通信电源培训

珠海金電電源工業有限公司 GEP（Jin Dian） Power Supplies Inc.

金电微机型高频开关通信电源系统

培 训 资 料

单位名称:珠海金电电源工业有限公司 电话:（0756）3883366-8010 地 址:珠海市拱北港昌路256号 传真:（0756）3883355

Website：http://www.gep-power.com Email：service@gep-power.com 日 期:2008年8月 邮编：519020

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目 录

第一章、公司简介………………………………………………………………………………2 第二章、通信直流电源的基本要求和发展趋势要求…………………………………………4

1、基本要求 …………………………………………………………………………4 2、开关电源技术的现状与发展趋势…………………………………………………7 3、电路设计……………………………………………………………………………8 4、电磁兼容性设计（EMC） …………………………………………………………9 5、防护技术……………………………………………………………………………9 6、安规设计……………………………………………………………………………10 7、结构造型……………………………………………………………………………10 8、操作维护……………………………………………………………………………10 9、智能化控制…………………………………………………………………………10

第三章、高频开关电源的电路分析及基本原理………………………………………………11

1、高频开关电源的组成与分类………………………………………………………11 2、开关电源常用的电路类型…………………………………………………………12

第四章、通信电源系统组成与功能……………………………………………………………15

一、型号定义 …………………………………………………………………………15 二、通信电源系统组屏（附表一） …………………………………………………15 三、系统组成 …………………………………………………………………………15

1、整流模块………………………………………………………………………17 2、控制器…………………………………………………………………………22 3、交流屏…………………………………………………………………………24 4、直流屏…………………………………………………………………………25 5、蓄电池组………………………………………………………………………26

第五章、通信电源系统常见故障分析和处理 …………………………………………………28

1、交流屏故障…………………………………………………………………………28 2、整流模块故障………………………………………………………………………29 3、控制器故障…………………………………………………………………………30 4、直流屏故障…………………………………………………………………………30

第六章、通信电源系统与蓄电池组的运行维护 ………………………………………………31

1、通信电源系统的运行维护…………………………………………………………31 2、蓄电池组的运行维护………………………………………………………………31

附件:1、通信电源系统组屏（附表一）

2、整流模块技术参数

3、GEP-48100和GEP48100C安装与使用

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第一章 公司简介

1、公司概况：金电公司成立于1992年，是广东省高新技术企业，广东省软件企业，广东省优秀民营企业，是我国最早专业从事大功率高频开关直流电源和远程监控系统软件的研发、生产、销售和技术服务的骨干企业，为军事、电力、通信、铁路、水利、石油、银行、广播电视等行业提供不间断稳压直流电源设备，先后为国家最重要的政府机关、部队、中国电信、中国联通、全国各地电网、铁路、科研单位等直接客户提供产品和服务，深得客户的信赖。1996年获得轰动全国的“科技进步突出贡献特等奖”，并多次获广东省“模范纳税户”、珠海市“模范纳税大户”称号。公司多次对社会公益事业巨资捐款，多次被评为AAA级信用企业。

2、企业规模、生产能力、设备、人员、实力和优势：十几年来，金电公司在推动我国电源技术发展和应用的同时，自身也得到迅速成长和稳步发展，企业资本充实，融资能力强。生产基地在珠海市拱北，距通往澳门的拱北口岸1公里，地理位置十分优越。公司拥有工业土地使用权11000余平方米，自有生产厂房6500余平方米，员工中60％以上为专业技术人员，研发能力强而稳定，年生产组合电源能力4700余台套，年生产整流模块5万台。“金电”已成为国内最知名电源品牌之一，产品在国内覆盖率达95％，已有多种电源模块销往国际市场。

3、企业文化：金电公司是个优秀的企业，他的成功得益于“技术领先，产业报国”的企业宗旨和“真实 诚信 和谐 共荣”的企业文化氛围。董事长是清华大学核原子专业优秀学子并留校任教，多年从事电源技术研发，当他带领来自中科院、北京师大、浙江大学的专业人员，共同出资成立金电公司时，就提出“技术领先，产业报国”的企业宗旨，该宗旨一直是全体股东和全体金电人矢志不渝的志向。十几年来，金电公司秉承“技术领先一步，品质胜人一筹”的经营理念，不浮躁，不贪图虚名，不妄自尊大，不掠夺市场，专心研发电源新产品，拓展电源应用新领域，推动我国电源技术不断发展。金电公司获得了许多社会和政府殊荣，今后，金电人将会一如既往的用高新技术与优良效益回馈社会和国家。

4、企业管理：金电公司坚持“融智 创新 固本 发展”的战略方针，建立激励与约束相结合，实行精细化管理，公司拥有完整的连续十年的产品质量保证体系，完善的自销与代理销售相结合的销售体系，在全国29个省、市建立了办事处，实行全天候的不间断的售后服务。

5、技术能力、技术水平：九十年代初期，高频开关电源技术在我国才受到重视，得到迅速发展，并逐步推广应用于公用事业、工业、科研和军事领域。而金电公司是最早推动电源技术发展并颇有建树的企业，是电源技术研发和电源技术应用的奠基企业之一。金电

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公司的创始人曾先后在清华大学物理系、北京迪赛通用技术研究所等多家设计院、研究所主持电源产品的研发设计工作，具有丰富的理论知识和实践经验。曾参与国家通信电源及电力直流电源标准起草。GEP48000系列电源、远程监控软件、节能型充放电系统等六项产品荣获国家级新产品、发明专利和国家创新基金项目。曾先后获得 “国家级新产品”证书（编号：544078092576等）、“高新技术企业认定证书”（编号：9644004B0018）、“总参谋部国防通信网设备器材进网许可证”（许可证号：ZS135H）、“软件企业认定证书”（编号：粤R-2002-0099）等各类证书。在国内高频开关电源工业发展中占据重要地位，我国第一套挂网运行的高频开关直流电源系统（湖南长沙曙光110kV变电站）是金电公司研制的，我国第一套用在500kV大型变电站的高频开关直流电源系统（浙江绍兴兰亭变电站）也是金电公司生产的，填补了当时我国高频开关电源技术空白。作为高频开关电源系统的专业制造商，金电公司所销售的产品均为自主研发生产，所设计生产的电源模块以其体积小、重量轻、效率高、纹波小、使用寿命长等诸多优点，得到国内国外广大用户的一致好评。

6、产品体系与状况：金电公司的产品分为两大类，即高频开关电源系统和高频开关电源监控软件系统。高频开关电源系统主要分为通讯系统高频开关电源和电力系统高频开关电源。电源远程监控软件系统，使用户设备实现了无人值守，金电公司在此方面走在了前面，早在1996年，金电公司就成功开发了第一套现场无人值守远程监控软件并正式投入生产。金电公司的远程监控软件经历了调制解调器（MODEM）通信、RS232/RS485通信、局域网/广域网通信和无线通信四个阶段。在不断优化改进的过程中，软件的性能及可靠性日臻完善，实时性得到了全面的改进，人机界面变得更加良好，尤其是软件的功能在不断的强大。四遥功能（遥信、遥测、遥控、遥调）的实现，凝聚着几代金电人智慧和汗水。如今的电源远程监控软件系统已经不再仅仅局限于监控配套的电源系统，还要对环境（温度、湿度、门禁、烟雾、空调）、UPS以及其它同类产品制造商的设备进行监控。金电公司在2004年成功的为国家重要机关量身定做了一套远程监控软件，从此以后，RM240SYS、DSC400SYS、RM2000、GEP3000、KM2000等一系列优秀的远程监控软件的投入使用，提高了金电公司产品新的技术水准，也已经成为金电公司新的经济增长点。

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第二章 通信直流电源的基本要求和发展趋势要求

1、基本要求 1.1 环境条件

1.1.1 工作温度：-5℃～40℃ 1.1.2 贮存温度：-40℃～70℃ 1.1.3 湿度

1.1.3.1 作相对湿度：≤90%（40℃±2℃） 1.1.3.2 贮存相对湿度：≤90%～96%（40℃±2℃） 1.1.4 气压力：86～106kPa 1.1.5 冲击与振动

1.1.5.1 冲击：峰值加速度为150m/s2持续时间11ms。 1.1.5.2 振动：频率为10～55Hz，振幅为0.35mm。 1.1.6 交流输入电压 1.1.6.1 波形：正弦 1.1.6.2 频率：50Hz±5%

1.1.6.3 电压标称值：220V（单相）波动范围：187V～242V

380V（三相）波动范围：323V～418V

1.2 使用性能

1.2.1 直流输出电压可调节范围

整流器在稳压工作的基础上，应能与蓄电池并联以浮充工作方式或均充工作方式向通信设备供电（或应具有该方面的接口）。

浮充工作方式时直流输出电压的调节范围应为其标称值的43.2V～57.6V。 均充工作方式时直流输出电压的调节范围上限值应为其标称值的120%。 整流器的直流输出电压值在其可调节范围内应能做到手动或自动连续可调。 1.2.2 遥控、遥信、遥测

整流器在系统中使用时，可具有输出电压、输出电流遥控开机、关机和遥控浮充、均充转换的性能，以及遥信工作和遥信故障的性能。具有RS232、RS422/485三种接口中的一种或其它形式电路与监控路相接。 1.2.3 并机工作

整流器应能采用多台同型号电源并机工作。并机工作时应能做到按比例均分负载，在单机50%～100%标称输出电流范围内其均分负载的不平衡度不得超过直流输出电流标称值的±5%。

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1.2.4 过、欠电压保护

1.2.4.1 交流输入过、欠电压保护

整流器应能监视电网电压的变化，当交流输入电压值达到本标准5.1.6.3条中“波动范围”上限值115%（单相≥253V，三相≥437V）或下限值80%（单相≤176V，三相≤304V）时，整流器或系统应能告警，并在过压时应能自动关机保护，当电网电压正常后，应能自动恢复工作。

整流器的交流输入电压为三相时，一般应具有缺相与相间电流、电压不平衡保护性能。 1.2.4.2 直流输出过、欠电压保护

整流器直流输出电压的过、欠电压值可通过系统设定，当整流器的直流输出电压值达到其设定值时，系统应能告警并在过压时能自动关机保护，故障排除后，应能自动或人工恢复工作。

1.2.5 直流输出电流限制

整流器应具有直流输出电流的限制性能，限制电流范围可在其标称值的105%～110%。当整流器直流输出电流达到限流值外，还应有短路的自动保护性能，整流器仍应正常工作可长期使用。 1.2.6 熔断器保护

整流器为限制某些故障的进一步扩大；主电路与主滤波电路应设有熔断器保护性能。当熔断器熔断时，整流器或系统应能告警。 1.2.7 告警

整流器在各种保护性（本标准5.2.2~5.2.6）动作时，应能发出相应的可见告警信号。 1.3 技术指标

1.3.1 电网电压波动的适应性

当整流器的交流输入电压达到本标准5.1.6.3条所要求上限值或下限值时，整流器应能正常工作。 1.3.2 效率与功率因数

整流器在单机输出最大功率不小于1500W时，其效率应不小于90%，功率因数应不小于0.95（一般应具有功率因数校正性能）。

整流器在单机输出最大功率小于1500W时，其效率应不小于85%，功率因数应不小于0.95。

整流器的功率因数在满足条件的同时，还要保护交流输入电压的波形失真度不大于5%。 1.3.3 杂音电压

1.3.3.1 电话衡重杂音电压（300～3400Hz）：≤2mV

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1.3.3.2 峰一峰值杂音电压（0～20MHz）：≤200mV 1.3.3.3 宽频杂音电压（3.4～150kHz）:≤50mV

（0.15～30MHz）:≤20mV

1.3.3.4 离散频率杂音电压

3.4～150kHz ≤5mV 150～200kHz ≤3mV 200～500kHz ≤2mV 0.5～30MHz ≤1mV 1.3.4 负载效应（负载调整率）

不超过直流输出电压标称值的±0.5%。 1.3.5 源效应

不超过直流输出电压标称值的±0.1%。 1.3.6 温度系数（1/℃）

不超过直流输出电压标称值的±0.2‰。 1.3.7 稳压精度

不超过直流输出电压标称值的±0.6%。 1.3.8 负载效应恢复时间（动态响应）

不大于200μS，同时超调量不得超过直流输出电压标称值的±5%。 1.3.9 开关机过冲幅度

最大峰值不超过直流输出电压标称值的±10%。 1.3.10 启动冲击电流（浪涌电流）

不大于最大输入电流峰值的150%。 1.3.11 软启动时间

3s～10s

1.3.12 缘电阻和绝缘强度 1.3.12.1 绝缘电阻

试验电压为直流500V时，整流器主回路的交流部分和直流部分对地，以及交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于2MΩ。 1.3.12.2 绝缘强度

交流电路对地、交流电路对直流电路应能承受50Hz，有效值为1500V的交流电压一分钟，无击穿或飞弧现象，漏电流≤10mA；

直流电路对地应能承受50Hz，有效值为500V的漏电流≤10mA交流电压一分钟，无击穿

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或飞弧现象。 1.3.12 音响噪音

≤55dB（A计权） 1.3.13 可靠性指标

MTBF≥1×105h

2、开关电源技术的现状与发展趋势

开关电源的基本结构可分为主电路、控制电路、监控电路以及辅助保护电路等。主电路有电网滤波、整流桥、PFC电路、DC-DC电路、输出滤波电路组成；控制电路主要有PWM脉冲信号或SPWM脉冲信号；监控电路一般有CPU电路、通信接口、显示电路等；辅助保护电路一般有给控制电路等供电的辅助电源、输入过欠压保护、输出过欠压保护、过流保护、防雷保护、短路保护等。 2.1 软开关技术

软开关的最大优点是减少了开关损耗，提高了效率，为进一步提高变换频率提供了有力的依据。软开关是在开关器件的导通和关断过程中，开关管上的电压或电流保持为零，使开关管上的电压和电流重叠区为零，也即零损耗开通或关断技术。这样，损耗大大减少。软开关技术最近发展较迅速，已经成功应用于产品中，而且软开关的实现方法多种多样，常见方法有：缓冲电路、谐振环路和谐振开关等。基本思路是利用电路中的电感或电容储能元件在开关管开通和关断时，使电压或电流转移或谐振到零，从而达到零电压或零电流开关。软开关技术的发展将朝着简化电路，提高整体可靠性的方向发展。 2.2 PFC电路

传统电力电子设备（包括电源）的大量采用，对周围电子设备产生危害，同时对电网产业谐波“污染”。一方面产生“二次效应”，即电流过线路阻抗造成谐波电压降，反过来使电网电压也产生畸变；另一方面，会造成电路故障，使变电设备损坏，如变压器过热、LC振荡、高次谐波电流流过电容使之过热爆炸等。为此，降低电力电子设备的谐波损耗（THD）、提高功纺因数（PF）成为学术界研究热点，各生产厂家也不断推出相关产品。降低电力电子设备的谐波损耗、提高功率因数主要有以下方法：1、无源功率因数校正（PASSIVE POWER FACTOR CORRECTION，PPFC）通过在电路中加入无源元件（如电感L、电容L、二极管D）来降低谐波损耗、提高功率因数。PPFC在功率较小（一般小于400W）时，能满足IEC谐波标准。PPFC具有简单、可靠、成本低的优点。2、有源功率因数校正（ACTIVE POWER FACTOR CORREC-TION，APFC）即通常所说的PFC，通过有源器件实现。APFC在功率超过500W左右时采用较多，且能满足IEC谐波标准。单相APFC技术相当成熟，且有许多成功的软开关专利技术应用，已在通信电源产品中大量采用。三相有源PFC技术控制复杂，成本较高，现基本处

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于研究推广阶段，在通信电源产品中还很少采用。

三相PFC与单相PFC的基本出发点是相同的，即使电流跟踪电压而变化，从而提高功率因数、减小谐波损耗。PFC的控制技术有乘法器PFC技术（电感电流连续）、电压跟随器PFC技术（电感电流断续）、PFC的软开关技术、三电平PFC技术、磁放大PFC技术技术。目前，国际上关于谐波的标准主要有IEC标准，也是国内的主要参考标准。

在通信电源中，输出功率3KW以下，一般采用单相输入，功率在3KW以上，一般采用三相输入。三相PFC技术目前是研究的重点，从电路拓扑、控制技术、软开关技术、单级变换技术、建模与仿真技术几个方面学术界进行了许多研究。在各主要通信电源生产厂家，竞相开展三相PFC技术的工程化研究。

传统三相AC-DC变换器为不控整流或相控整流：1）具有简单、可靠、成本低的优点；2）但存在网侧功率因数（PF）低（一般小于0.95）、谐波电流大、不满足IEC谐波标准、对电网及其他设备有不良影响等缺点。在电感电流连续，三相的电压和电流波形见下，由此可见，采用此种办法谐波含量还是较大的，PF值理想情况下才95%，电流中含有较大的六次谐波，影响电网质量，同时，严重影响了第5次和第7次谐波成分。想进一步提高只有改变拓扑结构或控制技术。

三相APFC技术通过功率开关实现PF校正、减小谐波。其目标可以概括如下： A、网侧电流波形接近正弦，降低谐波损耗（THD＜5%＝ B、网侧功率因数接近1（PF et1）

C、负载适应范围宽（理想情况与负载无关） D、适应大范围的电网波动（大于20%） E、PFC变换效率高（大于96%） F、电磁兼容性好（满足EMC标准）

G、整机低成本、体积小、重量轻、高可靠性 3、电路设计

开关电源电路属于强非线性的动态系统，对其进行解析确是非常困难的。一般情况下，对变换器的建模方法可分为两大类，一是数字仿真法，一是解析建模法。数字仿真法是指利用各种各样的算法对开关变换顺进行数值计算得到某些特性数值解的方法；可以对电路进行全面的分析，在分析与设计甚至调试过程中起着重要的作用，不需要新建立电路模型，只需建立电路的仿真模型或等效电路就可以了，分析方法简单、直观，越来越得到广泛的应用。解析建模法是指利用解析表达式来描述开关变换器特性的建模方法，此法直观明了，物理概念清楚、可以利用线性电路和古典控制理论对开关变换器进行稳态和小信号分析，对设计有一定的指导意义，主要有离散法、平均法、符号法及PFC电路的建模法等。

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计算机仿真技术应用越来越广泛，主要从以下几个方向发展。 ★ 数字电路与模拟电路相结合；

★ 控制策略与实际应用电路相结合，如DSP控制技术策略，PWM、SPWM控制策略，

空间失量控制策略等；

★ 建模方法向硬件描述语言过渡，逐步实现标准化，如MAST语言，Sp-ectreHDL

等；

★ 多种仿真工具相结合，电路仿真、热仿真、流体仿真、应力仿真相结合，仿真

工具如：Saber，Ansys，Cadence等。

★ 运用仿真进行可靠性、稳定性及量产性分析等。 4、电磁兼容性设计（EMC）

进行通信电源设计时，需要电磁兼容性设计，减少对外部环境的干扰控制，同时，外部环境的干扰不能引起设备的不正常反应。为了对电网质量进行控制，减少各种“污染”，近年来国际电工委员会（IEC）相继发布了ICE61000系列电磁兼容标准，我国国家质量技术监督局决定在国内“等同”采用，通信行业颁布的《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》对各种干扰进行了详细的规定。内容包括传导、辐射、谐波电流、电压起伏和闪烁及抗拢性要求，抗拢性要求又包括辐射电磁场、射频连续传导信号、流涌、电快速瞬变脉冲群、电压跌落与中断等。安圣电气开发的每一型号的通信电源均经过以上严格的EMC测试，只有满足要求的产品才能够进入量产。 5、防护技术

防雷设计是保证通信电源系统可靠运行的必不可少的一项要求，雷电对信息设备产生危害的根源是雷电电磁脉冲。雷电电磁脉冲包括两个方面，雷电电磁场则是产生感应雷过电压的根源。对通信设备而言，雷电过电压的来源主要有：感应过电压、雷电侵入波和反击过电压。一般情况下，采取系统防护、概率保护、多级防护的防雷原则。

三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。电子设备的表面在潮湿的海洋大气中会吸附一层很薄的湿水层，即水膜，但水膜达到20-30分子层厚时，就形成化学腐蚀所必须的电解质膜，这种富含盐分的电解质对裸露的金属表面具有很强的腐蚀活性。另外温度突变，在空气中产生露点，会使印制线间绝缘电阻下降、元器件发霉，产生铜绿、引脚被腐蚀断裂等情况。湿热环境为霉菌的滋生提供了有利条件。霉菌以电子设备中的有机物为养料，吸附水份并分泌有机酸，破坏绝缘，引发短路，加速金属腐蚀。在工程上，可以选用耐蚀材料，再通过镀、涂或化学处理即通过对电子设备及零部件的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，使之与周围介质隔离，从而达到防护的目的。在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境。对印制板及组件表现涂覆专用三防清漆可以有效避免导线之

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间的电晕、击穿，提高电源的可靠性。变压器应进行浸漆，端封，以防潮气进入引发短路事故。 6、安规设计

对于电源而言，安全性历来被确定为最重要的性能，不安全的产品不但不能完成规定的功能，而且还有可能发生严重事故，甚至造成机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性，必须进行安全性设计。电源产品安全性设计的内容包括防止电危险、过热危险。对商用设备市场，具有代表性的安全标准有UL、CSA、VDE等，内容因用途而异，容许泄漏电流在0.5-5mA之间，我国用军标准GJB1412规定的泄漏电流小于5mA。目前大型的通信电源制造商其产品已取得国内、国际的安规认证。 7、结构造型

现代机械设计的概念比较复杂，在满足功能的前提下，还要满足情趣、品味、生产管理、价格等各方面的要求。通信电源在产品结构性能方面是朝着单面操作，自由出线；模块化设计，减低成本；小型化等方向发展的。结构造型的市场发展方向将是严格按IEC-297标准尺寸设计，与国际同行业接轨，要求不同企业的产品能互相替换；而且能满足安全规范、EMC测试要求等。 8、操作与维护

在系统日益小型化基础上，操作和维护的方便性就显得非常之重要。这就要求系统在设计之初就要考虑进去，全正面操作与维护，机柜靠墙安装；在线维护；热插拔技术的运用。

9、智能化监控

现在的通信电源系统基本上采用集中分散式监控系统，对系统中的每一状态量和控制量进行监控，并通过网络技术将这些信息送到相关人员手中。同时对电池进行全自动化的管理，包括电池的在线管理控制其充放电电流大小，均浮充转换，以及停电后来电的预限流控制，还有电池的放电测试等。监控模块对整流模块电压调节与无级限流控制，检测整流模块的各种状态并进行必要的保护和告警。未来通过监控模块可以上网，将数据在internet网上进行传输。维护人员只要通过internet就可以随时随地进行数据的查询、维护工作。

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第三章 高频开关电源的电路分析及基本原理

1、高频开关电源的组成与分类

开关电源具有体积小、效率高等一系列优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百kHz。 1.1 开关电源的基本构成

开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。开关电源的基本构成如图1所示，其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路（R1、R2）检测输出电压变化，与基准电压Ur比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。

UI DC/DC变换器 UO R1 驱动器 PWM 比较放大 R2 Ur 图1开关电源的基本构成

图2是一种电路实现形式。 DC/DC变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。

图2 开关型稳压电源的原理电路

对于串联线性稳压电源，输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但对于开关型稳压电源，输入的瞬态变化比较多地表现在输出端。提高开关频率的同时，由于反馈放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应问题也能得到改善。负载变化瞬态响应主要由输出端LC滤波器特性决定，所以可以利用提高开关频率、降低输出滤波器LC乘积的方法来改善瞬态响应特性。

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1.2 开关型稳压电源的分类

开关型稳压电源的电路结构有多种： （1）按驱动方式分，有自励式和他励式。

（2）按DC/DC变换器的工作方式分：①单端正励式和反励式、推挽式、半桥式、全桥式等；②降压型、升压型和升降压型等。 （3）按电路组成分，有谐振型和非谐振型。

（4）按控制方式分：①脉冲宽度调制(PWM)式；②脉冲频率调制(PFM)式；③PWM与PFM混合式。

（5）按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分，有隔离式、非隔离式和变压器耦合式、光电耦合式等。 2、开关电源常用的电路类型 2.1 PWM变换器

脉冲宽度调制（PWM）变换器就是通过重复通/断开关工作方式把一种直流电压（电流）变换为高频方波电压（电流），再经过整流平波后变为另一种直流电压输出。PWM变换器有功率开关管、整流二极管及滤波电路等元器件组成。输入输出间需要进行电气隔离时，可采用变压器进行隔离和升降压。PWM变换器的工作原理如图3所示。由于开关工作频率的提高，滤波电感L，变压器T等磁性元件以及滤波电容C等都可以小型化。对于PWM变换器，加在开关管S两端的电压us及通过S的电流is的波形近似为方波，如图4所示。占空比D定义为式中D= ton/ Ts：Ts——开关工作周期； Ton—— 一个开关周期内导通时间； Toff—— 一个开关周期内断开时间；

对于这种变换器，有两种工作方式。一种是保持开关工作周期Ts不变，控制开关导通时间ton的脉冲宽度调制（PWM）方式，另一种是保持导通时间ton不变，改变开关工作周期Ts的脉冲频率调制（PFM）方式。

图3 PWM变换器的基本工作原理

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图4 变换器开关工作的波形

2.2 隔离型变换器

DC/DC变换器用于开关电源时，很多情况下要求输入与输出间进行电隔离。这时必须采用变压器进行隔离，称为隔离变换器。这类变换器把直流电压或电流变换为高频方波电压或电流，经变压器升压或降压后，再经整流平滑滤波变为直流电压或电流。因此，这类变换器又称为逆变整流型变换器。 （1）推挽型变换器与半桥型变换器

推挽型变换器与半桥型变换器是典型的逆变整流型变换器，电路结构和工作波形如图5所示。加在变压器一次绕阻上的电压幅度为输入电压UI，宽度为开关导通时间ton的脉冲波形，变压器二次电压经二极管V1、V2全波整流为直流。图5（a）表示推挽型变换器的电路结构和工作波形，图5(b)表示半桥型变换器的电路结构和工作波形。如只从输出侧滤波器来看，工作原理和降压型变换器完全相同，二次侧滤波电感用于存储能量。如以图中所示的占空比来表示时，电压变换比m与降压型变换器相类似，即m=D/n式中n——变压器的匝数比，n=N1/N2；

N1——为一次绕组的匝数； N2——为二次绕组的匝数。

(a)推挽型 (b)半桥型

图5 推挽型与半桥型变换电路

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全桥型变换器如图6如示，S1、S3及S2、S4是两对开关，重复交互通断。但两对开关导通有时间差。所以变压器一次侧加的电压UAB为脉冲宽度等于其时间差的方形波电压。变压器二次侧的二极管将此电压整流变为方波（UF），再经滤波器变为平滑直流电供给负载。

图6 全桥型变换电路

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第四章 通信电源系统组成与功能

一、型号定义：

GEP— 系统组屏代号 系统容量 电压等级（48V/24V） 金电商标

二、通信电源系统系列组屏：附表一 三、系统组成

整流模块+控制器+交流屏+直流屏+电池组 通信电源系统原理图：

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市电（1） 市电（2）

A1 B1 C1 A2 B2 C2 分流器FL2 熔 断 器 RD1 熔 断 器 RD2 交流屏采样板 GM411 交流屏控制板 GM402 避雷器 BL 中央控制器 整 流 器 电 力 分 配 整流器 控制单元 模块组系统 整流器 Z1 整流器 Zn 直流屏 控制单元 分 流 器 FL1 直流配电输出 电池组 — + — + — + — + — + 珠海金电电源工业有限公司 电话：0756-3883366-8010 传真：0756-3883355

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1、整流模块

1.1型号定义

GEP- 特殊功能: P：监控. F：功率因素校正 输出额定电流 输出额定电压

金电商标

1.2整流模块分类 名称 GEP-48050F GEP-48025F GEP-48020P GEP-48020A GEP-48020 GEP-48010 GEP-24040F GEP-24020

1.3面板指示灯定义

整流模块型号：(GEP-48025F、48020P、24040F） 模块指示灯状态 ①正常关机 ②正常开机 ③交流电源故障1 交流电源故障2* ④风扇故障 ⑤输出故障 ⑥模块故障 ⑦空载或近似空载 ⑧中央控制器故障 OPER 绿色 绿色 闪亮 红色 ALARM 闪亮 闪亮 闪亮 闪亮 闪亮 LINE 绿色 绿色 绿色 绿色 绿色 绿色

FAN 红色 闪亮

PM 红色 红色 红色

模块个数 全部 全部 全部 全部 单台或几台 单台或几台 单台或几台 全部 全部 单台或几台

输入电压 AC220V AC220V AC220V AC220V AC220V AC220V AC220V AC220V 输出电容量 压 DC48V DC48V DC48V DC48V DC48V DC48V DC24V DC24V 50A 25A 20A 20A 20A 10A 40A 20A 功率因数校正 有 有 无 无 无 无 有 无 显示方式 指示灯+数码显示 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯+数码显示 指示灯 ⑨模块未插到位 *系统接入蓄电池时的交流故障显示

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说明：模块面板指示灯含义。

LINE：交流接入指示。 PM：空载指示。 ALARM：总告警指示。 FAN：风机告警指示。 OPER：红灯为内控状态，绿灯为外控状态。

整流模块型号：(GEP-48050F)

LINE CONT.1 CONT.0 PM.F ALARM FAN.F THR.P OVL.P √ √ √ 指示灯√ 状态 √ √

说明：模块面板指示灯含义。

LINE：交流接入指示 CONT.O：外控状态指示 CONT.1:内控状态指示 ALARM：总告警指示 OVL.P：交流过压指示 THR.P：温度告警指示 FAN.F：风机告警指示 PM.F：空载指示。

注意：处于以下情况时，整流模块告警不作为故障处理：

● 交流停电时；

● 电池组电压比整流模块输出电压高（由均充转浮充的一段时间内）；

● 负载很小时，个别整流模块空载告警。

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状态判别 自主工作状态 受控工作状态 空载或内部故障 空载或风机故障 内部过热 输出过压 交流中断 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 其中“√”表示相应的指示灯亮或闪亮。

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1.4金电电源模块结构参数主要功能 1.4.1高频开关电源的一般构成

电磁 滤波 整流 滤波 功率因数校正 PFC 逆变 电路 输出整流滤波 保护动 作电路 辅助 电源 PFC控 制电路 逆变控 制电路 检测 电路

<1>电磁滤波

电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz～30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。为了消除这种影响，通常在交流输入回路中加滤波网络。

<2>整流滤波

开关电源模块都是在直流的状况下运行的，一般通过全桥整流将交流转换为直流。经储能后给DC/DC变换提供足够的能量。

<3>辅助电源

辅助电源是为控制电路提供电源的电源，一般采用单端反激（单项）或双管正激（三项）电路。

单端反激电源的原理：单端反激式开关电源电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

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单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在50kHz左右。

双管正激变换器的原理图与波形如下图所示。双管正激变换器的工作可以分为三个过程：能量转移阶段、变压器磁复位阶段和死区阶段。在能量转移阶段，原边的两个开关都导通，能量从输入端向输出端转移。在变压器磁复位阶段，原边的两个二极管都导通，使变压器绕组承受反相输入电压，从而实现变压器磁复位。当变压器完全复位后，变换器工作在死区阶段，即原边无电流、副边续流。在复位过程中，双管正激开关MOSFET被箝位在输入电压。MOSFET上的电压应力小于单管正激，至少低一倍。这样我们可选取具有低导通电阻Rdson的低电压MOSFET，以获得低损耗。

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<4>功率因数校正储能

功率因数：电流矢量和电压矢量之间夹角的COS值。

当电流流经电容时电压滞后于电流；当电流流经电感时电压超前与电流；当电压流经电阻时，电压与电流同步。

PFC校正的作用就是使电压与电流同步。相当于接入电网的为阻性负载。同时也可以起到抑制电源中的高频干扰谐波串如公共电网，造成对电网的高频谐波污染。

<5>逆变电路

将直流变换成高频交流，通过高频变压器传递到副边。

<6>输出整流滤波：

将高频交流通过高频整流二极管整流，再通过滤波电路输出稳定的直流。

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2、控制器

2.1中央控制器型号定义分类 分类 通信系统中央控制器 第一代 型号 RM-1001 RM-1001P RM-1002 RM-1002P RM-1004P RM-1005P 第二代 RM2001 RM2002 RM2003 48V，手动 48V，监控，232接口，GEP协议 24V，手动 24V，监控，232接口，GEP协议 48V，监控，485接口，YDN023-1996/GEP混合协议 24V，监控，485接口，YDN023-1996/GEP混合协议 48V 监控，RS485和RS232接口 24V 监控，RS485和RS232接口 48V 监控，RS485和RS232接口 按控制器配置表进行电压等级、模块类型、协议等多种配置 性能说明 说明：所有控制器均支持带电插拨。

2.2第二代中央控制器(RM2001/2/3)功能及原理 2.2.1功能简介：

<1>可以对整个电源系统进行全面的数据采集和控制，包括对模块、直流屏、交流屏、电池以及环境的全面监控。

<2>提供了大屏幕全中文的液晶显示屏，可以方便的查看当前时间、各模块工作状态，系统的输出电压、输出电流、电池电流和告警记录等各项系统运行的参数和数据。 <3>带有9个按键的键盘，用户可以通过它来现场设置系统的各项参数。包括输出电压上、下限、输出电流和电池电流的上限值，以及对电池的均浮充控制和对整流模块开关、配置等操作。

<4>可以定时自动保存电源运行的各种数据，用户可以通过上行PC机设置自动保存的间隔时间和读取保存后的各种数据，以方便用户查看任一时间段系统的运行状况。 <5>可以通过本地PC机或远端PC机连上MODEM实现对电源系统的全面监控，其通讯协议完全符合通信行业标准YDN023-1996，并通过自定义扩展协议来实现更全面的四遥功能，可以真正实现无人值守和集中监控。

<6>中央控制器可以在掉电后仍保存一些系统的重要参数，以保证在恢复供电后仍可以正常工作。主控器在初次上电时或通过按键操作可以实现对模块的自动配置，即对系统上在位模块的自动识别和开关。

<7>可以及时、准确的判断当前系统运行的状态，当检测出有数据超出设定的范围或模块工作不正常时，除了会自动采取相应措施来保证系统的安全和可靠外，还会

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发出声光告警以提醒用户注意，并自动通过MODEM向上行PC机发出告警信息。 <8>该中央控制器具有热插拔功能，可以保证系统安全、可靠工作。 2.2.2工作原理

中央控制器采用单片微机技术和主从式CPU工作方式，其内部结构及具体功能如下：

中央 处理单元 PC机

? A/D、D/A 单元 ? 键盘管理单元 ? 干接点控制单元 ? 液晶显示单元 至各工作单元 DC/DC变换器 <1>中央处理单元：对内负责各子单元电路的协调管理工作，对外完成与上位机之间数据信息的交换，执行上位机命令，实现四遥功能。

<2>A/D、D/A单元：执行中央处理单元的命令，负责模块及电池电压和电流数据采集和控制，并将所有数据实时传送给中央处理单元。

<3>键盘管理单元：负责键盘管理，实时将键盘命令传送给中央处理单元，同时将中央处理单元的相关信息传送给液晶显示单元显示。

<4>干节点控制单元：根据主控单元信息控制干节点吸合。向外提供系统状态信息或告警信息。

2.2.3控制器的工作状态及参数

<1>控制器常态显示说明

(详见控制器操作说明)。

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<2>出厂设定参数及其可调范围(48V电源系统)

控制器型号 直 流 参 数 3、交流屏

设置参数 浮充电压 均充电压 电压上界 电压下界 转折电流 均充时间 输出限流 电池限流 RM2001/3 出厂设置 54.0V 56.5V 58.0V 48.0V 1A 3分钟 600A 100A 设置范围 43.0V~58.0V 50.0V~58.0V 43.0V~58.0V 43.0V~58.0V 1A~5A 3分钟~180分钟 1A~1200A 1A~600A 3.1 组成及功能

①、交流接触器：

实现供电回路的控制与选择。当交流出现故障时（例如过压、欠压），交流接触器将脱开，对系统起到保护作用。两路交流接触器互锁。 ②、交流互感器

采集交流输入三相电流，输入/输出比例为100A/1V，将电流量转为电压形式，供GM402采样电流值。 ③、避雷器：

防止雷击及瞬间的高电压窜入而损坏电源设备。避雷器L-N端的通流量为20KA，响应时间为25ns。 ④、交流配电开关：

为用户外围电气设备提供交流配电。 ⑤、交流屏监控单元(GM401/GM402/GM400A)

●交流过压告警/保护功能； ●交流欠压告警/保护功能； ●交流缺相告警/保护功能； ●交流停电告警功能； ●交流过流告警功能； ●三相交流电压、电流的采集。 ●双路供电手动、自动倒换。

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●单/三相供电选择。 ●与控制器通信。 ⑥、交流屏显示板GM420

显示交流三相电压、三相电流；显示交流过压告警、欠压告警、缺相告警；显示A、B路工作状态。 3.2工作原理

两路市电接至机柜内，由交流屏监控单元对两路市电的状态进行判断，选择一路市电作为供电输入回路（优选A路），然后由采样控制板（GM411/HP411）控制相应的交流接触器吸合，将市电转入机柜内。 4、直流屏 4.1组成及功能

4.1.1直流屏智能控制板(48V-GM300/GM302，24V-HP300/HP302): <1>、开关状态检测：

对已接负载的开关进行检测，判断开关的通断状态。出现故障时，则将告警信息上报给控制器。

<2>、一次下电（电池欠压）保护功能：

交流停电时，为了延长电池对重要设备的供电时间，当电池放电至某一阀值时，对次要设备停止供电的方法叫一次下电保护。通过8位拨码开关S2进行设置，每位改变0.5V,可调整范围（48V-44.8V~48.8V，24V-20V~24V）。 <3>、二次下电（电池欠压）保护功能：

一次下电之后，如果交流电仍未恢复，为了延长电池对更重要设备的供电时间，当电池放电至又一阀值时，对相对次要设备停止供电的方法叫二次下电保护。通过8位拨码开关S501进行设置，每位改变0.5V,可调整范围（48V-44.8V~48.8V，24V-20V~24V）。 <4>、电池过放电保护功能：

二次下电之后，如果交流电仍未恢复，为了避免电池遭受不可逆放电，当电池放电至又一阀值时，直流屏将切断电池回路，以达到保护电池，提高电池使用寿命的目的。通过8位拨码开关S1进行设置，每位改变0.5V，可调整范围（48V-40.8V~44.8V，24V-19V~23V）。 <5>、通信功能：

与控制器通讯，实时上传开关的通断状态。 4.1.2直流屏接口板(48V-GM921/GM920A,24V-HP921): <1>、压差保护功能：

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整机启动时，为防止电池异常接入而设置的保护功能。当电池电压高出模块电压(大于7V)，直流接触器有过流损坏的可能，此时系统将不接入电池。 <2>、电池过低压保护功能：

当电池供电时，如无GM300板，系统将在40.7V时将电池脱开。 4.1.3控制器接口板(适用于RM2001/RM2002控制器48V-SY950,24V-HP950):

欠压启动功能：

交流正常时，模块关机后，当电池放电至某一阀值时，系统将模块全部转入内控工作方式，对电池充电。通过8位拨码开关S2进行设置，每位改变0.5V，（48V-40.8V~44.8V，24V-21.5V~25.5V）。 4.1.4直流接触器：

控制电池或部分负载与系统连接或断开。

4.1.5电池直供/保护开关电池：

电池直供功能

当交流停电，电池过欠压保护启动或系统出现故障而不能正常接入电池充电时，可通过闭合电池直供开关，强制性接入电池。此时系统将失去电池过放电保护功能和过低压保护功能。 4.1.6直流输出配电：

具备通过熔断器与电池组接口，通过熔断器或空气开关为输出接口给用电设备提供直流电。 5、蓄电池组 5.1蓄电池的分类

蓄电池的种类很多可分为：①镉镍电池，②铅酸电池。其中镉镍电池又可分为中倍率镉镍电池、高倍率镉镍电池和超高倍率镉镍电池；铅酸电池可分为防酸隔爆式铅酸蓄电池（简称铅酸电池）及阀控式免维护铅酸蓄电池（简称免维护电池）。 5.2电池工作原理

通过化学的或物理的变化，使蓄电池的正、负极上分别聚集起正、负电荷而形成电位差。

5.2.1铅蓄电池电化反应(充电与放电)

<1>、电池在开路状态：负极上活性物质绒状铅与硫酸间反应趋于稳定，而正极上活性物质多孔性PbO2与稀硫酸间反应也趋于稳定。所谓稳定是指氧化速率和还原速率相等，从而形成平衡电极。当有电流通过之后，这种相对的平衡状态被破坏。

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<2>、在放电过程中：铅蓄电池将化学能转变为电能。对负极而言是绒状铅加大了溶解速率的氧化过程，对正极而言是多孔状PbO2加大了吸附速率的还原过程。反应的结果是外电路中出现了定向运动的负电荷。

<3>、在充电过程：铅蓄电池将电能转变为化学能。这是负极加大了还原速率，正极加大了氧化速率的逆过程。 5.3固定型阀控式密封铅蓄电池技术指标

①、标称容量（C10）

固定型铅酸蓄电池规定在25℃环境下，以10小时率电流放电至终止电压所能达到的最低限度的电量（Ah）。 ②、实际容量

在一定温度下，铅酸蓄电池电池以非标称电流连续放电所能达到的最低容量。YD/T799-1996规定，3HR，1HR容量应分别达到0.75C10，0.55C10。 ③、终止电压

固定型电池在各种放电率允许的最小工作电压，成为终止电压。依据YD/T799-1996标准，10HR，3HR，1HR单体电池放电终止电压分别为1.8V，1.8V,1.75V。

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第五章 通信电源系统常见故障分析和处理

1、交流屏故障

1.1 A路交流接触器不吸合

①、用万用表量交流输入电压是否正常（是否缺相、缺零、过欠压）。

②、GM411、GM401/2板或GM400A的单、三相供电方式设置是否正确（单相：GM411的

SA短路与GM401/2的JP3开路或GM400A的SA1短路与JP3开路；三相：GM411的SA开路与GM402/1的JP3短路或GM400A的SA1开路与JP3短路）。 ③、交流采样板GM411或GM400A的接插件及交流接触器的连线是否接触良好。 ④、GM411的220VAC输入及5V电源是否正常。 ⑤、交流CPU板GM401/2是否接触不良或故障。 ⑥、交流接触器线圈是否烧坏。 1.2 B路交流接触器不吸合

①、基本排除方法与A路交流接触器不吸合一样。 ②、B路自动吸合的条件：A路无电压，电池已接入。

1.3交流数据采集不到，控制器显示A、B、C三相电压为不变化的220V

①、RM2003控制器安装时，把RX485下行通讯线错误安插在控制器RS485上行通讯口

位置。

②、交流采样板GM411的扁平线或GM400A的RS485通信线接触不良。 ③、交流CPU板GM401未插到位而接触不良。 ④、交流CPU板GM401的通讯线接触不良或掉线。 ⑤、交流CPU板GM401或GM400A故障。 1.4交流停电，无声音告警

1.4.1第一代控制器（RM100X）有交流屏喇叭。

①、交流屏喇叭线接触不良。

②、交流CPU板GM401未插到位而接触不良。 ③、交流CPU板GM401故障。

1.4.2第二代控制器（RM200X）无交流屏喇叭，由控制器告警。

①、交流CPU板GM402/GM400A未插到位或接插件接触不良，造成交流单元与主控器通

讯不良。

②、交流CPU板GM402/GM400A故障。

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2、整流模块故障 2.1不转外控

①、模块未插到位，按住预插按钮重新插好模块。 ②、模块接口板GM910故障，因运输等原因引起线路断。

③、模块接口板GM910与LM600或GM900间扁缆线松脱、接触不良或有问题（针对有

相应配置的系统）。

④、控制器母板GM900的接插件接触不良或有故障（针对第一代控制器）。 ⑤、RM100X或RM200X系列控制器有故障。 2.2故障判别

整流模块故障分为：

● 接触不良● 风机故障● 无输出

● 电网故障● 模块温度过高● 模块输出电压过高

模块指示灯判别，见下表：（此表所指模块为GEP-48010P/20P/25F、GEP-24040F） 指示灯 ALARM 故障状态 无交流供电 控制器失效 风机故障 无输出 正常 空载 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 红色 √ √ 绿色 交流停电,或故障，模块未插到位 模块处于自主工作状态 风机损坏或被卡住 模块内部电路故障 一切正常 模块平均输出电流小，个别模块无√ 输出 LINE OPER FAN PM 现 象 判 别 √ 整流模块型号：(GEP-48050F) LINE CONT.1 CONT.0 PM.F ALARM FAN.F THR.P OVL.P √ √ √ 指示灯√ 状态 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 状态判别 自主工作状态 受控工作状态 空载或内部故障 空载或风机故障 内部过热 输出过压 交流中断 其中“√”表示相应的指示灯亮或闪亮。

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