开关电源系统#1 的动态小信号方程
第5章6均流电路与开关电源系统
3、源效应（电网调整率） 源效应是指直流输出电流为额定值，交流输入电压在额定值的 85%～ 110%范围内变化，直流输出电压偏离整定值的变化率（直流输出电压在交 流输入电压为额定值时整定）。YD/T731—2002规定，应不超过直流输出 电压整定值的±0.1%。 4、稳压精度 稳压精度是指交流输入电压在85%～110%之间变化，负载电流在5%～ 100%范围内变化，直流输出电压偏离整定值的变化率。稳压精度（δV）按 下式计算：
平均电流法自动均流
图3.24 平均电流法均流控制电路原理图
n个整流模块与均流总线连接如图3.25所示。利用该图来求均流总线上的电
压USB。
Ui1 - USB Ui2 - USB Uin - USB ＋ ＋ ＋ ＝0 根据基尔霍夫电流定律，可得： R R R
因此，均流总线的电压为：
Ui1＋Ui 2＋ ＋Uin USB＝ n
但是，当某个整流模块出现故障无输出时，将使均流总线上的电压 USB降低，于是各整流模块输出电压下调，甚至达其下限，结果造成系统 故障。 为解决这个问题，在均流电路中接入继电器Ｋ。整流模块正常工作时， 控制晶体管导通使Ｋ动作，其常开触点闭合，接通均流总线；当整流模块 不工作或出现故障时，晶体管截止，Ｋ释放，其常开触点断开，使该模块 脱离均流系统。
电池柜
25
一、网络运行指标情况
室外型一体化电源：北京动力源
整流模块开关
整流模块
蓄电池开关
交流输出插座
监控单元
直流输出开关
交流输入开关
防雷器
26
一、网络运行指标情况
室外型一体化电源：艾默生
27
一、网络运行指标情况
室外型一体化电源：艾默生
整流模块
开关电源的设计与仿真
开关电源的设计与仿真开关电源是一种常用的电源设计方案，它能够将输入电压转换成稳定的输出电压，并具有高效率、小体积和轻负载能力强等特点。
下面将介绍开关电源的设计原理和仿真方法。
首先，选择合适的拓扑结构对于开关电源的设计至关重要。
常见的拓扑结构有：Boost、Buck、Buck-Boost、Cuk等。
不同的拓扑结构适用于不同的输入输出电压范围和应用场景。
例如，Buck拓扑适用于输出电压小于输入电压的场合，Boost拓扑适用于输出电压大于输入电压的场合，Buck-Boost拓扑适用于输出电压可大可小的场合。
其次，控制策略对于开关电源的性能也起到了至关重要的作用。
常见的控制策略有：固定频率PWM（脉宽调制）控制、变频PWM控制和电流模式控制等。
不同的控制策略对于输出电压的稳定性、负载能力和效率等方面的影响不同。
因此，在设计开关电源时需要根据具体的要求选择合适的控制策略。
电路仿真是对开关电源的基本电路进行模拟和分析。
在电路仿真中，可以使用专业的电路仿真软件如SPICE进行建模和仿真。
通过调整参数和信号输入，可以模拟不同负载、不同工况下开关电源的工作情况，并获取电路的输出特性、电压波形等信息。
这样可以及时发现设计缺陷和改进方向。
系统仿真是对整个开关电源系统进行建模和仿真。
开关电源系统包括开关电源核心电路、控制电路以及反馈电路等。
系统仿真能够模拟复杂的工作环境和系统交互，并综合考虑开关电源的输入输出特性、稳定性和效率等。
通过系统仿真，可以评估和优化整个开关电源系统的性能。
综上所述，开关电源的设计与仿真是一个相互依赖、相辅相成的过程。
设计者需要根据实际需求选择合适的拓扑结构和控制策略，并进行电路仿真和系统仿真来验证设计方案的正确性和性能指标。
通过不断的调整和优化，最终可以得到稳定高效的开关电源设计方案。
第1部分第03章 开关电源系统
第一部第三章 高频开关电源在通讯网上运行的电源主要包括三种：线性电源、相控电源、开关电源。
传统的相控电源，是将市电直接经过整流滤波提供直流，由改变晶闸管的导通相位角，来控制整流器的输出电压。
相控电源所用的变压器是工频变压器，体积庞大。
所以，相控电源体积大、效率低、功率因数低，严重污染电网，已逐渐被淘汰。
另外一种常用的稳压电源，是通过串联调整管可以连续控制的线性稳压电源，线性电源的功率调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的。
由于调整管上损耗较大的功率，所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器，发热严重，效率很低，一般只用作小功率电源，如设备内部电路的辅助电源。
开关电源的功率调整管工作在开关状态，有体积小、效率高、重量轻的优点，可以模块化设计，通常按N+1备份（而相控电源需要1+1备份），组成的系统可靠性高。
正是这些优点，开关电源已在通信网中大量取代了相控电源，并得到越来越广泛的应用。
第一节 高频开关电源的基本原理一、高频开关电源的组成高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流-直流变换器和输出滤波器等部分组成，其组成方框图如图1-3-1所示。
图1-3-1高频开关整流器组成方框图图中输入回路的作用是将交流输入电压整流滤波变为平滑的高压直流电压；功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20KHZ 的高频脉冲电压；整流滤波电路的作用是将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；开关电源控制器的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。
从框图中可见，由于高频变压器取代了笨重的工频（50HZ）变压器，从而使稳压电源的体积和重量大大减小。
开关整流器的特点：①重量轻，体积小采用高频技术，去掉了工频变压器，与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只有相控整流器的1/10，重量也接近1/10。
②功率因数高相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，一般在全导通时，可接近0.7以上，而小负载时，仅为0.3左右。
开关电源环路系统的原理(一)
开关电源环路系统的原理(一)开关电源环路系统1. 介绍•开关电源环路系统是一种将交流电源转换为直流电源的电路系统。
•开关电源的环路系统是指由开关电源控制器、功率开关和输出滤波器等组成的闭环反馈控制系统。
2. 开关电源的工作原理•开关电源环路系统使用开关器件（如晶体管或MOSFET）进行开关操作，通过不断开关来控制输入电源的输出。
•工作周期内包含两个状态：开和关。
在开的状态下，输入电源的能量储存在电感中；在关的状态下，通过电路设计实现能量的转移和输出。
3. 开关电源环路系统的组成部分开关电源控制器•开关电源控制器负责监测和控制开关电源的运行状态。
•它通常由微控制器或专用芯片实现，可以监测输出电压、电流和温度等参数，并根据需要调整开关操作和控制回路。
功率开关•功率开关是开关电源环路系统的核心部件，它负责打开和关闭电路，控制能量的流动。
•常见的功率开关器件有晶体管、MOSFET和IGBT等，根据应用需求选择合适的器件。
输出滤波器•输出滤波器用于平滑开关电源的输出电压，将其转换为稳定的直流电压。
•常见的输出滤波器包括电感和电容，通过它们的组合设计，可以减小输出波动和噪声。
4. 开关电源环路系统的工作流程1.开关电源控制器读取输出电压和电流的反馈信息。
2.根据设定值和反馈信息，控制器计算并生成适当的控制信号。
3.控制信号被发送到功率开关，使其在合适的时机开关。
4.开关操作导致能量从输入电源转移到输出滤波器。
5.输出滤波器将转换后的直流电压传递到负载。
5. 开关电源环路系统的优势•高效率：由于开关操作的特性，开关电源环路系统通常具有较高的转换效率。
•稳定性：通过闭环反馈控制，开关电源环路系统可以实现良好的稳定性和响应性。
•尺寸小巧：相对于传统的线性电源系统，开关电源环路系统可以实现更小巧的设计。
6. 总结•开关电源环路系统是一种将交流电源转换为直流电源的闭环反馈控制系统。
•它由开关电源控制器、功率开关和输出滤波器等组成。
图解EOP（三）：开关电源
图解EOP（三）：开关电源1.1 开关电源设备⼀、总体处理原则缩短故障历时，降低故障影响范围，保证直流通信设备供电不中断。
⼆、典型故障及应急处理1.1.1 故障类型1：控制器故障故障描述：系统控制器故障，开机状态电源整个系统⽆输出或限流，蓄电池放电。
应急措施：重启或关闭控制器或控制器解锁应急操作：（1）关闭电源重新启动控制器，整流模块能否正常输出，如不能继续执⾏下⾯操作；（2）临时关闭控制器电源，不让控制器对整流模块进⾏控制；（3）观察整流模块的输出情况，如还不能输出，继续执⾏下⾯的操作，继续下⾯的操作（部分⼚家设备，如早期中兴开关电源控制器）；（4）对控制器进⾏解锁、对模块的输出电流进⾏重新设定（可以临时调⽤其它正常控制器对模块参数的重新设置）。
艾默⽣电源系统：：1.1.1.6 艾默⽣电源系统A、电源NetSure 801、⾼压直流NetSureHVT系统:当整流模块失控（在市电正常时，整流模块⼯作异常，如模块交流停电、输出电流过低甚⾄⽆输出、输出电压过⾼、输出电压过低、输出过压停机），在监控模块“运⾏信息”中查看对应模块，观察哪个模块“绿灯”闪烁，将该模块对应的模块空开（空开在模块上⽅对应）关闭，重新拔出模块（需要先稍拔出⼀点模块然后将模块锁解锁再完全拔出）待模块指⽰灯熄灭、风扇停转后将模块插回（将模块插到不能插进去时将模块锁定再插进去）确定模块插紧，待模块亮绿灯和黄灯时，合上模块空开，观察整流模块⼯作是否正常（告警信息是否还在、监控模块是否能识别新整流模块；是否和其它整流模块均流），如不正常，则更换相应模块。
1.1.2 故障类型2：单个整流模块故障故障描述：开关电源系统由多个整流模块并⾏⼯作，因个别模块输出过压导致系统所有整流器全部⽆输出关机保护。
故障现象：控制器显⽰过压告警，所有模块均⽆输出，蓄电池放电。
应急措施：所有模块全部故障的可能性极⼩，⼀般是单个模块输出过压造成系统关机，可以采取关闭所有模块逐个开机排查故障模块。
艾默生开关电源系统PSM-A型操作演示
直流供电回路接头压降（直流配 电屏以外的接头）
• 直流供电回路接头压降（直流配电屏以外的接头）应 符合下列要求，或温升不超过50℃。 • 1000A以下，每百安培≤5mv。 • 1000A以上，每百安培≤3mv。
直流参数设置操作方法
用户级密码：123456 维护级密码：640275
整流模块参数设置操作方法
F4
.
0
EN T
返回
直流屏控制操作演示
PSM-A型监控模块
直流屏1： 1交流参数 系统信息
2直流参数 控制
11：17： 11：17：23
上页
F1
1
2
3
系统电压： 3模块参数 1实时数据
4告警数据 0.3小时 53.5
返回 菜单
F2
4
5
6
系统状态： 二次下电： 2设置 5系统管理
6远程通讯 正常 上电
整流模块1： 整流模块1 1交流参数 模块参数 系统信息
用户级设置 2直流参数
11：17： 11：17：23
上页
F1
1
2
3
请输入密码： * * 4告警数据 系统电压： 1实时数据* 3模块参数 * * * 53.5
返回 菜单
F2
4
5
6
请输入模块号： _ 6远程通讯 1 输出过压保护点： 60.0V 系统状态： 5系统管理 2设置 正常
帮助
F3
7
8
9
第二路C电压： 第一路C电压： 交流频率： 电池状态： 7其它设备 3控制
50HZ 236V 237V 浮充
下页 关于
F4
.
0
EN T
返回
交流屏用户级设置演示
高频开关电源系统
高频开关电源系统高频开关电源系统是一种非常常见的电源系统，它通过高频开关器件进行电能的变换和传递，适用于各种电子设备和工业设备的电源供应。
高频开关电源系统的特点包括高效率、小体积、稳定性好等优点，被广泛应用于各个领域。
高频开关电源系统的基本原理是将输入的直流电源通过输入滤波电路进行滤波和解耦，然后经过交流输入的变压器进行变压和隔离，再通过谐振和整流电路将电源变为高频交流信号，接着经过输出滤波电路和输出调节电路将电源输出。
高频开关电源系统能够将输入的直流电源变换为高频交流信号的主要原因在于高频开关器件的使用。
常见的高频开关器件包括IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等。
这些器件具有开关速度快、损耗小等特点，能够高效地将输入的直流电源变换为高频交流信号。
高频开关电源系统的工作频率通常在几kHz到几MHz之间，通过选择合适的工作频率可以在保证系统稳定性的同时提高能效。
此外，高频开关电源系统还使用了各种控制技术来实现稳定的输出电压和电流。
常见的控制技术包括脉宽调制（PWM）和频率抖动等。
在实际应用中，高频开关电源系统广泛应用于电子设备、通信设备、医疗设备、工业设备等领域。
比如，高频开关电源系统可以作为计算机和服务器的电源，提供稳定可靠的电能供应；它还可以作为无线通信设备的电源，保证通信信号的稳定性和可靠性；同时，在一些特殊领域，如医疗设备和工业设备中，高频开关电源系统也扮演着重要的角色。
总之，高频开关电源系统是一种应用广泛的电源系统，具有高效率、小体积、稳定性好等优点。
它通过高频开关器件将输入的直流电源变换为高频交流信号，并经过滤波和调节电路得到稳定的电源输出。
高频开关电源系统在电子设备、通信设备、医疗设备、工业设备等领域得到了广泛的应用，为各个领域的发展做出了重要贡献。
开关电源系统的故障分析与维护
开关电源系统的故障分析与维护直流开关电源是通信系统的心脏，电源运行质量直接关系到通信网络在线设备的工作质量;保障电源稳定、可靠、安全、优质的情况下运行，确保各项供电指标符合通信设备的供电要求，才能保证通信设备稳定工作、通信畅通无阻。
电源维护人员是保证电源稳定工作的重要技术力量，深入探讨直流开关电源系统故障分析方法与维护措施，有利于电源维护技术人员在维护检查过程中正确的操作和处理故障，及时保障电源设备正常的工作。
一、直流开关电源系统维护要点1.重视现场巡检定期巡视检测通信电源设备，注意机房环境温度和设备运行状况，利用电源监控系统，实时监控电源设备的各种运行参数，发现问题及时处理。
巡视检测时必须检查电源工作状态：模块配置是否合理，充电限流值是否正确，有无告警，系统交流电压、电流，直流浮充电压、负载电流、蓄电池充电电流，风扇运行状况，防雷器件状况，开关电源监控模块的各项运行参数是否正确，温度补偿是否正常启用。
开关电源模块均流是否小于5%等。
蓄电池保险、蓄电池连接条温升，蓄电池是否有爬酸、漏液、鼓肚等现象。
机房环境温度是否合符维护要求等。
2.应用远程监控利用监控系统对电源设备能够实现远程监控，通过远程监控系统了解故障现象，通过远程能处理的故障可以通过远程监控解决，不能处理的故障，必须马上到现场处理。
同时利用电源监控系统检测电源的各种信号是否正常，数据是否存在偏差。
3. 及时处理故障处理电源设备故障时，应首先初步判断造成电源故障原因和故障部位，然后采取相应的方法和措施对电源故障进行处理。
对严重故障必须请示主管领导。
4. 寻求技术支持对不能马上处理的电源故障，必须电话咨询相关厂家技术人员，若电话指导仍然解决不了问题，应立即采用现有备件临时恢复电源设备供电，同时做好故障记录，并通知相关厂家技术人员带配件来维修。
5.确保安全在处理故障的过程中应特别注意以下方面的问题以确保安全：(1)处理故障过程中大部份时间是带电操作的，因此一定要注意不能引起直流输出、交流输入的短路，各种维护工具必做好绝缘处理，确保人身安全和电源设备供电的安全。
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2：系统的小信号等效电路
iˆ g
ˆ i o
Zout − c
v ˆ g
Zin − c
G ii − c × iˆ o
v ˆ o
Gvg − c × v ˆ g
ˆ v o1
iˆ F2
G i 2 − F × iˆ g2
ˆ i o1
开关电源# 1
iˆ g2
ˆ G ii 2 − c × i o2
Zo u t 2 − c
Zout − c << Zin2 − F ， Zo2 − F << Zin 2 − c
−c
则有： G ′vg 1 ≈ G vg
G′vg 2 Z ′out2 ≈ Zout2 − c + Gii2 − c × Gvg 2 − c × Zo 2 − F + Gvg 2 − c × Gv 2 − F × Zout21
Zo 2 − F
ˆ Gv2 − F × v o
v ˆ g2
ˆ v o2
Gvg2 − c × v ˆ g2
iˆ o2
Zin2 − F
输入滤波 器
Z in 2 − c
开 关 电 源 #2
3：系统的小信号输出方程
输出#1： v ˆ o 1( s ) 输出#2： v ˆ o 2 ( s) 假定：
ˆ ˆ = G ′vg1 × v ˆ g( s ) − Z ′ out1 × i o 1( s ) − Zout 21 × i o2( s ) ˆ ˆ = G ′vg 2 × v ˆ g ( s ) − Zout12 × i o1( s ) − Z ′ out 2 × i o 2 ( s)
开关电源系统#1 的动态小信号方程
开关电源系统#1 的动态小信号方程
张兴柱 博士 1：系统的结构框图：
ig
io
i o1
vg
开关电 源#1
vo
vo1
R1
iF 2
ig 2
LF 2
RLF 2 RCF 2
C F2
滤波 器
vg 2
开 关电源#2
io 2
vo2
R2
这是最简单的一种电源系统，它有两个负载。负载#1 直接由开关电源#1 供电，负载#2 由开关电源 #1 级联开关电源#2 之后供电， 为避免开关电源#2 的高频输入脉动电流影响开关电源#1 的输出稳态指标 （进而影响对负载#2 的正常供电） ，在开关电源#1 和开关电源#2 之间必须接一个如虚线框内所示的二 阶滤波器，这个滤波器可使电流 iF 2 的开关频率分量及开关频率以上的高次谐波分量大大减小，从而保 证开关电源#1 的稳态输出指标。但滤波器的接入对输出#1 和输出#2 的动态又会有什么影响呢？也即其 动态性能，是否可保证不变呢？下面便是该系统的动态分析和设计考虑。
， Z ′out1 ≈ Zout − c ， Zout21 ≈ Gi2 − F × Gii2 − c × Zout − c ≈ Gvg − c × Gv 2 − F × Gvg 2 − c ， Zout12 ≈ Gv 2 − F × Gvg 2 − c × Zout − c
1