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優勢供應DELTA ELEKTRONIKA電源SM18-50

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江蘇邱成機電有限公司

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江蘇邱成機電有限公司是一家集研發、工程、銷售、技術服務于一體的現代化企業，是國內自動化領域具競爭力的設備供應商。公司主要經營歐美和日韓 等發達國家的機電一體化設備、高精度分析檢測儀器、環境與新能源工業設備及電動工具等工控自動化產品。 

單靠水位高低之差不能維持穩恒的水流，而借助于水泵持續地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩恒的水流。與此類似，單靠電荷所產生的靜電場不能維持穩恒的電流，而借助于直流電源，就可以利用非靜電作用（簡稱為“非靜電力"）使正電荷由電位較低的負極處經電源內部返回到電位較高的正極處，以維持兩個電極之間的電位差，從而形成穩恒的電流。

直流電源中的非靜電力是由負極指向正極的。當直流電源與外電路接通后，在電源外部（外電路），由于電場力的推動，形成由正極到負極的電流。而在電源內部（內電路），非靜電力的作用則使電流由負極流到正極，從而使電荷的流動形成閉合的循環。

表現電源本身的一個重要

特征量是電源的電動勢，它等于單位正電荷從負極通過電源內部移到正極時非靜電力所作的功。

當電源的內電阻可以忽略不計時，可以認為電源的電動勢在量值上近似地等于電源兩極間的電位差或電壓。

為了取得較高的直流電壓，常將直流電源串聯使用，這時總電動勢為各電源的電動勢之和，總內阻也為各電源內電阻之和。由于內阻增大，一般只能用于所需電流強度較小的電路。為了取得較大的電流強度，可以將等電動勢的直流電源并聯使用，這時總電動勢即為單個電源的電動勢，總內阻為各電源內電阻的并聯值。

直流電源的類型很多，不同類型的直流電源中，非靜電力的性質不同，能量轉換的過程也不同。在化學電池（例如干電池、蓄電池等）中，非靜電力是與離子的溶解和沉積過程相聯系的化學作用，化學電池放電時，化學能轉化為電能和焦耳熱在溫差電源（例如金屬溫差電偶、半導體溫差電偶）中，非靜電力是與溫度差和電子的濃度差相聯系的擴散作用，溫差電源向外電路提供功率時，熱能部分地轉化為電能。在直流發電機中，非靜電力是電磁感應作用，直流發電機供電時，機械能轉化為電能與焦耳熱。在光電池中，非靜電力是光生伏打效應的作用，光電池供電時，光能轉化為電能和焦耳熱。 [1] 

技術指標編輯 語音

直流電源的技術指標分為兩種：一種是特性指標，包括允許輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調節范圍等；另一種是質量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩定程度，包括穩壓系數（或電壓調整率）、輸出電阻（或電流調整率）、紋波電壓（周圍與隨機漂移）。

1） 穩壓系數及電壓調整率：穩壓系數是指在負載電流、環境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化引起輸出電壓的相對變化。 電壓調整率是指輸入電壓相對變化為±10%時的輸出電壓相對變化量，穩壓系數和電壓調整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。

2） 輸出電阻及電流調整率：輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的值。電流調整率：輸出電流從0變到值時所產生的輸出電壓相對變化值。輸出電阻和電流調整率均說明負載電流變化對輸出電壓的影響，因此也只需測試其中之一即可。

3）紋波電壓：疊加在輸出電壓上的交流電壓分量。用示波器觀測其峰峰值一般為毫伏量級。也可用交流毫伏表測量其有效值，但因紋波不是正弦波，所以有一定的誤差。 [1] 

應用編輯 語音

航天事業擔負著特殊的國家使命。航天通信系統具有專用性和保密性特點，特別是較高的時效性要求。通信電源的可靠性是航天通信部門首要考慮的問題，是通信系統安全運行的重要保證。當前，航天系統各通信局（站）普遍采用UPS系統作為IT設備的主用電源，它克服了因市電中斷而導致的系統中斷。但是，UPS自身、甚至并機冗余系統的故障導致網絡通信事故也時有發生，已產生較大的社會影響和相當的經濟損失。

240V高壓直流供電系統（HVDC）作為一項簡單、可靠的技術，減少了電力轉換環節，提高了供電可靠性和效率，受到了業界的廣泛關注。航天通信部門應積極跟蹤電源科技的發展變化，關注應用實踐中的探索成果，將新技術轉換為新應用，提升航天通信系統的可靠性水平。

240V高壓直流供電系統的優勢

240V高壓直流供電系統有著技術成熟、可靠性高、維護操作簡易、轉換效率高、在線擴容簡單等優點，通信業界一直在探討采用高壓直流系統來代替UPS系統。

240V高壓直流供電系統具有明顯技術優勢和價格優勢，且能在沿用現有的IT設備的前提下推廣使用，因此得到了各級部門的廣泛重視和支持。

1、系統構成簡單

原理、架構與傳統通信局（站）的?48V直流供電系統*相同，而后者的可用性及可靠性均得到數十年運行的檢驗。因此，該系統易于維護，對廠商的依賴度降低；負載率高且易于擴容；運行效率高；直流母排是電池組、整流器、負載的共同匯結點，系統可靠性高。

2、供電配電簡便

圖為240V高壓直流供電系統圖。

由圖中可以看出，電池組經熔斷器與整流模塊輸出端在總輸出屏構成輸出母排，系統兩路輸出（A路和B路），通過列頭柜配電，來滿足雙電源服務器的需求，而單電源服務器僅使用A路或B路。

系統采用2根電纜（正、負極）、以懸浮方式由電源端向設備端供電；全系統機架外殼與樓層等電位體進行電氣連接。

3、系統投資減少

根據中國電信江蘇鹽城分公司統計數據，相對于新建UPS系統，采用240V高壓直流供電系統可平均節省投資超過40%，整個生命周期內平均節省電力20%～30%

HVDC應用的可行性分析

隨著電源技術的進步，IT設備的電源模塊早已采用高頻開關電源。這樣，240V高壓直流系統供電成為可能。

1、240V高壓直流的可用性

圖為IT設備電源模塊交流電入口處的等效圖。

由圖中可以看出，在傳統的工作環境下，AB間Ui為標稱的220V交流電；全橋整流后CD間Uo將獲得198～308V的直流電（視負載率大小和有無PFC—功率因數校正電路）。

市電電壓波動將引起整流電壓的波動。根據GB/T 12325—2003《電能質量供電電壓允許偏差》的規定，電壓偏差為標稱電壓的?10%、+7%，即198～235.4V，對應的整流電壓Uo為178.2～329.6V。可見，IT設備CD間工作電壓的范圍是較寬的。

當IT設備直接采用直流供電，如A端+、B端－，Ui為DC270V（浮充電壓）時，將使得二極管2、4長期導通，另兩只1、3長期截止。二極管2、4等效為導體，CD間Uo約為270V的直流電。結論是：IT設備在AC220V或DC270V條件下*等效工作。

2、HVDC各種狀態下的輸出電壓分析

YD/T 2378—2011《通信用240V直流供電系統》要求，系統應采用鉛酸蓄電池組、并且應具有電池管理能力。鉛酸蓄電池的特性決定了電池組的電壓范圍，而是否在IT設備的承受范圍內是可用性研究的關鍵因素。現以國內某品牌電池為例，分析各種狀態下的輸出電壓。

1）浮充狀態。YD/T 2378—2011《通信用240V直流供電系統》要求，240V高壓直流電源的輸出電壓范圍是204～288V，全程允許壓降為12V，即IT設備的電壓承受范圍是192～288V。常態下，該品牌240V蓄電池組的浮充電壓為270V，滿足IT設備的電壓要求。

2）放電狀態。當遭遇長時間停電而又無后備手段時，蓄電池組放電的終止（保護）電壓為222V，高于IT設備工作電壓下限（204V）的要求。當然，現代通信局（站）應（都）具有后備電源和快速接續的能力。

3）均充狀態。該品牌240V蓄電池組的均充電壓為282V，低于IT設備工作電壓上限（288V）的要求。

由以上的參數分析可以得出結論：240V高壓直流供電系統各種狀態下的輸出電壓均可滿足IT設備的工作需要，且有一定的

工頻交流電源經過變壓器降壓、 整流、濾波后成為一穩定的直流電。圖中其余部分是起電壓調節，實現穩壓作用的控制部分。電源接上負載后，通過采樣電路獲得輸出電壓，將此輸出電壓和基準電壓進行比較。如果輸出電壓小于基準電壓，則將誤差值經過放大電路放大后送入調節器的輸入端，通過調節器調節使輸出電壓增加，直到和基準值相等；如果輸出電壓大于基準電壓，則通過調節器使輸出減小。

穩壓器電路由電源電路、電壓檢測控制電路、過電壓保護組成，如圖1所示。電源電路由調壓變壓器T的W4、W5繞組和整流二極管VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2組成。電壓檢測控制電路由電阻器R-R7、電位器RPl、Rm、穩壓二極管VS、電容器C3、C4和運算放大器集成電路IC（Nl-N3）組成。過電壓保護電路由IC內部的N3、晶體管V3、電阻器Rl2和繼電器K組成。自動調壓電路由電阻器R8-Rll、晶體管Vl、V2、直流電動機M、滑動觸頭和T的Wl-W3繞組組成。將交流穩壓器的輸大端與市電相接后，在T的W4、W5繞組上產生了感應電壓。該電壓經VDl-VD4整流及Cl、C2濾波后，為IC和Vl、V2等提供 士l2V不穩定工作電壓。+l2V電壓還有其他作用。經Rl-R3分壓、VS穩壓后，分別為Nl-N3的反相輸入端提供基準電壓；為過電壓保護電路申的K和V3提供工作電源；經R4、RP2、R6分壓后，為Nl和N2的正相輸入端提供檢測電壓；經R7、RPl、R5分壓后，為N3的正相輸入端提供檢測電壓。

Nl-N3將正相輸大端的檢測電壓與反相輸大端的基準電壓進行比較，用產生的誤差電壓去控制自動調壓電路。

當市電電壓正常時，Nl和N2的輸出端電壓為OV，Vl和V2均處于截止狀態，電動機M不工作。

當市電電壓偏低時，Nl和N2輸出低電平，使V2導通，Vl截止，M逆時針旋轉，通過滑壁臂驅動滑動觸頭移動，與T相應的電壓抽頭接觸 （T的Wl、W2繞組共設置了21個電壓抽頭，每一檔的電壓調節范圍為5V），通過T的W2繞組來提升輸出電壓。當輸出交流電壓升至220V時，V2截止，M停轉。當市電電壓偏高時，Nl和N2均輸出高電平，使Vl導通，V2截止，M順時針旋轉，通過滑臂驅動滑動觸頭移動，與T相應的電壓抽頭接觸，通過T的Wl繞組來降低輸出電壓。當輸出交流電壓降至220V時，Vl截止，M停轉。當市電電壓偏高超過260V時，N3因正相輸入端電壓高于反相輸入端電壓而輸出低電平，使V3截止，，K釋放，其常閉觸頭接通交流電壓的輸出回路。當市電電壓為160-260V時，N3因正相輸入端電壓低于反相輸入端電壓而輸出高電平，使V3導通，K吸合，其常閉觸頭斷開，從而保證負載（用電器）不會因過電壓而損壞。 [3] 

選購編輯 語音

元器件選擇

R8和R9均選用lW金屬膜電阻器，其余各電阻器選用1/4W或l/2W金屬膜電阻器。

穩壓電源

穩壓電源

RPl和RP2均選用精密可變電阻器。

Cl-C4均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。

VDl-VD4均選用lN5404型硅整流二極管。

VS選用1/2W、6V的硅穩壓二極管，例如lN5233A或lN5995B等型號。

Vl選用DSl5或2SC2073型硅NPN晶體管；V2選用CSl5或2SA940型硅PNP晶體管；V3選用S805O或C8050型硅NPN晶體管。

IC選用LM324型運算放大集成電路。

M選用l2V直流電動機。

K選用JRX-l3F型l2V直流繼電器，使用時將其兩組常閉觸頭并聯，以增大電流負荷。

采用300-500W的電源變壓器改制。先計算出匝/伏比等有關數據后再進行繞制，每5V處取出一抽頭并作好標記。先繞Wl-W3繞組，后繞W4和W5繞組。將T各抽頭的外接點與滑臂的滑動觸頭分別裝在兩塊*一樣的印制板上，粘合后對應連接。滑臂為上、下兩片型式，印制板夾在其中間，使其在滑動時接觸良好。滑臂申心裝上齒輪，電動機M通過齒輪變速后驅動滑臂移動。

電路調試

調試時，先將RPl和R陀的動觸頭調至中間位置，在交流穩壓器的輸入端接上一臺手動調壓器，在輸出端接上電壓表，調整調壓器使輸入交流電壓為220V，然后調節R陀的阻值，使M在輸出電壓為220V時停轉。

斷開M的引線 （滑動觸頭應接在-220V處），調整RPl，使輸人電壓調至230V時，K立即吸合即可。 [2] 

特點編輯 語音

優點

1）功耗小，效率高。在圖1中的開關穩壓電源電路中，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通—截止和截止—導通的開關狀態，轉換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術先進的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達到80%。

2）體積小，重量輕。從開關穩壓電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開關穩壓電源的體積小，重量輕。

3）穩壓范圍寬。從開關穩壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節的，輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來進行補償，這樣，在工頻電網電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩定的輸出電壓。所以開關電源的穩壓范圍很寬，穩壓效果很好。此外，改變占空比的方法有脈寬調制型和頻率調制型兩種。這樣，開關穩壓電源不僅具有穩壓范圍寬的優點，而且實現穩壓的方法也較多，設計人員可以根據實際應用的要求，靈活地選用各種類型的開關穩壓電源。

4）濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關穩壓電源的工作頻率基本上是工作在50kHz，是線性穩壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關穩壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩壓電源中濾波電容的1/500—1/1000。

5）電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式，有調寬型和調頻型，有單端式和雙端式等等，設計者可以發揮各種類型電路的特長，設計出能滿足不同應用場合的開關穩壓電源。

缺點

開關穩壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾。開關穩壓電源中，功率調整開關晶體管V工作在開關狀態，它產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制、消除和屏蔽，就會嚴重地影響整機的正常工作。此外由于開關穩壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網，使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到嚴重的干擾。

由于國內微電子技術、阻容器件生產技術以

及磁性材料技術與一些技術先進國家還有一定的差距，因而造價不能進一步降低，也影響到可靠性的進一步提高。所以在中國的電子儀器以及機電一體化儀器中，開關穩壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對于無工頻變壓器開關穩壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關管、開關變壓器的磁芯材料等器件，在中國還處于研究、開發階段。在一些技術先進國家，開關穩壓電源雖然有了一定的發展，但在實際應用中也還存在一些問題，不能十分令人滿意。這暴露出開關穩壓電源的又一個缺點，那就是電路結構復雜，故障率高，維修麻煩。對此，如果設計者和制造者不予以充分重視，則它將直接影響到開關穩壓電源的推廣應用。當今，開關穩壓電源推廣應用比較困難的主要原因就是它的制作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高。 [2] 

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