专利名称：一种高抗扰电源的实现方法
技术领域：
本发明属于电源技术领域，屏蔽电磁场干扰，为光电互感器测试设备及其它在线监测设备供电的高抗扰电源，具体涉及一种高抗扰电源的实现方法。
背景技术：
随着国家电网关于坚强智能电网的发展，对监测设备的各项性能指标提出了更高的要求，因此，应用性能可靠，且具有高灵敏度、高精度、高稳定性的智能设备理所当然成为大势所趋。然而，目前光电互感器的发展却不尽人意，互感器事故、数据监测不到位，监测数据丢失等频频发生。大家对光电互感器的可靠性产生了怀疑。光电互感器的发展受到了严重的影响，有些地区已经开始限制光电互感器的安装。据业内人士透露，自2011年秋季以来，首批建成的示范智能变电站项目中核心元器件之一的电子式互感器接二连三被击·穿，发生爆炸事件。涉及到的电子式互感器生产厂家有南瑞、新宁光电等。2012年2月15日，黑龙江七台河市北兴农场13队东侧500米处、紧靠七宝公路旁边，刚建成的北兴220千伏变电站正在紧张调试，突然电子式互感器内部绝缘被电击穿，转瞬之间互感器发生爆炸。国家电网公司对所有建成投运的智能变电站中的电子式互感器暴露出的问题做过统计，故障率高达5%，在2012年I月13日发布的《关于切实加强电子式互感器运行管理的通知》(下称《通知》)文件显示，国网公司对电子式互感器故障频发高度警惕，提出降低风险的措施。文件称，“近年来，随着公司智能电网的发展，已有近2000台各种类型的电子互感器投入运行。运行情况表明，由于部分厂家设计能力不强，工艺控制不严，试验检测装备不完善，在运电子式互感器的故障率远高于传统互感器，对电网安全运行造成了一定影响。”《通知》要求下属的各运行分公司，“当继电保护装置不进行整体或大部分改造时，不宜将互感器更换为电子式互感器；基于现阶段电子式互感器的成熟度和性价比，暂不宜对35千伏及以下互感器进行数字化改造。”国网输变电公布2012年第一批集中招标项目，虽然智能变电站推进速度依然较快，但互感器招标规模则下滑18. 04%。造成互感器问题其中一个很重要的原因，就是所使用的供电电源不过关。电源供电部分是系统的核心部分之一，在进行断路器动作的瞬间，会伴有高频谐波和强磁场发生，并瞬间抬高地电位。而这些正是使电源瞬间失效的罪魁祸首。所以要保证互感器的可靠，就要保证供电电源的可靠，真正意义上实现对高频谐波和强磁场的抗扰。消除由供电电源造成的互感器安全隐患。因此，研制具有高抗扰性能的供电电源的抗扰就成为亟待解决的技术方案。它的出现也必将会具有广阔的市场前景。同时，对推进智能化电站进程，电子互感器的推广有着至关重要的意义。互感器及其测量系统、供电电源等长期处在一个高磁场、高电场的环境下工作，需要有很好的电磁兼容效果。在断路器动作瞬间，这种干扰会出现更大的危害，比如瞬间将地电位提高到几万伏。这个电位以共模和差模干扰的模式干扰到供电电源以及采集回路中，使得设备瞬间发生错、乱等现象，严重者还会造成器件不可恢复的损坏。市面上现有的供电电源只能实现稳定时期的抗扰。而由于瞬间干扰的瞬时性，很难采集和观察到瞬间的电场、磁场分布情况，现有技术方案中也没有很好的相对应的具体解决措施。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高抗扰电源的实现方法，将电源变频原理和交流变压器隔离原理相融合，实现电源功率和能量的离散传递，并同时满足电源输出的稳定性，为光电互感器测试设备及其它在线监测设备的可靠工作提供稳定、安全的无扰电压，抑制电磁场瞬态干扰。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是—种高抗扰电源的实现方法，包括以下步骤I)变频，具体做法是将LC低通滤波器、直流整流变换器、交流发生器按顺序封装在一个屏蔽盒内，屏蔽盒不接大地，只和电路相连，运用开关电源变频原理，将交流或直流·齿波信号并通过整形变为交流信号，通过推挽电路驱动变压器输出；2)隔离，具体做法是将步骤I)的50KHz以上的高频交流波通过隔离变压器进行隔离变换和功率传输；所述隔离变压器在制作后用灌胶封装，不允许使用屏蔽盒，变压器输入和输出之间的离散耦合电容值不大于10pF，输入输出之间的耐压不低于20KV ；3)稳压，具体做法是在封装的屏蔽盒内，将步骤2)变压器隔离后的高频交流波稳压为直流12V的电源输出。所述屏蔽盒接大地。所述直流12V须进行屏蔽和滤波，采用专门针对断路器开断瞬态频率的滤波电路，抑制断路器开断的高电压(100V 10000V)差模干扰。本发明的有益效果是本发明将开关电源变频原理、功率传输技术、交流变压器隔离原理、滤波技术融合，本发明能大幅度削弱瞬态电磁场和静态电磁场的干扰，为各种恶劣环境下工作的设备提供纯净电能。通过隔离和无容电感、无感电容的配合，实现对干扰的高频抑制，达到近视电池的效果。而本发明最有经济价值的是可以利用本发明，实现多级的级联，从而适应更高更强的干扰环境，但却不需要增加太多的投资-这就是本发明的最终理念。与现有技术相比，本发明的电源参数为现有电源输出精度1%，本发明电源输出精度1% ;现有电源输出纹波I %，本发明电源输出纹波1% ;现有电源输入输出耐压2KV,本发明电源输入输出耐压20KV ;现有电源输入输出耦合lOOOpF，本发明电源输入输出耦合IOpF ;现有电源干扰抑制2KV，本发明电源干扰抑制20KV ;现有电源干扰抑制几安培，本发明电源干扰抑制几十安培。
图I是本发明的工艺结构框图。图2是本发明的变频原理框图。图3是本发明的隔离原理框图。图4是本发明的稳压原理框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。参见图1，一种高抗扰电源的实现方法，包括以下步骤I)变频，具体做法是将LC低通滤波器、交直流整流变换器、交流发生器按顺序封装在一个屏蔽盒内，屏蔽盒不接大地，只和电路相连，运用开关电源变频原理，将交流或直流输入电源85v 265v，先通过LC低通滤波器，滤除输入电源上的高频杂波，允许低频电源通过，再送入直流整流变频器转变为50KHz以上的高频交流波作为传输能量源，交流变化器产生锯齿波信号并通过整形变为交流信号，通过推挽电路驱动变压器输出，参见图2 ；2)隔离，具体做法是将步骤I)的50KHz以上的高频交流波通过隔离变压器进行隔离变换和功率传输，Tl隔离变压器对初、次级信号进行隔离，T2驱动变压器对信号进行二次隔离，并提升信号功率，参见图3 ；
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所述隔离变压器制作完成后灌胶封装，不允许使用屏蔽盒，变压器输入和输出之间的离散耦合电容值不大于10pF，输入输出之间的耐压不低于20KV ；3)稳压，具体做法是在封装的屏蔽盒内，将步骤2)变压器隔离后的高频交流波稳压为纹波系数I %、精度I %，直流12V的电源输出，具体做法是，通过快速二极管整流，扼流圈和电容滤波，50KHz交流波作为整流电路的源，输入到整流电路中，将交流波桥式整流为直流波，通过稳压电路完成DC/DC电源输入和输出之间的变化方式，稳压模块稳压到12V输出，并用保护电路实现输出短路、超载等保护模式，以防止外部故障引起电源的损坏。保证电源的安全可靠运行，参见图4。所述屏蔽盒接大地。所述直流12V须进行屏蔽和滤波，采用专门针对断路器开断瞬态频率的滤波电路，抑制断路器开断的高电压(100V 10000V)差模干扰。当电压或电流发生迅速变化时，就会产生电磁辐射现象，导致电磁干扰。根据电磁理论，导体中变化的电流会产生电磁场辐射，电流变化率(频率)越高，则辐射效率越高。因此任何依靠高频电流工作的电子设备在工作时都会产生电场波辐射。这些电场波会对附近的敏感设备产生干扰。电磁兼容三要素任何电磁兼容性问题都包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，这三个要素中缺少一个，电磁兼容问题就不会存在。因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这三个要素入手进行分析，查清这三个要素是什么，然后根据具体情况，采取适当的措施消除其中的一个。能量传播的途径电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个，一个是以电磁波的形式从空间传播，另一个是以电流的形式沿导线传播。因此，电磁干扰发射可以分为传导发射和辐射发射；敏感度也可以分为传导敏感度和辐射敏感度。脉冲电路的应用才导致了日益严重的电磁兼容问题。这是由于脉冲信号具有丰富的谐波，因此对应很宽的频谱。用傅立叶级数(对周期脉冲信号)或傅立叶变换(对非周期信号)可以求出脉冲信号的频谱。电磁兼容分析中的化简在分析电磁兼容问题时，有两个特殊条件可以利用，使问题简化。一个是通常不考虑相位，仅考虑频谱的幅度；另一个是，通常考虑最坏情况。因此，在分析中，常将频谱用最大幅度的包络线来表示。周期性脉冲信号的频谱包络图中所示的是周期性脉冲信号的频谱包络线。周期信号对应的频谱是离散谱，每根谱线的距离是脉冲重复频率的整倍数。这个包络线上有两个拐点，一个在I/Jid处，另一个在I/Jitr处。在I/Jid以下，包络线幅度保持不变，在I/
d至I/ tr之间，幅度以20dB/dec的速率下降，在I/ ^ tr以上，以40dB/dec下降。I/tr的频率称为脉冲信号的带宽。脉冲信号的上升时间越短，则信号的频带越宽。非周期的脉冲信号的频谱由于非周 期性脉冲信号的频谱是连续谱，因此用频谱强度来表示。频谱强度以一定频带内的信号强度来计量，例如对于电压单位为dBV/MHz，对于电流，单位为dBA/MHz。对于特定脉冲信号，频谱强度为f < 1/31 d V = 6+201g AT (dBV/MHz)l/ji d < f < l/ji tr V = 201g A-4_201g f (dBV/MHz)f > I/ 3i tr V = -14+201g A_201g tr~401g f (dBV/MHz)式中脉宽d、周期T和上升时间tr的单位为U s，f的单位为MHz。如果不将结果归一化到1MHz，则加上所考虑的带宽B构成的修正因子即可201gB, B的单位为MHz。电缆上的干扰按照干扰电流的流动路径分为共模干扰电流和差模干扰电流两种，由于对这两种干扰电流的滤波方法不相同，因此在进行滤波设计之前必须了解所面对的干扰电流的种类。共模干扰电流干扰电流在电缆中的所有导线上幅度/相位相同，它在电缆与大地之间形成的回路中流动。造成这种干扰的电流的原因有三个，一个是外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅同相的)，这个电压产生电流；另一个原因是由于电缆两端的设备所接的地电位不同所致，在这个地电压的驱动下产生电流；第三个原因是设备上的电缆与大地之间有电位差，这样电缆上会有共模电流。从定义容易理解，共模电流本身并不会对电路产生影响，只有当共模电流转变为差模电流(电压)时，才会对电路产生影响。这种情况发生在电路不平衡的情况下。另外，如果设备在其电缆上产生共模电流，则电缆会产生强烈的电磁辐射，造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限制要求，或对其它设备造成干扰。差模干扰电流干扰电流在信号线与信号地线之间(或电源线的火线和零线之间)流动。在信号电缆中，差模干扰电流是由外界电磁场在信号线和信号地线构成的回路中感应出的。由于电缆中的信号线与其地线靠得很近，因此形成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流一般不会很大。在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其它电器的电源发射出的(特别是开关电源)和感性负载通断时产生的(其幅度往往很大)。差模干扰电流都会直接影响设备的工作。电感线圈的寄生电容来自两个方面，一个是线圈每匝之间的电容，另一个是线圈导线与磁芯之间的电容。减小电容也就阻断了干扰来源。当电感磁芯为非导体时，匝间电容是主要的，当磁芯为导体时,导线与磁芯之间的电容是主要的。本发明能大幅度削弱瞬态电磁场和静态电磁场的干扰，为各种恶劣环境下工作的设备提供纯净电能。通过隔离和无容电感、无感电容的配合，实现对干扰的高频抑制，达到近视电池的效果。而本发明最有经济价值的是可以利用本发明，实现多级的级联，从而适应更高更强的干扰环境，但却不需要增加太多的投资-这就是本发明的最终理念。实施例选取50KHz作为变频交流波输出，采用两个变压器进行隔离传输，在变压器绕制过程中，要求输入线圈、铁芯、输出线圈三者之间任意位置的间距都大于2mm。每个变压器的输入和输出端达到12KV耐压。在后级滤波器的设计中，采用无感电容标称8nF，无容电感30uF，抑制IOOKHz以上的高频干扰的通过。·
权利要求
1.一种高抗扰电源的实现方法，其特征在于，包括以下步骤 1)变频，具体做法是将LC低通滤波器、直流整流变换器、交流发生器按顺序封装在一个屏蔽盒内，屏蔽盒不接大地，只和电路相连，运用开关电源变频原理，将交流或直流输入电源85v 265v转变为50KHz以上的高频交流波作为传输能量源，交流变化器产生锯齿波信号并通过整形变为交流信号，通过推挽电路驱动变压器输出； 2)隔离，具体做法是将步骤I)的50KHz以上的高频交流波通过隔离变压器进行隔离变换和功率传输； 所述隔离变压器在制作后用灌胶封装，不允许使用屏蔽盒，变压器输入和输出之间的离散耦合电容值不大于IOpF,输入输出之间的耐压不低于20KV ； 3)稳压，具体做法是在封装的屏蔽盒内，将步骤2)变压器隔离后的高频交流波稳压为直流12V的电源输出。
2.根据权利要求I所述的一种高抗扰电源的实现方法，其特征在于，所述屏蔽盒接大地。
3.根据权利要求I所述的一种高抗扰电源的实现方法，其特征在于，所述直流12V须进行屏蔽和滤波，采用专门针对断路器开断瞬态频率的滤波电路，抑制断路器开断的高电压(100V 10000V)差模干扰。
全文摘要
一种高抗扰电源的实现方法，包括以下步骤1)变频，具体做法是将LC低通滤波器、直流整流变换器、交流发生器按顺序封装在一个屏蔽盒内，屏蔽盒不接大地，只和电路相连，将交流或直流输入电源85v～265v转变为50kHz以上的高频交流波作为传输能量源，交流变化器产生锯齿波信号并通过整形变为交流信号，通过推挽电路驱动变压器输出；2)隔离，具体做法是将步骤1)的50kHz以上的高频交流波通过隔离变压器进行隔离变换和功率传输；所述隔离变压器在制作后用灌胶封装，变压器输入和输出之间的离散耦合电容值不大于10pF，输入输出之间的耐压不低于20kV；3)稳压，具体做法是将步骤2)变压器隔离后的高频交流波稳压为直流12V的电源输出，具有高抗干扰的特点。
文档编号H02M1/44GK102790522SQ20121027174
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日
发明者冯华军, 卢江平, 张安社, 张根盈, 王永军, 秦江斌 申请人:西安华伟自控设备有限公司