基于矿用开关电源设计与故障维护分析

赵瑞林

(陕西工业职业技术学院 电气工程学院，陕西 咸阳 712000)



基于矿用开关电源设计与故障维护分析

赵瑞林

(陕西工业职业技术学院 电气工程学院，陕西 咸阳 712000)

开关电源是利用现代电力电子技术，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。矿用开关电源是矿业系统的重要组成部分，其性能的可靠性、安全性至关重要。该类电源的特点是多路输出。矿用电源故障问题，可以根据经验通过排除法对矿用电源问题逐一排查，来确定问题所在，然后用相应的方法进行解决。

开关电源；矿用；故障现象；排故方法

0 前 言

开关电源是一种小型化、轻型化、高可靠性、高效率的稳压电源，广泛应用于生活、生产等各个领域，各种矿用电气设备大量采用开关电源。随着矿业控制系统信息自动化程度的日益提高和完善，各种新型电气电子设备也在不断应用，作为电气设备的主要组成部分，开关电源的可靠性、安全性变得至关重要。开关电源是矿用电气设备的重要组成部分，特点是多路输出，但在日常使用和维护时，常会碰到一些电源故障问题无法解决。

1 开关电源结构

开关电源从电路结构功能上分析，由以下几部分组成：交流输入电路、整流电路、功率变换电路、脉宽调制电路、PS-ON和PW-ON产生电路、稳压与保护电路、多路直流稳压输出电路。开关电源结构如图1所示。

图1 开关电源结构

开关电源是通过控制电力电子开关器件实现快速的导通与关断[1]，将直流电变换为频率较高的交流电提供给变压器进行变压，产生现场所需要的一组或多组电压。变换为高频交流电的原因是高频交流电在变压器变压电路中的效率要比50 Hz高很多，因而变压器可以做的很小，且工作时不是很热，成本较低。开关电源的工作过程如下。

1) 交流电源经整流成直流。交流电源经过整流变换为直流时，在输入和输出端都必须经过滤波，可以滤掉电网上的干扰信号，也可以滤掉电源对电网的干扰信号[2]。

2) 通过PWM控制将信号加到变压器一次侧。功率一样时，器件的导通关断频率越高，变压器的体积就越小。

3) 变压器二次侧输出高频电压，经整流供给直流负载，变压器二次侧可以有一个或多个带抽头绕组，以得到合适的电压[3]。

4) 输出经过反馈电路，控制PWM的占空比K，实现稳定输出。另外还需增加保护电路，以免烧坏开关电源。

2 矿用开关电源电路设计

矿用的开关电源电路设计如图2所示，此电路有直流漏电保护和零序电流漏电保护，可完成矿下低压电网漏电时横向和纵向选择功能，实现电网对漏电保护动作电阻值的稳定性，使开关电源可靠安全[4]。

图2 矿用开关电源电路

三相交流信号与零序信号通过IO板上的通道模块处理后，DSP采集的信号进入CPU板，送给上位机显示,上位机的信号参数下发到CPU板，再发到IO板。电源板输入是24V直流信号,处理之后转换为+5 V送入馈电模块使用，其它内部电压也都由此+5 V转换而得到。

3 常见故障与检修

矿用开关电源由于使用频率高，容易出现问题，故障繁多。为了方便排除故障，以图2所示的矿用开关电源电路为例，分析经常容易出现的故障及其排故方法[5]。

1) 通电后没有任何反应

故障现象：通电后指示灯不亮，整个系统没有任何反应。

排故方法：这是开关电源最常见的故障，查看电源有没有元器件烧坏，用万用表逐个检测静态电阻，是否有短路。

2) 通电就烧断熔断器

故障现象：电源开关一接通，熔断器烧断[6]。

排故方法：接通电源开关就烧断熔断器，表明电流过大，除短路之外，变压器一次侧绕组之前会有问题。

3) 直流输出电压为零

故障现象：电源开关接通后，±5 V、±24 V直流电没有输出。

排故方法：开关电源输出±5 V、±24 V四组电压，若+5 V输出电路有故障，整个电源电路会自动

保护导致其它也没有输出，因此+5 V的产生与输出电路是重点检查的环节[7]。

4) 直流输出电压偏差过大

故障现象：电源开启后，各组直流电压都有输出，但偏离±5 V、±24 V很高或低很。

排故方法：直流输出电压偏差过大，可调节基准电压电位器使各档电压达到标准值。

5) 带负载能力低

故障现象：电源给轻负载供电正常，但接上更多负载时，开关电源就不工作。

排故方法：轻负载下可以工作，表明电源没有本质性故障，可能是工作点没有选好。适当提高振荡电路晶体管的增益，改变放大晶体管的工作点位于线性区，提高电源的负载能力[8]。

4 结 语

开关电源作为电气设备的主要组成部分，其可靠性、安全性至关重要。矿用电源故障问题，可以根据经验，通过排除法对矿用电源问题逐一排查，来确定问题所在，然后用相应的方法进行解决。根据工作中积累的丰富经验，针对矿用开关电源经常遇到的几种具有代表性的故障问题进行简要分析，找出相应的解决路径和方法，从而为有效解决开关电源故障问题，提高矿用开关电源维护和保养工作水平提供借鉴。

[1] 蔡广亮. 矿用大容量不间断本质安全电源的研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2014.

[2] 周雪峰. 一种新型矿用本安电源保护电路的设计[J]. 工矿自动化, 2013(7): 101-103.

[3] 游青山. 基于镍氢电池的隔爆型电气设备备用电源系统设计[J]. 工矿自动化, 2013(5): 9-12.

[4] 于月森. 本质安全型开关电源基础理论与应用研究[D]. 徐州：中国矿业大学, 2012.

[5] 黄奔宇. 煤矿井下本质安全开关电源的研究[D]. 合肥：安徽理工大学, 2014.

[6] 江凌峰. 开关电源电路设计及其高压功率器件研制[D]. 厦门: 厦门大学, 2014.

[7] 程旭. 新型矿用直流开关电源系统研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2010.

[8] 刘亚辉, 郭江涛, 林引. 矿用宽电压自适应防爆本质安全型电源设计[J]. 工矿自动化, 2013(4): 36-39.

BasedonMineSwitchingPowerSupplyDesignAnalysisandFaultMaintenance

ZHAO Ruilin

(CollegeofElectricalEngineering,ShannxiPoletechnicInstitute,Xianyang,Shanxi712000,China)

The switching power supply is the use of modern electronic technology, including the control switch transistor turn-on and turn off time ratio to maintain a stable output voltage power supplies. Switching power supply is an important part of mine mining system, critical reliability and safety performance. Characteristics of this type of power is the multi output power supply fault, mine, as can be in the experience. We can achieve in process of elimination of mine power supply problems one by one to determine the problems.

Switching power; Mine; Fault phenomenon; Repair methods

2016-09-10

赵瑞林(1976-)，男，陕西宝鸡人，副教授，研究方向：控制工程与控制理论；手机：13759854582，E-mail：zrl1976@163.com.

TD605

：Bdoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.038