數字繼電保護用開關電源制造技術

數字繼電保護用開關電源是一種滿足數字繼電保護裝置對電源的特殊技術指標要求的開關電源，由輸入電路（１）、電源主電路（２）、電源輸出異常保護模塊（３）、開機時序控制器（４）、關機時序控制器（５）組成，電源５Ｖ、±１５Ｖ、２４Ｖ三路輸出分別配有電壓監視電路，聯合控制電源脈寬調制芯片，實現輸出過欠壓保護。輸出發生短路時會引起電壓驟降，通過輸出欠壓保護電路間接實現短路保護。電源開機時，５Ｖ通過控制電路延時開通２４Ｖ輸出，實現啟動建立５Ｖ先于２４Ｖ，電源關機時，失電采樣電路快速切斷２４Ｖ輸出，５Ｖ輸出由輸入濾波大電容繼續維持一段時間，實現關機保持５Ｖ晚于２４Ｖ。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是針對數字繼電保護裝置對電源的一些特殊技術指標要求而設計的 一種開關電源，屬于電力系統繼電保護

技術介紹
隨著數字繼電保護裝置在變電站自動化系統中的大規模應用，繼電保護裝置 的可靠性成為一個很重要的問題。屬于保護裝置一部分的電源，其性能的高低直 接影響著繼電保護裝置整體的可靠性。數字繼電保護用開關電源是一個多路輸出 電源，輸入為交直流通用，輸出有三組電壓，+5￥提供0 1]等數字電路的工作電 源，士15V作為模擬電源供給數據采集系統，+24￥用于開關量輸入輸出回路。與 常規電源相比，繼電保護用電源增加了一些特殊技術指標，如輸出過欠壓保護、 5V與24V的時序配合以及更高等級的電磁兼容要求等，其目的是為了提高電源 的安全可靠性，防止由于電源的問題而引起繼電保護裝置的誤操作。常規電源對輸出都要求過電壓保護，主要考慮的是輸出電壓太高會損壞后級 負載電路，而欠壓由于影響較小就不予設計保護。繼電保護用電源由于其特殊的 應用背景而對輸出電壓的大小有著更嚴格的控制。電源啟動時間為電源通電到輸出電壓上升到穩壓范圍內時的時間，保持時間 為電源斷電到輸出電壓下降到穩壓范圍外時的時間。常規多路輸出電源對各路輸 出的啟動與保持時間沒有先后要求。繼電保護用電源要求開機啟動建立時間5V 先于24V 40 140ms，關機保持時間5V晚于24V 20ms以上。啟動時5V電壓先 建立，保護裝置中CPU完成初始化程序，進入正常工作狀態，開出回路信號電平 狀態確定，不會引起保護裝置誤動。關機時24V先于5V消逝也是基于此目的。目前的數字繼電保護裝置上所用電源一般只有5V輸出配有短路保護、輸出 過壓保護，有電源開機5V先于24V建立時序，而無電源關機5V晚于24V消逝時 序，這些都降低了電源的可靠性，增加了繼電保護裝置誤操作中的電源因數比例
技術實現思路
技術問題為了實現數字繼電保護裝置對電源的特殊技術指標要求，本專利技術 設計了一款數字繼電保護用開關電源，實現了各路輸出的過欠壓保護、短路保護 以及5V和24V的開關機時序配合。技術方案本專利技術的數字繼電保護用開關電源，由輸入電路、電源主電路、 電源輸出異常保護模塊、開機時序控制器、關機時序控制器組成，輸入電路的輸 出端與關機時序控制器、電源主電路連接，關機時序控制器的輸出端接電源主電 路(2)中的24V電源開關控制電路，電源主電路中的5V、 15V、 24V三路輸出電源 對應連接到電源輸出異常保護模塊中的5V電源監視器、15V電源監視器、24V 電源監視器的輸入端，5V電源監視器、15V電源監視器、24V電源監視器的輸出 端分別接電源異常控制器的輸入端，電源異常控制器的輸出端接電源主電路中的 PWM控制器；開機時序控制器的輸入端接5V輸出電源，輸出端接電源主電路中 的24V電源開關控制電路。電源主電路中的24V電源開關控制電路由柵源電壓可控制開合的功率開關 管構成，開機時序控制器是一個充電延時控制電路，其輸出端接入24V電源開關 控制電路中功率開關管"Q1"的第一柵源控制光耦合器"U1";關機時序控制器 是電源主電路交流輸入端失電快速采樣電路，其兩個輸出端"off_A、 off—K"接 入24V電源開關控制電路中功率開關管"Q1"的第二柵源控制光耦合器"U2 "。采用單端反激拓撲結構形成電源的主電路，功率開關管由電流模式控制器 UC2842驅動，5V主輸出配有帶TL431的精密光耦反饋電路。輸入電源經過EMI 濾波、全橋整流與大電容濾波后接入變壓器初級繞組，輸入設欠壓保護，變壓器 三組分離次級繞組分別輸出5V、 士15V與24V電壓。5V、 15V、 24V三組輸出都配有電壓監視電路，各路電壓監視的輸出相串聯， 聯合控制UC2842的補償管腳。任一路輸出過欠壓時，串聯回路被切斷，控制關 斷UC2842，電源進入"打嗝"保護狀態直至異常情況消失。任一路輸出發生短 路時，短路瞬間電流劇增，電壓劇降，引發輸出欠壓保護，將短路保護納入到了 輸出電壓保護的范疇。24V輸出回路中配有一個IRFZ44N開關管，5V輸出通過延時電路控制導通該 開關管，實現電源開機啟動時序。調節延時電路參數可方便實現延時長短。電源 關機時，失電采樣電路檢測到電源斷電，控制關斷開關管，切斷24V輸出，5V輸出由輸入濾波大電容上存儲的能量繼續維持一段時間，達到關機時序要求。 有益效果本專利技術取得如下有益效果(1) 設計實現了數字繼電保護用開關電源各路輸出的過欠壓保護、短路保護， 并將短路保護與過欠壓保護揉合在一起，電路簡單有效。(2) 設計實現了電源輸出5V與24V的開關機時序配合，滿足不同帶載情況下 的時序要求。附圖說明圖l是電源結構示意圖。圖2是輸入電路1的電路原理圖。圖3 a是電源主電路2的電路原理圖的左半部，圖3 b是電源主電路2的電 路原理圖的右半部。圖4是電源輸出異常保護模塊3的電路原理圖。 圖5是開機時序控制器4的電路原理圖。 圖6是關機時序控制器5的電路原理圖。以上的圖中有輸入電路l、電磁干擾濾波器ll;電源主電路2、輸入欠壓 保護器21、反饋電路22、 PWM控制器23、 24V電源開關控制電路24;電源輸出 異常保護模塊3、 5V電源監視器31、 15V電源監視器32、 24V電源監視器33、 電源異常控制器34;開機時序控制器4、關機時序控制器5。 具體實施例方式圖1中，數字繼電保護用開關電源，由輸入電路l、電源主電路2、電源輸 出異常保護模塊3、開機時序控制器4、關機時序控制器5組成，輸入電路l的 輸出端與關機時序控制器5、電源主電路2連接，關機時序控制器5的輸出端接 電源主電路2中的24V電源開關控制電路24，電源主電路2中的5V、 15V、 24V 三路輸出電源對應連接到電源輸出異常保護模塊3中的5V電源監視器31、 15V 電源監視器32、 24V電源監視器33的輸入端，5V電源監視器31、 15V電源監視 器32、 24V電源監視器33的輸出端分別接電源異常控制器34的輸入端，電源異 常控制器34的輸出端接電源主電路2中的P觀控制器23;開機時序控制器4的 輸入端接5V輸出電源，輸出端接電源主電路2中的24V電源開關控制電路24。電源主電路2中的24V電源開關控制電路24由柵源電壓可控制開合的功率開關管構成，開機時序控制器4是一個充電延時控制電路，其輸出端接入24V 電源開關控制電路24中功率開關管的第一柵源控制光耦合器；關機時序控制器 5是電源主電路2交流輸入端失電快速采樣電路，其兩個輸出端接入24V電源開 關控制電路24中功率開關管的第二柵源控制光耦合器。當電源出現輸出過欠壓或短路時，電源輸出異常保護模塊3控制關斷電源主 電路2，實現對電源的保護。電源主電路2的5V輸出電源接入開機時序控制器4， 開機時序控制器4的輸出接入電源主電路2，控制電源主電路2的24V輸出電源。 輸入電路1的輸出接入關機時序控制器5，關機時序控制器5的輸出接入電源主 電路2，控制電源主電路2的24V輸出電源。1) 輸入電路圖2中，電源輸入經過一個并接的瞬態電壓抑制器RV1接入電磁干擾濾波器 11，濾除共模干擾和差模干擾。電磁干擾濾波器11的一個輸出端串接保險絲Fl， 另一個輸出端串接壓敏電阻RT本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字繼電保護用開關電源，由輸入電路（１）、電源主電路（２）、電源輸出異常保護模塊（３）、開機時序控制器（４）、關機時序控制器（５）組成，其特征是：輸入電路（１）的輸出端與關機時序控制器（５）、電源主電路（２）連接，關機時序控制器（５）的輸出端接電源主電路（２）中的２４Ｖ電源開關控制電路（２４），電源主電路（２）中的５Ｖ、１５Ｖ、２４Ｖ三路輸出電源對應連接到電源輸出異常保護模塊（３）中的５Ｖ電源監視器（３１）、１５Ｖ電源監視器（３２）、２４Ｖ電源監視器（３３）的輸入端，５Ｖ電源監視器（３１）、１５Ｖ電源監視器（３２）、２４Ｖ電源監視器（３３）的輸出端分別接電源異常控制器（３４）的輸入端，電源異常控制器（３４）的輸出端接電源主電路（２）中的ＰＷＭ控制器（２３）；開機時序控制器（４）的輸入端接５Ｖ輸出電源，輸出端接電源主電路（２）中的２４Ｖ電源開關控制電路（２４）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡敏強，趙上林，竇曉波，吳在軍，杜炎森，鄭建勇，秦申蓓，張如瑤，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]