模块，因为整流模式的稳定性直接关系到系统的直流电压输出和工作时电压输出的正常。本文所阐述的整流模式设计，主要是利用无源PFC和DC/DC变换器的原理，在模块整流原理上进行的改进和完善，以实现使模块能够有效完成整流作用的目的。其工作原理框图如图1所示：

图1 整理模式的工作原理图

在工作过程中，想要保证模块后级电路的安全，就应该使其先通过防雷处理和滤波对输入的三相交流进行处理。经过处理后，把三相交流转换成高压直流的时候要经过整流和无源PFC，高压直流要电压要经过DC/DC变换器再次转换才能输出。此外，模块控制部分还发挥着保证输出电压的稳定的作用以及保护各模块部件的作用，例如负责过压、过流以及短路保护等作用。模块还在远程监控中提供了遥控、遥调、遥测、遥信等四遥接口。有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值就是即功率因数校正，简称PFC，它用来表示有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系。无源PFC般情况下由二极管、电阻、电容和电感等无源器材组成，是指不使用一些有源器件，例如晶体管等组成的校正电路。本文中的PFC组成就是利用电感上的电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，以实现改善电路中电流的畸变的目的，就是在整流桥堆和滤波电容之间加1个电感，改善功率因数和电磁干扰，并利用电感上的电压超前于电流的特性，来补偿滤波电容电流超前电压的特性。但是这种方式对于校正电流畸变和补偿功率因数的效果有限，只能实现抑制电流突变的目的，是一种简单的补偿措施。

固定的直流电压借助DC/DC变换器就可以变换为可变的直流电压，这种控制的优点就是能够节约电能、提高平稳性和响应的速度。一般情况下，把变阻器换成直流斩波器，可以节约20%～30%的电能。直流斩波器的优势有：调压、抑制电网侧谐波电流噪声等作用。本文所说的DC/DC变换器，采用的是双管正激式DC/DC变换器，变压器T1发挥着隔离和变压的效果，如果想要实现能量的储存及传递只需要在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）即可。由于VD1、VD2的导通限制了两个调整管关断时所承受的电压，因此，变压器初级无再有复位绕组。整流二极VD3和一个续流二极管VD4既可以构成一个输出回路，也可以选用回复时间比较快的VD3、VD4。为了实现降低文波电压的效果，应该选择大容量的滤波电容。双管正激式DC/DC变换器的工作特点有以下几点：

1）VD1、VD2应该选择快恢复管，使它们在其实际设计和调试中只许很短的时间就可以恢复，满足两个开关在任何工作状态下可以承受的电压都不会超过UIN和Ud的条件;

2）双管正激式DC/DC变换器不需要复位电路，与单端正激式DC/DC变换器相比，其电路和变压器的设计比较简化，即使使用耐压值较低功率器件，它也会有很大的功率等级;

3）工作状态比较一致的两个开关管，会出现同时通态或断态的状况，因此，可以选择智能高频开关电源，整流电路将交流电变为脉动直流电的时候，会含有大量的交流成分（称为纹波电压）。

想要获得平滑的直流电压，可以加接滤波电路在整流电路的后面，达到滤去交流部分的目的。缩短二极管得到时间，应该留有足够的电流裕量，可以在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容，电容CO充电的瞬时电流较大，会导致二极管损坏。

四、总结

综上所述，本文主要针对高压直流通信电源中的高频开关整流模块设计的阐述，可以发现利用无源PFC电路，能够实现改善电路中电流畸变的目的。该系统可以准确的将进行交流变换，缺点就是成本比较高，同时对于备用电源充电时的均匀性比较弱，防雷滤波的效果也不是太好，因此，需要在这些方面进行提高。

参考文献

[1]李稳孙.高压直流供电模式的探讨[J].现代电信科技，2011，03：66-67.

电源模块篇8

1 概述

随着电力电子技术的发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求。若采用多个电源模块并联供电，如图1所示，就不但可以提供所需电流，而且还可以形成N＋m冗余结构，提高了系统的稳定性，可谓一举两得。

但是，在电源模块并联运行时，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻。这将使系统的稳定性降低，会给我们的生产和生活带来严重的后果，而且电源模块自身的寿命也会大大缩短。国外有资料表明，电子元器件在工作环境温度超过50℃时的寿命是在常温（25℃）时的1/6。因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题。

本文从均流电路的拓扑结构出发，介绍几种传统的并联均流方案，对于其他均流方案（比如按热应力自动均流法），暂不做讨论。对于文中提到的每一种均流方法，都做了详细的介绍，并结合简单电路图，讲述其工作原理及优缺点[1][2][3][4]。在文章的最后部分，对并联均流的发展做了简单的展望。

2 N＋m冗余结构的好处

采用N＋m冗余结构运行，可以提高系统稳定性。

N＋m冗余结构，是指N＋m个电源模块一起给系统供电。这里N表示正常工作时电源模块的个数，m表示冗余模块个数。m值越大，系统工作可靠性越高，但是系统成本也会相应增加。

在正常的工作情况下，由N个模块供电。当其中某个或者某些模块发生故障时，它们就退出供电，而由m个模块中的一个或全部顶替，从而保证整个系统工作的持续性及稳定性。

以某个输出电流为100A的系统为例来说明冗余结构运行的好处，这里只讨论1＋1，2＋1，3＋1三种工作方式，如图2所示。各电源模块的工作情况由Kn的闭合情况决定。

如果采用1＋1冗余结构，即采用两个输出电流为100A的电源模块并联供电。正常情况下只有一个模块工作，当它发生故障，退出工作时，另一个模块开始工作，系?仍然能正常运行。

如果采用2＋1冗余结构，即采用3个输出电流为50A的电源模块并联供电。正常情况下只有两个模块工作，当其中之一发生故障，退出工作时，另一个模块开始工作，系统仍然能正常运行。

如果采用3＋1冗余结构，即采用4个输出电流为33A的电源模块并联供电，正常情况下只有3个模块工作，当其中之一发生故障，退出工作时，另一个模块开始工作，系统仍然能正常运行。

比较上面三种工作方式，采用2＋1这种方式最好，这是因为，1＋1方式中有一半的功率被闲置，而3＋1方式中使用元器件太多，成本过高，经济性不好。

3 几种传统的并联均流方案

3．1 下垂法

下垂法全称外特性下垂法，也叫做斜率控制法。在并联电源模块系统中，各个电源模块是独立工作的。每个模块根据其外特性以及电压参数值来确定输出电流。在下垂法中，主要是利用电流反馈信号来调节各模块的输出阻抗，也就是调节Vo=f(Io)的斜率，从而调节输出电流。其工作原理图如图3所示。

Ri为任一并联模块输出电流Io的采样电阻，经电流放大产生电流反馈电压信号Vi，Vf为输出电压反馈，Vr为Vi与Vf的和，Vg为控制基准电压（5V），Ve为误差电压。当某一模块输出电流Io偏大时，电压与电流反馈合成信号Vr=Vi＋Vf增大，与Vg进行比较后，使Ve减小，Ve反馈回电源模块的控制部分，使该模块的输出电压Vo下降，则Io减小，即Vo=f(Io)外特性下调。每个模块各自调整自己的输出电流，就可以实现各模块的并联均流。

这种方法的优点是简单，不需要外加专门的均流装置，属于开环控制。缺点是调整精度不高，每个模块必须进行个别调整，如果并联的模块功率不同的话，容易出现模块间电流不平衡的现象。

3．2 主从电源法

主从电源法是将并联的多个电源模块中的一个作为主模块，其他模块跟随主模块工作。具体工作过程是：主模块的工作电流与输出反馈信号进行比较，将差值信号反馈回各电源模块（包括主模块和从模块）的控制电路，从而调节各模块的输出电流大小。

如图4所示，设模块1为主模块，其输出电流的采样电压为V1，其他模块输出电流的采样电压为Vn。当某一模块输出电流偏大时，相应的Vn增大，与V1比较，得到的Ven减小，反馈给该模块的控制电路中，减小其输出电流，从而实现均流。

主从模块法的优点是不须外加专门的控制电路。其缺点是，各个模块间需要有通信联系，连线比较复杂；其最大缺点是，一旦主模块出现故障，则整个电源系统将崩溃，所以，不能用于冗余结构中。

3．3 自动均流法和最大电流法

自动均流法也叫单线法，其工作原理是，将各电源模块都通过一个电流传感器及一个采样电阻接到一条均流母线上。

如图5所示，当输出达到均流时，输出电流I1为零。反之，则电阻R上由于有电流I1流过，在其两端产生一个电压Uab，这个电压经过放大器A输出电压Uc，它与基准电压Ur比较后的ΔU，反馈回电源模块的控制部分，从而调节输出电流，最终实现均流。

自动均流法的优点是，电路简单，容易实现。缺点是，如果有一个模块与均流总线短路，则系统就无法均流，而且单个模块限流也可能引起系统不稳定。

若将图5中的电阻用一个二极管代替，二极管正端接a，负端接b。这样，N个并联的电源模块中，只有输出电流最大的那个模块的电流才能使与它连接的二极管导通，从而均流总线电压就等于该模块的输出电压，其他模块则以均流总线上的电压为基准，来调节各自的输出电流，从而实现均流。

如果单纯以二极管来代替采样电阻，则由于二极管本身有正向压降存在，所以，主模块的均流精度会降低，而从模块不受影响。这里可以用图6所示的缓冲器来代替，从而提高均流精度。

采用这种均流方式，参与均流的N个电源模块，以输出电流最大的为基准，这个最大电流模块是随机的，这种均流方法也叫做“民主均流法”。由于最大均流单元工作于主控状态，别的单元工作于被控状态，所以，也把这种方法叫做“自动主从均流法”。

美国Unitrode公司开发的UC3907系列集成均流控制芯片就是采用这种工作方式。

UC3907芯片使多个并联在一起的电源模块分别承担总负载电流的一部分，并且所承担的负载电流大小相等。通过监测每个模块的电流，电流均衡母线确定哪个并联模块的输出电流最高，并把它定为主模块，再根据主模块的电流调节其他模块的输出电流，从而实现均流。

3.4 外部控制器法

外部控制器法就是在各并联电源模块之外，加一个专门进行并联均流控制的外部模块，如图7所示。

每个模块的输出电流采样，转化为电压信号，与给定的电压Vcc进行比较，所得差值输入到各电源模块的控制部分，这样就可以实现各模块输出电流的并联均流。

这种工作方式，需要外加专门控制器，加大了投资，而且控制器与个电源模块要进行多路连接，连

线较复杂，但是均流效果非常好，各模块输出电流基本相等。

电源模块篇9

    直流充电模块主要包括蓄电池组、绝缘监测、单元集中监控、单元直流馈电、单元充电模块、交流配电单元等共同组成。由于受到了开关器件性能的影响,因此每个开关电源模块只有几千瓦的最大输出功率,然而在实践中直流系统供电需要几百千瓦。为此,必须要选择并联多个高频开关电源模块的方式确保充电机完成大功率的输出,隔离变压器由于高频化因此具有更小的质量和体积,这样对模块化的实现非常有利。除此之外,选择软开关技术可以使开关损耗得以大幅度减少,并且使变换效率得以提升。在直流系统中绝缘监测可以对正负母线对地的绝缘情况进行时刻监视,如果正母线接地就有可能会导致出现保护的误动作,如果系统在负母线接地的时候出现一点接地的现象,就会导致断路器拒动[1]。

    1.2交直流一体化电源系统的通信电源模块

    在常规变电站中通信电源往往都是独立设置,从而将稳定可靠的电源提供给运动装置和融信设备。然而这种方式具有较高的设备投资、较大的占用空间等不足,而且其具有与站内直流系统相类似的一些功能,无法使智能变电站网络化、经济化以及简约化的要求得到满足。根据我国电网公司的最新规定,一些变电站必须要选择使用交直流一体化电源系统,不再单独配置通信电源,也就是经过DC/DC变换之后由直流系统向通信设备供电。在直流充电模块中选择冗余技术、均流技术、软开关技术、模块化小型化等高频开关电源技术在通信电源DC/DC变换器中同样适用。

    1.3交直流一体化电源系统的UPS电源模块

    在站用变压器发生供电故障之后,UPS可以将可靠的电能提供给交换机、五防闭锁机以及后台监控机等重要的负荷。在具体的运行过程中UPS存在着2路输入电源,其在正常的时候经整流、逆变将由交流输入的电能提供给负载。如果中断交流输入,那么在经过逆变后,将由直流输入的电能提供给负载。在UPS中的逆变部分和整流部分仍然对高频开关电源技术进行了应用。除此之外,UPS的非常重要的发展方向就是冗余技术和模块化[2]。

    2交直流一体化电源系统均流技术和N+1冗余技术

    UPS电源、通信电源和直流充电电源都选择了冗余供电方式并联N+1模块化,N+1冗余技术由于高频开关电源的模块化、小型化和高频化而得到了较快的发展。N+1冗余主要指的是选择N个电源模块并联供电从而使全部负荷的电能需要得到充分的满足,而要想使供电可靠性得以进一步提升,就需要再将一个电源模块并联进来,这样剩下的N个模块在其中的一个模块发生故障之后人仍然可以使供电的要求得到满足。相对于采用单台电源供电的方式而言,采用这种方式具有更高的可靠性。同时,选择热插拨方式能够在系统中随时将故障电源模块退出,这样就确保维护检修工作的方便性[3]。常用的高频并联电源模块均流技术为:以输出阻抗的大小为根据选择均流技术,采用这种方法具有较低的均流准确性,主从均流技术一般需要将一个主模块人为的确定下来,然后与其他的从模块之间开展通信。而民主均流技术并联运行的各个电源模块中并非是人为事先设定主模块,而是以哪个模块具有最大的输出电流为根据来确定,如果某模块而具有最大的输出电流那么其就属于主模块,而从模块就是剩余的模块,采用这种自动设定主模块的方法就可以确保冗余设计的实现。

电源模块篇10

关键词：一体化电源；变电站；认知；自适应

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.142

0 引言

常规的变电站站用电源分为交流电源监控、直流电源监控、电力用交流不间断电源监控、通信电源监控等，各个子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也分配不同的专业人员进行维护管理。这种设计方式会带来很多局限性例如：自动化、信息化程度不高；经济性差；安装、服务协调较难；运行维护不方便等。

由于不同厂家的电源装置存在技术上的脱节不协调，在运行调试时遇到很多问题，有时甚至影响设备的正常运行，特别是对于智能变电站和无人值班电站，影响更大。如果系统软件的需求增加、数据的增减，可能会导致一体化电源系统的与直流、交流等电源系统软件版本不匹配，设备无法正常运行。

基于此我们将按照层次化、模块化的设计方式，采用基于认知的自适应匹配的通信机制，涉及了一套智能变电站一体化电源系统。本系统将全站交流、直流、UPS、通信电源装置统一管理，实现一体化配置、一体化监控，系统结构简单，对上对下的接口丰富，将各子站用电源装置通信网络化，实时监测一体化电源系统与上位机的软件版本是否匹配，无需手动修改配置，使用时灵活方便，提高了配置维护效率。

此系统投运后，可以对整个电源系统的信息采集、状态检测、故障预警、过程控制进行统一的集中管理。从技术上保证了系统的准确及时预警、故障的及时发现和处理。一体化电源总监控装置，可以作为变电站电源系统的集中控制平台，实现对整个变电站电源系统的集中监控，由专门的一体化电源运行人员来监测和维护。

1 智能变电站一体化电源监控系统架构

一体化电源监控系统采用分层次设计，每个电源子系统可以有独立的分监控，保证了电源运行的独立性，不会因为某一部分电源故障导致整个一体化电源系统瘫痪。同时，设置一体化电源总监控装置对各子监控进行统一、集中管理，使整个一体化电源系统形成一个有机的整体。

系统采用分层分布式设计共分三层，分别为总监控、分监控层、采集模块层。具体系统架构如下图1所示。

一体化电源总监控系统为总监控，相当于数据采集装置，负责对下采集各个分监控的数据，并负责对上转发采集数据，处理上级数据处理中心的控制命令并下发到装置中。监控装置通信方式多样，与后台进行通信时支持CAN，RS-232，RS-485，网线等通信方式；并且支持多种通信规约，通信电力常用的RTU-MODBUS规约，CDT规约、IEC101规约，IEC103规约，IEC104规约，IEC61850等。

直流电源监控、交流电源监控、通信电源监控、逆变电源监控为分监控，负责对下各个智能采集模块的数据采集和控制操作，对上（总监控）数据传输和命令响应。同总监控一样可以支持多种接线方式和规约。可以根据各个变电站的实际应用灵活配置。

采集模块层主要负责变电站各个基础单元的数据采集与控制执行。采集模块的数量、有无可以通过在各个分监控装置内灵活配置。因为总监控可以适应多种通信方式和规约。所以无需重新添购装置和设备，直接将现有变电站的各种模块接入分监控即可。对于新建站，可以采用图1一体化电源监控系统架构框图种列出的各种模块。其中，采样模块主要采集各个系统的母线电压、电流等重要信息。开入模块主要采集各个系统的开关状态、馈线状态、馈线接地报警等信息。开出模块实现控制开关的实时控制和报警动作的开出等。绝缘检测装置、电池巡检模块、充电机、UPS、ATS等模块可以根据各变电站的实际需求接入相应的设备。

2 智能变电站一体化电源监控系统

2.1 分层式设计

现有的电源监控装置，多使用工控机（电脑）或者插板式（多个模块集合式）装置。这种一体化电源监控装置存在以下缺陷：

（1）造价高、成本投入大；

（2）体积大、安装配置不方便；

（3）一体化装置显示形式单一、界面不够丰富。

（4）功能比较固定，配置不够灵活。

鉴于以上情况，将一体化电源监控系统采用分体式电源监控设计。电源监控由三部分组成，包括信息管理模块、人机交互装置、电源模块。如图2所示。

电源模块负责给信息管理模块和人机交互模块供电。信息管理模块负责系统所有数据信息的采集、保存、处理、传输等工作。人机交互模块负责数据展示和与人交互等工作，与信息管理模块通过串口进行通信和数据的交互。

2.1.1 信息管理模块

通信管理模块为以高性能的32位ARM芯片为核心使用linux系统的信息综合处理平台，提供了多种接口（16路串口、2路CAN通讯口、2路USB口、2路网口、1路B码对时口等），支持多种规约。

通信管理模块应用软件采用模块化、层次化的设计方式，方便以后代码的移植以及升级维护。本软件设计可分为三层，数据采集层、通讯控制层、业务逻辑层。数据采集层主要负责完成数据的采集功能，与智能采集模块进行通信；通讯控制层是本系统的基础层，它衔接数据采集层与业务逻辑层，实现整个系统的数据管理及信息的上传下达。逻辑业务层是针对一体化监控的逻辑控制功能整合，其中包括充放电管理、开出管理、报警管理、事件管理、自动硅链控制等。

2.1.2 人机交互模块

人机交互模块采用MCGS触摸屏。该触摸屏造型小巧，结构简单，便于安装。具有耐高低温、防电磁干扰，运行稳定等特点，能够适应变电站对设备的工业级要求。

人机交互模块的软件采用图形化设计，可直观展示变电站的系统结构图、系统接线图，并且可以显示各个单元的实时开关状态，电压电流等模拟量数据和报警提示。根据需要可以产生充放电曲线，电池电压电流等数据的报表。

2.1.3 电源模块

电源模块使用AC220V/110V转DC24V开关电源作为监控电源模块给监控信息管理模块和监控人机交互模块供电。

2.2 基于认知的自适应的通信方法

智能电网是电网技术发展的必然趋势。通讯、计算机、自动化等技术在电网中得到广泛深入的应用，并与传统电力技术有机融合，极大地提升了电网的智能化水平。目前电力设备的通信机制是先人工手动配置端口信息，然后保存参数重启生效。如果下位机更换其他类型的设备需要重新修改配置，然后保存参数重启生效。这种配置修改-保存-重启的机制对操作人员的技术要求高，灵活性、兼容性差。

基于上述问题我们将认知的自适应的通信机制应用到一体化电源监控系统中。从通信系统的角度认知包含的基本功能：观察、学习、记忆、决策，即对获取的信息以及当前观察结果做出响应。本方法满足了用户需求的灵活可靠通信。

基于认知的自适应的通信系统，包括：智能系统和外部环境。智能系统通过接口与外部环境通信；外部环境包括下位机模块和后台。

智能系统包括观察模块、自学习模块和行为模块。观察模块与自学习模块通信，自学习模块与行为模块通信。

观察模块包括消息单元和系统内部状态单元，根据系统的内部状态从自学习模块获取信息向下位机发送消息，并将收到的消息给自学习模块。消息单元指系统与下位机通信的数据，模块之间交互的数据。系统内部状态单元包括端口未配置、配置中、配置完成和启动异常。

自学习模块包括依次连接的推理单元、信息库、学习单元和策略库。自学习模块接收观察模块的消息，通过学习和推理制定发送策略，在信息库中查找相应的发送信息。对收发的信息进行学习和推理，制定相应的配置策略。推理单元指对接收到的已知消息进行处理，推断出下位机的类型。信息库指所有系统支持的下位机的消息集合。学习单元指对消息的观察、推理。策略库包含未配置的发送策略、配置成功后的发送策略、配置策略、转发策略、分组策略。

行为模块包括自适应配置单元、数据转发单元和分组调度单元。根据学习模块的配置策略对设备进行配置，系统将接收到的测点数据根据不同类型分组向后台转发。自适应配置单元根据系统端口下接设备的不同自动匹配，无需用户手动修改配置文件。数据转发单元用于将测点数据对后台转发。分组调度单元根据数据类型的不同、测点数据的个数分类型分组的发送。

本方法具有自动识别下位机，方便操作，灵活性、兼容性强的优点。

3 现场应用及优势

本项目开发完成的智能变电站一体化电源系统，已通过了电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的型式试验；目前，本项目已通过有关专家的鉴定，并在全国多个省市供电公司推广应用，得到一致好评。

与我公司及行业内现有产品相比具有以下优势：

（1）整个系统的网络化、智能化、数字化水平更高；一体化设计，多套系统可共用蓄电池组，经济性更好；一体化设计，分布式实现，更注重故障隔离；

（2）一体化电源对内统一设计，对外统一通信接口，依据行业推荐标准进行模型及通信接口，兼容性更好；

（3）整个系统安装装配方便，不占用单独的屏体。布局方便，节省成本；

（4）本系统自动识别下位机，降低了维护人员的技术要求，操作方便，灵活性、兼容性强 提高了施工效率，减少了维护成本。