DCS电源的供电设计规范是怎样的
DCS电源的供电设计规范是:1、 电源选择:包括220V交流分电盘和220V→24V(或12V、5V)电源。对于控制系统应保证交直流转换电源冗余,冗余电源输出应通过肖特基二极管并接(除非源说明可以直接输出并接),并避免冗余电源由一个交流分电盘供电。一般说来,此类电源的配置由DCS系统供货商提供,但此时应注意,2、通风及冷却设备选择:应保证整个系统所有设备的通风能力。特别是交直流电源设备、控制设备和大功率二极管。机柜的前后门应视内部实际设备的散热情况确定是否增加风扇等制冷设备。由于冷凝水问题,应尽量避免使用顶部直接排风方式(特别是DCS系统机柜),而且,机柜内部最好由提供温度检测报警。3、过滤设备:在保证发热设备通风制冷的基础上,应减少灰尘和腐蚀性气体进入机柜或设备。因此,必须重视过滤网的使用。4、系统配线:应包括由DCS供货商提供的专用通讯、电源、信号电线电缆及接地线和由设计部门提供的供电(包括220V交流供电线缆和24V直流配电线)、信号和接地系统线缆:系统配套通讯、供电、信号及接地电线缆:应检查其连接质量。5、220V交流电线缆:主要是向各个子系统,显示器、打印机等外设的供电。根据实际消耗功率确定供电线芯截面积,一般应选择不小于2.5mm2的三芯硬铜线。在供电距离较近(如在机柜内部或相临机柜),可使用两条或三条单芯硬线。在供电距离较远时,应考虑使用铠甲屏蔽电缆。为避免干扰其它信号,所有交流电线缆应走槽盒或穿管(屏蔽绝缘电缆根据实际情况可灵活铺设),而且,防护金属盒或管应可靠的接地。6、 24V直流电线:DCS系统的监控设备的外供电一般为系统内部提供的24V直流。需要在集成安装时的24V供电一般为驱动继电器输入输出、现场变送器等 I/O设备或DCS系统的某些终端板的外供电。一般可选用不小于1mm2的普通电线或铜网屏蔽电缆即可,当设备负荷电流较大时,截面积可适当扩大至 2.5mm2。7、I/O输入输出信号:普通信号线应以选择屏蔽电缆为佳,比如K系列或J系列专用计算机控制电缆。在资金紧张时,可考虑使BVV或RVV系列非屏蔽电缆,尽量避免使用电线;热偶电线或电缆的选择可根据资金情况确定。8、地线:应根据系统要求配置。9、端头选择:交流配电、接地、多路设备24VD供电宜选用O型连接,以提高连接质量。I/O接线及现场变送器单路供电,宜选用Y型或一型供电,以方便拆接维护。另外,端头的压接质量应保证。在不使用管状(如威德米勒)的时候应格外重视。剥线长度及压线钳选择应与适合使用的端头,压接时应特别注意避免压到绝缘部分,多余的裸线应剪除,以避免搭接其他金属。10、组态配置:装置回路的I/O组态定义数量不应超过系统提供的同类型卡件最大I/O容量的80%,依此来确定系统I/O卡件配置数量,这将给未来的组态调整带来方便。另外,为方便系统运行过程中I/O组态的增加的不便,可以考虑将部分备用通道分别组态为临时回路,需要时可以随时使用。11、子系统或节点配置:系统配置应尽量不大于系统允许最大配置的60%,控制系统冗余设计应尽量使用卡件箱箱间冗余配置或机柜内冗余配置,机柜间的线缆尽量减少。备用的卡件或设备数量应不少于20%(包括上面提到的不易采购的电源,风扇等专用设备)。12、机柜的选择与布置:一般选择标准机柜800x800X2200,但应在考虑不同系统安全要求的前提下,根据相临机柜走线的要求来确定是否选择相应侧板(应考虑减少侧板后的机柜宽度)。机柜布置应便于施工、维护,状态指示或报警指示等应便于监视,机柜应避免阳光直射。13、操作台及辅助操作台布置:操作台面及台下挡板的踢脚线以下应考虑防护,避免杂物进入操作台内部。布置应以美观大方为基础,尽量考虑方便操作人员操作。特别是辅助操作台位置,应与相应操作岗位相临。操作台应避免阳光直射和CRT反光影响操作等问题,这些应与机房设计相结合。
根据负荷容量和分布,宜使配变电所及变压器靠近建筑物用电负荷中心。2、同时供电的两路及以上供配电线路中,其中一路中断供电时,其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷的供电要求。3、在设计供配电系统时,除一级负荷中的特别重要负荷外,不应按一个电源系统检修或发生故障的同时,另一电源又发生故障进行设计。4、当符合下列条件之一时,用电单位宜设置自备电源:1)一级负荷中含有特别重要负荷;2)设置自备电源比从电力系统取得第二电源经济合理或第二电源不能满足一级负荷要求;3)所在地区偏僻且远离电力系统,设置自备电源作为主电源经济合理。5、需要两回电源线路的用电单位,宜采用同级电压供电。根据各级负荷的不同需要及地区供电条件,也可采用不同电压610(6)kV系统的配电级数不宜多于两级。710(6)kV配电系统宜采用放射式。根据变压器的容量、分布及地理环境等情况,亦可采用树干式或环式。
设计流程
理图到PCB的设计流程为:建立元件参数→输入原理网表→设计参数设置→手工布局→手工布线→验证设计→复查→CAM输出。
电气安全要求
导线的间距必须能满足电气安全要求,最小间距至少要能适合承受的电压,而且为了便于操作和生产,间距要尽量地宽。在布线密度较低时,信号线的间距可适当地加大。对高、低电平悬殊的信号线则要尽可能地加大间距,一般为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时的焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时,要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状,这样的好处是焊盘不容易起皮,而且走线与焊盘不易断开。
元器件布局
件布局实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会造成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法。
个开关电源都有四个电流回路:电源开关交流回路,输出整流交流回路,输入信号源电流回路,输出负载电流回路。输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个宽带储能作用;类似地,输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量,同时消除输出负载回路的直流能量。所以,输入及输出电流回路应只从滤波电容的接线端连接到电源;如果输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连,交流能量将经由输入或输出滤波电容而辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍,过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其他印制线布线之前先布好这些交流回路。每个回路的滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置,使它们之间的电流路径尽可能短。
对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:
● PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪能力下降,成本也增加;过小则散热不好,且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状为矩形,长宽比为3:2或4:3,位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。
● 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集。
● 以每个功能电路的核心元件为中心来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容则尽量靠近器件的VCC。
● 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。
● 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的传输方向。
● 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起。
● 尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。
高频处理
线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗,进而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽,这意味着必须将所有连接到印制线和其他电源线的元器件放置得很近。根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时,使电源线、地线的走向和电流的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路,作为电路的公共参考点起着很重要的作用,是控制干扰的重要因素。因此,在布局中应仔细考虑接地线的放置,将各种接地混合会造成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点。
1 正确选择单点接地
通常,容公共端应是其他的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点,同一级电路的接地点应尽量靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。可采用一点接地,即将电源开关电流回路中的几个器件的地线都连到接地脚上,输出整流器电流回路的几个器件的地线接到相应的滤波电容的接地脚上,这样电源工作较稳定,不易自激。做不到单点时,在共地处接两个二极管或一小电阻,或接在比较集中的一块铜箔处就可以。
2 尽量加粗接地线
地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏,因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线,尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,如有可能,接地线的宽度应大于3mm,也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
全局布线的考虑
接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致。
布线图时,走线尽量少拐弯,印刷弧上的线宽不要突变,导线拐角应≥90°,力求线条简单明了。
电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。如果电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路问题。
检查与复查
设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求。一般检查线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适,在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
根据“PCB检查表”,内容包括设计规则,层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置,还要重点复查器件布局的合理性,电源、地线网络的走线,高速时钟网络的走线与屏蔽,去耦电容的摆放和连接等。文章引自深圳宏力捷电子!
1)下列建筑物的消防用点应按一级负荷供电:
① 建筑高度大于50m的乙、丙类厂房和丙类仓库。
② 一类高层民用建筑。
2)下列建筑物、储罐(区)和堆场的消防用电应按二级负荷供电:
① 室外消防用水量大于30L/s的厂房(仓库)。
② 室外消防用水量大于35L/s的可燃材料堆场、可燃气体储罐(区)和甲、乙类液体储罐(区)。
③ 粮食仓库及粮食筒仓。
④ 二类高层民用建筑。
⑤ 座位数超过1500个的电影院、剧场,座位数超过3000个的体育馆,任一层建筑面积大于3000m2的商店和展览建筑,省(市)级及以上的广播电视、电信和财贸
金融建筑,室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑。
3)除1)条和2)条外的建筑物、储罐(区)和堆场等的消防用电,可按三级负荷供电。
4)消防用电按一、二级负荷供电的建筑,当采用自备发电设备作备用电源时,自备发电设备应设置自动和手动启动装置。当采用自动启动方式时,应能保证在30s内供电。
不同级别负荷的供电电源应符合《供配电系统设计规范》(GB 50052—2009)的规定。
5)建筑内消防应急照明和灯光疏散指示标志的备用电源的连续供电时间应符合下列规定:
① 建筑高度大于100m的民用建筑,不应小于1.5h。
② 医疗建筑、老年人建筑、总建筑面积大于100000m2的公共建筑和总建筑面积大于20000m2的地下、半地下建筑,不应少于1.0h。
③ 其他建筑,不应少于0.5h。
6)消防用电设备应采用专用的供电回路,当建筑内的生产、生活用电被切断时,应仍能保证消防用电。
备用消防电源的供电时间和容量,应满足该建筑火灾延续时间内各消防用电设备的要求。
7)消防配电干线宜按防火分区划分,消防配电支线不宜穿越防火分区。
8)消防控制室、消防水泵房、防烟和排烟风机房的消防用电设备及消防电梯等的供电,应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。
9)按一、二级负荷供电的消防设备,其配电箱应独立设置;按三级负荷供电的消防设备,其配电箱宜独立设置。消防配电设备应设置明显标志。
10)消防配电线路应满足火灾时连续供电的需要,其敷设应符合下列规定:
① 明敷时(包括敷设在吊顶内),应穿金属导管或采用封闭式金属槽盒保护,金属导管或封闭式金属槽盒应采取防火保护措施;当采用阻燃或耐火电缆并敷设在电缆井、沟内时,可不穿金属导管或采用封闭式金属槽盒保护;当采用矿物绝缘类不燃性电缆时,可直接明敷。
② 暗敷时,应穿管并应敷设在不燃性结构内且保护层厚度不应小于30mm。
③ 消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内;确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时,应分别布置在电缆井、沟的两侧,且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。
本书主要根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》,选取其中强电部分具有典型和应用广泛的条文做系统阐述,收录与其相关的设计示例和参考数据供读者参考。全书共分12章,包括:概论、术语、供配电系统、配变电所、继电保护及电气测量、自备应急电源、低压配电、配电线路布线系统、常用设备电气装置、电气照明、民用建筑物防雷、接地和特殊场所的安全防护等。
图书目录编辑
出版说明
1 概论
1.1 发电厂和电力系统简介
1.2 电路与电路计算公式
1.3 建筑电气设计与电路图绘制
1.4 建筑电气设计规范与标准图
2 术语
2.1 民用建筑电气设计常用术语
2.2 建筑电气工程施工常用术语
3 供配电系统
3.1 负荷分级及供电要求
3.2 电源及供配电系统
3.3 电压选择和电能质量
3.4 负荷计算
3.5 无功补偿
4 配变电所
4.1 所址选择
4.2 配电变压器选择
4.3 主接线及电器选择
4.4 配变电所形式和布置
4.5 10(6)kV配电装置
4.6 低压配电装置
4.7 电力电容器装置
4.8 对土建专业的要求
4.9 对暖通及给水排水专业的要求
5 继电保护及电气测量
5.1 继电保护
5.2 电气测量
5.3 二次回路及中央信号装置
5.4 控制方式与操作电源
6 自备应急电源
6.1 自备应急柴油发电机组
6.2 应急电源装置(EPS)
6.3 不间断电源装置(UPS)
7 低压配电
8 配电线路布线系统
9 常用设备电所装置
10 电气照明
11 民用建筑防雷
12 接地和特殊场所的安全防护
参考文献
为保证电气设计质量,需要认真做好设计前期的工作准备,有针对性地提出本专业所需条件,由建设方确认,并提供本专业所需资料及本项目的设计任务书。
设计师将充分熟悉现场条件、建设方提供的设计资料和任务书,以及本工程建筑、结构、给排水、暖通等各相关专业的资料和意图,充分优化本工程的电气专业设计,提供良好的服务,概括如下:
(一) 设计依据完备、可靠;
(二) 设计程序严谨、合理;
(三) 设计内容正确、详实;
(四) 设计深度满足本工程各阶段的需要;
(五) 设计文件规范、工整,符合国家规定与技术标准;
(六) 设计变更原因清楚,责任分明,依据确凿;
二、变、配电系统
(一) 设计原则
本工程为一类高层建筑,供电负荷等级为一级的设备有:所有消防设备(包括消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机、火灾自动报警及自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动防火卷帘、电动防火阀等);非消防客梯、生活水泵、地下室照明及通风为二级负荷;其他负荷为三级。
(二) 计量方法
采用在变电所低压侧计量的方式。变压器出线处设有总计量装置,按供电局要求对各类负荷进行分项计量。
(三) 功率因数补偿
采用在变电所低压侧集中设置电容柜自动补偿的方式。补偿后的功率因数在高压侧达到0.9以上。
(四) 应急配电系统
当两路市电因故全部停电时,柴油发电机组自动启动,并在15秒内向应急负荷供电。在变电所低压侧设有应急母线段,该母线段由市电或发电机组供电,两者间设有电气和机戒联锁,防止误操作。
(五) 供电控制
较大容量的设备由变电所直接供电,其它用电设备均由各层(区)配电箱供电。世纪星介绍一般设备由就地控制箱自动或手动控制,消防设备由消防控制室控制,并均可就地进行手动控制。
(六) 应急照明电源 (一览建筑文库)
由于本工程为调度大厦,对弱电系统设备及通讯设备供电要求可靠,即通讯是不能中断的,否则在中断电源情况下,难以进行指挥调度,为保证通讯及计算机系统和应急照明系统连续工作,设置UPS系统和EPS系统,保证电源不间断。
(七) 设备安装和线路敷设
设备房和竖井内的动力或照明配电箱明装,其他箱体暗装;竖井内的电缆线路沿桥架明敷,其他线路穿管暗敷或沿金属耐火线槽在走道吊顶内敷设。大楼插座回路设30mA漏电开关以保护人身安全,本楼楼层照明总箱设300mA漏电开关以防火灾。
(八) 低压配电系统
本工程低压配电系统采用树干式与放射式相结合的供电方式。消防等重要负荷供采用双电源供电,并在末端自动切换。
本建筑采用二路高压进线,采用二台变压器,本建筑内有水泵房、冷冻机房等其他重要设备房,采取做法是高压采用单母线分段运行手动联络(自动联络或不联络)。
低压为母线分段运行,联络开关设自投自复、自投不自复、手动转换开关,自投时应自动断开非保证负荷,以保证变压器正常工作。
主进开关与联络开关设电气联锁,任何情况下只能关闭其中的两个开关,并且为避免动力负荷的启动干扰照明负荷,通常一台变压器的低压出线主要供给照明负荷,而另一台变压器的低压出线主要供给动力、空调负荷。
降低电气设备的成本从两个方面考虑解决,第一减少低压柜的出线回路,第二在设计的过程中选择好需要系数、同时系数以及功率因数。
太阳能光伏照明(装置)总技术规范(初稿)
目次
1、范围
2 规范性引用文件
3 术语和定义
4 配置与分类
5 基本要求
6 部件技术性能要求
7 装置效率
8 试验方法
9 检验规则
10 标志、包装、运输和贮存
前言
本标准是在太阳电池、蓄电池、电光源及其附件、灯具等器材的相关国家标准以及GB/T 19064—2003 《家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》、DB11/T542-2008《太阳能光伏室外照明装置技术规范》规定的基础上,结合太阳能光伏照明的特殊要求而制定的总技术规范。
本标准由范围、规范性引用文件、术语和定义、配置与分类、基本要求、部件技术性能、效率等组成。
本标准由×××××提出。
本标准主要起草单位:
本标准参加起草单位:
本标准主要起草人:
1、范围
本标准规定了太阳能光伏照明的配置与分类、基本要求、部件构成、技术性能、效率等的总技术要求。
本标准适用于道路、公共场所、园林、广告、标识及装饰等照明场所的太阳能光伏照明装置。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
GB/T 191包装储运图示标志 (GB/T 191-2000,eqv ISO780:1977)
GB/T 2828.1 计数抽样检验程序 第1部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划(GB/T2828.1-2003,ISO2859.1:1999,IDT)
GB/T 2829 周期检查计数抽样程序及抽样表(适用于生产过程稳定性的检查) (GB/2829-2002)
GB 7000.1 灯具安全要求与试验 (GB7000.1-2002,IEC60598-1:1999,IDT)
GB 7000.5 道路照明与街道照明灯具的安全要求 (GB7000.5-1996,idt IEC598-2-3:1993)
GB/T 9535 地面用晶体硅光伏组件设计鉴和与定型 (GB/T 9535-1998,eqv IEC 1215:1993 )
GB/T 11011 非晶硅太阳电池电性能测试的一般规定 (GB/T 11010-1989)
GB/T 18911 地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型 (GB/T 18911-2002, idt IEC 61646:1996)
GB/T 13259 高压钠灯 (GB/T13259-2005,IEC60662:2002,NEQ)
GB/T 15144 管形荧光灯用交流电子镇流器 性能要求 (GB/T15144-2005,IEC60929:2000)
GB 16843单端荧光灯的安全要求 (GB16843-1997,idt IEC1199:1993)
GB/T 19064 家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法 (GB/T19064-2003)
GB 19510.1 灯的控制装置 第1部分: 一般要求和安全要求(GB19510.1-2004,IEC61347-1:2003,IDT)
GB 19510.5 灯的控制装置 第5部分: 普通照明用直流电子镇流器的特殊要求
(GB19510.5-2005,IEC61347-2-4:2000,IDT)
GB/T 19638.2 固定型阀控密封式铅酸蓄电池( GB/T 19638.2-2005)
GB/T 19639.1小型阀控密封式铅酸蓄电池 技术条件 (GB/T 19639.1-2005)
GB/T 19656 管形荧光灯用直流电子镇流器 性能要求 (GB/T19656-2005,IEC60925:2001,IDT)
DB11/T 542 太阳能光伏室外照明装置技术规范 (DB11/T 542-2008)
3 术语和定义
3.1太阳能光伏照明装置 PV lighting equipment
将太阳电池组件、蓄电池、照明部件、控制器以及机械结构等部件组合在一起,以太阳能为能源,离网、独立使用、由一个或多组灯具组成的照明装置。
3.2太阳电池组件 Solar cell module
具有封装及内部联结的、能单独提供直流电输出的、最小不可分割的太阳电池组合装置。
3.3充放电控制器 charge &discharge controllers
具有自动控制太阳电池组件向蓄电池充电、蓄电池向照明部件放电功能的控制装置。
3.4道路照明灯具luminaire for road lighting
道路照明所采用的功能性灯具。按其配光分成截光型、半截光型和非截光型灯具。
3.5灯具效率 luminaire efficiency
在相同的使用条件下,灯具发出的总光通量与灯具内所有光源发出的总光通量之比。
3.6半截光型灯具 semi-cut-off luminaire
最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°~75°之间,90°角和80°角方向上的光强最大允许值分别为50cd/1000lm和100cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小,其在90°角方向上的光强最大值不得超过1000cd。
3.7 灯具的安装高度 luminaire mounting height
灯具的光中心至路面的垂直距离。
3.7 逆变器
4 配置与分类
4.1 装置由下列几种部件组成
a)太阳能光电转换部件 (太阳电池组件);
b)储能部件 (蓄电池及其它储能器件);
c)控制部件 (充放电控制器,逆变器);
d)照明部件(电光源及其附件和灯具);
e)结构部件 (灯杆、太阳电池组件固定架、蓄电池室及控制器室等)。
f) 传输线路
4.2装置按用途和使用场所分类
4.2.1 庭院灯,公共场所、庭院、居住区、休闲区和人行道路等照明用。
4.2.2 路灯,道路照明用。
4.2.3 装饰灯,夜景景观照明用。
4.2.4 灯箱,广告、标识照明用。
5 基本要求
5.1运行环境
5.1.1 应能在应用区域的最低温度到50℃环境温度下正常工作。
5.1.2 根据应用区域的具体条件在连续(2~7)个阴雨天时,应能提供正常照明。
5.2 一般要求
5.2.1 应根据地面光照值、或在设定的时间,自动开启和关闭电光源。
5.2.3 控制器室和蓄电池室应具有很好的防水措施,应具有防止蓄电池污染环境的措施。
5.2.4 应根据不同场所对照明的不同需求,分别选用直管荧光灯、单端荧光灯、无极荧光灯,高强度气体放电灯,低压钠灯,发光二极管(LED)等电光源。低压钠灯仅适用于道路照明。
5.3 安全要求
5.3.1 应具有足够的强度,能承受应用区域内50年的最大风荷载。
5.3.2 防护等级应大于IP54。
5.3.3广告灯箱和4m以上的灯杆,应有良好的防雷接地,接地电阻应小于30Ω。
5.3.4 带电体与灯杆之间的绝缘电阻应大于2MΩ。
5.3.5 应使用专用工具才能拆卸。
6 部件技术性能要求
6.1 太阳能光电转换部件
6.1.1晶体硅太阳电池组件的技术性能应符合GB/T9535的规定。
非晶硅和其它薄膜太阳电池组件的技术性能应符合GB/T11011和GB/T18911的规定。
6.1.2太阳电池组件方阵的功率应根据使用条件、光照资源和负载确定,应满足照明部件、控制部件和传输线路所消耗总电量和储能时间的需求。
6.1.3 太阳电池组件的工作电压应满足蓄电池充电电压的要求。
6.2储能部件
6.2.1 宜选择阀控密封式铅酸蓄电池,其性能应符合GB/T19638.2或GB/T19639.1的规定
6.2.2 蓄电池连续(2~7)个阴雨天正常照明时放电深度宜不超过80%。
6.3 控制部件
6.3.1 充放电控制器性能应符合GB/T 19064 的 6.3.2~6.3.13的规定。
6.3.2 开关灯控制方式和要求
6.3.3.1 宜采用光控、时控或两者结合的方式。
6.3.3.2 时控的开、关灯时间应可调,时间误差应不大于±1min。
6.3.3.3 光控值宜设定在地面天然光照度为(4~5)lx时。
6.3.3.4具有防止在开、关光源时出现反复接通、断开的措施。
6.3.4宜采用直流向照明部件供电,也可采用逆变供电。逆变供电的“逆变器”应满足照明部件的性能、功率要求。应符合GB/T 19064 的规定。
6.4 照明部件
6.4.1 电光源
6.4.1.1电光源的安全要求、性能要求应符合相关国家标准。
6.4.1.2电光源的发光效能:
荧光灯、无极灯、功率型发光二极管(LED)应大于50lm/W;
高强度气体放电灯、低压钠灯应大于60lm/W。
6.4.1.3 电光源的平均寿命应大于6000h。功率型发光二极管(LED)平均寿命应大于20000h。
6.4.2 电光源附件
6.4.2.1 直流电子镇流器除应符合GB19510.5和GB/T19656的规定外,尚应具有恒功率输出特性;
6.4.2.2荧光灯直流电子镇流器应符合GB/T15144 规定. 应具有良好的预热启动,灯丝预热启动时间最少应达到0.4s以上。
6.4.2.3 功率型发光二极管(LED)应采用恒流驱动,稳流精度应大于95%。
6.4.3 灯具
6.4.3.1灯具安全性能应符合GB7000.1 和GB7000.5 的规定。
电光源室的防护等级不应低于IP54,电器室的防护等级不应低于IP43。
6.4.3.2庭院灯灯具应有合理的光分布,灯具效率不应低于80%。
6.4.3.3道路照明灯具宜采用半截光型配光,与选用的光源类型、功率相匹配,灯具效率不应低于70%。
6.5结构部件
6.5.1 灯杆
6.5.1.1灯杆应满足应用区域内50年的最大风荷载的强度要求,灯杆切口应无毛刺。
6.5.1.2 灯杆内、外表面应进行热镀锌,其表面应光滑、均匀、无划痕,制作工艺应符合相关标准。
6.5.1.3 灯具安装高度:草坪灯宜小于1m;庭院灯宜设置为(3~4)m;道路照明路灯宜设置为(4~9)m;
6.5.1.4 灯杆高度应同时满足灯具安装高度和太阳电池组件的安装要求。
6.5.2 太阳电池固定架 应能承受应用区域内50年的最大风荷载。
6.5.3控制器室应具有防水措施。控制器室门应采用专用防盗螺钉固定,并应维护方便。
6.5.4 蓄电池室
6.5.4.1蓄电池室可设在装置内、灯杆(具)上或地下
应具有防水、防潮、防腐、保温、隔热、通气等功能;保护蓄电池不受外力破坏、防止污染环境
6.5.4.2蓄电池室应设置具有防止装置内部、灯具、电缆等被蓄电池排放的酸气腐蚀的通气管道。
6.6 传输线路
6.6.1传输导线截面:导线截面不得小于1.5㎜2。。
6.6.2装置的线路传输压降
a 以额定电流充、放电时,以下部位的压降均应不大于蓄电池额定电压(或传输电压)的3%:
太阳电池组件输出端与控制器输入端;控制器输出端与照明部件输入端。
b 以额定负载电流放电时,蓄电池输出端与控制器输入端,应不大于蓄电池额定电压(或传输电压)的1%。
7 装置效率: 各部件之间应良好匹配,应保证效率大于××%。
8 试验方法 试验分为部件试验和整体试验。整体试验在部件检验合格,组装后进行。
8.1部件试验
8.1.1太阳能光电转换部件(6.1)
8.1.1.1太阳电池性能 按GB/T9535、GB/11011和GB/18911规定的试验方法检测,各项参数应符合其规定。
8.1.1.2太阳电池组件的工作电压 用太阳电池室外测试仪测量,其工作电压应符合6.1.2要求。
8.1.2蓄电池(6.2)
8.1.2.1 按GB/T19638.2、GB/T19639.1规定进行检测,各项参数应符合其要求。
8.1.2.2 连续2~7个阴雨天时蓄电池应符合6.2.2的要求。
8.1.3 充放电控制器( 6.3)
8.1.3.1充放电控制器性能 按照 GB/T19064的8.2.2~8.2.12进行试验,应符合其要求。
8.1.3.2 环境温度试验 将控制器放置于恒温箱中,做最低到最高环境温度的10次温度循环试验,每次循环时间4h。试验后分别在最低和最高两个环境温度中,控制器应能正常工作(6.3.2)。
8.1.3.3 直-交逆变器(当装置配用时)按GB/T19064的8.4.2~8.4.11规定检测,应符合其要求,并满足6.3.4的要求。
8.1.4照明部件 (6.4.)
8.1.4.1电光源 按相应国家标准检测,应符合其规定,并符合6.4.1要求。
8.1.4.2 直流电子镇流器 按GB 19510.1 、GB 19510.5、GB/T 19656规定的检测方法检测,应符合其规定。应满足6.4.2要求。
8.1.4.3 灯具 安全性能应按GB 7000.1 、GB 7000.5 规定的检测方法检测。
光学特性应按GB/T 9468规定检测,检测结果应符合其要求,并满足6.4.3要求。
光学检测报告应包括:极坐标光强分布曲线、等光强曲线、路面等照度曲线、灯具的上射光通比以及灯具效率等。对于道路照明灯具,还应包括光强分布表、利用系数曲线等。
LED驱动电流的检测
8.1.5 结构部件(6.5)
8.1.5.1 灯杆 用目测、触摸、直尺和卡尺测量的相关参数应符合6.5.1要求。
8.1.5.2 太阳电池组件固定架 用目测、触摸和直尺测量相关参数,应符合6.5.2要求。
8.1.5.3 控制器室、蓄电池室 用目测、触摸和直尺测量的相关参数,应符合6.5.3要求。
8.2 整体试验
8.2.1 外观 用目视、直尺测量、触摸的方法检验(6.5,5.3.5)。
8.2.2接地电阻(5.3.3) 用接地电阻测量仪测量灯杆接地极与大地的电阻,应小于30Ω;
绝缘电阻(5.3.4) 用绝缘电阻测量仪测量导电部件与钢制灯杆间的绝缘电阻,应大于2MΩ。
8.2.3 线路电压损失(6.6)
8.2.3.1 导线截面用千分卡尺测量,应符合6.6.1.要求。
8.2.3.2 线路电压损失用0.5级直流电压表测量、计算的方法检查。
8.2.3.3 充电时:在光照充足的条件下,以模拟可调负载代替蓄电池,调整负载电流到太阳电池组件的额定电流,分别测量太阳电池组件输出端电压和控制器输入端电压,应符合要求。
8.2.3.4 放电时:照明装置在额定状态下工作1h后,分别测量控制器输出端电压和照明部件(逆变供电时,则与逆变器)输入端电压,应符合要求;分别测量蓄电池输出端和控制器输入端电压,应符合要求。
8.2.4 开关灯控制 (6.3.2)
光控加时控:光控开灯,用照度计检测开灯时地面的天然光照度值;
时控关灯,应能根据季节需要调节,照明时间用计时器检测。
时间 控制:开、关灯时间应能根据季节需要调节,照明时间用计时器检测。
光照 控制:用照度计检测装置开、关灯时地面天然光照度值。
8.2.5 装置效率(7)
9 检验规则
9.1 检验分类 检验分为出厂检验、型式检验。
9.2出厂检验 按GB/T2828.1规定执行。采用一次抽样,项目、检查水平和合格质量水平应符合表1规定。
表1 出厂检验要求
序号 检验项目 技术要求 试验方法 检查水平
IL 合格质量水平
AQL
1 太阳电池组件 I 4.0
2 蓄电池
3 充放电控制器
4 电光源
5 直流电子镇流器
6 直-交逆变器
7 灯具
8 结构部件
部件按相应国家标准规定的试验方法进行检验时,合格质量水平(AQL)值应取相应国标给出值。
9.3型式试验 按GB/T 2829规定执行。采用一次抽样方案,项目及合格判定条件应符合表2的规定。
表2 型式检验要求
序号 检验项目 技术
要求 试验
方法 判别水平
DL 不合格质量水平
RQL 样本数
n 判定数组
AC Re
1 太阳电池组件 Ⅱ 50
6
12
2 蓄电池
3 充放电控制器
4 电光源
5 直流电子镇流器
6 直-交逆变器
7 灯具
8 结构部件
9 装置效率
样品从出厂检验合格的产品中随机抽取。
型式检验若不合格,则该批为不合格。应立即停止生产和验收,已验收的停止出厂,查明原因,采取措施,直到新的型式检验合格后才能恢复生产和验收。
型式试检验每年不少于一次。当出现下列情况之一时应进行型式检验:
a)产品试制定型鉴定时;
b)停产半年以上恢复生产时;
c)当设计、工艺或材料变更可能影响其性能时;
d)质量技术监督部门提出进行检验时。
10 标志、包装、运输和贮存
10.1 标志 装置应有清晰、牢固的下列标志:
a) 产品名称、型号、商标;
b)配套太阳电池组件、蓄电池、电光源的规格、型号;
c) 生产厂商、出厂日期、执行标准号。
10.2包装
a) 装置的各部件宜分别包装, 包装箱应符合防潮、防震等要求;
b) 箱外应有“向上”“小心轻放”“防潮”“堆码层数极限”等,应符合GB/T191规定;
c) 包装箱内应有部件清单、安装说明、产品合格证、用户手册及维护管理要求等文件。
10.3 运输
a) 在运输条件和注意事项中应说明装、卸、运的要求及运输中的防护条件;
b) 应防止雨雪淋袭和强烈震动;
c) 装置有特殊运输需要时应加以说明。
10.4贮存
装置应存放在通风良好、相对湿度不超过80%、空气中无腐蚀性气体的室内。
库存时间不应超过1年。
1、布局: 脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接 近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行,应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽,以上几项对开关电 源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许 可将其放置在进风口。
控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路,在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路,特别是电流控制型电路,处理不好易出现一些想不到的意外,其中有一些技巧,现以3843电路举例见图(1)图一效果要好于图二,图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺,由于干扰限流点比设计值偏低,图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路,开关管驱动电阻要靠近开关管,可提高开关管工作可靠性,这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
下面谈一谈印制板布线的一些原则。
线间距: 随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺,一般双面板最小线间距设为0.3mm,单面板最小线间距设为0.5mm,焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔,最小 间距设为0.5mm,可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。,这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求,并可以把成品率控制得非常高,亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。
最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路,当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。
鉴于有一些相关标准对线间距有较明确的规定,则要严格按照标准执行,如交流入口端至熔断器端连线。某些电源对体积要求很高,如模块电源。一般变压器输入侧线间距为1mm实践证明是可行的。对交流输入,(隔离)直流输出的电源产品,比较严格的规定为安全间距要大于等于6mm,当然这由相关的标准及执行方法 确定。一般安全间距可由反馈光耦两侧距离作为参考,原则大于等于这个距离。也可在光耦下面印制板上开槽,使爬电距离加大以满足绝缘要求。一般开关电源交流输入侧走线或板上元件距非绝缘的外壳、散热器间距要大于5mm,输出侧走线或器件距外壳或散热器间距要大于2mm,或严格按照安全规范执行。
常用方法: 上文提到的线路板开槽的方法适用于一些间距不够的场合,顺便提一下,该法也常用来作为保护放电间隙,常见于电视机显象管尾板和电源交流输入处。该法在模块电源中得到了广泛的应用,在灌封的条件下可获得很好的效果。
方法二: 垫绝缘纸,可采用青壳纸、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等绝缘材料。一般通用电源用青壳纸或聚脂膜垫在线路板于金属机壳间,这种材料有机械强度高,有有一定抗潮湿的能力。聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高温的特性在模块电源中得到广泛的应用。在元件和周围导体间也可垫绝缘薄膜来提高绝缘抗电性能。
注意:某些器件绝缘被覆套不能用来作为绝缘介质而减小安全间距,如电解电容的外皮,在高温条件下,该外皮有可能受热收缩。大电解防爆槽前端要留出空间,以确保电解电容在非常情况时能无阻碍地泻压.
谈一谈印制板铜皮走线的一些事项:
走线电流密度: 现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。常用线路板铜皮厚度为35μm,走线可按照1A/mm经验值取电流密度值,具体计算可参见教科书。为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm(其他非电源线路板可能最小线宽会小一些)。铜皮厚度为70μm线路板也常见于开关电源,那么电流密度可更高些。
补充一点,现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项,如线宽、线间距,旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。在设计线路板时,设计软件可自动按照规范执行,可节省许多时间,减少部分工作量,降低出错率。
一般对可靠性要求比较高的线路或布线线密度大可采用双面板。其特点是成本适中,可靠性高,能满足大多数应用场合。
模块电源行列也有部分产品采用多层板,主要便于集成变压器电感等功率器件,优化接线、功率管散热等。具有工艺美观一致性好,变压器散热好的优点,但其缺点是成本较高,灵活性较差,仅适合于工业化大规模生产。
单面板,市场流通通用开关电源几乎都采用了单面线路板,其具有低成本的优势,在设计,及生产工艺上采取一些措施亦可确保其性能。
谈谈单面印制板设计的一些体会,由于单面板具有成本低廉,易于制造的特点,在开关电源线路中得到广泛应用,由于其只有一面缚铜,器件的电器连接,机械固定都要依靠那层铜皮,在处理时必须小心。
为保证良好的焊接机械结构性能,单面板焊盘应稍微大一些,以确保铜皮和基板的良好缚着力,而不至于受到震动时铜皮剥离、断脱。一般焊环宽度应大于0.3mm。焊盘孔直径应略大于器件引脚直径,但不宜过大,保证管脚与焊盘间由焊锡连接距离最短,盘孔大小以不妨碍正常查件为度,焊盘孔直径一般大于管脚直径0.1-0.2mm。多引脚器件为保证顺利查件,也可更大一些。
电气连线应尽量宽,原则宽度应大于焊盘直径,特殊情况应在连线于与焊盘交汇必须将线加宽(俗称生成泪滴),避免在某些条件线与焊盘断裂。原则最小线宽应大于0.5mm。
单面板上元器件应紧贴线路板。需要架空散热的器件,要在器件与线路板之间的管脚上加套管,可起到支撑器件和增加绝缘的双重作用,要最大限度减少或避免外力冲击对焊盘与管脚连接处造成的影响,增强焊接的牢固性。线路板上重量较大的部件可增加支撑连接点,可加强与线路板间连接强度,如变压器,功率器件散热器。
单面板焊接面引脚在不影响与外壳间距的前题条件下,可留得长一些,其优点是可增 加焊接部位的强度,加大焊接面积、有虚焊现象可即时发现。引脚长剪腿时,焊接部位受力较小。在台湾、日本常采用把器件引脚在焊接面弯成与线路板成45度 角,然后再焊接的工艺,的其道理同上。今天谈一谈双面板设计中的一些事项,在一 些要求比较高,或走线密度比较大的应用环境中采用双面印制板,其性能及各方面指标要比单面板好很多。
双面板焊盘由于孔已作金属化处理强度较高,焊环可比单面板小一些,焊盘孔孔径可 比管脚直径略微大一些,因为在焊接过程中有利于焊锡溶液通过焊孔渗透到顶层焊盘,以增加焊接可靠性。但是有一个弊端,如果孔过大,波峰焊时在射流锡冲击下部分器件可能上浮,产生一些缺陷。
大电流走线的处理,线宽可按照前帖处理,如宽度不够,一般可采用在走线上镀锡增加厚度进行解决,其方法有好多种
1, 将走线设置成焊盘属性,这样在线路板制造时该走线不会被阻焊剂覆盖,热风整平时会被镀上锡。
2, 在布线处放置焊盘,将该焊盘设置成需要走线的形状,要注意把焊盘孔设置为零。
3, 在阻焊层放置线,此方法最灵活,但不是所有线路板生产商都会明白你的意图,需用文字说明。在阻焊层放置线的部位会不涂阻焊剂。
线路镀锡的几种方法如上,要注意的是,如果很宽的的走线全部镀上锡,在焊接以后,会粘接大量焊锡,并且分布很不均匀,影响美观。一般可采用细长条镀锡宽度在1~1.5mm,长度可根据线路来确定,镀锡部分间隔0.5~1mm双面线路板为布局、走线提供了很大的选择性,可使布线更趋于合理。关于接地,功率地与信号地一定要分开,两个地可在滤波电容处汇合,以避免大脉冲电流通过信号地连线而导致出现不稳定的意外因素,信号控制回路尽量采用一点接地法,有一个技巧,尽量把非接地的走线放置在同一布线层,最后在另外一层铺地线。输出 线一般先经过滤波电容处,再到负载,输入线也必须先通过电容,再到变压器,理论依据是让纹波电流都通过旅滤波电容。
电压反馈取样,为避免大电流通过走线的影响,反馈电压的取样点一定要放在电源输出最末梢,以提高整机负载效应指标。
走线从一个布线层变到另外一个布线层一般用过孔连通,不宜通过器件管脚焊盘实现,因为在插装器件时有可能破坏这种连接关系,还有在每1A电流通过时,至少应有2个过孔,过孔孔径原则要大于0.5mm,一般0.8mm可确保加工可靠性。
器件散热,在一些小功率电源中,线路板走线也可兼散热功能,其特点是走线尽量宽大,以增加散热面积,并不涂阻焊剂,有条件可均匀放置过孔,增强导热性能。
谈谈铝基板在开关电源中的应用和多层印制板在开关电源电路中的应用。
铝基板由其本身构造,具有以下特点:导热性能非常优良、单面缚铜、器件只能放置在缚铜面、不能开电器连线孔所以不能按照单面板那样放置跳线。
铝基板上一般都放置贴片器件,开关管,输出整流管通过基板把热量传导出去,热阻很低,可取得较高可靠性。变压器采用平面贴片结构,也可通过基板散热,其温升比常规要低,同样规格变压器采用铝基板结构可得到较大的输出功率。铝基板跳线可以采用搭桥的方式处理。铝基板电源一般由由两块印制板组成,另外一块板放 置控制电路,两块板之间通过物理连接合成一体。
由于铝基板优良的导热性,在小量手工焊接时比较困难,焊料冷却过快,容易出现问题现有一个简单实用的方法,将一个烫衣服的普通电熨斗(最好有调温功能),翻过来,熨烫面向上,固定好,温度调到150℃左右,把铝基板放在熨斗上面,加温一段时间,然后按照常规方法将元件贴上并焊接,熨斗温度以器件易于焊接为宜,太高有可能时器件损坏,甚至铝基板铜皮剥离,温度太低焊接效果不好,要灵活掌握。
最近几年,随着多层线路板在开关电源电路中应用,使得印制线路变压器成为可能,由于多层板,层间距较小,也可以充分利用变压器窗口截面,可在主线路板上再加一到两片由多层板组成的印制线圈达到利用窗口,降低线路电流密度的目的,由于采用印制线圈,减少了人工干预,变压器一致性好,平面结构,漏感低,偶合 好。开启式磁芯,良好的散热条件。由于其具有诸多的优势,有利于大批量生产,所以得到广泛的应用。但研制开发初期投入较大,不适合小规模生。
开关电源分为,隔离与非隔离两种形式,在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式,在下文中,非特别说明,均指隔离电源。隔离电源按照结构形式不同,可分为两大类:正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止,变压器储能。原边截止时,副边导通,能量释放到负载的工作状态,一般常规反激式电源单管 多,双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载,能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激,包括单管正激,双管正激。半桥、桥式电路都属于正激电路。
正激和反激电路各有其特点,在设计电路的过程中为达到最优性价比,可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路,中等功率可采用双管正激电路或半桥电路,低电压时采用推挽电路,与半桥工作状态相同。大功率输出,一般采用桥式电路,低压也可采用推挽电路。
反激式电源因其结构简单,省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感,而在中小功率电源中得到广泛的应用。在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦,输出功率超过100瓦就没有优势,实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的,但也不能一概而论,PI公司的TOP芯片就可做到300瓦,有文章介绍反激电源可做到上千瓦,但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。
反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数,由于反激电源需要变压器储存能量,要 使变压器铁芯得到充分利用,一般都要在磁路中开气隙,其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率,使变压器能够承受大的脉冲电流冲击,而不至于铁芯进入饱和非线形状态,磁路中气隙处于高磁阻状态,在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。
变压器初次极间的偶合,也是确定漏感的关键因素,要尽量使初次极线圈靠近,可采用三明治绕法,但这样会使变压器分布电容增大。选用铁芯尽量用窗口比较长的磁芯,可减小漏感,如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
关于反激电源的占空比,原则上反激电源的最大占空比应该小于0.5,否则环路不容易补偿,有可能不稳定,但有一些例外,如美国PI公司推出的TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的条件下。 占空比由变压器原副边匝数比确定,本人对做反激的看法是,先确定反射电压(输出电压通过变压器耦合反映到原边的电压值),在一定电压范围内反射电压提高则工作占空比增大,开关管损耗降低。反射电压降低则工作占空比减小,开关管损耗增大。当然这也是有前提条件,当占空比增大,则意味着输出二极管导通时间缩 短,为保持输出稳定,更多的时候将由输出电容放电电流来保证,输出电容将承受更大的高频纹波电流冲刷,而使其发热加剧,这在许多条件下是不允许的。占空比增大,改变变压器匝数比,会使变压器漏感加大,使其整体性能变,当漏感能量大到一定程度,可充分抵消掉开关管大占空带来的低损耗,时就没有再增大占 空比的意义了,甚至可能会因为漏感反峰值电压过高而击穿开关管。由于漏感大,可能使输出纹波,及其他一些电磁指标变差。当占空比小时,开关管通过电流有效值高,变压器初级电流有效值大,降低变换器效率,但可改善输出电容的工作条件,降低发热。
如何确定变压器反射电压(即占空比)
有网友提到开关电源的反馈环路的参数设置,工作状态分析。由于在上学时高数学的比较差,《自动控制原理》差一点就补考了,对于这一门现在还感觉恐惧,到现在也不能完整写出闭环系统传递函数,对于系统零点、极点的概念感觉很模糊,看波德图也只是大概看出是发散还是收敛,所以对于反馈补偿不敢胡言乱语,但有有 一些建议。如果有一些数学功底,再有一些学习时间可以再把大学的课本《自动控制原理》找出来仔细的消化一下,并结合实际的开关电源电路,按工作状态进行分析。一定会有所收获,论坛有一个帖子《拜师求学反馈环路设计、调式》其中CMG回答得很好,我觉得可以参考。
接着谈关于反激电源的占空比(本人关注反射电压,与占空比一致),占空比还与选择开关管的耐压有关,有一些早期的反激电源使用比较低耐压开关管,如600V或650V作为交流220V输入电源的开关管,也许与当时生产工艺有关,高耐压管子,不易制造,或者低耐压管子有更合理的导通损耗及开关特性,像这种线路反射电压不能太高,否则为使开关管工作在安全范围内,吸收电路损耗的功率也是相当可观的。 实践证明600V管子反射电压不要大于100V,650V管子反射电压不要大于120V,把漏感尖峰电压值钳位在50V时管子还有50V的工作余量。现在 由于MOS管制造工艺水平的提高,一般反激电源都采用700V或750V甚至800-900V的开关管。像这种电路,抗过压的能力强一些开关变压器反射电压也可以做得比较高一些,最大反射电压在150V比较合适,能够获得较好的综 合性能。PI公司的TOP芯片推荐为135V采用瞬变电压抑制二极管钳位。但他的评估板一般反射电压都要低于这个数值在110V左右。这两种类型各有优缺点:
第一类:缺点抗过压能力弱,占空比小,变压器初级脉冲电流大。优点:变压器漏感小,电磁辐射低,纹波指标高,开关管损耗小,转换效率不一定比第二类低。
第二类:缺点开关管损耗大一些,变压器漏感大一些,纹波差一些。优点:抗过压能力强一些,占空比大,变压器损耗低一些,效率高一些。
反激电源反射电压还有一个确定因素
反激电源的反射电压还与一个参数有关,那就是输出电压,输出电压越低则变压器匝数比越大,变压器漏感越大,开关管承受电压越高,有可能击穿开关管、吸收电路消耗功率越大,有可能使吸收回路功率器件永久失效(特别是采用瞬变电压抑制二极管的电路)。在设计低压输出小功率反激电源的优化过程中必须小心处理,其 处理方法有几个:
1、 采用大一个功率等级的磁芯降低漏感,这样可提高低压反激电源的转换效率,降低损耗,减小输出纹波,提高多路输出电源的交差调整率,一般常见于家电用开关电源,如光碟机、DVB机顶盒等。
2、如果条件不允许加大磁芯,只能降低反射电压,减小占空比。降低反射电压可减小漏感但有可能使电源转换效率降低,这两者是一个矛盾,必须要有一个替代过程才能找到一个合适的点,在变压器替代实验过程中,可以检测变压器原边的反峰电压,尽量 降低反峰电压脉冲的宽度,和幅度,可增加变换器的工作安全裕度。一般反射电压在110V时比较合适。
3、增强耦合,降低损耗,采用新的技术,和绕线工艺,变压器为满足安全规范会在原边和副边间采取绝缘措施,如垫绝缘胶带、加绝缘端空胶带。这些将影响变压器漏感性能,现实生产中可采用初级绕组包绕次级的绕法。或者次级用三重绝缘线绕制,取消 初次级间的绝缘物,可以增强耦合,甚至可采用宽铜皮绕制。
文中低压输出指小于或等于5V的输出,像这一类小功率电源,本人的经验是,功率输出大于20W输出可采用正激式,可获得最佳性价比,当然这也不是决对的, 与个人的习惯,应用的环境有关系。
反激电源变压器磁芯在工作在单向磁化状态,所以磁路需要开气隙,类似于脉动直流电感器。部分磁路通过空气缝隙耦合。为什么开气隙的原理本人理解为:由于功率铁氧体也具有近似于矩形的工作特性曲线(磁滞回线),在工作特性曲线上Y轴表示磁感应强度(B),现在的生产工艺一般饱和点在400mT以上,一般此值 在设计中取值应该在200-300mT比较合适、X轴表示磁场强度(H)此值与磁化电流强度成比例关系。磁路开气隙相当于把磁体磁滞回线向X轴向倾斜,在同样的磁感应强度下,可承受更大的磁化电流,则相当于磁心储存更多的能量,此能量在开关管截止时通过变压器次级泻放到负载电路,反激电源磁芯开气隙有两个作用。其一是传递更多能量,其二防止磁芯进入饱和状态。
反激电源的变压器工作在单向磁化状态,不仅要通过磁耦合传递能量,还担负电压变换输入输出隔离的多重作用。所以气隙的处理需要非常小心,气隙太大可使漏感变大,磁滞损耗增加,铁损、铜损增大,影响电源的整机性能。气隙太小有可能使变压器磁芯饱和,导致电源损坏。
所谓反激电源的连续与断续模式是指变压器的工作状态,在满载状态变压器工作于能量完全传递,或不完全传递的工作模式。一般要根据工作环境进行设计,常规反激电源应该工作在连续模式,这样开关管、线路的损耗都比较小,而且可以减轻输入输出电容的工作应力,但是这也有一些例外。 需要在这里特别指出:由于反激电源的特点也比较适合设计成高压电源,而高压电源变压器一般工作在断续模式,本人理解为由于高压电源输出需要采用高耐压的整流二极管。由于制造工艺特点,高反压二极管,反向恢复时间长,速度低,在电流连续状态,二极管是在有正向偏压时恢复,反向恢复时的能量损耗非常大,不利于 变换器性能的提高,轻则降低转换效率,整流管严重发热,重则甚至烧毁整流管。由于在断续模式下,二极管是在零偏压情况下反向偏置,损耗可以降到一个比较低的水平。所以高压电源工作在断续模式,并且工作频率不能太高。 还有一类反激式电源工作在临界状态,一般这类电源工作在调频模式,或调频调宽双模式,一些低成本的自激电源(RCC)常采用这种形式,为保证输出稳定,变 压器工作频率随着,输出电流或输入电压而改变,接近满载时变压器始终保持在连续与断续之间,这种电源只适合于小功率输出,否则电磁兼容特性的处理会很让人头痛。
反激开关电源变压器应工作在连续模式,那就要求比较大的绕组电感量,当然连续也是有一定程度的,过分追求绝对连续是不现实的,有可能需要很大的磁芯,非常多的线圈匝数,同时伴随着大的漏感和分布电容,可能得不偿失。那么如何确定这个参数呢,通过多次实践,及分析同行的设计,本人认为,在标称电压输入时,输出达到50%~60%变压器从断续,过渡到连续状态比较合适。或者在最高输入电压状态时,满载输出时,变压器能够过渡到连续状态就可以了。