一种配电网专用24V直流不间断电源的设计

1 引言

在变电站中，直流电源对变电站的二次设备以及变电站的实时通信非常重要。如果直流电源不可靠，会导致继电保护失灵，造成停电面积扩大，也使得通信出错，以致发生更大的事故，为此，要求其有较高的可靠性。通常，采用储能电容或蓄电池作后备电源，并且直接作为直流输出，但输出电能质量不高，而且电池管理复杂。因此，本文采用带蓄电池的开关电源提高电源的可靠性，同时输出电能质量高，满足通信的要求。一般情况下，蓄电池的管理是一件非常复杂的工作，该系统采用PIC16C73单片机来实现电池管理，管理方案简单可靠。

2 24V直流不间断电源系统

24V配电网专用不间断电源系统示意图如图1所示。

图1 变电站配电网专用24V直流电源系统示意图

2.1 电源系统的性能指标

两路交流输入 90～130V；

可以用于变电站小型直流电机启动；

输出直流24±0.03V；

实时检测电池工作参数，远程监控；

负载电流3A时备用时间≥10h；

可以远程，现场实现电池管理操作；

工作温度范围－40℃～＋80℃。

2.2 电源系统的各个模快

1）前一级是半桥DC/DC电路，用作充电器。为提高可靠性，输入为两路交流110V，可以工作在交流90～130V，输出为直流28V（蓄电池在充电状态下），既用于对蓄电池充电，又可以通过蓄电池启动小型的直流电机。开关管采用晶体管2SC2625，控制芯片采用TL494。电路自激启动过程：直流母线上的分压电阻使得2SC2625的V_BE≥0.6V，晶体管导通，电路开始自激，辅组绕组上建立瞬时电压，使得TL494工作，电路进入正常工作状态。

2）后一级DC/DC电路采用推挽电路结构，变压器双向磁化，有效防止磁饱和^[1]。由于电池端电压可以在21V～27V之间变化，该电路可以实现升降压调节，使输出电压稳定在24V，满足负载要求。

3）电池管理模块采用PIC16C73，其框图如图2所示。PIC16C73是Microchip公司推出的PIC8位中档单片机，仅35条单字节指令，自带5个A/D转换模块，稳定性好，可以工作在恶劣的环境^[2]。

图2 电池管理框图