学文网升压电路篇1
关键词：能耗制动 回馈 泵升电压 电压检测
1、概述
在通用型逆变器中，网侧整流器为不可控二极管，若不采取另外的措施，这部分能量就不能及时释放，从而会导致中间回路电力电容器上电压上升。如果电动机的减速并不太快，电容器上电压的升高不十分明显，一旦电动机恢复到电动状态，这部分能量将重新被负载所利用。但当电动机减速过程较快时，电容器上的电压升高很快，在这种情况下，如不采取保护措施，就有可能损坏逆变器中的大功率器件或储能元件。
处理泵升电压能量的方法通常有两种：（1）采用电阻能耗放电电路；（2）由晶闸管构成半控有源逆变电路，通过能量回馈电路使之回馈到交流电网中。第一种方法电阻耗功大，电阻容易发热，但电路简单，易于实现。第二种方法能够实现能量的回馈，起到节能的效果。但由于晶闸管只能控制其开通，不能控制其关断，为防止有源逆变颠覆，晶闸管必须留有充分的换流角裕度，故该电路的最小逆变角一般不小于30°，由此而带来如电压的利用率下降、形成脉动环流、谐波含量大、功率因数低及工作可靠性不高等问题。本文中采用电阻能耗放电电路方法来处理泵升电压对系统的影响。
升压电路篇2
关键词： 开关直流升压电路； 热插拔控制； 安全工作区； 输出保护
中***分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）23?0165?03
Design application of the hot swap controller in the DC boosted circuit
LI Xing1， QIAN Yue?guo2， JIN Li1， ZHANG Jian?qing1
（1. The 36th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Jiaxing 314001， China；
2. Zhejiang JEC Electronic Co.， Ltd.， Jiaxing 314001， China）
Abstract： A hot?swap protection control chip is designed， which realized the protection of over?current and short circuit in DC boost circuit output. The work principle and implementation model of DC boost circuit and the hot?swap protection circuit are analyzed. The circuit， the parameters design， the selection process and actual work switching waveforms are introduced in detail， and the design examples are given. Experiments show that using hot?swap protection control chip can effectively avoid the inherent defects of the conventional DC boost circuit in overcurrent short circuit. It improved the reliability of power supply.
Keywords： switch DC booster circuit； hot?swap control； safety operation area； output protection
热插拔保护电路通常用于服务器、网络交换机、以及其他形式的通信基础设施等高可用性系统。这种系统通常需要在带电状态下替换发生故障的电路板或模块，而系统照样维持正常运转，这个过程称为热插拔（Hot Swapping）。本文将阐述热插拔控制器的另一种用法，利用热插拔保护电路具有的过流和短路保护功能，解决开关直流升压电路的输出端保护问题。
1 开关直流升压电路的基本原理
开关直流升压电路（The Boost Converter或者Step?up Converter），是一种开关直流升压电路。输出电压高于输入电压，输出电压极性不变，基本电路***如***1所示。
***1 The Boost Converter
开关管导通时，电源经由电感?开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管?负载形成回路，完成升压功能。
输出过流时，电路会采样开关管的峰值电流，减小占空比，导致输出电压下降。当输出电压降到输入电压时，过流保护不再受控，保护失效。另外输出过流点还会随着输入电压升高而变大。当输出短路时，输入电源会通过电感、升压二极管形成短路回路，导致电源故障。BOOST电路还有一个缺陷是不方便控制关闭输出，当控制芯片关闭，开关管截止时，输出仍然有电压，不像BUCK电路，很方便的将输出电压降到0 V。
2 热插拔控制器的基本原理
热插拔（Hot?Plugging或Hot Swap）即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性。如果没有热插拔控制器，负载端的模块插拔时，会对电源产生浪涌电流的冲击，影响电压的稳定与电源的可靠性。这个问题可通过热插拔控制器来解决，热插拔控制器能合理控制浪涌电流，确保安全上电间隔。上电后，热插拔控制器还能持续监控电源电流，在正常工作过程中避免短路和过流。
3 关键电路设计与实例
3.1 电源要求
电源实例如***2所示，其中的电源输入9～18 V，额定输出28 V/1.2 A，过流保护1.5 A。
3.2 电路简介
这是一款用了TPS2491热插拔控制芯片的升压电路，带有输出过流短路保护，当遥控端CTL接地时，电源进入待机模式，输出为零。
热插拔控制器包括用作电源控制主开关的N沟道MOSFET、测量电流的检测电阻以及热插拔控制器TPS2491三个主要元件，如***2所示。热插拔控制器用于实现控制MOSFET导通电流的环路，其中包含一个电流检测比较器。电流检测比较器用于监控外部检测电阻上的电压降。当流过检测电阻上产生50 mV以上电压的电流将导致比较器指示过流，关闭MOSFET。TPS2491 具有软启动功能，其中过流基准电压线性上升，而不是突然开启，这使得负载电流也以类似方式跟着变化。
TPS2491内部集成了比较器及参考电压构成的开启电路用于使能输出。比较器的开启电压为1.35 V，关闭电压1.25 V，有0.1 V的滞差保证工作的稳定。通过分压电阻精确设定了使能控制器所必须达到的电源电压。器件一旦使能，MOSFET栅极就开始充电，这种电路所使用的N沟道MOSFET的栅极电压必须高于源极。为了在整个电源电压[（VCC）]范围内实现这个条件，热插拔控制器集成了一个电荷泵，能够将GATE引脚的电压维持在比[VCC]还高10 V的水平。必要时，GATE引脚需要电荷泵上拉电流来使能MOSFET，并需要下拉电流来禁用MOSFET。较弱的下拉电流用于调节，较强的下拉电流则用于在短路情况下快速关闭MOSFET。
热插拔控制器还有一个模块为定时器，它限制过流情况下电流的调节时间。选用的MOSFET能在指定的最长时间内承受一定的功率。MOSFET制造商使用***3标出这个范围，或称作安全工作区（SOA）。
***3 MOSFET安全工作区
定时器还决定控制器自动重启的时间，故障导致关闭MOSFET，经过16个振荡周期后，芯片重新使能输出。
3.3 设计过程
保护电路参数设定分几步：
（1）过流采样电阻
[RS=0.05（1.2×IMAX），]取值33 mΩ，过流动作点为1.5 A左右。
（2）MOSFET的选型：耐压要大于输入电压和瞬态过冲，并放一定余量；选择[RDSON（MAX）。]
[RDSON（MAX）≤TJ（MAX）-TA（MAX）RθJA-I2MAX]
[TJ（MAX）]一般取125 ℃，热阻[RθJA]取决于管子的封装、散热的方式。
（3）选择MOSFET的[PLIM]
MOSFET在启动或输出短路时会有极大的功率消耗，限制[PLIM]可以保护管子防止温度过高烧毁。通过3脚PROG电压的调节，设定[PLIM]的大小：
[PLIM≤0.7×TJ（MAX）2-[（I2MAX×RDSON×RθJA）+TA（MAX）]RθJA]
[TJ（MAX）2]一般取150 ℃，[RDSON]为MOSFET最高工作温度时的导通电阻。
[VPROG=PLIM10×ILIM]
[VPROG=VREF×R10R9×R10]
式中[VREF]为4 V。实际选用MOSFE为AOL1242。
（4）选择[CT]
选择合适的电容，保证输出启动时能完成输出电容的充电且不引起故障保护的动作。
（5）选择使能启动电压
EN端启动电压为1.35 V，关闭电压为1.25 V。利用此引脚，可以做输入欠压保护；设计分压电阻为240 kΩ和13 kΩ，开启电压为26.3 V，在24.3 V时关闭。
（6）其他参数
GATE驱动电阻，为了抑制高频振荡，通常取10 Ω；PG端上拉电阻，保证吸收电流小于2 mA，在本设计中不需要，悬空处理；Vcc端旁路电容，取0.1 μF。
电源使能端串联一个二极管BAV70，低电平时可以关闭升压电路和电源输出。
4 测试结果和各测试点的工作波形
测试结果为过流保护动作点：1.45 A；输出长期短路无损坏，短路去除恢复输出；遥控端使能工作正常。
上电时各个测试点波形如***4所示。
***4 上电波形
***4中CH2是升压后的电压，当输入加电，升压电路立即工作，很快达到28 V。为了防止后极负载的浪涌电流对MOSFET的冲击，可以看到驱动电压（CH1）是缓慢上升的，输出电压（CH3）也是跟随缓慢上升。在启动过程中，很明显看到MOSFET的驱动电压不高，MOSFET工作于线性区，同样可以抑制输出端电流的增大，有效保护MOSFET在启动过程中不过载。
正常工作时的各点电压如***5所示。由***5可以看到，正常工作时，输出电压（CH3）等于升压后的电压（CH2），MOSFET驱动电压（CH1）比输出电压高了14 V，可以保证MOSFET良好导通，降低热耗和压差。
***5 正常工作波形
当负载过流或短路时的波形如***6所示。由***6可以看到，当输出过流或短路时，MOSFET驱动电压（CH1）迅速下降，导致输出电压（CH3）跟着下降，有效的保护电源的安全。经过2 s的重启周期后，驱动电压有个小小的试探电压，如果故障仍然存在，重启不成功，驱动电压又恢复到零。反之重启成功，正常输出。如***7所示。
***6 故障保护波形
***7 电源重启波形
5 结 语
实践证明，基于TPS2491热插拔控制器的保护控制电路具有电路简单可靠，应用方便的特点。本电路应用于开关直流升压电路中，完美解决了原来没有输出过流短路保护以及不能遥控输出的缺陷，收到了良好效果。
参考文献
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升压电路篇3
如果输入电压降到0．6V以下，则传统的充电泵或DC／DC转换器内部的电路(如振荡器、误差放大器、逻辑控制电路、电子开关等)不能正常工作，用传统的升压器件无法解决用0．6V以下的输入电压达到升压的目的。
精工电子有限公司(SⅡ)最近采用了完全耗尽型SOI技术(silicon onInsulator)，开发出与传统充电泵不同的超低工作电压的新型充电泵，能在0．3～0．35V输入电压下工作。它与升压式De／DC转换器配合，解决了0．3～0．35V输入电压的升压，给微弱电压的能源创造了一个有效利用的条件。
本文介绍给该新型超低工作电压充电泵S-882Z系列及与升压式DC／DC配合的升压应用电路。
特点与用途
S-882Z系列按放电开始电压大小有4个品种：分别为1．8V、2．0V、2．2V及2．4V，在型号后缀中用18、20、22及24来区分。例如，S-882220是放电开始电压为2．0V的充电泵。该系列主要特点：输入电压VIN范围：在Ta=-30～+60℃时为0．3～3．0V，在Ta=-40～+85℃时为0．35～3．0V；工作时的消耗电流在VIN＝0．3V时为0．5mA(最大值)；有关闭控制，在关闭状态或称休眠状态时耗电小于0．6μA(VIN0．3V)；关闭控制电压为放电开始电压加0．1V(≤3．0V)；内部振荡器频率350kHz,外部仅接一个启动电容(CCPOUT)，小尺寸SOT-23-5封装；无铅。
S-882Z系列主要应用于太阳能电池、燃料电池等低压电源的升压；RF标签内部的电压升压(如用于高速公路收费系统)；为间断工作系统提供电源。
引脚排列与功能
引脚排列如***1所示，各引脚的功能如表1所示。
内部结构及工作原理
传统的升压式充电泵电路由升压泵电路加上稳压控制电路组成，输出的电压可直接给负载供电。S-882Z升压式充电泵的内部结构与传统的充电泵不同，其内部结构如***2所示。
S-882Z的内部升压式充电泵的电路及振荡电路与传统的充电泵电路是相同的，但它的输入电压(即放电电路)与传统的充电泵电路不同。它有R1、R2组成的分压器、电压比较器COMP1、p-MOSFET(M1)及基准电压源VREF组成。另外，它还有监测升压式DC／DC转换器输出电压来控制升压式充电泵工作的电路部分。这部分由分压器R 3、R4、电压比较器COMP2组成，它的输出去控制振荡电路的工作，即控制升压式充电泵的工作或停止工作。
S-882Z的工作原理如下：
(1)VIN端输入0．3V以上的电压时，振荡电路就可以工作，输出时钟号(CLK)，使升压式电荷电路开始工作；
(2)升压式充电泵电路将输入端的电荷经内部电子开关及泵电容的转移，由CPOUT端输出的电荷给CCPOUT充电，使CCPOUT上的电压渐渐升高；
(3)CCPOUT上的电压上升到一定值时(放电开始电压)，使R1、R2组成的分压器电压大于VREF，比较器COMP1输出低电平。此低电平使P-MOSFET-(M1)有一个合适的-VGS，使M1导通，则CCPOUT上的电压给M1放电，由输出端OUT输出，此电压给升压式DC／DC转换器作启动电压。开始放电的电压取决于R1、R2的比值，在工厂中已设定好4种开始放电压，即1．8V、2．0V、2．2V及2．4V；
(4)当CCPOUT放电后，其电压降低，当CCPOUT上的电压降低到R1、R2上的分压小于VREF时COMP1输出高电平，M1截止，CCPOUT放电停止，CCPOUT上又开始充电升压；
(5)OUT端输出的电压给升压式DC／DC转换器供电，升压式DC／DC转换器开始工作，输出升压后的电压，若升压式DC／DC转换器输出的电压VOUT大于放电开始电压加0．1V时，此电压输入S-882Z的VM端，经R3、R4分压后，其分压大于COMP2的基准电压VREF，则比较器COMP2输出高电平，此高电平可使振荡电路停止工作，与此同时升压式充电泵电路停止工作，即充电泵电路被关闭，可节省电能。S-882Z的绝对最大额定值如表2所示。
典型应用电路
S882Z的典型应用电路如***3所示。VIN＝0．3V、VOUT＝3．0V、IOUT=ImA。***中，S-8353D30MC是一种输出固定3．0V的升压式DC／DC转换器，***中，SDI是肖特基二极管，增加SDI后可使用较小电容量值的启动电容器CCOPUT的输出电压就能启动升压式DC／DC转换器。***中，CVDD是升压式DC／DC转换器的电源平滑电容器。L、SD2、CL是升压式DC／DC转换器的三大元器件。
在***3的电路中，电感器L、肖特基二极管SD2及输出电容CL值的选取请参看SII生产的S-8353的规格书，另外要选择CCPOUT的电容量。
CCPOUT容量的选择也很简单，它与升压式DC／DC转换器的电源平滑电容CVDD有关、与充电泵的输出电流即升压DC／DC转换器的消耗电流IVDD。大小有关，与输入电压VIN大小有关，另外还与工作温度有关。
SⅡ提出一个CCPOUT的计算公式。公式如下：
VCPOUT>VDDL+0．2V
CCPOUT>10CVDD
VCPOUT：S-882Z系列的放电开始
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电压值(单位：V)
CCPOUT：启动用电容器的容量值(单位：μ F)
CCPOUT：升压DC／DC转换器用电源平滑电容器的容量值(单位：μF)
IVDD：升压DC／DC转换器的消耗电流值(单位：mA)
VDDL:升压DC／DC转换器的最低工作电压(单位：V)
ts：升压DC／DC转换器的启动电压=软启动时间(单位：ms)
笔者认为，这种计算较复杂，计算精度也不高，可估算后由实验来确定CCPOUT的值较为可靠、方便。
结束语
SII推出了用0．3～0．35V超低电压升压的方案，给微弱电压电源的应用开创了良好的条件。使用S-882Z系列可以将输入工作电压VIN的范围扩展到0．3V，并对于输入电压在0．9V或以上，但需较大输出电流情况下激活的升压式DC／DC转换器来升压，均可用S-882Z来启动升压式DC／DC转换器。所以，对于太阳能电池，燃料电池等超低电压的应用而言，其无疑是一个具有实际意义的方案。
小知识
基准电压源
基准电压源或电压参考(Voltage Reference)通常是指在电路中用作电压基准的高稳定度的电压源。随着集成电路规模的不断增大。尤其是系统集成技术(SOC)的发展，它也成为大规模、超大规模集成电路和几乎所有数字模拟系统中不可缺少的基本电路模块。
在许多集成电路和电路单元中，如数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、线性稳压器和开关稳压器，都需要精密而又稳定的电压墓准。在数模转换器中，DAC根据呈现在其输入端上的数字输入信号，从DC基准电压中选择和产生模拟输出；在模数转换器中，DC电压墓准又与模拟输入信号一起用于产生数字化的输出信号。
与之同时，二十世纪七十年代以来，由于对MOS晶体管的基本理论和制造技术的深入研究，加上电路设计和工艺技术的进步，MOS模拟集成电路得到了迅速发展。其中CMOS电路更是凭其工艺简单、器件面积小、集成度高和功耗低等优点，成为数字集成电路产品的主流。在这一背景下，为了获得低成本、高性能的模拟集成电路产品，基于标准数字CMOS工艺的各种高精度模拟电路受到了人们的关注，并成为集成电技术中的一个重要研究领域。而各种高精度基准电压源由于其在数字模拟系统中的广泛应用，更加具有广阔的开发与应用前景。
基本原理：
理想的基准电压源应不受电源和温度的影响，在电路中能提供稳定的电压，“基准”这一术语正说明基准电压源的数值应比一般电源具有更高的精度和稳定性。
一般情况下，可用电阻分压作为基准电压，但它只能作为放大器的偏置电压或提供放大器的工作电流。这主要是由于其自身没有稳压作用，故输出电压的稳定性完全依赖于电源电压的稳定性。另外，也可用二极管的正向压降作为基准电压，它可克服上述电路的缺点，得到不依赖干电源电压的恒定基准电压，但其电压的稳定性并不高，且温度系数是负的，约为－2mV／℃。还可用硅稳压二极管(简称稳压管或齐纳管)的击穿电压作为基准电压，它可克服正向二极管作为基准电压的一些缺点，但其温度系数是正的，约为+2mV／℃。因此，以上几种均不适用于对基准电压要求高的场合。于是，在这种迫切的市场需求和设计者的不断努力下，高精度的基准电压源应运而生，并且种类繁多。
从工作原理的角度来看，主要分为三类：标准电池、温度补偿基准稳压管和集成电路固体基准电压源(简称集成基准电压源)。
升压电路篇4
关键词：电网升压改造 10 kV电网 20 kV电网节约型电网
中***分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）0127-02
电力是经济社会发展的基础动力，电力在各项能源消耗领域中所占的比重很大，供电企业在输电、配电、供电、用电等领域开展节能降耗工作，促进电网的经济运行，具有显著的经济效益和社会效益。
由于配电网分布十分广泛，电压等级较低、线径较细，加上缺乏有效的检修和管理，造成配电网损耗较大。因此，配电网的节能降损在电力系统的经济运行过程中占据非常重要的地位。所以对配电网的升压改造由10～20 kV是一项非常符合我国现阶段电力发展需要的决策。20 kV电压级在中压配电网中实现全覆盖是大势所趋。当然，为了节省电网建设的投资费用，我们采取用10 kV电压级配电升压至20 kV电压级配电的方式。
1 配电系统
在电力系统中，配电网主要起分配电能的作用。配电网通常按电压等级来分类，可分为高压配电网（35～110 kV）、中压配电网（6～10 kV）和低压配点网（220/380 V）。在负载率较大的特大型城市，220 kV输电网也兼有配电的功能。但是由于一些历史、***治、经济以及技术等原因，现阶段在我国已初具规模的城乡电网中，除330、500 kV作为超高压输电电压，220 kV作为高压输电电压外，全国占多数的地区都采用35 kV与110 kV（东北用66 kV）为高配电压，而10 kV为中配电压、220/380 V为低配电压。
经济的飞速发展，使得一些地区的电力配电系统的弊端日益显现。特别是经济发达地区，固有的10 kV配电系统出现容量小、损耗大等问题。已经很难承受急剧增长的用电负荷。20 kV电压等级已列入国际电工委员会标准IEC38—1983中，在国外已被数十个国家和地区采用，具有非常成熟的技术和经验。国内对20 kV电压等级的优点早有认识，1980年当时的电力部就提出将20 kV电压等级列入GB156标准，1984年农电系统的专家也提出采用20 kV电压等级配电，此后众多专家学者相继提出建议，给予论证，倡导采用2 0kV电压等级。并在GB156—1993《标准电压》中加括号列入，后修订为GB156—2003《标准电压》。自1993年苏州新加坡工业园区的第一个20 kV全电缆供电项目起，目前已有不少项目进行了论证、规划、立项、试点和投入使用，设备制造部门已开始研制、生产相关产品。
2 配电设备升压改造的技术原则
2.1 架空线路升压改造技术原则
将原有10 kV架空线路调整适当线间距离并更换绝缘子、避雷器等线路附属设备后即可以运用于20 kV电网。当然，不同长度的架空线路要采用不同的升压改造过渡方案，这样10 kV用户才可以顺利完成20 kV新电网的接入。
2.2 电缆线路升压改造技术原则
因为电缆线路深埋地下，改造困难。所以我们一般建议在改造初期暂不进行电缆线路改造。等到一定时期，我们还是需要对原来的10 kV电缆线路进行改造。但并非所有的固有10 kV电缆线路都可以再利用，首先要对升压改造的10 kV电缆线路进行可行性的评估，根据评估结果才能决定是否再利用。然后对符合要求的电缆进行介质损耗测量以及主绝缘交流耐压试验。
通过评估、试验确定真正可以升压的电缆线路，升压前必须把所有的电缆的附件都更换成符合20 kV电压的标准。10 kV电缆线路升压改造完成之后，还需要进行外护套绝缘试验，局部放电试验，主绝缘交流耐压试验及绝缘电阻测量等。当这一切都符合要求时，方可进行投入运行。
2.3 架空裸导线线路升压改造技术原则
在升压改造前，要对水平线之间的距离进行校核，导线之间的标准距离如表1所示。如果档距超过120 m时，就要根据《66kV及以下架空送电线路设计技术规范》进行计算。
3 架空裸导线线路升压改造技术原则
在升压改造前，要对水平线之间的距离进行校核，导线之间的标准距离如表1所示。如果档距超过120 m时，就要根据《66 kV
及以下架空送电线路设计技术规范》进行计算。
当裸导线升压改造后，在最大计算弧垂风偏的条件下，与地之间的距离及交叉跨越应满足表2的要求。
4 配电变压器升压改造技术原则
4.1 配电变压器升压改造技术原则
配电变压器的改造主要在于变压器的更换时间。由于升压改造施工能力与配电变压改造时间的限制，为了保证供电的可靠性，需要对同一线路上的配电变压器进行分批更换。线路未改造时，双抽头配电变压器在10 kV档工作，改造完成之后，调至20 kV档工作。
4.2 配电网升压改造的策略和技术措施
（1）改造的策略。
对10 kV配电网升压改造的原则要充分将“设备全寿命周期”和“问题设备改造”等统筹考虑，使固有10 kV系统的资产能够得到最大限度的使用，保证经济效益，而新改进的20 kV系统具有较高的科技含量这样一个两全的效果。要达到这种效果，我建议从以下几个方面做。
①对于220/110（66）/22/0.4 kV这样的环状区域，因为它们主要在大城市的城乡，该区域的配电设备固定资产投入都是比较低的，改造成本也比较低，改造之后可以得到更大的经济效益，因此应该将该区域划分为20 kV的供电区域。
②对于一些地区的负荷超过了8～10 MW/km2，并且有增长的趋势，网络损坏率也比较高，布局不合理等，那么可以将这些地区先行划入20 kV供电区域。
③根据“配电设备的全生命周期”理论，利用较长的时间将10 kV网全部改造成20kV网，而在此过程中就把20/10 kV的变压器作为过渡，此区域划为10 kV供电区域。
④对改造地区要确定20 kV电压等级的设计原则，以及新增加的用户接入时应该遵循的设计原则，坚决抵制10 kV新客户的接入，分担20 kV网络的改造费用等。对于各级电压等级和变压器之间的变化要有明确的了解。
此外，20 kV电网正在向着智能网架的结构充分改造。“十二五”规划中提到了将发展智能电网作为重要的内容将其融入“三网融合”，并开始制定方案列入试点项目之中。
（2）改造的技术手段。
①改造架空线路：10 kV与20 kV电网的架空线路只是线与线之间的距离以及导线对横担和杆塔间距有所不同，它们距离地面的长度是相同的。在升压改造过程中，需要把瓷瓶和横担更换掉，将导线间的距离由原来的0.9 m调整至1.15 m，原绝缘线维持在0.9 m的距离，原杆塔不必改变。
②电缆线路：电缆线路的改造可以依照架空线路的改造手段。选取电缆（YJV-8.7/10 kV-3×400 mm2），长0.81 m，不更换上面的附属配件，人为的在电缆之间增加几个10 kV的接头。20 kV电压等级的试验采用变频谐振法进行测量绝缘电阻以及现场的介质损耗，并做现场的耐压交流实验。一切符合要求时即可运行20 kVd电网。
③开关设备：开关设备的改造方法和手段和配电变压器的方案相似。采用新换一些和利用一些旧的相结合的方式。首先对原来10 kV开关设备进行20 kV电压等级的试验。可以改造的10 kV开关设备，送厂改造。对于不可以改造的开关设备，全部进行更换。
4.3 以广州为例分析电网升压改造的必要性
据统计，我国的线损率和发达国家相比比较高，将10 kV电网升至20 kV电网可以降低75%的线损，节点潜力很大。经济飞速发展，配电网规模的要求也愈来愈高，我国有必要进行大规模的电网升压改造。在这样一个时机，我们恰好可以充分利用现有电网存量和装备制造水平，来提高供电能力和客户接入适应范围，来建设节约型电网，缓解站点和线路走廊资源紧张程度。新型电网系统可以达到提升供电能力、规范城市电网结构、方便运行维护、节约土地资源和降低电网损耗、减少电网投资、增加社会和企业经济效益等目的。下面就以广州为例，分析中压配电网采用20 kV供电的必要性。
（1）适应配电网规模增量发展的需要。
2008年时预计在2011年，广州市最大负荷将达1000万千瓦。新型20 kV配电网可以解决固有10 kV电压模式的弊端。
（2）提高供电能力和客户接入适应范围的需要。
在番禺区、天河区等负荷密度较高的地区，电力需求旺盛，大容量客户所占的比例日渐增高，10 kV电网系统已不能满足客户的供电需求。而如果采用20 kV供电可使线路的供电能力提高1倍，不仅扩大了供电半径和供电范围；还可使客户的报装容量达到2万～3万 kVA，能够为大客户提供更加灵活和经济的接入方式，可以缓解经济发展和供电不足的紧张。
（3）建设节约型电网的需要。
20 kV电网设备价格、设备尺寸、征地价格与10 kV电网相差不多，但供电能力却是后者的两倍。前者可以减少一级变电层次（66 kV），所以20 kV电网可以明显节省电网投资。据测算，输送同等功率时20 kV供电线路的有色金属耗量可减少50%，节约中压线路的建设投资约40%。通过理论分析可知：在单回线路输送功率相同的情况下，线路载流仅相当于10 kV线路的50%，则线路电能损耗仅相当于升压前10 kV线路的1/4，综合经济效益优势明显。
（4）缓解站点和线路走廊资源紧张程度的需要。
在人口密度和负荷密度较高的城区，获取站点和线路走廊资源越来越紧张。20 kV电网可简化变电层次、提高单台主变容量，从而减少变电站的布点密度和线路走廊资源的需求，大大节约变电设备和线路走廊占用的土地资源。
5 结语
理论研究和运行实践都表明，20 kV和10 kV电压相比，在技术性和经济性方面具有明显的优势，将20 kV确立为我国中压配电网的电压等级是一种趋势。我国电网建设正处于上升期、转型期，相当一部分配网设备处于更型换代的最佳阶段。对各地配电网的升压改造，可以有以下几点建议。
（1）在新建配电网时，优先考虑使用20 kV配电系统，必要时还可考虑采用双电压供电，特别是开发区、工业园区、城镇地区。
（2）20 kV配网建设初期，建议66 kV或220 kV变电所采用2台及以上主变压器，互为备用，以保证供电可靠性，必要时可考虑采用联络变压器。
（3）在一些边远地区，如果升压费用不太高，且具有很大的经济效益，那么可以进行20 kV升压改造。
（4）在客户接入方面，建议运用***府的号召力，颁布相关规定，要求新客户采用20 kV供电，在过渡期允许客户短期内通过联络变压器接入20 kV系统。
（5）在电价方面，相关部门需要尽快重新制定20 kV电价***策。
参考文献
[1] 李雅倩.10 kV配电网升压改造的策略和技术措施[J].技术与市场，2011（12）：10.
[2] 魏庆海，吕鸣镝，周莉梅，等.配电网采用20 kV供电的前景分析[J].电网技术，32（23）：23.
[3] 舒东胜，李安.城市电网中压配网升压为20 kV的探讨[J].湖北电力，2010（1）：14.
升压电路篇5
当升弓管路中的空气压力低于压力控制器中压力开关设定值下限(一般为受电弓稳弓气压值)时,开关闭合,继电器得电,常开触点闭合,压缩机电机得电启动,压缩机开启打风;当空气压力高于设定值上限时,开关断开,电机失电,压缩机停止工作。电动升弓装置的主要技术参数如表1所示。
无油压缩机电机为一台带电刷的DV110V直流电机;压力控制器的压力控制范围是450~650kPa,当升弓管路中的空气压力低于下限450kPa时,压缩机开启打风;高于650kPa时压缩机停止工作。受电弓正常升弓后,压缩机不工作。整个电动升弓装置外形接口能够保证其安装在升弓控制屏柜内部。***3为集成后的电动升弓装置内部实物***。
所设计的电动升弓装置目前已经在广州一、二、八增购项目和广州三号线增购项目中得到成功应用,效果良好。***4所示为电动升弓装置并入地铁车辆升弓控制管路的气路原理***。正常情况下(风源来自总风管、电磁阀U03得电、转换阀U09打正常升弓位)升弓时,总风管来的压缩空气经塞门U01、滤尘器U02、止回阀U04.01到达升弓风缸U1。
出风缸U11后再经止回阀U04.03、开放的电磁阀U03到达转换阀U09的下阀口,正常升弓位的转换阀将下阀口压缩空气连通至左阀口,进而通过软管U08进入受电弓气囊将受电弓升起。紧急升弓情况下,当压力表U13检测到升弓压缩空气压力低于4.5bar时,电动升弓装置将开启供风,同样压缩空气经电磁阀U03、转换阀U09、软管U08进入受电弓气囊将受电弓升起。
为受电弓及辅助电动升弓控制方案***。如***所示,当司机室给钥匙后,按下升弓按钮,即给出升弓命令,并受网络监控。升弓保持电磁阀得电,相应触点闭合,升弓电磁阀得电,总风管通过升弓管路给受电弓气囊充风,升起受电弓。同时,辅助升弓控制回路得电,当压力控制器检测到升弓管路压力低于4.5bar时,辅助电动升弓装置内电磁阀得电,压缩机得电开启打风给受电弓气囊充风,以升起受电弓。
升压电路篇6
关键词：光伏发电；无功补偿；研究
中***分类号：TL413+.1 文献标识码：A
1概述
随着内蒙古电网越来越多的光伏发电项目核准及投产，光伏电站的电能质量及无功补偿问题势必将成为新的焦点，我们对本地区电网某个即将投产的29MWp光伏发电项目进行无功补偿容量的专题研究探讨，为更好的使新能源项目与电网协调发展提供技术支持。
2光伏电站的接入系统及设备参数
光伏电站占地1800亩，58台500kW太阳能单晶硅电池组件经逆变器转换为交流电后，每两台接入一台升压变压器，29台升压变压器经35kV线路接入7个电缆分支柜，再由电缆分支柜汇集至汇集柜，由汇集柜经汇集线路接入开闭站。
2.1接入系统及35kV送出线路
光伏电站以一回线路接入附近110kV变电站的35kV侧，由LGJ-240架空线及YJV62-26/35-1×400电缆组成，具体参数见下表。
表1 35kV开闭站至希望变送出线路参数统计表
2.2 升压变参数
所研究的29MWp光伏电站升压变压器采用ZGS11-Z.G-1250/35型箱变，容量1250kVA，电压38.5±2x2.5%/0.27-0.27kV，接线组别Y/d11- d11，变压器短路电压百分值6.7，空载电流百分值0.4。光伏电站共安装29台箱变。
2.3 汇集线路
箱变至电缆分支箱及电缆分支箱至汇集柜至开闭站线路总长5.6km。
2.4 逆变器
逆变器按国标要求，在不牺牲有功容量的情况下，可按功率因素0.95发出容性无功。
2.5 0.27kV线路
逆变器出口至升压变0.27kV电缆线路每相由4根ZR-YJV-0.6/1-1×150电缆并列使用，单根长10m，共58根。
3 光伏电站容性无功补偿容量计算
根据国网公司《 光伏电站接入电网技术规定（Q/GDW 617-2011）》及国标《 光伏发电站无功补偿技术规范（征求意见稿GB/T-201X）》，通过10（6）kV～35（20）kV电压等级并网的光伏发电系统功率因数应能在超前0.98～滞后0.98范围内连续可调，有特殊要求时，可做适当调整以稳定电压水平。如考虑光伏电站为系统提供一定的无功储备容量，即正常运行方式下，逆变器按功率因数超前0.98～滞后0.98范围内发出无功，则可以认为本次计算中光伏电站所补偿容性无功即为光伏电站升压变及线路损耗无功和线路充电功率之差。
其中线路需要补偿容性无功的计算公式为
式中：
为线路需补偿的容性无功（kvar）； 为线路无功损耗（kvar）； 为线路充电功率（kvar）；为线路额定功率（MW）； 为线路额定线电压（kV）；os 为功率因数，取值0.98；x 为导线单位长度电抗（？/km）； 线路长度（km）；为线路频率（Hz），取值50 Hz；c 为单位长度导线对地电容（μF/km）。
升压变无功损耗计算公式为
式中：
Q为升压变损耗（kvar）；n为升压变台数； 为变压器短路电压百分值； 为变压器空载电流百分值； 为变压器功率因数为0.9的情况下的视在功率（kVA）； 为变压器额定容量（kW）。
经计算在系统电压为35kV、33.95kV时（额定电压的97%）光伏电站所需补偿的容性无功值分别为2236.42kvar、2647.72kvar。表2为光伏电站所需的容性无功容量构成。（见表2）
4 潮流计算
4.1 计算工具及边界条件
本研究项目应用了中国电科院电力系统计算分析软件包PSD-BPA。发电机采用暂态电势恒定模型，负荷采用40%的恒定阻抗、60%的马达模型构成的综合负荷模型。
4.2 计算结果
方式一：系统正常运行，逆变器功率因数为1的情况下，当光伏电站开闭站容性无功补偿容量为3Mvar时，通过潮流计算，送出线路传输功率为（28500+j1500）kVA，光伏电站开闭站电压为36.0kV，各汇流分支柜电压、汇流线路端电压在36.0 kV～36.1kV之间，电压合格。
方式二：希望变35kV侧电压运行在33.95kV，逆变器功率因数为1的情况下，当光伏电站开闭站容性无功补偿容量为3.0Mvar时，通过潮流计算，送出线路传输功率为（28500+j1000）kVA，光伏电站开闭站电压为34.3kV，各汇流分支柜电压、汇流线路端电压在34.3kV～34.4kV之间，电压合格。
潮流计算结果表明，考虑线路充电功率，3.0Mvar容性无功补偿容量可以对光伏电站及送出线路无功损耗进行完全补偿。
结语
本论文以29MWp光伏电站为研究对象，改电站用升压变升压至35kV，通过汇集线路汇集至35kV开闭站，以单回线路接入110kV变35 kV侧，通过理论计算光伏电站需补偿容性无功容量分别为2647.72kvar。经仿真程序校验计算结果满足运行要求。
经本文计算及检验，因光伏电站变压器等参数基本为标准参数，所以当送出线路很短时（低于3公里），且光伏电站为一次升压（即0.27/35kV），可认为补偿电站装机容量10%的容性无功时，即可满足要求。
参考文献
升压电路篇7
板级电源设计的成熟度和可靠度直接影响着电子产品的稳定性。在设计复杂的板级DC/DC时，为了减小设计风险，提高设计成熟度，加快开发一次成功率，越来越多的方案引入了DC/DC电源模块。目前主流的DE/DC模块电源生产商主要分为DOSA联盟和POLA联盟两大阵营。
POLA模块是非开放标准的设计，所以要深入分析电路有一定难度。但是考虑到POLA模块电源的电路设计基本相同，所以笔者以PTH03030 POLA模块电路为例，对其电路设计进行了深度剖析。
PTH03030模块电源总体架构分析
PTH03030模块电源是一种非隔离的POLA电源，可输出30A电流，模块面积大约9cm2，采用PCB多层板设计，可以满足目前高密度板级电源的应用需求。例如多处理器、高速DSP系统等。
PTH03030模块采用高密度的双面-表贴设计，通过一个外接的电阻实现输出电压在0.8～2.5V之内可调，输出效率可以达到93％，工作温度范围为-40～+85℃。
PTH03030模块的产品外观如***1所示。
PTH03030模块的系统结构如***2所示。其中，自动电压跟踪模块能够跟踪电源电压的卜下电时序，实现输出电压时序控制；也可以实现成多个POLA模块的输㈩电压互相追踪，或者共同追踪外部电压的上下电时序。这个特点非常适合系统中需要多个电压供电且对于上电先后顺序有严格要求的板级电源设计方案。
ON/OFF使能模块用于控制模块电源的输出，在需要单独关闭部分板级电略功能的场合非常适用。
电压输出微调模块支持输出电压降检测和补偿调节。该模块还具有输出电压正偏或负偏的微调控制功能，可以使用在系统微调测试的场合。
PTH03030模块保护功能比较齐全，可以实现过温保护、过流保护、欠压锁定保护。
PWM BUCK控制模块设计分析
PTH03030H模块的降压PWM控制模块(U3)的局部电路如***3所示。
U3控制器内部主要有基准电源电路、软启动电路、30IkHz振荡电路、充电泵电路、过流检测电路等。
U3内部有0.8V的基准电源，用来和输出电压的反馈端于PWM_FB进行环路反馈比较。主流POLA模块电源的输出电压最低值是0.8V。
U3的软启动电路可控制上电速率，软启动延时时间大约为5～10ms，整个上电过程在15ms完成，典型软启动时间为6.5ms。在软启动功能运行时，TRACK管脚必须连接输入电源电压管脚，屏蔽POLA模块的自动电压跟踪功能。此时，模块电源的上电受内部的软启动上电模块控制。
U3内部的充电泵电路主要通过外接C20电容实现低输入电压的提升，满足内部部分电路高电压的要求。在3.3V输入的条件下，需要C20启动内部充电泵，在5V输入条件下，C20泵电容可以不接。
U3内置的过流检测电路可检测上臂MOSFET的导通电阻RDS(ON)上的电流。如果流过上臂MOSFE7的电路超过阈值，其管压降超过R12电路的压降，导致U]内部的过流比较器翻转，关断PWM输出，实现过流保护。
实际测试小，R12的电压设定在160mV左右，对应45A的过流保护阈值。如果需要实现不同的过流保护阈值，只需要更改R12的电阻值即可。
MOSFET功率模块分析
MOSFET功率模块的电路如***4所示。其中，Ul为MOSFET驱动IC，采用TI公司的TPS2834，可实现同步整流MOSFET并联对管的驱动。U1的第2管脚接PWM单路输入，经过内部的双路移相后，输出驱动后级同步整流上臂MOSFETQ2、Q3和下臂MOSFETQ1、Q4。
TPS2834的输出驱动特性比较优异，在输入3.3V，输出0.8V，满载30A负载电流时，MOSFET的驱动波形非常理想，无明显的振铃现象，TPS2834良好的MOSFET驱动特性保证了PTH03030可实现高达90％以上的转换效率。
DT管脚就是上下臂MOSFE了的死区控制管脚，连接到上下臂MOSFE了的中点，可防止出现上下臂MOSFET由于关断延时而瞬时直通造成的过流隐患。
升压模块分析
升压电路出U2及其电路组成(见***5)。U2是一款SOT-23封装的升压控制器，内置MOSFET，可极大地简化升压模块的电路，实现高密度的模块应用。
U2的开关频率最大可以达到1MHz，在输出相同电流的条件下，可以极大减小升压电感的体积和输出滤波电容的容量和个数。升压控制器内置过流保护功能，当升压输出电流达到400mA时，进入过流保护，使升压芯片不受进一步的损坏。
PTH03030模块的升压电压为6.5V，实际测试最高可以达到28V的升压�出，升压后的电源提供整个模块的MOSFET驱动IC UI，电压跟踪比较运放的供电。
自动电压跟踪模块分析
PTH03030模块的一个主要特点就是支持自动电压跟踪控制，由施加参考电压在TRACK�来实现。施加在TRACK脚上的电压和输出电压通过模块的低电压运算放大器进行实时误差比较放大，误差比较电压经下一级的电压缓冲后，直接控制PWM控制器的FB反馈电压。只要运放的输出响应足够快，就能保证PTH030]0的输出电压和TRA CK电压精密跟随上下电的电压输出时序。
自动电压跟踪功能典型应用电路如***6所示，2个模块的TRACK管脚一起连接到Q1的D级。系统上电时，控制电平为低电平，Q1关断，TRACK管脚电压上升，上下两块POLA模块的输出电压跟随了RACK脚电压同步上升，当模块达到各自的输出电压设定值时，电压自动跟踪完成，模块各自达到设定点，完成时序上电控制。当需要系统下电时，控制电平转为高电平，Ql导通，了RACK电压下降，模块输出跟踪下降。
的微调电压分压，可实现输出电压的正偏移输出，负偏电压微调输出同理。
保护功能模块分析
PTH03030模块的全局过温保护电路如***8所示。U4是一款SOT-23封装的温度传感器IC，通过和电路配合可以实现模块的过温保护输出微调模块分析
PT1103030模块的微调模块外部应用电路如***7所示。模块的微调输出电压正／负偏输出的控制脚分别是9和10脚，正偏微调电阻Ru，通过场效应管Q2接地，负偏微调电阻Rd通过场效应管Q1接地。当需要输出进入正偏模式时，只要在Q2的栅极施加高电平，使Q2导通，R回路导通，通过内部功能，防止模块电路出现异常过温烧�的隐患。过温保护电路在模块温度超过OTP保护阈值时，会自动将INHIBIT使能管脚电压下拉，输出全局关断电压。
升压电路篇8
关键词 电压等级;推广应用;方案
中***分类号TM72 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)30-0145-02
在电力网中,中压配电网起着承上启下的桥梁作用。中压配电网电压等级的选择经历了一个发展过程。这是随着经济发展而形成的自然趋势。
目前,我国的中压配电网电压等级基本上为10kV及以下的电压等级,包括3kV级、6.6kV级和10kV级,但城镇的现代化建设和人民生活水平的提高,使得对电力需求大幅度增长。因此,增大配电网容量是目前城市电网突出的问题。对于中压配电电压,20kV电压等级的出现,是为了提高中压配电电压,适应负荷密度增长和电网发展的需要,它取代10kV直接向0.38kV供电。
1 国内外20kV配电电压等级的发展趋势
随着经济的发展,负荷的增长,为了寻求最低支出和最高经营利润,美国早在1948年就部分采用了20.8kV~24.9kV电压;法国和德国在20世纪60年代初开始发展20kV电压等级;80%的欧洲国家,如意大利、奥地利、保加利亚、波兰等,中压配电均采用20kV~25kV;同期,前苏联几乎将所有大城市的10kV改造成20kV。目前,在14个亚洲国家和地区中,已有9个采用20kV作为中压配电电压等级。在国内,苏州工业园已选用20kV电压等级的中压配电电压。
2 发展20kV中压配电的必要性
针对城市电网,在城市中心区域,往往是负荷密度大,10kV配电网络容载比较低,这将严重影响该地区的供电可靠性,必须增加新的电源点。但是因为这些区域所处位置、站点、线路路径和上级电源的选取都非常困难。在这样的情况下,将10kV电压等级升为20kV,是解决中压配电容量不足,提高供电可靠性,满足用户用电需求的好方法。
3 20kV中压配电电压的效益分析
3.1 提高了中压配电网的容量
配电容量:
式中:UN为中压配电网额定电压;
Ij为线路导线在环境条件下的持续载流量。
当20kV取代10kV中压配电电压,原来线路导线线径不变,则Ij不变,即升压后的配电容量可以提高一倍,其配电网容载比也可提高一倍。
3.2 降低了线路上的电压损失
电压损失百分数(%)为:
式中:R、X为配电线路的参数;
P、Q为配电线路的有功、无功功率。
20kV与10kV电压损失比为:
在负荷不变的情况下即电压损失是10kV的25%;在负荷升高1倍时电压损失是10kV的50%。
3.3 增大了中压配电网的供电半径
当电压由10kV升至20kV,在一定的情况下,供电半径可增加1倍。
3.4 降低线损
功率损耗为:
则,说明在负荷不变的情况下,电压由10kV升压至20kV,功率损耗降低至原来的25%,即降低了75%。
4配电网升压的过渡方案
为推广应用20kV电压等级时,针对在具体规划和实施电网建设与改造、满足新客户接入等方面还存在的问题,提出以下过渡方案。
1)对于现状电网具有一定规模,但供电能力和设备状况难以满足电力需求进一步发展的区域,新申请接入20kV中压配电系统的用户,用电时间与变电站(20kV电源)建设周期存在矛盾时,用户先采用过渡电源供电。电网及电源进线采用20kV设计(降压成10kV运行),配电变压器选用20/10/0.4双抽头式。
2)20kV初始发展阶段,为满足用户供电可靠性,新建变电站(20kV电源)一期尽量新上2台或以上主变压器,以满足部分用户双电源要求。考虑到20kV的网架初期比较薄弱,建议对配网设备完善远方遥控操作功能,缩短负荷转移和故障处理时间,以利提高供电可靠性。
3)对某一片区域的中压配电网络进行改造时,以变电站为中心,对变电站的10kV出线进行梳理,逐条对线路及其所带配电变压器进行升压改造。在升压改造期间,暂不具备条件改造的配电变压器(主要是用户配电变压器)前加装20/10kV联络变压器。新申请增容的10kV老用户,对其接入系统的电压等级需做认真研究,如采用20kV电压等级接入,需对用户做解释、说服工作。
4)分多期开发建设的项目,其前期已采用10kV电压等级供电的,如后期接入系统的电压等级为20kV,需认真研究与前期配电网的衔接。已有老客户增容和分多期建设的项目,优先推荐采用20kV电压等级供电,确实不满足20kV供电条件的,可维持10kV接入,电源进线采用20kV设计(降压成10kV运行),配电变压器选用20/10/0.4双抽头式,便于日后接入20kV配电系统。
5)曾经因变电站建设滞后而已采用过渡电源方案供电的项目,在变电站(20kV电源)建成后,项目内部配电设备需进行升压改造才能转至新建变电站供电,需对用户进行解释,并利用电价***策引导新用户接入20kV系统,从而推进20kV电压等级的推广。
6)对于新建成的变电站(20kV电源),为了不造成区域内混合供电,将变电所2km范围内原10kV线路升压改造为20kV线路,双回架设,从新建变电站出线20kV一回与升压改造后的线路其中一回搭接,使该双回线路一回以20kV运行,另一回降压为10kV运行,***路的首端或中部加装20/10kV联络变压器一台,10kV线路电源点从20kV线路的首端或中部加装的20/10kV联络变压器引入,并在10kV线路末端可加装柱上真空断路器,便于和现有的10kV线路进行联络。新申请用户直接接入20kV中压配电系统,将后续配电网改造建设的配变全部升压为20kV,经过逐步的改造,最终将10kV线路升压为20kV供电,可从变电所新出线一回,最终形成双回线路供电。
5 结论
20kV电压能够满足配电网发展的需求。在提高中压配电网的容量,降低线路上的电压损失,增大中压配电网的供电半径,降低线损等方面都比10kV等级具有很大的优势。因此,20kV推广应用要根据具体情况以及不同的范围因地制宜地制订实施规划和方案。
参考文献
[1]姜宁.南京电网推广应用20kV电压等级的探索.
[2]钱宜均.对城市中压配电电压选用20kV等级的探讨.
升压电路篇9
关键词： 太阳能路灯； LED； 恒流驱动电源； 开关电源； XL6006
中***分类号： TN86?34； TK513 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）06?0168?03
Abstract： Aiming at the application of the high?power constant current driving technology in solar LED street light， a design method of the high?power LED constant driving power supply is introduced. The working principle of Boost switching power supply and element parameter calculation method of its driving power supply are given. The efficiency of the designed power supply was tested. Its conversion efficiency is 92% while the step?up ratio is 1.4. The test results show that the constant current driving power supply of the LED street lamp has high conversion efficiency and a certain practical value.
Keywords： solar street lamp； LED； constant current driving power supply； switching power supply； XL6006
0 引 言
太能是人们公认的清洁能量[1]。随着太阳能光伏发电技术发展和大功率LED生产工艺水平的提高，光伏太阳能LED路灯[2]作为一种高效、环保、节能、绿色照明[3]，在照明领域中得到推广与应用[4]。LED是一种半导体发光器件，其寿命极易受到温度影响[5]。为了延长太阳能LED路灯的使用寿命，要采用恒流驱动电源[6]来驱动太阳能LED灯。
针对大功率的恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍了大功率LED恒流驱动电源设计方法与技术。本LED路灯恒流驱动电源具有转换效率高，成本低廉等特点。
1 Boost开关电源工作原理
太阳能路灯采用的大功率LED灯，一般是由小功率的LED灯串联而成；因此，在太阳能LED路灯照明系统中，需要一个升压式开关电源（DC/DC变换电路[5]）来驱动大功率LED照明灯。升压式开关电源的原理***[5]如***1所示，其中：L为功率电感；A1和A2构成PWM调制电路；D为续流二极管；C为滤波电容；RL为电源的负载。***2（a）为当T闭合时的等效电路，***2（b）为当T 断开时等效电路。在***2中，当电路工作在稳态时，电感器上的电流的变化量相等， 根据电路知识可得到如下等式：
[UiTON=（Uo-Ui）TOFF] （1）
式中：TON为开关闭合时间；TOFF为开关断开时间，令D1=[TONTS]，D2=[TOFFTS]；TS为开关周期，利用D1+D2=1关系式，可得到输出电压与输入电压的关系：
[UoUi=11-D1=1D2] （2）
分析可知电感纹波电流、开关频率和电感之间的关系为：
[ΔiL1=1LfsUiD1] （3）
式中，电感器的纹波电流大小与输入电压Ui和占空比D1成正比，与电感量L和开关频率fs成反比，它是选定电感量的重要的理论依据。
当转换器工作在稳态时，得电感上的平均输入电流如下：
[ILA=Io（1-D1）] （4）
式中：ILA电感上的平均输入电流；Io为平均输出电流。
2 太阳能LED路灯恒流驱动电源设计
2.1 电路原理***
***3为LED路灯用的恒流驱动开关电源的电路***。由***3可知，本设计主要由XL6006芯片、微控制器、储电池和一些元件构成。XL6006是一块高效升压型开关型恒流驱动芯片，其内部集成了功率开关管，具有电源转换率高和元件少等优点，是理想的LED恒流驱动芯片。L为大功率储能电感器，D1为开关电源的续流二极管，当XL6006内部的功率开关管闭合时，XL6006第3引脚接地，二极管D1反偏截止，电感器中的电流线性增大，电感器储能；当XL6006内部的功率开关管断开时，XL6006第3引脚悬空，二极管D1正偏导通，电感器中的电流流向负载LED。ST15W401为一片单片机，内部集成了A/D转换器和PWM控制器，R1和R2为分压电路，储电池的电压通过分压电路分压之后，输到单片机的第1脚。RS为电流取样电阻， D3和RF为开关电源的功率控制路，控制太阳能路灯恒流驱动电源输出功率。
2.2 电路参数的计算
在计算PWM占空比D1时，按输入电压为12.5 V，输出电压为24 V计算，所以根据式（2）可以计算此驱动电源的占空比D1为：
[D1=Uo-UiUo=24-12.524≈0.479] （5）
在计算电感器的平均电流ILA时，按输出的电流为1 A计算，根据式（4）可计算出电感器的平均电流（单位为A）：
[ILA=Io1-D1=11-0.479≈1.9] （6）
在设计电路时，为了让变转换器工作在CCM模式下，电感器的电流的变化量不大于电感器平均电流的50%，在此设计中，电感器最大电流变化量按40%计算（单位为A）：
[ΔIL=ILA×0.4=1.9×0.4≈0.77] （7）
因此，可计算出电感器的峰值电流（单位为A）：
[Ipeak=ILA+ΔIL=1.9+0.77=2.67] （8）
因为 XL6006的开关频率fs为180 kHz，根据式（3）可以计算出转换器的电感值（单位为μH）：
[L=1ΔiL1fsUiD1=12.5×0.4790.77×180×103≈43.2] （9）
根据以上的电感的计算结果，本设计选用47 μH， 5 A的电感器。
3 设计实例样机的试制及性能指标的测试
为了验证设计的正确性，根据以上的电路***和计算出来的元件参数值试制一台样机，并对样机进行测试。在测试时，选用台湾晶元大功率LED灯珠进行实验，把6颗5 W的LED灯珠串联成30 W的大功率LED灯，并把这些LED灯贴在一个大散热器上进行实验。调节输入电压值，用万用表测量不同输入电压下的输入功率与输出功率，计算转换效率，并用表格记录下每次测量结果，如表1所示。
由表1可以看出，当输入电压在11 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在87%左右；当输入电压在12 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在89%左右；当输入电压在13 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在90%左右；当输入电压在14 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在91%左右。由此可见，本恒流转换器具有较高的转换效率。为了进一步地了解Boost 升压型开关电源的升压比与转换效率的关系，用数值计算方法拟合升压比和效率数据，拟合曲线如***2所示。从***2可以看出，升压比和效率成反比关系。从***可以看出，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%，通过计算，由此可见，在设计Boost恒流驱动电源时，为了得到较高的转换效率，升压比控制在2倍以内。
4 结 论
太阳能LED恒流驱动电源，是光伏太阳能LED路灯照明系统的关键部件，其设计质量，直接影响LED路灯的使用寿命。针对Boost恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍太阳能LED路灯恒流驱动开关电源设计方法，并通过实例参数试制一台实验样机，用数值计算方法拟合了样机升压比和效率数据，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%。测试表明，该恒流驱动的设计方法可行，能为设计大功率LED太阳能路灯恒流驱动电源提供一个参考。
参考文献
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[2] 曹卫锋，段现星，胡智宏.大功率太阳能LED路灯控制系统设计[J].电源技术，2013，37（9）：1608?1610.
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[4] 肖海明，陈立，章小印.智能式LED太阳能路灯控制器的设计[J].现代电子技术，2015，38（1）：153?156.
升压电路篇10
关键词：地铁列车；气动受电弓；安全性
引 言：受电弓作为地铁列车高压供电系统的重要组成部分，负责通过接触网取电给车辆牵引系统和辅助系统供电。因此，需对受电弓相关的故障进行分析，提出相应的解决措施，避免此类故障的发生，保证车辆静态调试期间的高压供电安全。
1 受电弓类型
受电弓系统作为城轨车辆的重要系统，是城轨车辆的受流装置，从高压接触网上获得电流，为车辆牵引逆变器和高压设备提供动力来源。
受电弓主要分为四大类：双臂式，单臂式，垂直式和石津式。
1.1 双臂式
双臂式受电弓乃最传统的受电弓，亦可称"菱"形受电弓，因其形状为菱形。但现因保养成本较高，加上故障时有扯断电车线的风险，部分新出厂的铁路车辆，已改用单臂式受电弓；亦有部分铁路车辆从原有的双臂式受电弓，改造为单臂式受电弓。
1.2 单臂式
除了双臂式，其后亦有单臂式的受电弓，亦可称为"之"（Z）（ㄑ）字形的受电弓。此款受电弓的好处是比双臂式集电弓噪音为低，故障时也较不易扯断电车线，为较普遍的受电弓类型。而依据各铁路车辆制造厂的设计方式不同，在受电弓的设计上会有些许差异。
1.3 垂直式
除了上述两款受电弓，还有某些受电弓是垂直式设计，亦可称成"T"字形（又叫作翼形）受电弓，其低风阻的特性特别适合高速行驶，以减少行车时的噪音。所以此款受电弓主要用于高速铁路车辆。但是由于成本较高，垂直式受电弓已经没有使用（日本新干线500系改造时由垂直式受电弓改为单臂式受电弓）。
1.4 石津式：日本冈山电气轨道的第六代社长，石津龙辅1951年发明，又称为"冈电式"、"冈轨式。
2 受电弓升降弓原理分析探讨
以某线路列车为例，改线路列车设有两个受电弓，两个受电弓分别安装在MP车车顶，***1为受电弓气路原理***。
在升弓时，需满足如下条件：（1）受电弓刀开关打在受电弓位，受电弓允许继电器PANEBR得电；（2）无车间电源接入，车间电源接入状态继电器WSPISR失电；（3）无降弓指令，降弓继电器LPTR失电。当上述条件满足后，将司机台受电弓控制开关置于升双弓位，升前弓列车线、升后弓列车得电，升弓电磁阀PANMV得电。压缩空气经升弓电磁阀、节流阀1、2后进入气缸，压缩气缸内的气缸复位弹簧，受电弓升弓弹簧的拉力得到释放，受电弓升起。
在降弓时，司机室受电弓控制开关置于降双弓位，降前弓列车线、降后弓列车线得电，降弓继电器LPTR得电，，升弓继电器RPTR失电，升弓电磁阀PANMV延时1S失电将气缸内的压缩空气排掉，气缸在复位弹簧的作用下复位，受电弓降下。
3 故障发生经过、原因分析及整改措施研究
3.1 故障发生经过
静调厂房5道接触网高压供电，列车升起双弓高压供电，15分钟后MP1车受电弓处接触网断裂，断裂的接触网垂落在MP1车空调机组上放电，牵引变电所内高压供电跳闸。
3.2 故障原因分析
在事故发生后去现场查看，从接触网的断面判断接触网是由于高温导致熔断，空调机组上表面有明显烧糊痕迹，是由于接触网断裂垂落至空调机组上放电导致。进入车内发现有明显的空气泄漏声音，主风管压力表显示约2.8bar，且主空压机空开CMCCB处于断开位置。
在进行升双弓操作时，双弓均升起，证明升弓管路压力应大于升弓最低工作压力2.75bar。在车辆双弓升起后，主风管有漏气情况，操作人员将主空压机断路器断开导致两个主空压机没有启动，使得升弓管路压力接近最低升弓压力，受电弓缓慢下降，受电弓滑板与接触网间出现间隙，电弧放电高温将接触网熔断。
3.3 整改及后续预防措施
通过上述分析可以看出，在车辆在高压供电静态调试期间，在车辆升弓前操作人员没有关注主风管压力，在升弓后主风管漏气的情况下又没有及时启动主空压机和辅助空压机导致故障的发生，同时车辆在设计时没有自动降弓保护装置（ADD），在出现严重漏气时，受电弓不会自动快速降下，因此在调试期间存在一定的安全隐患。
针对该故障原因，设计了一套调试用气动受电弓保护工装，原理***见***2，该保护工装的原理是通过压力传感器来检测升弓管路的压力，当升弓管路中的压力高于升弓最低工作压力时，压力开关高压触点闭合，继电器KM闭合，升弓列车线（PANEBR触点前端）中串入的KM触点闭合，受电弓升起或保持升起状态。
当升弓管路中的压力低于升弓最低工作压力时，压力开关低压触点闭合，控制继电器KM失电，使串入升弓列车线（PANEBR触点前端）的KM触点断开，受电弓延时1S后自动快速降弓，同时接通漏电保护器的采样电阻R（漏电保护器输入、输出差值大于30mA跳闸），漏电保护器动作，报警蜂鸣器响起，必须排除升弓管路低压故障后才能复位漏电保护器，再次升弓。
4 结束语
总之，从安全性考虑，气动受电弓应有自动降弓装置（ADD），如果没有设计ADD，在调试期间如果出现特殊情况，存在一定的安全隐患。针对在设计时没有自动降弓装置的车辆，在调试时使用气动受电弓保护工装可以避免类似故障的发生，而且实际上，在应用该工装后也没有类似故障发生。
参考文献：
[1]陶余莹.基于逆向工程技术的产品外观设计[J].科技信息，2012（20）.