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程控交换机专用电源

程控用户交换机一般要求在市电(交流电) 停电时仍能保持正常工作,故不能像一般电器那样由市电直接供电。供电方法一般由市电经整流器变换为+48V或-48V直流电,用以给蓄电池充电或和蓄电池并联后给程控用户交换机供电。这样,当市电停电时,蓄电池中贮存的电能可继续给设备供电,以保持程控用户交换机在停电时的正常工作。由整流器和蓄电池组成的电源设备称为一次电源(亦可称为基础电源) 。一次电源过去均采用线性电源和酸性蓄电池,现正在逐步向开关电源和免维护密封蓄电池过渡。
二次电源为程控用户交换机设备内部的电源,它的作用是将引入设备的一次电源变换为+5V、-5V、+12V、-12V,以及铃流等设备所需的各种直流电源。二次电源可以集中装置,亦可分散装在各用户、中继、控制等机柜内。因为开关电源效率高,体积小,目前多数程控用户交换机采用开关电源作为二次电源。
20世纪80年代末至20世纪90年代初由于高频脉宽调制(PWM) 技术在整流器产品中得到成功、广泛的应用,所以高频开关整流器自20世纪90年代初开始逐步替代传统的可控硅相控整流器。高频开交整流器与传统的相控整流器相比,无论在技术指标、经济指标及使用效果上来说都具有无可否认的优势。那么∶无工频变压器开关稳压电源与线性直流稳压电源相比较有什么特点?
1、 效率高。一般在80%~90%,且输入电压与输出电压变化时效率变化较小。
2、 体积小。单位体积输出功率80~120W/L。
3、 重量轻。单位重量输出功率60~100W/Kg
4、 低噪音。20KHz以上超声工作。
5、 电压维持时间长。可达20mS左右,便于实现信息保护。
6、 输出纹波较大。10~1000mV(峰-峰值) 。
7、 控制电路比较复杂。使用元件多,调试与维修比较麻烦。
另外,隔离式无工频变压器开关稳压电源过压的可能性较小,特别是开关晶体管击穿时不会像串联式线性稳压电源和串联式开关稳压电源那样,因输出电压大幅度升高而危及负载。

一、串联式非隔离开关稳压电源
下图所示的是串联式开关稳压电源的原理框图。
假设由于输入直流电压或负载电流发生改变而使输出直流电压发生变化时,采样电路就将此变化电压信号送入比较放大器,与基准电压进行比较而产生一个误差信号,然后进行放大,放大后的误差信号送至脉冲调制回路,改变其脉冲占空比,再将此脉冲送至晶体管开关,以改变其脉冲输出电压的平均值,从而使电源的直流输出电压维持不变。
下图为串联式开关稳压电源的基本电路。
图中∶Ui—输入直流电压
      Ii—输入直流电流
      Uo—输出直流电压
      Io—负载电流
          RL— 负载电阻
      BG—开关晶体管
      D —续流二极管
根据上图的基本电路对其稳态过程作如下分析∶
开关晶体管BG导通时,电感L由于自身的自感,在阻止电流的突然跃升时产生自感电动势,方向与输入电流方向相反,极性为左正右负,并且电感L中的电流呈线性上升。
(2) 、T1~T2。开关晶体管BG截止时间。当开关晶体管截止时,由于开关管的断开,突然切断存贮电感L中的电流,但由于电感中的电流不能突变,势必又产生一个自感电动势。其极性为左负右正,以阻止电流的减小,从而使续流二极管D获得正偏而导通。这样存贮在电感中的能量就通过二极管D与负载RL形成回路。

二、工频变压器隔离式开关稳压电源电路的构成及其工作原理
交流电整流滤波,得到未稳定的无工频变压器的开关稳压电源因不需要通常用的50Hz工频变压器而得名。这种电源直接对直流电压,再由直流变换器进行高频变换,得到高频交流电源,又经整流器滤波就可获得需要的直流输出电压。该输出电压依靠控制电路调整变换器的脉冲宽度而得到稳定。下图所示为一个典型的无工频变压器推挽式开关稳压电源的电路基本结构∶
它主要由电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路及辅助电源等几部分构成。它的各部分功能如下∶
(1) 、电网滤波器。消除来自电网的各种干扰,如电机起动,电器开关的闭合与断开,雷击和来自其它电器设备等的干扰。同时,也可以防止开关电源的高频噪声进入电网。
(2) 、输入整流滤波器。将市电进行整流滤波,为变换器提供纹波较小的电压。而且当电网瞬时停电时,滤波电容存贮的能量能使开关电源输出维持一定时间。
(3) 、变换器。这是开关电源的键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,经高频变压器升、降压获得所需的输出高频交流电压。该变压器还起到输出端与电网的隔离作用。图中所给出的变换器是双端推挽式的,电路中的二只开关管工作时轮流导通,这种线路能提高高频变压器的利用效率。
(4) 、输出整流滤波器。将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压。
(5) 、控制电路。检测输出直流电压,与基准电压比较并对误差进行放大,进而调制振荡器输出的脉冲占空比,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。
(6) 、保护电路在开关电源发生过电压、过电流或短路时,保护电路使开关电源停止工作,以保护负载与开关电源本身。有的还具有发出告警信号的功能。
(7) 、辅助电源。为控制电路和保护电路提供一定技术要求的直流电源,以保证它们工作稳定可靠。

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