[发明专利]数字继电保护用开关电源

说明书

技术领域

本发明是针对数字继电保护装置对电源的一些特殊技术指标要求而设计的一种开关电源，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着数字继电保护装置在变电站自动化系统中的大规模应用，继电保护装置的可靠性成为一个很重要的问题。属于保护装置一部分的电源，其性能的高低直接影响着继电保护装置整体的可靠性。数字继电保护用开关电源是一个多路输出电源，输入为交直流通用，输出有三组电压，+5V提供CPU等数字电路的工作电源，±15V作为模拟电源供给数据采集系统，+24V用于开关量输入输出回路。与常规电源相比，继电保护用电源增加了一些特殊技术指标，如输出过欠压保护、5V与24V的时序配合以及更高等级的电磁兼容要求等，其目的是为了提高电源的安全可靠性，防止由于电源的问题而引起继电保护装置的误操作。

常规电源对输出都要求过电压保护，主要考虑的是输出电压太高会损坏后级负载电路，而欠压由于影响较小就不予设计保护。继电保护用电源由于其特殊的应用背景而对输出电压的大小有着更严格的控制。

电源启动时间为电源通电到输出电压上升到稳压范围内时的时间，保持时间为电源断电到输出电压下降到稳压范围外时的时间。常规多路输出电源对各路输出的启动与保持时间没有先后要求。继电保护用电源要求开机启动建立时间5V先于24V 40～140ms，关机保持时间5V晚于24V 20ms以上。启动时5V电压先建立，保护装置中CPU完成初始化程序，进入正常工作状态，开出回路信号电平状态确定，不会引起保护装置误动。关机时24V先于5V消逝也是基于此目的。

目前的数字继电保护装置上所用电源一般只有5V输出配有短路保护、输出过压保护，有电源开机5V先于24V建立时序，而无电源关机5V晚于24V消逝时序，这些都降低了电源的可靠性，增加了继电保护装置误操作中的电源因数比例。

发明内容

技术问题：为了实现数字继电保护装置对电源的特殊技术指标要求，本发明设计了一款数字继电保护用开关电源，实现了各路输出的过欠压保护、短路保护以及5V和24V的开关机时序配合。

技术方案：本发明的数字继电保护用开关电源，由输入电路、电源主电路、电源输出异常保护模块、开机时序控制器、关机时序控制器组成，输入电路的输出端与关机时序控制器、电源主电路连接，关机时序控制器的输出端接电源主电路(2)中的24V电源开关控制电路，电源主电路中的5V、15V、24V三路输出电源对应连接到电源输出异常保护模块中的5V电源监视器、15V电源监视器、24V电源监视器的输入端，5V电源监视器、15V电源监视器、24V电源监视器的输出端分别接电源异常控制器的输入端，电源异常控制器的输出端接电源主电路中的PWM控制器；开机时序控制器的输入端接5V输出电源，输出端接电源主电路中的24V电源开关控制电路。

电源主电路中的24V电源开关控制电路由栅源电压可控制开合的功率开关管构成，开机时序控制器是一个充电延时控制电路，其输出端接入24V电源开关控制电路中功率开关管“Q1”的第一栅源控制光耦合器“U1”；关机时序控制器是电源主电路交流输入端失电快速采样电路，其两个输出端“off_A、off_K”接入24V电源开关控制电路中功率开关管“Q1”的第二栅源控制光耦合器“U2”。

采用单端反激拓扑结构形成电源的主电路，功率开关管由电流模式控制器UC2842驱动，5V主输出配有带TL431的精密光耦反馈电路。输入电源经过EMI滤波、全桥整流与大电容滤波后接入变压器初级绕组，输入设欠压保护，变压器三组分离次级绕组分别输出5V、±15V与24V电压。

5V、15V、24V三组输出都配有电压监视电路，各路电压监视的输出相串联，联合控制UC2842的补偿管脚。任一路输出过欠压时，串联回路被切断，控制关断UC2842，电源进入“打嗝”保护状态直至异常情况消失。任一路输出发生短路时，短路瞬间电流剧增，电压剧降，引发输出欠压保护，将短路保护纳入到了输出电压保护的范畴。

24V输出回路中配有一个IRFZ44N开关管，5V输出通过延时电路控制导通该开关管，实现电源开机启动时序。调节延时电路参数可方便实现延时长短。电源关机时，失电采样电路检测到电源断电，控制关断开关管，切断24V输出，5V输出由输入滤波大电容上存储的能量继续维持一段时间，达到关机时序要求。

有益效果：本发明取得如下有益效果：

(1)设计实现了数字继电保护用开关电源各路输出的过欠压保护、短路保护，并将短路保护与过欠压保护揉合在一起，电路简单有效。