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二、毕业设计时间安排
1、本部:
(1)师范班06电1Z、06电气:
2009年11月20日~2010年3月1日:确定选题,指导学生收集和查阅资料
2010年3月2日~3月7日:下发任务书。整理资料,指导学生填写并完成开题报告。
2010年3月8日-2010年6月10日:实施毕业设计
2009年11月23日-2010年2月15日:师范生教育实习
2010年3月2日~5月30日:进入实验室进行毕业设计
2010年4月19日~4月23日:毕业设计中期检查。
2010年5月24日~5月28日:毕业设计验收。
2010年5月30日:完成毕业设计工作(包括毕业设计具体工作、论文撰写)。
2010年5月31日~6月6日:指导教师和主审老师审阅论文,审核答辩资格,给出评语和成绩。
2010年6月10日~13日:进行答辩,给出最后成绩;评选校优秀毕业设计和优秀团队。
(2)非师范师范班06自控W、06通信1W、06通信2W:
2009年11月20日~2010年3月1日:确定选题,指导学生收集和查阅资料
2010年3月2日-2010年3月12日:生产实习
2010年3月15日~3月21日:下发任务书。整理资料,指导学生填写并完成开题报告。
2010年3月22日-2010年6月10日:实施毕业设计
2010年3月2日~5月30日:进入实验室进行毕业设计
2010年4月19日~4月23日:毕业设计中期检查。
2010年5月24日~5月28日:毕业设计验收。
2010年5月30日:完成毕业设计工作(包括毕业设计具体工作、论文撰写)。
2010年5月31日~6月6日:指导教师和主审老师审阅论文,审核答辩资格,给出评语和成绩。
2010年6月10日~13日:进行答辩,给出最后成绩;评选校优秀毕业设计和优秀团队。
2、东方学院:
(1)06通信T:
2009年11月20日~2010年3月1日:确定选题,指导学生收集和查阅资料
2010年3月2日~3月19日:下发任务书。整理资料,指导学生填写并完成开题报告。
2010年3月20日-2010年6月10日:实施毕业设计
2009年10月19日-2010年4月9日:毕业实习
2010年4月12日~5月30日:进入实验室进行毕业设计
2010年4月28日~4月30日:毕业设计中期检查。
2010年5月24日~5月28日:毕业设计验收。
2010年5月29日:完成毕业设计工作(包括毕业设计具体工作、论文撰写)。
2010年5月31日~6月6日:指导教师和主审老师审阅论文,审核答辩资格,给出评语和成绩。
2010年6月10日~13日:进行答辩,给出最后成绩;评选校优秀毕业设计和优秀团队。
(2)06电气D、电气T、测控D:
2009年11月20日~2010年3月1日:确定选题,指导学生收集和查阅资料
2010年3月2日~3月19日:下发任务书。整理资料,指导学生填写并完成开题报告。
2010年3月20日-2010年6月10日:实施毕业设计
2009年10月26日-2010年4月9日:毕业实习
2010年4月12日~5月30日:进入实验室进行毕业设计
2010年4月28日~4月30日:毕业设计中期检查。
2010年5月24日~5月28日:毕业设计验收。
2010年5月30日:完成毕业设计工作(包括毕业设计具体工作、论文撰写)。
2010年5月31日~6月6日:指导教师和主审老师审阅论文,审核答辩资格,给出评语和成绩。
2010年6月10日~13日:进行答辩,给出最后成绩;评选校优秀毕业设计和优秀团队。
(3)08电子B:
2009年11月20日~2010年3月1日:确定选题,指导学生收集和查阅资料
2010年3月2日~3月19日:下发任务书。整理资料,指导学生填写并完成开题报告。
2010年3月20日-2010年6月10日:实施毕业设计
2010年3月2日-2010年4月9日:毕业实习
2010年4月12日~5月30日:进入实验室进行毕业设计
2010年4月28日~4月30日:毕业设计中期检查。
2010年5月24日~5月28日:毕业设计验收。
2010年5月30日:完成毕业设计工作(包括毕业设计具体工作、论文撰写)。
关键词:消防负荷分级;消防电源设计;应急电源
一、引言
消防电源及其供电系统是建筑消防设施中最重要的设施之一。消防用电设备是用以保障人身和财产安全的设备,要求其供电电源必须安全可靠。不仅要求在正常情况下,即便在电网检修或故障停电或发生火灾断电等特殊情况时,都要求对其可靠供电,确保其正常运行、发挥其应有的作用。应根据现行的国家标准、规范的要求,对消防负荷的等级进行正确合理的划分,并综合考虑其他影响因素,对消防供电系统进行合理的设计。
二、规范对消防电源的要求
根据《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称“高规”)规定,高层建筑的消防用电应按现行的国家标准《供配电系统设计规范》的要求设计,一类建筑按一级负荷要求供电,二类高层建筑应按二级负荷要求供电。根据《民用建筑电气规范》(JGJ/T16―92)规定一级负荷由两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不致于同时停电;一级负荷别重要负荷,除上述两个电源外,还必须增设应急电源即第三个电源;二级负荷的电源应做到当电力变压器发生故障或线路常见故障时,不致中断供电(或中断后迅速恢复),在负荷比较小或地区供电的条件困难时,二级负荷可以由一回6KV以上专用架空线或电缆供电。
三、消防电源设计
(一)各级负荷供电要求
1.特级负荷供电要求。对特级消防负荷除有两个电源供电外,还应增设自备应急电源并严禁将其他负衙接入应急供电系统。
2.一级消防负荷的供电要求。一级负荷应有两个独立电源供电。这两个独立电源应符合下列条件之一:首先,足两个电源问无联系;其次,是两个电源间虽有联系,但符合下列要求:第一,发生任一故障时,两个电源的任何部分不致同时受到损坏。第二,发牛任何一种故障且保护装置动作正常时,有一个电源不中断供电,并且在发生任何一种故障且主保护装置失灵以致两电源均中断供电后,应能在有人值班的处所完成各种必要的操作,迅速恢复一个电源供电。根据我国现有的实际情况,一级负荷供电可采用以下几种方式:(1)电源来自于两个不同的电厂(2)电源来自于两个不同的区域变电站(3)电源来自于一个区域变电站,但设有自备应急电源。
3.二级负荷供电要求。二级负荷宜由两回路供电,且变压器宜有两台。但是如果二级负荷容量较小,或者地区供电条件有限无法提供两回线路时,允许由一回6kV及以上的专用架空线或电缆供电。考虑到电缆发生故障后有时检查故障点和修复时间较长,故当用电缆线路供电时,应采用两根电缆组成的线路供电,并且每根电缆均能承受百分之百的二级负荷。三级负荷对供电没有特殊要求。
(二)充分保证消防供电、配电系统的自主性
1、消防供电应处于最高供电层次
《民用建筑电气设计规范》第24.9.2条规定:“火灾消防及其他防灾系统用电,当建筑物为高压受电时,宜从变压器低压出口处分开自成供电体系,即独立形成防灾供电系统。”消防系统电源的供电负荷等级,在本工程供电系统中应处于最高供电等级,自成供电体系是为了保证消防供电的可靠性。
2、消防配电应具有独立性
有了可靠的电源,而消防设备的配电线路不可靠,仍不能保汪消防设备的安全供电。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045―95)第9.1.3条规定:“消防用电设备应采用专用的供电回路,”本条规定的供电回路,是指从低压总配电室(包括分配电室)至最末一级配电箱,与一般配电线路应严格分开,但在有的设计中,往往是注意从配电室引至消防控制室配电箱这一段的供电呵靠性,而忽视了各层消防用电设备供电的可靠性,如电动防火门、排烟阀等,并没有形成消防专用独立系统。
3、按规定设置ATS
火灾自动报警、消防通信、等消防用电设备均设有应急电源。当使用的电源故障停电时,被停止供电的重要负荷采用电源自动切换装置(ATS)切换至另一电源。《高层民用建筑设计防火规范》第9.1.2条规定:“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排炯风
机等的供电,应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。”ATS设在起端(如在变电所低压的第一级配电处)和设在末端相比,末端设ATS时,除了电源故障停电能自动切换外,当配电设备故障或低压线路上发牛故障而停电时,末端ATS也能动作,增加了负荷的供电可靠陛;
起端设ATS时,如果配电设备或低压线路发生故障而停电,该ATS不动作,这样就无法保证负荷的继续供电.所以末端ATS比起端ATS更为可靠。在有的设计中自动切换装置不足设在最末一级配电箱,双电源线路进楼后,总配电箱处设了自动切换装置,而此后是单回路至各层消防配电箱,显然这种设计是不符合要求的。
(三)应急电源的选择
常用的应急电源有电力系统电源、蓄电池组、自卑柴油发电机组、EPS和UPS等。此处仅对柴油发电机组和EPS、UPS的优缺点作简略的讨论。
首先,利用有自起动功能的柴油发电机组作为应急电源。柴油发电机组因具有容量大、可并机运行、连续供电时间长等特点而得到广泛应用,但在具体使用过程中也存在一些问题,值得引起注意,此处简述如下:第一,停电时机组自起动时间需15s左右。因此只能用于疏散照明、备用照明和其它对转换时间要求不高的消防用电设备,而不能用于安全照明(转换时间小于或等于0.5g)和那些对转换时间要求较高的场所的备用照明。第二,过载能力稍弱,选用备用发电机组容量与负载功率比率一般要1.5:1才行,加大了投资。第三,需专人看管,定期维护。且辅助设施造价高,后续运行费用高。第四.存在火灾隐患,因为机组中的油罐本身就是火灾隐患。第五,占地面积稍大。
其次,利用蓄电池组作为应急电源。蓄电池组有允许短时电源中断(小于0.1~0.2s)的应急电源装置EPs和不间断电源装置UPS两种。EPS和UPS均是采用了IGBT逆变技术和脉宽调制PWM技术。但工作原理和特点不尽相同。UPS在市电异常转化为电池供电或市
电恢复将负载切换至市电时的切换时间均为10ms左右。因此能满足有计算机、自控Dcs系统、数据处理系统等不能中断供电的场所。但UPS在电网正常工作事业工作,故寿命相对较短。EPS切换时间也很短,并且只有在电网无电时才进行逆变工作相对寿命较长,尤其能适应电机等电感性负载和各种混合用电负载。uPs的价格较高,约为同容量的EPS的1.5倍。UPS对环境要求较高,只能放在计算机房或空调房间。而EPS比较能适应恶劣的环境。
在实际应用中,应急电源系统一般都是几种应急电源的组合方案。对于电力拖动设备,因供电允许中断时间一般都大于15s。采用自备柴油发电机组作为应急电源比较经济。当负荷较大的消防泵采用柴油机或汽油机驱动泵作为消防电源,而其他消防负荷较小时,应急电源可采用EPS。事故应急照明设备一般采用蓄电池组集中或分散供电。对于报警和通讯设备,一般采用UPS、蓄电池组或干电池作为应急电源。
四、消防电源供电方式
(一)特别重要消防负荷供电方式
对特别重要的消防负荷,要有三个电源供电,即有两个完全独立的电源和一个独立于市网电源的三相应急电源组成。
(二)一级消防负荷典型供电方式
一级消防负荷应有两个独立电源供电。若该地区的电力网有条件提供两个完全独立的高压电源,可采取由接在不同高压电网上的两台变压器,两回消防专用供电线路为基本组成的设计方案。但在我国,目前的实际做法是采用在选择了来自于同一高压电网的两台变压器后,外加一个自备应急电源两回消防专用供电线路作为基本组成的设计方案,以提高消防电源供电的可靠性。
(三)二级消防负荷典型供电方式
二级消防负荷应有两回供电线路供电。一般采用单电源或双电源的供电方式,可分为:一主一备双变压器双回路供电,和单变压器加其他低压回路双回路供电。
1汽车车载系统对电源的要求
1.1要求蓄电池的内阻要小,大电流输出时的电压稳定,以保证有良好的起动性能。
1.2要求蓄电池的充电性能良好、使用寿命长、维护方便或少维护,以满足汽车使用性能要求。
1.3要求发电机在发动机转速变化范围内都能正常发电且电压稳定,以满足用电设备的用电需求
1.4要求发电机的体积小、重量轻、故障率低、发电效率高、使用寿命长等,以确保汽车使用性能要求。
2.汽车车载系统电源设计
2.112V汽油车车载系统电源设计
2.1.1分布式系统结构车载电源管理系统中,12v稳压控制模块可用作12V可控稳定电压和12V常通电源。在这电源系统中,常通稳定电源主要功能是给一些车载电器进行供电,譬如仪表盘的时钟,某些需要供电的内存等等,汽车处于行驶状态下时,ECU数字电路的电力主要来源于12v可控稳定电压。另外,霍尔电流传感器的使用能够有效实现对蓄电池充电、放电过程的监视,并能大概估计出蓄电池的SOC值。总体而言,汽车的电源管理系统中供应电能的形式主要是以电源通道的形式进行,其中,在每一个通道之内,都应该设计一个配套的智能继电器实现对其的有效控制。
2.1.2基于智能继电器的电源通道设计所谓的“电源通道”,就是一种具有控制电流以及能够保护过电流的电能传输通道。而随着智能继电器在车载电源系统中的应用,电源通道的电流保护和电流控制等功能在某种程度上得到了有效的强化。目前,随着科技的发展,汽车电源系统中,传统的继电器已经渐渐难以满足对电流的有效控制,因而我们引入了模拟半导体功率器件(如IGBT、MOS场效应晶体管等等)。实际上,有些半导体功率器件甚至还能实现过热、过压和过电流等方面的保护功能,但由于其内部导通电阻相对较大,所产生的焦耳效应会伴随着大量的热量散失,所以,模拟半导体功率器件在车载大直流电源开关控制方面的应用目前还难以真正实现。因而,本设计所选用的是一种普通车载继电器,设计过程中,为辅助其运行,还特别设计了一个单片机控制系统,这一系统中主要包括电流检测电路、电压检测电路以及初级线圈驱动电路,当然,还有连接车载总线通信的总线接口。该设计结构中,为了保证智能继电器能够实现对检测电路上电流的实时保护,以及对总线电流大小形成过载保护,我们通常会在检测电路中设置低通运算和霍尔传感器两大部分来对电路进行放大。智能继电器主要是通过LIN总线的设计保证与车载网络之间实现信息交换,而普通继电器的主要功能就是要一定限度内的过载电流确保分断,而如果是短路状况下形成的大电流,该继电器则难以发挥作用。正是因此,在短路保护结构设计中,往往还需要设置相关的短路保护器件,例如自恢复熔丝等等。
2.224V柴油车车载电源设计
2.2.1正电源设计通过采用开关电源稳压转换器,在输入端接入24V直流,使得输出端输出5V直流。作为所输入直流电源的载体,供电线路设计上还需要设置滤波电路。为了保护电源芯片,防止电源接反和电源过压等情况的发生,往往要通过加二极管进行控制,输入端和输出端的电容是滤波电容,则在输出端要加上发光二极管DS1进行+5V电源指示。
2.2.2负电源设计一般情况下,通过采用开关电源转换器ICL7660AMJA,能够容易实现-5V电源。ICL7660的工作温度范围在-55℃至+125℃之间,输入电压范围在1.5V至10V之间,设计过程中,通过使用CMOS工艺所制成的小功率、高效率的低压直流转换器,一方面可以保证由单电源到对称输出双电源转换的顺利进行,另一方面还能保证倍压和多倍压的输出。
3.结语:
关键词:地铁;屏蔽门系统;安全装置;运营行驶;安全性;电源系统;供电方案;分析
中图分类号:U231+.3文献标识码:A
在城市地铁中,屏蔽门系统主要安装设置在城市地铁的展台边缘处,以实现地铁运行区域与站台公共区域的分离,并在列车到达或者是出发时借助屏蔽门系统的控制装置进行屏蔽门的自动开启和关闭控制,在地铁乘客提供一个更加安全舒适与安静的乘车环境。同时,屏蔽门还能够对于列车行驶过程中列车行驶区域与站台区域之间的气流交换进行有效的控制和减少,从而实现地铁运行中环控系统的能源消耗,提高地铁的运营行驶效益。最后,城市地铁的屏蔽门系统也是实现其运营行驶中的无人驾驶模式的重要技术支撑,在整个地铁的安全稳定以及高效运营行驶中有着非常重要的作用和影响。电源系统作为地铁屏蔽门运行实现的重要系统,其供电稳定性与可靠性直接影响着地铁屏蔽门系统运行的稳定性和可靠性,在地铁运营行驶中具有非常重要的作用影响,是地铁运营行驶与管理中严重和关注的重点内容,下文在对于地铁屏蔽门电源系统结构组成与设计要求分析基础上,对其供电方案进行对比分析,以保证地铁安全可靠运营行驶。
一、地铁屏蔽门电源系统的电源结构与要求分析
1、地铁屏蔽门电源系统主要结构分析
通常情况下,在地铁运营行驶中,地铁屏蔽门是一种由一级用电负荷并通过车站低压配电系统和双电源切换箱提供两路独立的三相交流输入电源实现地铁运行安全屏蔽与管理控制系统。地铁屏蔽门工作运行过程中,主要由车站低压配电系统通过双电源切换箱提供的独立三相交流电源进行运行供电支持,并且该电源系统中设置有一个主电源和备用电源,以对于地铁屏蔽门工作运行中所需要的电源能量进行自动切换与供给保障,满足地铁屏蔽门工作运行的电源需求。
地铁屏蔽门电源系统主要由两个结构部分组成,即驱动电源与控制电源,并且每个地铁屏蔽门结构在工作运行中所需要的电源要求也各不相同,其中,地铁屏蔽门的两侧站台所需要的电源大小为24kvA,而地铁屏蔽门的三侧站台所需要的电源大小为36kvA[1]。此外,地铁屏蔽门电源系统主要由双电源切换箱以及配电盘、不间断电源等设备结构组成,多设置在地铁屏蔽门的控制中心,并且在地铁屏蔽门工作运行过程中一旦发生交流停电情况,能够持续为地铁屏蔽门的工作运行提供一小时的电源供给,实现地铁屏蔽门双侧门5次开关保障,以满足地铁屏蔽门电源切换需求。
在地铁屏蔽门电源系统的两个结构电源中,驱动电源主要为地铁屏蔽门的门机驱动设备进行电源需求提供和满足,其电压大小一般为DC110V。在地铁工作运行过程中,由于地铁屏蔽门作为地铁运行的核心系统,不仅对于安全性以及可靠性的要求比较高,并且要求其控制管理开展与实施比较方便,因此,在进行地铁屏蔽门系统的电源供给中多通过UPS在线式热插拔供电,对于地铁屏蔽门系统的电源需求进行提供满足,保证地铁屏蔽门系统门机驱动设备的安全稳定工作运行。其次,地铁屏蔽门电源系统的控制电源结构部分,主要是针对屏蔽门系统控制结构部分进行运行所需要的电源提供和满足,其中包括地铁屏蔽门的主控机以及站台端头控制盒等控制设备,其电压大小多为DC24V以及DC110V[2]。通过上述两个结构部分,对于地铁屏蔽门工作运行中所需的电源大小进行提供和满足,以保证地铁屏蔽门的安全可靠工作运行。
2、地铁屏蔽门电源系统要求分析
结合地铁屏蔽门电源系统的两个电源结构及其主要功能作用,在实际工作运行中,实现屏蔽门门机设备供电支持的驱动电源结构部分,由于需要满足屏蔽门启动速度比较快、启动运行动作迅速等要求,在供电运行与支持过程中主要采用直流电机进行发电运行,因此进行屏蔽门电源系统的驱动电源设计时,就需要结合直流电机启动运行的特征需求,对于正常启动的地铁屏蔽门电源功率要控制在3KW至5KW之间,而地铁屏蔽门启动运行瞬间的电源需要达到8KW至40KW之间。此外,结合地铁屏蔽门系统运行需求,驱动电源的电压等级通常有110KV和48KV两种类型,驱动电源的单台电机功率要保证在80W至150W之间,并且该功率值还具有突出的不确定性。
其次,地铁屏蔽门电源系统的控制电源结构在供电运行中,一般要求供电电压为DC24V与DC110V两种等级类型。其中,DC24V电压等级的应用相对比较常见,它在实际供电运行中由于地铁屏蔽门的电源线路连接相对较长,因此,会在地铁屏蔽门控制电源安全回路中采用较高的直流电压,以进行地铁控制系统运行所需的电源提供和支持。最后,在地铁屏蔽门监控系统中通常会进行DC24V和AC220V两种供电电压等级设置,其中,用于地铁屏蔽门控制台运行支持的供电电压多以AC220V电源电压为主,以满足地铁控屏蔽门监控系统工作运行的电力需求。
二、地铁屏蔽门电源系统常用方案与比较
1、地铁屏蔽门电源系统的常见方案分析
结合地铁屏蔽门电源系统的设计应用实例,实际供电设计中主要以直流和交流两种供电方案为主,以对于地铁屏蔽门电源系统的供电需求进行设计和满足实现。
其中,地铁屏蔽门交流供电方案主要是以在线式UPS作为电源系统的核心结构,同时通过在地铁屏蔽门电源系统中配置AC/DC模块,以实现地铁屏蔽门工作运行中DC24V以及DC110V两种电压等级的电源提供和满足,保障地铁屏蔽门的安全可靠工作运行[3]。在地铁屏蔽门的实际工作运行中,电源系统的驱动电源结构部分主要为屏蔽门门机驱动设备进行稳定的交流电源提供,同时通过主备电源电机实现地铁屏蔽门主电源故障下的自动切换与运行供电保障,满足地铁屏蔽门门机驱动设备的电源需求。如下图1所示,为地铁屏蔽门电源系统交流供电方案的结构原理示意图。
图1 地铁屏蔽门电源系统交流供电方案的结构原理示意图
需要注意的是,该地铁屏蔽门电源系统供电方案在实际设计应用中,首先对于UPS功率的选择确定,需要结合地铁屏蔽门开关时最大冲击负荷情况进行确定,此外,该中供电方案供电运行中,UPS输出的交流电源在通过ACD/DC模块进行输出电压值控制中,模块结构需要应用N+1模式进行设计实现,以满足电源供电与运行需求。
其次,地铁屏蔽门电源系统的直流供电方案在实际设计应用中,主要通过将直流电源作为电源系统供电的核心部分,同时进行DC/DC结构模块的设置,以为地铁屏蔽门工作运行提供DC24V电压等级的电源。也就是说,地铁屏蔽门系统在实际工作运行中,直流供电方案在进行屏蔽门工作运行所需电源提供和满足中,主要通过三相交流电源借助AC/DC模块进行DC110V电压电源提供,而AC/DC模块在进行电源电压转换提供过程中,一部分通过N+1备份形式,进行DC110V电压电源的提供满足,以保证地铁屏蔽门运行所需电源电压,另一部分在进行DC110V与DC24V两种电源电压的提供满足,并由DC24V电源电压借助DC/DC模块进行屏蔽门工作运行所需电源的提供和满足[4]。在实际供电运行中两部分模块之间主要使用晶闸管进行连接以避免放电情况发生,并且在电源系统的交流供电停止情况下,通过蓄电池为地铁屏蔽门系统运行所需的电源电压进行提供和满足。如下图2所示,为地铁屏蔽门电源系统直流供电方案的结构原理示意图。
图2 地铁屏蔽门电源系统直流供电方案的结构原理示意图
2、地铁屏蔽门电源系统方案对比分析
在上述的两种地铁屏蔽门电源系统供电方案中,其中,交流供电方案在地铁屏蔽门系统供电运行支持中,如果交流供电方案设计中只备用设置了一个AC/DC模块,那么AC/DC模块出现两个以上的模块损坏情况时,就会导致驱动电源无法正常共工作运行,从而造成交流供电方案失败。此外,如果出现交流停电并且UPS逆变发生损坏,或者是交流电池出现损坏等,也会造成交流供电方案无法正常供电运行。而对于地铁屏蔽门电源系统的直流供电方案来讲,其供电运行中如果出现交流停电并且电池损坏,或者是电源电压的控制供电模块出现损坏等,也会造成直流供电方案无法正常供电运行。
针对这种情况,在进行上述两种地铁屏蔽门电源系统供电方案对比分析中,应注意从两种方案的故障消除方式以及供电备用的可靠性、供电运行经济性等方面,对于两种供电方案进行对比分析,以促进地铁屏蔽门电源系统供电设计可靠性提升,保证地铁屏蔽门系统的安全可靠工作运行。首先,在供电运行的故障及消除方式对比中,交流供电方案中容易发生故障问题突出结构主要有蓄电池组以及逆变、升压结构模块,解决故障主要依靠UPSN+1备份消除;而直流供电方案只存在电池组一个故障点,故障消除则是通过电池组备份方式实现[5]。其次,在两种供电方案备份的可靠性对比中,交流供电方案故障发生时,蓄电池组需要在升压以及逆变等结构作用下实现供电运行,而直流供电则直接通过蓄电池组进行供电运行。最后,两种供电方案的供电运行经济性对比中,结合地铁屏蔽门驱动运行负荷特征,交流供电需要在两级功率变换下实现供电满足,而直流供电方案只需要一级功率变换满足供电需求,经济性更加突出。
三、结束语
总之,电源系统作为地铁屏蔽门的重要系统,对于地铁的安全可靠运营行驶有着重要的作用和影响。进行地铁屏蔽门电源系统供电方案的对比分析,有利于提高地铁屏蔽门电源系统供电设计质量和水平,保证电源系统供电的可靠性和稳定性,从而对于地铁的安全可靠运营行驶进行保障,具有非常重要的积极作用和意义。
参考文献
[1]谭坚文,沈卫东,伍虹霖,王建立,杜明磊.电磁脉冲对方舱簧片屏蔽门耦合效应的数值分析[J].核电子学与探测技术.2013(10).
[2]孙红印,张哲晨.浅谈地铁屏蔽门控制UPS系统的优化[J].城市建设理论研究(电子版).2011(15).
[3]杨昭,马锋,贾士红,余龙清.地铁新环控系统可行性分析及性能优化[J].天津大学学报.2012(3).
关键词:小康住宅 电源插座 设置数量 选用布置 供电回路
电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备,也是住宅电气设计中使用较多的电气附件,它与人们生活有着十密切的关系。现在居民搬进新居后,普遍反映电源 插座数量太少,使用极不方便,造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板,常常引起人身电击和电气火灾事故,给人身财产安全带来重大隐患。所以,电源插座的 设计也是评价住宅电气设计的重要依据。笔者根据国外以及我国有关住宅规范及标准,结合多年来的实践提出住宅电源插座的数量及布置要求,供参考。
1 电源插座设置数量的规定
(1)国家标准《住宅设计规范》(GB50096-1996)第6.5.4条规定,电源插座的
数量应不少于表1的规定;
(2)小康住宅电气设计《设计导则》中第4.3.5条规定,小康住宅中设置的插座数量不少于表2中的规定;
(3)《上海市工程建设规范》(DGJ08-20-2001)12.2.2条规定,电源插座设置数量应不少于表3的规定;
(4)“江苏省住宅设计标准”(DB32/380-2000)中规定,每套住宅内电源插座的设置,应符合表4中的规定;
(5)香港特别行政区政府机电工程署1997年版《电力(线路)规例工作守则》家庭用途的装置及用具中规定,电源插座数量应不少于表5中的规定;
(6)美国国家电气法规NEC的第210-52(a)条对电源插座的布置作了更量化的规定。其中两个电源插座间的距离不得超过3.6m,因为美国规定家用电器电源线长达1.8m,一个家用电器如不能自左侧接电源插座,定能自右侧接电源插座,如图所示;
(7)小康住宅是由建设部在各大城市指导建设,面向21世纪的大众住宅,其定位标准是“科技先导,适度超前”。这将是我国住宅产业未来发展的方 向。很显然,国家标准“住宅设计规范”中的电源插座数量偏少,参照国内外住宅电源插座设置数量标准,根据目前使用和超前发展的要求,建议住宅内电源插座的 设置数量应不少于表6的要求。
2 电源插座的选用和设置要求
2.1 电源插座的选用
(1)电源插座应采用经国家有关产品质量监督部门检验合格的产品。一般应采用具有阻燃材料的中高档产品,不应采用低档和伪劣假冒产品;
(2)住宅内用电电源插座应采用安全型插座,卫生间等潮湿场所应采用防溅型插座;
(3)电源插座的额定电流应大于已知使用设备额定电流的1.25倍。一般单相电源插座额定电流为10A,专用电源插座为16A,特殊大功率家用电器其配电回路及连接电源方式应按实际容量选择;
(4)为了插接方便,一个86mm×86mm单元面板,其组合插座个数最好为两个,最多(包括开关)不超过三个,否则采用146面板多孔插座;
(5)对于插接电源有触电危险的家用电器(如洗衣机)应采用带开关断开电源的插座。
2.2 电源插座设置位置要求
电源插座的位置与数量确定对方便家用电器的使用。室内装修的美观起着重要的作用,电源插座的布置应根据室内家用电器点和家具的规划位置进行,并应密切注意与建筑装修等相关专业配合,以便确定插座位置的正确性。
(1)电源插座应安装在不少于两个对称墙面上,每个墙面两个电源插座之间水平距离不宜超过2.5m~3m,距端墙的距离不宜超过0.6m。
(2)无特殊要求的普通电源插座距地面0.3m安装,洗衣机专用插座距地面1.6m处安装,并带指示灯和开关;
(3)空调器应采用专用带开关电源插座。在明确采用某种空调器的情况下,空调器电源插座宜按下列位置布置:
①分体式空调器电源插座宜根据出线管预留洞位置距地面1.8m处设置;
②窗式空调器电源插座宜在窗口旁距地面1.4m处设置;
③柜式空调器电源插座宜在相应位置距地面0.3m处设置。
否则按分体式空调器考虑预留16A电源插座,并在靠近外墙或采光窗附近的承重墙上设置。
(4)凡是设有有线电视终端盒或电脑插座的房间,在有线电视终端盒或电脑插座旁至少应设置两个五孔组合电源插座,以满足电视机、VCD、音响功 率放大器或电脑的需要,亦可采用多功能组合式电源插座(面板上至少排有3个~5个不同的二孔和三孔插座),电源插座距有线电视终端盒或电脑插座的水平距离 不少于0.3m;
(5)起居室(客厅)是人员集中的主要活动场所,家用电器点多,设计应根据建筑装修布置图布置插座,并应保证每个主要墙面都有电源插座。如果墙 面长度超过3.6m应增加插座数量,墙面长度小于3m,电源插座可在墙面中间位置设置。有线电视终端盒和电脑插座旁设有电源插座,并设有空调器电源插座, 起居室内应采用带开关的电源插座;
(6)卧室应保证两个主要对称墙面均设有组合电源插座,床端靠墙时床的两侧应设置组合电源插座,并设有空调器电源插座。在有线电视终端盒和电脑插座旁应设有两组组合电源插座,单人卧室只设电脑用电源插座;
(7)书房除放置书柜的墙面外,应保证两个主要墙面均设有组合电源插座,并设有空调器电源插座和电脑电源插座;
(8)厨房应根据建筑装修的布置,在不同的位置、高度设置多处电源插座以满足抽油烟机、消毒柜、微波炉、电饭煲、电热水器、电冰箱等多种电炊具 设备的需要。参考灶台、操作台、案台、洗菜台布置选取最佳位置设置抽油烟机插座,一般距地面1.8m~2m。电热水器应选用16A带开关三线插座并在热水 器右侧距地1.4m~1.5m安装,注意不要将插座设在电热器上方。其他电炊具电源插座在吊柜下方或操作台上方之间,不同位置、不同高度设置,插座应带电 源指示灯和开关。厨房内设置电冰箱时应设专用插座,距地0.3m~1.5m安装;
(9)严禁在卫生间内的潮湿处如淋浴区或澡盆附近设置电源插座,其它区域设置的电源插座应采用防溅式。有外窗时,应在外窗旁预留排气扇接线盒或 插座,由于排气风道一般在淋浴区或澡盆附近,所以接线盒或插座应距地面2.25m以上安装。距淋浴区或澡盆外沿0.6m外预留电热水器插座和洁身器用电源 插座。在盥洗台镜旁设置美容用和剃须用电源插座,距地面1.5m~1.6m安装。插座宜带开关和指示灯;
(10)阳台应设置单相组合电源插座,距地面0.3m。
3 电源插座供电回路
(1)住宅内空调器电源插座、普通电源插座、电热水器电源插座、厨房电源插座和卫生间电源插座与照明应分开回路设置;
(2)电源插座回路应具有过载、短路保护和过电压、欠电压或采用带多种功能的低压断路器和漏电综合保护器。宜同时断开相线和中性线,不应采用熔 断器保护元件。除分体式空调器电源插座回路外,其他电源插座回路应设置漏电保护装置。有条件时,宜按分回路分别设置漏电保护装置;
(3)每个空调器电源插座回路中电源插座数不应超过2只。柜式空调器应采用单独回路供电;
(4)卫生间应作局部辅助等电位联结;
(5)厨房与卫生间靠近时,在其附近可设分配电箱,给厨房和卫生间的电源插座回路供电。这样可以减少住户配电箱的出线回路,减少回路交叉,提高供电可靠性;
(6)自配电箱引出的电源插座分支回路导线截面应采用不小于2.5mm2的铜芯塑料线。
参考文献
1 香港特别行政区政府机电工程署编.《电力(线路)规例工作守则》 1997
2 北京市建筑设计研究院编.《建筑电气专业设计技术措施》 中国建筑工业出版社,1998
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4 李天恩主编.《小康住宅电气设计》 北京 中国建筑工业出版社,1999
5 全国建筑电气设计技术协作及情报交流网编.建筑电气设计通讯.2001;1
6 国际铜业协会(中国)编.《住宅建设应满足电气安全和远期负荷增长的要求》 2000
7 《江苏省住宅设计规标》 (DB32/390-2000)
关键词 电源设备;问题;改进
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0106-01
通信电源是通信系统的重要组成部分。一个完整的通信电源系统由5个部分组成:交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控系统。通信电源系统是通信系统的心脏,它在通信系统中占据十分重要的位置。一般通信设备故障是局部的,影响面小,而通信设备的供电一旦中断,必然会造成通信电路全部中断,现代的通信网还会造成丢失大量信息,从而造成巨大的经济损失和极坏的社会影响。因此,维护和改进通信电源系统,及时排除通信电源系统的故障是保证通信系统安全、可靠运行的关键。
1 通信电源系统存在的问题
通信电源是通信畅通的基础和保障。电源系统要给许多通信设备供电,为了确保通信畅通,通信电源在保证可靠的前提下还要满足稳定、小型、高效的要求。但由于部分通信人员仍未对通信电源的管理和维护引起足够的重视,部分运营商的机房租赁使用,先天存在一些基础方面的不足,使通信电源系统存在一些需要亟待解决的问题。
1.1 在系统设计方面存在不足
电源系统要有备份设备,电源设备要有备品备件,市电要有双路或多路输入,交流和直流互为备用。目前有的通信电源系统缺乏应急方面的详细设计,如有的重要通信枢纽只有一路交流供电。设计中对所使用的各种电源电缆、空气开关、熔断器等材料的质量要求、电缆接头处理等方面没有做出严格的规定。这些先天的不足是造成电源故障的根本
原因。
1.2 机房环境条件很难满足可靠运行要求
通信电源机房环境温湿度、洁净度、噪声等等,大多达不到标准。温度、温度变化率、相对湿度、洁 净 度、防火、门禁、防雷在设计和施工上没有严格把关。工作环境不能满足通信电源设备长期可靠工作的要求。
1.3 缺乏完善的通信电源系统运行管理及设计技术规程、规范
由于没有专门针对通信电源系统设计、建设及运行维护管理,制定完善的规程和规范,所以在通信电源设计、工程建设、及运行维护管理等方面无章可循,造成这些环节工作的不规范和随意性,给整个通信网的安全可靠运行带来巨大安全隐患。
1.4 通信电源运行维护管理薄弱
目前,通信电源运行维护管理需要专门的岗位,电源负责人应由具有较丰富的实践经验、较强的组织领导能力和较高理论水平的人员担任。但实际上在基层单位,基本上都没有设置专门岗位,而且还缺乏有效的技术管理,电源负责人对通信电源运行维护没有深入研究,不能结合理论提出相应的通信电源系统运行维护方法,更谈不上按照通信电源系统中各种设备的运行维护特点进行科学的维护管理。有的机房虽然配置了备用油机,但由于日常保养等没有专门培训的技术人员负责,在启用时可能发生故障,影响正常供电。据统计分析,在电源设备的事故中,蓄电池事故占70%,高压切换事故占20% ,高频开关电源事故占10%。可见,有针对性地进行重点维护,进行科学的运行维护管理是可以有效减少通信电源事故发生率的。
2 通信电源设备维护的措施
随着科学技术的发展,通信设备的可靠性不断增强,设备本身的故障率不断下降,维护人员的思想也随之放松,这样通信电源故障就显得突出了,实际运行统计显示,由于通信电源系统故障造成的通信电路中断大约占通信总中断的70%~75%,可见通信电源已经成了影响整个通信网可靠运行的最主要的因素。
2.1 加强对电源设备的重视
通信电源作为整个通信网的能量保证,它的作用是整体性和全局性的,虽然它不是通信网主流设备,但它却是通信网中最重要、最关键的设备。电源设备与通信网中的其他设备(如交换、传输、数据等)有较大的不同,正因为如此,运营商市、县维护单位无论是在组织机构、人员、资金还是管理上,都要给予相应的保证。
2.2 重视通信电源系统初期的设计、安装
电源系统设计时应充分考虑容量大小、地理位置、空间布置、未来发展,设备质量、工程勘察与设计、运行方式选择、建设管理、运行维护管理等各个环节相关。其中对于设备选择、方案设计、工程管理等环节尤其要加强重视和管理。
2.3 建立健全障碍处理及报告制度
省、市、县电源维护监控中心以及电源机房必须建立请示汇报制度,遇有重大事故、危及设备和人身安全的问题必须及时向主管领导和上级部门请示汇报。
2.4 建立通信电源集中监控系统
通信电源集中监控系统可以对通信局(站)实施集中监控管理,对分布的、独立的、无人值守的电源系统内各设备进行遥测、遥控、遥信,。利用电源监测系统及时了解掌握通信电源系统的运行情况,记录、处理相关数据和检测故障,尤其是意外停电后能够及时响应,确保设备正常运行,提高供电系统的可靠性和设备的安全性。
2.5 改善通信机房环境和通信电源机房环境
现在的通信设备、电源设备由于集成度高,散热大多采用风扇强制方式,因此对工作环境温度、湿度和洁净度都有较高的要求,实际运行中,部分电源机房是最不受重视的部分,我们发现因温度高,灰尘重造成的通信设备损坏和电源故障占很大比例,蓄电池的使用寿命也会受极大影响,因此在作好机房“三防”的基础上,对省、地、县通信枢纽站机房,应配置专用机房空调,电源室也应配置工业级空调设备。
3 结束语
通信电源是整个通信网络的关键基础设施,电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件,只有从主观上足够重视,并创造良好的客观运行环境,做到管理专业化、制度化,设备、技术先进化,操作、维护现代化,才能保证通信电源系统和通信系统的安全生产运行,确保通信的可靠畅通。
参考文献
[1]罗大林.现代通信电源管理与维护[J].中国科技博览,2010,31.
[2]李艳萍.浅谈通信电源的管理与应用[J].内蒙古科技与经济,2009,6.
[关键词] 消防用电设备 负荷分级 双重电源 应急电源 备用电源 过负荷保护
1. 引言
1.1 建筑物消防用电设备的供配电系统设计是建筑电气设计的重要组成部分,建筑物消防用电设备通常有消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电报警系统、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门等。消防用电设备的供电可靠性、安全性直接影响到火灾的扑救。
1.2 消防用电设备的供配电系统设计应符合的主要国家标准、规范有:
2. 供电负荷分级及供电要求
2.1 在供配电系统中,用电负荷应根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响的程度,分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
2.2 一级负荷的供电电源应符合下列规定:
一级负荷应由双重电源供电;当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏,只有满足这个基本条件,才可能维持其中一个电源继续供电,这是必须满足的要求。双重电源可一用一备,亦可同时工作,各供一部份负荷。
2.3 一级负荷别重要的负荷供电,应符合下列要求:
除应由双重电源供电外,尚应增设应急电源,并严禁其它负荷接入应急供电系统。设备的供电电源的切换时间,应满足设备允许中断供电的要求。
2.3 二级负荷的供电系统,宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时,二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时,可为一回架空线供电;当采用电缆线路时,应采用两根电缆组成的线路供电,其每根电缆应能承受100%的二级负荷。
2.4 备用电源的负荷严禁接入应急供电系统。
3. 消防用电设备的供电负荷分级及供电要求
3.1 对于适用于《高层民用建筑设计防火规范》的高层建筑,其消防用电设备一类高层建筑应按一级负荷要求供电,二类高层建筑应按二级负荷要求供电。
对于适用于《建筑设计防火规范》的建筑物,其消防用电设备的供电要求应满足下列要求:
1.除粮食仓库及粮食筒仓工作塔外,建筑高度大于50m的乙丙类厂房和丙类仓库的消防用电应按一级负荷供电;
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的工厂、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)座位数超过3000个的体育馆、任一层建筑面积大于3000m2的商店、展览建筑、省(市)级及以上的广播电视楼、电信楼和贸金融楼,室外消防用水量大于25L/s的其他公共建筑;
4.消防用电设备配电系统设计应注意的问题:
备用电源的负荷严禁接入应急供电系统。
备用电源与应急电源是两个完全不同用途的电源。备用电源是当正常电源断电时,由于非安全原因用来维持电气装置或某些部分所需的电源;而应急电源,又称安全设施电源,是用作应急供电系统组成部分的电源,主要是为生命安全,以及避免对环境或其他设备造成损失的电源。
我们在设计一些金融建筑项目的数据中心时常常采用柴油发电机组作为数据中心双重市电电源的备用电源,需要注意的是该柴油发电机组不应同时也用作消防用电设备的应急电源,消防用电设备应另设柴油发电机组作为应急电源,在电源上形成独立的应急供电系统。
4.2 消防用电设备应采用专用的供电回路,当生产、生活用电被切断时,应仍能保证消防用电,其配电设备应有明显标志。
工程设计中,对消防用电设备,一般均能满足双重电源(对一级消防用电负荷)或双回路(对二级消防用电负荷)在末端配电箱设置自动切换装置,以保障消防用电设备供电的可靠性。
《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)第11.1.4条规定:“消防用电设备应采用专用的供电回路,当生产、生活用电被切断时,应仍能保证消防用电,其配电设备应有明显标志。” 《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95 2005年版)第9.1.3条规定:“消防用电设备应采用专用的供电回路,其配电设备应设有明显标志。”
我们需要注意的是消防用电设备应严格采用专用供电回路的问题。下列常见错误应该在电气设计中注意避免:
1)、在消火栓泵、喷淋泵的双电源供电回路中,接人生活水泵非消防用电设备,使消防用电设备供电回路变为非专用供电回路。有的生活水泵可能为一级用电负荷,但生活水泵毕竟不是消防用电设备。为使生活水泵在市电主供电源停电的情况下保证生活用水,应单独采用双电源供电回路。
2)、消防用电配电设备,在电气设计文件中,未要求设置明显标志。低压配电系统施工图设计中,对消防用电设备配电的配电柜,其面板上应要求开关柜生产厂家标注“消防”或“消防用电”等红色字样的明显标志,以防止发生火灾时,手动切除非消防电源时发生误操作,而影响消防用电设备供电的可靠性。
3)、火灾应急照明和疏散指示标志配电电源与正常照明电源未分开,没有采用独立的配电线路。
4.3 低压配电线路过负载保护问题。
其实质为如何选择配电线路导线截面问题。电气火灾的主要原因之一是由于低压配电线路缺少有效的过负荷保护。
根据《低压配电设计规范》(GB50054―95)第4.3.4条规定:过负载保护电器的动作特性应同时满足下列条件:
IB≤In≤Iz。 (1)
I2≤1.45Iz (2)
式中:IB――线路计算负载电流(A);
In――熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流(A);
Iz――在一定敷设方式和环境温度下导体额定载流量(A);
I2――保证保护电器可靠动作的电流(A)。当保护电器为低压断路器时,I2为约定时间内的约定动作电流;当为熔断器时,I2为约定时间内的约定熔断电流。
由(2)式推导出:In≤Iz (3)
用(3)式代替(2)式与(1)式比较后可见:若满足IB≤In≤In的条件即能满足I2≤1.45Iz的条件。
因此,只要低压断路器长延时脱扣器整定电流和熔断器熔体额定电流(In)小于或等于导线的额定载流量(Iz),就可有效满足配电线路过负载保护。
实际施工图设计中,有人往往只注重前部条件即IB≤In,而忽视后部条件In≤Iz,使配电线路过负载保护得不到保证。
对一般用电设备的配电线路,其配线截面的额定载流量Iz,按GB50054―95第4.3.3条要求,即IB≤In≤Iz即可满足线路过负载保护要求。
在IB≤In的前提下,《低压配电装置及线路设计规范》(GBJ54―83)4.0.7条又规定Iz≥1.25In。导线的额定载流量Iz留有一定裕量,这是明智之举。随着人们物质生活水平的不断提高,对生活质量生活环境的高标准要求“高配电,新生活”,对配电线路要求的提高是必然趋势。配电回路导线的额定载流量按Iz≥1.25In考虑较为适宜;对于消防用电设备配电回路,允许过负载运行而不允许切断电源的规定,所以对消防用电设备配电回路线缆额定载流量宜按Iz≥1.25In考虑。
对爆炸性气体危险环境1区、2区内的配电线路的配线截面,其额定载流量Iz应按《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058―92)第2.5.13条规定,即Iz≥1.25In选取。
4.4 消防用电设备配电回路过负载保护问题
《低压配电设计规范》(GB50054-95)第4.3.5条规定:“突然断电比过负载造成的损失更大的线路,其过负载保护应作用于信号而不应作用于切断电源。”
《通用用电设备配电设计规范》(GB50055―93)第2.4.6条也明确规定: “……断电导致损失比过载更大时,不宜装设过载保护,或使过载保护动作于信号。”
《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)第7.6.4条也规定:“对于突然断电比过负载造成的损失更大的线路,该线路的过负载保护应作用于信号而不应作用于切断电路。”
上述设计规范的有关条款均被列为国家《工程建设标准强制性条文》和建设部《施工图设计文件审查要点》 。
对于运行中不允许断电的配电回路短时间过负载不会立即引起灾害,所以用牺牲导线的一些使用寿命来换取不中断电源的目的。这就是上述设计条款的实质。消火栓泵、喷淋泵、防排烟风机等消防用电设备配电回路,应该严格执行上述规范条款的要求。
5. 结 语
【关键词】电子技术;数控直流稳压电源;设计方案
电源是保证电力电子设备持续生产提供电能的设备,电源电路中一般包含多个单元电路和系统电路,在诸多的电源中,使用的最为广泛的是直流电源。直流电源的获取方式,一般可以分为以下两种:第一是将电池作为直流电源,第二利用交流降压和滤波电流将交流电进行转换,使其成为直流电源。如今所使用的各种电源几乎都能够达到同时获取几个不同电压等级的要求,基于这种情况,数控制流稳定电源又成为了人们使用的最大需求,其能够通过电压的调节提供稳定的电压,而且能够将电压的精度保持在一个较高的水平内,这样便有效的提升了电源的使用质量,因此数控直流稳压电源的设计也受到了越来越多专家学者的重视。笔者认为,数控直流稳压电源的设计方案可以从以下几个方面考虑:
1.直流稳压电源方框图
在图1中所显示的是使用交流电压和滤波电流的方法转换而获得的直流电源,从中也可以看出,这一电源电路中包含的主要部分有减压电路、整流电路、稳压电路等,这些功能共同组成了直流稳定电流。通过上述方框图中的程序,便能同时形成多种直流电压形式,并且在不同的直流工作电中产生的抗压等级也有着一定的差异,因此,其能够同时满足多种不同电力电器设备对工作电压的需求。
1.1 降压电路
降压电路的主要功能是为了实现高压电的降压,为直流工作电压的形成奠定基础。
1.2 整流电路
整流电路是整个电源电路的核心部分,其主要的功能就是将交流电压通过整流二极管的作用,转化为单向的脉冲直流电压,该转换步骤是实现交流与直流转换的关键部分。
1.3 滤波电路
通过上述整流电路转换,输出的电压是单向脉冲星直流电压,该电压不能直接为电子电路提供直流电流的需要,因为其中含有较多的交流成分,这就需要通过滤波电路对其进行过滤,这样才能获得可以直接用于电路工作的稳定工作电压。
1.4 抗干扰电路及保护电路
在一般情况下,抗干扰电路具有多方面的功能,其中最为重要的就是具有较强的抗干扰作用,能够有效的防止交流网中的高频信号进入到整机电路中,防止其对整机电路的稳定性产生影响。同时,抗干扰电路的另一个重要作用就是对整流二极管的保护作用,能够在系统开始运行时防止大量的电流对整流二极管产生的冲击作用,有效的增强二极管工作的可靠性,这种抗干扰作用的实现需要使用小容量电器实现。
1.5 保护电路
保护电路中包含了很多种了,其中电路电源中的保护电路对于电路整体的运行都有着十分重要的影响,在大多数情况下都需要使用电路电源来实现保护动作,从而保证电路电源工作的稳定性。
1.6 稳压电路
稳压电路的功能通常需要利用基层稳压器来实现,在集成稳压器中又分为三端固定式和三端稳压电源两种方式。
2.直流稳压电源设计电路
在直流稳压电源设计中,主要是为了实现稳压电源在电路中的保护作用,并且实现对其他集成电路的持续供电,因此对于精密度的要求可以适当的降低,基于上述要求,在本次设计中使用三端固定式稳压电路便能够满足基本的设计和使用需求,同时也能够时电路的设计更加简便。
要完成D/A的转换以及有效的运算,必须要在以正负电源同时供电作为基础,因此选择15V供电电源。在数字控制电路中要求使用5V电源,可以通过7805集成三端稳压器组成的电源实现。在该电路中,变压器使用的是双抽头的18V变压器。可以输出两路的18V交流电压(变压器的选择一般的标准足:输出电压若要满足U0≥12V。则变压器次级输出的电压一般应需要满足Uo+2V;输出电压若要满足U0≤12V。则变压器次级输出的电压一般应需要满足=U0)。
3.数显电路
在该设计思路中,从计数器的输出端输出的信号通过翻译,进入到译码器的输入端,通过译码器外部的显示器便能够实现数字显示功能。本次设计中使用的是七段译码器,其能够通过信号的输入和输出来实现LED显示器实现对线路的显示和控制。从整个电路的使用需求来看,这里应当使用的输入译码器为BCD码较为科学,其在功能实现方面更加方便,也能够提高LED显示的稳定性。
4.输出电路
在系统的输出电路中,一般包括模拟加法器和电压跟随器两个主要部分。当电压通过输入端进入到模拟加法器中,一部分作为小数位的电压值,另一部分则作为十位上的电压值,不同的电压值同时存在于加法器内进行模拟计算,计算的结果以电流的方式输出,但是这时输出的电流较小,无法满足外用驱动设备的需求。因此,在加法器进行运算之后,还需要将输出的电流进行扩大,这样才能够满足电子电器设备的使用要求,对电流放大的功能可以利用模拟加法器中的集成运算放大功能来实现。
5.D/A转换电路
不同的级别输出电路有着不同的运作方式,其通过对电阻的调节来实现输出电压的控制,在每一级的DAC0832电路中都存在着多种树木模式,不同的数位连接方法也有着较大的差异,所以要通过调整端的作用来实现对启动速度和动态抗阻的有效调节,保证其稳定性,才能将该电压作为基准电压电源。
6.计数器电路及控制电路的设计
计数器电路的主要功能体现在将输入的数字值进行D/A转换之后完成整个电路的转换,这也是实现数控功能的急促航和前提。而控制电路的实现,则是通过对控制器的控制来实现的,一般利用“+”“-”键对电压的大小进行控制,同时实现不同档之间的转换。
参考文献
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作者简介:
由于更高的集成度、更快的处理器运行速度以及更小的特征尺寸,内核及I/O电压的负载点(POL)处理器电源设计变得越来越具挑战性。处理器技术的发展必须和POL电源设计技术相匹配。5年或10年以前使用的电源管理解决方案,对于当今的高性能处理器而言,可能不再那么行之有效了。因此,当我们为TI的DaVinci数字信号处理器(DSP)进行POL电源解决方案设计时,对基本电源技术的充分了解可以帮助我们克服许多设计困难。本文将对一系列适用于该DaVinci处理器的电源去耦、浪涌电流、稳压精度和排序技术进行讨论。我们将以使用了TI电源管理产品的一个电源管理参考设计为例来提供对这些论述的支持。
能量之源――大型旁路去耦电容
处理器所使用的全部电流除了由电源本身提供以外,处理器旁路和一些电源的大型电容也是提供电流的重要来源。当处理器的任务级别(level of activity)急剧变化而出现陡峭的负载瞬态时,首先由一些本地旁路电容提供瞬时电流――这种电容通常为小型陶瓷电容,其可以对负载的变化快速响应。随着处理速度的增加,对于更多能量存储旁路电容的需求变得更为重要。另一个能量来源是电源的大型电容。为了避免出现稳定性问题,必须注意一定要确保电源的稳定性,并且可以利用添加的旁路电容正确地启动。因此,我们要保证对电源反馈回路的补偿以适应额外的旁路电容。电源评估板(EVM)在试验台上可能非常有效,但在负载附近添加了许多旁路电容的情况下其性能可能会发生变化。
作为一个经验法则,我们可以通过尽可能近的在处理器功率引脚处放置多个0603或0402电容(60用于内核电压,而30用于DM6443的I/O电压),从而将DaVinci电源电压从系统噪声中完全去耦。更小型的0402电容是较好的选择,因为其寄生电感较低。较小的电容值(例如,560pF)应该最为接近功率引脚,其距离仅为1.25cm。其次,最为接近功率引脚的是中型旁路电容(例如,220nF)。建议每个电源至少要使用8个小型电容和8个中型电容,并且应紧挨着BGA过孔安装(占用内部BGA空间,或者至少应在外部角落处)。在更远一点的地方,可以安装一些较大的大型电容,但也应该尽可能地靠近处理器。
浪涌电流
具有大旁路电容的电源存在启动问题,因为电源可能无法对旁路电容充电,而其正是启动期间满足处理器要求所需要的。因此,在启动期间,过电流可能会引起电源的关断,或者电压可能会暂时地下降(变为非单调状态)。一个很好的设计实践是确保电压在启动期间不发生压降、过冲或承受长时间的高压状态。为了减少浪涌电流,可以通过增加内核电压电源的启动时间,来允许旁路电容缓慢地充电。许多DC/DC调节器都具有独特的可调软启动引脚,以延长电压斜坡时间。如果调节器不具有这种软启动引脚,那么我们可以利用一个外部MOSFET以及一种RC充电方案,来从外部对其进行实施。我们还推荐使用一种带有电流限制功能的DC/DC调节器,来帮助维持一种单调的电压斜坡。实施一个软启动方案有助于满足DaVinci处理器的排序要求。
排序
越来越多的处理器厂商将提供推荐的内核及I/O上电排序的时序准则。一旦获知时序要求,POL电源设计人员便可选择一种适当的技术。对一个双路电源上电和断电的方法有很多种:顺序排序和同时排序是最为常用的两种方法。
当在内核和I/O上电之间要求一个较短的毫秒级时间间隔时,我们就可以实施顺序排序。实施顺序排序的一种方法是,只需将一个稳压器的PWERGOOD引脚连接至另一个稳压器的ENABLE引脚即可。当内核和I/O电压差在上电和断电期间需要被最小化时,就需要使用同时排序。要实施同时排序,内核和I/O电压应彼此紧密地跟踪,直到达到较低的理想电压电平。在这一点上,较低的内核电压达到了其设定值要求,而较高的I/0电压将可以继续上升至其设定值。
在自升压模式中,DaVinci处理器要求对CVDD和CVDDSP内核电源进行同时排序。在主机升压模式中,CVDD必须斜坡上升,并在CVDDSP开始斜坡上升以前达到其设置值(1.2V)。作为一个最大值,CVDDSP电源必须在关闭(开启)“始终开启”和DSP域之间的短路开关以前上电。我们可以以任何顺序启动I/O电源(DVDD18、DVDDR2和DVDD33),但是必须在CVDD电源100ms的同时达到其设定值。
稳压精度
电源系统的电压容差有几个影响因素。电压基准精度就是最为重要的一个影响因素,我们可以在电源管理器件的产品说明书中找到其规范。新型稳压器要求达到±1%的精度或更高的温度基准精度。一些成本较低的稳压器可能会要求±2%或±3%的基准电压精度。请在产品说明书中查看稳压器厂商的相关规范,以确保稳压精度可以满足处理器的要求。另一个影响稳压精度的因素是稳压器外部反馈电阻的容差。
在要求精确容差值的情况下,我们推荐使用±1%的容差电阻。另外,在将这种电阻用于编程输出电压时,其将会提供额外±0.5%的精度。具体的计算公式如下:
输出电压精度=2×(1-VREF/VOUT)×TOLRES
第三个影响因素是输出纹波电压。一个卓越的设计实践是针对低于1%输出电压的峰至峰输出电压进行设计,其可使电源系统的电压精度提高±0.5%。假设为±2%基准精度,那么这3个影响因素加在一起则为±3%的电源系统精度。
DaVinci CVDD电源要求一个可带来±4.2%精度的50mY容差的1.2V典型内核电源。3.3V DVDD电源具有一个可带来±4.5%精度的150mV的容差,而1.8V DVDD电源则具有一个可带来±5%精度的90mV的容差。使稳压器靠近负载来减少路由损耗是非常重要的。需要注意的是,如果电源具有3%的容差,且处理器内核电压要求具有4.2%容差的情况下,我们就必须对去耦网络进行设计,以能够适应1.2V电压轨的1.2%精度或14mV容差。
历史经验数据显示,内核电压随着处理技术的发展而不断降低。对内核电压稍作改变,便可提供更高的性能,或节省更多的电量。选择一个具有可编程输出电压和±3%以上输出电压容差的稳压器是一种较好的设计方法。相比从零开始重新设计一种全新的电源,简单的电阻器变化或引脚重新配置要容易得多。因此,我们要选择一款可以支持低至0.9V或更低输出电压的稳压器,以能够最大化地重用,并帮助简化TI片上系统(SoC)器件未来版本的使用。
参考设计
我们构建了若干电源管理参考设计,并经过数字音频/视频应用的测试。这些应用均使用了TI的TMS320DM6443和TMS320DM6446处理器,其能够满足排序、电压精度和启动要求。图1显示了12V电源的参考设计,该设计使用了TPS62111同步降压转换器、TPS62040同步降压转换器以及TPS73618低压降调节器,以分别提供3.3V、1.2V和1.8V电压轨。这种参考设计包含了一个简单的外部MOSFET、电阻和电容延迟电路,以使3.3V电压轨能够适应自升压模式排序方案要求。TPS62040不但提供了1.2V的内核电压,而且还可满足引脚5软启动电容的排序要求。这种解决方案拥有±3%容差,90%以上的效率。为了能够适应主机升压模式排序方案要求,我们可以添加一个类似的MOSFET、电阻以及电容电路添加至1.2V电压轨。
图1显示了复位电路,该电路使用TPS3808和TPS3803电源电压监控器来监控电压轨的变化情况。请您使用最小值的TPS3808G01(U5),来安装图中所示的复位电路电源。如果需要超过3.3V电压轨的1.5A电流和1.2V电压轨的1.2A电流的话,那么TPS54350和TPS54110 SWIFTTMDC/DC转换器可能会被分别用于实现3A和1.5A电流。SWIFT稳压器具有基于DaVinci技术的数字视频EVM的特点。