高压电源范文

高压电源篇1

[关键词]高压柜；操作电源；改造

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0181-02

前言

电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供继电保护、合闸直流电源；故障时，当供电系统中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸等提供直流操作电源。直流操作电源的可靠性是满足变配电室正常运行，保证电器设备安全可靠工作的关键。我单位一空压站是在二十世纪七十年代初建成，八台 6KV 高压柜电器设备所用220V的直流操作电源、合闸电源，都是采用单独加装整流柜、电容储能装置作为直流电源，直流电源的稳定关系到6kV电器设备的正常，安全运行。由于我站高压柜在实际运行时经常出现柜内元器件损坏故障，这些故障将直接影响电力系统的安全可靠运行。所以，我单位决定在原有电器设备的基础上采用“三辰”PGD6型免维护电池直流屏对GK-1-01、GGS-1D高压柜直流操作电源进行改造，以保证电器设备安全可靠工作。

一、我厂曾用高压柜操作电源存在的问题

1.当整流装置的受电电源发生短路故障时，会引起交流电源的电压下降，严重时（如电源进线短路）还会造成继电保护装置不能正常动作。

2.采用电容器储能来补偿直流电压是一个比较简单可行的解决办法，但电容储能装置的电容器容量不稳定，并且电解电容器寿命较短、须定期检查，对保护装置要求较高的供电系统，很难满足安全可靠运行的要求。

3.交流操作电源往往由变流器、电压互感器或站用变压器供电。但其中由变流器供给操作电源时，只有在发生短路事故，或者在负荷电流较大时，变流器的二次电流才能满足继电保护跳闸之用。如果负荷电流较小，则不足以操纵开关设备。而由电压互感器或站用变压器供给操作电源时，只适用于正常运行或接近正常运行的情况，不适用于发生短路事故情况。因此上述两种交流操作方式在电力系统的运行中缺一不可，这样将会使设备的安装成本提高，加大二次回路的复杂程度。

4.我厂变配电室中过去也曾使用过镉镍蓄电池，是采用硅整流器作为直流操作电源蓄电池的充电设备，但这种蓄电池在生产运行过程中存在检修维护工作量大、耗能大、绝缘检察装置动作灵敏度低，仪表和灯光信号难以维护等缺点。

5.老式整流柜存在占地面积大、监控系统不完善、主从各分、维护检修量大，运行人员在开停机过程中操作力度大等问题。输出直流电压脉动大，易造成电网负载不平衡。

二、对高压柜操作电源改造的设想

通过对曾用高压开关柜操作电源在工作中不断出现的问题进行总结，并查阅相关资料了解到：近年来我国电力系统所使用的直流分合闸电源大部分采用相控电源，但相控电源在纹波、效率、体积等方面很不尽人意，如监控系统不完善，主从各分，用户使用不便，对电力系统新的要求达不到标准。另外由于充电设备与蓄电池并联运行，当纹波系数较大、浮充电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉冲充电放电现象，对电池不利。

PGD6直流电源是一种高频电力综合电源，用高频开关电源模块作充电浮充装置。按 N+1冗余原则配备模块数量，用PLC全数字控制。直流屏原理如图1。

各模块功能及工作原理如下：

1.中央控制模块：由 PLC、人机操作界面TP7等组成。能实现上位通讯、本机监控、温度补偿、手动后备等功能，对整流模块起控制作用。

2.整流模块：两台整流器并列或一台工作、另一台备用的运行方式。正常时充电整流器对蓄电池充电并通过调压装置向控制母线供电。事故时蓄电池向合闸母线放电，并通过调压装置不间断地向控制母线供电。整流模块在交流上电时可自启动，或在触摸屏TP7画面上操作启动模块。模块用磁开关技术和智能IGBT模块抗干扰能力强，具有过流、过热、短路保护功能。

3.绝缘监测模块：用电子继电器作监测选通器件和双频检测技术。能对控制母线实现全自动在线监测，在母线出现正或负对地绝缘不良时、通过系统监控装置向上位机发遥信，并发出闪光信号。

4.电池电压监测模块：可输出BCD码循环检测蓄电池电压，对蓄电池的单体电池电压进行实时自动监测。有单体电池过压、欠压、电压离群的报警功能；可操作TP7监视屏来查看电池各种参数。有利于及时发现故障、排除故障。防止故障扩大，保证直流屏安全运行，

5.调压模块：以高频斩波无级调压方式，硅堆有级调压后备保证该环节的安全可靠运作。功率级IGBT用IPM，简单可靠，保护完善。

6.TP7触摸屏：通过触摸屏可查看直流屏各种状态、参数或修改参数。按下触摸屏上的“RUN”键，触摸屏上会出现系统工作主菜单，按相应的子菜单就可进入查看、修改。

由于我单位一空压站中的原直流电源对新的供电系统技术要求达不到标准，为了保证我单位的动力供应分秒不停、安全生产、稳定运行。因此，在2004年初对站内电器设备中的直流系统进行改造前，我通过对上述各直流电源的性能比较后，建议采用目前技术比较先进的PGD6型免维护电池直流屏对原6KV高压柜操作电源进行改造。

三、性能特点

随着科学技术的不断发展，目前已出现使用高频开关电源模块对免维护蓄电池（即阀控式铅酸蓄电池）进行充电的设备。可采用多个独立的高频开关电源模块，以并联方式构成系统。电源模块可带电更换，为系统的维护和检修带来了方便。整个电源系统处于高度自动化管理下运行，无须人为干预即可按设定的蓄电池充电曲线自动运行，有效保证蓄电池的使用寿命，最大限度地改善了系统的运行性能。使得直流电源的各项性能和技术指标达到了前所未有的境界。

正常时为变电站内的断路器提供直流操作电源、合闸直流电源；故障时，当供电系统中断或出现故障的情况下为继电保护及自动装置等提供直流操作电源以及断路器跳闸电源。直流操作电源的可靠性是满足变配电室正常运行，保证电器设备安全可靠工作的关键。

四、采用PGD6免维护电池直流屏对6KV高压柜操作电源实施改造方法

1.根据本站内高压配电室现场实际情况，对免维护电池直流屏输入交流电源开关进行选择，确定所选开关是否符合该设备交流电源（380V±15）要求。征求运行人员意见并共同协商，在满足其操作监测方便，易于维护检修的条件下，确定直流屏柜、蓄电池柜安装位置。

2.经查阅GK-1-01、GGS-1D高压柜相关电器图纸后，将八台中的四台GK-1-01 6KV 高压柜所用的220V直流操作电源（如图2中的+KM、-KM接线端子）切除；另外四台GGS-1D 6KV高压柜所用的220V直流操作电源、合闸电源（如图4中A负、B正接线端子）切除，撤除原有设备。分别用3×2.5mm2、3×4mm2的电缆将直流屏中220V直流操作、合闸电源按正负极性分别从各台高压柜端子上连接到直流屏柜其相应的220V直流操作电源、220V合闸电源空气开关下端即可。由于此次改造只代替了原高压柜操作、合闸电源，因此，原来高压柜中其它控制回路和保护回路均不需更改及调整。

图2工作原理：通过站内变压器低压380V电源经降压变压器、桥式整流后，输出直流，作为正常情况下继电保护及断路器操作及跳闸电源。

图3工作原理：采用三相380V交流电源，经熔断器、交流接触器、调压器、电流继电器及整流变压器向三相桥式硅整流电路供电，额定直流输出电流为20A，输出电压可在0～230V范围内调节。R、C是装置的过电压保护。（图中整流变压器的控制、保护回路省略，可查阅相关书籍。）

五、注意事项

1.由于此次改造项目必须在保证安全生产的前提下进行，所以提前应考虑到把安全措施制定完善，并具体落实到工作负责人及工作人员，严格执行工作票制度与互联保对子职责。工作中应严格遵守电气安全操作规程，确保正在运行的电器设备能够安全稳定运行。

2.将直流屏柜和蓄电池柜按安装要求就位后，根据其二次接线图将18只A412-65AH蓄电池分别串联接入充电回路，切勿反向串联和并联，严禁接错电池正负极。检查输入电源引线，控制回路及设备间所有连接线是否有误。确认无误后对蓄电池进行充电，以确保蓄电池有足够的容量投入运行。并在对蓄电池进行连接时注意蓄电池内部电源串联到最后时的大容量放电造成人身伤害。

3.当设备运到现场后，应对柜体外观和内部进行检查。主要检查柜体上检测仪表有无损坏及内部接线有无松脱现象。

4.用500V兆欧表测量整流变压器，直流母线对地绝缘电阻，一般绝缘电阻大于2兆欧，均属合格。测试前必须可靠短接或解除二极管、稳压稳流充电控制板，解除电池组与外电路的连接线和直流母线绝缘监视装置的接地点等。测试后应恢复原状。

5.使用中，应注意保持蓄电池外部清洁，正负极接线柱与电缆接头接触良好。

六、结束语

我单位一空压站采用PGD6型免维护电池直流屏对6KV高压柜操作电源进行改造后，大大改善了站内直流供电系统，使原来分散的直流操作电源得到集中控制和管理，促进了供配电系统的自动化，降低了运行维护量，提高了供电质量，获得了良好的社会、环境和经济效益。从改造至今从没出现过由于直流操作电源的问题而影响其它电器设备正常工作的情况，整个供电系统一直保持良好的运行状态。为企业安全、稳定、长周期生产提供了保障。并且，由于撤出了部分原设备，使高压配电室空间增大，认人有耳目一新的感觉。

参考文献

[1] 《最新统一编写进网作业电工培训教材 高压电工篇》 （中国水利水电出版社）.

[2] 《PGD6-IV系列直流屏操作说明书》 （浙江三辰电器有限公司）.

高压电源篇2

【关键词】试验变压器；串联谐振设备；电力变压器；特点

【中图分类号】TM832【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2015）23-0181-02

前言

对于特高压输电技术和绝缘的研究需要使用特定的特高压交流试验电源，而随着特高压输电技术的进步，对于特高压交流试验电源的要求也越来越高，一般来说，特高压交流试验电源需要更大的工作电压和充电容量，能为试验提供更多的输入电压和电源容量，同时能在标准工作电压下长期稳定运行，符合相应的绝缘水平的标准要求。在试验频率上要高于工作频率，能适应电压调整并且能冲击合闸。因此对于特高压交流试验电源不同类型电源进线特点研究和比较显得极为重要。

1特高压交流试验电源特点探讨

1.1试验变压器

1.1.1电压和电源容量

试验变压器一般来说包括单级式试验变压器和串级式试验变压器，串级式试验变压器能满足三相组的电流和电压需求。从电压的角度来看，试验变压器的输出电流较小，输入容量受到严格的控制，因此电源容量较小，而利用串级式试验变压器提高电源容量在理论层面可行，但是从经济性和操作可行性的角度来看并不现实，经济效率较低，而且实际意义不大。

1.1.2运行方式和绝缘效果

试验变压器是运行效果并不算优异，由于其自身的散热性能的影响，并不能长期的运行，而且绝缘系数较小，绝缘效果不理想，并不能满足绝缘要求，在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.1.3输入频率

试验变压器的输入频率采用工频源输入，利用调压器来调节电压。试验变压器经济效益好，适用于容量较小的短时间试验。

1.2串联谐振设备

1.2.1电压和电源容量

串联谐振设备主要适用于单相高电压的试验，在三相电压试验中并不能应用，而且在一定程度上根据具体的调节情况，数据分析可以选择其中一相来进行分析，在每一相都对称的情况下，选择哪一相对整体结果影响都不大，而三相电压试验中三相负荷并不对称，选择其中一相很难准确。从具体的特高压交流试验中可以看出，对负荷特性的要求较高，尤其是不能影响品质因素，而串联谐振设备对三相串联谐振回路的调节很困难。串联谐振设备主要的原理就是谐振原理，利用电感补偿容性来调节无功功率，利用较小的输入电源来达到较好的试验效果，但是串联谐振设备主要还是适合容性容量较小的试验。

1.2.2运行方式和绝缘效果

串联谐振设备本身具有散热装置，能长时间稳定运行，但是绝缘系数较小，绝缘效果不理想，并不能满足绝缘要求，在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.2.3输入频率

串联谐振设备的回路主要有工频串联谐振回路和变频串联谐振回路，两种不同的回路的输入频率不同。工频串联谐振回路一般来说，需要选择工频源，然后通过对电感量和电压的调节来达到谐振效果，而变频串联谐振回路利用调节变频装置源来调节如初频率，然后调节变频范围和电压达到预期目的。串联谐振设备适用于单相高电压试验，并且容量较大。

1.3电力变压器

1.3.1电压和电源容量

电力变压器本身的容量较大，尤其是和其他类型的特高压交流试验电源来说容量更大，而且在实际的电力系统中应用更为普遍。电力变压器本身就是一种较为常见的交流试验电源，可以通过升压变压器将试验电压进行调整，同时也能满足三相组的要求，容量更大。对于电压来说，由于输入电流较大，因此输出容量受到一定的限制，在具体的特高压交流试验中可以降低电压的空载损耗，选择最小的限制容量，这样能保证其长期稳定运行。

1.3.2运行方式和绝缘效果

电力变压器和试验变压器的结构有很大的差异，其中有较大的设计亮点，散热能力和绝缘水平较好。电力变压器能长期稳定的运行，保证试验长时间的工作，但是需要注意的是，如果电力变压器的容量长期比试验用的容量大会在一定程度上影响机械设备的运行成本，因此需要增加试验容量。在电力变压器的绝缘效果上考虑，根据标准的设计要求，能承受较大电压的侵袭，绝缘效果较好，因此不需要进一步的电压限制措施。

1.3.3输入频率

电力变压器的工频源能满足工频频率的要求，并且能满足不同试验频率的要求，也能将电源电压进行调整，产生变频源，使其符合试验电压的要求。电力变压器能通过调压器和调压机组来进行电压调节。电力变压器经济效益较差，但是适应能力强，适合大多数的特高压交流试验。

2特高压交流试验电源特点比较

特高压交流试验电源中试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源的具体特点，从电压和电源容量、运行方式和绝缘效果、输入频率、适用范围四个方面对这三种特高压交流试验电源进行比较，能直观的看出每种交流电源的具体特点。通过对特高压交流试验电源不同类型的比较，可以分析出每种交流电源的特点和适用范围，同时也能根据具体的试验选择不同类型的电源。在特高压交流试验电源想选择上可以从经济性、时间范围和容量以及相数等方面选择，通过不同指标的综合衡量选择最佳的特高压交流试验电源类型，能更好的保证试验效果，为特高压输电技术试验提供更为标准、稳定的电源。

3结语

综上所述，特高压交流试验电源主要包括试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源，通过对每种交流电源的特点分析，明确了每一种交流电源的特点和适用范围，具体来说，试验变压器经济效益好，适用于容量较小的短时间试验，串联谐振设备适用于单相高电压试验，并且容量较大，电力变压器经济效益较差，但是适应能力强，适合大多数的特高压交流试验。根据三种特高压交流试验电源的特点探讨和比较能在之后的工作中根据实际情况选择不同的电源，满足试验的要求。

参考文献

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高压电源篇3

关键词： 单片机控制； 高压直流电源； 隔离型Zeta斩波电路； PWM

中图分类号： TN86?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0165?04

Abstract： In order to satisfy the requirements of small?size and intelligence of the high?voltage power supply， a new high?voltage DC power supply controlled by single chip microcomputer was designed， whose output voltage is 5～10 kV adjustable. The method of combining theoretical analysis with hardware circuit experiment is adopted to analyze and describe the drive circuits of high?frequency PWM （pulse width modulation） square wave generation， chopping wave and half bridge， and over?voltage protection circuit of the output power supply. The voltage?regulation principle and working principle of the isolated Zeta chopper circuit are studied emphatically. The design thought of voltage regulation based on program is proposed to implement the digital power supply. The experimental results show that the power supply is feasible， and its output voltage is stable.

Keywords： single chip microcomputer control； high?voltage DC power supply； isolated Zeta chopper circuit； PWM

0 引 言

高压直流电源在工业生产应用和实验研究得到广泛运用，如工业环境的静电除尘、医用X光机、CT机等。传统的高压直流电源大多采用工频变压器升压，再经整流滤波得到，存在着电源体积大、效率低、输出电压纹波大等缺点[1?3]。随着电力电子技术的发展，开关电源技术逐步应用到高压直流电源中，高频技术的引入大大降低了设计电源的体积，同时随着电气智能化的发展，智能电源也随之发展起来。本文设计以AT89C51单片机为控制核心智能开关电源，通过程序调节前级Zeta斩波与半桥逆变的输出电压，从而控制电源输出电压，最高输出电压10 kV。电源的特点是能实现程序完全控制输出电压，同时具有自动监测和保护功能。

1 电源结构与工作原理

本文将单片机技术与脉冲宽度调节（PWM）相结合，进行直流高压电源的逆变、调压、升压控制。电源主体由滤波整流、Zeta斩波、半桥逆变、高频升压、倍压整流、保护电路以及PWM调节控制部分组成。电源基本工作原理为：市电220 V，50 Hz输入，电压经过电磁干扰（EMI）滤波以及全波整流变为电压值约为300 V的直流电，再通过隔离型Zeta斩波电路将电压控制在200～400 V之间，之后经过半桥逆变电路将其变为高频交流电，最后通过高频变压器升压和二倍压整流电路，将其变为所设定的直流高压。其中Zeta斩波、半桥逆变的开关频率与脉冲宽度利用单片机程序控制。为了使电源工作稳定且利于调节，设计规定Zeta斩波输出电压在DC 200～400 V即控制斩波电路开关占空比在0.4～0.6之间。同时在输出端设置过电压反馈控制回路，防止程序错误，电压异常升高。图1为电源整体结构图。

2 隔离型Zeta斩波调压电路

与Zeta斩波电路相比，隔离型Zeta斩波电路将高频变压器与电感L0并联，此时前级电路电压可通过变压器将电能递到后级电路[2?5]。如为考虑升高/降低电压，则可将变压器原副边变比增大/减小。采用Zeta隔离型斩波电路的优点：相同的输入、输出电压极性；输出电压可调；输入电流低，EMI小；输入、输出电气隔离。图2为Zeta隔离斩波调压电路[6?8]。

设计隔离型Zeta电路工作在电感电流不连续模式（DCM），电路存在三种不同的工作状态：

（1） 时，S闭合，电源E向L0充电，同时中间电容C1向L1与C2供电，二极管D截至，此时通过L1电流增加，输出电压Uo增加；

（2） 时，S断开，L0向变压器原边电感充电，变压器工作并通过副边电感向C1充电，二极管D导通，电感L1与电容C2向负载供电，输出电压Uo增加；

（3） 时，S处于断开阶段，变压器转换能量结束，二极管D截至，这时电容C1与C2向电感L2与负载供电，此时输出电感L2电流上升，输出电压Uo减小。

3 控制电路的设计

控制电路以AT89C51单片机为核心，通过单片机程序控制P1.0～P1.2口的输出脉冲，即可控制斩波与逆变电路[9?11]。图5为隔离型Zeta斩波控制电路，当单片机P1.0口输出低电平时，控制脉冲通过TPL250隔离驱动Q1开通即斩波电路工作，反之输出高电平，Q1截至。

图6为单片机控制半桥逆变电路图。单片机P1.1、P1.2输出脉冲通过IR2110驱动芯片，驱动半桥开关管。当输出为低电平时，经非门转换为高电平，再经驱动芯片IR2110驱动Q2，Q3的开通，反之Q2，Q3截至。为使电源各芯片工作稳定，由两个独立的LM317精密稳压源提供各芯片工作电压，同时限制斩波与逆变的开关频率与占空比，即通过单片机控制输出端口的脉冲频率与脉冲宽度。为使电源各级电压输出在规定可调范围（斩波输出DC 200～400 V，倍压输出为5～10 kV），在各级分别设置由TL431与PC817和TL431与TLP521?1构成的光耦隔离过压反馈保护电路。当输出过压时，反馈电路工作，控制芯片中断/复位，各级引脚输出高电平Q1，Q2，Q3关闭，电路暂停工作，复位LED（D，D3）灯亮。

4 实验结果与分析

进行单片机程序控制实验，得到电源电压输出波形。图7为Zeta斩波输出电压与其驱动脉冲波形。由图7得驱动脉冲理想，斩波电路工作正常。图8为半桥驱动波形与电源电压输出波形。图8中驱动脉冲幅值与电源电压相位相差180°且有一定时间延迟（防直通）即死区时间，电源输出电压（电阻线性降压测得）纹波小，电路工作稳定。

5 结 论

本文以单片机为核心，研制了一种新型依据程序控制的智能高压直流电源。将高频引入电源设计中，有效地减小电源体积，节约电源成本；采用隔离型Zeta斩波调压电路，实现低压控制高压输出。实验结果表明，所设计电源输出电压稳定、输电纹波小、负载能力强。

参考文献

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高压电源篇4

在星点高压电源控制系统中，既有模拟信号又有数字信号，数字信号的高电平为5V，低电平为0V，实际的高电平为3.2V以上，低电平为1.4V以下；因此，控制系统所受干扰极易引起数字电路的逻辑状态发生改变，引起系统的逻辑和时序混乱。另外，由于现场电磁干扰严重，影响采集数据的真实性，不利于反馈控制系统工作。针对控制系统的具体情况，其可能的干扰源包括射频干扰、电源干扰以及信号通道产生的干扰。（1）射频干扰[3]。射频干扰指复杂的电磁环境对计算机控制系统及接口电路造成的干扰。实验证明，现场接地开关的动作产生的干扰及负载设备打火都容易引起控制系统的误动作。（2）电源干扰[4]。工频电源电压的大幅度波动或电流冲击有可能通过变压器、整流和稳压电路进入数字电路，经过滤波，各种高频辐射干扰有较大衰减，而一些低频干扰叠加在50Hz电源波形上，难以滤除，形成差模干扰。

此外，还存在着由电力电子和各种继电器切换时向电网倒灌的瞬态干扰，如浪涌、快速脉冲群等现象。（3）信号通道干扰[5]。相关信号一般需要经过信号调理转换才能接入控制系统，在信号传输过程中存在干扰因素，包括信号间的串扰、阻抗不匹配引起的反射及从信号输出线间接引入的干扰。若接地不当，地线与接地回路之间也会形成干扰。（a）为现场内的某设备在实验期间的干扰情况，比较可以发现，实验期间的电磁干扰相当严重。（b）为实验期间此套高压电源的一些控制信号和输出电压的测量信号，可以发现，在现场的高压脉冲调制器开通和关断瞬间，对设备的干扰比较严重，圈A和圈B已经表示出来；圈C则是显示当现场的接地开关动作时，对控制信号和电压输出信号造成的干扰，正常的控制信号是在5V范围以内，而当接地开关动作时，控制信号可以达到10V，这也表明接地开关的动作确实对现场设备造成非常大的电磁干扰；圈D则是显示在高压输出波形上叠加的测量干扰信号，这直接影响控制系统的精准度。由此可见，整个高压电源控制测量系统工作在一个非常恶劣的环境下，有必要研究并且解决这些问题。

抗干扰设计

提高高压电源控制测量系统的抗干扰能力可以从硬件和软件两个方面考虑。其中，硬件系统的抗干扰设计是提高系统抗干扰能力的根本，软件抗干扰设计则是主要抑制外来干扰的作用。在这套高压电源控制测量系统中，进行了大量的抗干扰方面的设计。硬件抗干扰措施

（1）电源[6]。整套控制系统是由工频电源供电，电网中本身含有浪涌电压噪声，同时由于现场的大功率制冷设备运行时也产生较大的高频尖峰脉冲，为此，需要对电源进行一些处理。首先，整套控制系统采用1∶1的隔离变压器为整套控制系统提供电源，其初级绕组和次级绕组都是分开绕制，各自加以屏蔽，可以减小初次级之间的分布电容；另外，由于控制接口部分抗干能力弱些，抛开开关电源，制作了高性能直流+5V、+12V、-12V的线性电源，为控制系统的电路提供工作电压。

（2）滤波和去耦[7]。在接口机箱的电源进线处增加电源滤波器，在电路板的设计上，在冲击电流较大的器件电源端加旁路电容，对信号处理电路入口处、每一个集成块电路增加滤波电容。这些措施都可以降低瞬态电流的影响，并且对高频干扰进行滤波处理。另外，对于抗干扰能力弱、开关电流比较大的器件，在芯片的电源线和地线间直接增加去耦电容。

（3）屏蔽和接地。屏蔽隔离是提高控制系统抗干扰能力的有效措施，将控制系统的接口部分用机箱屏蔽、整套控制系统用机柜屏蔽都能有效减少射频干扰的影响。对于高压电缆，采用了屏蔽电缆，抑制它作为噪声源向外部信号产生干扰。而对于信号电缆，为使其在噪声环境中不受噪声的电磁耦合，也采用屏蔽电缆，并且屏蔽体两端接地，减小回路所包围的面积，尽量选择双绞线作为屏蔽信号导线，减小噪声电流。考虑系统接地时，将机箱与机柜的外壳与电缆的屏蔽层直接与大地相连，能起到防漏电及屏蔽的效果。为了减小外部环境通过电源线对控制系统形成干扰，控制电路部分采用浮地方式，即将控制电路的地线与外部地线完全隔离，彻底切断外部干扰通过电源、地线串入数字电路。另外，在接口电路中广泛采用了光电耦合器件，使控制系统与外界通道做到完全的电气隔离。

（4）信号通道间的抗干扰。在A/D采集11路信号采用独立的屏蔽电缆，进入A/D采集卡时采用单端输入，可以有效地避免信号通道之间的干扰。另外，由于控制系统与外部联系较多，大多数采用光信号传输，远程的数字信号利用数字光纤，在控制机柜内，专门制作光电/电光信号转换板，将从其他系统送来的光信号转换为电信号，同时，送到其他系统的信号也都转换为光信号后进行传输。对于其他系统送来的模拟量，也都进行V/F和F/V转换后进行传输。这些措施，都可以减小信号间的相互干扰以及避免接收其他系统的干扰信号。软件抗干扰设计软件抗干扰主要是通过程序设计手段，使系统能识别错误操作、错误状态和错误信息，避免由此产生系统程序运行方面的错误。在这套控制系统中，程序主要处理数字量和模拟量，采用C++[8]编写软件，因此，软件设计时重点在这两方面进行处理。

（1）数字量的处理。数字量输入接口的噪声处理主要是程序延时和对输入数字量的多次识别，在规定的时间范围内，进行数字量的多次采样，然后按位进行逻辑乘，通过比较结果的判断来鉴别数字量输入信号的真伪，软件流程如图2。（2）模拟量的处理。在整套控制系统中，采集信号的准确度直接关系到控制系统的控制精度，由于高压输出要控制在1%的范围以内，需要根据电压采集信号进行反馈；另外由于高压电源的过压、过流保护相当重要，采集数据的准确度也直接关系到过压保护和过流保护是否准确到位，当系统出现过压、过流等情况时，需要立即做出反应，切断某些控制信号，使相关的控制信号由正值变为负值。基于以上两点，需要对采集到的数据进行处理，既保证数据采集的准确性，又需要保证程序合理有效地对故障进行反应处理。软件滤波的方法比较多，有限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、去最高最低值滤波法、递推平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法等。在这套高压电源控制程序中，针对采样数据种类的不同，综合采用了递推平均滤波法、限幅滤波法、去最高最低值滤波法以及一阶滞后滤波法等几种数据处理方法。

在采集输出高压时，在采样时间允许范围以内，尽量多采集数据，对这些数据进行去最高最低值滤波，。在测量电机电压信号时，由于这个信号是用于在程序中前馈使用，变化不是太大，则采用递推平均滤波法；进行PID控制算法时，采用了一阶滞后滤波法。采用这些数字滤波方法以后，可以尽可能避免采集到干扰点，最大限度地使采集值接近真实值。其他抗干扰设计由于整个高压电源系统复杂，软件抗干扰和硬件抗干扰不可能解决所有问题，此时，可以尝试改变数据采集测量点等方法，在满足数据采集要求的情况下，尽量远离干扰源。例如，在这套电源控制系统中，由于负载远离电源，电源与负载之间是通过高压电缆进行连接，为了采集更为准确的高压输出信号，可以在负载侧直接进行测量，通过模拟光纤将采集值送到电源控制系统，这样也能减少电磁干扰。另外，对于接地开关干扰较大的情况，由于高压电源是脉冲工作方式，则可以采取在保证系统安全的情况下，延迟接地开

关的动作时间，避免控制系统在电源工作期间受到干扰。

结束语

高压电源篇5

关键词：电源通路管理器；PowerPath；LTC4098；高压保护

前言

USB端口是快速数据传输的首选方法，也正在迅速成为便携式设备电池充电的首选方法，因为可以不再需要单独的交流适配器。不过，用USB端口给设备电池充电时存在功率限制。另外，由于便携性需求，越来越需要在家庭之外的场所充电(例如，在汽车中)。但是汽车电源也有缺点，如电压瞬态或来自交流发电机的浪涌。因此，电池充电器集成电路需要很好地保护，以应对这类严酷的情况。模拟集成电路中的电源通路(PowerPath)充电系统拓扑为系统设计师和最终产品用户带来了无数优点，如能够自主和无缝地管理多个输入电源，为系统负载供电并给电池充电。这种集成电路拓扑除了能减少热量，还可实现较快的充电时间和即时接通工作。

这类集成电路的一个新趋势是集成高压能力和过压保护功能，以处理汽车、Firewire或未稳压交流适配器输入。这些电源通路管理器集成电路采用扁平封装，需要极少的外部组件，可为个人导航器、媒体播放器、数码相机、PDA和智能电话等手持式电子产品组成简单、紧凑和经济的解决方案。

设计难题

能承受汽车电源、Firewire端口或未稳压12V/24V适配器等高压输入电源为在家庭或办公室之外的场所充电提供了方便。例如，有了适配器电源，手持式产品中的适配器电压和电池电压之间的压差可以很大。而视所需充电时间和充电电流的不同，线性充电器也许不能承受这么大的功耗。这种情况通常需要一个具有开关模式拓扑的集成电路来保持快速充电，同时提高效率并减少热量管理问题。另外，具有高压能力和／或过压保护的集成电路还不容易受到输入电压瞬态的损害，提高了集成电路和系统的抗瞬态性和可靠性。

管理最终产品中的电源通路是另一个设计难题。今天，很多便携式电池供电电子产品可以由低压源(交流适配器、USB端口或锂离子／聚合物电池等)以及高压源供电。不过，自主管理这些电源和电池之间的电源通路并为负载供电带来了极大的技术挑战。传统上，设计师一直用少量MOSFET、运算放大器和其它组件来单独实现这一功能，但是一直面临着负载热插拔、负载上有大浪涌电流以及大电压瞬态等难题，这些问题可能引起严重的系统可靠性问题。

锂离子和锂聚合物电池是便携式消费类电子产品的首选，因为它们的能量密度相对较高，在给定尺寸和重量限制下，可比其它可用化学材料实现更高的电池容量。随着便携式产品变得越来越复杂，它们消耗的功率也越来越多，因此对较高容量电池的需求也增强了，相应地也需要更先进的电池充电器。较大的电池要充满电就需要较高的充电电流或者需要更长的充电时间。另外，在很多情况下，能用USB端口给电池充电意味着对用户更方便，但是USB兼容性造成了对USB电流(最大500mA)和功率(最大2.5W)的限制。基于USB的电池充电器必须尽可能高效率地从USB端口抽取更多功率，以满足今天功率密集型应用严格的热量限制。

大多数消费者都希望缩短充电时间，因此提高充电电流似乎是显而易见的选择，但是提高充电电流有两个大的弊端。首先，就线性充电器而言，提高电流会增加功耗，这些功耗转换成了热量，从而将典型的实际“最大”功率降至2.1W。其次，充电器必须视主器件协商好的模式，将从5V USB总线吸取的电流限制为1 00mA(500mW)或500mA(2.5W)。充电过程中浪费的任何功率都直接导致较长的充电时间。需要高效率充电、电池充电器集成电路具有高的功能集成度以及需要节省电路板空间和提高产品可靠性，这些都给由电池供电的电子产品的设计师施加了压力。

制造商们也正在改变印刷电路板的使用方式，现在他们不是使用单个多层电路板，而是越来越多地在空间受限设计中使用相互堆叠的多个电路板。先进的封装有助于减少高度／厚度并节省印刷电路板面积，可以实现更高效的堆叠。

总之，系统设计师面临的主要难题包括：

・最大限度地提高从USB端口获得的电流(可提供2.5W)；

・管理多个输入电压源和电池之间的电源通路，同时向负载供电；

・保护集成电路免被高压系统瞬态损坏；

・最大限度减少热量同时快速充电；

・最大限度提高充电效率和延长电池工作时间；

・最大限度减小解决方案占板面积和高度。

具有高压输入能力和过压保护功能、集成和紧凑的电源通路管理器IC简单轻松地解决了这些问题。

一个简单的解决方案

具有电源通路控制功能的集成电路能够自主和无缝地管理USB、交流适配器、电池等不同输入电源之间的电源通路，同时优先向负载供电。为了确保充满电的电池在连接USB总线时仍然保持满电量，这类集成电路通过USB总线向负载供电而不是从电池抽取功率。一旦电源去掉，电流就通过一个内部低损耗理想二极管从电池流向负载，从而最大限度地提高效率、降低功耗。理想二极管的正向压降远低于常规或肖特基二极管，因此最大限度地提高了能量传输效率，反向电流泄漏也更小。典型值为20mV的微小正向压降减少了功率损耗和自热，因此延长了电池工作时间。另外，三终端(或“中间总线”)拓扑去掉了电池与Vot。的耦合，允许最终产品一插上电源插头就立即工作，而不管电池的充电状态甚至电池缺失也一样，这通常称作“即时接通”工作。

电池充电器与电源通路控制器和理想二极管器件(“电源通路管理器”)集成，可高效管理各种输入电源、给电池充电、优先向负载供电并降低功耗。电源通路控制电路可以采取线性或开关拓扑，因为视具体充电要求不同，他们对系统而言都有一定的优点。

开关电源通路系统的优点

与电池馈送型系统相比，线性电源通路系统的优点是向负载／系统提供功率的效率高，但是在线性电池充电器单元中有功率损耗，尤其是如果电池电压较低(导致输入电压和电池电压之间出现大的压差)时更是这样。而基于开关模式拓扑的电源通路电路通过符合USB要求的降压型开关稳压器产生中间总线电压，稳压器稳定在比电池电压高300mV的电压上(参见图1)。这种形式的自适应输出控制被凌力尔特公司称作“电池跟踪(Bat―Track)”。稳定的中间电压刚好高到允许通过内部线性充电器恰当充电。用这种方法跟踪电池电压，最大限度地降低了线性电池充电器中的功率损耗、提高了效率并最大限度地提高了提供给负载的功率。具有平均输入限流的开关架构最大限度地提高了使用USB电源提供的所有2.5W功率的能力。可选外部PFET降低了电池和负载之间理想二极管的阻

抗，进一步减少了热损耗。这种架构是使用大电池(＞1.5AHr)的系统“必须”采用的。

LTC4098―兼具高效率充电和高压保护

LTC4098(图2)是一种自主式高效率电源通路管理器、理想二极管控制器和电池充电器，用于通过USB供电的便携式设备，如媒体播放器、数码相机、PDA、个人导航器和智能电话，该器件采用超薄(0.55mm)20引脚3mm×4mm QFN封装。就汽车、Firewire或其它高压应用而言，LTC4098用凌力尔特公司的开关稳压器提供电池跟踪控制，工作输入高达38V(瞬态为60V)，最大限度地提高了电池充电器效率、减小了热损耗，甚至用更高电压电源也可以无缝运作。

LTC4098提供高达66V的过压保护(OVP)电路，仅需要一个外部NFET／电阻组合，可防止偶然的高压情况引起的输入损坏。该集成电路自动降低充电电流可实现快速接通工作，确保一插上电源插头就向系统负载供电，甚至电池没电或缺失时也一样。其片上理想二极管保证总是向VOUT提供充足的功率，即使LTC4098的两个输入引脚的功率不充足也一样。该集成电路的理想二极管控制器可用来驱动可选PFET的栅极，将对电池的阻抗降至30mΩ或更低。

LTC4098的全功能单节锂离子／聚合物电池充电器允许负载电流超过从USB端口吸取的电流，同时符合USB负载规范。因为保存了能量，所以就快速充电而言，该集成电路的高效率开关输入级几乎将USB端口提供的所有2.5W功率都转换成了可用系统电流，从USB端口限制的500mA实现了高达700mA的电流。用交流适配器供电时还有1.5A的可用充电电流。

过压保护(OVP)

LTC4098仅用N沟道FET和6.04kΩ电阻这样两个外部组件，就能在VBUS或WALL意外地加上过大电压时保护自己免受损坏。最高安全过压幅度将由该外部NMOS晶体管及其漏极击穿电压决定。

电池跟踪开关稳压器的输入限流和高压控制

LTC4098从VBUS到VOUT的功率传递由2.25MHz恒定频率降压型开关稳压器控制。为了满足USB最大负载规格要求，该开关稳压器含有一个测量和控制系统，以确保平均输入电流保持低于CLPROG引脚的编程值。这样，VOUTS，就可以驱动外部负载和电池充电器的组合。

如果这个组合负载没有让开关电源达到编程设定的输入限流值，那么该集成电路的VOUT将跟踪大约比电池电压高0.3V。通过将电池充电器电压保持在这个低电压值上，最大限度地降低了电池充电器的功率损耗。

如果组合外部负载加上电池充电电流足够大，使得开关电源达到了编程设定的输入限流值，那么电池充电器将严格按照满足外部负载所需的量降低充电电流。即使电池充电电流被编程至超过容许的USB电流，就平均输入电流而言，也不会不满足USB性能规格。另外，如果VOU，端的负载电流导致超过从VBUS的编程设定功率，那么将通过理想二极管从电池吸取额外的负载电流，即使电池充电器正在工作也一样。

WALL、/ACPR和VC引脚可连同LT3480等外部高压降压型开关稳压器一起使用，以最大限度地减少用较高电压源工作时产生的热量。电池跟踪控制电路将外部开关稳压器的输出电压调节至较高的(BAT+300mV)或3.6V。这最大限度地提高了电池充电器的效率，同时在电池深度放电时仍然允许即时接通工作。

LTC4098先进的超薄(典型值为0.55mm)QFN封装在印刷电路板相互堆叠的空间受限应用中使用有优势。这种封装可组成“体积”紧凑的解决方案，为系统设计师提供了灵活性。另外，该器件具有与更高的(0.75mm)前一代QFN封装相同的热性能。

结语

对小尺寸和方便地使用多种输入电源的需求以及对快速充电、低功耗和USB兼容性的需求给由电池供电的产品设计师带来了挑战。通过汽车适配器或Firewire端口供电正在变得越来越普遍，但缺点是存在可能损坏集成电路的高压瞬态。同时，设计集成度越来越高，以节省电路板空间、降低制造成本并提高产品可靠性。凌力尔特公司不断扩大的开关模式拓扑电源通路管理器集成电路系列使产品设计师的工作轻松多了。

高压电源篇6

关键词：有源电力滤波器；高压高容量；多重化

中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）24-0019-02

伴随着社会经济的迅猛发展，科学技术的不断进步，电子技术也得到快速进步，多种多样的电力电子设备在各个领域中广泛运用。这同时也使得电力系统遭到了一定的破坏与谐波的污染。而有源滤波器可以有效地去除产生的谐波，且进行无功的补偿。所谓的有源滤波器指的就是对谐波进行动态控制与补偿无功的一种最新型的电力电子设备，可以有效地不断变换无功实行补偿，同时也能对频率与大小不断变化的谐波加以去除。将其称作是“有源”，是由于该设备必须提供电源，具备响应迅速，可以达到持续、动态的补偿等优点。因此，有源滤波器受到人们与社会的普遍关注，且又相应地推出了很多的电路拓扑结构与控制办法。

1 有源电力滤波器概述

有源电力滤波器，是利用电流互感器对负载电流进行检查，且在内部DSP运算之后，将负载电流内的谐波成分拿出来，之后在PWM信号的帮助下，将其传送到IGBI中，控制逆变器产生与负载谐波电流基本一致的谐波电流，且两者之间的方向相悖，在电网内输入谐波电流，最终实现过滤谐波的目标。

有源电力滤波器与无源滤波器进行对比，有源电力滤波器具有一定的优越性，能够获得较好的治理成果，能够在同一时间内将高次或者是多次的谐波加以过滤，进而有效控制谐振的发生。在实际的工作中，其安全系数不是很高。国际中较为广泛的做法就是对变压器进行升压处理，以此来确保设备装置的安全性与可靠性。

为了能够有效处理高容量有源电力滤波器的开关速度与所使用开关装置容量方面的问题，本文将对以不带变压器的四重化变流器作为主要的电路进行研究，分析达成高容量有源电力滤波器的办法。

2 四重化主电路完成高容量的有源电力滤波器

对国内外有关大功率的有源滤波器进行分析，并在常压工业负载的基础上设计了一个四重化的变流器，该变流器是没有携带变压器的，将这种变流器作为主要电路的有源电力滤波器，其电路能够运用到工业的电网中，有效降低仪器设备的成本投入。利用进线电抗器将四组四重化变流器并联起来，进而构成了主电路。连接在一起的四组四重化变流器，共同使用一个直流电容器。在运转时，各个组依据电路计算的控制谐波指令电流，利用自身的电流追踪部分进行控制，进而出现谐波补偿电流把上述生成的电流加起来，保证其和负载谐波源全部的谐波电流成分是基本一致的，进而将谐波源负载电流内的谐波成分有效去除，最终保证谐波正弦基波电流没有包含在进入到电源侧的电流中。

在有源电力滤波器开展谐波补偿的过程中，可以将四个电流源输出的负载谐波电流iL和电流两者实行迭加计算，利用由四组四重化变流器所生成的谐波补偿电流表示。各个有源电力滤波器输出电流和包含谐波电流负载的电流两者之间的迭加，利用流入电源侧的电流表示。在对其进行控制的过程中，应该对各个组展开全面且平衡的输出容量控制，进而保证每一组最终生成的谐波电流都是负载内谐波电流的25%。那么，将负载的电流iL和各个组中电流的ic1、ic2、ic3以及ic4进行相加之后，最终进入电源的电流is就变成基波电流，且其中没有包含谐波的成分。为了能够对四组四重化变流器的补偿控制进行有效调节，在四组中都安装设定一个驱动保护电路以及一个电流追踪控制电路，通过控制电路对时基脉冲（电流追踪控制）进行集中的处理，依据有关时序，将各个跟踪控制模板进行有效的分配。在实际完成之后，将第1组内的基准时钟高于第1组内的基准时钟，达到折合电角度90度的目标，第2组内的基准时钟高于第3组内的基准时钟，达到折合电角度90度的目标，第3组内的基准时钟高于第4组内的基准时钟，达到折合电角度90度的目标。在这种情况下，最后系统所获得的开关频率就是四个组开关频率的四倍。

3 结果分析

通过研究有源电力滤波器设备对上面的电路展开关于谐波补偿试验。谐波源的构成元素就是带电感性负载的三相整流桥。在图1中了解到，有源电力滤波器试验前后的波形及其有关的频谱图。从中可以发现，在进行补偿之前的三相电流波形属于正负变更的一种梯形状的波形，且有变形现象；在频谱图内，高次谐波的分量存在幅值。在对其进行补偿之后，电流的波形获得了一定的改进，与正弦基本上一致；在其频谱图内，已经不存在高次谐波电流元素。这就表明：有源电力滤波器具有较好的补偿作用。

在补偿前后，有源电力滤波器的电源电流波形及其相关的频谱情况如图1所示：

4 结语

综上所述，本文将不带变压器的四重化变流器作为一个主要的电路，以此来完成高容量有源电力滤波器的办法，这种办法能够有效处理有源电力滤波器处于容量较大的状态时存在的开关频率与容量两者相冲突的问题。利用多重化主电路能够有效处理在容量较高的情况下单一电力电子设备有关开关频率不高的现象，它可以大力提升系统的等效开关频率，从而有效发挥有源滤波器的补偿功能。另外，利用多重化的主电路，能够有效拓宽设备的补偿

容量。

参考文献

[1] 何英杰，王兆安，刘进军，邹云屏.中高压电网有源电力滤波器拓扑结构对比分析[J].电气传动，2010，（2）.

[2] 张国荣，马骏.有源电力滤波器的并联运行及其控制策略[J].低压电器，2010，（4）.

[3] 张树全，戴珂，谢斌，康勇.并联型有源电力滤波器按容量比例分频段补偿并联控制策略[J].电工技术学报，2010，（9）.

高压电源篇7

关键词：LTC3789芯片；同步升降压电源；自动启/停功能

引言

随着新能源汽车的发展，整车的节能变得越来越来重要，一种新的自动启/停系统[1]逐渐被各个车厂使用。自动启/停功能就是在堵车和等红灯时，发动机可以自动熄火，起步时再点火，减少不必要的燃油消耗，降低排放。本文中设计的高效同步升降压电源可以避免汽车引擎重启时车载设备及其他电子设备重启复位，使用户能够不间断的无缝使用车载设备或其他电子设备。

1 汽车启动系统的组成和原理

汽车发动机的启动由启动系统来完成。如图1所示。

启动系统的基本组成有：蓄电池，点火开关、启动继电器和启动机。启动系统的工作原理：.启动开关接通启动机电磁开关电路，启动机通电工作。启动机旋转的小齿轮与发动机飞轮啮合，带动发动机飞轮旋转，实现发动机的起动。

2 启动时整车电压低的原因及对整车的影响

启动主回路组成及电流流向是：蓄电池正极启动机电源接线柱电磁开关触片电枢绕阻搭铁蓄电池负极。在启动过程别是在启动瞬间，由于启动机转速为0，不产生感生电势，故启动电流为I=EB/（RM+RB+RL）式中，EB―――蓄电池开路端电压；RM―――启动机电枢电阻；RB―――蓄电池内阻；RL―――启动主回路电缆电阻。乘用车蓄电池标称电压12V，实际车辆蓄电池电压为12～12.7V；按照国家标准，电磁开关触片接触电阻应低于1mΩ；性能优良的蓄电池内阻一般为6～8mΩ；启动机连接电缆一般要求低于1mΩ；启动机内阻也为数毫欧；总电阻为十多毫欧。

在汽车启动时，蓄电池要带动启动机旋转。在电磁开关接通的瞬间，因启动机电枢没有旋转，没有建立起反电动势，相当于启动机短路，起动主回路总电阻仅为十多毫欧，起动电流很大，极端的情况瞬间起动电流达1000A。不考虑其它因素，根据欧姆定律，理论计算，起动主回路中蓄电池内阻电压降即达到8V，蓄电池输出电压仅有4～4.5V。

这样的低电压，整车电器难以正常工作。？最常见的故障是报警灯亮。汽车ECU均有检测供电电压的功能，ECU检测到整车电压低于8V，就记录1个故障，发出信号，使仪表点亮报警灯；危害最大的是一些电磁阀不能可靠吸合，造成整车功能故障，整车电器功能也就无法正常运转。

3同步升降压电源的工作原理

电源选择凌力尔特公司的LTC3789升降压型开关稳压控制器，主电路有四只功率MOSFET，在VIN 关断时VOUT 即断开，软起动时间可调，主要用于自动化系统，大功率电池供电系统等。

LTC3789 基本应用电路图，如图2。

1）、降压工作

当VIN大于VOUT时，开关D 总处在导通状态，开关C 总处在关闭状态。在每一周期起动时，同步开关B 首先导通，在同步开关B 导通时检测出电感电流，在检测电压降到基准电压以下时，与VITH 成正比，同步开关B 关断，而开关A 导通，并保持整个周期，然后开关A 和B 交替。如同典型的BUCK 电路，开关A 的占空比增加，直到允许的最大占空比DMAX。

2）、升降压工作

当VIN 接近VOUT 时，控制器进入BUCK-BOOST 区域。

3）、升压工作

当VIN小于VOUT时开关A 总处于导通状态，同步开关B 总处在关断状态，在每个周期开关C首先导通。在检测电感电流超出基准电压后，其正比于VITH，开关C 关断，而同步开关D 导通，保持到此周期结束，开关C 和D 交替工作，像典型的同步BOOST 调整器。

4）、短路保护、电流限制和限流折返

控制器的最大电流阈值由ITH 端上的电压箝制来限制，在每一个BOOST 周期中，检测的最大峰值电压被限制在140mV，在每一个BUCK 周期中，仅峰值检测电压限制在与BOOST 相同的阈值处。当输出短路到GND 时，LTC3789 采用电流折返去帮助限制负载电流。如果输出降到正常输出电平的50%以下时，最大检测电压降低，从最大值调到最大值的三分之一。折返电流限制在短路时被禁止。在短路条件下，LTC3789 用工作在BUCK 模式来限流只有很小的占空比，而且进入跳周期状态。在此情况下，同步开关B 将消耗大部分功耗。

4 结束语

由于该升降压电源采用同步整流技术，具有效率高和短路保护功能，并且可以在4V～38宽输入和输出范围、以及工作区之间的无缝和低噪声转换，是新能源汽车电子系统的理想选择。可以满足汽车启停系统要求，启停过程中都会满足车载电子设备的电源需求。

参考文献

高压电源篇8

关键词：高压电源控保模块；高压电源分机；故障检测

1 概述

高压电源分机为ADWR雷达发射机的重要组成部分，其在充电触发脉冲的控制下，向固态调制器的储能元件（PFN）提供充电电源，并最终进入速调管进行发射脉冲功率放大。因而从ADWR雷达发射脉冲的机制来讲，高压电源分机则可以称为是发射机正常工作的基石。此外采用了回扫充电技术提高了高压电源分机，从而保证发射功率的稳定性。

在高压电源分机内部，高压控保模块电路由高压故障判断电路、高压充电控制信号产生电路组成。顾名思义，高压故障判断电路其主要作用为高压故障信号的判断、指示及故障连锁等。高压充电控制信号产生电路则为在高压充电定时信号的控制下产生高压充电信号并送往高压隔离驱动电路。由此可知，当高压控保模块电路故障时，高压电源分机将无法正常工作，进而导致发射机故障。

2 高压电源分机简述

高压电源分机的作用为在充电触发脉冲控制下，向固态调制器的储能组件（PFN）提供充电电源。

2.1 简介

高压电源分机为ADWR雷达发射分机的固态调制器提供其所需的直流高压。其主要参数为：

输入电源 三相380V 单相220V

充电周期

充电电压 5000V

稳定度 0.01%

可进行变宽充电，最高工作频率1300Hz

2.2 特性

多普勒天气雷达中一般要求脉宽和重复频率有较大的适用范围，以利于提高分辨率和速度测量范围。ADWR 雷达重复频率范围较宽，为250～1300Hz 可调。为达到宽重复频率范围的要求，该雷达发射分系统的高压电源采用了回扫充电技术，其充电过程是对充电电感和人工线交替进行的，采用开关电源对充电电感进行等时间充电，既能保证充电精度，又确保了发射能量不随重复频率的变化而改变，从而满足了宽重复频率范围的要求。采用回扫充电技术提高了高压电源的稳定度，从而保证了发射功率的稳定性。

2.3 组成

高压电源分机由电源滤波器Z1、三相整流V1、软启动控制电路、电流、电压取样电路、变换器电路、储能变压器T1、高压隔离驱动电路A1、高压控保电路等组成，组成框图如图1所示。

3 高压控保电路

高压控保模块电路由高压故障判断电路、高压充电控制信号产生电路组成。高压故障判断电路其主要作用为高压故障信号的判断、指示、故障连锁及复位信号通过光耦解除故障自锁状态等。高压充电控制信号产生电路则为在高压充电定时信号的控制下产生高压充电信号并送往高压隔离驱动电路。高压控保电路工作原理框图如图3所示。

3.1 高压故障判断电路

如图4所示（可放大）隔离驱动电路输出的IGBT1 保护信号和IGBT2 保护信号进入高压控保电路后经D1A和D1B（CD4098）单稳态触发器整形送入负或门D2B（CD4082），D2B（CD4082） 是四输入端正与门，但整形输出的IGBT 保护信号低电平有效，对于低电平有效的信号（负逻辑）D2B 相当于或门，两个IGBT 保护信号中的任何一个为低电平时即可通过负或门D2B 去触发故障自锁电路D3（CD4012），D3 的输出分为两路，一路经三极管V9（3DK104D）驱动发光二极管V8（BT314057，红色）进行故障指示，经三极管V10（3DK104D）驱动去发射监控分机。另一路去高压充电控制信号产生电路进行故障连锁。复位信号经光耦V11（H11L1）隔离后送到故障自锁电路，解除其故障自锁状态。

3.2 高压充电控制信号产生电路

如图4，高压充电定时信号经光耦V7（H11L1）隔离后，受继电器K1、K2 控制分为两路。继电器K1 和K2 在充电时间选择信号的控制下一个吸合、一个断开，吸合的继电器接点将高压充电定时信号选通，送入整形电路D5A 或D6A（CD4098，单稳态触发器），再送入最大充电时间定时电路D5B 或D6B（CD4098，单稳态触发器）。D5B 或D6B 输出的正方波起始时间对应于高压充电开始的时间，正方波宽度对应的时间就是最大充电宽度。继电器K1、K2 选中其中一个正方波送往门控电路D4（CD4011）。送往门控电路D4 的还有一个高压充电停止控制信号，现介绍高压充电停止控制信号的产生。充电电流取样信号在继电器K1、K2控制下选通对应的电阻R46（1.1KΩ）或R47（360Ω），电阻R46 或R47 上的电压即对应于不同充电时间情况下，充电电流取样信号产生的电压。该电压送往比较器N1（LM311A），比较器N1 的另一个输入端接基准电压。基准电压由带恒温控制的精密基准稳压电源V13（LM399）提供，基准电压值为6.9V，稳定度达10-6，这个基准电压对应于充电电流的预定值。当高压充电电流达到预定值时比较器N1 输出低电平，整形单稳电路D7A（CD4098）输出低电平，送往门控电路D4 作为高压充电停止控制信号。高压充电控制信号在故障连锁电路D2A（CD4082）中受高压故障的连锁控制，如无故障，高压充电控制信号经三极管V15（3DK104D）构成的跟随器送往高压隔离驱动电路。

高压充电控制信号产生电路与故障连锁控制电路如图5。

4 故障检测与分析

4.1 故障现象及初步分析

故障现象为终端报回扫电源故障，雷达整机发射功率为0kw，无回波数据。至十三楼机房检查，在发射机柜I单元的发射监控分机的控制指示面板中显示：1.6个状态指示信号（ 即冷却、低压、准加、高压，宽脉冲和窄脉冲）准加和高压指示灯不亮；2.10个故障指示信号灯中高压故障指示灯亮。考虑到此次故障发生时间为本雷达冬季停机维护期间，天气良好，未有雷雨，台风等恶劣天气影响。于是我们首先尝试在发射监控板上取得本地控制状态下，按下复位按钮（S5）看故障告警是否消除。但结果为重新再加低压后，低压绿色指示灯亮，准加绿色指示灯不亮的情况下，高压故障信号红色指示灯亮。然后再拆开发射机柜I各部件的挡板，发现其机柜上部的配电分机的三只空气开关（即冷却开关、磁场开关、高压开关）均闭合没有脱扣，即高压故障红色指示灯亮并不是由于空气开关脱口引起，故障有待进一步检测与分析。

4.2 故障初判

根据以上的初步分析，我们可以得出以下几点：（1）发射监控分机控制指示面板中本地控制按钮的复位按钮（S5）无法使发射机恢复正常状态；（2）发射机柜I单元顶部的三只空气开关均为脱扣；（3）发射机内部各部分及之间连接线此前已做过相应检测，且功率开关元件（此元件为容易损耗，尤其在雷雨等恶劣天气下）已全新更换，再次测试也无异常，短路的高压线也再次确认无短路，连接正常。在此基础上，我们继而拆开发射机柜I单元中部发射高压电源分机部分的外挡板，检查发现此时高压控保板红色故障指示灯未亮。在前面我们根据高压控保模块电路的叙述知道，高压电源控保模块电路的作用之一便是复位信号通过光耦（V11（H11L1））隔离送到该电路模块中的故障自锁电路以解除故障自锁状态。而我们多次尝试通过复位按钮（S5）以求解除故障自锁，都未能成功，按道理此时高压控保板的红色故障指示灯应亮起。但事实上，并未亮起。于是通过以上检测与分析，我们认为高压电源的高压控保模块是异常的，需进一步检测该模块。

4.3 故障确定

如图2所示的高压电源分机电路图，其中的虚框部分即为图4所示的高压控保模块电路图，我们用万用表对高压变压器T2的初级即1、2端测得其两端电压为220V，为正常值。在此前提下，我们再分别测试未拆下高压控保板和拆下高压控保板时高压变压器T2的次级即3、4端和5、6端的电压。理论上拆下与未拆下高压控保板时，高压变压器T2的次级3、4端和5、6端的电压应不变，都应为+15V。而事实情况是，未拆下高压控保板时测得3、4端电压为+9 V，5、6端为 V+21；拆下高压控保板后，3、4端为15V，5、6端为15V；

4.4 故障解决

通过以上检测与分析，我们可以基本确定为高压电源分机的高压控保模块出现故障，在重新更换上由厂家寄过来的高压控保板备件后，重新加低压，未出现高压故障告警，并在20分钟左右后得到准加信号，加高压，OK，正常，发射机工作正常。

4.5 后续工作

在完成以上工作后，虽然发射机能正常工作，但我们也发现此时发射功率远远低于出厂标称的250KW，只有100KW左右。查看高压控保板的发射功率调节旋钮，发现其指针指到2的位置。为不对发射机尤其是其内部的高压部分造成未知的耗损，下一步我们需要做的是在断开高压的前提下，逐步顺时针旋转功率调节旋钮，一开始以0.5为步进的调节到200KW左右，然后再以0.2为步进慢慢旋转直至发射功率达到标称值250KW左右，此过程需要耐心的等待与细心的观察。

4.6 故障原因分析

此次出现的故障较为不易察觉，且故障前，并无出现雷雨大风等极端天气。可见此故障绝非为恶劣天气造成高压电源内部短路等导的。为此我们对拆卸下来的高压控保板进行再一次的仔细检查，查看电阻、电容等并无烧焦、霉断、漏液、炸裂等明显的损坏现象。在再次对大功率三端稳压器7915（N3）进行了输出电压检测时，发现其输出电压只有-9V，更换该大功率三端稳压器7915，重新上机测试，加高压正常。一个正常情况下的雷达开关机扫描为什么会烧坏一个大功率三端稳压器呢，似乎不会。通过同值班人员沟通得知，在故障的前一天，雷达的UPS进行过一次放电，而在放电前，由于疏忽，处于加高压状态的雷达直接被断电。正是由于此次的非正常关机导致高压控保板内部元件的烧坏。

5 结束语