引言：

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

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

1 開關電源工作原理

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

進入電源的高壓交流電，先經濾波器濾波，再通過全橋整流電路，高壓交流電由此正六位直流電：高壓直流電經由開關電路被調制成高壓脈動直流；再在高頻開關變壓器對得到的脈動直流電進行降壓處理，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

因為用于繼電保護的開關有較多的功能要求，要對時序、保護等因素進行考慮，所以開關電源設計中有較高的設計風險。除此，與民用電氣相比供電保護裝置的條件更為苛刻一些，繼電保護開關電源安全運行會受一些影響。本文對因為設計中存在著兩種缺陷而出現(xiàn)故障的開關電源進行了分析。

2．1輸入電源波動，開關電源停止工作

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

2．1．2故障再現(xiàn)：用繼電保護試驗儀，控制輸入電壓中斷時間，通過便攜式波形記錄儀記錄輸入電壓和輸出電壓的變化。控制輸入電壓中斷時間長短，發(fā)現(xiàn)輸出存在如下三種情況：

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

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

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

2．1．3故障分析：在對該故障進行分析之前，應對開關電源的正常啟動邏輯和輸出電壓保護邏輯予以了解。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序要求，經延時約50ms，+24V輸出電壓建立。輸出電壓欠壓保護邏輯為：當輸出電壓任何一路降到2O％乩以下時，欠壓保護動作，且不能自恢復。更改邏輯前，因輸入電壓快速通斷而引起的電源欠壓保護誤動作，其根本原因是延時電路沒有依據(jù)輸入電壓的變化及時復位，使得上電時的假欠壓信號得不到屏蔽，從而產生誤動作，如圖2所示。

2．1．4解決措施：采取的措施是在保護環(huán)節(jié)上增加輸入電壓檢測電路，并在延時電容上并接一個電子開關，只要輸入電壓低于定值(開關電源停止工作前的值)，該電子開關便閉合，延時電路復位，若輸入電壓重新上升至該設定值，給保護電路供電的延時電路重新開始延時，電源重啟動時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生的電源誤保護。從而避免了圖2的情況，直接快速進入重新上電邏輯，此時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，額定輸出時輸入電流約為130mA。當開關電源輸入電壓緩慢增大時，導致輸入電流激增，引起供電電源過載告警。

2．2.2故障分析：經查發(fā)現(xiàn)輸入電壓為60V時，電源啟動，此時啟動瞬態(tài)電流約為200mA，穩(wěn)態(tài)電流為600mA，啟動時穩(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。

由于開關電源工作需要一定的功率，設計中由于未考慮到電源啟動時，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。將開關電源的啟動電壓提高到130~140V。

2．2．4試驗驗證：調整開關電源的啟動電壓后，通過試驗儀模擬輸入電壓緩慢啟動。當開關電源在滿載情況下，試驗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，因而啟動時穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為400±100mA，啟動電流較改進前減小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，給整個供電回路造成較大的電流沖擊。

3 結束語

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

① 對于下面類似的問題進行考慮，如在一定的啟動功率下，啟動電壓門檻太低，導致輸出電流瞬態(tài)突增等。② 設計完成后，盡量按照繼電保護所要求的開關電源標準執(zhí)行，并由專業(yè)測試部門驗證，進而將可靠的開關電源設計出來。