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开关电源知识

大家都知道，通信设备一般采用直流电源供电（那么，直流电是怎样得来的呢？它与交流电有什么关系）。目前，应用最广泛的、提供直流电的设备是开关电源。高频开关电源与相控整流器相比较，具有效率高、可靠性高、精度高、具有智能化管理功能、体积小重量轻和更换扩容方便等优点。开关电源种类繁多、特点各异，我们公司使用的开关电源有艾默生、中达、中兴等。
一、 开关电源的分类：按开关电源容量大小分为大、中、小系统；按开关电源系统组成分为三柜、两柜、独立架系统，其中三柜系统由交流配电柜、直流配电柜和整流架组成，两柜系统的交流和直流配电集成在一个柜子中，独立架系统即交流、直流、整流三者集成于一个柜子中。诸位所接触到的开关电源一般为独立架系统。独立架开关电源系统的组成：交流配电单元、整流单元（高频整流模块）、直流配电单元、监控模块。
二、 开关电源系统组成
1． 交流配电单元：一般由交流开关、交流供电线路、交流防雷器件等组成。作用是引入一路或两路三相交流电或单相交流电（接入网点基本上是使用单相电，模块局有的采用三相电<如安庄子、西花园、棉纺厂>、有的采用单相电）。经交流输入空开（过流、短路保护）、交流侧防雷器（抑制雷击冲击电压或浪涌过电压），分配给整流模块。
2． 整流模块：进行AC/DC变换，输出稳定的直流电。
3． 直流配电单元：一般由正负铜排、保险<熔断器>、直流空开、保护地、工作地、直流防雷组成，作用是向负载供电及电池充放电。
4． 监控模块：一般由电源板、信号采样电路板、（信号）控制电路板、CPU板、通讯板、显示板、信号指示灯等组成。

三、 开关电源的工作过程
将工频交流电压滤波后整流升压变为直流高压，再以一定的开关频率调制成特定的高频交流，然后整流滤波为所需直流电压。（通过控制器调整占空比使输出电压保持稳定。）
线路滤波的作用：将交流电源中的尖峰等杂波过滤，给开关电源提供良好的交流 电；防止本机产生的尖峰等杂音进入电网。
整流与滤波的作用：将电网交流电源整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。
逆变的作用：将整流后的直流电变为高频交流电。
输出整流、滤波的作用：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
四、 监控模块的作用和参数设置
（一） 作用：
1． 显示功能。监控模块上都有一个液晶显示屏，能显示系统的各种运行信息，如直流电压、电流、整流模块工作状态及各种告警信息等。
2． 参数设置。通过监控模块上的按键和显示屏，按需要输入、修改电源系统的工作参数。
3． 控制功能。根据系统运行状态，对被监控的对象发出相应的动作指令，如改变整流模块的输出电压和限流点、控制整流模块的开关状态等。
4． 告警功能。监控模块根据采集到的数据，对系统交直流配电工作状态进行判断，如有异常则发出声（蜂鸣器）、光（故障灯）告警。
5． 电池自动管理功能。监控模块可以实现对电池的均浮充转换、充电限流保护、负载（二次）下电、电池下电保护、电池温度补偿，有的开关电源还具有电池容量计算和电池测试功能。
电池容量计算是指实时计算蓄电池的剩余容量，放电时监控模块根据电池标称容量、放电电流和放电时间等参数，计算出电池放出的容量，进而得到电池的剩余容量；同理，可计算出充电时的实时剩余容量。
电池测试：当在监控模块上开启电池测试功能后，监控模块根据设定的电池测试终止电压控制整流模块的输出电压，使其输出电压低于蓄电池的电压，蓄电池开始放电。当蓄电池的电压达到测试终止电压或到了所设定的测试终止时间，监控模块终止电池测试，即控制整流模块的输出电压恢复到正常浮充电压，对蓄电池进行充电。在测试过程中，若系统发生异常，监控模块将自动终止电池测试。监控模块的电池测试功能大大提高了电池核对性放电试验的安全系数，不过在电池测试前也应准备好发电机，以避免测试后期市电突然停电，酿成通信事故。
6． 为集中监控提供了通信接口。
（二） 参数设置
参数设置的合理与否将直接关系到开关电源的工作状况。需要设置的参数主要有：均、浮充电压，限流值、电池容量、过压保护值、欠压保护值、二次下电值、电池保护电压等、温度补偿。
1． 均、浮充电压（交流供电正常时，负载由开关电源供电，电池处于微充电状态）的设置值：A、按电池说明书对电池的均、浮充电压要求；B、按用电设备对直流电压的要求。
2． 限流值：即整流模块的最大输出电流值，设置限流值的目的是防止整流模块输出电流过大，造成电池充电电流过大，使电池损坏。整流模块限流值的计算公式：[直流负载+电池充电电流（10%C10）]/开启的整流模块数，当负载、开启的整流模块数及更换不同容量的电池时，要及时对限流值进行修改。限流值必须设置准确，设置过大会对电池造成损害，设置过小会造成电池充电电流小于10%C10，电池容量不能及时恢复。
3． 电池容量：根据开关电源所接蓄电池的实际容量设置，当电池多于一组时，有的开关电源分组设置，有的则按总容量设置（比如两组500AH的电池，就设置成1000AH）。
4． 电池温度补偿：电池的标称容量和浮充电压均指环境温度25摄氏度而言。当环境温度升高时，浮充电压要相应降低；反之，要升高。监控模块根据环境温度变化情况，对浮充电压进行调整。当环境温度每升高一度，每节电池的浮充电压下降3～7mv；反之，升高3～7mv。
5． 二次下电电压：二次下电是为了在电池放电的情况下尽量延长重要负载的供电时间，而对次要负载断电，即给电池减轻负载，以延长供电时间。由监控模块根据设定的电压值或放电时长，控制直流接触器动作来实现。二次下电电压设置要合理（一般在45V左右），设置过高（如51V）会造成一部分负载在电池安全放电范围内断电，设置过低会造成电池放电电压下降较快，不能保障重要用电设备的安全。（并不是所有的开关电源都具有此功能，即使有，也可设为关闭）
6． 电池（下电）保护电压：作用是防止电池过放电，一般电池过放电后会造成极板深层硫化，其容量难以恢复。因此，监控模块的电池下电保护功能，可以在电池电压达到保护值时，控制直流接触器动作断开全部负载，达到保护电池的目的。电池保护电压一般设为43.2V，低于二次下电电压。
五、 保险容量的选择：保险的作用是过流和短路保护，确保电源设备安全。直流熔断器的额定电流值应不大于最大负载电流的2倍。（各专业机房熔断器的额定电流值应不大于最大负载电流的1.5倍。）
六、 开关电源的维护
开关电源宜放置在有空调的机房内，机房温度不超过28℃）
月维护项目：1.设备清洁；2.风扇过滤网清洁；3.检查告警指示、显示功能；4.接地保护检查；5.测直流熔断器压降或温升（小于80摄氏度）；6.检查继电器、断路器、风扇是否正常；7.负载均分性能检查；8.测量模块输出与汇流排连接处温升；9.开关电源整流模块参数、输出电压核对、调整；10.测各汇流条连接处、接线端子处温升；11.检查保护地、工作地接地线连接情况；12.检查熔断器告警是否正常。
季维护项目：1.直流输出限流保护；2.检查防雷保护；3.检查开关、接触器件接触是否良好。
七、 防雷器好坏的判断：
C级防雷一般由压敏电阻和气体放电管组成，压敏电阻接在火线上，其上有一个用红/绿色表示其好坏的小窗口，绿色为正常、红色为故障；气体放电管接地，无法从外形判断其好坏。防雷器前端安装有防雷空开，其作用是 防止线路着火。
D级防雷一般是一个防雷盒，盒上有指示灯，当灯为绿色时表示正常。
当防雷电路为断路（如压敏电阻、气体放电管接触不良或烧断，防雷空开跳闸等）时，开关电源将告警。
八、 常见故障判断与处理
当开关电源出现故障时，（监控模块）会发出声光告警并显示相关信息提示。
1． 交流输入过、欠压。开关电源对工作电压范围都有要求，当市电电压过高或过低时，开关电源会告警甚至停机。处理措施：及时与供电部门联系，查找原因，若不能及时修复，则需用发电机供电。
2． 熔丝（保险）断。一种可能是保险因过流烧断或是发生短路事故而烧断，造成通信设备断电，酿成通信事故。处理措施：查明原因，若因负载电流与保险容量不匹配引发，更换匹配的保险即可（通过日常对保险温升的检查，一般可以避免）；若因短路事故引起，彻底排除隐患后，更换保险。另一种可能是因通信设备停用或需要临时停电，而拔掉了保险，此时保险的输出端与地同电位，开关电源监控模块判断为熔丝断。处理措施：拔掉保险并拆除负载线。
3． 防雷器故障。出现此告警时，可根据前面所讲的防雷器故障的判断方法进行检查。处理措施：若因防雷器故障，则更换即可；若因防雷器件接触不良或防雷空开断开，确认无异常情况，恢复即可。
4． 整流模块故障告警或通信中断告警。一种可能整流模块坏了，不能开启。处理措施：联系厂家进行维修。另一种可能是在监控模块中将已关闭的整流模块设备为“开启”状态，就会出现告警，处理措施：关闭或开启整流模块时，要在监控模块中修改相应模块的开、关状态。若将监控模块中设为“关闭”的整流模块打开，该模块工作正常，但其出现异常时，监控模块不告警。
5． 市电故障（停电）告警。一般是由于市电停电或缺相（三相）造成，处理措施：采用发电机供电，并联系供电部门尽快修复。有时可能是由于机房交流开关跳闸、交流供电线路或开关故障造成的，这就要维护人员根据故障情况进行抢修。
九、 安全操作
由于维护规程上要求直流断电时间为零，也就是要求直流负载不能断电。因此，直流电源的安全操作显得格外重要。在日常的维护和操作中，要注意以下几点：
1． 做好金属工具的绝缘防护，防止操作时将开关电源或直流配电屏的正负排或正负端子短路、电池的正负板短路以及将负排与机壳短路。
2． 分清开关电源中的交直流，防止发生触电事故和交直流错接现象。
3． 不要将金属物品放置在开关电源机架或电池上，防止短路或负极接地事故的发生。
4． 当交流电电压波动较大或短时间内频繁闪断时，应暂时断开开关电源的交流输入开关或关闭整流模块，防止整流模块因关断、开启时间间隔太短而烧毁。
5． 开关电源周围要铺设绝缘胶皮，维护、操作时要穿绝缘鞋。
6．
十、 开关电源容量的选择应从通信设备所需功率、蓄电池充电电流和冗余量三方面考虑。计算公式：[（负载电流+电池充电总电流）/单个整流模块额定电流值]+1
十一、 新装开关电源系统在加电前应检查哪些内容
1． 交流引入线、直流输出线、电池连接线、地线连接是否正确； 2.所有连接部分是否紧固； 3.保险等元器件是否齐全，是否符合规范要求；4.机体上及附近是否有杂物。
十二、 开关电源整流模块的更换：
目前，小容量的开关电源系统智能化程度较高，整流模块大多采用插接形式，更换或新增整流模块时，按照系统要求直接拔、插即可。有的开关电源能热拔插，即带电（不关闭模块电源）拔插。
十三、 开关电源选型时，应考虑哪些主要技术指标？
答：1、交流输入电压适应范围和直流输出电压可调范围； 2、效率； 3、负载电流均分特性； 4、稳压精度； 5、杂音电压；6、过流过压保护及限流性能； 7、电池管理功能。
十四、 割接
十五、 通信局（站）直流供电系统的标准配置应由交流配电、直流配电、整流设备、蓄电池四部分组成。
十六、 选择直流负荷导线截面积的主要依据是：线路压降；选择交流导线截面积的主要依据是：安全载流量。
十七、 －４８Ｖ电源允许最大变动范围-40V--57V，该变动范围是指在电信设备受电端子上的电压变动范围。电源衡重杂音指标≤2mv，全程最大允许压降3V。
十八、 各类设备保护接地线的截面积应根据最大故障电流值确定，一般选择35—95mm2的多股铜导线。
十九、 蓄电池正极接地的原因：减少由于继电器或电缆金属外皮绝缘不良时产生的电蚀作用，从而保护继电器和电缆金属外皮不受损坏。
二十、 压敏电阻是 限压型 的防雷器件。接地系统由接地体、接地引入线、接地汇接排、接地线组成。接地体距地面应不小于0.7米，接地引入线宜采用镀锌扁钢，长度不应超过30米，不宜与暖气沟同沟布放，接地引入线应做防腐处理。
二十一、 雷电引入通信局（站）的途径一般有哪几种
雷电一般通过微波或无线基站铁塔及天馈线、架空高低压电力线、市话电缆、光缆、计算机网络线、建筑物等途径引入。
二十二、 防雷
(一)低压系统
1、在低压配电室内低压配电柜、调压器、油机转换屏等重要设备进线处加装过压型避雷器。2、在进入电力室的低压电力电缆第一端子处加装过压型避雷器。
（二）、直流系统
在电力室直流配电屏输出端加装带有熔断器的过压型避雷器。
(三)其他系统
1.在出入局的计算机数据线，监控线两端加装过压型避雷器。2.与无线设备信号接口相连的数据线，应在有线终端设备前加装过压型信号线避雷器。 3.天馈线同轴电缆长度大于30米时，应加装相应的过压型同轴避雷器。 4.从机房屋顶进入机房的缆线应就近加装过压型避雷器。5、在MDF配线架进线端加装混合型避雷器。

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