专利名称：继电器保护专用开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及继电保护装置，具体地说是继电保护装置的专用开关电源。
背景技术：
继电器保护装置对电力系统的安全可靠运行有着十分重要的作用，我国相关《规程》规定保护电源插件每4-5年更换一次。继电器保护装置的故障率在电网故障中所占的比例较高，据申请人所辖区域之电力设备故障情况的统计2007-2010年，保护电源插件故障率为21. 45%,占设备各种故障率之首。根据2007年资料统计，国家电网公司IlOkV及以下系统保护装置共发生不正确动作37次，其中40. 为运行部门继电维护人员的责任， 37. 84%为制造部门责任，在制造部门责任中，制造质量不良为主要原因。继电器保护装置，主要由开关电源、交流采样单元、逻辑单元、通讯单元等组成。继电器保护装置专用开关电源，是继电器保护装置中的主要功能模块，它是通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源性能的好坏直接影响到继电器保护装置的可靠性。实际运行中的继电器保护开关电源存在的主要故障有两种一是输入电源波动， 导致开关电源停止工作；二是开关电源的启动电流过大，导致供电电源过载告警，严重时导致电源开关停止工作。
实用新型内容本实用新型的目的在于，克服传统继电保护装置存在的缺点，解决如启动功率一定时，启动电压过低而产生输出电流瞬态突增的现象，提供一种稳定可靠的开关电源。本实用新型是这样实现的在传统的继电器保护装置上，增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关；将开关电源的启动电压为130-140V。该输入电压检测电路，主要由输入电源1、功率开关2、高频变压器3、次级输出4、 输出电压检测5、闭环调节6、过欠压闭锁7、发生器8、输入电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、与门电路12构成。电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、门电路12、过欠压闭锁 7控、发生器8、功率开关2之间依次前后电连接；输入电源1、.功率开关2、高频变压器3、 次级输出4、输出电压检测5、与门电路12之间依次前后电连接；.次级输出4、闭环调节6、 发生器8之间依次前后电连接。当输入电压异常，电压检测单元9发出信号，给快速放电控制电路10快速放电，同时让开机延时回路11开机延时，即在延时电容上并接一个电子开关。经过与门电路12到过欠压闭锁7控制发生器8控制功率开关2的工作。防止输入电压异常，功率开关2停止工作。当开关电源的启动电流过大，次级输出电压4降低时，输出过欠压检测7反馈至12与门电路到过欠压闭锁7控制PWM发生器8控制功率开关2的工作，防电源的启动电流过大，功率开关2停止工作。该技术方案的工作原理和试验情况是一、“增加输入电压检测单元，并在延时电容上并接一个电子开关”。当直流(DC220V)电进入开关电源时，首先由开关电路将高压直流电调制为高压脉动直流；随后把得到的脉动直流电，送到高频变压器3进行降压，最后经低压滤波电路进行整流和滤波就得到了适合装置使用的低压直流电(如+MV、-24V, +15V、-15V、 +5V、-5V)，供保护装置各模块使用。以下是试验研究的过程1.输入电源波动，开关电源停止工作1)故障现象外部输入电源1瞬时性故障，随后输入电压恢复正常，开关电源停止工作一致无输出电压，需手动断电、上电才能恢复。2)故障再现用继电器保护试验仪，控制输入电压中断时间，通过示波器记录输入电压和输出电压的变化。控制输入电压中断时间长短，发现输出存在如下三种情况a) 输入电源1中断一段时间(约100 200ms)后恢复，此后输入电压恢复正常，开关电源不能恢复工作。b)输入电压长时中断(大于250ms)后恢复，+5V、+24V输出电压均消失，此过程与开关电源的正常启动过程相同。具体时序图见图3所示。c)输入电压短暂中断(小于 70ms)后恢复，+5V输出电压未消失，而+24V输出电压也未消失，对开关电源正常工作没有影响。具体时序图见图4所示。输入电压消失时间短暂，由于输出电压未出现欠压过程，电源欠压保护也不会动作。3)故障分析要分析此故障，应先了解该开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑。输入工作电压，输出电压+5V主回路建立，然后由于输出电压时序要求，经延时约 50ms，+24V输出电压建立。输出电压欠压保护逻辑为当输出电压任何一路降到20%以下时，欠压保护动作，且不能自恢复。更改逻辑前，因输入电压快速通断而引起的电源欠压保护误动作，其根本原因是延时电路没有依据输入电压的变化及时复位，使得上电时的假欠压信号得不到屏蔽，从而
产生误动作。4)解决措施采取的措施是在保护环节上增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关。只要输入电压低于定值(开关电源停止工作前的值)，该电子开关便闭合，延时电路复位，若输入电压重新上升至该设定值，给保护电路供电的延时电路重新开始延时，电源重启动时的假欠压信号被屏蔽，彻底解决了由于输入电压快速波动所产生的电源误保护。从而避免了上述情况，直接快速进入重新上电逻辑，逻辑回路见图1所示。5)试验验证用继电器保护试验仪状态序列模拟输入电源中断，用便携式波形记录仪记录输出电压随输入电压的变化波形。调整输入电压中断时间，发现调整后的电源仅出现b)、c)两种情况，不再出现a)——即不再出现故障情况。二. “提高开关电源的启动电压”的工作原理1)故障现象电源模块稳态工作电压为220V，额定功率为20. 8W，额定输出时输入电流约为130mA。当开关电源输入电压缓慢增大时，导致输入电流激增，引起供电电源过载口目。2)故障分析经查发现输入电压为60V时，电源启动，此时启动瞬态电流约为200mA，稳态电流为600mA，启动时稳态电流和瞬态电流将为600 200mA，造成输出电流激增。而由于条件限制，此电源模块的供电电源输出仅为500mA，因此造成供电电源过载。由于开关电源工作需要一定的功率，设计中由于未考虑到电源启动时，输出回路的启动需要一定的功率，而启动电压比较低，所以功率的突增，必然带来开关电源启动瞬态电流的激增， 电流的激增对供电电源有较大的冲击。3)解决措施启动需要的功率一定，如果要减小启动电流，可以考虑增加启动电压的门槛。将开关电源的启动电压提高到130-140V。4)试验验证调整开关电源的启动电压后，通过试验仪模拟输入电压缓慢启动。当开关电源在满载情况下，试验中缓慢上升输入电压(上升速率5V/s或lOV/s)，从 0—130V启动，启动时稳态电流降低到200 220mA，稳态电流大约为200 100mA，因而启动时稳态电流和瞬态电流将为400 100mA，启动电流较改进前减小300mA，不会对供电电源造成太大的冲击。可有效避免输入电压瞬间降低时，给整个供电回路造成较大的电流冲击ο本实用新型从开关电源的原理入手，以测试的方式，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，解决了启动电压过低而产生输出电流瞬态突增的现象，可提供稳定可靠的开关电源。
图1、本实用新型实施例之输入电压检测电路图中，1.输入电源，2.功率开关，3.高频变压器，4.次级输出，5输出电压检测环节，6.闭环调节，7.过欠压闭锁，8.发生器，9.输入电压检测单元，10.快速放电控制电路， 11.开机延时回路，12与门电路。
具体实施方式
以下结合附图，叙述一个实施例，对本实用新型做进一步说明。在传统的继电保护装置上，增加输入电压检测单元，并在延时电容上并接一个电子开关；将开关电源的启动电压提高到130-140V。所说输入电压检测电路主要由输入电源1、功率开关2、高频变压器3、次级输出4、 输出电压检测环节5、闭环调节6、过欠压闭锁7、发生器8、输入电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、与门12构成。电压检测单元9、快速放电控制电路10、开机延时回路11、门电路12、过欠压闭锁 7控、发生器8、功率开关2之间依次前后电连接；输入电源1、.功率开关2、高频变压器3、 次级输出4、输出电压检测5、与门电路12之间依次前后电连接；.次级输出4、闭环调节6、 发生器8、之间依次前后电连接。
权利要求1.继电器保护专用开关电源，有高频变压器(3)、输出电压检测(5)、闭环调节(6)，其特征在于在传统的继电器保护装置上，增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关；该输入电压检测电路，主要由输入电源(1)、功率开关O)、次级输出G)、过欠压闭锁 (7)、发生器⑶、输入电压检测单元(9)、快速放电控制电路(10)、开机延时回路(11)、与门电路(12)构成；电压检测单元(9)、快速放电控制电路(10)、开机延时回路(11)、门电路(12)、过欠压闭锁(7)、发生器(8)、功率开关⑵之间依次前后电连接；输入电源(1)、功率开关O)、高频变压器(3)、次级输出G)、输出电压检测(5)、与门电路(12)之间依次前后电连接；.次级输出G)、闭环调节(6)、发生器(8)之间依次前后电连接。
2.根据权利要求1所述继电器保护专用开关电源，其特征在于开关电源的启动电压设定为130—140V。
专利摘要本实用新型涉及一种继电器保护专用开关电源，在传统的继电保护装置上，增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关。所述输入电压检测电路，主要由输入电源、功率开关、高频变压器、次级输出、输出电压检测、闭环调节、过欠压闭锁、发生器、输入电压检测单元、快速放电控制电路、开机延时回路、与门电路构成。本实用新型从开关电源的原理入手，以测试的方式，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，解决了启动电压过低而产生输出电流瞬态突增的现象，提供稳定可靠的开关电源。
文档编号H02M3/00GK202261017SQ201120397739
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者吴玉硕, 蔺金强 申请人:甘肃省电力公司白银供电公司