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(kāi)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(dòng)力，是繼電保護(hù)裝置能夠正常工作的基本保證。從現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)關(guān)電源性能不良有關(guān)的占了較大一部分。

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

1 開(kāi)關(guān)電源工作原理

用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)關(guān)電路被調(diào)制成高壓脈動(dòng)直流；再在高頻開(kāi)關(guān)變壓器對(duì)得到的脈動(dòng)直流電進(jìn)行降壓處理，最后通過(guò)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(kāi)關(guān)有較多的功能要求，要對(duì)時(shí)序、保護(hù)等因素進(jìn)行考慮，所以開(kāi)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(kāi)關(guān)電源安全運(yùn)行會(huì)受一些影響。本文對(duì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)中存在著兩種缺陷而出現(xiàn)故障的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了分析。

2．1輸入電源波動(dòng)，開(kāi)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(kāi)關(guān)電源停止工作一直無(wú)輸出電壓，需手動(dòng)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(guò)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(zhǎng)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(kāi)關(guān)電源不能恢復(fù)工作。(此過(guò)程為故障情況)，具體時(shí)序圖見(jiàn)圖2所示。

②輸入電壓長(zhǎng)時(shí)中斷(大于250ms)后恢復(fù)，+5V、+24V輸出電壓均消失，此過(guò)程與開(kāi)關(guān)電源的正常啟動(dòng)過(guò)程相同。具體時(shí)序圖見(jiàn)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(duì)開(kāi)關(guān)電源正常工作沒(méi)有影Ⅱ向。具體時(shí)序圖見(jiàn)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(guò)程，電源欠壓保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。

2．1．3故障分析：在對(duì)該故障進(jìn)行分析之前，應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的正常啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)作，其根本原因是延時(shí)電路沒(méi)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(hào)得不到屏蔽，從而產(chǎn)生誤動(dòng)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(cè)電路，并在延時(shí)電容上并接一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，只要輸入電壓低于定值(開(kāi)關(guān)電源停止工作前的值)，該電子開(kāi)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(kāi)始延時(shí)，電源重啟動(dòng)時(shí)的假欠壓信號(hào)被屏蔽，徹底解決了由于輸入電壓快速波動(dòng)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(guò)程見(jiàn)圖3所示。邏輯回路見(jiàn)圖5所示。

2.2啟動(dòng)電流過(guò)大，導(dǎo)致供電電源過(guò)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(kāi)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(guò)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(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)瞬態(tài)電流約為200mA，穩(wěn)態(tài)電流為600mA，啟動(dòng)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(guò)載。

由于開(kāi)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(dòng)時(shí)，輸出回路的啟動(dòng)需要一定的功率，而啟動(dòng)電壓比較低，所以功率的突增，必然帶來(lái)開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)瞬態(tài)電流的激增，電流的激增對(duì)供電電源有較大的沖擊。

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

2．2．4試驗(yàn)驗(yàn)證：調(diào)整開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電壓后，通過(guò)試驗(yàn)儀模擬輸入電壓緩慢啟動(dòng)。當(dāng)開(kāi)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(dòng)，啟動(dòng)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(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為400±100mA，啟動(dòng)電流較改進(jìn)前減小300mA，不會(huì)對(duì)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(yǔ)

從上文對(duì)各問(wèn)題的分析可以看出，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，電能變換的各個(gè)環(huán)節(jié)需特別留意，開(kāi)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(huì)影響到開(kāi)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(kāi)關(guān)電源：

① 對(duì)于下面類似的問(wèn)題進(jìn)行考慮，如在一定的啟動(dòng)功率下，啟動(dòng)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(kāi)關(guān)電源標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并由專業(yè)測(cè)試部門驗(yàn)證，進(jìn)而將可靠的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)出來(lái)。