开关电源工作原理十篇

开关电源工作原理篇1

一、开关式稳压电源的基本工作原理

开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。

对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um -矩形脉冲最大电压值；

T -矩形脉冲周期；

T1 -矩形脉冲宽度。

从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。

二、开关式稳压电源的原理电路

1、基本电路

交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。

控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。

2．单端反激式开关电源

单端反激式开关电源的典型电路。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容C滤波后向负载输出。

单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100W，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。

3．单端正激式开关电源

单端正激式开关电源的典型电路。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。

在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50％。由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200W的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。

4．自激式开关稳压电源

自激式开关稳压电源的典型电路。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。

当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使VT1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。

自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源

5．推挽式开关电源

推挽式开关电源的典型电路。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器T次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。

这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100－500W范围内。

6．降压式开关电源

降压式开关电源的典型电路。当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输人的整流电压经VT1和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。

这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。

7．升压式开关电源

升压式开关电源的稳压电路。当开关管VT1导通时，电感L储存能量。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。

8．反转式开关电源

开关电源工作原理篇2

关键词：开关电源;原理;原理框图;电路图

电子技术教学中，我们有的教师对开关电源部分内容常常忽视，这与目前生产、生活实际是不符，本文根据自己的教学实践，对开关电源教学谈一些认识。

一、明确开关电源教学的重要性

简单的分类，直流稳压电源有串联型线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源。串联型线性直流稳压电源由整流、滤波、稳压等部分组成，稳压部分的调整部分工作在线性状态，学生易理解，掌握串联型线性直流稳压电源的工作原理和进行实际电路分析也是较为容易的。

开关电源（SwitchingMode Power Supply，SMPS）采用“交流直流交流直流”变换技术，是一种组合变流电路，包括由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成的主电路，以及控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。开关电源较直流线性稳压电源复杂，但开关电源功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%―30%，目前它已成为稳压电源的主流产品。因此我们在教学时应重视开关电源这部分内容，不要淡化它。

二、读懂开关电源原理框图

要理解开关电源工作原理，会分析开关电源电路图，那就要读懂开关电源原理框图。下图就是典型的开关直流稳压电源原理框图。

图1 开关直流稳压电源原理框图

（一） 框图组成

框图由主电路、控制电路、检测比较放大电路、辅助电源四大部份组成。

1.主电路。主电路即完成“交流直流交流直流”变换的功能电路部分，由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;冲击电流限幅部分功能：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流;输入滤波器功能：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网;输入侧整流与滤波：将电网送来的交流电直接整流滤波为较平滑的直流电;逆变：利用开关调整电路将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分;输出侧整流与滤波：根据负载需要，将高频交流电进行整流与滤波，提供稳定可靠的直流电源。

2.控制电路。一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器（开关调整电路），改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。

3.检测电路。提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

4.辅助电源。实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。

（二）开关电源的工作原理

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件（开关管），开关元件以一定时间间隔重复地接通和断开，在开关元件接通时输入侧整流滤波的直流电通过逆变器（开关管）、输出侧整流滤波电路向负载提供能量，当开关元件断开时，电路中的储能装置（有电感、电容等组成）向负载释放开关接通时所储存的能量，使负载得到连续稳定的能量。

根据开关电源输出的直流电压情况，经过取样进行检测比较放大得到反映输出电压稳定情况的误差信号，将其送入控制电路产生控制信号，控制信号经驱动电路后对逆变器的开关元件的占空比（导通时间与周期之比）进行控制，这样传到输出端的能量得到调整，即调整输出电压使其稳定。

三、读懂开关电源电路图

读开关电源电路图，不要急于弄清某一元器件的作用，要按一定顺序逐步进行。首先，找到来自电网的交流电位置（即“信号”入口，）和直流稳压电源稳定电压输出位置（“信号”出口）;其次，找到开关电源电路的主电路（“主信号”电路，正向电路），它由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;找到反馈控制电路，它由取样比较放大、时钟振荡电路、脉宽（脉频）调制电路、驱动电路等组成;最后对开关稳压电源的主电路和反馈控制电路的各组成部分进行分析，分析出各部分的功能和作用，具体到每一个元器件的功能和作用;完成以上分析后，引导学生再回头体会开关稳压电源的原理，会有更深刻的理解。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。作为电子技术的教学专业人员，有必要将开关电源这部分教学内容向学生讲清楚，讲明白。

参考文献：

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社.2009.

开关电源工作原理篇3

论文关键词：提高，电子，操作，技能

学习电子专业，主要的目的就是培养电子专业的操作技能，也就是对各种电子设备进行维护、检修，使其正常工作。现在以电视机的检修为例子，谈谈自己对提高电子专业操作技能的一些看法。

电视机是一种比较复杂的家用电子产品，对电视机的检修不仅需要理解系统的专业基础知识，以及对这些专业知识的灵活运用，还要有熟练的操作技能。可以说，电视机的维修过程是动脑与动手的密切配合，是理论与实践的高度统一。提高电视机检修技能，可以从下面几个方面着手。

一、要具备比较扎实的理论基础

掌握电视机的电路理论知识非常重要，这是进行电路故障分析的基础，没有这个基础，所有的分析、推断都不可能真正开展，而只是胡乱的猜测。对于掌握电视机的理论，首先是掌握电路的原理框图，其次是熟记电路原理图，理解其工作原理，工作过程。掌握电视机原理框图，就是熟记电视机由电源、高频头电路、小信号处理电路、音频处理电路、行场扫描电路、CPU控制电路等组成，理解各部分之间的工作关系。熟记电路原理框图，可以帮助我们从整体上把握电路的工作原理，帮助我们看懂具体的电路原理图，即使是一些比较陌生的、不好理解的局部电路，如果我们从电路原理框图的角度，了解到此电路应该属于哪一部分，那么我们在分析此电路时，就会在一个范围内进行假设、分析、推断，这就不容易出现偏差。

其次，要熟记电路原理图，这个熟记，要在理解电路工作原理、工作过程的基础上进行熟记。看电路原理图，首先要整体地看，粗略地看，结合电路原理框图来看。（一）、将原理框图中的每个框图与电路原理图中对应的电路找出来，再把每部分电路的核心元件找出来。（二）、将各部分电路由开关电源、二次电源得到的直流供电线路在电路原理图上标出来，因为所有的电子电路都离不开直流电源的供电。（三）、将信号的变化流程在电路原理图上标出来。如电视信号从天线输入到高频头，混频后变成固定中频信号输出，再送到小信号处理电路，变成R、G、B三基色信号，送到示放管放大显示图像；另外，再将声音信号送到音频功放电路等。又如，从碟机送入来的视频、音频信号，又怎样经过转换开关之后再显示图像和声音。（四）、将各种失电压、电压过高或电流过大所引起的保护的过程标出来。如行管击穿导致的短路，束电流过大，以及＋B电压升高，集成块损坏所引起的保护。（五）、将CPU接收面板按键信号或遥控信号所引起的反应流程标出来。如选台，关机，调节音量，调节亮度、色彩，静音，以及无信号则自动关机等等。看懂了上面这些内容，那么我们对电视机的工作过程已经是心中有数了。再看细的方面，比如电视机中的集成块的每个管脚的功能，工作时电压的大小，其外接电路的作用等；每部分分立元件电路原理图中各个元件的参数，作用；如电视机中的行激励、行输出电路中每个元件的作用等。这些都需要多查资料，多看书才能够掌握。但识读电路不是一个一步到位的事情，而是要不断读，反复读，这是一个认识不断深化的过程。

二、看懂电路板

看懂电路板也是进行电路检修的基础功夫，具体的电路板要比电路原理图要复杂很多，主要是元器件的摆放没有什么规律，那些铜箔线弯弯曲曲等等，但又必须要看懂电路板，否则在具体操作时就不知从何处下手。要看懂电路板，实质就是将电路原理图中的每一个元器件在电路板中对应的位置找出来。怎样识读电路板呢？首先，对电视机电路板的整体布局要了解。比如说，电源部分安排在电路板的左上角，行扫描部分安排在左下角，即大电流大电压部分的电路就靠得比较近。高频头部分电路安排在右下角，这样一方面方便外部天线的接入，另一方面也远离了大电流的电源电路和行电路，以避免比较弱的电视信号受到干扰。又如遥控器接收头安排在面板附近，这也使得处理遥控信号、面板信号的CPU安排在电路板上面且适度靠右面。小信号处理集成电路也安排在高频头附近等等。了解这些规律，有助于我们识读电路板。其次，识读电路板也要由粗到细，又整体到局部。先将每部分电路中的关键器件，容易辨认的器件找出来，以确定此部分电路的大概位置。比如开关电源部分的开关管、滤波电容、开关变压器、变压器次级整流二极管等；行扫描电路的行管、逆程电容、高压包、行激励三极管、行激励变压器；高频头、小信号处理集成块、CPU集成块等等。这些器件都很容易找出来，找出来后对应电路的位置也就大至确定了；再将每部分电路中的那些辅助元器件找出来，这不是很困难的事情，因为每部分电路的元器件还是比较集中在一起的，它们就在那些关键元器件附近。另外，它们还是有标号的，如电源部分的电阻，用R511、R512、R513表示等等。最后，将那些直流电源的供电、信号流程变化所涉及经过的关键点，元器件的管脚在电路板上找出来。查找电路板的关键，还是熟记电路原理图。

三、进行电路的实验

这一步工作，实质是验证对电路的理论分析。毕竟

实践是检验真理的唯一标准，而对电路的分析，各种的讨论或论证，在未有经过实验证明之前，我们还应该对这个判断存疑，还不能把它作为事实的真理，这才是一个严谨的科学态度。比如，为了加深对电源部分的理解，可将行支路断开，接上假负载，开机，然后测各点的电压、波形等。又如，通过断开启动电阻，反馈网络，再开机，验证开关电源是否确实无法起振等。又如用遥控器开关机的实验，以三洋机芯为例，通过分析电路原理图可以发现，遥控开机的过程是这样的：接收头接到遥控器发射的信号，CPU处理之后，从控制脚送出一个低电平，到三极管V1的b极，使此三极管截止，那么它c极上的电压保持为5V，且加到三极管V2的b极，使两个电源稳压部分的三极管导通，从而给小信号集成电路、场集成电路供电，使行场扫描电路正常工作，关机过程则恰恰相反。根据电路原理分析，如果V1的c、e极击穿损坏，则电视机无法开机，如果V2的c、e极击穿损坏，则无法关机。根据这些理论分析，就可以制造出这些故障去验证，如用导线将V1的c、e极短路，再接通电源，验证是否确实无法遥控开机。再有，从电路上进行分析，还有哪些地方出现问题，也会导致出现无法开机的现象。如遥控器、接收头、接收头与CPU之间的线路、CPU集成块等出现了问题，CPU集成块的供电、复位、晶振等出现了问题，都可能导致不能正常开关机。针对这些分析再一一做实验，并将实验结果与理论分析相对比。通过这些实验，我们就会对这部分电路有了一个直观而又深刻的认识。如果对电视机中的每部分电路都通过实验加以验证，那么我们对电视机电路就有一个完整而又深刻的认识，对理论的理解上升了一个层次。但在做电路实验时，必须严格注意电路的安全及人身的安全，因为这些电路实验涉及到断开某些元器件，或断开某部分电路，这些操作，事先要经过分析、论证是否可行，尤其是在开关电源和行扫描部分的大电压大电流的电路。如开关电源的与开关线圈并联的峰值吸收电容是不能断开的；行扫描电路中的逆重程电容也是不能断开的；行支路断开要接回假负载等等。

四、维修实践

经过前面各个环节的训练，我们已经对电视机有了

比较深刻的认识，已经给维修实践打下了扎实的基础，但必须经过维修实践这一环，才会真正理解电路理论知识，学会运用理论知识分析实际问题，解决实际问题。

在电视机的检修中，针对某一种故障现象，应该首先运用电视机的电路原理框图进行分析，以确定哪一部分电路出现了问题；再根据电路原理图进行分析，逐步缩小故障范围，直至找到故障元件。在分析故障现象时，这种由整体到局部的思路必须严格遵守。比如，有光栅、无图像、无伴音的故障；根据电路原理框图分析，有光栅，则说明电源电路、行场扫描电路肯定正常工作；而无图像，则说明高频头、中放电路、小信号处理电路、视放电路都可能不正常；而无伴音，则说明高频头、中放电路、小信号处理电路、音频功放电路都可能不正常。因为无图像、无伴音同时出现，则说明应该是高频头、中放电路、小信号处理电路等公共通道出现故障的机率较大。又如，有伴音，屏幕上只出现一条水平亮线的故障；有伴音，则说明高频头、中放电路、小信号处理电路、音频功放电路都正常；屏幕上出现一条水平亮线，则说明电源电路、行扫描电路肯定正常工作，而问题应该在场扫描电路。但现在随着总线技术的发展，开关电源保护电路的发展，这个故障部位的判断的难度加大了。比如，以前的电视机的场集成工作不正常，表现出来的故障现象是一条水平亮线，但采用总线保护技术之后，表现的故障现象则是“三无”，保护关机。凡是与CPU有数据联系的集成块出现了问题，CPU检测到其无法正常工作时，都会发出信号使开关电源保护关机，这就会真实的故障现象掩盖了起来，增加了判断的难度。这就要仔细分析，解除保护，显示出真实的故障现象，再加以判断。这必须要对整机电路的保护过程有深刻的了解。

确定故障在哪部分电路之后，再判断问题出在这部分电路的哪一级。比如，开关电源+B电压为0V，开关电源又可分为小的部分，如整流滤波电路，放大电路，正反馈电路，其他的过流过压保护电路，稳压电路；哪一部分出现了问题，都可能导致开关电源不能正常工作。这就要根据电视机中的开关电源部分的电路原理图作详细的分析，推断各种可能的故障原因，并制定相对应的简便可行的验证方案，逐一验证，直至找到故障的元件为止。总之，在寻找故障方框和故障所在的哪一部分等较大的方面时，要头脑冷静，充分发挥所学的理论知识，认真分析推敲，并通过简单的测量电压、波形等来判断；而在寻找故障元件的时候，除了头脑冷静，还要强调工作细心，动作熟练，因为这个过程可能要拆卸元件，开关机测量等，稍有疏忽，就很容易出事故。

在每次维修实践之后，还要注意写维修记录，写维修总结，要将故障现象，自已的分析判断，检修的方案，执行检修方案的结果，以及各种测量的数据，一些意外的情况都写出来。从实践中总结出一些规律性的东西，将实践与理论贯通。

五、多看电子杂志，吸收别人的维修经验

除了自已的维修实践、思考之外，在平时也要多看《电子报》、《家电维修》、《电子世界》等杂志，注意了解其他检修人员所遇到的检修案例，从中开阔眼界，扩展检修思路。这也是很重要的一个方面。因为自己个人的实践毕竟是有限的，经验也是有限的，必须要吸收别人的经验，站到别人的肩膀上。但如果没有自己的亲身实践，自已的实际经验，别人的经验也是吸收不了的，这点务必注意。

如果我们从上述的五个方面不断努力，那么就可以逐步提高我们检修电路的能力。

开关电源工作原理篇4

厂用电系统电气一次线接线图如下图所示，各段母线的工作及备用电源均在主控制室进行远方集中控制。

一、事故现象：

现象1：电气运行值班人员到厂6KV配电房Ⅰ段进行#2循环泵654小车开关由检修转运行的倒闸操作任务。按照操作票要求操作人员用接地刀闸操作手把将654小车开关柜的接地刀闸拉开后，随手将操作手把放置在处于检修位置的654小车开关的动触头出线座上，装上小车开关的操作、合闸保险，将小车开关往工作位置推，在推的过程中感到费劲推不进，但仅认为机构卡涩，遂继续往开关柜里面推，直至硬将开关推进开关柜内，造成654小车开关的两相动触头因地刀操作手把相间短路而开关爆炸，厂用6KVⅠ段母线短路失电以致#1机组停运。

现象2：电气运行人员到厂6KV配电房进行厂6KVⅢ段母线备用电源（692、6441开关）回路的停电工作。当把692小车开关由工作位置拉至检修位置后，在厂6KVⅢ段备用电源6441尚未停电拉出开关柜的情况下擅自先行合上692的接地刀闸，造成692小车开关柜内出现拉弧、短路，厂6KVⅢ段工作电源回路（697开关）保护动作跳闸，运行着的厂6KVⅢ段母线失电，主控室人员看到厂6KVⅢ段工作电源保护动作现象，在未认真确认原因的情况下，随即强送厂6KVⅢ段工作电源，但强送电未成功，造成#3机组解列。

现象3：电气值班人员在主控室进行检修后的厂6KVⅢ段母线由备用电源（692、6441开关）送电操作。先在厂6KV配电房将6441手车推入工作位置，主控室合692开关时出现692开关合不上，随即到厂6KV配电房检查692小车开关的电气及机械部分，检查中发现692开关柜后盖下侧（电缆室）柜门未回装，就到主控室拿来接地刀闸操作手把，准备合上6921接地刀闸回装后盖，由于注意力不集中又未在692开关柜内验电，在厂6KVⅢ段母线备用电源联络开关6441处工作位置的情况下，合上6921接地刀闸，造成#0厂备用电源6421回路保护动作跳闸，厂6KV备用段母线失电，所幸未发生人员伤害和机组停运事件（当时#3机组停运）。

二、事故原因分析：

上述各事故现象直接原因均为运行操作人员安全意识、技术素质差，无视倒闸操作的相关规定误操作引起的，间接方面也曝露出分场及班组在安全管理、设备管理、运行管理等方面的诸多漏洞。

1、安全管理方面，发生误操作的过程中操作人员存在着一系列违反《电力安全工作规程》的行为，多次出现习惯性违章，但均未引起注意和整改，以致造成事故。

1.1 操作人和监护人在各操作过程中，均存在着思想不集中现象，未执行唱票复诵制和一人操作一人监护制，盲目操作，整个操作过程失去了操作票对各项电气操作的约束。

1.2在合接地刀闸时未按照规程规定进行验电，未检查、核对应合的开关接地刀是否具备合地刀的条件——开关已断开，刀闸已拉开，确与带电部分隔离等，仅凭个人想象和经验去合接地刀闸。

1.3执行操作任务随意、盲目。事故1操作后用具乱放，在开关往工作位置推不进的情况下，不检查、不考虑原因和后果；事故2、3忽略了厂6KVⅢ母线备用联络电源回路（690、6441）为双侧电源，合692接地刀时必须在开关柜内上下侧静触头座内分别验电，从而造成将692地刀合至带电的母线上造成母线接地。

开关电源工作原理篇5

西安交通大学王兆安和王进军教授主编的，由机械工业出版社出版的电力电子技术（第5版）第八章8.3.4节中的零转换PWM电路为软开关技术中的教学难点[3]，教材中仅仅对其工作原理做了简单阐述，但是相对于其复杂的工作电路和工作波形，课堂上不但教师难以用最简单的讲解使学生明白，而且学生几乎没有什么兴趣去学习，更谈不上很好地掌握并与实际相结合。笔者经过多年的课堂教学，以教材为主，结合参考书和相关的文献资料，对教材上这部分知识进行了适当的改造，在课堂上将其工作原理的文字部分通过图解或者表格的形式展现在学生面前，让学生理解其基本工作原理，然后将计算机仿真软件引入到课堂教学中，通过课堂理论知识的具体应用，激发学生的学习兴趣，从而突破教学难点。下面将完全的课堂教学演算呈现出来。

1.1升压型零电压转换PWM电路的工作原理教材193页8.3.4节中对零电压转换PWM电路常用的软开关电路—升压型零电压转换PWM电路的工作原理做了简单的叙述，相对于其实际的电路的复杂性，简单的几句话不足以使学生理解并掌握其工作原理。现在笔者将升压型零电压转换PWM电路分为两个教学过程，第一个是工作原理的详细介绍；第二个是课堂知识的具体应用。零电压转换PWM电路如图1所示[3]，相对于传统的升压型变换电路—Boost变换电路[4]（在教材第五章直流-直流变流电路的第123页有详细介绍），升压型零电压转换电路在Boost变换电路的基础上增加了一个辅助网络，该网络由辅助开关QZVT、谐振电感Lr、谐振电容Cr及二极管D2和D3组成。电路工作时，辅助开关QZVT先于主开关QMAIN开通，使ZVT谐振网络工作，电容Cr上电压(即主开关QMAIN两端电压)下降到零，创造主开QMAIN零电压开通条件。下面结合其工作波形图详细介绍其工作原理。

设输入电感足够大，可以用恒流源IIN代替，而输出滤波电容足够大，输出端可用恒压源V0代替。设T<T0时，QMAIN和QZVT均关断，D1导通，一个工作周期可分为七个工作模式[3]，其中每个工作模式可以等效一个电路。图2为BoostZVT-PWM变换器工作波形图。下面是一个周期内Boost型ZVT-PWM变换器各个阶段的运行模式分析，一周期内7个运行模式的等效电路如图3所示。

（1）T0～T1Lr电流线形上升阶段。t=T0，辅助开关Tr1开通，谐振电感电流iLr线形上升，t=T1时达Is，二极管D的电流ID则由Is线形下降，t=T1时降到零电流下关断，等效电路如图3（a）所示。

（2）T1～T2谐振阶段。LrCr谐振，电流iLr谐振上升，而电压Vds由V0谐振下降。T=T2时，Vds=0，Tr的反并联二极管导通。等效电路如图3（b）所示。

（3）T2～T3主开关Tr开通。由于Tr的体二极管已导通，创造了ZVS条件，因此应当利用这个机会，在t=T3时给Tr加驱动信号，使Tr在零电压下导通，等效电路如图3（c）所示。

（4）T3～T4iLr线形下降阶段。t=T3，Tr1关断，由于D1导通，Tr1的电压被钳在V0值，Lr的储能释放给负载，其电流线形下降，等效电路图如图3（d）所示。

（5）T4～T5ids恒流阶段。t=T4，D1关断，这时Boost型ZVT-PWM变换器如同普通Boost型变换器的开关管导通的情况一样，等效电路如图3(e)所示。

（6）T5～T6Cr线形充电阶段。t=T5，Tr关断，恒流源Is对Cr线形充电，直至t=T6时，Vcr=Vo。等效电路图如3（f）所示。

型变换器开关管关断的情况一样，处于续流状态，直到t=T0，下一周期开始，等效电路图如图3(g)所示。刚才图3所示的七个工作原理可以用七个运行从上面的分析可以看出，经过教师的巧妙处理，将教材193页上复杂的升压型零电压转换PWM电路的工作原理通过图解结合文字解说的方式，进行详细的阐述，经过这样的处理，学生都能掌握和理解。接下来笔者将所学课堂理论知识与实际应用相结合，达到加深学生印象和突破难点的效果。

1.2课堂理论知识的具体应用上面对升压型零电压转换PWM电路的工作原理进行了阐述，学生对其工作原理有了一定的理解，但是他们可能疑惑，学了这个知识难点，到底它具体应用在哪些地方呢？逆变电路在教材第五章123页对升压变换电路的作用一个是电压抬升，另外一个是是功率因数校正，这两个知识点我们已经掌握，那针对这次学的升压型零电压转换PWM电路，跟普通升压型电路作用没什么差别。于是笔者就将升压型零电路应用于功率因数校正电路中，一个是验证软开关理论，另一个就是验证其功率因数校正功能。图4所示为升压型零电压转换PWM电路在功率因数校正电路中的具体应用，其整个系统的工作原理首先是市电220V交流输入，通过不控整流变成直流电，但是由于采用二极管整流以及大电感电容滤波，因此系统功率因数比较低，而且含有大量的高次谐波。关于功率谐波的危害在本教材69页第三章整流电路中的3.5.1节中有详细的阐述[6]，在这里不做具体叙述。由此可见，在不控整流电路中引入升压型零电压转换PWM电路的主要目的就是提高系统的功率因数，另外一方面，由于引入了新的电路，因此系统的效率会降低，由此需要采用软开关技术来提升系统效率，这也是本节的软开关技术应用的一个具体体现。根据电路理论和模拟电子技术的知识可以算出系统的元器件参数：输入电压Vin为单相220V，升压电感L为470μH，谐振电感Lr为8.3μH，谐振电感Cr为958pF，输出滤波电容Co为2200μF，开关频率f为100kHz。然后在仿真软件Pspice中搭建仿真模型并进行仿真。图中显示了主开关管Tr是在辅助开关管Tr1关断后才开通的，而且辅助开关管导通时间很短，显著地减少了开关管Tr的损耗。图7为主开关管Tr驱动波形Vgs，漏源电流波形Ids以及漏源电压Vds的仿真波形图。图中我们可以看到主开关管在开通前先有电流反向流过其体内二极管，使漏极电压箝位到零，再加驱动脉冲从而实现零电压开通。当驱动脉冲变为零时，由于主开关管Tr漏源极两端并联着谐振电容，使得主开关管Tr漏源两端的电压缓慢上升，从而实现零电压关断，在这里笔者要特别强调这就是这节课学习难点的软开关的工作原理。图8为输入交流电压和电流波形图，从图中我们清楚地看到输入电流很好跟随交流输入电压，实现了功率因数校正的目的。因此通过零转换PWM电路的课堂教学示范，可以得出以下结论：

1）学生可掌握升压型零电压转换PWM电路的基本工作原理；

2）学生复习了功率因数校正的概念；

3）学生通过课堂所学理论知识的应用将前面所学章节和本节课知识联系起来，达到了融会贯通的效果。

4）最重要的是激发了学生的学习兴趣，帮助他们更加容易地掌握课堂教学难点。

2结论

开关电源工作原理篇6

关键词： 彩色电视机 电源电路 维修

电源电路是彩色电视机的能源供给中心，因为工作在大电流、高电压状态，所以故障率较高。若电源电路出现故障，则整机将失去正常工作的基本条件，许多检测项目都无法进行，维修工作也难以开展。因此，电源电路的故障检修是整机维修的关键。

一、电源电路的组成及各组成单元的作用

电视机电源有串联稳压电源和开关稳压电源两种，串联稳压电源由于电路简单而广泛应用到小屏幕的黑白电视机中。开关稳压电源由于工作效率高、稳压性能好、调整范围宽、保护电路全等优点而被彩色电视机广泛应用。

开关电源的主要作用是把220V的交流电转变为行输出电路所需的110V直流电压、遥控系统所需的+5V的直流电压和其他系统的工作电源（如伴音系统、场输出系统、小信号处理系统等），但其他系统的工作电源也可由行输出变压器脉冲整流电源提供。

1.电源电路的组成

开关稳压电源主要由抗干扰电路、整流滤波电路、振荡电路、稳压控制电路、保护电路、待机控制电路等组成，振荡电路由开关变压器、开关调整管、启动电路、正反馈电路等单元构成。取样电路、基准电压、比较放大、控制电路构成了稳压控制电路，如图1所示。

2.电源电路的组成及各组成单元的作用

各组成单元的作用见表1。

二、电源电路分析

220V的交流电经抗干扰电路隔离内外电路的相互干扰，通过整流滤波电路变为300V左右的直流电压，由启动电路和开关变压器的初级绕组加至开关调整管的基极和集电极，在正反馈回路的作用下，把整流滤波后的直流电压变换为高频脉冲电压，根据开关变压器的能量转换和电压变换的作用，在次极获得大小不同的脉冲电压，经整流滤波后向负载供电。变压器次极电压主要取决于开关调整管的导通时间，开关管导通时间越长，变压器储存的磁场能越多，次极输出电压就越高，所以改变开关管的导通时间可以改变输出电压。

开关电源的取样电路取出输出电压与基准电压进行比较、放大后，送至控制电路，控制开关调整管的导通时间，从而保持输出电压的稳定。

以下为开关稳压电源电路实例分析。

1.电路图的识读

以图2开关稳压电源电路为例，主要由抗干扰电路、整流滤波电路、自激振荡电路、稳压控制电路、保护与待机控制电路等部分组成，组成元器件及作用见表2。

2.电路分析

该电源是彩色电视机中应用比较广泛的一种自激式调频调宽开关电源，并采用光电耦合器作稳压取样和开关机的控制，工作稳定，安全可靠。它除了显像管工作所需高压由行输出变压器提供外，其余电源全部由开关电源提供。

（1）整流滤波电路

市电220V经过保险管F501进入由C501、502和L501组成的低通滤波电路，由VD503～VD506组成的桥式整流电路后，再经过L502、C507组成的滤波电路得到约300V的直流电压，C503～C506为防浪涌电容。

（2）开关电源自激振荡过程

整流滤波电路输出的300V直流电压一路经过启动电阻R520、R507和R509加到开关管V513的基极，另一路通过电源变压器初级绕组③、⑦脚向开关管V513集电极供电。当V513的基极有电流注入后，V513由截至变为导通，通过三极管的集电极电流加大，开关变压器的③端自感电动势为正，同时正反馈绕组①②的①端产生的互感电动势也为正，该电压通过正反馈网络R511、C514（VD506）和R524加到开关管V513的基极，形成正反馈。通过正反馈使开关管V513迅速由截至转向饱和，变压器初级绕组③至⑦储存能量。开关管饱和导通后，其基极电压的升高已不能控制集电极电流的增大。与此同时，T501①脚的正电压经过R511、R506对电容C514、C509充电。C514的充电电压为下正上负，C515的电压为上正下负。C514下正上负的电压使开关管的基极电压下降，而C515上正下负的电压使脉宽调整管V512的导通加剧，对开关管的基极分流加大。随着充电时间的延长，当开关管的基极电流降低到一定值时，开关管退出饱和，并通过正反馈迅速转向截至。这样周而复始，形成自激振荡，注意对于自动稳压过程主要是相关电路控制V512的导通状况实现的。当电源开关管由饱和转为截至时，开关变压器将储存的能量经变压器次级绕组所接的整流、滤波电路整流、滤波后，向负载供电。

（3）稳压电路

开关电源输出电压的高低是通过改变开关导通时间的长短实现的。导通时间越长，变压器初级储存能量越多，输出电压越高。该电源的稳压电路由误差信号取样电路（R552、RP551、R553、VD561和V553）和脉宽调制电路（N501和V512）组成，其中N501为光电耦合器，既可以传送信号，又可以将两部分隔离。

现在以输出电压升高为例，说明自动稳压过程。由于某种愿因，使开关电源110V输出电压上升时，取样电路使V553的基极电压也升高，由于V553的发射极接稳压管VD561而电压不变，V553发射结压降增加，基极电压增加，根据三极管的特性，集电极的电流将成倍增加，流过光电耦合器的电流增加，发光二极管的发光强度增加，光敏三极管的电流增加，该电流经V510放大后加到脉冲调宽管V512的基极，使V512导通电流上升，发挥对开关管V510基极电流的分流作用，使开关管V510提前退出饱和，输出电压下降，从而取得稳压的效果。

（4）过压保护作用

过压保护电路由VD512、VD516和R517组成，当某种原因使正反馈绕组①端产生的感应电动势超过一定值时，VD515呈击穿状态，切断正反馈网络，使振荡电路停振，没有电压输出，起到过压保护的作用。

（5）多路输出电压

该开关电源共有6路电压输出，除视放电压和显像管所需高压外的所有电压均有开关电源提供。

（6）遥控开关机电路

该电路由V552和相关元件组成。当V552导通时，V556、V554均处于导通工作状态，输出相应的电源电压；当V552截至时，V556、V554均处于截止状态，对应的电压均无输出，行振荡和小信号处理电路都处于非工作状态，电视机处于待机状态。而V552的导通与否决定于CPU输出的控制信号，该信号通过V703控制V552的导通与否。

三、电源电路故障现象

彩色电视机开关稳压电源引起的故障现象如下：

1.三无

三无是指无光栅、无图像和无伴音。

2.输出电压偏高或偏低

电压偏高时，开机后光栅偏亮，甚至开机一段时间后光栅突然消失；电压偏低时光栅缩小。

3.遥控开关机失灵

使用遥控器不能对电视进行开关机控制（电源部分有故障）。

四、电源电路故障检修方法

1.开关电源的检修要点

不同类型的开关电源电路，可能由于工作方式的不同而在电路上出现较大的差异，但就其基本结构和工作原理都存在相似之处，开关电源的工作过程及检修要点如表3所示。

2.开关电源常见故障的检修

（1）三无

“三无”故障现象一般由开关电源、行扫描电路、待机控制电路引起。首先测开关电源输出电压，若为零，表明故障在电源电路，主要是电源电路有开路现象或开关调整管未自激振荡。测量滤波电容两端+300V电压有无是判断开路性故障的关键点；检查启动电路、正反馈电路、开关调整管、稳压控制电路是否正常，是判断开关调整管是否自激振荡的关键点。一般情况下，开关调整管的V=0V时为启动电路故障，V=0.7V时为正反馈电路或稳压控制电路故障，正常时V为负压。

根据以上故障分析，开关稳压电源的一般检修程序如图3所示。

（2）输出电压偏低（或偏高）

开关电源输出电压偏低，说明开关电源振荡电路工作基本正常，故障原因可能是电源的稳压电路出现问题或负载过重，首先用接假负载的方法确定故障在电源部分，然后再检查电源部分稳压电路故障。若电压偏高，可以直接检查电源的稳压电路故障。

由开关电源的组成和工作原理可知，稳压电路主要有以V553为核心的误差信号取样放大电路、信号耦合电路N501和以V510、V512为核心的脉宽调制电路三大部分组成。下面以信号耦合电路光电耦合器N501为切入点，分析开关电源输出电压偏高或偏低的故障。

输出电压偏低的检修程序，如图4所示。输出电压偏高的检修程序与上述结果正好相反。

（3）遥控开关机失灵（二次不开机）的故障分析与检测

遥控开关机电路如图5所示。遥控开关机失灵，有可能是电源电路的故障，也有可能是CPU控制电路出现问题，区分两者之间的方法是先检测B1电压是否为5V，如该电压失落，CPU不会工作。在保证B1电压正常时（电源指示灯亮），按遥控器的开关键，若V552基极电压有跳变，说明CPU正常工作，问题出在电源部分，否则为CPU故障。

当N701为低电平时，V703截至，V552饱和导通。当V552导通时，V554、V556导通，+19V、+9V、B1才能输出电压，行振荡和小信号处理系统才能正常工作，电视机处于工作状态，否则电路处于待机状态。

若电路出现遥控开关机失灵，则故障检修程序如图6所示。

该电源的CPU供电并非用辅助电源供电。在有些机型中CPU用辅助电源供电，遥控开关机则是CPU通过光电耦合器控制，通过开关电源停振以实现开关机，两种方法区别较大。

五、电源电路检修注意事项

1.特别注意人身、仪器和彩色电视机的安全

彩色电视机中的电源电路省去电源变压器，电网输出的220V交流电压直接与整流电路连接，这就导致地板带电的可能性。如果电网的火线恰好与电视机的地线相连，当维修者触摸底盘时，可能发生触电事故。如果使用万用表、示波器或其他仪器进行检测，则有可能损坏仪器。为此，在检修电视机时必须使用1：1隔离变压器，目的在于整机与电网火线的隔离。另外，工作台上还要垫上绝缘皮垫；使用万用表测量时，尽量单手作业。

2.避免扩大故障

如果电视机的保险管已熔断，在未查明原因的情况下，不可急于换上保险管通电，更不允许用比原来规格大的保险管或铜丝代替，以免尚未损坏的元件被损坏。但是有的故障不通电很难发现或作进一步的监测，此时可用规格型号完全相同的保险管换上再试一下，但要把握好时机，密切注意有无异常。

3.注意使用假负载

当电视机开关电源输出电压较低时，可能是电源故障可能是行输出级故障。判断故障是否在行输出级时决不能断开行输出级来检测空载电源，这样极易使开关管击穿。这时可以用假负载代替行输出级以判断故障部位。比较常用的方法是：接上假负载（220V、60W的白炽灯），并采用低压供电安全方式（即将供电电源采用自耦变压器降至70左右），接上假负载后接通电源，若白炽灯较亮，说明电源部分工作基本正常，可作进一步的测量；若开机后白炽灯灯丝不发光或亮度很低，则说明开关电源出现故障。

4.注意检修细节

在检测电源电路，特别是振荡电路不起振时，经常用万用表测量启动电阻的阻值。在测量以前，注意要对滤波电容放电，否则极易损坏万用表。

六、结语

彩电开关电源是电视机中故障率较高的部位之一，电源部分出现故障将直接影响电视机的光栅、图像和伴音，因此电源部分的检修至关重要。电源发生故障时，检修需从整流滤波电路、开关电源自激振荡电路（开关变压器、开关调整管、启动电路、正反馈电路）、稳压控制电路（取样电路、基准电压、比较放大、控制电路、）过压保护电路、次级多路输出电压电路、遥控开关机电路六个方面进行。在检修过程中必须注意人身安全、仪器和彩色电视机的安全，避免扩大故障范围，注意使用假负载并采用低压供电安全方式，注意检修细节等问题。

参考文献：

[1]韩广兴.新型彩色电视机原理与检修.北京：电子工业出版社，2005.

[2]河南省职业技术教育教学研究室.彩色电视机原理与检修.北京：电子工业出版社，2013.

[3]孙立群，主编.彩色电视机开关电源维修技术.北京：高等教育出版社，2004.

[4]王奎英.彩色电视机原理与检修实训.北京：人民邮电出版社，2008.

开关电源工作原理篇7

【关键词】双电源；切换；故障；解决措施

中图分类号：TG434.1 文献标识码：A

一、前言

随着电力的广泛应用，为了确保电力供应的稳定和工作人员的安全，在许多的企业生产中都运用了双电源技术，为了保证双电源技术的稳定，因此我们需要对其进行分析、探讨，进而提高技术水平。

二、双电源的工作原理

1.电路的特点

本电路利用可逆接触器的结构特点，与控制电路构成机械与电气的双重互锁，除了具有常规的失压、欠压、来电、过流和短路保护外，还具有缺相保护、逆送电保护和故障保护，本电路结构简单，设计注重安全性，操作方便，抗谐波干扰，不会因误操作而导致电源切换事故。

2.电路的组成

本电路的原理如下，如图所示，图l为主电路，图2、图3为控制电路。

在图1中，ACl为工作电源，AC2为应急电源，CBl为工作电源的进线断路器，CB2为应急电源的进线断路器，C为可逆交流接触器，它由工作电源的进线接触器C11和应急电源的进线接触器C 21组成，接触器CII、C2l之间存在机械联锁，C12为工作电源控制回路的电磁继电器，C22为应急电源控制回路的中闻继电器，常闭触头C12和C22构成电气互锁。可逆交流接触器c，通过机械联锁机构互锁，它与控制电路中的中电磁继电器C12、C22构成机械与电气双重互锁。

3.工作原理

平时由工作电源ACl对外供电，断路器CBl和可逆交流接触器c中的C1l接通，断路器CB2和可逆交流接触嚣C中的C2I断开。其工作原理如下：

当工作电源ACl来电时，合上断路器CBl，控制回路的中间继电器C1 2线圈得电，其常开触头C12吸合，常闭触头C12断开，当按下启动按钮STARTl时，接触器Cll线圈得电，接触器Cll主触头吸合，工作电源ACl对外供电。同时，自锁触头ClI也吸合，当松开启动按钮STARTl时，接触器cll线圈仍然保持通电状态，从而使工作电源ACl对外连续供电。

在工作电源ACl出现故障或要进行检修时，改为应急电源AC2对外供电，断路器CBl和接触器Cl 1主触头断开，应急电源AC2来电，断路器CB2闭合，按下启动按钮START2，接触器C21主触头闭合，应急电源AC2对外供电。

三、信号电源的组成与故障分析

1.信号电源的组成

本工程的信号电源是由设在车站信号楼附近的信号箱变及设在信号楼的信号防雷箱等设备组成的供电单元。自闭电源经电缆接入信号电源一号防雷箱，贯通电源与站变电源经双电源切换装置后由电缆接入信号电源二号防雷箱，信号电源构成示意图如图4所示。

2.PSK-E 型双电源智能切换装置的构成图

本工程采用的PSK－E型双电源智能切换装置是综合应用先进的电力电子技术、微电子技术和信息技术实现两路独立电源智能化管理、快速转换的新产品；是当前国际领先的“柔流输电控制技术”在低压配电线路用户端的延伸应用。在设计时采用了电压过零点捕捉切换和不间断切换的切换控制策略，同时辅以触发器电气互锁电路。在保证了电源切换过程安全的前提下，装置的切换时间得到了大大的缩短。高速切换性能使得该双电源智能切换装置在切换技术上达到一个新的高度，该装置由主电路单元，切换控制单元和显示操作单元组成。

3.智能双电源电子快速切换系统的结构和原理

在电源正常工作时，微控制器控制晶闸管驱动电路开通一路电源，同时通过互锁电路锁定另一路电源，从而保证信号系统的单电源供电；当电源发生故障时，微控制器的12位ADC模块将经过隔离采样和交直流变换的模拟电压/电流信号转换为数字信号。微控制器通过处理这些数字信号，判断出当前电源的故障情况，然后选择合适方式进行电源切换；监控系统通过RS485总线取得电源状态数据并将这些数据显示出来。智能双电源电子快速切换系统的结构和原理如图5所示：

四、原因分析

针对两站双电源智能切换装置的上述现象，原因大致有几种情况：

1.残余电压，双电源智能切换装置核心元件是绝缘栅双极晶体管IGBT，这种结构使IGBT既有MOSFET可以获得较大直流电流的优点，又具有双极型晶体管较大电流处理能力、高阻塞电压的优点。在实验过程中，由于在晶闸管无触点开关的关断条件中，晶闸管无触点开关必须承受负压才能关断。由于双电源智能切换装置采用电压过零点检测切换技术，其原理为：在检测切换控制器检测到需要切换电源时，程序首先封锁可控硅的触发脉冲并检测输入电压的过零点，由于可控硅的续流性，可控硅此时并未关断，必须在交流电压在自然过零点时反向强迫关断时会存在残余电压，导致两路电源短路跳闸。

2.相位差过大，如果检测切换控制系统中的两路晶闸管同时导

通且两路供电电源有相位差和电压差，由此而造成的电源短路，会给供电安全带来灾难性后果。在一般情况下，两路供电电源的电压幅值和相位总是有差异的，即两路电源之间总存在电压差，这个电压差会引起电源的相间短路，所以两路电源不能同时供电。但是当两路电源的相位和幅值相差足够小时，装置足以承受电源并供所引起的瞬时短路电流，两路电源形成互为负载的供电状态，并且由于该过程的时间在半个周波以内，其并不能对电网造成有效的冲击。现场的贯通电源和站变电源来自不同发电厂，施工人员仅用相序表测量了两路电源相序正确就接线了，现场实测相位差为最大170V，双电源智能切换装置采用的是电压切换过程中切换延迟时间和高速并联切换，检测切换系统中复合无触点开关的开通条件中，两路电源相位差或电压差较大的时候，在一路无触点开关的开通时时刻，另一路无触点开关必须处于关断状态。所以，切换系统在切换过程中，在正常情况下从给出一路开关的关断信号到给出另一路电源的开通信号之间必须有一个延迟时间，以保证两路电源之间不会发生短路。试验证明，并联切换时相位差越小，切换时出现短路的可能性越低，所以在接线时应在核对相序后，测量相位差，选相位差较小的接入。

3.接地不规范，电子元件可能因接地不正确而受到干扰，电子设备运行中可能受到电源传输耦合、传输线干扰、地电流干扰带来的电磁干扰的影响，接地阻抗越小，干扰对信号的影响也就越小。工地现场车站的接地和接零是很混乱的，施工时如未按要求对零线重复接地，就可能影响切换装置检测及通信功能的正常运行。如某路电源出现接地故障，会抬高地电位，造成残留电压升高，既影响可控硅的使用寿命，又降低双电源切换装置高速切换的可靠性。

4.过负荷，由于桂集站在本次工程改造后即封闭，信号负荷大约为原负荷的60%，设计给出的开关额定值为50A。由于信号改造工程滞后电力工程，施工过渡期间在贯通电源上增加了取暖设备，自闭电源停电后造成贯通电源过载，引起跳闸。

解决措施

分析清楚事故原因以后，针对双电源切换装置和变频器分别采取了如下防范措施，效果良好。

1、消除接地隐患。更换发生不直接接地故障的#1炉渣仓双向皮带机电机电缆。

2、优化运行方式。针对双电源切换装置“自投自复”、“自投不自复”、“互为备用，3种运行方式，选用“自投不自复’’方式，即两路电源正常情况下常用电源工作，若常用电源故障则自动转换到备用电源，备用电源故障则跳闸报警，即使常用电源恢复正常，开关不自动返回。

3、加装隔离变压器。选择满足电机容量的三相隔离变压器，加装在变频器电源输入侧，当发生电缆不直接接地故障变频器输入侧相电压升高时，变压器直接将其过滤隔离，避免对其上级电源回路的影响。

4、规范变频器管理。对全公司的变频器使用情况进行检查归类，对不直接接地系统的变频器的输入回路增加相应容量的隔离变压器。

5、“举一反三”排查。对全公司电控设备进行排查，重点对保护、逻辑、接线、电缆绝缘等检查，消除同类设备存在的潜在隐患。

结语

现代企业设备的自动化程度越来越高，使用的设备类型越来越多，保护范围越来越广，双电源的存在为其提供了更加持久的工作能力，通过对双电源的技术分析和故障分析，我们对于双电源技术有了深入的认知，并且提高了我们相关的技术水平，有助于创造更多的经济价值。

参考文献

[1]康纪良，吴玉娟 双电源切换故障的分析与解决 [J] 《电工技术》 -2010年12期-

[2]王金成 电力双电源智能切换装置故障解决方案的探讨 [J] 《科技与企业》 -2013年12期-

开关电源工作原理篇8

【关键词】备自投；拒动；合后位置；故障分析

【Abstract】On a110kV substation 110kV auto-switching malfunction accident， the accident of power network operation mode， the device of entry and open volume change， which we can analyze that the blemish exists on the associated circuit breaker closed position relay， combined with auto-switching operation principle. The blemish causes device hidden safety problems， and then we put forward the improvement measures.

【Key words】Spare Power Auto-switching；Malfunction；Closed position；Fault analysis

0 引言

备用电源自动投切装置（简称备自投）是指当工作电源因故障或失电被断开后，能自动而且迅速的将备用电源投入工作或将客户切换到备用电源，从而使客户端不停电的一种装置。可以达到正确隔离故障、减少故障范围、保障运行设备正常供电的目的。

备自投工作方式主要有明备用和暗备用两种方式，其中，明备用是指装设有专门的备用电源或设备。暗备用是指不装设专门的备用电源或设备，而是工作电源或设备之间的互为备用。根据系统一次接线方案不同，备自投又可分为进线备自投、桥开关分段备自投和低压母线分段备自投等功能模式。

备自投装置使环形电网可以开环运行，变压器可解列运行，从而简化继电保护二次接线，减小短路电流。由于它的实现原理简单、费用较低，可以适应不同接线的多种运行方式，在电网中得到了广泛的应用。

1 备自投装置基本要求

备自投装置正常工作时可以起到隔离故障、减小故障范围、保障设备持续供电，但若备自投发生拒动或者误动，也可能造成电网故障范围扩大，影响电网安全稳定运行，因此，备自投装置应有如下五方面的要求：

（1）保证在工作电源或设备确实断开后，才投入备用电源或设备。

假如工作电源发生故障，当其断路器尚未断开就投入备用电源，势必造成将备用电源投入到故障元件上，扩大事故，加重故障设备的损坏程度。

（2）不论因任何原因工作电源或设备上的电压消失，备自投装置均应动作。为实现这一要求，备自投应设有独立的低电压启动部分。

（3）备自投装置应保证只动作一次。

当工作母线发生永久性故障或引出线上发生未被其断路器断开的永久性故障时，备用电源第一次投入后，由于故障仍然存在，继电保护装置动作将备用电源断开。以后，不允许再次投入备用电源，即备自投放电，闭锁备自投。

（4）备用电源不满足有压条件时，备自投不应动作。

电力系统故障有可能使工作母线、备用母线同时失电，此时备自投不应动作，以免负荷由于备自投动作而转移。特别是当一个备用电源对多段工作母线备用的情况，如此时备自投动作造成所有工作母线上的负荷转移到备用电源上，易引起备用电源过负荷。

（5）人工切除工作电源时，备自投不应动作。

备自投引入各工作断路器的合后接点，就地或远控跳断路器时，其合后接点断开，备自投放电。

2 备自投典型逻辑

装置引入了两段母线电压，用于有压无压判别。引入两段进线电压作为自投准确及动作的辅助判据。每个进线开关各引入一相电流，为了防止PT三相断线后造成备自投装置误动，也是为了更好的确认进线开关已跳开。

装置引入电源1、电源2和分段开关的位置接点（TWJ），用于系统运行方式的判别，自投准备及自投动作。

引入电源1、电源2和分段开关的合后位置信号（从开关操作回路引来KKJ）作为各种运行情况下自投的手跳闭锁。

另外还分别引入了闭锁方式1、2、3、4（1、2为进线备自投闭锁，3、4为分段备投闭锁）及自投总闭锁5。

装置输出接点有跳电源1、电源2各两付同时动作的接点。用于跳开1DL、2DL。输出合电源1、电源2各两付独立动作的接点。输出跳、合3DL的动作接点。

图1 进线备自投主接线示意图

图2 分段备自投主接线示意图

3 事故案例分析

本文以某110kV内桥接线变电站备自投拒动为例，对其拒动原因进行分析，并提出整改措施。

3.1 现场运行方式及事故经过

图3 事故变电站主接线图

事故前进线一运行，进线二热备用，桥开关3DL运行，见图3。2011年5月3日14：02分，由于线路永久性故障，进线一失电，该站110kV备自投拒动，全站失压；14：11分，调度紧急将全站负荷调进线二供电。故障时进线一带全站负荷约55MW，停电9分钟，共计损失电量0.825万kWh。

3.2 检查经过及原因分析

故障发生后，由专业技术人员对该站备自投装置及一次设备进行检查，确认二次接线紧固良好，装置外回路、开入量和一次设备无异常，但在备自投装置记录中发现桥开关3DL合后开入在故障时异常消失5秒钟，导致备自投放电、退出。之后对开关合后位置异常的相关回路和插件进行了检查，确认插件存在缺陷，并于5月12日，对备自投装置和桥开关操作装置插件进行了更换和全部检验，备自投装置运行恢复正常。

3.3 事故暴露问题

备自投装置由人工切除工作电源后，备自投不应动作，因此装置开关量引入了两进线断路器及桥断路器的合后位置信号。在对断路器进行合闸操作之后，合后位置信号存在并磁保持，该信号只在人工对断路器进行跳闸操作后返回。工作进线和桥断路器的合后信号作为备自投放电条件之一，若工作进线和桥断路器的合后信号消失则造成备自投自动放电而不会动作。该站操作插件存在隐患是此次备自投拒动的根本原因。

经调取装置记录信息发现合后位置存在自动返回记录，但是上述记录没有引起运行及检修人员注意以致引起事故发生，是导致此次事故等次要原因。

3.4 防范措施

3.4.1 故障发生后，公司立即组织召开专业分析会，针对该装置出现的问题，于5月5日-6日对在运同一厂家（某公司ISA-358F型号）10套备自投装置的程序版本、台帐记录、检验情况、各单元模拟输入量回路、装置开关输入量、记录之间是否对应、告警信息记录、压板投入情况等进行了认真细致检查，未发现异常。

3.4.2 针对本次故障，于5月8日邀请国网技术学院保护专家开展了备自投及其它自动装置研讨培训，进一步提高了继电保护人员对备自投、自动切负荷等装置的原理和运维要点的理解和掌握。

4 结束语

随着电网自动化程度的提高，备自投应用越来越广泛，备自投装置本身的可靠性对电网的安全稳定运行影响越来越大，运行和检修部门应加大对装置的日常巡视和检验力度，实现对设备运行装置的可控、在控、能控，保障电网的安全。

【参考文献】

[1]PSP数字式备用电源自投装置技术说明书[Z].国电南京自动化股份有限公司，2003，11.

[2]RCS-9000分散式保护测控装置技术说明书[Z].南京南瑞继保电气有限公司，2002，8.

[3]ISA变电站综合自动化系统说明书[Z].深圳南瑞科技有限公司，2001，12.

[4]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社.

[5]DL/T 526-2002静态备用电源自动投入装置技术条件[M].北京：中国电力出版社，2002.

[6]栗维勋，齐雅彬，吕凡.一起110kV备自投装置异常动作的分析[J].电力安全技术，2011，8（13）：28-31.

开关电源工作原理篇9

引言

轻小化是目前电源产品追求的目标。而提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积。但是，开关频率提高的瓶颈是开关器件的开关损耗。于是软开关技术就应运而生。

本文提出了一种带辅助绕组的Flyback零电压软开关实现方法。通过对该电路的工作原理分析及实验的结果，验证了该电路的可行性。

1 工作原理

图1所示的即为本文所提出的软开关电路，辅助绕组的匝数与输出绕组相同。开关管S1与S2互补导通，之间有一定的死区防止共态导通，如图2所示。电路中激磁电感Lm的取值较小，使电流iLm可以反向以达到主开关S1的ZVS软开关条件，如图2（a）及图2（b）中iLm波形所示。由于电路在轻载及满载时的工作状况有略微不同，下文将具体分析电路轻载时的工作原理，满载时的工作原理将简要说明。考虑到开关的结电容以及死区时间，电路轻载时一个周期可以分为7个阶段，其各个阶段的等效电路如图3所示。其工作原理描述如下。

1）阶段1〔t0，t1〕该阶段S1导通，Lm承受输入电压，激磁电流iLm正向线性增加，从负值变为正值。在t1时刻S1关断，iLm达到最大值，该阶段结束。

2）阶段2〔t1，t2〕S1关断后，激磁电感电流开始下降，其中一部分对S1的输出结电容充电，S1的漏源电压线性上升；同时另一部分通过变压器耦合到副边使S2的输出结电容放电，S2的漏源电压可以近似认为线性下降，t2时刻S2的漏源电压下降到零，该阶段结束。

3）阶段3〔t2，t3〕当S2的漏源电压下降到零之后，S2的寄生二极管就导通，将S2的漏源电压箝位在零电压状态，也就是为S2的零电压导通创造了条件。同时二极管D也导通。

4）阶段4〔t3，t4〕t3时刻S2的门极变为高电平，S2零电压开通。激磁电感Lm承受反向电压nVo（n为变压器原副边匝数比），Lm上电流线性下降，t4时刻下降到零，通过开关管S2及二极管D的电流也同时下降到零，该阶段结束。

5）阶段5〔t4，t5〕通过二极管D的电流下降到零以后，二极管D自然关断。而S2继续导通，Lm上承受电压nVo，流过Lm的电流从零开始反向线性增加。t5时刻S2关断，该阶段结束。

6）阶段6〔t5，t6〕此时激磁电感Lm上的电流方向为负，此电流一部分使S1的输出结电容放电，使S1的漏源电压可以近似认为线性下降；同时另一部分通过变压器耦合到副边对S2的输出结电容充电，使S2的漏源电压线性上升。t6时刻S1的漏源电压下降到零，该阶段结束。

7）阶段7〔t6，t7〕当S1的漏源电压下降到零之后，S1的寄生二极管导通，将S1的漏源电压箝在零电压状态，也就为S1的零电压导通创造了条件。t7时刻接着S1在零电压条件下导通，进入下一个周期。可以看到，两个开关S1和S2都实现了软开关。

以上分析的是电路轻载时的工作原理，电路满载时的工作原理与轻载时略有差别，即不存在二极管D电流下降到零自然关断的环节，二极管D的电流在开关管S2关断以后才逐步下降到零，如图2（b）所示。

2 软开关参数设计

这里软开关的参数设计主要是变压器激磁电感的设计。

激磁电感电流的峰峰值可以表示为

ΔILm=（VinDT）/Lm （1）

式中：D为占空比；

T为开关周期。

则激磁电感电流的最大值和最小值可以表示为：

ILmmax=(VinDT)/2Lm＋Io/n （2）

ILmmin=(VinDT)/2Lm－Io/n （3）

式中：Io是负载电流。

图3

从上面的原理分析中可以看到S1的软开关条件是由|ILmmin|使S1的输出结电容放电，同时通过变压器对S2的输出结电容充电来创造的；而S2的软开关条件是由|ILmmax|对S1的输出结电容充电，同时通过变压器使S2的输出结电容放电来创造的。S1及S2的软开关极限条件为储存在Lm上的能量对S1和S2的输出结电容充放电，足以令其中一结电容放电到零，而另一结电容充电到最大。

这样S1的极限条件为

S2的极限条件为

式中：C1，C2分别为S1和S2的输出结电容。

由于在实际电路中死区时间比较小，因此可以近似认为在死区时间内电感Lm上的电流保持不变，即为一个恒流源对开关管的结电容进行放电。在这种情况下的软开关条件称为宽裕条件。

S1的宽裕条件为

(C2/n2+C1)(nVo＋Vin)≤

|ILmmin|tdead1 （6）

S2的宽裕条件为

(C2/n2+C1)(nVo＋Vin)≤

|ILmmax|tdead2 （7）

式中：tdead1，tdead2分别为S1及S2开

通前的死区时间。

由于能量由电源向负载传送，即负载电流IO>0，比较式（2）与式（3）可知|ILmmax|>|ILmmin|，特别是在满载时，|ILmmax|ILmmin|。所以S2的软开关实现比S1要容易得多。因此在具体的实验设计中，关键是要设计S1的软开关条件。首先确定可以承受的最大死区时间，然后根据式(6)及式(3)推算出激磁电感量Lm。在能实现软开关的前提下，Lm不宜太小，以免造成开关管上过大的电流有效值，使开关的导通损耗过大。

3 实验结果

设计了一个48V输入、5V/5A输出的带辅助绕组的Flyback电路模型，给出了实验结果，进一步验证了上述软开关实现方法的正确性。该变换器的规格和主要参数如下：

输入电压Vin48V；

输出电压Vo5V；

输出电流Io0～5A；

工作频率f100kHz；

主开关S1，S2IRF730，IRFZ44；

激磁电感Lm70μH；

变压器原副边及辅助绕组匝数比26∶4∶4。

图4分别给出了轻载（1A）及满载（5A）时的

实验波形，从图4（g）～图4（j）可以看到开关管S1及S2在轻载和满载时都实现了软开关。

开关电源工作原理篇10

关键词：双电源切换开关；可靠；合理化配置

1 双电源切换开关原理及应用

1.1 ATS自动切换开关原理及应用

ATS自动转换开关主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。ATS为机械结构，转换时间相对比较长，为100毫秒以上，会造成负载断电。ATS主要应用：市电与发电机之间60%-70%；市电与市电之间20%-30%。以ATS最主要的应用在市电和发电机之间为例。电源柜接两路电源，一路是常用电，另一路是备用电，正常时使用市电作为主用电，油机用为备用电，当市电出现中断或波动时（达到ATS内的设置值），ATS会发启动指令给油机，油机启动，当油机工作稳定，输出电源符合ATS切换标准时，ATS会自动切换到油机电供电，当市电恢复正常，并符合切换要求时，ATS自动切换回市电供电，并在N分钟后（ATS内部设定值）向油机发出停机信号，令油机停机。

1.2 STS静态切换开关原理及应用

STS静态转换开关主要用于两路电源供电切换，为电源二选一自动切换系统。顾名思义，STS静态切换开关使用静态开关作为其切换开关，静态开关是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。其标准切换时间≤8ms，不会造成IT类负载断电。既对负载可靠供电，同时又能保证STS在不同相切换时的安全性。STS静态转换开关正常工作状态下，在主电源处于正常的电压范围内，负载一直连接于主电源。在主电源发生故障时，负载自动切换到备用电源，主电源恢复正常后，负载自动切换到主电源。

1.3 IT-SWITCH切换开关原理及应用

IT-SWITCH可看做小型的STS，工作原理与STS相同，IT-SWITCH专门设计用于方便地安装在最有效的地方，即接近关键任务负载。IT-SWITCH有两种型号：B型和E型。E型包括主机和底座，底座包含旁路切换、电源输入输出接线排、监控信号接线排及固定用的机架。B型只有主机无底座，所有的用户接线在主机上。

2 设备合理化配置

2.1 ATS合理配置

在供电系统中，为了分散风险，应配置多台ATS分别带不同的负载。同时，重要的负载分别接不同的ATS。以ATS设备在市电与发电机之间应用为例，如图1所示。

两套UPS为重要设备，应分别接在两台ATS上，这样就能保证即使 ATS1和ATS2中的任何一台发生故障时，还有一套UPS可用。同时中央空调、办公、照明等次等重要的、大功率的负载不应和重要设备接同一台ATS，以免其运行中发生故障对上端的ATS产生影响，从而影响到UPS等重要设备的正常运行。

2.2 STS合理配置

供电系统中配置多台STS静态切换开关时，负载设备要分散接到各台STS上，同时功能相同的主备用设备不能接到同一台STS上，下面以双电源主备用设备为例，图中系统A和系统B为功能相同的主备用设备。连接如图2所示。

图中STS1和STS3应使用同一UPS系统电源为负载供电，STS2和STS4应使用另一UPS电源为负载供电，这样就保证了几台STS设备是交错使用UPSA和UPSB的，即输出电源是交错的。这样系统A和系统B的双电源都是一路为UPSA系统电源，一路为UPSB系统电源。主备用系统如图接法，将故障率降至了最低。单考虑STS作为故障点时，即4台STS同时故障时，才会导致该设备的主备用系统同时掉电无法工作。假设STS的故障率为0.1%，那么主备用设备同时掉电无法工作的概率。

P=（0.1%）4=0.000000000001

故障率已降至非常低。

3 设备维护及常见故障处理

3.1 设备维护

对电气设备要定期进行维护，及时处理故障隐患，让事故消除在萌芽状态，才能保证设备的正常运行。因此，应根据实际情况制定符合设备的维护规程，并要严格执行。月维护：每月对切换开关进行一次切换测试，检查设备的自动切换功能是否正常。年维护：对设备整机进行维护，检查设备开关、开关触点、电缆等部件情况是否正常。STS交流滤波板及散热风扇为易损组件，建议每五年更换一次。

3.2 常见故障处理

（1）ATS自动开关常见故障：ATS主开关不动作。在自动状态下，市电（主电）失电和市电（主电）恢复时，ATS不动作，则需手动用操作手柄转动ATS主开关到相应的工作位置。操作时应注意，应尽量将主开关打到“隔离”位置然后再进行操作。（2）STS常见故障：滤波电容温度过高。每台STS上有两块输入滤波板（对应两路输入），一块输出滤波板。在STS实际运行中，发生的故障大多都来源于滤波器件中的薄膜电容。该滤波板上电容的参数，标称忍受温度为80度，耐压300Vac（rms）。而薄膜电容一般由于其温度升高会导致冒烟、着火等故障，可能会导致整台STS输出断电。所以对在用的薄膜电容进行温度检测完全很有必要。STS静态切换开关最适宜的运行环境温度为20-25度左右，正常的薄膜电容一般为18-28度。结合实际工作中检测的薄膜电容温度，薄膜电容外表温度达到35度左右就需密切关注并启动更换程序，温度达到40度以上即有失效的可能，需立即进行更换。（3）IT-Switch常见故障：IT-SWITCH出现一路输入不可用告警。当IT-Switch出现一路不可用告警，现场处理需首先检查确定是主机或是底座故障，如果是主机工作，要将其旁路到可用的另一路电源，然后更换主机。如果是底座故障，则需要断开负载更换底座。在实际运行中出现多次IT-SWITCH一路输入不可用的故障，经摸索研究发现采样变压器长时间运行后产生了参数漂移，输出电压升高，导致检测部件认为该路输入电源超出容限，从而产生故障告警。后经多次测试，得出该变压器的正确输出电压应为3.90V-3.95V左右。根据参数定制变压器，修复故障IT-Switch。

4 结束语

只要正确使用双电源切换开关，同时对其使用进行合理化配置，并且定期进行维护，就能最大程度的发挥其功效，为负载提供稳定可靠的电源保障。

参考文献