开关电源检测范文

开关电源检测范文（精选11篇）

开关电源检测 第1篇

电子设备的电源作为电子设备工作的必要构成, 在电子领域中同样具有相当中重要的作用。同时, 电源的供电质量也影响着电子设备的工作效率和使用寿命。开关电源以输出电压稳定、纹波小、体积小、重量轻和寿命长等优势, 被广泛应用于电源领域[1]。

本文提供了一种开关电源检测系统, 以TMS320F28335型DSP芯片为控制核心, 它能够实现对开关电源进行内部检测, 包括电感值、电容值、电阻值、脉宽调制芯片占空比、二极管压降和输出电压等重要参数的检测, 为开关电源能否达到工业级的调试工作提供依据。

一、元件检测原理

(1) 电容、电感检测原理。电容和电感是基本的发震元件, 所以可以利用LC震荡原理, 实现电容或电感的检测。依据公式:

能够得到:

由公式 (2) 能够得出, 欲求得电容的容值C, 需要引入一个感值固定的电感作为已知量, 只需求得LC震荡的周期T, 通过通过公式 (2) 的计算就能够得到容值C。电容检测的电路原理图入图1所示, 当被检测的电容接入电路时, LC的两端就能够产生按照一定周期震荡的正弦波, 然后再采用LM393比较器电路把得到的正弦波变成周期不变的高低电平形式的波形输入给DSP芯片的高速捕捉模块 (ecap) , 就能够得到震荡周期T的数值。由此可以计算出电容值C。电感的检测和电容同理, 电路原理图如图2所示[2]。

(2) 电阻检测原理。电阻检测原理是采用NE555芯片搭建的多谐振荡电路, 使其输出高低电平波形, 与电容、电感检测原理相同, 输出的波形被DSP的高速捕捉模块 (ECAP) 采集, 进而检测出震荡周期, 通过程序运算得出电阻值Rx, 周期运算公式[3]:

电阻检测原理图如图3所示:

(3) 隔离模块。上面为电容、电感和电阻的外围检测电路, 由于输出波形高电平为5V, 不能直接输入给DSP引脚, 否则会导致DSP烧毁, 所以需要加隔离芯片, 把波形的电压范围控制在0~3.3V之间。系统中的隔离芯片采用TXB0106PW, 如图4所示:

二、电压采集和二极管压降采集电路

系统电压采集过程中, 采集的电压需要变换成0~3.3V之间的电压值才能被DSP的A/D模块采集, 系统中采用TL082ACD运算放大器对预采集的电压值进行同比例降压, 由于采集的电压值不同, 需要降压的比例也互不相同, 系统中可根据具体情况, 通过改变比例运放的电阻比值对降压比例进行设定[4]。本系统电压采集电路图如图5所示:

三、脉宽调制芯片占空比检测

占空比的检测是利用DSP的高速捕捉模块 (ecap) 对开关电源的电流型脉宽调制芯片输出脉冲进行采集, 对一个周期内的高电平持续时间和周期做比而得出的:

电流型脉宽调制芯片的占空比, 可有效地反应开关电源的工作状况, 开关电源对所述占空比的反馈控制是开关电源保证恒压输出的必要条件。

四、Multisim波形仿真波形和labview上位机控制界面

(1) Multisim波形仿真波形。系统在电容、电感和电阻的检测中, 对相应周期的准确把握是确保能够精确检测的关键, 所以电容、电感和电阻的检测电路需要输出稳定的周期波形, 才能满足系统的检测需要。系统中采用Multisim对电容、电感和电阻的检测电路进行仿真, 如图6、图7和图8所示。

由图可见, 元件的测量电路能够生成稳定、规整的矩形波, 能够为元件参数的精确计算提供输入量。

(2) Lab VIEW上位机控制界面。采用Lab VIEW编译的上位机界面, 系统中的元件检测、电压采集和二极管的压降检测都是针对多个目标进行的, 所以把检测的过程分为手动模式和自动模式。系统工作中, 可以根据需要对两种模式任意切换。以一个四路输出的开关电源为例, 开关电源的四路输出分别为+5V、-5V、+15V和-15V, 检测的元件包括开关电源上去耦电容 (0.1u F) 、型滤波电感 (150u H) 、电流采样的滤波电阻 (1K) 和半波整流二极管BYV26C。下面提供了开关电源检测系统对上述检测参数的采集结果的上位机界面, 如图9所示。

结束语

本系统采用DSP (TMS320F28335) 数字信号处理器实现了对开关电源的实时检测, 它不仅能够测量开关电源内部元件参数, 还能够对开关电源内部的二极管压降、输出电压和占空比进行监测, 可以方便、及时地对开关电源的故障进行分析, 在开关电压的开发中具有重要意义。

参考文献

[1]刘陵顺, 等.TMS320F28335DSP原理及开发编程[M].北京航空航天大学出版社, 2011, 12.

[2]符晓, 朱洪顺.TMS320F2833x DSP应用开发与实践[M].北京航空航天大学出版社, 2013, 7.

[3]陈纯锴, 等.开关电源原理、设计和实例[M].电子工业出版社, 2012, 05.

开关电源检测 第2篇

※ 要记得修理电源供应器的小技巧，先测量VSB或Power ON(绿线)是否有3至5V的电压？如果有，把维修重点放在激励变压器之后的电路(也就是整流电路)上，这个电压就是ATX电源的关键测试点，不要忘了哦！

※ 一位朋友送傀一个杂牌的电源供应器，据他说是无法开机，送给我研究....。

我插上电源空机短路Power ON测试，我发现它后面的风扇会动一下，我再测试短路Power ON，风扇又动一下....，拔掉电源线及打开上盖再拆起电路板，用吸锡枪吸掉+5V的共阴萧特基二极管，请看下

再用三用表测试发现左边的二极管短路了，请看下图︰

我没有原来这个型号的，换一个MOSPEC S30D40C代用，请看下图︰

再测试一次，开机了。

ATX电源供应器有一个很重要的测试点，那就是VSB(或者是Power ON)，只要这点有电压，表示交流应该没问题。（插头9脚除输出+5VSB）为什么呢？

因为交流如果有问题，你根本就不可能量到VSB了，所以，初学者可以从这点来决定你要往那里修，以这个例子，电源供应器能够被我触发，但是又马上停止，这表示VSB是有电压的，所以我不用去管交流部份，也就是你只要找从萧特基二极管到输出这段即可。

也因为我测量到5V的对地阻值很低，而且电容外观没有异常，所以我用吸锡枪吸下萧特基二极管的引脚确认，那为什么会转一下呢？这是电源供应器的保护电路动作了的缘故。

杂牌的电源其实也没有那么差，只要你把重要的零件改一改，它也是很好用的喔！

检修ATX开关电源，从+5VSB、PS-ON和PW-OK信号入手来定位故障区域，是快速检修中行之有效的方法。

一、+5VSB、PS-ON、PW-OK控制信号

ATX开关电源依靠+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。

+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源，以及开闭自动管理和远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源，在待机及受控启动状态下，其输出电压均为5V高电位，使用紫色线由ATX插头(图1)9脚引出。

PS-ON为主机启闭电源或网络计算机远程唤醒电源的控制信号，不同型号的ATX开关电源，待机时电压值为3V、3.6V、4.6V各不相同。当按下主机面板的POWER开关或实现网络唤醒远程开机，受控启动后PS-ON由主机板的电子开关接地，使用绿色线从ATX插头14脚输入。PW-OK是供主机板检测电源好坏(Power Good)的输出信号，使用灰色线由ATX插头8脚引出，待机状态为零电位，受控启动电压输出稳定后为5V高电位。

开关电源检测 第3篇

关键词：10kV配网开关柜；局部放电；带电危害；检测技术；防范措施

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）26-0065-02

10kV配网的运行安全与稳定在很大程度上取决于10kV配网开关柜工作运行状态，基于10kV配网开关柜在配网系统中的重要性，相关工作人员应对10kV配网开关柜运行引起足够的重视，并对其运行状态进行全面把控。局部放电是10kV配电开关柜在运行中的常见问题，威胁着10kV配网整体运行安全，因此对其进行局部放电带电检测势在必行，是提升10kV配网安全性能的必要

途径。

1 10kV配网开关柜局部放电带电现象的危害性分析

1.1 开关柜设备被击穿的危害性

在10kV配网及开关柜设备运行过程中可能会出现击穿以及绝缘放电现象，而该现象发生后易产生较强腐蚀性，进而对开关柜设备造成局部损伤或者腐蚀，增强开关柜设备绝缘体的导电性，从而造成10kV配网开关柜设备被击穿的状况，影响整个10kV配网的运行安全。

1.2 开关柜局部被击穿的危害性

在10kV配网运行中，开关柜局部放电会引发放电处绝缘体被击穿。开关柜绝缘体局部被击穿不仅会危害开关柜的结构与功能，同时还对10kV配网的整体运行造成一定威胁。

1.3 开关柜绝缘系统被击穿的危害性

10kV配网开关柜局部被击穿，若不及时加以检修，长此以往将会在10kV开关柜的放电点以及放电部位形成积累效应，导致开关柜绝缘系统出现崩溃现象，严重的话会造成开关柜绝缘系统彻底被击穿，从而影响10kV配网运行的安全性与稳定性。

2 开关柜局部放电带电检测技术在10kV配网中的应用

上文详细阐述了10kV配网开关柜局部放电带电产生的危害性，为了保障10kV配网开关柜以及整个配网系统的运行安全，需要采取一定的技术与防范措施，先进的开关柜局部放电带电检测技术是解决10kV配网开关柜局部放电带电问题的重要手段，以下是对检测技术的具体分析：

2.1 高压开关柜检测技术要求

在开关柜局部放电带电检测过程中，首先就检测设备而言，检测设备各项参数的设置方式应尽量快捷简单，同时要具备校对检验功能，这样可以使相关工作人员快速确定开关柜设备是否能够正常工作运行。另外检测设备的主机与检测探头两者之间的传输线应为同轴屏蔽结构，两者阻抗要能够相互适应。其次在开关柜检测过程中要保证检测探头的传感能力，使其能够准确反映开关柜设备局部放电的情况。

2.2 10kV配网开关柜检测技术方法

在10kV配网开关柜局部放电带电检测中常用的检测方法有两种，分别是超声检测方法和TEV检测法。超声检测法主要是针对10kV配网开关柜运行过程进行超声波检测，若开关柜局部存在放电情况，那么将会在超声波频谱中显示出来，开关柜局部放电越强烈，超声波所产生的强度也会随之增加，通过对超声波的频率及强度检测可以计算出开关柜局部放电的实际电量。TEV检测法，该方法在开关柜使用之初无法对开关柜的放电量进行计算，当开关柜局部出现放电情况时，开关柜的垫圈连接处、绝缘部件以及电缆绝缘终端等多个部位将会出现绝缘破坏的情况。同时这些被释放的电磁波在释放过程中会产生一个暂态电压，此时暂态电压会通过开关柜的金属箱体表面进行接地操作。利用TEV检测法，再辅之以电容耦合式传感器则可以检测到TEV信号，从而获取准确的开关柜放电脉冲频率以及放电幅值。

2.3 不同环境下10kV配网开关柜的放电带电检测操作

在污秽环境下10kV配网开关柜设备的电阻值会有所增加，在开关柜局部放电带电检测中若运用TEV检测法，那么会导致推算值偏小的情况，同时还有可能检测不到，因此针对这种环境应优选使用超声波检测法。在潮湿环境下，10kV配网开关柜设备易发生局部放电现象，并且其声音传播速度也会相应变快，传播声能加大，在这种情况下若使用超声波检测法进行开关柜放电带电检测，那么则易导致推算值偏大，为了保证推算值的准确性，在该环境下应优先使用TEV检测法。在高海拔环境下应优先使用TEV检测法，因为高海拔地区空气稀薄，声音传播速度较快，声能较大，基于高海拔环境的特点，利用TEV检测法对开关柜局部放电带电情况进行检测更佳。

3 10kV配网开关柜局部放电带电的防范措施

3.1 对10kV配网开关柜进行规范与科学的设计

10kV配网开关柜设计是否规范与科学直接关系着后期开关柜设备的运行状态，因此做好10kV配网开关柜设计尤为必要。在10kV配网开关柜设计过程中需要考虑开关柜的位置设定、安装施工以及其功能性三方面因素，同时还要严格按照开关柜相关绝缘标准开展设计工作，确保开关柜零配件质量，并对各开关柜之间的距离进行严格控制，只有这样才能保证后期开关柜设备的稳定与安全运行。

3.2 运行前进行10kV配网开关柜试验

为了进一步确保10kV配网开关柜的运行安全，在开关柜投入到10kV配网使用前，应以电力强制性规定与相关设计要求为依据，对10kV配网开关柜进行耐压试验，试验完毕后，符合试验规范及国家电力相关规定的10kV配网开关柜设备，方可投入到实际配网系统运行中。

3.3 运用新技术做好10kV配网开关柜运行维护与检修

10kV配网开关柜在运行过程中局部出现放电带电情况在所难免，然而其危害性不容忽视，要实现10kV配网开关柜的安全运行，应对10kV配网开关柜进行定期检测，在检测过程中若发现开关柜局部存在放电或者带电等问题，应结合实际情况及时对其进行正确检修。与此同时还要对10kV配网开关柜采取一定的维护措施，时刻关注开关柜的运行动态，正确维护开关柜设备，以此来延长开关柜的使用寿命，节约开关柜投入使用成本。另外在检修维护过程中应不断革新检修技术，提高开关柜局部放电带电检修质量。

4 实例分析开关柜局部放电检测技术的应用

XX供电公司XX开关站G3柜。普测时发现数据严重超标，柜前下部TEV数据达到了24dB，用超声波可以清晰听到放电声超声波幅值为28dB，从观察窗处可见到紫蓝色火花放电，呈现圆圈状，在停电计划安排后当即进行了处理，通过检查发现开关间隔的开关真空管泡连接母排处外套破裂，柜体内锈蚀非常严重，通过更换后及时处理了故障。其故障如图1所示：

图1 开关底部绝缘层放电

5 结语

综上所述，10kV配网开关柜在运行过程中可能会出现放电与带电问题，并且该问题会对10kV配网开关柜以及整个配网系统造成一定影响，因此相关工作人员要正确对待10kV配网开关柜放电带电问题，综合考虑开关柜所处环境、检测技术、开关柜具体问题信息等多种因素采取相应的技术与防范措施，为10kV配网开关柜运行提供安全保障，创建良好安全的10kV配网运行环境。

参考文献

[1] 梁钊，杨晔闻，叶彦杰.电力变压器局部放电检测方法探[J].南方电网技术，2011，（1）.

[2] 幸晋渝，刘念.高压开关柜的在线监测与故障诊断技术[J].四川电力技术，2008，27（6）.

[3] 陈宇茜，张荣耀.10kV开关柜、环网柜引进中有关绝缘方面的几个问题[J].广东电力，2008，12（3）.

[4] 杨献智，章坚.10kV配网开关柜局部放电带电检测应用[J].电力科学与工程，2011，27（6）.

[5] 叶凤军.10千伏配网开关柜局部放电带电检测应用

[J].应用研究，2012，（21）.

开关电源检测 第4篇

关键词：过零检测,同步整流,开关电源

随着便携式电子产品的快速发展,开关电源逐步向高效、低功耗等方向发展,控制模式方面也出现了许多创新,同步整流控制模式以更低的导通损耗而得到广泛的应用。

本文基于同步整流控制模式的BUCK变换器,设计了一种适用于同步整流模式开关电源的过零检测电路。对于同步整流的DC-DC变换器而言,当驱动较重的负载并工作在连续导通模式(CCM)时,由于同步整流管的低导通阻抗,使得在续流过程中导通损耗降低,从而使变换器的效率大幅度提高。但处于轻载模式时,如果没有过零检测电路,在同步整流管续流过程中,当电感电流降为零时,同步整流管不会被关断,这时必然导致输出电容上的电荷从电感与同步整流管流向地,电流发生倒灌,从而影响系统的整体性能指标,导致整个电路的效率降低。并且上述倒灌电流在下一周期会对供电电源造成冲击,影响整体系统的可靠性。过零检测电路的功能在于,变换器工作于轻载模式时,过零检测电路检测同步整流管的电流变化,在同步整流管续流电流为零时,过零检测电路输出相应的控制逻辑,关断同步整流管,使得变换器工作在不连续导通模式(DCM)下,以此来提高开关电源在轻载下的工作效率和可靠性[1,2]。

1 过零检测电路的必要性

在BUCK型DC-DC转换器中,根据整流方式的不同,可分为同步整流模式和异步整流模式。对于异步整流模式BUCK型DC-DC转换器,由于采用二极管进行续流,会产生较大的导通损耗,降低系统的效率。而同步整流模式在续流过程中,同步整流管工作于深线性区,导通损耗极低,所以能够极大地提高系统效率。但当工作于轻载状态时,如果同步整流管续流电流为零时不能被及时关闭,则系统效率会极大地降低,而且可能会使系统受损。因此,针对同步整流BUCK转换器,设计一款高精度、低功耗的过零检测电路是非常有必要的。

以图1所示BUCK型转换器拓扑结构对过零检测电路的工作原理进行叙述。其中M1为主开关功率管,M2为同步整流管,L1为电感,Cout为输出电容,Rload为负载电阻。正常工作时,M1和M2的栅极电压相位相反。当M1开启时,M2关闭;M1关闭时,M2开启进行续流,从而解决了传统异步整流中导通损耗大的问题。当负载电流较大时,电感电流整个周期内都不会为零,因此M1和M2交替开启和关闭,不会存在问题。但当负载电流较小时,M1开启一段时间后关闭,M2随后开启进行续流,由于负载电流较小,电感电流会逐渐减小为零,此时如果不能及时关断同步整流管M2,输出电容Cout将通过电感L1和M2进行到地的放电,造成不必要的功耗,所以此时必须使用过零检测电路将M2关闭,提高系统性能和可靠性[3]。

2 过零检测电路设计

2.1 电路设计重点

为了便于分析,以图1为例,该同步整流BUCK变换器的电源电压为VIN,输出电压为VO。首先设M1、M2的导通阻抗分别为RON1、RON2,则在主开关管M1导通、M2关断时,SW端的电压VSW1为:

而同步整流管M2导通、M1关断时,SW端电压VSW2为:

为了降低导通损耗,一般RON1、RON2两电阻设计得非常小,只有几十到几百毫欧姆,因此SW端电压最高可达近似VIN电压,而一般BUCK转换器的输入电压范围较宽,最高可达几十伏特,因此在设计过程中必须考虑过零检测电路的高压保护功能,防止对检测电路中的器件造成损坏。

另外,由于变换器内部的逻辑延迟、线延迟和一些寄生参数的影响,在检测电感电流时,过零检测电路并不是在电感续流电流恰好为零时才产生将同步整流管关闭的信号,而是在电感电流稍大于零时即产生将同步整流管关闭的信号,这样通过一定延迟后,能够在电感电流为零时关闭同步整流管,从而提高了效率,并且不会出现电流倒灌的现象[4]。例如本电路所应用的BUCK转换器在检测到电感续流电流为50 m A左右时发出关闭同步整流管的信号。而过零检测电路是通过采样SW端电压进行检测续流电流,因此同步整流管的等效电阻对检测精度有较大的影响,RON1、RON2电阻值可以写成下面形式:

其中,μ为沟道载流子迁移率,COX为单位面积的栅氧化层电容,VTH为MOSFET的阈值电压。根据式(3)可知,MOS管工作在深线性区的导通阻抗易受μ、COX、VTH等工艺参数以及环境温度的影响,因此设计过程中必须考虑如何降低工艺和环境温度对电路检测精度的影响[5]。

2.2 具体电路的实现

本文所设计的过零检测电路的实际电路图如图2所示。其中MP1~MP4、MN1~MN5以及LDMOS管NLD1~NLD2组成电流检测电路,将同步整流管漏端电压转换成电流;MP5、MN7组成电流比较器,检测电感续流电流是否将要发生过零现象。为了便于对电路原理的叙述,需要对以下几个电路参数进行说明:MP1、MP2、MP3管流过的电流均为I;MN1、MN2、MN3的宽长比相同,MN5、MN6的宽长比也相同;VC1、VC2为控制逻辑信号,用于控制过零检测电路为过零检测状态或者为高压保护状态,且VC1与VC2相位相反;NLD1、NLD2为与同步整流管相同类型的耐压管,并且两管的沉底均连接到各自的源极;该模块的电源电压为VDD,也即是同步整流管的栅端高电平电压。下面针对过零检测电路的两种状态进行原理分析。

(1)过零检测状态:当上端功率管M1关闭时,同步整流管M2开启,此时VC2为高电平,VC1为低电平,过零检测电路的等效电路如图3所示,其中RON_NLD1、RON_NLD2分别为NLD1管和NLD2管的导通阻抗。当SW电压高于某一值时,MP5电流将大于MN7电流,输出发生翻转。设流过MN3的电流为I1,则由KVL定理可分别得到MN1、MN2的栅极电压VGMN1、VGMN2。

因为VGMN1=VGMN2,且流过MN2和MN1的电流相同,因此VGSMN1=VGSMN2。另外由电流比较器可知,当输出发生翻转时I1=I,则可以得到翻转点对应的电感电流IL为:

其中,RON2为同步整流管的导通阻抗。NLD1和NLD2的栅源电压和整流管开启时的栅源电压相等,利用式(3),可将翻转点对应的电感电流简化为:

从式(7)可以看出,输出发生翻转时电感电流IL不再与工艺和温度有关,只与NLD1、NLD2、M2管的宽长比以及偏置电流有关,而在该系统中偏置电流被设计为一个几乎不随温度变化的量,因此该过零检测电路具有非常高的精度与稳定性。

(2)高压保护状态:整流管M2关闭、主开关功率管M1开启时,SW端电压近似等于电源电压VIN。为了保护过零检测电路,此时VC1为高电平,VC2为低电平,等效电路如图4所示,其中D_NLD2为NLD2管的寄生体二极管。由于该二极管的存在,实现了SW端的高电压与过零检测电路低压管的隔离,从而保护了内部器件不会受到损坏;并且M6管的开启使MN2的源端电位低于MN1的源端电位,因此流过MN3的电流为0,过零检测电路的输出不会发生误动作。

3 仿真结果及其分析

本文采用0.6μm CD工艺,使用Hspice对图2所示电路进行了仿真验证,仿真结果如图5、图6所示。

图5为在VDD=5 V、VC2为高电平、VC1为低电平、TT corner下,在4个温度点(-40℃、25℃、85℃、125℃)对同步整流功率管的漏电流进行DC扫描的仿真波形图。由图可知,Vout信号在同步整流管电流约为50 m A时发生了翻转,表1给出4个温度下的电流翻转点。由表1可以看出,不同温度下电流翻转点仅相差0.65 m A,而相对偏离误差最大为0.68%,由此也证明了前面分析中所述翻转电流不随温度发生变化的特性。

图6是在VDD=5 V、VC2为高电平、VC1为低电平、室温25℃下,对同步整流功率管的漏电流在不同工艺角的一个DC扫描。由图可知,在不同工艺角下,Vout在同步整流功率管电流约为50 m A时发生了翻转。由表2可以看出,不同工艺角下电流翻转点只有1.21 m A的差异,而相对偏离误差最大为1.26%,由此也证明了所设计电路检测电流时随工艺偏差极小。

本文设计了一种适用于同步整流模式开关电源的高精度、低功耗过零检测电路。与传统结构相比,该过零检测电路结构简单且精度高,而且由于该架构只使用了少量的MOS,极大地节省了版图面积。此外,该过零检测电路的特性受工艺和温度的影响极小。

参考文献

[1]赵婉婉.一种高效同步升压型芯片中过零检测电路的研究与分析[D].成都:西南交通大学,2008.

[2]王辉,王松林,来新泉,等.同步整流降压型DC-DC过零检测电路的设计[J].固体电子学进展,2010,30(2):276-280.

[3]PRESSMAN A I.开关电源设汁(第二版)[M].王志强,译.北京:电子工业出版社,2005.

[4]陈海.现代集成DC-DC变换器的高效率控制技术研究[D].浙江:浙江大学,2009.

老年人健康检测开关创新项目计划书 第5篇

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创新来源

INNOPRO精华隆S-VITAL智能健康监测器

创新内容

介绍

产品采用无接触式红外检测手段，具备呼吸率、体动记录、驻留、睡眠等监测功能，通过AI科技和大数据智能分析，形成健康“体检报告”，让用户了解被监测者的每天、每周甚至每月的健康数据趋势，发现异常趋势，及时就医检查，减少重大疾病发生的概率。并且进行小型化处理，安插在老人住处的各个房间电灯开关中，实现对独居老年人健康情况及生命体征的监控。让子女或社区工作人员能实时的了解独居老人的健康及安全情况。

截至20xx年底，我国60岁以上的老年人口达2.4亿，占总人口17.3%，我国已经步入老龄化社会。对于养老问题，除了少部分家庭把老人安置于养老院或请专业的看护人员照料，绝大部分生活能够自理的老人都是在家独处，一年半载才盼来子女探望一次，三年五载才能去医院体检一次，子女对老人的健康安全所知甚少。

在现实生活中我也遇到过类似的情况，在去年暑假时，我曾在郑州宇通花园老旧居民区改造项目中进行社会实践实习，在工作过程中，需进行入户数据筛查，在进行到其中一家住户时，敲门无人应答，其邻居说该户仅有一个八十多岁的独居老人，已经好几天没见过出门了。我通过物业负责人联系到老人子女已经又是一天之后了，子女返回郑州打开房门后，发现老人摔倒在家中，已无生命体征。

这次悲剧的发生，主要原因就是，独居老人子女常年在外地工作，仅有老人自己独居在家，社区健康检查每半个月上门入户一次，对老人进行身体检查，独居老人家中虽然安装了监控检测老人健康情况，但老人摔倒位置处于监控盲区中，子女未能及时发现，才导致了这场悲剧的发生。

通过这次事件以后，我就产生了制作独居老人健康检测情况产品的想法。传统的健康检测手段，多数以手环方式呈现，而老年人多数不习惯带“束缚式”设备进行健康检测。而市面上传统的无接触式检测手段：无论是摄像头，还是红外检测均有一定的盲区，覆盖面不广，无法完全监控老人情况。

而我设计的老年人健康检测开关，由主要监控设备，和低级监控设备组成，主要监控设备，拥有全部功能，包括对老年人睡眠，呼吸率，体动记录，驻留等情况的实时监测监控面仅覆盖老人床铺，以及客厅厨房等老人主要活动区域，并充当房屋整体监控网络的一级设备。监控网络的次级设备就是各个房间的所有开关，小型化检测设备植入开关中，仅保留最低级的活动检测手段，目的是监控老人的`活动情况及基本生命体征，一旦出现老人长时间未活动，或生命体征不正常的情况就及时上报一级监控设备并发出报警，除非得到老人的回应后，设备将提高警报等级，及时通知子女及居委会工作人员，使老人得到及时的救治，防止因为发现不及时导致的悲剧。

产品设计之初的设计目标就是实现全面覆盖的老人身体情况监控，因此次级设备的覆盖面需要足够广。所以我选中了各个房间都存在不止一个的电灯开关来安装小型化的次级检测设备。开关的高度也适宜检测设备的检测，使检测更及时，更迅速，更灵敏。

可行性分析

本产品的市场前景非常广阔，中国即将进入全面老龄化时代，中国老年人数量激增，而子女并不能随时照顾老人。因此独居老人家庭安装生命健康检测设备，是非常重要且必要的。

产品结合互联网+，通过Wi-Fi上传到云平台上，除了提供基础健康数据监测，对于呼吸异常、夜间离床、某地驻留超时等情况，监护人会收到系统推送的报警信息，从而可以第一时间核查老人是否出现安全危险(从床上跌落、洗手间摔倒等)，降低老人意外风险发生，基于大数据和先进的AI 技术进行算法处理，再把“健康报告”信息同步到手机端呈现，即使不在老人身边，也能看到老人的健康状况及发展趋势。另外，老人的健康信息可以供多个家人同时共享，让老人感受子女的关爱。

产品安装也做到十分方便，对检测设备进行小型化，模块化处理，安装不需要维护不需要专业人员，社会上普通的电力工程人员即可进行安装以及调试，次级设备单独有每台设备具有的单片机运转，每部单片机由一级设备进行监控和统筹，随时反馈，并检测故障次级设备，以求及时更换，保障对独居老人的健康检测，实现全天候，全位置，无盲区的检测。

商业模式(盈利模式)

产品采用与基层政府基层医疗设施合作，以求高覆盖率，由产品质量向全社会展示产品功效以及应用面，最终实现政府，保险，家庭共同出资，实现对独居高龄老人的覆盖性监控，由政府和保险出大部分资金，让老人老有所依，老有所医。

二、市场分析

市场定位

一个可实施全面监控独居高龄老人的设备，其检测功能虽有替代品，但是能实现无盲区全天候检测功能的产品是无法替代的。

若能政企合作，成为独居高龄老人必备的保护神，实现全面老龄化社会的重要保障型产品，也是对老人生命健康权保障的体现。

目标客户

独居高龄老人，以及无法经常进行健康检查的老人。

市场预测

老龄化社会的到来无法避免，本产品对老年人的重要性不言而喻，与保险行业合作更能加速产品的推广(比如以是否安装本产品来衡算老人的医疗保险保额)。

全时段覆盖，无盲区的产品的重要性不言而喻，会逐渐在同类产品市场中脱颖而出。

三、营销策略

营销计划

政企合作，基层医疗推荐，保险公司推广。

竞争分析

同类产品有很多，但无束缚，无盲区，全时段的检测设备并没有多少，无缝检测以及AI健康分析是本产品的最重要卖点，我们的产品最终会在同类产品竞争中脱颖而出。

四、国内外状况

国内情况

20世纪90年代以来，中国的老龄化进程加快。65岁及以上老年人口从1990年的6299万增加到20xx年的8811万，占总人口的比例由5.57%上升为6.96%，目前中国人口已经进入老年型。性别间的死亡差异使女性老年人成为老年人口中的绝大多数。预计到20xx年，65岁及以上老年人口占总人口的比例将超过20%。同时，老年人口高龄化趋势日益明显：80岁及以上高龄老人正以每年5%的速度增加，到20xx年将增加到7400多万人。

国外情况

国外有些国家正处于老龄化快速阶段，甚至有的国家已经快要完全转换为老龄化社会。因此本产品无论国内国外都有广阔的市场前景。

五、长远规划

中国政府高度重视和解决人口老龄化问题，积极发展老龄事业，初步形成了政府主导、社会参与、全民关怀的发展老龄事业的工作格局。国家成立了全国老龄工作委员会，确定了老龄工作的目标、任务和基本政策;颁布了《中华人民共和国老年人权益保障法》，制定了《中国老龄事业发展“十五”计划纲要》，把老龄事业明确纳入了经济社会发展的总体规划和可持续发展战略。

我们的产品，若果能通过社会的认可，政府的推荐，一定能更快更好的占有市场。也能帮助全社会独居高龄老人，生活的更有质量，让天下的子女，放下对于老人健康的后顾之忧。

开关电源检测 第6篇

【关键词】有载调压开关；振动法；驱动电机电流；检测

0.序言

110kV以上的电力变压器大多数都安装了有载调压分接开关（OLTC），它是变压器完成有载调压的关键部件。随着有载调压变压器在电网应用的增多，有载调压开关的故障也在增加。因此，对有载调压开关运行中的状态性能进行检测，以预知其故障可能性和判别其故障类型，对电力系统安全运行具有重要的现实意义。同时，根据检测结果可科学、合理地安排检修计划，节约日常电力设备维护成本。

近年来，广大学者认为振动法[1]和驱动电机电流法[2]在线检测有载调压开关具有现实可行性，具有很大的应用前景。两种方法主要优势在于采用非侵入式手段采集有载调压开关动作过程的状态信号，现场使用简单，无需与电力设备有任何电气上的接线，对电力系统正常运行影响小，达到安全、可靠地检测目的。其不足是检测人员对有载调压开关结构需深入，并且典型的诊断图谱积累还较少。

1.新技术的应用依据

1.1振动法检测原理[3]

变压器有载调压开关在运行时，动、静触头间的接触分离会产生脉冲冲击力，因此就有了振动信号。该信号经由静触头或者变压器油传送到接线端子，再通过变压器油到变压器油箱。不难看出，在线检测有载调压开关接线端子或者变压器油箱表面的振动信号，就可以探测有载调压开关的状况。

电流的热效应和有载调压开关的频繁切换可以使得弹簧的弹性变弱，触头松动，动、静触头间接触压力减小，引起接触不良、频繁调压中触头之间机械磨损、电腐蚀和触头污染等故障容易造成单点接触，并产生局部电弧放电，烧蚀触头。这些机械故障都会影响动、静触头接触分离时的脉冲冲击力，由触头动作引起的振动信号和正常态相比，一定有所不同，因此记录并且比较动作过程中的包络信号，通过脉冲数目的变化可以断定有载调压开关的状态。国内外专家都一致认为，振动法检测技术是一种状态检测有载调压开关的适用技术，在状态检测有载调压开关方面具有极大的潜力。

1.2驱动电机电流检测原理

电动机操动机构，是有载调压分接开关变换操作的位置控制和传动装置，借助水平传动轴、伞形齿轮盒和垂直传动轴与分接开关连接在一起，是有载调压分接开关其它机构动作的动力源。有载调压分接开关切换过程中，如果储能弹簧性能发生改变或储能过程中存在机构卡塞等现象，必然伴随着电机驱动力矩的变化，从而使得驱动电机的转速发生变化。很明显，可以通过CT检测电机驱动电流，实时跟踪驱动电机旋转性能变化，而最终达到目的——判断操动机构的机械运行状态。

2.新技术应用关键

当前电网运行的可靠性要求越来越高，系统研究和探索变压器有载调压开关性能状态在线检测和故障诊断的新理论和新方法，将新技术有效地应用到实际工程中是目前状态检修研究的新趋势。鉴于振动法检测技术和驱动电机电流检测技术可发现有载调压开关大部分常见故障，因此将这两种技术运用在有载调压开关在线检测和故障诊断具有可行性。以下简述这两种技术在实际应用中需解决的关键：

2.1在线检测的实现

在线检测系统要求在不影响电气设备正常运行功能的条件下，准确得到反映设备完整运行状态信息的多路传感信号，使得设备性能状态特征的提取更为有效。实际工程中可着眼于非侵入式测量技术在有载调压开关性能状态在线检测系统设计中的应用，研究在线检测系统的硬件系统构成以及各类信号检测设备选型，保证传感器稳定工作，显著提高测量准确度。

2.2多种状态信号融合分析的实现

变压器有载调压开关工作过程存在多种状态信息，若能同时获取这些反映有载调压开关状态的信号，有助于增强故障判断能力，提高预判的可靠性和科学性。实际工程中可研究采用振动传感器和电流传感器同时获取有载调压开关动作过程产生的机械振动和驱动电机电流信号，将两种信号各自的特征参数融合一起分析，其可有效提高系统的分析能力。

2.3机械振动特性分析的实现[4]

机械振动往往具有一定程度的混沌性，因为容易受到各种随机因素的影响。工程上很多非线性系统的振动，要用混沌理论才能得到合理的解释。实际工程中科从混沌动力学的角度，观察了有载调压开关机械振动模式变化，并研究能反映有载调压开关操作时不同振动模式变化的混沌动力学特征参数，针对有载调压开关机械状态的在线检测和故障诊断，提供了新的科学依据。

2.4机械振动波形识别及判断的实现

有载调压开关动作过程形成的振动波形变化复杂，若对原始信号进行故障分析，难以分辨有载调压开关正常运行与故障状态振动信号变化，并且对各个触头状态变化趋势也无法判断发展趋势。实际工程中科通过精确的数学算法，将原始振动指纹中与有载调压开关运行状态判断无关的信号滤去，并用简单明了的曲线显示有载调压开关主要动作的振动指纹。与此同时，可对两个振动指纹进行叠加，并计算两个指纹的相似度，从而判断有载调压开关故障及变化趋势。

2.5能量分析的实现

有载调压开关的切换是一个瞬态信号，携带有一定的能量，确定瞬态信号能量就能对振动过程有所了解。其产生的能量在频段上的分布与调压开关撞击过程有关。在实际工程中可将应用于语音识别领域的数学模型引入到有载调压开关机械性能的故障诊断中，从能量的角度观察有载调压开关不同运行状况。

2.6故障分析的实现

单纯使用一种分析方法，难以确定有载调压开关具体故障。如何提高有载调压开关故障诊断准确率，是制约有载调压开关状态检修技术发展的重大难点。实际工程中科对获取的机械振动信号和驱动电机电流信号进行时域和频域分析、混沌理论分析、机械特性分析、能量分析、重合度分析等一系列分析方法，将有效提高有载调压开关故障诊断的可靠性，为有载调压开关检修提供科学依据。

3.设备介绍

厦门红相电力设备股份有限公司推出的TCD-100有载调压开关故障诊断系统，结合应用了振动法检测技术与驱动电机电流检测技术，使用在变压器运行状态下的非侵入测试方法，记录有载调压分接开关动作时的机械振动信号和驱动电机电流信号，分析多种电气和机械问题，可以有效判断有载调压开关的多种故障：触头接触不良、驱动和同步、制动失效、异常电弧等。

设备结构示意图如下图所示。整套设备包括加速度传感器、电流传感器、有载调压开关故障设备主机、分析计算机。加速度传感器选用集成了电荷放大器的压电式加速度传感器，可将振动加速度信号转换为成正比的电压信号。而电流传感器则选用夹钳式的电流传感器，直接将驱动电机电流信号感应到系统中。所获得的振动信号及驱动电机电流信号经过主机的数据处理后通过USB存储到计算机中。

4.案例分析

现使用怒江供电局220kV崇仁变电站2号主变压器的有载调压开关作为案例，使用TCD-100有载调压开关故障诊断系统进行停电测试，得到测试图谱和测试数据报表。取10升11档的切换过程为基准，进行各个图谱及数据表格的分析。具体结果分析如下。

4.1电流与振动信号原始数据比较

电流与振动信号原始数据比较如图2所示。图中，深蓝色曲线为电机电流信号原始数据，蓝色曲线为振动信号原始数据。当有载调压开关动作后，驱动电机产生制动电流，经过一段时间后降到零。原始数据主要作用为重复生成用于分析的包络曲线。

4.2包络分析

驱动电机电流和振动信号包络曲线比较分析图如图3所示。根据专家软件得到的原始数据，我们用包络信号对其进行转换，得到蓝色曲线为电流包络，红色曲线为振动信号高频包络，绿色曲线为振动信号低频包络。从图中可以看出，有载调压开关在动作过程中驱动电机电流出现异常脉动，且对应时间点上振动信号高低频包络也出现异常脉动现象。根据有载调压开关检测经验，此种异常脉动情况原因有可能是控制继电器出现故障。这种异常情况的出现通常是设备开始退化的征兆，最终将导致设备运行停止。

4.3高低频分析

振动信号高低频包络叠加分析图如图4所示。从图中可以看出，高低频分量叠加重合度很好，重合度值为0.823，符合有载调压开关正常动作情况。

4.4奇偶档位分析

有载调压开关奇偶档位振动信号高、低频包络叠加分析图如图5、图6所示，本次比较以10升11和11升12档切换过程为基准。从图中可以看出，高、低频包络信号在时域上基本对称，符合有载调压开关正常动作过程。

4.5能量分析

本次测量档位能量谱分析如图7所示。从图中可以看出能量主要集中低频段，高频能量所占比例较少，符合正常动作情况。因此本次测量的能量谱未见明显故障特征。

4.6数据分析

220kV崇仁变电站2号变压器有载调压开关故障诊断的测试数据如表1所示。从表1中可以看出，电流抖动度较大，其余特征参数变量无较大的差异。从抖动度变化程度可判断操作机构在动作过程有可能存在异常情况。

5.结论

220kV崇仁变电站2号变压器有载调压开关动作过程基本正常。然而此次测量过程也存在以下一些情况：

（1）通过包络分析可知，驱动电机电流在稳定运行区域在包络上出现快速振荡。

（2）通过测试数据表可知，驱动电机电流抖动度数值较大。

从以上两种测试分析现场，可判断驱动电机控制继电器有可能存在异常情况，建议运维人员定期检测，观察此异常情况发展变化趋势。 [科]

【参考文献】

[1]程锦，王正刚，徐燕飞等.振动法在线检测电力变压器有载调压开关触头状况的可行性研究[J].高压电器，2005，41（2）：95-97.

[2]Thorsen O V，Dalva M.Methods of Condition Monitoring and Fault Diagnosis for Induction Motors[J].ETEP，1998，8（5）.

[3]吴昊，刘庆时，刘卫东.调压变压器有载分接开关机械性能的在线检测[J].高压电器，2003，39（3）：18-20.

开关电源检测 第7篇

为有效地实现电路应用系统负载短路和断路保护, 同时能避免反激式电路系统从电流断续工作模式突然进入电流连续的工作模式, 本文根据反激式变换器原边绕组和副边绕组之间的耦合作用, 通过采集副边电流减小至零时原边绕组变化的电压来检测副边电流过零的时间点, 以此实现负载短路和断路保护, 并结合反激式原边反馈技术实现了恒流恒压双模式驱动。

1 副边电流过零检测

副边电流过零检测电路就是检测副边电流从功率开关管关断时的峰值Ispk以斜率-Vo/Ls下降至零的时刻。

当副边电流下降至零时, 由于二极管的单向导通作用, 变压器副边的电感进入高阻状态, 原边电感和开关管寄生电容组成的LC振荡电路将发生振荡[4,5]。

副边电流断续的工作模式下, 在反激式转换器的停滞时间内, 寄生电容将与Vdc周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化, 但始终具有相当大的数值, 如图1所示。

LC振荡频率为:其中, Lleak表示变压器的漏感。

谐振的发生提供了一个判断副边电流减小至零的一个信号。通过电压采样网络, 采集Vd的变化, 并将信号与一个基准电压进行比较, 当副边电流降为零时, 比较器翻转。副边电流过零信号曲线如图2所示。

副边电流过零检测可以实现负载短路和断路保护。短路时, 负载总电阻减小, 根据反激式电流变化斜率k=V/L, 副边电流从峰值减小至零的时间变长, 反之断路时, 负载总电阻增大, 副边电流从峰值减小至零的时间变短。在副边电流开始导通时, 芯片中设置两个时序信号T1和T2, 将Toff限制在这两个时序信号之间, 以此来实现对于轻载和过载的判断, 并在负载失效时有效地对电源进行保护[6,7]。

根据图3所示, 过流检测信号控制新的开关周期的开始 (由于本文采用频率调制模式, 过流检测信号并不能控制新的周期在何时开始, 只是新周期开始的一个必要而不充分条件) , 如果过零检测信号是在两个时序信号T1和T2之间到来, 则系统正常工作。当在T2信号之前, 则判断负载断路;当在T1信号之后, 则判断为负载短路。

2 反激式应用电路

芯片的应用电路采用带有辅助绕组的反激式原边反馈结构, 其隔离变压器兼具存储能量和电气隔离的双重作用, 并且与正激式变换器相比, 不需要磁复位绕组, 因此被广泛应用于小功率场合, 如图4所示。

辅助绕组Na主要有以下两个作用:

(1) 为芯片供电;

(2) 通过反激式变换器T1的耦合作用检测副边输出的电流电压信息。

当副边的整流二极管D0导通时, 由辅助绕组供电的VDD电压反映了输出电压的信息。根据变压器耦合的电压转换关系, 芯片内部电源电压为:

反激式变换器的原边和副边电流变化如图5所示。

若Td>0, 则芯片工作于电流断续状态, 此时, 所有导通阶段电源通过初级线圈储存的能量在开关管下一个周期开始之前已经全部传送给负载, 其平均电流等于三角波的平均值与其占空比Toff/T的乘积。

原边电流的峰值由采样电阻Rcs和内部基准电压Vref所决定。

根据电感储能原理, 储存在原边绕组的功率是:

副边输出的功率:

其中, η是变压器原边和副边之间功率转换效率。

根据式 (4) ~式 (6) , 电路系统工作在电流断续模式下, 其输出电流:

3 恒流工作模式

恒流工作模式主要通过脉冲频率调制 (PFM) 来实现。每一次的脉冲频率调制都在过零检测电路检测到过零点之后再释放信号, 以此避免在负载短路或者断路状态下工作。

通常的脉冲频率调制模式都采用BOOST变换器加主功率变换器的双极有源变换方案。

当负载加重导致的输出电压下降时, 将被辅助绕组检测到, 并且通过芯片内部的压控振荡器, 使开关管的工作频率降低以控制输出电流恒定。

如图6所示, Vfb是从辅助绕组反馈的电压VDD中分压而来的, Vfb=VDDR1/R。通过电压跟随器的作用使得It=Vfb/Rt。结合式 (2) , 得:

因此It的大小就反映了输出端的信息。电流It通过电流镜的镜像作用, 分别得到I1=μ1It和I2=μ2It。对电容C充电电流Ic=I1, 对电容C放电电流Id=I2-I1。锯齿波信号在VH和VL之间振荡, 通过比较器和SR触发器产生脉冲信号Vpulse。

脉冲信号的周期T是电容C的充电时间和放电时间之和, 即:

将式 (9) 带入式 (10) , 可得:

式 (12) 说明在图6所示的调制模式下, 副边输出电流Iout与负载Ro和输入电压Vdc无关。Ippk是由内部的基准电压和外围的采样电阻Rcs决定, 通过选择合理的Rcs, 便可以得到预设定的恒定输出电流。恒流模式仿真结果如图7所示。

4 恒压工作模式

在恒压工作模式下, 开关管处于间歇式工作状态, 正如仿真结果图8所示。

从图8可以看出, 当输出负载变轻, 相应输出电压增大, 当辅助绕组检测到这一信号时, 将控制芯片内部的压控振荡器停止工作, 此时开关管被关闭, 输入端的能量不能通过反激式变压器传递到输出端。辅助绕组不断地检测输出端信号, 当输出电压下降时会控制振荡器重新开始工作。

本文根据反激式变换器设计了一款带有副边电流过零离线恒压恒流双模式的AC/DC驱动电路。通过检测副边电流过零点时, 由于原边电感和开关管的寄生电容产生LC振荡, 通过采集振荡信号来判断过零点, 得到副边二极管续流时间。将续流时间控制在两个时序信号之间, 以此来实现对于负载短路或者断路情况的判断和保护。在反激式拓扑结构下, 通过脉冲频率调制实现恒流驱动, 通过间歇式工作模式实现了恒压驱动。

参考文献

[1]刘雪山, 杨静, 张鸿儒.开关电源的过载保护电路设计[J].通信电源技术, 2009, 26 (4) :45-48.

[2]丁道宏.电力电子技术[M].北京:航空工业出版社, 1999.

[3]PRESSMAN A I, BILLINGS K, MOREY T.开关电源设计 (第三版) [M].王志强, 肖文勋, 虞龙, 等译.北京:电子工业出版社, 2007.

[4]Nie Weidong, Wu Jin, Yu Zongguang.A simple cost-effective PSR LED driver without auxiliary winding[J].IEICE Electronics Express, 2013, 10 (23) :1-9.

[5]Wu Tsung-Hsiu.Quasi-resonant fly-back converter without auxiliary winding[P].United States Patent:007898823B2, 2011-03-01.

[6]刘国.开关电源适配器的输出过载保护电路设计[J].电源技术应用, 2007, 10 (12) :25-29.

开关电源检测 第8篇

1 瞬态电流测量的基本方法及装置

流经芯片或电路的电源电流的测量,一般采用基于串联电阻的电流检测技术。其电路原理如图1所示,即在芯片或电路的电源引脚与其对应的输入通道之间插入一阻值已知的采样电阻RSENSE,再运用电压检测电路检测出采样电阻两端电压即可间接的检测出电源电流。

文献[4]基于图1所示电源电流测量基本原理,提出了图2所示的电流测量装置,并通过仿真实验验证了该电流测量装置可应用基于电源电流测试的电路故障诊断。

文献[5]提出了图3所示的电流测量装置,在完成测量装置静、动态性能理论分析的基础上,并通过仿真和实物研究,验证了该电流测量装置完全满足电源电流测试技术要求。

2 基于集成电流检测芯片的电源电流测量装置

上述文献提出的电流测量装置均基于分立或半分立元器件设计,需采用精密运放和精密电阻电容,不利于装置的实用化。随着电子技术的发展,美国美信(Maxim)等公司纷纷推出了多种集成电流检测芯片[6],其内部已包括所需的精密运放和电阻电容,只需在外围加入少量基本元件即可构建高性能的电流测量装置。

2.1 集成电流检测芯片MAX4173

美国美信公司生产的精密高端电流检测芯片已形成系列化产品,MAX4173是其中最具代表性的芯片,其内部功能框图如图4所示,主要采用精密运放和电阻电容构成差分运放和电流镜电路实现电流的检测。

2.2 基于MAX4173的电流测量装置

采用集成电流检测芯片MAX4173只需外加1个芯片供电滤波电容和1个采样电阻即可成功构建一高性能的电源电流测量装置,其电路图如图5所示。

根据图5所示电路原理图,只需将插入在芯片或电路的电源引脚与其对应的输入通道之间的采样电阻RSENSE的两端分别直接与芯片的RS+和RS-端相连,即可经MAX4173芯片内部精密运放器结合电阻构成的差分运放电路(详见图4)实现RG1两端电压与RSENSE两端的电压差相等,即ILOAD·RSENSE=VSENSE=IRG1·RG1。

其后,电流(IRG1)经电流镜转换和放大后输出电流IRGD,IRGD=IRG1·b,b为电流镜镜像电流系数;并通过RGD将IRGD转换成电压VOUT输出,VOUT=RGD·IRGD=RGD·IRG1·b=RGD·VSENSE/RG1·b=Rsense·Iload·RGD/RG1·b,即:

因此,采用集成电流检测芯片MAX4173只需外加采样电阻RSENSE和滤波电容即可将电源电流转换成电压,而且可实现电源电流的高速高精度的实时测量。

3 基于MAX4173的电流测量装置性能仿真实验

选用文献[7]所采用的CMOS管与非门电路为被测电路(CUT),以通用电路仿真软件PSPICE10.5为仿真平台进行仿真实验验证基于集成电流检测芯片MAX4173的电流测量装置的测量性能。

CMOS管与非门电路的基本电路为两个PMOS和NMOS晶体管,分别采用PSPICE的仿真器件模型IRF9140和IRF150,MAX4173采用美信公司提供的PSPICE仿真模型,建立了图6所示的仿真模型。

在CMOS管与非门电路的输入端输入向量V1、V2,得到被测电路电源电流曲线如图7所示,经基于MAX4173的电流测量装置后的输出电压曲线如图8所示。

对比图7、8的仿真曲线可知,经电流测量装置后获得的电压曲线与电源电流曲线变化趋势一致,而且该电压可实时跟随电源电流的变化。因此,基于MAX4173的电流测量装置可以满足瞬态电流测试电源电流的实时测量要求,可应用于基于瞬态电流测试技术的电路故障。

4 结论

在分析集成电流检测芯片MAX4173的功能的基础上,结合瞬态电源电流测试中电流测量的需求,采用集成电流检测芯片MAX4173构建了电流测量装置,并以CMOS管与非门电路为被测电路建立瞬态电流测试仿真模型,仿真实验表明该电流测量装置可应用于瞬态电流测试。

摘要：电源电流的高效测量是电源电流测试技术应用于工程实际必须首先解决的关键问题,采用集成电流检测芯片MAX4173构建了一电流测量装置,经以CMOS管与非门电路为被测电路的性能测试仿真实验证实可满足瞬态电源电流的测量要求。

关键词：电流测试,电流测量,电流检测芯片

参考文献

[1]Jiang,W.;Vinnakota,B.Statistical threshold formulation for dynamic Idd test[A].Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems[C],IEEE Transactions on,June2002:694-705.

[2]Bhunia,S.,Roy,K.Dynamic supply current testing of ana-log circuits using wavelet transform[A].VLSI Test Sympo-sium,2002.(VTS2002).Proceedings20th IEEE[C],May2002:302-307.

[3]Bhunia,S.,Roy,K.Fault detection and diagnosis using wavelet based transient current analysis[A].Design,Au-tomation and Test in Europe Conference and Exhibition,2002.Proceedings[C],March2002:4-8.

[4]Al-Qutayri,M.A.Supply current monitor and set-up for fault detection in analogue circuits[A].Electronics,Circuits and Systems[C],2002.9th International Conference on Sept.2002:441-444.

[5]Ducoudray,G.O.,Gonzalez-Carvajal,R.,Ramirez-Angulo,J.A high-speed dynamic current sensor for iDD test based on the flipped voltage follower[A].Mixed-Signal Design[C],2003.Southwest Symposium on2003Feb:208-211.

[6]Maxim.Performance of current-sense amplifiers with input se-ries resistors[EB/OL].2007.1.http://www.maxim-ic.com.cn/pdfserv/en/an/AN3888.pdf.

谈高速公路通信电源及其检测维护 第9篇

关键词：通信电源,蓄电池,检测维护

1 概述

高速公路通信电源是整个通信网络的关键基础设施, 稳定可靠的通信电源供电系统, 是保证通信系统安全、可靠运行的关键, 一旦通信电源系统故障引起对通信设备的供电中断, 不但会造成通信电路中断、而且会影响到收费系统, 从而造成经济和社会效益损失。因此, 通信电源在在高速公路机电系统中占据十分重要的位置。

2 通信电源结构

通信电源一般由交流配电、直流配电、整流模块、监控部分组成, 其整体结构图如图1:

现代通信电源中, 绝大部分采用开关电源技术, 开关电源中占主导地位有决定性意义的技术有以下四项:

2.1 均流技术, 均流技术使开关电源可以通过多模块并联组成前所未有的大电流系统和提高系统的可靠性。

2.2 开关线路的发展, 开关线路的发展使开关电源的频率不断提高的同时效率亦提高, 并且使每个模块的变换功率也不断增大。

2.3功率因数校正技术, 功率因数校正技术有效地提高了开关电源的功率因数。由于开关电源电路的整流部分使电网的电流波形畸变, 谐波含量增大, 使得功率因数降低 (不采取任何措施, 功率因数只有0.65左右) , 污染了电网环境。所以必须提高功率因数, 减轻对电网的污染。

2.4 智能化, 智能化给维护工作带来了极大的方便, 提高了维护质量, 给使用者的管理业带来极大的方便。

3 通信电源的检测维护

广东交通集团颁布的《高速公路机电工程养护质量检验评定标准》标准里特别对通信电源的检测维护项目及要求做了详细的说明, 具体见表1:

3.1 通信电源的接地的检测维护

要求地网引出点焊接良好, 无锈蚀;接地排上接地线连接牢固可靠。用地阻仪测试接地电阻的大小, 测试时注意测量辅助地级点的选取, 保证每次测量取点一致, 以减少因测量方式不同造成的偏差。对地阻较大的接地电阻要及时处理, 使其符合设计要求。

3.2 通信电源蓄电池的检测维护

3.2.1 电池连接和外观结构

电缆连接牢固;电缆保护层无老化、龟裂现象;均衡充电时电缆无明显发热。电池外形无鼓胀变形;电池壳体无漏液痕迹。

3.2.2 电池端电压和内阻

用蓄电池测试仪测试全组各单体电池端电压和内阻, 各电池的电压和内阻一致性要好, 每节电池电压最小值不低于2.18V, 内阻和以前的测试值比较, 不要出现明显偏大或偏小。检测到某节电池电压或内阻异常, 均需要对该电池作单独补充电或更换处理, 以保证整组电池性能一致。

3.2.3 电池放电维护

基本要求是:①每年做一次实际负荷核对性放电试验, 放出额定容量的30%到40%。②每三年应做一次容量试验。使用六年后宜每年一次。③蓄电池放电期间, 每小时测量一次端电压、放电电流。

3.3 开关电源设备的检测维护

3.3.1 系统均流

监测每个模块的输出电流, 计算不平衡度;通过观察各模块上的输出电流显示值, 计算不平衡度。各模块超过半载时, 整流模块之间的输出电流不平衡度低于5%。当出现模块之间输出电流分配不均衡 (不平衡度大于5%) 时, 可以通过调节系统参数或电压调节电位器, 将输出电流较大的模块输出电压调低直至电流均衡, 或将输出电流较小的模块电压调高直至均衡。

3.3.2 通信功能

系统各单元与监控单元通信正常;告警历史记录中没有某一单元多次通信中断告警记录。

3.3.3 告警功能

对现场可试验项抽样检查, 可试验项包括:交流停电、防雷器损坏带告警灯或告警接点的防雷器) 、直流熔丝断 (在无负载熔丝上试验) 等。发生故障必须告警。

3.4 通信电源杂音检测维护

程控数字通信设备数字电路工作速度高, 对瞬间和杂音电压十分敏感, 杂音电压超标直接造成通信误码率升高, 影响到通信的质量和效率。衡重杂音用杂音计测量, 要求不大于2m V。杂音测量时在输出正负母排检测, 要求将电池于电源设备分离, 但为了供电安全, 现场操作不容许断开电池, 只有在局站通信质量较差, 认为电源设备供电质量不合要求时做杂音指标检测。

4 结束语

通信电源在通信系统中的重要性决定了要定期和日常维护的必要性, 通信电源系统运行质量的好坏直接关系到通信网的运行质量和收费正常运行, 运维人员及相关部门只有在全面了解通信电源的结构、维护要求、维护手段和维护方法的基础上, 才能做到科学的规范养护管理, 保证通信电源稳定可靠的运行。

参考文献

[1]《高速公路机电工程养护质量检验评定标准》, 2007.1.

[2]周亚光.通信电源蓄电池组的日常巡检和测试[J].电源技术, 2007.3.

开关电源检测 第10篇

1 电力设备的故障与可靠性

设备的故障指的是电器设备局部或整体在规定的时间和条件下, 对规定功能的完成能力降低或丧失。开关设备故障带来的后果是十分严重的。其直接的危害是被开关设备所保护的线路、设备受损, 电量损失;间接的危害则造成用户大面积停电, 影响正常的生活、生产甚至社会稳定。设备的可靠性指的是在固定的时间和条件下, 电器设备对功能的完成能力。一直以来, 国家和行业都分别为降低设备的故障率, 提高供电的可靠性而努力, 有些电力企业还更换了可靠性更高的电力设备。但是, 在相关的实践证明下, 对于故障率的降低和设备可靠性的提高仅仅依靠更换先进设备是远远不够的, 即使功能再好, 性能再高的设备也避免不了故障的发生。由此可见, 只有加强设备性能检测手段, 拓宽检测手段等工作才能有效地达到提高设备可靠性的目的。

2 电力设备的检修与故障

电力设备出现故障会给社会、企业以及人们带来经济损失以及生活上的影响, 因此电力设备的检修工作非常重要。下面从故障后的维修、预防故障维修、预知检修三方面对其进行了分析:

2.1 故障后维修

故障后维修指的是电力设备在发生故障后或者发生故障并造成相关事故后进行的维修工作, 也称作故障抢修。这种检修方式比较的被动和消极, 通常会对企业和用户造成一定的经济损失, 因此, 这样的检修方式是完全不可取的。

2.2 预知故障维修

预知故障维修指的是以时间为依据对装置或设备进行特定时间的维护, 也称作定期检修。预知故障维修可分为定期检修和预防性实验: (1) 定期检修是根据设备的固定周期和时间进行的, 这种检修方式直接或间接的受检修人员的责任心和素质高低的影响。例如, 对本来正常运行的设备引入新的隐患和缺陷, 漏检或漏修设备的某个部件, 更换的零部件的质量不够好。而且这种检修方式拆装率也比较高, 会直接或间接的损坏设备零部件, 增加了维修成本, 每次重装后又会出现新的问题。 (2) 预防性实验是在停运或者停电的条件下进行的, 具有费时费力、增加维修成本、影响设备正常运行等问题, 尤其是很难发现已存在的随机因素和故障引起的偶发性故障, 经常出现误判的情况。

2.3 预知检修

预知检修是一种比较先进的检修方式, 也称作状态检修。预知检修是近几年发展起来的, 其主要通过设备的适时检测和分时巡查测试来掌握每台设备的具体运行状态性能恶化程度和变化趋势。预知检修不像以往的检修方式一样以时间为依据来进行, 真正达到了无病不修、有病才修、修必修好的目的。这种检修方式可减少停运的损失, 减少检修的次数, 有针对性的对设备零部件进行检修和检查相关连接部位, 提高设备利用率, 有效防止意外突发事故的发生。

3 电器设备的故障机理与外在表现形式

电器设备的故障机理与外在表现形式主要从导流回路的发热机理和表征、介质损耗的发热机理和表征、电器设备的热稳定及异常的判定三方面进行探讨:

3.1 导流回路的发热机理和表征

导流回路、导磁回路部分、绝缘防护部分和控制传动部分电力系统中电器设备的组成部分。其中导流回路是较为重要的组成部分, 一般都是由铜或铅等金属制成的。引起导流回路电阻增大的主要原因是整个回路中的触头、接头或连接件等电气节点出现了接触面或接触压力等状况。当有负载电流通过导流回路时, 一定会消耗一部分电能, 产生发热功率, 从而使接触不良导体局部产生发热现象, 以至于金属导体接触面被加速氧化, 并形成恶性循环。

3.2 介质损耗的发热机理和表征

电器设备中另一特别重要的组成部分是绝缘防护部分。绝缘防护部分具有绝缘、灭弧、散热等作用, 其主要是由固体、液体或气体等电介质构成。介质损耗是指在交变电压作用下绝缘介质的能量损耗。介质损耗与负荷电流大小无关, 在交变电压的作用下损耗并发热, 渐渐的增加了发热功率, 使设备的运行温度不断升高。同时, 内部的故障不易被察觉, 通过传热原理显示在外部, 因此, 检测人员可以结合热表现象以及温度的分布规律来发现设备的热状态、变化趋势及部位。

3.3 电器设备的热稳定以及异常的判定

电器设备在运行之前的温度与周围的介质是一样的, 但是运行后, 温度不断升高, 从而形成温差, 并且通过辐射或传导的方式传入周围的介质。在正常的运行情况下, 电源、时间、地点以及设备都相同时, 设备的温度升温也相同。但故障发热升温却恰恰相反。 (1) 电器设备外部故障时能用肉眼看到的, 以GB763-90《导则》规定的最高允许温度进行判定。相间温差小于20℃为正常发热, 在20℃~40℃之间为异常发热, 大于40℃则为严重发热, 对于处于危险区的情况应该立即处理。 (2) 在各类电器设备中, 内部故障发生率较高的是通断类设备。通常由各类触头接触不良产生的热功率通过金属连接部件传导到外部或者通过固液气等介质传导到外部。金属导体与绝缘介质传导是判定内部故障的两个原则。前者中, 设备表面升温小于15℃, 相间温差小于10℃为正常发热;当外部最高温升在15℃~20℃之间且相间温差在10℃~15℃时为异常发热;当外部最高温升大于20℃且相间温差超过15℃为严重发热。后者中, 当设备表面温升在3℃~8℃且相间温差在2℃~4℃时为一般故障。

4 结论

电器设备诊断是一项较为复杂的技术工程, 难度大, 涉及范围广。运行设备的测试手段主要有红外、蜡片、分时红外测试几种, 其中红外诊断技术不仅能满足电力生产设备的高温、高速旋转、高压、高电压等要求, 还能准确判断出设备故障、降低维修费用、提高设备可靠性, 因此应用比较广泛, 但其仍须行业内相关人士继续进一步的探索和研究。

摘要：在整个电力系统中, 如果其中某一环节中的设备出现故障, 将会直接或间接的对用户的安全生产产生影响, 严重的甚至会带来巨大的经济损失或者对用户员工的生命安全构成严重的威胁。本文对电力设备的可靠性和故障进行了概述, 探讨了开关电器设备检修和故障的三种类型, 对电器设备的故障机理以及外在的表现形式分析。

关键词：电器设备,故障,检修,诊断

参考文献

[1]潘长明, 刘刚, 熊炬, 董泉, 王晓阳, 袁斌.高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施[J].高压电器, 2011, (7) .

[2]荣命哲, 王小华, 王建华.智能开关电器内涵的新发展探讨[J].高压电器, 2010, (5) .

基于物联网的开关柜温度检测系统 第11篇

高压开关柜是保证电力系统安全、可靠运行的重要设备之一。高压开关设备长期运行中, 母线接触处因接触不良致使接触电阻超标;高压母线因超负荷运行而出现过热现象;因制造、运输及现场安装都会造成开关柜柜体静触头与断路器手车动触头接触电阻过大, 在负荷电流流过时, 出现接触处异常温升, 这些现象在大电流进线柜上尤其突出, 其危害性特别严重。以前, 高压开关柜这些发热部位的温度无法检测, 最终导致火灾事故和大面积停电事故。实时检测这些部位温升走向, 可为开关柜的维护与检修提供合理的科学依据。

目前对电气开关柜、高压电缆及接头、大电流接点等易发热部位的检测手段大多采用手持式红外线测温仪定期进行, 而大部分高压开关柜属封闭式结构, 因此变电站内封闭式开关柜难以实现安全准确测温, 造成柜内设备缺乏跟踪检测手段, 不能及时发现柜内设备发热点, 设备的安全可靠性得不到有效保证。

本文利用物联网技术中的无线传感网络技术设计了一个开关柜无线温度检测系统, 通过选用低功耗的射频芯片和MCU, 自行设计了简洁的通信协议, 实现了城区内开关柜的温度检测。本系统相较于成熟的Zigbee协议栈, 工作在433MHZ的频段, 绕射能力更强, 传输距离更远, 功耗更低, 更加简洁、实用。

2 系统总体结构

2.1 网络总体结构

图1为网络总体结构图, 整个城市的供电区域根据线路连通情况和区域划分情况分成若干个子网络, 每一个子网络都会设置一个汇聚终端。汇聚终端带有GPRS传输模块, 可以把从子网收集的数据快速的传输到后台的数据中心。

2.2 子网结构

图2是子网的结构图, 在一个子网中, 每一个汇聚终端最多可以同时连接8条链状的采集支路。所有采集支路均在汇聚终端的控制下分时工作。

每个子网中存在的采集支路数目和每条支路的编号、各个采集支路的节点数目及其编号等数据, 均由数据中心通过网络进行配置。这些操作在子网初始化 (汇聚终端开机并与数据中心成功连接) 后由数据中心发给汇聚终端。如果系统在运行过程中子网结构有变化, 数据中心也会修改汇聚终端的子网配置。

2.3 采集支路结构

图3是采集支路结构图, 考虑到开关柜在其运行时是密封的, 温度采集节点的无线射频信号穿过柜体以后会产生很大的损耗, 无法进行远距离的传输。所以本系统在每一个开关柜的附近放置两个节点:位于柜体内的进行温度采集的温度采集节点和距离开关柜较近的安装在附近建筑物墙体或者电线杆上的通信节点。两者编号相同, 一一对应。温度采集节点只负责采集开关柜内触点的温度并把温度数据传输给相应的通信节点。同一条采集支路上的所有的通信节点组成一条链式的传输通道, 在汇聚终端的控制下, 把采集到的温度数据传输到汇聚终端上, 汇聚终端再上传到数据中心。

3 系统硬件设计

系统硬件平台分为汇聚终端、通信节点和采集节点三大部分, MCU都是MSP430F5438A, 无线射频芯片是CC1120, 采集节点的温度传感器是DS18B20数字温度传感器。

3.1 MSP430F5438A

MSP430单片机是TI (德州仪器) 公司的一个超低功耗微控制器系列, 片内组合了不同功能模块, 可适应不同应用层次的需求。在硬件架构上, 结合5种优化过的低功耗模式, 实现了便携式测量应用中延长电池的使用寿命。

本设计利用MSP430F5438A的SPI接口和射频芯片通信, 传感节点在空闲状态下处于第三种低功耗模式 (LPM3) , 其工作电流可以低至2.6µA, 从低功耗模式转换到主动模式只需要5µs, 极大限度地节约了功耗同时提高了系统的运行效率。

3.2 射频芯片CC1120

CC1120芯片是TI (德州仪器) 公司生产的一款基于IEEE802.15.4g标准的窄带系统的高性能射频收发器, 数据传输速率可编程, 最高达到200kbps以及高达16d Bm的可编程输出功率。CC1120能自动完成字头处理和CRC冗余校验, 片内硬件自动完成曼彻斯特编码和解码, 该器件主要用于ISM (工业、科学和医疗) 以及处于164-192MHZ、410-480MHz和820-960MHz的SRD频带。因此该射频芯片适合于无线计量和智能电网、家庭和楼宇自动化、工业监控和控制以及无线传感网络, 能够满足低功耗、低成本以及缩短研发时间。

3.3 温度传感器DS18B20

本系统的温度传感器采用美国DALLAS的DS18B20, 该传感器可以把温度信号直接转换成数字信号, 直接送到单片机里进行处理。温度测量范围在-55℃~+125℃, 不需要任何外围原件, 以“一线总线”方式把温度数据串行给单片机, 在开关柜复杂的电磁环境中工作, 有较好的抗干扰能力。

4 系统软件设计

系统软件部分主要分为链路建立过程、数据采集过程、数据汇聚过程和数据上传过程, 本文只对系统中的一条支路的运行过程做分析, 其余支路的工作原理都一样。

4.1 链路建立过程

系统上电初始化后, 上位机监控软件通过串口向汇聚终端发送温度采集节点的休眠时间和建立链路的命令, 汇聚终端收到建立链路的命令后, 发送建立链路命令给相邻的最小编号的通信节点, 如果汇聚终端收到该通信节点的确认信号则进入接收模式等待数据汇聚过程。如果在规定的时间内收不到确认信号, 汇聚终端就会重新发送建立链路命令给该节点。如果重复三次在规定的时间内都无法收到确认信号, 汇聚终端就会认为此时与该节点的通信链路有问题, 然后汇聚终端就会越过该节点与下一个节点联系, 以此类推, 直到找到第一个能正常通信的通信节点。通信节点也会按照此工作方式把链路建立命令向后传递, 直到命令传递给最后一个通信节点。

4.2 数据采集过程

数据采集阶段由通信节点控制温度采集节点完成, 通信节点建立完成链路以后, 向其对应的温度采集节点发送温度采集命令帧, 该命令帧里包含了此次温度采集节点的休眠时间, 温度采集节点收到该命令后会启动温度采集程序并把温度数据发送给通信节点, 通信节点接收到温度数据后发送确认信号给温度采集节点, 温度采集节点收到确认信号就会根据休眠时间进入休眠状态, 以便降低功耗。

4.3 数据汇聚过程

数据汇聚阶段由最后一个通信节点启动, 整个过程实际上是链路建立阶段的逆过程, 当最后一个通信节点接收到温度采集节点传来的温度数据时, 便启动数据汇聚程序, 在建立链路阶段, 每个通信节点都保存了其前面一个通信节点的物理地址, 最后一个通信节点把温度数据和自己的地址封装成数据汇聚命令帧发送给它的前面一个通信节点, 随后进入等待模式, 并开启定时器, 如果在一段时间内收不到前一通信节点传来的确认信号, 就会重发温度数据, 如果收到确认信号, MCU进入低功耗模式, 射频芯片进入接收模式等待下一个工作周期的到来。温度数据通过通信节点一个一个的向前传递, 直到最后传给汇聚终端。

4.4 数据上传过程

汇聚终端分时控制多条支路上的通信节点工作, 汇聚终端发送完链路建立命令并且和第一个通信节点通信上以后, MCU进入低功耗状态, 射频芯片进入接收模式等待温度数据传回来, 同时开启定时器, 在一个时间段内, 如果接收不到通信节点上传上来的温度数据, 就会认为这条支路临时受到了干扰, 就会转向同下一条支路通信。如果收到了温度数据, 就把节点的地址和温度数据上传给监控软件。至此一个工作周期就结束了。

5 总结

本文根据开关柜的物理分布规律设计了一种基于物联网的开关柜温度检测系统, 选用低功耗的单片机MSP430F5438A和射频芯片CC1120设计了硬件平台。自行设计了通信协议, 经测试, 本系统具有功耗低, 传输距离远, 易于移植等特点, 采用了应答和自动重发以及多次握手的通信机制使整个系统具有较高的鲁棒性和链路自愈性, 适合在电力电网设备环境检测中使用。

参考文献

[1]张国栋, 宋建成, 许春雨.基于nRF905的高压配电装置隔离触头温度在线检测装置的研究[J].工矿自动化, 2010 (5) :16-19.

[2]李彬, 李业德, 程海涛.低功耗无线测温系统的设计[J].山东理工大学学报, 2009, 23 (2) :84-87.

[3]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[4]孙利民, 李建中, 陈瑜等.无线传感网络[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[5]徐明, 阳宪惠.高压开关触头温度无线监测系统[J].电子技术应用, 2009.

[6]宋文主编.无线传感网络技术与应用[M].北京电子工业出版社, 2007.