CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

关键词： 机房设备 开关 电子设备 可靠性

CATV前端机房设备的开关电源的原理解析（共7篇）

篇1：CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

hc360慧聪网广电行业频道 2004-11-16 11:46:41

摘要：本文介绍了CATV机房开关电源的基本原理，并以实例阐述了开关电源的工作原理。

关键词：开关电源 整流滤波 占空比  1 引言

有线电视前端机房的常用设备有卫星接收机（包括数字、模拟两类）、调制器、混合器、微波接收机、解扰器及VCD，DVD播放机和各种录像播放机等，大部分使用的是小功率、多电压等级输出的开关电源。使用开关电源有如下优点：1）效率高、功耗小、节约电能；2）输入电压范围宽，一般电压降到一半时还能正常工作；（3）输出电压稳、滤波精度高；4）电路体积小、重量轻；5）隔离度高、安全性能好等。但也存在电路经不起强电冲击等缺点。下面就有线电视机房设备的开关电源结构进行分析介绍。 2 开关电源由以下几个部分组成 21 主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3)逆变：将整流后的直流电变为交流电是开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

22 控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 23 检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。 24 辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。 3 开关控制稳压原理

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T•E式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由上式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（TimeRatioControl，缩写为TRC）。

按TRC控制原理，有3种方式：

 1)脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写为PWM）。开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

2)脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation，缩写为PFM）。导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

3)混合调制。导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上2种方式的混合。

4＋5V、＋12V、20W双路输出开关电源(电路图如图3所示)交流电源电压经BR1整流和C1滤波后，产生高压直流电压加至变压器T1和初级线圈一端，变压器初级线圈另一端接TOP224P。用VR1和D1来钳位变压器漏电感引脚的脉冲前沿尖峰。通过D3、C

9、L

3、C10整流滤波，再由7812稳压块进行稳压后，直接得到＋12V输出电压。变压器次级线圈通过D2、C

2、L

1、C3整流滤波后，产生＋5V直流输出电压。R

2、VR2组成一稳压电路，提高负载调整能力。次级线圈T1-4两端电压经D4、C 4整流滤波，提供TOP224P所需的偏置电压。L

2、C8可以减弱由变压器原端线圈和原端到副端等效容性阻抗产生的高压开关波形引起的共模电流。L

2、C6组成电磁干扰滤波器，减弱由变压器原端梯形电流的基波和高次谐波干扰产生的差模电流。C

5、R3与控制端阻抗ZC设置自启动周期。

综上所述，虽然开关电源的结构不尽相同，主脉宽调制振荡块/管也不一样，但工作原理基本相同。只要掌握了原理及各元器件作用，就不难进行维护和维修了。参考文献

［1］福州高乔电子有限公司，电源集成电路数据手册，1995.6 ［2］童诗白等•模拟电子技术基础•北京人民教育出版社，1981

作者简介：薛英(1967-)，女。1988年毕业于理工大学电子仪器专科。现任中级实验师，主要从事专业基础教学和实验工作。

篇2：探讨有线电视前端机房的电源配置

关键词：有线电视,前端机房,电源配置

一、前言

对于现代有线电视系统而言,其重要的目标就是实现安全不间断的供电,其性能直接关乎整个系统运行的可靠性与品质,尤其是处于前端的总机房,供电系统的稳定性至关重要。因此,要重视对有线电视前端机房电源配置的全面分析。

二、对基本配置原则的分析

对于配电系统,其基本的原则就是实现安全性、可靠性与规范性,这是保证设备可靠运行的基本。对于有线电视的前端机房,隶属于整个配电系统,其自身具有常规机房的共性,同时,也有自身的特殊性。在机房中,设备数量较多,功率不大,有些需要进行不间断的持续工作也有临时性的设备。结合不同设备对电源的标准和要求,在进行电源配置的时候需要遵循一定的原则。

(一)对可靠性原则的阐述

在进行机房配电系统设计的时候,要重视对相关规范的遵守,尤其是明确负载容量与配电方案。在材料选择上严把质量关,避免不达标准的材料投入使用。另外,要严格按照电气操作规范进行操作,提高施工品质,避免施工的临时性与随意性。

(二)重视保护线路的完备性

对于配电线路,要重视安装短路、过载以及接地保护装置。要按照上下级的保护电器,保证可以进行有效的选择,实现不同级别直接的密切配合。对于短路现象,要重视保护措施的制定,保证在连接线产生发热和机械行为之前迅速地切断。

(三)保证较高的电能质量

对于设备的安全运行与使用,电源的电能质量是重要的影响因素。因此,要在配电系统中进行滤波器的安装。同时,还有装置电力稳压设备。

(四)保证载荷冗余的合理性

为了保证用电需要,也要具有预防意识,为以后机房增容做准备。因此,要在进行配电系统技术方案选择的时候,要选取能够满足增容用电需要的设计方案。但是,要结合实际情况,保证其合理性,避免盲目性,以免造成设备和电力资源的浪费,保证经济性与合理性。

(五)保证具备较为全面的防雷举措

对于雷电行击波,主要集中在工频附近,根据研究,大部分雷电行为都是由于雷电行击波从供电线路的进入而造成的。为此,防雷是机房自我防护的重要方面,要结合实际情况,考虑气候、地形等因素,进行分层次设置,降低雷电的损坏程度。

三、对有线电视前端机房的电源配置方案的介绍

对于有线电视的前端机房,通常需要全天无间断连续工作,主要采用UPS不间断供电模式,避免掉电现象的发生,借助UPS,实现对电压开关的有效控制。同时,要结合需要,增加交流稳压电压,保证整个供电的需要。

(一)对基本系统组成的描述

在整个系统中,通常具有六个主要构成部分,首先是处于不同机柜中的用电负载,其次是避雷器和机房接地网,作用是保证机房免受雷电袭击,提高用电安全的保障。再次,是机房内的配电箱,包括各种开关,实现对各种负载的有效控制。第四,是UPS电源和维修之用的开关,被安装在配电箱内部,避免出现误操作的现象。第五,是总控制开关,实现对整个前端机房的有效控制。第六,交流滤波器和稳压器等设备。

(二)对载荷分配的介绍

对于载荷的分配,首先是前端设备,鉴于其需要进行全天候的适应。因此,直接接在UPS输出端。其次,对于播出端,需要进行连续工作。同时,要进行日常维护。因此,将其接于UPS电源输出端,但是,需要开关进行控制。再次,对于自动播出系统,鉴于每天需要通断的需要,将其接于UPS电源输出端,加开关进行控制。第四,对于电视墙,不需要进行频繁的开关。因此,可以分成几个线路的负载,借助开关进行控制。

(三)对线路保护装置设计的介绍

三相四线制接地系统是主要的保护装置系统类型。一般的过电流保护兼作接地故障保护是最为经济和简单的模式,需要进行优先考虑和使用。机房配电线路保护分设两种,即短路保护和过负载保护。

(四)对避雷举措的介绍

机房需要设置为完整的避雷系统类型,形成有力的避雷措施,为一级避雷保护措施。因而,把前端机房供电系统的避雷保护措施再分为两级,即第二级机房总电源入口避雷保护和第三级机房各负载单路电源线避雷保护。

四、对有线电视前端机房的电源配置安装与维护的介绍

为了保证电气设备有效、安全的运行,要重视安装的质量,提高维护水平。在设备安装中,重视设备位置的选择,做好导线走向的设计,固定好连接线头。同时,要结合电气的实际情况,尽量保证操作的简单性与方便性,规范安装操作,保证美观性,保证连接的稳固性。尤其是要做好机房配电箱安放位置和距离的选择,目的是方便日后维修。对于电源和电池,要保证安装在干燥和通风的位置,便于日常和日后的维修。只要设计合理、用料正确,加上平时注意防鼠灭鼠、避免机械外力作用,穿管后的线路故障率是甚低的,而开关是经常动作的,因此平时要时常检查其机械性能、触点完好、有无打火现象等,发现问题及时更换。对于各接头在供电系统投用的前期应重点检查,以后抽查即可。

五、结语

对于有线电视前端机房的电源配置,要结合实际情况提高设计的合理性与适应性,选择合适的材料,提高安装工程的质量,提高整个配置安装的安全性、可靠性与节能性。

参考文献

[1]郑卫华.信号传输、电源分配以及地线结构在有线电视前端机房中的设计关键点[J].中国科技信息,2014(12):135-136.

[2]黎苏庆.有线电视总前端机房电源系统改造[J].自动化应用,2015(10):102-103.

篇3：UPS电源设备的原理与使用维护

[关键词]UPS，电源，使用，维护，原理，性能

[中图分类号]TG434.1

[文献标识码]A

[文章编号]1672-5158（2013）05-0336-01

一、前言

当今社会对于广播电视及有线电视产业的要求越来越高，在这种压力之中，广播电视发射机房及有线电视前端机房的稳定性与各个分前端信号的流畅度以及连续的电流量，将会直接影响着内部系统是否能够安全的运行。在这样的情况下，通过科研人员的不懈努力，UPS便成功诞生了，随着UPS的应运而生，它不仅在有线电视领域得到了广泛应用，并且做出了卓越的贡献，很大程度上造福于人类。对于之后的工作，相关人员在应用过程中必须要对UPS技术进行充分的认知与了解，也有必要对UPS正常维护的必要常识进行一个培训，保证UPS电源在有线电视网络系统应用中能不间断的正常工作。

二、UPS电源系统基本工作原理

UPS的主要元件是逆变器，它能保持电流稳压稳频的输出，在输出电能的同时，也一定的储能功能。由于计算机、程控交换器以及数据通讯处理系统等对于交流供电系统的要求相当严格，必须保证电流的持续与畅通，以及使流量保持在足够大小范围，同时把提高网络硬件设备可靠与高效性作为最根本的目标，许多单位都选择在局域网关键节点处安装配备了这种UPS电源。UPS供电系统设备有很多种类型，根据不同的型号，它系统容量的大小也有所差异，但是，它的工作原理和主要功能却都是基本相同的。

UPS电源系统主要是由整流器、储能器、变换器以及开关控制器组成。UPS电源系统内部需要有一个稳定的电压，整流器对于稳定有着重要的作用，它能把电压稳定在一个合理的范围之内，整流器件主要依靠的是当今最为先进的可控硅技术与高频开关整流器技术，在这两项技术的辅助之下，再加上它自身的功能特性，在精简机构的同时，使该变化能满足系统内部的需求，让UPS能在整流电压的输出过程中保持基本的幅度不会变化。净化功能对于UPS的基本工作来说也是一项重要的操作程序，它主要靠储能电池来完成，此外，储能电池对能量的节省也有着重要的作用，而且不仅能减少消耗，还对环保有促进作用。由于整流器的实际作用比较单一，它不能消除电流在瞬间产生的脉冲干扰，因此使得整流后的电压仍然处于强烈的干扰脉冲之中，在这种情况下，储能电池除了拥有可存储直流电能的功能以外，对整流器的不足来说也有了一定的弥补。由于电容两端的电压不能突变，即利用了电容器对脉冲的平滑特性，不仅使得脉冲干扰得到有效的控制，而且对于电容器本身起到了洁净作用。变换器对于频率的稳定状况也十分重要，根据变换器振荡频率的大小能看出电容器内部是否稳定。

电网电压在正常的工作情况下是由UPS负责向所有的负载提供电源，与此同时，还要给储能电池进行充电，因为难免会有一些突发状况无法预料，当遇到突发停电的状况时，储能电池就派上了用场，它就可以给负载提供所需要的电源，从而使得生产能够保持正常的进度，但是储能电池的电量也是有限的，当生产需要的负载严重过载时，储能电池就无法供应足够的电量，就需要由电网电压经整流直接给负载供电。

1.电源的工作原理

（一）AC-DC的变换：将输入到电网的交流电经过自耦变压器的降压作用、全波整流作用以及把滤波变为直流电压后，通过滤变器将电流供给逆变电路。

（二）DC-AC逆变电路：现在很多都采用大功率的逆变电路，在工作过程中具有很大的功率富余量，而且在输出过程中遇到的输出阻抗非常小，因此具有快速响应的特性。在技术方面，由于采用了高频调制限流和快速短路保护这两项当今最为先进的保护技术，使得系统在工作时更为安全可靠。

（三）控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，在系统运行的过程中能够起到改善逆变器的动态特性和稳定性的作用。

2.电源的工作过程

在系统正常工作时，直流的主回路中会有直流电压通过，这些直流电压主要是供给DC-AC交流逆变器，然后输出220V稳定的AC交流电压，同时对电池充电。

三、UPS的使用

（一）正常的开机顺序

众所周知，所有的负载在启动的时候都会存在一种高强度的冲击电流，但是在UPS内部的功率元件都有一定范围的承载度，若超过上限则会烧环UPS电源，尽管我们在对UPS容量大小进行选择的时候都考虑到了它的冗余，但是由于冲击电流在一瞬间会很大，因此还是会在一定程度上缩短元器件的使用寿命，严重上来讲甚至会损坏元器件，得不偿失。因此在启动UPS电源的时候需要尽量避免造成太大的损害，所以在开机之前，首先要把UPS电源设备打开，使得电流有一个缓冲作用，待电流在输出正常后，再逐个打开负载，在打开的过程中需要按一定的顺序进行，根据电流的负载量从大到小依次打开。此外，在系统运行过程中，UPS旁路工作时对于冲击力的抵抗性比较强，根据这一特性，可以在开机时先使得UPS电源系统处于旁路工作状态，然后在再逐个打开负载，然后UPS面板开关使其处于逆变工作状态，这佯便可以减小对于UPS电源本身的损害。

（二）关机顺序

在关机的过程中，应该先依次关闭负载，待负载都成功关闭了之后，再关闭UPS面板，使得UPS处于旁路工作，而充电器则继续对电池组充电。若根据需要，必须将UPS电源的输出设备关闭，只需将输入市电的电源断开即可。

（三）注意事项

1工作环境

UPS电源设备在工作环境上的要求不算太高，只需要放置在干燥、通风、清洁的环境之中，尽量避免阳光直接照射在设备上，以免温度过高使得设备发热发烫，而环境的温度最好保持在20℃至28℃之间，有利于系统的正常工作。

2.日常使用

对于UPS电源的开机和关机操作需要清楚一个正确的操作顺序，否则很容易减短设备的使用寿命。首先在开机时，要先打开主机电源，然后看清楚负载的大小之后，从大到小依次开启；在关机的过程中，应该先关闭负载，然后再关闭主机的电源。在日常使用的过程中，必须要注意的是不能频繁开关UPS电源，开关操作之间至少得停2N3分钟以上，这对系统起到一个缓冲作用。

3定期维护

根据UPS电源所处环境的清洁程度来决定打扫周期，一般在一年半左右。清洁时需要打开外壳，擦净机内的灰尘；在清扫蓄电池组的时候，还需注意观察电池的正负极接线端子上是否有锈蚀或漏液等情况，若发现有不合格电池需要及时处理。

四、结束语

随着科学技术的持续发展，对于各项系统都有了较高的要求，而计算机、数据通讯处理系统又属于精密的操作仪器，它们对于UPS的要求相比而言也就更高，因此为了满足种种需求，必须对UPS电源技术进行不断的技术完善。了解UPS电源技术的工作原理，在此基础上能够正确地对其进行使用与维护，只要运用合理，则可减少或避免UPS电源出现不必要的故障，使其使用寿命更加长，同时能更安全更可靠地为服务于社会。

参考文献

[1]阁亮，《UPS技术应用与研究》[M].北京：新科技出版社，2006

篇4：CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

1 原理[1]

开关电源种类很多, 其基本工作原理相同, 均是把市电整流滤波得到的300 V直流电。通过电源开关管的不断导通和截止, 在感性储能元件中产生脉动电流, 经耦合, 变换为适宜的脉动电压, 再进行脉冲整流滤波、稳压得到直流输出。

开关电源可根据储能电感与负载的联接方式分为串联型、并联型、变压器耦合型;根据开关管的工作组合形式, 分为单端式、推挽式;根据激励脉冲产生方式, 分为自激式、它激式;根据开关电源的稳压方式, 分为脉冲宽度控制式、频率控制式。

医疗电子设备对电气的安全性和可靠性有严格要求, 在主电源电路中, 采用的开关电源为隔离变压器耦合型。在稳压调节电路环节, 使用光电耦合器件, 以达到设备地与电源地完全隔离的目的。

2 检修方法[2]

(1) 在维修前, 首先要掌握和理解开关电源的工作原理, 读懂电路图, 将开关电源按功能分解成整流滤波电路、脉冲激励电路、取样稳压电路、保护电路等基本单元。然后画出开关电源的基本框图, 作为维修时的参考, 便于分析故障原因, 快速判断故障部位, 达到事半功倍的效果。

(2) 在开关电源板上的输出端 (至少是主支路) 接上匹配的假负载 (大功率电阻或灯泡) , 原因有:①可排除负载出现故障的影响。当负载发生短路等过载情况时, 开关电源保护电路工作, 停止开关电源工作。检修acer7154e时, 显示器不亮, 测量无+B电压, 经过检查, 是+B支路元件短路所致。②可解除轻载保护。检修美联多功能监护仪电源时, 在排除故障后, 因未加负载通电, 导致输出电压均低, 在+5 V输出上增加一个大功率电阻后, 输出正常。③可防止自激式开关电源的开关管在负载过轻时, 因其正反馈激励 (取自开关变压器的取样绕组) 增强, 开关管的饱和期过长而损坏。④可避免在维修中因意外事故导致输出电压升高, 损坏负载。

(3) 检修时, 先观察开关电源板上是否有明显损坏的元件, 检查保险管是否熔断、电容是否漏液、电阻是否发黑等。然后分析损坏原因, 找出故障根本, 进行维修, 便于提高维修速度, 少走弯路。

(4) 加电测量各组输出电压。如电压正常, 则说明开关电源正常, 负载电路出现故障。反之, 若个别输出支路异常, 则基本上可判断故障在该支路内。应注意开关电源的工作频率一般在十几赫兹至几百千赫兹之间, 脉冲整流管不能用普通管代替。如果输出电压均偏高或偏低, 则重点检查开关电源的稳压电路 (包括取样、放大、耦合、调制等电路) 。

(5) 如果输出电压均很低, 则应测量开关管的集电极电压, 若不是300 V, 则说明市电的整流滤波电路中的元件损坏。此时应注意, 在更换熔断丝之前, 必须查出其熔断原因, 如开关管是否击穿、负载是否过流等短路故障。滤波电容的故障较为隐蔽, 当其容量减小时, 集电极电压略有下降, 交流成分增大, 用万用表不易判断, 用示波器则比较直观。此时输出电压叠有100 Hz的交流干扰, 使其他电子模块受到强烈干扰, 难以正常工作。检修长城GW500 A显示器时, 字符亮度下降, 左右严重抖动, 行幅不稳。原因是滤波电容失效, 引起行管的工作电压不稳定。若滤波电容严重不良, 还易导致开关管因集电极和电源输出端电压不稳, 致使开关电源的稳压电路工作异常, 因开关管饱和时间过长而过流损坏。

(6) 若集电极电压正常, 则检测开关管。开关管若损坏, 那么在更换前应仔细检查开关管的保护电路, 防止因保护电路失效而导致开关管损坏。同时, 检查负载电路, 排除因负载故障而使开关管过载损坏, 或因开关电源故障而损坏负载。同时考虑脉宽调制电路中的保护, 如开关电源的启动保护电路 (防止在开机时, 输出电压未建立, 调制脉冲过宽, 使开关管过流损坏) , 稳压保护电路 (控制脉冲宽度, 达到稳压目的) 等。应注意开关脉冲频率是否过低, 使开关管因饱和期长而损坏, 这样可以避免损失。例如一台彩色监视器开关电源的稳压调整管损坏, 无法控制脉宽, 导致开关电源输出过高, 进而损坏行管及开关管。开关管保护电路主要是给电感中的电流在开关管截止时提供续流回路, 降低感应电动势, 防止开关管击穿。

(7) 若开关管正常, 则需要判断是激励电路的故障, 还是保护电路的故障。判断方法:加电测量输出电压, 若电压是先建立, 后又消失, 则是保护电路起作用;反之, 没有电压的建立过程, 则是激励或稳压电路发生故障。应检测其是否可产生开关脉冲及脉冲幅度、脉宽和频率是否异常。其中, 激励电路中的启动电容和电阻, 因工作时从300 V中取启动电流, 所以最易损坏, 占激励电路故障的很大一部分。

(8) 开关电源高压过流时, 为防止故障扩大, 会以停止工作的方法进行保护, 所以维修起来比较困难。检修时应先判断是哪种类型的保护。方法是检测保护电流的工作状态, 示波器因反应迅速、直观较为合适。在排除不是保护电路中元件故障的原因后, 分析故障原因, 排除故障。在检测时应注意不要轻易断开保护电路, 以免扩大故障。

3 总结

通过对维修开关电源工作的整理、总结, 发现只要掌握开关电源的基本原理, 读懂电路图, 按照维修的一般规律和方法, 本着先易后难的原则, 先外围简单电路, 再核心复杂电路, 从故障产生的现象入手, 再逐步分析其产生的原因, 判断故障的大致部位, 就能及时排除故障。同时, 要注意工作经验的积累、总结, 才能逐渐提高自己的维修技能。

在实际中, 一般可以遵循以下原则进行检修: (1) 从电源电路板上找出开关管和主控制芯片; (2) 根据控制芯片和开关管型号, 查找相关资料, 了解其工作原理和典型工作电路; (3) 根据资料, 检测电路板, 绘出实际电路图; (4) 根据绘出的电路图, 查找损坏元件; (5) 分析损坏原因, 找出隐藏故障点, 避免再次损坏元件; (6) 更换所有故障元件。

参考文献

[1]马玉文, 曲伟敬.PM6000插件式监护仪应急检修一例[J].医疗卫生装备, 2003, 24 (2) :52-53.

篇5：CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

【关键词】开关电源节能 现网节能改造 通信

一、前言

改革开放以来，我国的经济成就举世瞩目，但环境问题也越来越严重，引起大家的高度重视 ，2007年世界经济论坛《全球风险报告》 中指出：21世纪全球面临的最严重挑战之一就是气候变化。2014年11月12日中美两国在京共同发布《中美气候变化联合声明》，中国计划到2030年将非化石能源比重提高到20%左右。十一五 期间，中国政府在节能减排上要求国内能耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%。同样在严峻的节能减排压力下，各通信行业运营商越来越重视设备的节能，将节能作为首要的发展方向。在这个背景下，对开关电源提出了极高的节能要求，努力开发节能的产品和寻找现网设备的节能改造方法。

二、开关电源节能原理分析

（一）开关节能的原理

通信开关电源节能的关键是要提高系统的整体效率。通常开关电源的节能主要在两个原理：第一个最直接的节能原理是提高整流器的效率。通过技术改进提高整流模块的整体效率特性、降低模块功耗等措施，从最初至今，整流器的效率已经在原有的基础之上提高了百分之十，达到96%。随着技术的进一步成熟和器件成本的下降，相信不久以后，规模应用将成为现实。开关电源节能的另一个节能原理是通过电源模块的休眠管理，提高运行模块的负载率可以提升系统实际的工作效率。

（二）开关节能的具体方法

如今，越来越多的行业开始广泛应用开关电源，其具体发展要求是，轻量化、小型化、高频化等。但是，随着开关电源的频率迅速提高，所产生的损耗也逐渐加大，因此需要考虑相关节能的方法。首先应该对开关电源的损耗进行系统的分析，要想达到上述发展要求，需要将开关电源的工作频率由低频转向高频。例如采用硬开关技术，这种技术损耗量小于线性电源采用串联电阻改变电压的方式，但随着工作频率的提高，相应的损耗依然会增加。其次，采用软开关技术，能有效提高开关电源的频率，也能降低开关电源的损耗，提高整体效率。软开关技术是使用电感谐振及电容，将变压器中的开关器件中电压按照准正弦规律进行变换，让开关管在电流为零的情况下立即关断，在电压为零的情况下立即开通的方法。最后，采用零开关技术，其主要在电路中增加电容或电感等相关储能元件，具体分为零电流、零电压开关。零电流开关指的是当开关管关断或开通的时候，让电流为零。零电压开关指的是当开关管关断或开通的时候，让电压为零。这样可以最大程度降低开关损耗，起到节能的作用。

二、现网设备节能的必要性

随着世界经济特别是发展中国家经济的快速发展，全球能源消耗总量不断攀升。根据全球能源机构统计，近些年来，全球能耗高达82%，造成二氧化碳排放量高达80%，远远超过预想的估计，因此，节能是现阶段的主要任务。如何采取有效的方法使现网设备最大程度的节能非常必要。能源的消耗一方面导致了温室效应和一系列的自然灾害，另一方面其与制造业、工业等成本的价格息息相关。所以，环境问题及气候变化问题成了人类面临的重要的挑战，全社会也越来越重视节能。从全球范围来看，通信行业与煤炭、有色、钢铁等行业相比，虽然不是能耗、排放问题最突出的行业。但一些数据显示，一些通信行业的能耗也很大，某些运营商在全国企业能耗排行榜中排名靠前。政府在国际组织上的节能承诺，社会、公众的重视形成对运营商的节能压力越来越大。由于全球资源价格持续上涨，新的市场逐渐开阔继而大大提高了网络的扩容性。而我国通信企业整体仍处于发展阶段，在增大网上运行设备容量的时候必然导致能耗需求也扩大，给运营商带来了长期的财务压力。为了应对气候及能耗的挑战，电信行业各主流运营商、设备商先后启动节能减排计划。近10年来已经取得了很大的进步，技术的进步与产品的更新换代使单位能耗持续下降，领先的运营商取得了超过50%的节约。

三、现网设备节能手段

（一）通信网络中基站设备节能

基站设备分基带、射频和馈线三部分，其中能源消耗量占首位的是射频部分，超过能源消耗量的百分之八十。但是，在射频部分中，功放耗能几乎占射频部分的一半，因此，提升基站设备能效的关键点就是提高功放效率。而提高功放效率的方式有多种，比如，有智能减压、智能匹配、新型高效功放等，但多载波技术是提高功放效率的最直接的办法之一。

（二）通信网络中站点节能

一般来说，通信网络的节能主要是站点的节能。站点的节能可以从两方面来分析：网络拓扑和网元。网络拓扑的节能就是通过减少站点来提升单位话务量能效。以下为通信领域中减少站点两个有效的手段：⑴规划网络，降低无效的系统开销，以最少的站点服务最多的用户来提高覆盖效率。⑵使用Transmitting Diversity、High Receive Sensitivity及 PBT等关键技术增加设备本身的覆盖半径提高，从而提升基站设备本身的覆盖能力。在现实中，将适宜的网络规划和较强覆盖能力的设备配合使用通常能大幅度实现广覆盖场景下四分之一以上的能源消耗节约，无疑不是一种进步。

（三）通信网络中新能源节能

减少碳排放最直接方法就是开发新能源。如：太阳能、核能、风能、潮汐能、生物能源等。企业减少碳排放的最有效途径就是选择无排放能源或者低排放能源。通常在一些边远地区，风能、光能资源比较丰富，可以根据当地气候因素建一些风、光能源的小型站点。这些新能源小型站点也可能在市电不稳定的城区作为补充能源使用。而对于这些偏远的小型站点来讲，通常面临的问题有以下三个方面：第一是引电困难；第二是电网公司引电价格可能过高；第三是小型站点本身的能耗不高，因此，通信运营商往往使用油机系统来解决能耗问题。

只有重视开关电源节能及现网设备节能的改造，才能有效的利用固有的能源材料，开创新的可再生能源。才能与环境和谐相处，共同促进社会经济的发展。继而带动了通信网络的节能开拓，发展新用户、开拓新市场。使用新领域的节能设计补充带网络建设的需求，减少开关电源、现设备带来的排放压力。同時设备厂商及运营需要积极的投入到可持续发展、高效节能的研究当中。

参考文献：

[1]郭忠银.一种绿色模式开关电源的研究与设计[D].南华大学，2010.

[2]周会坤.蓄电池节能充放电控制系统的研究与设计[D].武汉理工大学，2011.

篇6：CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

随着医学电子技术的高度发展,大量先进的电子医疗设备应用于临床医疗,这些医疗设备的正常运转离不开安全稳定的电源,由于开关电源具有重量轻、体积小、效率高、可提高整机的可靠性和稳定性等优点,因而在现代电子医疗设备中得到了广泛的应用;同时由于长期连续的工作,造成它的故障率相对较高,由于医疗设备的特殊性和差异性,开关电源的互换性较差,一旦出现故障,厂家就会更换整个电源,价格昂贵,其实只要懂得开关电源的工作原理,掌握其维修技能,熟悉常见故障,大部分故障是可以修复的。

开关电源就其与负载的连接方式可分为并联型和串联型两种类型,现代医疗电子设备中以并联型开关电源的应用最为广泛,基本由以下几部分组成:(1)交流输入整流滤波电路;(2)高频开关电路;(3)高频功率变换及低压整流输出电路;(4)开关脉冲驱动电路;(5)取样反馈稳压及保护电路。它的工作原理是:交流电压经整流滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压经由脉冲驱动电路驱动的开关器件进人高频变换电路后,被转换成各种电压值的高频方波,最后再将这个高频方波电压经整流滤波变为设备工作所需要的直流电压,高频变换电路分析图,见图1。

1 故障一

1.1 故障现象

锐柯Vita CR故障,开机指示灯不亮,设备无自检,电源指示灯不亮,测量输入电压正常,输出电压偏低,正常值为5 V,而实际测量值约为1.5 V。

1.2 故障分析

引起开关电源输出电压低的原因可能为:(1)开关电源负载有短路故障,此时,应该断开开关电源上所有负载,以区分是开关电源电路的故障还是负载电路有故障;(2)稳压控制电路故障,引起输出电压低;(3)输出电压端整流二极管、滤波电容失效等;(4)开关管的性能下降,导致开关管不能正常导通,带负载能力下降。

1.3 故障排除

根据以上分析,此故障为典型的电源系统故障,首先断开开关电源上的所有负载,测量输出电压还是偏低,故障应在电源自身;替换电源稳压电路各主要元件及开关管,故障依旧;测量各输出整流二极管及滤波电容,发现有一高效二极管短路,造成输出负载过载,更换后,开关电源工作正常,设备投入使用。

2 故障二

2.1 故障现象

耳鼻喉的国产冷光源故障,开机一段时间后有爆炸的声音,机器停机。

2.2 故障分析

拆开机器,发现保险炸裂,开关管崩裂。冷光源是由开关电源产生高压为疝气灯供电,所以维修工作需围绕开关电源展开,根据故障现象分析,造成开关管损坏的原因主要有:(1)市电电压过高;(2)稳压电路有问题;(3)开关管尖峰脉冲吸收电路故障;(4)开关电源负载过重;(5)开关管本身问题。

2.3 故障排除

根据分析,通过测量,首先排除市电和稳压电路的因素;测量开关脉冲吸收二极管已损坏,但不能确定此故障就是由它引起,不敢轻易试机,继续搜寻嫌疑故障点,稳压电路无明显异常,经过耐心仔细的测量与检查,发现开关变压器次级引脚开路,造成反馈电压为零,开关管尖峰电压急剧升高,开关管击穿,其他相关元器件烧毁,查明原因,更换相应元器件后试机正常。

3 故障三

3.1 故障现象

影像科万东HF51高频X光机故障,透视情况下,监视器无图像,面板曝光指示灯亮。

3.2 故障分析

根据故障现象判断,X线、影像增强器、摄像头、中控器等部分故障都可能引起以上故障现象,其中又以各部分开关电源故障率最高。

3.3 故障排除

本故障在一一排除X线、影像增强器、摄像头等重要部件后,最终故障锁定在中控器上,首先测中控24 V开关电源直流供电,正常;更换一新中控器,故障依旧。重新仔细检查发现,每当测量结束后,重新插上中控器24 V电源时,都会听到轻微的“吱吱”声,核查发现声音来自24 V开关电源,拆下检修,发现400 V、47 uf滤波电容有“鼓包”现象,造成滤波不良,使整流后的纹波电压较大,导致开关变压器发出“吱吱”的声音。虽然测量有电压输出,但电容储能功能失效,带负载的能力变差;检查其他相关元器件没有损坏,更换滤波电容,上机后设备恢复正常,故障排除。

总之,开关电源在电子医疗设备中占有重要的地位,也是故障率较高的部件,了解和掌握开关电源工作原理及维修技能,有利于提高维修效率和成功率,在维修中可达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]李昌伟.标特BTX-9800A高频钼靶乳腺射线机故障维修两例[J].中国医疗设备,2015,30(6):165,160.

[2]刘士龙,李晓梅,王文彬.GE Innova 2100-IQ数字血管减影系统故障及维修[J].中国医疗设备,2015,30(6):163-164.

[3]邱秋雄,张志娟,罗文娟,等.医疗设备开关电源维修技术实践分析[J].医疗装备,2014,27(4):101-102.

[4]陈云,彭天舟,王上东.浅淡医疗设备开关电源的维修—结合迈瑞PM9000监护仪[J].北京生物医学工程,2014,33(5):545-547.

[5]陶冶.医疗设备开关电源的维修之我见[J].中外健康文摘,2012,9(23):398-399.

篇7：CATV前端机房设备的开关电源的原理解析

关键词：隔离开关,原理,安装,调整

1 结构及基本传动原理

GW6型隔离开关由三个单极组成, 每极由底座、绝缘支柱、传动机构、导电闸刀、开关动触头和静触头等组成。其中导电闸刀由上管、下管与活动肘节构成。其动作原理是:以合闸过程为例 (如图所示) , 首先通过操作瓷瓶的转臂施加力给弹性装置, 再由弹性装置传递给左转动臂, 左转动臂通过转轴带动反向连杆, 反向连杆再将力传动给右转动臂, 从而使左、右转动臂同时向中间合拢, 再经过上面的活动肘节、连接管, 使动、静触头相接触完成合闸。合闸终了, 操作瓷瓶上的转臂被挡块限位。弹性装置的作用是隔离开关合闸后, 使动、静触头接触压力保持一定的数值;平衡弹簧的作用是用以抵消闸刀重力所产生的合闸阻力, 使操作轻便。隔离开关的安装及调整。分闸过程即为合闸过程的逆过程, 其传动原理是一样的。

2 安装调整要点解析

GW6-252型隔离开关一般为“三相联动”, 即每组配用一台操作机构, 用机械连杆联动三相。下面我以泰州500kV泰兴变电所, 已投入运行的配CJ2-XG型电动机操作机构的该型隔离开关为例, 对其调整要点进行一一解析。

(1) 操作机构的调整:CJ2-XG型电动机操作机构在与隔离开关联装时, 要注意检查隔离开关转动主轴与机构输出轴是否同心, 不能出现鳖劲卡滞现象。在联装完毕后, 对机构进行调整。 主要是调整机构中止钉与档块的距离, 在CJ2-XG型操作机构中, 齿轮盘位置处有分合闸止钉和档块。其调整标准是:用手转动电机手柄进行分闸或合闸, 当终点限位开关刚刚切换时 (可用限位开关切换“滴答”声或用 1.5～3V电池和指示灯来判别) , 止钉和档块间的间距应在 (8±3) mm范围内。此数值可以通过改变限位开关上部的弹性压片的弯曲度来调整。在限位开关刚切换时, 电机手柄能够继续转动3～6周, 然后止钉和档块接触, 手柄转不动, 即说明此位置调整合适。这样就保证了电机在完成操作断电后, 其惯性能够继续带动隔离开关操作机构运动一段时间, 使隔离开关各部机械尺寸达到调整位置。同时操作机构的运动消耗了电机的剩余能量, 使本身不会受到很大的作用力。如果出现机构中止钉和档块接触后齿轮盘反转的现象, 其原因是蜗杆轴向松动, 可以采取加装垫圈或紧固蜗杆压板上的固定螺栓的方法解决。

(2) 机构与主轴间连接器的调整:改变机构与主轴间连接器的位置。使得当隔离开关合闸完毕后, 主极连杆各轴间的角度过死点, (死点位置见下图) 。这样如果隔离开关上部有分闸趋势, 将给操作瓷瓶一个分闸转矩, 这个转矩又通过相间连杆作用到主极拉杆上, 但由于其超过了死点, 使得机构主轴只能向合闸方向转动, 且此时机构中合闸止钉与档块已接触良好, 从而消除了隔离开关上部分闸的可能性, 保证了隔离开关的可靠运行。

(3) 传动机构转臂死点位置调整:先在单相开关上分别调整好, 根据要求, 隔离开关在合闸位置时, 传动机构中与操作瓷瓶上部连接的转臂应越过死点1～4mm。但我们现场调整一般要求过死点3～4mm, 这样即符合厂家设计要求又便于观察。转臂旁有限位螺钉, 满足传动机构轴越过死点3～4mm时, 且距档块有一细小间隙时固定限位螺钉。如果未达到死点要求, 可以适当缩短弹性装置的长度, 但要求接触压力两者兼顾。三相联装后, 如果三相死点距离均不满足要求, 可以通过改变主极连杆的长短或者改变主轴连接器的位置来实现;如果是个别相死点距离不能满足要求, 可以通过调整相间拉杆的长度来实现。

如果合闸后传动机构轴未越过死点, 操作瓷瓶将会在弹性装置的作用下, 产生一个分闸方向的转动力矩, 此时如果隔离开关上部有分闸趋势, 操作瓷瓶所受到的分闸转矩将增加。这就有可能造成操作瓷瓶做微小转动, 使隔离开关闸嘴开裂放电。即使隔离开关闸嘴没有开裂, 在此转矩的长期作用下, 有可能会导致操作瓷瓶断裂, 从而酿成隔离开关的分闸事故;如果合闸后死点距离刚好达到, 从理论上讲, 此位置是最好的, 在分闸时最省力, 此时操作瓷瓶在上部的转动力臂为零。这时即使有来自隔离开关上部的力作用在操作瓷瓶上, 它也不会转动。但是如果出现某些极端情况, 致使死点位置发生变化, 将存在两种可能。一种是超过死点;另一种是达不到死点, 而达不到死点对隔离开关安全运行构成一定的威胁, 所以这种调试结果也是不可取的。

合闸后超过死点。这种调整位置避免了上述情况存在的缺陷。因为过死点后, 操作瓷瓶受弹性装置的作用, 存在一个合闸方向的转矩, 但由于其运动前方有档块存在, 这种转动趋势没有发展的可能, 所以隔离开关闸嘴开裂的可能性消失。此时即使操作瓷瓶断裂, 闸嘴也不会出现开裂分闸的现象。传动机构中的档块既可以使刀闸上部分闸趋势得到遏制, 又可使刀闸上部分闸趋势所产生的作用力, 施加在支持立瓶上, 从而保护了操作瓷瓶。至于轴与档块间的缝隙δ, 可以通过调整档块上的定位螺杆长短来调整。留有一定的缝隙, 是为了保证传动机构在产生微小变化时, 档块不受推力作用, 即瓷瓶上部不受力的作用。

(4) 触头位置和夹紧力的调整, 从母线的横向看, 触头的左右位置可以通过改变传动装置中反向连杆的长短来调整。触头的夹紧力必须满足每侧达到490N的要求 (可以通过压力计来测量) 。调整方法是旋动弹性装置端部螺杆, 使顶杆上的红线全部隐没进套筒内。如果调整后夹紧力还不满足要求, 应更换弹性装置。

进行此项工作时必须注意两点:一是必须保证机构超过死点距离1～4mm;二是必须保证红线隐没后, 弹性装置内部的活塞和套座不能顶住, 有一定的间隙。其作用是防止弹性装置活塞随隔离开关分合运动时, 活塞和套座顶住产生不可预见的反作用力, 使隔离开关各部受力改变。检查方法有两种:一是在隔离开关合闸后, 搬动隔离开关支架, 如果隔离开关闸嘴能够开裂一小缝隙, 说明内部有间隙存在;二是卸下弹性装置, 取出内部弹簧, 直接量取裕度。若不满足要求, 应采取机械加工手段解决。

(5) 整体校合检查, 隔离开关在调整完成后, 还应最后进行整体校合检查, 先手动操作一遍, 然后再进行电动操作, 在电动操作两遍后, 确认各所调位置均达到标准且无变化, 即认为调试工作结束。

3 结语