通信电源开关电源系统的基本组成以及各组成部分的功能.docx
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通信电源开关电源系统的基本组成以及各组成部分的功能
通信电源开关电源系统的基本组成以及各组成部分的功能
电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→开关管（振荡逆变）→开关变压器→输出整流与滤波。
1.交流电源输入经整流滤波成直流
2.通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上
3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载
4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的
交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰；
在功率相同时，开关频率越高,开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高；
开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出；
一般还应该增加一些保护电路，比如空载、短路等保护，否则可能会烧毁开关电源。
主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机、电脑等。
1.1.1整流模块的工作原理与故障分析
晶闸管整流器在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。
因为晶闸管整流器的电参数是可控的，所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。
因为晶闸管整流器不包含运动部件，所以晶闸管整流器系统的维修减少了。
注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。
在过程特性的阶跃期间，晶闸管整流器常常调节很快，以致能够避免过电流。
其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。
1.1.2监控模块的工作原理与故障分析
提高开关电源模块电流检测精度由于在电流型控制中依靠对电感电流上升斜波的检测完成控制，所以若电流变化率较大，可以提供较好的抗噪声MTD2002干扰能力和为电流比较器提供较好的信号电平。
而采用斜波补偿的方法，等于人为地改善了电感电流上升斜率，使其具有类似于电压控制模式抗噪声裕度较大的优点。
减小峰值电感电流与平均电流的误差电流模式控制是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。
因为MTD2002峰值电流（流过功率开关或电感上）在实际电路中容易进行采样，而且在逻辑上与平均电感电流大小变化相一致。
但是，电感电流与输出平均电流之间存在一定的误差，开关电源模块峰值电感电流的大小不能与平均电感电流大小一一对应，因为在占空比不同的情况下，相同的峰值电感电流可以对应不同的平均电感电流。
1.1.3防雷器件以及浪涌保护的工作原理及故障分析
防雷浪涌保护器（SurgeprotectionDevice）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。
防雷浪涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。
防雷浪涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。
用于防雷浪涌保护器的基本元器件有：
放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。
SPD的分类如下：
1.按工作原理分：
1）开关型：
其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。
用作此类装置时器件有：
放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。
2）限压型：
其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。
用作此类装置的器件有：
氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。
3）分流型或扼流型
分流型：
与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。
扼流型：
与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。
用作此类装置的器件有：
扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。
2.按用途分：
（1）电源保护器：
交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。
（2）信号保护器：
低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。
3.SPD的基本元器件及其工作原理：
1）放电间隙（又称保护间隙）：
它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成（如图15a），其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线（PE）相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。
这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点时灭弧性能差。
改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是靠回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。
2）气体放电管：
它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体（Ar）的玻璃管或陶瓷管内组成的。
为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。
这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，
气体放电管的技术参数主要有：
直流放电电压Udc；冲击放电电压Up（一般情况下Up≈（2～3）Udc;工频而授电流In；冲击而授电流Ip；绝缘电阻R（>109Ω）；极间电容（1-5PF）。
气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：
在直流条件下使用：
Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压）
在交流条件下使用：
Udc≥1.44Un（Un为线路正常工作的交流电压有效值）
3）压敏电阻：
它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。
它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。
压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。
压敏电阻的技术参数主要有：
压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K（K=Ures/UN）；最大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。
压敏电阻的使用条件有：
压敏电压：
UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压）
最小参考电压：
Ulma≥（1.8～2）Uac（直流条件下使用）
Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压）
压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。
4）抑制二极管：
抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区（图19），由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。
抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：
I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7。
抑制二极管的技术参数主要有
（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。
（2）最大箝位电压：
它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电压。
（3）脉冲功率：
它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。
（4）反向变位电压：
它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压，在此电压下管子不应击穿。
此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。
（5）最大泄漏电流：
它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。
（6）响应时间：
10-11s
5）扼流线圈：
扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，如图15e所示，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。
扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。
这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：
（1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。
（2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。
（3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。
（4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。
6）1/4波长短路器
1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号防雷浪涌保护器。
这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波长的大小来确定的。
此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。
由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA（8/20μs）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足之处是工频带较窄，带宽约为2％～20％，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置，使某些应用受到限制。
SPD的基本电路
防雷浪涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介绍的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。
研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任。
1.1.4开关电源的接线路由
假如开关电源用外接线启动的话，一般是给于某一个线对地短路来启动的。
那根线通常串个电阻或电容接到IC。
对第一电源来讲
排除法
1.灰色pwr_good停电计数寄存器控制线引脚电平发生变化时则启动计时能。
。
象电脑电源PG线功能的意思。
排除。
2.白黑线为电源线。
排除。
3.紫色---status2棕色---status1明显是一对有功能的特定线。
排除。
最大可能就是橙色咯。
。
。
一般需要启动的电源的话他的内部一定有俩个开关电路。
一个是输出电路。
一个是待机电路。
。
假如橙色真是的启动线的话。
可以用表去测试一下看有没有电压。
只有这橙色线有电压。
其他线都没电压的话。
那橙色就一定是启动线了。
第二个假如也需要启动的话就把紫色短路一下试下咯。
。
假如开不了的话那一般就是电源有问题了。
绿色加黑色短路开机那是专门电针对台式电脑电源而说。
1.1.5开关电源的常见故障及处理方法
过流（OC）：
过流是变频器报警最为频繁的现象。
现象：
（1） 重新启动时，一升速就跳闸。
这是过电流十分严重的现象。
主要原因有:
负载短路，机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。
（2） 上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有:
模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。
（3） 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时，主要原因有:
加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿（V/F）设定较高。
实例：
（1） 一台LG-IS3-4 3.7kW变频器一启动就跳“OC”
分析与维修:
打开机盖没有发现任何烧坏的迹象，在线测量IGBT（7MBR25NF-120）基本判断没有问题，为进一步判断问题，把IGBT拆下后测量7个单元的大功率晶体管开通与关闭都很好。
在测量上半桥的驱动电路时发现有一路与其他两路有明显区别，经仔细检查发现一只光耦A3120输出脚与电源负极短路，更换后三路基本一样。
模块装上上电运行一切良好。
（2） 一台BELTRO-VERT 2.2kW变频通电就跳“OC”且不能复位。
分析与维修:
首先检查逆变模块没有发现问题。
其次检查驱动电路也没有异常现象，估计问题不在这一块，可能出在过流信号处理这一部位，将其电路传感器拆掉后上电，显示一切正常，故认为传感器已坏，找一新品换上后带负载实验一切正常。
过压（OU）：
过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。
实例
一台台安N2系列3.7kW变频器在停机时跳“OU”。
分析与维修:
在修这台机器之前，首先要搞清楚“OU”报警的原因何在，这是因为变频器在减速时，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，所以我们应该着重检查制动回路，测量放电电阻没有问题，在测量制动管（ET191）时发现已击穿，更换后上电运行，且快速停车都没有问题。
欠压（Uu）：
欠压也是我们在使用中经常碰到的问题。
主要是因为主回路电压太低（220V系列低于200V，380V系列低于400V），主要原因:
整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。
举例如下：
（1） 一台CT 18.5kW变频器上电跳“Uu”。
分析与维修:
经检查这台变频器的整流桥充电电阻都是好的，但是上电后没有听到接触器动作，因为这台变频器的充电回路不是利用可控硅而是靠接触器的吸合来完成充电过程的，因此认为故障可能出在接触器或控制回路以及电源部分，拆掉接触器单独加24V直流电接触器工作正常。
继而检查24V直流电源，经仔细检查该电压是经过LM7824稳压管稳压后输出的，测量该稳压管已损坏，找一新品更换后上电工作正常。
（2） 一台DANFOSS VLT5004变频器，上电显示正常，但是加负载后跳 DC LINK UNDERVOLT”（直流回路电压低）。
分析与维修:
这台变频器从现象上看比较特别，但是你如果仔细分析一下问题也就不是那么复杂，该变频器同样也是通过充电回路，接触器来完成充电过程的，上电时没有发现任何异常现象，估计是加负载时直流回路的电压下降所引起，而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流,然后由电容平波后提供的，所以应着重检查整流桥，经测量发现该整流桥有一路桥臂开路，更换新品后问题解决。
过热（OH）：
是一种比较常见的故障，主要原因:
周围温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。
举例如下：
一台ABB ACS500 22kW变频器客户反映在运行半小时左右跳“OH”。
分析与维修:
因为是在运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现风机转动缓慢，防护罩里面堵满了很多棉絮（因该变频器是用在纺织行业），经打扫后开机风机运行良好，运行数小时后没有再跳此故障。
输出不平衡：
一般表现为马达抖动，转速不稳。
主要原因是模块坏、驱动电路坏、电抗器坏等。
举例如下：
一台富士 G9S 11KW变频器，输出电压相差100V左右。
分析与维修:
打开机器初步在线检查逆变模块（6MBI50N-120）没发现问题，测量6路驱动电路也没发现故障，将其模块拆下测量发现有一路上桥大功率晶体管不能正常导通和关闭，该模块已经损坏，经确认驱动电路无故障后更换新品后一切正常。
过载:
过载也是变频器跳动比较频繁的故障之一，平时看到过载现象我们其实首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器参数表的电机参数设置得当,一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警.我们可以检测变频器输出电压。
开关电源损坏:
这是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器UC2844来调整开关电源的输出，同时UC2844还带有电流检测，电压反馈等功能，当发生无显示，控制端子无电压，DC12V,24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。
SC故障:
SC故障是安川变频器较常见的故障。
IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。
此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。
安川在驱动电路的设计上，上桥使用了驱动光耦PC923，这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦，安川的下桥驱动电路则是采用了光耦PC929，这是一款内部带有放大电路，及检测电路的光耦。
此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是IGBT模块损坏。
IGBT模块损坏的原因有多种，首先是外部负载发生故障而导致IGBT模块的损坏如负载发生短路、堵转等。
其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏,从而导致SC故障报警。
GF—接地故障:
接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。
限流运行:
在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。
对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压（频率）首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压（频率）会再次上升，从而导致系统的不稳定。
丹佛斯变频器采用内部斜率控制，在不超过预定限流值的情况下寻找工作点，并控制电机平稳地运行在工作点，并将警告信号反馈客户，依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。
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