引言：

隨著電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的不斷發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)也取得了迅速發(fā)展，而開關(guān)電源猶如人體的心臟，是微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的動力，是繼電保護(hù)裝置能夠正常工作的基本保證。從現(xiàn)場繼電保護(hù)裝置發(fā)生故障的統(tǒng)計(jì)資料可以看出與開關(guān)電源性能不良有關(guān)的占了較大一部分。

本文從開關(guān)電源的原理入手，以測試的角度，對兩種有故障的電源模塊通過試驗(yàn)再現(xiàn)其故障現(xiàn)象，并分析了其故障原因，最后對改進(jìn)后的開關(guān)電源進(jìn)行了對比驗(yàn)證。

1 開關(guān)電源工作原理

用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪恍螒B(tài)，用閉環(huán)控制穩(wěn)定輸出，并有保護(hù)環(huán)節(jié)的模塊，叫做開關(guān)電源。

進(jìn)入電源的高壓交流電，先經(jīng)濾波器濾波，再通過全橋整流電路，高壓交流電由此正六位直流電：高壓直流電經(jīng)由開關(guān)電路被調(diào)制成高壓脈動直流；再在高頻開關(guān)變壓器對得到的脈動直流電進(jìn)行降壓處理，最后通過低濾波電路的的整流和濾波就可獲得與裝置要求相符的低壓直流電。電源工作原理框圖如圖1所示。

2 故障現(xiàn)象分析

因?yàn)橛糜诶^電保護(hù)的開關(guān)有較多的功能要求，要對時(shí)序、保護(hù)等因素進(jìn)行考慮，所以開關(guān)電源設(shè)計(jì)中有較高的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。除此，與民用電氣相比供電保護(hù)裝置的條件更為苛刻一些，繼電保護(hù)開關(guān)電源安全運(yùn)行會受一些影響。本文對因?yàn)樵O(shè)計(jì)中存在著兩種缺陷而出現(xiàn)故障的開關(guān)電源進(jìn)行了分析。

2．1輸入電源波動，開關(guān)電源停止工作

2．1．1故障現(xiàn)象：外部輸入電源瞬時(shí)性故障，隨后輸入電壓恢復(fù)正常，開關(guān)電源停止工作一直無輸出電壓，需手動斷電、上電才能恢復(fù)。

2．1．2故障再現(xiàn)：用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀，控制輸入電壓中斷時(shí)間，通過便攜式波形記錄儀記錄輸入電壓和輸出電壓的變化?？刂戚斎腚妷褐袛鄷r(shí)間長短，發(fā)現(xiàn)輸出存在如下三種情況：

① 輸入電源中斷一段時(shí)間(約100～200ms)后恢復(fù)，此后輸入電壓恢復(fù)正常，開關(guān)電源不能恢復(fù)工作。(此過程為故障情況)，具體時(shí)序圖見圖2所示。

②輸入電壓長時(shí)中斷(大于250ms)后恢復(fù)，+5V、+24V輸出電壓均消失，此過程與開關(guān)電源的正常啟動過程相同。具體時(shí)序圖見圖3所示。

③ 輸入電壓短暫中斷(小于70ms)后恢復(fù)，+5V輸出電壓未消失，而+24V輸出電壓也未消失，對開關(guān)電源正常工作沒有影Ⅱ向。具體時(shí)序圖見圖4所示。輸入電壓消失時(shí)間短暫，由于輸出電壓未出現(xiàn)欠壓過程，電源欠壓保護(hù)也不會動作。

2．1．3故障分析：在對該故障進(jìn)行分析之前，應(yīng)對開關(guān)電源的正常啟動邏輯和輸出電壓保護(hù)邏輯予以了解。輸入工作電壓，輸出電壓+5V主回路建立，然后由于輸出電壓時(shí)序要求，經(jīng)延時(shí)約50ms，+24V輸出電壓建立。輸出電壓欠壓保護(hù)邏輯為：當(dāng)輸出電壓任何一路降到2O％乩以下時(shí)，欠壓保護(hù)動作，且不能自恢復(fù)。更改邏輯前，因輸入電壓快速通斷而引起的電源欠壓保護(hù)誤動作，其根本原因是延時(shí)電路沒有依據(jù)輸入電壓的變化及時(shí)復(fù)位，使得上電時(shí)的假欠壓信號得不到屏蔽，從而產(chǎn)生誤動作，如圖2所示。

2．1．4解決措施：采取的措施是在保護(hù)環(huán)節(jié)上增加輸入電壓檢測電路，并在延時(shí)電容上并接一個(gè)電子開關(guān)，只要輸入電壓低于定值(開關(guān)電源停止工作前的值)，該電子開關(guān)便閉合，延時(shí)電路復(fù)位，若輸入電壓重新上升至該設(shè)定值，給保護(hù)電路供電的延時(shí)電路重新開始延時(shí)，電源重啟動時(shí)的假欠壓信號被屏蔽，徹底解決了由于輸入電壓快速波動所產(chǎn)生的電源誤保護(hù)。從而避免了圖2的情況，直接快速進(jìn)入重新上電邏輯，此時(shí)的輸出電壓建立過程見圖3所示。邏輯回路見圖5所示。

2.2啟動電流過大，導(dǎo)致供電電源過載告警

2.2．1故障現(xiàn)象：電源模塊穩(wěn)態(tài)工作電壓為220V，額定功率為20．8W，額定輸出時(shí)輸入電流約為130mA。當(dāng)開關(guān)電源輸入電壓緩慢增大時(shí)，導(dǎo)致輸入電流激增，引起供電電源過載告警。

2．2.2故障分析：經(jīng)查發(fā)現(xiàn)輸入電壓為60V時(shí)，電源啟動，此時(shí)啟動瞬態(tài)電流約為200mA，穩(wěn)態(tài)電流為600mA，啟動時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為600±200mA，造成輸出電流激增。而由于條件限制，此電源模塊的供電電源輸出僅為500mA，因此造成供電電源過載。

由于開關(guān)電源工作需要一定的功率，設(shè)計(jì)中由于未考慮到電源啟動時(shí)，輸出回路的啟動需要一定的功率，而啟動電壓比較低，所以功率的突增，必然帶來開關(guān)電源啟動瞬態(tài)電流的激增，電流的激增對供電電源有較大的沖擊。

2．2．3解決措施：啟動需要的功率一定，如果要減小啟動電流，可以考慮增加啟動電壓的門檻。將開關(guān)電源的啟動電壓提高到130~140V。

2．2．4試驗(yàn)驗(yàn)證：調(diào)整開關(guān)電源的啟動電壓后，通過試驗(yàn)儀模擬輸入電壓緩慢啟動。當(dāng)開關(guān)電源在滿載情況下，試驗(yàn)中緩慢上升輸入電壓(上升速率5V／s或10Ws)，從0～130V啟動，啟動時(shí)穩(wěn)態(tài)電流降低到200～220mA，穩(wěn)態(tài)電流大約為200±100mA，因而啟動時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為400±100mA，啟動電流較改進(jìn)前減小300mA，不會對供電電源造成太大的沖擊?？捎行П苊廨斎腚妷核查g降低時(shí)，給整個(gè)供電回路造成較大的電流沖擊。

3 結(jié)束語

從上文對各問題的分析可以看出，在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，電能變換的各個(gè)環(huán)節(jié)需特別留意，開關(guān)電源建立和消除輸出電壓的時(shí)序受電源保護(hù)功能影響和大，其中任一環(huán)節(jié)有缺陷，都會影響到開關(guān)電源的工作。所以應(yīng)將以下兩項(xiàng)工作做好以后再設(shè)計(jì)開關(guān)電源：

① 對于下面類似的問題進(jìn)行考慮，如在一定的啟動功率下，啟動電壓門檻太低，導(dǎo)致輸出電流瞬態(tài)突增等。② 設(shè)計(jì)完成后，盡量按照繼電保護(hù)所要求的開關(guān)電源標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并由專業(yè)測試部門驗(yàn)證，進(jìn)而將可靠的開關(guān)電源設(shè)計(jì)出來。