一、电阻

　　电阻在电路中用“R”加数字表示,如:R1表示编号为1的电阻.电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等.

　　1、参数识别:电阻的单位为欧姆(Ω),倍率单位有:千欧(KΩ),兆欧(MΩ)等.换算方法是:1兆欧=1000千欧=1000000欧

　　电阻的参数标注方法有3种,即直标法、色标法和数标法.

　　a、数标法主要用于贴片等小体积的电路,如:472 表示 47×100Ω(即4.7K); 104则表示100K

　　b、色环标注法使用最多,现举例如下:四色环电阻 五色环电阻(精密电阻)

　　2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示:

　　颜色 有效数字 倍率 允许偏差(%)
　　银色 / x0.01 ±10
　　金色 / x0.1 ±5
　　黑色 0 +0 /
　　棕色 1 x10 ±1
　　红色 2 x100 ±2
　　橙色 3 x1000 /
　　黄色 4 x10000 /
　　绿色 5 x100000 ±0.5
　　蓝色 6 x1000000 ±0.2
　　紫色 7 x10000000 ±0.1
　　灰色 8 x100000000 /
　　白色 9 x1000000000 /

　　二、电容

　　1、电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容).电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件.电容的特性主要是隔直流通交流.

　　电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关.
容抗XC=1/2πf c (f表示交流信号的频率,C表示电容容量)

　　电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等.

　　2、识别方法:电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法3种.电容的基本单位用法拉(F)表示,其它单位还有:毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF).

　　其中:1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法
　　容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10 uF/16V
　　容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
　　字母表示法:1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
　　数字表示法:一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是倍率.
　　如:102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF

　　3、电容容量误差表

　　符 号 F G J K L M
　　允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%
　　如:一瓷片电容为104J表示容量为0. 1 uF、误差为±5%.

　　三、晶体二极管

　　晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示,如: D5表示编号为5的二极管.

　　1、作用:二极管的主要特性是单向导电性,也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大.正因为二极管具有上述特性,无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中.

　　电话机里使用的晶体二极管按作用可分为:整流二极管(如1N4004)、隔离二极管(如1N4148)、肖特基二极管(如BAT85)、发光二极管、稳压二极管等.

　　2、识别方法:二极管的识别很简单,小功率二极管的N极(负极),在二极管外表大多采用一种色圈标出来,有些二极管也用二极管专用符号来表示P极(正极)或N极(负极),也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的.发光二极管的正负极可从引脚长短来识别,长脚为正,短脚为负.

　　3、测试注意事项:用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极,此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值,这与指针式万用表的表笔接法刚好相反.

　　4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下:

　　型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007
　　耐压(V) 50 100 200 400 600 800 1000
　　电流(A) 均为1

　　四、稳压二极管

　　稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示,如:ZD5表示编号为5的稳压管.

　　1、稳压二极管的稳压原理:稳压二极管的特点就是击穿后,其两端的电压基本保持不变.这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源|稳压器电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变.

　　2、故障特点:稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定.在这3种故障中,
前一种故障表现出电源电压升高;后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定.

　　常用稳压二极管的型号及稳压值如下表:

　　型 号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N47511N4761
　　稳压值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V

　　五、电感

　　电感在电路中常用“L”加数字表示,如:L6表示编号为6的电感.
　　电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成.

　　直流可通过线圈,直流电阻就是导线本身的电阻,压降很小;当交流信号通过线圈时,线圈两端将会产生自感电动势,自感电动势的方向与外加电压的方向相反,阻碍交流的通过,所以电感的特性是通直流阻交流,频率越高,线圈阻抗越大.电感在电路中可与电容组成振荡电路.

　　电感一般有直标法和色标法,色标法与电阻类似.如:棕、黑、金、金表示1uH(误差5%)的电感.

　　电感的基本单位为:亨(H) 换算单位有:1H=103mH=106uH.

　　六、变容二极管

　　变容二极管是根据普通二极管内部 “PN结” 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管.

　　变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上,实现低频信号调制到高频信号上,并发射出去.在工作状态,变容二极管调制电压一般加到负极上,使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化.

　　变容二极管发生故障,主要表现为漏电或性能变差:

　　(1)发生漏电现象时,高频调制电路将不工作或调制性能变差.

　　(2)变容性能变差时,高频调制电路的工作不稳定,使调制后的高频信号发送到对方被对方接收后产生失真.
出现上述情况之一时,就应该更换同型号的变容二极管.

　　七、晶体三极管
晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示,如:Q17表示编号为17的三极管.

　　1、特点:晶体三极管(简称三极管)是内部含有2个PN结,并且具有放大能力的特殊器件.
它分NPN型和PNP型两种类型,这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补,所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用.

　　电话机中常用的PNP型三极管有:A92、9015等型号;NPN型三极管有:A42、9014、9018、9013、9012等型号.

　　2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用,在常见电路中有三种接法.为了便于比较,将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下表,供大家参考.

　　名称 共发射极电路 共集电极电路(射极输出器) 共基极电路
　　输入阻抗 中(几百欧~几千欧) 大(几十千欧以上) 小(几欧~几十欧)
　　输出阻抗 中(几千欧~几十千欧) 小(几欧~几十欧) 大(几十千欧~几百千欧)
　　电压放大倍数 大 小(小于1并接近于1) 大
　　电流放大倍数 大(几十) 大(几十) 小(小于1并接近于1)
　　功率放大倍数 大(约30~40分贝) 小(约10分贝) 中(约15~20分贝)
　　频率特性 高频差 好 好

　　续表
　　应用 多级放大器中间级,低频放大 输入级、输出级或作阻抗匹配用 高频或宽频带电路及恒流源电路

　　八、场效应晶体管放大器

　　1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,因而也被广泛应用于各种电子设备中.尤其用场效管做整个电子设备的输入级,可以获得一般晶体管很难达到的性能.

　　2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类,其控制原理都是一样的.如图1-1-1是两种型号的表示符号:

　　3、场效应管与晶体管的比较

　　(1)场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件.在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管.

　　(2)场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电.被称之为双极型器件.

　　(3)有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好.

　　(4)场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用.

　　贴片电容的种类和特点

　　单片陶瓷电容器(通称贴片电容)是目前用量比较大的常用元件,就AVX公司生产的贴片电容来讲有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的规格,不同的规格有不同的用途.下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意.不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法,这里我们引用的是AVX公司的命名方法,其他公司的产品请参照该公司的产品手册.

　　NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同.在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同.所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器.

　　一 NPO电容器
NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器.它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的.
NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一.在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃,电容量随频率的变化小于±0.3ΔC.NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%,相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的.其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%.NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同,大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好.下表给出了NPO电容器可选取的容量范围.

　　封 装 DC=50V DC=100V
　　0805 0.5---1000pF 0.5---820pF
　　1206 0.5---1200pF 0.5---1800pF
　　1210 560---5600pF 560---2700pF
　　2225 1000pF---0.033μF 1000pF---0.018μF

　　NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容.

　　二 X7R电容器

　　X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器.当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%,需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的.

　　X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的,它也随时间的变化而变化,大约每10年变化1%ΔC,表现为10年变化了约5%.

　　X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用,而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下.它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大.下表给出了X7R电容器可选取的容量范围.

　　封 装 DC=50V DC=100V
　　0805 330pF---0.056μF 330pF---0.012μF
　　1206 1000pF---0.15μF 1000pF---0.047μF
　　1210 1000pF---0.22μF 1000pF---0.1μF
　　2225 0.01μF---1μF 0.01μF---0.56μF

　　三 Z5U电容器

　　Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器.这里首先需要考虑的是使用温度范围,对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本.对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量.但它的电容量受环境和工作条件影响较大,它的老化率最大可达每10年下降5%.
尽管它的容量不稳定,由于它具有小体积、等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)低、良好的频率响应,使其具有广泛的应用范围.尤其是在退耦电路的应用中.下表给出了Z5U电容器的取值范围.

　　封 装 DC=25V DC=50V
　　0805 0.01μF---0.12μF 0.01μF---0.1μF
　　1206 0.01μF---0.33μF 0.01μF---0.27μF
　　1210 0.01μF---0.68μF 0.01μF---0.47μF
　　2225 0.01μF---1μF 0.01μF---1μF

　　Z5U电容器的其他技术指标如下:
　　工作温度范围 +10℃ --- +85℃
　　温度特性 +22% ---- -56%
　　介质损耗 最大 4%

　　四 Y5V电容器

　　Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器,在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%.

　　Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器.

　　Y5V电容器的取值范围如下表所示

　　封 装 DC=25V DC=50V
　　0805 0.01μF---0.39μF 0.01μF---0.1μF
　　1206 0.01μF---1μF 0.01μF---0.33μF
　　1210 0.1μF---1.5μF 0.01μF---0.47μF
　　2225 0.68μF---2.2μF 0.68μF---1.5μF

　　Y5V电容器的其他技术指标如下:

　　工作温度范围 -30℃ --- +85℃
　　温度特性 +22% ---- -82%
　　介质损耗 最大 5%

　　贴片电容器命名方法可到AVX网站上找到.不同的公司命名方法可能略有不同.

　　[转贴]电路设计基础知识(一)

　　电路设计基础知识(1)——电阻

　　导电体对电流的阻碍作用称着电阻,用符号R表示,单位为欧姆、千欧、兆欧,分别用Ω、KΩ、MΩ表示.

　　一、电阻的型号命名方法:

　　国产电阻器的型号由四部分组成(不适用敏感电阻)

　　第一部分:主称 ,用字母表示,表示产品的名字.如R表示电阻,W表示电位器.

　　第二部分:材料 ,用字母表示,表示电阻体用什么材料组成,T-碳膜、H-合成碳膜、S-有机实心、N-无机实心、J-金属膜、Y-氮化膜、C-沉积膜、I-玻璃釉膜、X-线绕.

　　第三部分:分类,一般用数字表示,个别类型用字母表示,表示产品属于什么类型.1-普通、2-普通、3-超高频 、4-高阻、5-高温、6-精密、7-精密、8-高压、9-特殊、G-高功率、T-可调.

　　第四部分:序号,用数字表示,表示同类产品中不同品种,以区分产品的外型尺寸和性能指标等

　　例如:R T 1 1 型普通碳膜电阻a1}

　　二、电阻器的分类              

　　1、线绕电阻器:通用线绕电阻器、精密线绕电阻器、大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器.

　　2、薄膜电阻器:碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器.

　　3、实心电阻器:无机合成实心碳质电阻器、有机合成实心碳质电阻器.

　　4、敏感电阻器:压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器.

　　三、主要特性参数

　　1、标称阻值:电阻器上面所标示的阻值.

　　2、允许误差:标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差,它表示电阻器的精度.
允许误差与精度等级对应关系如下:±0.5%-0.05、±1%-0.1(或00)、±2%-0.2(或0)、±5%-Ⅰ级、±10%-Ⅱ级、±20%-Ⅲ级

　　3、额定功率:在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为-55℃~+70℃的条件下,电阻器长期工作所允许耗散的最大功率.
　　线绕电阻器额定功率系列为(W):1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500
　　非线绕电阻器额定功率系列为(W):1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100

　　4、额定电压:由阻值和额定功率换算出的电压.

　　5、最高工作电压:允许的最大连续工作电压.在低气压工作时,最高工作电压较低.

　　6、温度系数:温度每变化1℃所引起的电阻值的相对变化.温度系数越小,电阻的稳定性越好.阻值随温度升高而增大的为正温度系数,反之为负温度系数.

　　7、老化系数:电阻器在额定功率长期负荷下,阻值相对变化的百分数,它是表示电阻器寿命长短的参数.

　　8、电压系数:在规定的电压范围内,电压每变化1伏,电阻器的相对变化量.

　　9、噪声:产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏,包括热噪声和电流噪声两部分,热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动,使导体任意两点的电压不规则变化.

　　四、电阻器阻值标示方法

　　1、直标法:用数字和单位符号在电阻器表面标出阻值,其允许误差直接用百分数表示,若电阻上未注偏差,则均为±20%.

　　2、文字符号法:用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值,其允许偏差也用文字符号表示.符号前面的数字表示整数阻值,后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值.

　　表示允许误差的文字符号
　　文字符号 D F G J K M
　　允许偏差 ±0.5% ±1% ±2% ±5% ±10% ±20%

　　3、数码法:在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法.数码从左到右,第一、二位为有效值,第三位为指数,即零的个数,单位为欧.偏差通常采用文字符号表示.

　　4、色标法:用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允许偏差.国外电阻大部分采用色标法.

　　黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-±5%、银-±10%、无色-±20%

　　当电阻为四环时,最后一环必为金色或银色,前两位为有效数字, 第三位为乘方数,第四位为偏差. 当电阻为五环时,最後一环与前面四环距离较大.前三位为有效数字, 第四位为乘方数, 第五位为偏差.

　　五、常用电阻器

　　1、电位器

　　电位器是一种机电元件,他*电刷在电阻体上的滑动,取得与电刷位移成一定关系的输出电压.

　　1.1 合成碳膜电位器

　　电阻体是用经过研磨的碳黑,石墨,石英等材料涂敷于基体表面而成,该工艺简单, 是目前应用最广泛的电位器.特点是分辩力高耐磨性好,寿命较长.缺点是电流噪声,非线性大, 耐潮性以及阻值稳定性差.

　　1.2 有机实心电位器

　　有机实心电位器是一种新型电位器,它是用加热塑压的方法,将有机电阻粉压在绝缘体的凹槽内.有机实心电位器与碳膜电位器相比具有耐热性好、功率大、可*性高、耐磨性好的优点.但温度系数大、动噪声大、耐潮性能差、制造工艺复杂、阻值精度较差.在小型化、高可*、高耐磨性的电子设备以及交、直流电路中用作调节电压、电流.

　　1.3 金属玻璃铀电位器

　　用丝网印刷法按照一定图形,将金属玻璃铀电阻浆料涂覆在陶瓷基体上,经高温烧结而成.特点是:阻值范围宽,耐热性好,过载能力强,耐潮,耐磨等都很好, 是很有前途的电位器品种,缺点是接触电阻和电流噪声大.

　　1.4 绕线电位器

　　绕线电位器是将康铜丝或镍铬合金丝作为电阻体,并把它绕在绝缘骨架上制成.绕线电位器特点是接触电阻小,精度高,温度系数小,其缺点是分辨力差,阻值偏低,高频特性差.主要用作分压器、变阻器、仪器|仪表中调零和工作点等.

　　1.5 金属膜电位器
金属膜电位器的电阻体可由合金膜、金属氧化膜、金属箔等分别组成.特点是分辩力高、耐高温、温度系数小、动噪声小、平滑性好.

　　1.6 导电塑料电位器

　　用特殊工艺将DAP(邻苯二甲酸二稀丙脂)电阻浆料覆在绝缘机体上,加热聚合成电阻膜,或将DAP电阻粉热塑压在绝缘

　　体的凹槽内形成的实心体作为电阻体.特点是:平滑性好、分辩力优异耐磨性好、寿命长、动噪声小、可*性极高、耐化学腐蚀.用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统等.

　　1.7 带开关的电位器

　　有旋转式开关电位器、推拉式开关电位器、推推开关式电位器

　　1.8 预调式电位器

　　预调式电位器在电路中,一旦调试好,用蜡封住调节位置,在一般情况下不再调节.

　　1.9 直滑式电位器

　　采用直滑方式改变电阻值.

　　1.10 双连电位器

　　有异轴双连电位器和同轴双连电位器

　　1.11 无触点电位器

　　无触点电位器消除了机械接触,寿命长、可*性高,分光电式电位器、磁敏式电位器等.

　　2、实芯碳质电阻器

　　用碳质颗粒壮导电物质、填料和粘合剂混合制成一个实体的电阻器.
　　特点:价格低廉,但其阻值误差、噪声电压都大,稳定性差,目前较少用.

　　3、绕线电阻器

　　用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆.
　　绕线电阻具有较低的温度系数,阻值精度高, 稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点是高频性能差,时间常数大.

　　4、薄膜电阻器

　　用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成.主要如下:

　　4.1 碳膜电阻器

　　将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成.碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低,是目前应用最广泛的电阻器.

　　4.2 金属膜电阻器.

　　用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面.
　　金属膜电阻比碳膜电阻的精度高,稳定性好,噪声, 温度系数小.在仪器仪表及通讯设备中大量采用.

　　4.3 金属氧化膜电阻器

　　在绝缘棒上沉积一层金属氧化物.由于其本身即是氧化物,所以高温下稳定,耐热冲击,负载能力强.

　　4.4 合成膜电阻

　　将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得,因此也叫漆膜电阻.
　　由于其导电层呈现颗粒状结构,所以其噪声大,精度低,主要用他制造高压, 高阻, 小型电阻器.

　　5、金属玻璃铀电阻器

　　将金属粉和玻璃铀粉混合,采用丝网印刷法印在基板上.
　　耐潮湿, 高温, 温度系数小,主要应用于厚膜电路.

　　6、贴片电阻SMT

　　片状电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式,他的电阻体是高可*的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成,电极采用银钯合金浆料.体积小,精度高,稳定性好,由于其为片状元件,所以高频性能好.

　　7、敏感电阻

　　敏感电阻是指器件特性对温度,电压,湿度,光照,气体, 磁场,压力等作用敏感的电阻器.
　　敏感电阻的符号是在普通电阻的符号中加一斜线,并在旁标注敏感电阻的类型,如:t. v等.

　　7.1、压敏电阻

　　主要有碳化硅和氧化锌压敏电阻,氧化锌具有更多的优良特性.

　　7.2、湿敏电阻

　　由感湿层,电极, 绝缘体组成,湿敏电阻主要包括氯化锂湿敏电阻,碳湿敏电阻,氧化物湿敏电阻.氯化锂湿敏电阻随湿度上升而电阻减小,缺点为测试范围小,特性重复性不好,受温度影响大.碳湿敏电阻缺点为低温灵敏度低,阻值受温度影响大,由老化特性, 较少使用.

　　氧化物湿敏电阻性能较优越,可长期使用,温度影响小,阻值与湿度变化呈线性关系.有氧化锡,镍铁酸盐,等材料.

　　7.3、光敏电阻

　　光敏电阻是电导率随着光量力的变化而变化的电子元件,当某种物质受到光照时,载流子的浓度增加从而增加了电导率,这就是光电导效应.

　　7.4、气敏电阻

　　利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成,主要成分是金属氧化物,主要品种有:金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等.

　　7.5、力敏电阻

　　力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻,国外称为压电电阻器.所谓压力电阻效应即半导体材料的电阻率随机械应力的变化而变化的效应.可制成各种力矩计,半导体话筒,压力传感器等.主要品种有硅力敏电阻器,硒碲合金力敏电阻器,相对而言, 合金电阻器具有更高灵敏度.

　　路设计基础知识(2)——电容

　　电容是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于隔直,耦合, 旁路,滤波,调谐回路, 能量转换,控制电路等方面.用C表示电容,电容单位有法拉(F)、微法拉(uF)、皮法拉(pF),1F=10^6uF=10^12pF

　　一、电容器的型号命名方法

　　国产电容器的型号一般由四部分组成(不适用于压敏、可变、真空电容器).依次分别代表名称、材料、分类和序号.
　　第一部分:名称,用字母表示,电容器用C.
　　第二部分:材料,用字母表示.
　　第三部分:分类,一般用数字表示,个别用字母表示.
　　第四部分:序号,用数字表示.
　　用字母表示产品的材料:A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、Y-云母、Z-纸介

　　二、电容器的分类

　　按照结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器.
　　按电解质分类有:有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等.
　　按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器.
　　高频旁路:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器.
　　低频旁路:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器.
　　滤 波:铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器.
　　调 谐:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器.
　　高频耦合:陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器.
　　低频耦合:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器.
　　小型电容:金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器.

　　三、常用电容器

　　1、铝电解电容器

　　用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成,薄的化氧化膜作介质的电容器.因为氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性.容量大,能耐受大的脉动电流容量误差大,泄漏电流大;普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率低频旁路、信号耦合、电源滤波

　　2、钽电解电容器

　　用烧结的钽块作正极,电解质使用固体二氧化锰温度特性、频率特性和可*性均优于普通电解电容器,特别是漏电流极小,贮存性良好,寿命长,容量误差小,而且体积小,单位体积下能得到最大的电容电压乘积对脉动电流的耐受能力差,若损坏易呈短路状态超小型高可*机件中

　　3、薄膜电容器

　　结构与纸质电容器相似,但用聚脂、聚苯乙烯等低损耗塑材作介质频率特性好,介电损耗小不能做成大的容量,耐热能力差滤波器、积分、振荡、定时电路

　　4、瓷介电容器

　　穿心式或支柱式结构瓷介电容器,它的一个电极就是安装螺丝.引线电感极小,频率特性好,介电损耗小,有温度补偿作用不能做成大的容量,受振动会引起容量变化特别适于高频旁路

　　5、独石电容器

　　(多层陶瓷电容器)在若干片陶瓷薄膜坯上被覆以电极桨材料,叠合后一次绕结成一块不可分割的整体,外面再用树脂包封而成小体积、大容量、高可*和耐高温的新型电容器,高介电常数的低频独石电容器也具有稳定的性能,体积极小,Q值高容量误差较大噪声旁路、滤波器、积分、振荡电路

　　6、纸质电容器

　　一般是用两条铝箔作为电极,中间以厚度为0.008~0.012mm的电容器纸隔开重叠卷绕而成.制造工艺简单,价格便宜,能得到较大的电容量 

　　一般在低频电路内,通常不能在高于3~4MHz的频率上运用.油浸电容器的耐压比普通纸质电容器高,稳定性也好,适用于高压电路

　　7、微调电容器

　　电容量可在某一小范围内调整,并可在调整后固定于某个电容值.

　　瓷介微调电容器的Q值高,体积也小,通常可分为圆管式及圆片式两种.

　　8、云母和聚苯乙烯介质的通常都采用弹簧式东,结构简单,但稳定性较差.

　　线绕瓷介微调电容器是拆铜丝〈外电极〉来变动电容量的,故容量只能变小,不适合在需反复调试的场合使用

　　9、陶瓷电容器

　　用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质,并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成.它又分高频瓷介和低频瓷介两种.
　　具有小的正电容温度系数的电容器,用于高稳定振荡回路中,作为回路电容器及垫整电容器.低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用,或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉.这种电容器不宜使用在脉冲电路中,因为它们易于被脉冲电压击穿.高频瓷介电容器适用于高频电路
　　云母电容器就结构而言,可分为箔片式及被银式.被银式电极为直接在云母片上用真空蒸发法或烧渗法镀上银层而成,由于消除了空气间隙,温度系数大为下降,电容稳定性也比箔片式高.频率特性好,Q值高,温度系数小不能做成大的容量广泛应用在高频电器中,并可用作标准电容器

　　10、玻璃釉电容器由一种浓度适于喷涂的特殊混合物喷涂成薄膜而成,介质再以银层电极经烧结而成"独石"结构性能可与云母电容器媲美,能耐受各种气候环境,一般可在200℃或更高温度下工作,额定工作电压可达500V,损耗tgδ0.0005~0.008 

　　四、电容器主要特性参数:

　　1、标称电容量和允许偏差

　　标称电容量是标志在电容器上的电容量.
　　电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度.
　　精度等级与允许误差对应关系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)
　　一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取.

　　2、额定电压

　　在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏.

　　3、绝缘电阻

　　直流电压加在电容上,并产生漏电电流,两者之比称为绝缘电阻.
　　当电容较小时,主要取决于电容的表面状态,容量〉0.1uf时,主要取决于介质的性能,绝缘电阻越小越好.
　　电容的时间常数:为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数,他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积.

　　4、损耗

　　电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗.各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的. 
在直流电场的作用下,电容器的损耗以漏导损耗的形式存在,一般较小,在交变电场的作用下,电容的损耗不仅与漏导有关,而且与周期性的极化建立过程有关.

　　5、频率特性

　　随着频率的上升,一般电容器的电容量呈现下降的规律.

　　五、电容器容量标示

　　1、直标法

　　用数字和单位符号直接标出.如01uF表示0.01微法,有些电容用“R”表示小数点,如R56表示0.56微法.

　　2、文字符号法

　　用数字和文字符号有规律的组合来表示容量.如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF, 2u2表示2.2uF.

　　3、色标法

　　用色环或色点表示电容器的主要参数.电容器的色标法与电阻相同.
　　电容器偏差标志符号:+100%-0--H、+100%-10%--R、+50%-10%--T、+30%-10%--Q、+50%-20%--S、+80%-20%--Z.
　　电路设计基础知识(3)——电感线圈
　　电感线圈是由导线一圈*一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯,简称电　　感.用L表示,单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH.

　　一、电感的分类

　　按 电感形式 分类:固定电感、可变电感.
　　按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈.
　　按 工作性质 分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈.
　　按 绕线结构 分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈.

　　二、电感线圈的主要特性参数

　　1、电感量L
　　电感量L表示线圈本身固有特性,与电流大小无关.除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注.

　　2、感抗XL
　　电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆.它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

　　3、品质因素Q
　　品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量,Q为感抗XL与其等效的电阻的比值,即:Q=XL/R
线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小.线圈的Q值与导线的直流电阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关.线圈的Q值通常为几十到几百.

　　4、分布电容
　　线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容.分布电容的存在使线圈的Q值减小,稳定性变差,因而线圈的分布电容越小越好.

　　三、常用线圈

　　1、单层线圈
　　单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上.如晶体管收音机中波天线线圈.

　　2、蜂房式线圈
　　如果所绕制的线圈,其平面不与旋转面平行,而是相交成一定的角度,这种线圈称为蜂房式线圈.而其旋转一周,导线来回弯折的次数,常称为折点数.蜂房式绕法的优点是体积小,分布电容小,而且电感量大.蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制,折点越多,分布电容越小

　　3、铁氧体磁芯和铁粉芯线圈
　　线圈的电感量大小与有无磁芯有关.在空芯线圈中插入铁氧体磁芯,可增加电感量和提高线圈的品质因素.

　　4、铜芯线圈
　　铜芯线圈在超短波范围应用较多,利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量,这种调整比较方便、耐用.

　　5、色码电感器
　　色码电感器是具有固定电感量的电感器,其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记.

　　6、阻流圈(扼流圈)
　　限制交流电通过的线圈称阻流圈,分高频阻流圈和低频阻流圈.

　　7、偏转线圈
　　偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载,偏转线圈要求:偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小、价格低.
变压器
　　变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流).变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈.

　　一、分类

　　按冷却方式分类:干式(自冷)变压器、油浸(自冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器.
　　按防潮方式分类:开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器.
　　按铁芯或线圈结构分类:芯式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、壳式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、环型变压器、金属箔变压器.
　　按电源相数分类:单相变压器、三相变压器、多相变压器.
　　按用途分类:电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器.

　　二、电源变压器的特性参数

　　1 工作频率
　　变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率.
　　2 额定功率
　　在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率.
　　3 额定电压
　　指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值.
　　4 电压比
　　指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别.
　　5 空载电流
　　变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流.空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成.对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流.
　　6 空载损耗:指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗.主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗(铜损),这部分损耗很小.
　　7 效率
　　指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比.通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高.
　　8 绝缘电阻
　　表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能.绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关.

　　三、音频变压器和高频变压器特性参数

　　1 频率响应
　　指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性.
　　2 通频带
　　如果变压器在中间频率的输出电压为U0,当输出电压(输入电压保持不变)下降到0.707U0时的频率范围,称为变压器的通频带B.
　　3 初、次级阻抗比
　　变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配,则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比.在阻抗匹配的情况下,变压器工作在最佳状态,传输效率最高.

摘要： 软开关变换器在零电压、零电流条件下开通（关断），开关损耗小，所以它可以在高频状态下工作。所以变压器、电感、电容的体积可以大大减小，提高了功率密度以及动态响应性能。与此同时，它能消除相应的电磁干扰（ EMI ）和射频干扰（ RFI ），提高变换器的可靠性。

关键词： 硬开关 软开关 谐振

Abstract: The soft switching converter turns on (turns off) under the zero-voltage conditions or under the zero-current conditions. The switching frequency can be increased due to the lower switching power losses 。 The size of transformer, inductor, capacitor are reduced drastically, the power density is increased, and the dynamic behavior is improved. At the same time it can eliminate the EMI and RFI ， so the reliability is increased,

中图分类号 : 文献标识码 : 文章编号：

A SURVEY ON SOFT SWITCHING TECHNOLOGY

Yang Mingze1 Chen Jinyun2

(1 Minxing Power Limited Company ； 2 South China University of Technology,)

Abstract: The soft switching converter turns on (turns off) under the zero-voltage conditions or under the zero-current conditions. The switching frequency can be increased due to the lower switching power losses 。 The size of transformer, inductor, capacitor are reduced drastically, the power density is increased, and the dynamic behavior is improved. At the same time it can eliminate the EMI and RFI ， so the reliability is increased,

Key words: hard-switching soft-switching resonant

1 引 言

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开元件的占空比来调整输出电压。开关电源的构成框图如图 1 所示，它由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。功率变换是其核心部分，主要由开关电路和变压器组成。为了满足高功率密度的要求，变换器需要工作在高频状态，开关晶体管要采用开关速度高、导通和关断时间短的晶体臂，最典型的功率开关晶体管有功率晶体管 (CTR) 、功率场效应管（ MOSFET ）和绝缘型双极型晶体管（ IGBT ）等 3 种。控制方式分为脉宽调制、脉频调制、脉宽和频率混合调制等 3 种，其中最常用的是脉宽调制（ PWM ）方式。

图 1 开关电源构成框图

从 60 年代开始得到发展和应用的 DC － DC PWM 功率变换技术是一种硬开关技术。为了使开关电源在高频状态下也能高效率地运行，国内外电力电子界和电源技术界自 70 年代以来，不断研究开发高频软开关技术。软开关和硬开关波形比较如图 2 所示。

图 2 软开关和硬开关波形

从图可以看出，软开关的特点是功率器件在零电压条件下导通（或关断），在零电流条件下关断（或导通）。与硬开关相比，软开关的功率器件在零电压、零电流条件下工作，功率器件开关损耗小。与此同时， du/dt 和 di/dt 大为下降，所以它能消除相应的电磁干扰（ EMI ）和射频干扰（ RFI ），提高了变换器的可靠性。同时，为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化。要提高开关频率，同时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关技术软开关技术已经成为是开关变换技术的一个重要的研究方向。本文对软开关和硬开关的工作特性进行比较，并对软开关技术进行了详细阐述。

2 硬开关的工作特性

图 3 是开关管开关时的电压和电流波形。开关管不是理想器件，因此在开关管开关工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗 (Switching Loss) 。开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。

图 3 开关管开关时的电压和电流波形

传统 PWM 变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工作频率的提高 , 它存在如下问题：

(a) 开通和关断损耗大：在开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠致使器件的开通损耗和关断损耗随开关频率的提高而增加。

(b) 感性关断问题：电路中难免存在感性元件 ( 引线电感、变压器漏感等寄生电感或实体电感 ) 、当开关器件关断时，由于通过该感性元件的 di ／ dt 很大，和 dv/dt ，从而产生大的电磁千扰 (Electromagnetic Interference ， EMI), 而且产生的尖峰电压加在开关器件两端，易造成电压击穿。

(c) 容性开通问题：当开关器件在很高的电压下开通时，储藏在开关器件结电容中的能量将全部耗散在该开关器件内，引起开关器件过热损坏。

(d) 二极管反向恢复问题：二极管由导通变为截止时存在着反向恢复期，在此期间内，二极管仍处于导通状态，若立即开通与其串联的开关器件，容易造成直流电源瞬间短路，产生很大的冲击电流，轻则引起该开关器件和二极管耗急剧增加，重则致其损坏。图 4 给出了接感性负载时，开关管工作在硬开关条件下的开关的开关轨迹，图中虚线为双极性晶体管的安全工作区（ Safety operation area ， SOA ），如果不改善开关管的开关条件，其开关轨迹很可能会超出安全工作区，导致开关管的损坏。

图 4 开关管工作在硬开关条件下的开关轨迹

3 软开关技术的特性和实现策略

从前面的分析可以知道，开关损耗包括开通损耗和关断损耗。利用软开关技术可以减小变换器的开通损耗和关断。软开关的开通和关断波形如图 5 所示。

（ a ）零电流开通和关断 图 5 （ b ）零电压开通和关断

图 5 软开关开通和关断波形

软开关的开通有以下几种方法：

(a) 零电流开通：在开关管开通时，使其电流保持在零，或者限制电流的上升率，从而减小电流与电压的交叠区。从图 5 （ a ）可以看出，开通损耗大大减小。

(b) 零电压开通：在开关管开通前，便其电压下降到零。从图 5 （ b ）可以看出，开通损耗基本减小到零。

(c) 同时做到 (a) 和 (b) ，在这种情况下，开通损耗为零。这种情况最为理想。

同理，软开关的关断有以下几种方法： :

(a) 零电流关断：在开关管关断前，使其电流减小到零。从图 5 （ a ）可以看出关断损耗基本减小到零。

(b) 零电压关断：在开关管关断时，使其电压保持在零，或者限制电压的上升率，从而减小电流与电压的交叠区。从图 5 （ b ）可以看出，关断损耗大大减小。

(c) 同时做到 (a) 和 (b) ，在这种情况下，关断损耗为零。

图 6 给出了开关管工作在软开关条件下的开关轨迹，从图中可以看出，此时开关管的工作条件很好，不会超出安全工作区。

图 6 开关管工作在软开关条件下的开关轨迹

4 软开关技术的实现及其类型

变换器的软开关技术实际上是利用电感和电容来对开关的开关轨迹进行整形，最早的方法是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看，它是将开关损耗转移到缓冲电路消耗掉，从而改善开关管的开关条件。这种方法对变换器的变换效率没有提高，甚至会便效率有所降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，而是真正减小开关损耗，而不是开关损耗的转移。软开关变换器有谐振型变换器、零开关 PWM 变换器、零转换 PWM 变换器三种类型，以下将对其进行详细分析：

（ 1 ）谐振型变换器

利用谐振现象，使电子开关器件上电压或电流按正弦规律变化，以创造零电压开通或零电流关断的条件，以这种技术为主导的变换器称为谐振变换器。它又可以分为全谐振型变换器、准谐振变换器和多谐振变换器三种类型。

（ a ）全谐振型变换器：一般称之为谐振变换器 (Resonant converters) 。该类变换器实际上是负载谐振型变换器，按照不同的分类方式，它又可以分为不同的类型。

按照谐振元件的谐振方式，分为串联谐振变换器 (Series resonant converters, SRCs) 和并联谐振变换器 (Parallel resonant converters, PRCs) 两类。

按载与谐振电路的连接关系，谐振变换器可分为两类 : 一类是负载与谐振回路相串联，称为串联负载 ( 或串联输出 ) 谐振变换器 (Series load resonant converters, SLRCs ， ); 一类是负载与谐振回路相并联，称为并联负载 ( 或并联输出 ) 谐振变换器 (Parallel load resonant converters, PLRCs), 在谐振变换器中，谐振元件一直谐振工作，参与谐振工作的全过程。该变换器与负载关系很大，对负载的变化很敏感，一般采用频率调制方法。

（ b ）准谐振变换器 (Quasi-resonant converters, QRCs) ：它开关技术的一次飞跃，其特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程参与。由于正向和反向 LC 回路值不一样，即振荡频率不同，电流幅值不同，所以振荡不对称。一般正向正弦半波大过负向正弦半波，所以常称为准谐振。无论是串联 LC 或并联 LC 都会产生准谐振。利用准谐振现象，使电子开关器件上的电压或电流按正弦规律变化，从而创造了零电压或零电流的条件，以这种技术为主导的变换器称为准谐振变换器。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变换器 (Zero-current-switching Quasi-resonant converters, ZCS QRCs) 和零电压开关准谐振变换器 (Zero-voltage-switching Quasi-resonant converters, ZVS QRCs) 。

（ c ）多谐振变换器 (Multi-resonant converters, MRCs) ：它和准谐振变换器一样，也是开关技术的一次飞跃，其特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程参与。多谐振变换器的谐振回路、参数可以超过两个，例如三个或更多，称为多谐振变换器。多谐振变换器一般实现开关管的零电压开关。这类变换器需要采用频率调制控制方法。

为保持输出电压不随输入电压变化而变化，不随负荷变化而变化（或基本不变），谐振、准谐振和多谐振变换器主要靠调整开关频率，所以是调频系统。调频系统不如 PWM 开关变换器那样易控，这是因为调频系统是依靠 L 、 C 振荡使得电路产生谐振和准谐振的， L 、 C 振荡所产生的正弦波具有较高的电压或电流的有效值，通常会使导电损耗有所增加，功率器件所受的电压与电流的应力都要比相应的硬开关 PWM 变换电路功率器件承受的压力大，并且该应力随电路的 Q 值和负载变化而变化。调频系统是依靠改变开关频率来改变变换器的输出，开关频率大范围变化使得滤波器、变压器设计难以优化，干扰难以抑制，而且由于调频来调节输出，负载变化大时，相应的电压和电流调节范围比相应 PWM 变换电路窄，超前一定范围后，变换电路不能达到零电压或零电流开关条件，不能达到满载或空载。因此为了克服调频系统的缺点和充分发挥 PWM 的优点，出现了零开关－ PWM 变换器和零转换－ PWM 变换器

(2) 零开关 PWM 变换器 (Zero switching PWM converters): 它可分为零电压开关 PWM 变换器 (Zero-voltage-switching PWM converters) 和零电流开关 PWM 变换器 (Zero-current-switching PWM converters) 。该类变换器是在准谐振变换器的基础上，加上一个辅助开关管，来控制谐振元件的谐振过程，实现恒定频率控制，即实现 PWM 控制。这样，变换器已有电压过零（或电流过零）控制的软开关特点，又有 PWM 恒频调宽的特点。这时谐振网络中的电感是与主开关串联的。与准谐振变换器不同的是，谐振元件的谐振工作时间与开关周期相比很短，一般为开关周期的 1/10~1/5 。

(3) 零转换 PWM 变换器 (Zero transition converters): 零转换－ PWM 变换器，与零开关－ PWM 变换器并无本质上的差别，也是软开关与 PWM 的结合。只不过谐振网络与主电子开关是相并联的。它可分为零电压转换 PWM 变换器 (Zero-voltage-transition PWM converters, ZVT PWM converters) 和零电流开关 PWM 变换器 (Zero-current-transition PWM converters, ZVT PWM converters) 。这类变换器是软开关技术的又一个飞跃。它的特点是变换器工作在 PWM 方式下，辅助谐振电路只是在主开关管开关时工作一段时间，实现开关管的软开关，在其他时间则停止工作，这样辅助谐振电路的损耗很小。

5 结 论

为使开关电源轻、小、薄，发展趋势是高频化。而高频化使传统的 PWM 开关功耗加大、效率降低、噪声增加。因此，实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。国际上开关变换器正向软开关、高频化发展。

参考文献：

[1] “An improved family of zero-voltage-transition PWM converter”, Yan Zhu, Daohong Ding, proceedings of International Power Electronics & Motion Control Conference, 1996, Page(s):317-321

[2] “Power electronic converter technology” Steigerwald, R.L, Proceedings of the IEEE , Volume: 89 Issue: 6 , June 2001 , Page(s): 890 –897

[3] 新颖开关稳压电源，叶慧贞，杨兴洲 编著，国防工业出版社。

[4] 开关电源的原理与设计，张占松，蔡宣三 编著，电子工业出版社。

作者简介：

杨铭泽（ 1976 ） 男，大专，电器专责。研究方向为高电压技术及电力电子 陈锦云 (1976-) 女，硕士研究生。研究方向为电力电子；

    在科技高度发展的今天，电子计算机越来越广泛的应用于国民经济的各个领域，这就要求电子计算机必须稳定、可靠运行来保障整个系统正常地发挥作用。电子计算机能否正常运行不仅取决于自身软硬件的配置，而且与外部空间——计算机机房环境建设息息相关。

    机房建设是一项集计算机技术、网络技术、通讯技术、建筑、装饰、空调、电工、电子、自动检测及控制、环境保护、安全防范、抗干拢等多学科的综合系统工程。公司在全面掌握各专业技术的基础上，集以往成功之经验，把握现代计算机技术发展态势，提出了“系统化、集成化、智能化”的机房建设理念。

    现代资迅的迅速发展，使众多先进设备的配合使用愈加显得重要。同样，包容其设备的机房就倍加引起具有现代管理意识的人们的重视。一个具备先进、合理性、实用性、可扩展性、可展示性、设计独特、用材新颖、施工考究的机房，必然具有一定的历史生命力。

    1.1 设计目标

    确保各种精密设备稳定可靠运行

    保障工作人员良好的工作环境

    各项功能完整配套，达到专业规范、技术选进、经济合理、安全适用、质量优良、管理方便之目的 在经济适用的前提下，选择优质机房专用装修材料，达到最佳装修效果。

    1.2 设计依据

   《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)

    《电子计算机机房设计规范》(GB50193)

    《电子计算机机房施工及验收规范》(SJ/T30003-93)

    《计算机机房用活动地板技术条件》(GB6650)

    《计算机站场地安全要求》(GB9361-88)

    《室内装饰工程质量规范》(GB1838-93)

    《火灾自动报警系统设计》(GBJ116-92)

    《火灾自动报警系统施工及验收规范》(GB50116-92)

    《建筑内部装修设计防火规范》(GBJ79-85)

    《灭火系统低压配电设计规范》(GB50054-95)

    《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)

    《民用建筑照明设计标准》

    《工业企业照明设计标准》(TJ34-79)

    《处理保密信息的电磁屏蔽室的技术要求和测试方法》(BMB3-1999)

    《通讯机房静电防护通则》(YD/T754-95)

    《环境电磁卫生标准》(GB8715-88)

    《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)

    《工程管道工程施工及验收规范》(GBJ235)

    1.3 机房环境设计指标

    依据《电子计算机机房设计规范》中的有关要求，机房区在使用机房专用空调的情况下：

    温度：23℃±2℃(夏季)、20℃±2℃(冬季)

    湿度：55%±10%

    湿度变化率：<5%不凝露

    尘埃：国际B级，粒径≥0.5μm其个数≤18000/d3

    噪音：68dB(主机操作人员位置;计算机停机测试)

    照度：机房≥400LX;辅助房间≥200LX;应急照明≥50LX

    接地电阻：R≤1Ω，零地电位差≤1V

    1.4 机房设计要求

    计算机机房的供电应有单独的供电回路，采用三相五线制

    计算机机房的设备供电和空调供电应为两个独立回路，其中设备供电应按设备总用电量的1.5倍进行预留，而空调用电按空调设备的要求供配即可。

    计算机机房内的插座应分三种，它们分别是：不间断电源(UPS)供电的计算机专用防水插座，不间断电源(UPS)供电的设备用三孔标准插座，市电直接供电的设备用五孔标准插座。

　　计算机机房内设备电源的电压变化应在220V±5%之内，频率变化应在50Hz±0.5Hz之内。

　　计算机机房内的照明应分工作照明和应急照明(E)两类，工作照明接入配电柜，应急照明接入UPS 计算机机房内照明装置宜采用无眩光灯盘，照明亮度应达300LUX，应急照明亮度应大于60LUX 计算机机房内的配电系统应考虑到与应急照明系统的自动切换和消防系统的联动。

　　1.5 装修工程分项说明

　　⑴ 装饰材料

　　装饰材料应符合计算机机房设计规范的要求，选用气密性好、不起尘、易清洁，并经长期使用变形小的材料，平面布置应满足计算机工艺要求，工艺流程应合理。

　　⑵ 天花

　　计算机机房天花板统一采用铝合金平板天花以轻钢龙骨安装，龙骨架构由槽形镀锌主骨及T型龙骨两层组成，槽形主骨由可调螺杆与建筑物楼板连接，承挂整个天花吊棚重量，并起到精确调整天花平面的作用。T型龙骨由专用挂件固定于槽形主骨上，用于夹紧天花画板。此种天花安装工艺适合于对面一致性要求高、需要装拆检修以及对气密性、隔音效果等有较高要求的场合。

　　⑶ 地板

　　机房中均采用活动地板。其特点是：预留空间，便于系统布线，承重能力高，方便机房各设备的摆放，拆卸方便，便于各系统的维护，活动地板下为空调系统的静压送风风库(或称静压箱)，面板为防静电处理，一般电阻值1×107—1×1010Ω之间。

　　⑷ 墙面

　　机房室内墙身采用铝塑板材料，该装饰材料美观耐用、防火、便于清洁。铝塑板以轻钢龙骨—石膏板结构作衬底安装，铝塑板金属面全部由导线连接到接地点，以达到良好的电磁辐射(EMI)及静电的屏蔽效果。

　　1.6 机电系统

　　⑴ 配电工程

　　计算机机房设备包括计算机设备、外部设备、辅助设备和工程工艺设备四大部分，计算机机房的供配电系统就是为满足这四部分的要求，为保证获得稳定、可靠的电源而服务。计算机机房的供配电系统是机房工程中的关键项目，是一个综合性供配电系统，建设计算机机房必须建立一个优质、稳定、可靠的供配电系统。

　　主电源：

　　计算机主设备供电系统由一台40KVAUPS构成的组合系统提供，建立不间断供电方式，由专用电缆引至负载分配屏，供给连接计算机主设备的专用插座使用。

　　计算机辅助设备供电(如空调、照明维修等)，由各楼层电柜分别引线至各机房的配电柜。

　　配电：

　　380/220V 50Hz的低压配电系统采用TN-S系统即三相五线制，单相三线制以实现强弱电设备无电流安全保护接地，电气部分是计算机机房的核心部分，直接关系到计算设备能否安全可靠地运行，各间机房各设配电柜一个，所有配电柜的主配电开关均带分励脱扣器，供事故情况下紧急切断电源用，柜上设有电压电流表以监视电源电压和电流及相的平衡关系。

　　⑵ 照明工程

　　计算机房照明质量标准的选择，不仅会影响计算机操作人员和软硬件维修人员的工作效率和身健康，而且会影响计算机的可靠运行。根据经验，按照每平方米14W照明功率配置，可在比较宽敞的机房内，离地点0.8米处达到400-500LX的照度，完全符合《GB2287-89计算站场地技术条件》。

　　由于机房内天棚、地板、墙壁等表面均采用柔光材料，所以机房内可在高照度下不产生眩光，保持明亮、清晰的环境。工程灯具配有幅翼型配光曲线、照度均匀，与棚板搭配，可获得良好的视觉效果。根据规定，计算机房必须具备应急照明系统，照度要求不低于50LX。应急照明系统由UPS供电，机房区每个灯具设一只应急照明灯管，消防通道设疏散指示灯。

　　⑶ 防雷工程

　　在机房市电输入(要求三相五线制)总配电柜进线端安装高速、大容量避雷装置，以吸收电源线路感应雷或市电接地系统高电位反击，保护机房内空调、UPS等使用市电的负载。

　　⑷ 接地工程

　　建议本工程安全保护地、防雷接地、抗静电接地使用大楼综合接地系统，机房内所有电气设备外壳、金属管道、金属吊顶、全钢抗静电地板、金属隔断框架均牢固连接大楼综合接地，接地电阻不大于1欧姆。

　　采用防腐长效降阻剂，其特点是降阻效果好，性能稳定，使用寿命在十五年以上。

　　电源输出之中性线与接地线之间电压应不小于1伏特，不论计算机开启与否，电压值依然不得超过1伏特。

　　接地线与接地极至电源引入间，配置镀锌钢管保护并妥为固定。

　　⑸ 空调工程

　　若大楼内机房的面积不是很大，建议采用大楼系统的中央空调系统，节约开支。

　　⑹ 新风系统工程

　　为了满足机房内工作人员对新风的要求，又可以保持机房内的正压，防止外界不洁空气的侵入，机房内应有新风系统，新风经初效、中效、亚高效过滤器过滤，进入机房区。

　　新风量的选取，按设计要求选取：不小于空调总风量的15%，满足人均新风量不小于40m3/h，机房室内外压差：7-12Pa。

　　若大楼内机房的面积不是很大，建议采用大楼系统的新风系统，节约开支。

电容的耐压，表示电容在一定条件下连续使用所能承受的电压。如果加在电容上的工作电压超过额定电压，电容内部的绝缘介质就有可能被击穿，造成极片间短路或严重漏电。因此，电容的工作电压不能大于其额定耐压，以保证电路可靠工作。

对于电解电容器，漏电流是性能指标中重要的一项。电解电容的漏电流与电压的关系密切，漏电流随工作电压的增高而增大。当工作电压接近阳极的赋能电压时，漏电流会急剧上升。通过测试电解电容的漏电电流，可以推算出它的极限耐压和额定耐压，对于电路中电容耐压的取值，有直接的参考意义。

根据这个原理，笔者设计并制作了～款电容耐压测试仪，其线路简单、成本低廉、制作容易，较好地解决了业余条件下电容耐压测试的问题。

测试仪电路原理如附图所示。

变压器T1和T2型号相同，背靠背对接，提供高低压两组电源，并起到隔离作用。低压的经整流滤波后，由R1、DWl、Q1、Ral～Ral 1组成电流可调的恒流源。高压的经整流滤波后由Rbl～RblO、DW2分压，Q2输出可调的直流电压。使用时选择合适的电压Uc和电流Jc，将被测电容 接到Cxa、Cxb两点上，此时会看到电压表指针缓慢偏转，达到一定的位置后静止，指针所指的电压即为该电容在漏电电流为lc时所承受的耐压。

波段开关K3、K4(各单挡11位)分别是测试电压和电流(即漏电流)选择开关，其测试量程如表1所示。表2为则试电路中的元件清单。

一、测试电路的使用方法
1．将测试电压调到比电容额定电压高一些的挡位。如测试35V的申容．可将挡位放到64V，测试50v的电容，可将挡位放到64M或96V。挡位高一些对测试结果影响不大，只是挡位越高，三极管Q1的功耗相应会大一些。

2．选择合适的测试电流。测试电流应根据电容容量来选择，容量越大测试电流也越大。对于4700μF以上的电容，可选择大于10mA的测试电流；对于1000～4700μF的电，容，可选择5mA左右的测试电流：对于10μF以下的电容，可选择0.2～1mA的测试电流。

3．红色鳄鱼夹接电容正极，黑色鳄鱼夹接电容负极。接好后看到电压表指针先匀速缓慢偏转。正常情况下偏转位置应超过额定电压，当达到某一值时其指针 偏转变慢，并且越来越慢，最终静止下来，此时电容的漏电流等于Q1集电极的恒流电流，电压表所指示的电压，为此电容在漏电电流为Ic时所承受的耐压，可粗 略认为是该电容的极限耐压。

4测试完毕后将开关K2闭合，待电容放电后取下。

表3是利用附图的测试电路测量的部分电解电容器的产品实例。

二、测试经验总结

1．电容容量越大，测试电流(漏电流)也应相应变大。

国产的铝电解电容器，在额定电压6.3～450V，标称容量10～680μF时，漏电流可按下列公式计算：

I≤(KxCxU)／1000

公式中：
I为漏电流(mA)；
K为系数(20℃±5℃时，K=O.03)
U为额定工作电压(V)；
C为标称容量(μF)：

2．由于电解电容器只能单向工作，如将电解电容正负端接反测试，在5mA电流下测试其电压会极低，大约只有4V左右。

3．长期不用的电解电容器，由于氧化膜的分解，容量、耐压都有一定的衰减，在第一次使用时，应先加低压(1／2额定耐压)老化一段时间(等效电解电容器的赋能)。

4．同样的容量和耐压的电解电容器，其体积较大、分量较重的一般耐压性能更好些；同样的容量和耐压的电解电容器，其相同的测试电流，电压指针偏转快的，漏电流较小。

5．正品电解电容极限耐压一般为其额定电压的120％左右。

6．当工作电压高于额定电压时，电容就较容易击穿。因此选用电解电容时，应使额定电压高于实际工作电压，并要预留一定的余量，以应付电压的波动。一般情况下，额定电压应高于实际工作电压的10％～20％，对于工作电压稳定性较差的电路，可酌情预留更大的余量。

7．使用本电路测试电解电容器，不会造成电容的损坏。

三、测试电路的改进
1．由于没有购买到合适的电压表头，DC250V以上挡不能指示。如果能够换成DC320v表头就比较理想。表头量程也不宜太大，否则会降低分辨率，用这样的表头去测试低耐压电容时，会造成读数偏差太大。

2．为了取得更准确的测试电压，可将Rbl～Rbl0分压电阻换成相应稳压值的稳压管(加限流电阻)或多圈精密可调电阻。

3．V1若换成数字式电压表，电压读数将更加直观、精确。不过需另外加装一组DC5v浮动电源。

4．恒流电阻Ral～Rall，若用一只47∞电阻串联一只4.7kΩ多圈精密电位器代替后，其恒流值(1.1～12mA)可连续可调。

四、测试电路功能的扩展

除了测试电解电容，本仪表还可以测试以下元件的部分参数：
1．薄膜电容的耐压。薄膜电容的极限耐压一般高于其额定电压的50％～100％，测试时选择小电流挡(<lmA)，电压可选择2倍额定电压。相同容 量的电容，充电速度越快，漏电流和损耗越小，质量越好。金属化薄膜电容器在测试时如听到轻微的"啪啪"声，说明其内部有局部击穿，应降低测试电压。

2．压敏电阻的保护电压。电压挡和电流挡都可以放在最大挡位测试，电压表头所指即为压敏电阻的保护电压。

3．LED的工作电压。由于LED的工作电压较低(1.5-3V)，需在Cxal、Cxbl处并联数字电压表，电流挡选择5～10mA，通过数字表读数。

4．二极管的反向击穿电压。对于1N4001系列耐压，其值小于250V的塑封二极管，电流挡可选择lmA，电压挡调至最高，利用电压表头读出其反向击穿电压。

5．稳压二极管的工作电压。电流挡调至1～5mA，电压挡可略高于其额定值，在电压表头上可读出二极管的实际的稳压值。

通信电源是通信畅通的重要保障。蓄电池组作为通信电源系统的重要组成部分，是电源系统稳定、可靠运行和优质供电的最后保证。

VRLA（Valve-regulate Lead Acid）蓄电池由于具有体积小、体积比能大、无污染、在使用期间不需加水和维护相对简单等优势而被迅速推广，VRLA蓄电池已成为电信电源系统的重要组成部分。

在近几年的实际使用中，因VRLA蓄电池故障造成的通信中断事件屡屡发生，部分设计寿命为10～15年的阀控式密封铅酸蓄电池在使用3～4年后即出 现故障，对电信电源的供电造成威胁。VRLA蓄电池的外壳一般为ABS工程塑料，在维护中无法像对防酸式蓄电池那样以测量电液比重、观察液面和极板等判断 电池的好坏。随着维护体制改革的深化和电源集中监控系统的逐步实施，电源维护也由传统的单一专业的现场职守维护，变为少人、无人执守的综合维护。维护人员 减少，设备维护量不断增加，因此传统的蓄电池维护测试方法已很难满足维护的需要。因此，结合目前电信维护模式和维护手段，确定高效、准确的综合测试方法判断VRLA蓄电池的好坏日益重要。

1 VRLA蓄电池的容量与电池内阻或电导的关系

通常，VRLA蓄电池的实际容量小于额定容量的80%，即认为电池的寿命已终结。通过电池内阻或电导的测量我们可以判断电池极板的表面情况，判定其 化学反应能力。一般认为电池的故障均会引起其内阻或电导的变化，单体电池的容量随其内阻的增加而下降。电池的内阻、电导值可以用电池内阻测试仪、电导测试 仪方便地测出，[但电池的内阻随电池温度的变化而变化(可以修正)]。电池内阻与测试接触电阻在一个数量级（都是0.1MΩ级），测试受接触电阻和测试仪 表的影响很大，测试结果的离散性较大，而用以判断电池好坏的基准内阻值也受测试人和测试环境的影响难以准确确定，因而通过测量电池浮充状态下的内阻来判断 电池的好坏并不是很理想的方法。

电池的电导测试值和电池的放电时间（容量）有紧密的关联性。因此用电池的电导可以判断电池状态的好坏。

电池的电导值与电池容量的关联性较好，一般情况下，当电池浮充时的电导值大于等于其参照电导值的65%可判断为“健康”电池；小于等于其参考电导值 的55%时，可判断为故障电池。各个厂家用相同技术生产的相同容量VRLA蓄电池的电导值差别不大，所以电池的参考电导值可以通过测量一组新电池组的平均 电导值获得。电导测试虽然判断范围过大，不利于准确地判断故障电池，但因其测试简单，省时、省力，用于定性判断电池的好坏还是非常有效的。

2  根据电池端电压的一致性判断电池组的故障电池

根据《电信电源维护规程》的要求，一组电池的单体端电压不允许超出电池平均单体电压的±50mV（超出电压范围的电池可能由没有正常充电或电池故障 引起的）。电池组在正常浮充状态下的充电电流，一是补偿电池自放电损耗，二是用于氧循环复合中PbSO4再充电转变为Pb，这个电流值一般情况下非常小， 通常只有几安培。浮充状态下，端电压不能准确反映出电池内阻的大小。同时，由于VRLA蓄电池的浮充电压和电流的关系受电池内部氧再化合的影响，单体电池 浮充电压的偏移范围较大，因此这种方法检测的结果存在误差。曾出现过，浮充端电压正常，而放电时电池不能放电的情况。所以这种检测方法不能准确地判断电池 的好坏。

3  根据电池端电压特征曲线判断电池的好坏

根据电化学理论，铅酸蓄电池的内阻R包括欧姆内阻RΩ和极化内阻RP，其中欧姆内阻RΩ指的是极板、极柱、汇流条、溶液、隔膜的电阻，这类电阻符合 欧姆定律。极化内阻RP是指电极的电荷传递极化电阻、扩散极化电阻等，它们不符合欧姆定律。电池充、放电时，电池的阻抗Z和电池的内阻有对应的关联性，内 阻大，电池的阻抗必然也大。因此，电池的内阻和电池组充放电时的端电压存在关联关系。铅酸蓄电池在放电时，电池的端电压=电池的化学电动势－电池两端的电 压降。端电压低，说明电池的阻抗大，内阻也大，电池的容量小，反之亦然。铅酸蓄电池在充电时，电池的端电压=电池的化学电动势+电池两端的电压降。端电压 高，电池的阻抗大，内阻也大，电池的容量小，反之亦然。对于一组良好的电池组，其充、放电的各个端电压特征曲线必然是均匀、一致的，因此，通过测量电池组 的端电压也可以判断一组电池的好坏。在已经实施动力设备及环境集中监控的局所，通过短时间的放电，或利用市电停电时的电池放电端电压曲线来检查电池的好坏 是行之有效的办法。

图1是通过动力监控系统检测到的电池放电端电压曲线，可以非常准确地判断电池的优劣。图1（a）表明9#电池的性能良好，图1（b）则表明电池组中2#电池为故障电池，虽然在放电前浮充电压正常.。

利用蓄电池容量测试仪对电池组进行约15 min短时间的在线放电检测，根据端电压特征曲线确定落后电池，并预测电池的容量。这种方法和动力监控系统的检测原理一样，都是利用了电池充放电时端电压 与电池内阻的关联性，不同的是蓄电池容量测试仪在软件上预加了正常电池的端电压特征曲线，通过对照可以计算出电池的容量。

（a）             　　　　　　　　　　　　                     （b）

图1  通过动力监测系统检测到的电池放电端电压曲线

利用动力设备监控系统和智能蓄电池容量测试仪通过对VRLA蓄电池进行在线短时间放电检测，可以判断出故障电池，利用智能蓄电池容量测试仪还可以较 准确地预测出电池组的容量。但是，VRLA蓄电池（尤其是使用年限较长的电池）大电流深度充、放电的过程有可能不是完全可逆的，单纯的短时放电快速测试电 池容量的方法依然不能完全准确地反应出电池组的实际容量。

4  离线式容量试验

对电池组进行离线放电试验，以10小时率放电可以准确地测量电池组的容量，但蓄电池组必须脱离系统, 在放电过程中找出落后电池, 以落后电池到达终止电压时的放电时间与放电电流来估算其容量, 并以此容量作为整组电池的容量。但这种方法存在很多缺点：

（1）电池组需脱离系统,，在放电期间和放电后的充电期间，如遇紧急情况，电池不能向负载供电。

（2）容易因人为疏忽造成过度放电，同时放电试验会加速电池的老化，减少电池的使用寿命。

（3）工作量过大, 难以全面进行，需消耗大量电能。

（4）试验给出的是试验时电池的容量和性能，不能预测电池组未来的容量和性能。 

因此，这种办法应避免频繁地使用。

5  确定判断VRLA蓄电池好坏的综合测试方法

通过以上比较可知，目前所常用的几种VRLA蓄电池的测试方法中单独的任何一种都难以准确、高效的确定VRLA蓄电池的容量与好坏，只有针对不同的维护对象根据目前电信的维护模式和维护手段，综合利用VRLA蓄电池的几种测试方法，才能保证维护质量，确保安全供电。

（1）对于交换端局及以上综合局的直流供电系统的主电池组，日常可以通过监控系统监测电 池组的端电压；周期性（每季或半年）观测、分析市电停电时或人为设低整流系统的系统输出电压时的电池组短时充、放电单体电池的端电压特征曲线；人工周期巡 检时（每月），应对电池组进行必要的清洁、维护，测量单体电池的电导值并与电池组的参考电导值和历史测量的电导值进行分析比较；每年可以用快速电池容量测 试仪预测电池组容量；每两年应按《电信电源维护规程》要求做一次离线电池组容量试验并修正快速容量测试的结果。

（2）UPS等 系统的高电压电池组，因为单体数量多、电压高，一般监控系统没有对电池组单体端电压进行监测，因此在人工周期巡检时（每月），应对电池组进行必要的清洁、 维护，测量单体电池的电导值和端电压并与电池组的参考电导值和历史测量值进行分析、比较；有条件的每年还可以对电池组进行快速容量试验或核对性容量试验。

（3）农话、接入网点 的电池组，由于网点多而分散，维护人员少，为节省投资，监控系统一般也没有对电池组单体端电压进行监测，因此很难保证常规维护。对此，可以通过人工周期巡 检（每月或季）对电池组进行必要的清洁、维护，测量单体电池的电导值和端电压并与电池组的参考电导值和历史测量值进行分析、比较；有条件的还可以每年（或 两年）对电池组进行一次快速容量试验。

最 近几年，与不少断路器的使用者相互磋商、探讨，并在专业刊物上阅读了一些断路器选用的文章，感到收益很大，但又觉得断路器的设计、制造者与它的用户之间由 于沟通、交流和宣传不够，致使电器产品的用户在选择低压断路器上还存在一部分偏失。据此，笔者拟再次论述断路器的选择和应用，以期抛砖引玉、去伪存真。 
 
      1、按线路预期短路电流的计算来选择断路器的分断能力精确的线路预期短路电流的计算是一项极其繁琐的工作。因此便有一些误差不很大而工程上可以被接受的简 捷计算方法：(1)对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无穷大(10KV侧的短路容量一般为200~400MVA甚至更 大，因此按无穷大来考虑，其误差不足10%)。(2)GB50054-95《低压配电设计规范》的2.1.2条规定：“当短路点附近所接电动机的额定电流 之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机的总功率约在150KW，且是同时启动 使用时此时计入的反馈电流应是6.5∑In。(3)变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压的百分 值。因此当原边电压为额定电压时，副边电流就是它的预期短路电流。(4)变压器的副边额定电流Ite=Ste/1.732U式中Ste为变压器的容量 (KVA)，Ue为副边额定电压(空载电压)，在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此简单计算变压器的副边额定电流应是变压器容量 x1.44～1.50。(5)按(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)= Ite/Uk，此值为交流有效值。(6)在相同的变压器容量下，若是两相之间短路，则I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)(7)以上计 算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路事故。如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因此短路电流将减小。例如SL7系列变压 器(配导线为三芯铝线电缆)， 容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I(3)为7210A。短路点离变压器的距离为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变 压器容量为100KVA时其出线端的短路电流为3616A。离变压器的距离为100m处短路时，短路电流为2440A。远离100m时短路电流分别为0m 的65.74%和67.47%。所以，用户在设计时，应计算安装处(线路)的额定电流和该处可能出现的最大短路电流。并按以下原则选择断路器：断路器的额 定电流In≥线路的额定电流IL断路器的额定短路分断能力≥线路的预期短路电流因此，在选择断路器上，不必把余量放得过大，以免造成浪费。

2、断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力国际电工委员会的IEC947-2和我国等效采用IEC的GB4048.2《低压开关设备和控制设 备低压断路器》标准，对断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下的定义：断路器的额定极限短路分断能力(Icu)：按规定的试验程序所规定的条 件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；断路器的额定运行短路分断能力(Ics)：按规定的试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定 电流能力的分断能力。极限短路分断能力Icu的试验程序为otco。其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流值(例如380V，50KA)，而试 验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50KA短路电流，断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合 闸。t为间歇时间(休息时间)，一般为3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通试验是考核 断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损)。此程序即为CO。断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超妯规定的损伤，就认定它的极限分断 能力试验成功；断路器的运行短路分断能力(Icu)的试验程序为otcotco，它比Icu的试验程序多了一次co。经过试验，断路器能完全分断、熄灭电 弧，并无超出规定的损伤，就认定它的额定进行短路分断能力试验通过。Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验。由于运行短路分断 后，还要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。 Icu和Ics短路或实际考核的条件不同，后者比前者更严格、更困难，因此IEC947-2和GB14048.2确定Icu有四个或三个值，分别是 25%、50%、75%和100%Icu(对A类断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类断路器，即万能式或称框架式)。断路器的制造 厂所确定的Ics值，凡符合上述标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品。万能式(框架式)断路器，绝大部分(不是所有规格)都具有过载长延时、短 路短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护，因此大多数主干线(包括变压器的出线端)都采用它作主(保护)开关，而塑壳式断路器一般不具备短路 短延时功能(仅有过载长延时和短路瞬动二段保护)，不能作选择性保护，它们只能使用于支路。由于使用(适用)的情况不同，IEC92《船舶电气》建议：具 有三段保护的万能式断路器，偏重于它的运行短路分断能力值，而大量使用于分支线塑壳断路器确保它有足够的极限短路能力值。我们对此的理解是：主干线切除故 障电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，所以发生短路故障时要求两个CO，而且要求继续承载一段时间的额定电流，而在支路，经过极限短路 电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新的(停电的影响较小)。但是，无论是万能式或塑壳式断路器，都有必须具备 Icu和Ics这两面三刀个重要的技术指标。只有Ics值在两类断路器上表现略有不同，塑壳式的最小允许Ics可以是25%Icu，万能式最小允许Ics 是50%的Ics=Icu的断路器是很少的，即使万能式也少有Ics=100%[国外有一种采用旋转双分断(点)技术的塑壳式断路器，它的限流性能极好， 分断能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但价格很高]。我国的DW45智能型万能式断路器的Ics为62.5%～65%Icu，国际上，ABB公司的 F系列，施耐德的M系列也不过是70%左右，而塑壳式断路器，国内各种新型号，Ics大抵在50%～75%Icu之间。有些断路器应用的设计人员，按其所 计算的线路预期短路电流选择断路器时，以断路器的额定运行短路分断能力来衡量，由此判定某种断路器(此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流，而运行 短路分断能力则低于计算电流)为不合格。这是一个误解。

3、断路器的电气间隙与爬电距离确定电器产品的电气间隙，必须依据低压系统的绝缘配合，而绝缘配合则是建立在瞬时过电压被限制在规定的冲击耐受电 压，而系统中的电器或设备产生的瞬时过电压也必须低于电源系统规定的冲击电压。因此：(1)电器的额定绝缘电压应≥电源系统的额定电压(2)电器的额定冲 击耐受电压应≥电源系统的额定冲击耐受电压(3)电器产生的瞬态过电压应≤电源系统的额定冲击耐受电压。基于以上三原则，电器的额定冲击耐受电压(优先 值)Uimp就与电源系统的额定电压所确定的相对地电压的最大值和电器的安装类别(过电压类别)等有很大的关系：相对地电压值越大，安装类别越高[分为I (信号水平级)、Ⅱ(负载水平级)、Ⅲ(配电水平级)、Ⅳ(电源水平级)]，额定冲击电压就越大。例如相对地电压为220V，安装类别为Ⅲ时，Uimp为 4.0KV，要是安装类别为Ⅳ，Uimp为6.0KV。电器产品(例如断路器)的Uimp为6.0KV污染等级3级或4级，其最小的电气间隙是5.5mm 。DZ20、CM1和我厂的HSM1系列塑壳断路器的电气间隙均为5.5mm(安装类别Ⅲ)，只是用于电源级安装，如DZ20系列的800以上规格， Uimp为8.0KV，电气间隙才提高到≥8mm。而产品的实际的电气间隙，如HSM1系列，Inm(壳架等级电流)=125A时，电气间隙为11mm， 160A为16mm，250A为15mm，400A为18.75mm，630和800A均为300mm，都大于5.5mm。关于爬电距离， GB/T14048.1《低压开关设备与控制设备总则》规定：电器(产品)的最小爬电距离与额定绝缘电压(或实际工作电压)、电器产品使用场所的污染等级 以及产品本身使用的绝缘材料的性质(绝缘组别)有关。例如：额定绝缘电压为660(690)V，污染等级为3，产品使用的绝缘材料组别为Ⅲa(175≤cti〈400， CTI为绝缘材料的漏电起痕指数)，最小爬电距离为10mm。上面所提到塑壳式断路器的爬电距离都大大超过规定的数值。综上所述，如果电器产品的电气间隙 和漏电距离，达到绝缘配合要求，就不会因为外来过电压或线路设备本身的操作过电压造成设备的介质电击穿。GB7251.1-1997《低压成套开关设备和 控制设备第一部分：型式试验和部分型式试验成套设备》(等郊于IEC439-1：1992)，对绝缘配合的要求与GB/T14048.1是完全一样的。有 一些成套电器制造厂提出断路器接线用铜排，其相与相之间的(空气)距离应大于12mm，有的甚至提出断路器的电气间隙应大于20mm。这种要求是不合理 的，它已经超出了绝缘配合的要求。对于大电流规格，为了避免在出现短路电流时产生电动斥力，或是大电流时导体发热，为了增加散热空间，因而适当加宽相间的 空间距离也是可以的。此时无论是达到12mm或20mm，都可由成套电器制造厂自行解决，或请电器元件厂提供有弯头的接线端子或联结板(片)来实现。一般 断路器出厂时，都提供电源端相间的隔弧板，以防止电弧喷出时造成相间短路。零飞弧的断路器为防开断短路电流时有电离分子逸出，也安装这种隔弧板。如果没有 隔弧板，则对裸铜排可包扎绝缘带，其距离应不小于100mm。

4、四极断路器的应用关于四极断路器的应用，目前国内还没能对国家标准或规程之类作硬性的使用要求的规定，虽然地区性四极电器(断路器)的设计规范 已经出台，但安装与不安装四极电器的争论还在进行中，某些地区的使用近年来出现一窝蜂的趋势，各断路器制造厂也纷纷设计，制造各种型号的四极断路器投放市 场。笔者同意一种意见，就是用或不用应以是否能确保供电的可靠性、安全性为准，因此大体上是：(1)TN-C系统。TN-C系统中，N线与保护线PE合二 为一(PEN线)，考虑安全，任何时候不允许断开PEN线，因此绝对禁用四极断路器；(2)TT系统、TN-C-S系统和TN-S系统可使用四极断路器， 以便在维修时保障检修者的安全，但是TN-C-S和TN-S系统，断路器的N极只能接N线，而不能接PEN或PE线；(3)装设双电源切换的场所，由于系 统中所有的中性线(N线)是通联的，为了确保被切换的电源开关(断路器)的检修安全，必须采用四极断路器；(4)进入住宅的单相总开关，宜选用带N极的二 极断路器(检修时作隔离器之用)(5)用于380/220V系统的剩余电流保护器(漏电断路器)，中性线必须穿越保护器的零序电流互感器(铁心)，防止无 中性线的穿过，使220V的负载有泄漏电流而误动作，此时应选用四极或带中性线的二极剩余电流保护器。
 

随着半导体工 艺技术的不断升级，电路板上的元器件运行速度更快、体积更小，而且还要求更多、更低的供电电压和更大的供电电流；最终系统的功能不断增加，平均售价却不断 下降。此外，用户对电源的故障修复时间、电源运行状态的感知与控制的要求越来越高，电源设计人员不再满足于实时监控电流、电压、温度，还提出了诊断电源供应情况、灵活设定每个输出电压参数的要求。这些需求已是今日的模拟解决方案难以满足的。因此，作为电源管理发展的新思路的数字电源应运而生，其目标就是将电源转换与电源管理架构用数字方法集成到单芯片中，实现智能、高效的转换与控制及通信。

数字电源是采用数字方式实现电源的控制、保护回路与通信接口的新型电源技术。可编程、响应性和数字环路控制是表征数字电源的3个主要特征。

随着电源系统的性能和功率的不断提高，实现电源性能指标所必需的元件数量和成本也随之增加，越来越多的控制需要通过具有成本效益的数字电路实现。一般认为，在设计DC/DC变换器时，通常100W以上的系统中会应用数字控制技术；而在设计AC/DC变换器时，250W以上的系统会应用数字技术，这样电源的经济性会更高一些。因此，在未来的电源系统中，模拟与数字技术将共存相当一段时间。30年前，电源行业转向开关电源是一个很大的变化，而电源数字化趋势将会是一个更大的变化。

模拟电源的优势与不足

目前，除了一些专门用于微处理器的转换器之外，市场上大多数砖形转换器、中间总线转换器及负载点POL转换器仍采用模拟控制。这是因为许多模拟电源系统经过了多年的检验，可靠性还是很高的。

可尽管模拟电源解决方案的成本、性能（如负载变化时的电源响应时间）、占板面积等指标都优于当前的数字电源解决方案，但对开发人员来说，它完全是一 种固定模式的黑盒应用，抑制了开发人员发挥创造力的激情。对电源进行同步跟踪、电压排序、故障诊断及适应环境变化的能力还是比较差的。

目前，许多高性能的DC/DC转换器仍通过简单的无源器件产生的模拟信号进行设置和控制。即使是具有最先进拓扑结构的高性能转换器，也还需要使用外 部电阻、电容来确定诸如启动时间、输出点值及开关频率等参数。这些电阻、电容的值都是设计调试时确定的，制造完成后不可轻易更改，因此自适应的电源管理方 案也就不可能实现。而且，为实现更多功能，就要设计更多的直接反馈电路，所以模拟控制环路会变得非常复杂。

传统的模拟控制架构已经使用多年，但仍有不少缺陷。举例来说，模拟控制电路因为使用许多元器件而需要很大空间，这些元器件本身的值还会随使用时间、 温度和其他环境条件的变化而变动，从而对系统稳定性和响应能力造成负面影响。模拟控制的控制-响应特性是由分立元器件的值决定的，它总是面向一个范围狭窄 的特定负载，因此无法为所有电压值或负载点提供最优化的控制响应。换句话说，如果你需要一个可以在很多产品中重复使用而不必更换部件的设计平台，则模拟方 案难以胜任。除此之外，模拟系统的测试和维修都非常困难。

数字电源的优势与不足

数字电源正是为了克服现代电源的复杂性而提出的，它实现了数字和模拟技术的融合， 提供了很强的适应性与灵活性，具备直接监视、处理并适应系统条件的能力，能够满足几乎任何电源要求。数字电源还可通过远程诊断以确保持续的系统可靠性，实 现故障管理、过电压（流）保护、自动冗余等功能。由于数字电源的集成度很高，系统的复杂性并不随功能的增加而增加过多，外围器件很少（数字电源的快速响应 能力还可以降低对输出滤波电容的要求），减少了占板面积，简化了设计制造流程。同时，数字电源的自动诊断、调节的能力使调试和维护工作变得轻松。

数字电源管理芯片易于在多相以及同步信号下进行多相式并联应用，可扩展性与重复性优秀，轻松实现负载均流，减少EMI，并简化滤波电路设计。数字控制的灵活性能把电源组合成串联或并联模型，形成虚拟电源。而且，数字电源的智能化可保证在各种输入电压和负载点上都具有最优的功率转换效率。

相对模拟控制技术，数字技术的独特优势还包括在线可编程能力、更先进的控制算法、更好的效率优化、更高的操作精确度和可靠性、优秀的系统管理和互联 功能。数字电源不存在模拟电源中常见的误差、老化（包括模拟器件的精度）、温度影响、漂移、补偿等问题，无须调谐、可靠性好，可以获得一致、稳定的控制参 数。数字电源的运算特性使它更易于实现非线性控制（可改善电源的瞬态响应能力）和多环路控制等高级控制算法；更新固件即可实现新的拓扑结构和控制算法，更 改电源参数也无须变更板卡上的元器件。

数字控制还能让硬件平台重复使用，通过设计不同固件即可满足各种最终系统的独特要求，从而加快产品上市，减少开发成本、元器件库存与风险。

数字电源已经表现出相当多的优点，但仍有一些缺点需要克服。例如，模拟控制对信号状态的反应是瞬时的，而数字电源需要一个采样、量化和处理的过程来 对负载的变化做出反馈，因此它对负载变化的响应速度目前还比不上模拟电源。数字电源的占板面积要大于模拟电源，精度和效率也比模拟电源稍差。虽然数字控制 方法的优点在负载点（POL）系统中非常明显，但模拟电源在分辨率、带宽、与功率元件的电压兼容性、功耗、开关频率和成本（在简单应用中）等方面仍然占有 优势。不过，如果考虑到数字电源解决方案具有的优点，使用模拟电路搭建功能相似的电路，成本并不一定就比数字电源低。

数字电源中包含的技术无疑是复杂的，但它的使用并不一定就复杂。不过它要求设计人员具有一定的程序设计能力，而目前的电源设计人员普遍都是模拟设计为主，缺乏编程方面的训练。这对数字电源的推广也造成了一定的障碍。

人们对数字电源还有一个担心就是它还不像模拟电源那样经过多年应用的考验，因而可靠性不高。但就像数字电路在概念上就优于模拟电路一样，可靠性是设计的问题，而不是数字化的问题。

不过，成本显然是约束数字电源广泛应用的一个主要因素。由于数字实现方式的成本看似高于相似的模拟实现方式，而且人们对于数字电源产品的采用存在顾 虑，所以，从用户的角度来说，也只有当数字电源的成本等于或低于模拟电源（因为成本是中国市场考虑的第一市场因素），同时又能提供模拟电源做不到的许多先 进功能的时候，数字电源才会被考虑。

综上所述，在简单易用、参数变更不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现。而在可控因素较多、需要更快实时反应速度、需要管理多个电源、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。

数字电源的实现与进展

数字电源有几种不同的含意，实现方式也各不相同。

最简单的是数字检测，包括监视开关电源的状态，如温度、输入/出电流、输入/出电压、开关频率（占空比）等，并根据需求向主机报告。故障状态信息甚至时间标记等信息可以存储在非易失性存储器中，并在将来某个时间上报这些信息。

第二个定义是在“数字检测”的基础上通过数字接口控制开关电源，一般是通过I2C或类似的数字总线控制输出电压、开关频率、多通道电源的（上/下电）排序、上升斜率、跟踪、（软）启动、裕度控制、故障保护等等。实际上，目前市场上的很多电源管理集成电路都以这种方式工作。

第三个定义是用数字电路彻底取代开关电源中的所有模拟电路，这是真正的原生数字电源。只须编写几行简单的代码，一个核心数字电源集成电路就可以配置成升压稳压器、降压稳压器、负输出、SEPIC、反激式或正激式转换器，这样将使开关电源更容易设计、配置而且更稳定。但要实现这点从目前看来是相当困难的，因为从物理定律上来说，电流是模拟信号，即使用ADC和DSP取代误差放大器和脉冲宽度调制器的数字开关电源也仍然需要电压基准、电流检测电路和FET驱动器，这些组件目前只有模拟形式的产品。此外，电感器、变压器以及电容器等模拟元器件在实现数字电源时也是不能没有的。

传统的模拟电源是以模拟控制环路为基础的，如果在模拟控制环路外添加模拟量采样、量化电路，并辅以通信电路，即可构成上面第一个定义中所指的带数字检测的比较初级的数字电源。

目前的数字电源大都是按照上面第二个定义（即数字控制+数字监视）实现的，电源内部的模拟控制环路由数字控制环路替代。未来是属于数字电源的，但数 字化是个渐进的过程，其发展很可能由同时使用模拟和数字技术的混合系统开始，进而演进到全数字实现。以前，数字化是以采用高成本的复杂多芯片电路方案为代 价的。例如，一个具有电压、电流监视及控制能力的应用可能需要很多集成电路，如高稳定度基准源、高精度多通道ADC、DAC和专用微控制器，此外还需要不 小的软件开发工作量。如果再考虑成本、复杂性、线路板空间限制和严苛的产品上市时间要求，以数字方式管理电源的确需要人们付出不菲的代价。

最近出现的数字电源产品的集成度和易用性已经达到一个更高的高度。包括传统的模拟电源厂商和新兴的数字电源芯片设计厂商在内的大部分厂商都在着手解决纯粹的电源转换以外的问题，包括添加监测功能，提供可与系统通信的数字接口，以及建立数字控制反馈环路，即在模拟变换器外面使用“数字外壳”。常见的方案有两种：（1）单芯片控制器方案。通过外接A/D转换芯片进行取样，取样后对得到的数据进行运算处理，再把结果通过D/A转换后传送到PWM芯 片，从而实现单芯片控制器对开关电源的控制。这种方案的技术目前已经比较成熟，设计方法容易掌握，而且对单芯片控制器的要求不高，成本比较低。但是整套电 路用到多个芯片，电路比较复杂；且经过A/D和D/A转换等步骤，会造成比较大的信号延迟，进而影响电源的动态性能和稳压精度。有些单芯片控制器整合了PWM 输出，但一般单芯片控制器的运行频率有限，无法产生足够高的频率和精度的PWM输出信号。（2）通过高性能数字芯片（如DSP或MCU）对电源实现直接控 制的方案。数字芯片完成信号采样、处理和PWM输出等工作。由于数字PWM输出的信号功率不足以驱动开关管，一般还需通过一个驱动芯片驱动开关管，即数字 控制器与功率级之间的接口由MOSFET驱动器提供。由于这些数字芯片有较高的取样速度（DSP片内的AD转换器完成一次A/D转换只需数百纳秒，相较之 下，一般8位MCU控制器要数微秒之久）和指令周期，输出的PWM信号的分辨率仅数百皮秒，过流检测和关闭电源仅须数十纳秒，可以快速有效的实现各种复杂 的控制算法，使设计具备较高的动态性能和稳压精度。此外，在微处理器的支持下添加RS232/485、USB、以太网等扩展通信手段也非常方便。数字控制的电源产品能够实现大部分数字电源的功能需求，但如果不添加一些额外部件，还实现不了全部功能需求。

这种“数字外壳”的架构存在以下问题：为了保证电源有较高的稳压精度，A/D转换器必需要有较高精度的取样，但高精度的取样频率需要更长的A/D转 换时间，造成回路的实时反应能力变差。而且，高速的采样和运算将产生巨大的运算量，能达到实时要求的核心处理器还是很少的。虽然在要求比较高的场合一般都 会用DSP芯片，其运算和取样速度快，功能强大，但DSP芯片结构复杂，成本比较高；而且DSP控制技术较难掌握，对设计者要求比较高。通用DSP芯片不 是专门作为电源控制芯片使用的，一般的电源应用对通用DSP芯片资源的利用率不高。不过目前以DSP为主要处理单元的数字电源芯片厂商，如TI、 Freescale等公司都在优化其作为数字电源核心的DSP的结构，同时努力降低成本，并改善开发手段（提供评估板、IP模 块等），以帮助开发人员轻松地如期完成开发。除了DSP的方案，有的厂商提供基于MCU（如Silicon Labs公司）或状态机（如Zilker公司）的方案。MCU长于控制，而状态机的优点是低功耗。鉴于DSP和MCU两种方案各有长处，现在有的厂商（如 SiliconLabs公司、Microchip公司）开始将硬件DSP和辅助MCU同时集成入芯片中，使系统性能最优，效率已经可以与模拟电源相媲美。

软件设计对数字电源设计人员而言是另一个挑战。为降低数字电源的设计门槛，很多半导体厂商推出了不需要软件编程或者支持图形用户接口（GUI）的数 字电源解决方案，设计人员通过GUI界面就能设定电源特性参数，而不需要任何编程技能。此外，还可根据具体系统的情况，设定每个输出电压的跟踪、升压时间 和延时等。有的数字电源管理芯片允许设计人员通过芯片管脚配置电源特性参数。许多数字电源芯片允许在系统运行中通过电源管理总线（PMBus）来实时更改 电源输出特性。系统控制算法的设计通常是在专用的集成开发环境IDE中进行，例如TI的面向DSP的CCS、Silicon Labs的基于MCS51的IDE等。

目前，数字电源芯片的集成度已经达到较高的水平，适合复杂系统如服务器、通信设备等使用。芯片中集成数个同步控制器和自适应驱动器，有的集成了MOSFET或功率驱动模块、LDO、电荷泵及电源管理（包括热管理）功能。其他有特色的特性还包括可编程中断输出、看门狗等。

先进的半导体制造工艺在数字电源芯片上也得以利用，其中数字电路应用0.18～0.25μm VLSI工艺；模数混合电路应用高压BiCMOS工艺还比较常见。有的厂商借鉴大功率芯片的成功设计，在数字电源芯片上采用先进的封装技术，使芯片可在工 业级的温度范围内可靠工作。

PMBus

电源管理总线（PMBus）通信协议规范定义了一个用在功率转换器件和管理器件之间的数字通信协议（包括接口和命令）。该规范对于数字电源产品的推 广有着非常重要的意义，意味着数字电源产品的接口完成了标准化。借助PMBus，数字电源可以依据一套标准命令进行配置、监控和维护（设置电源的工作参数 并监控其工作，而且能够在故障发生时采取应对措施），还能使多个数字电源产品协同工作。

PMBus规范的传输层基于低成本SMBus（系统管理总线）的1.1版本，这是个功能更为强健的基于业界标准I2C串行总线的版本，具有分组错误检查和主机通知功能。

PMBus规范定义了2个必需信号和3个可选信号：必需信号为时钟信号（SCL）和数据信号（SDA），可选信号为SMBALERT#、 CONTROL和WP。SMBALERT#由任何需要获得PMBus主控器支持的从属设备发起。当SMBALERT#有效时，主控器在PMBus上发送告 警（alert）响应地址，然后每个发信号（alerting）的器件将其器件地址放在SDA上。一旦器件成功地将其地址加入总线，它就会释放 SMBALERT#线。SMBALERT#信号可以使从属设备（如负载点转换器）中断系统主机或总线的控制，这就使设计人员能够更容易地实现基于事件驱动 的闭环控制方案。CONTROL信号用于启动和关闭单个从属设备。WP信号可用于防止意外更改存储器中的数据。此外，PMBus协议规定所有从属设备必须 将其默认的配置数据保存在永久性存储器内或使用针脚编程，这样它们在上电时无须与总线通信。

除采用SMBus传输层之外，PMBus规范还增加了用于电源设计的控制语言。PMBus的通信是按照一个连续的字节流进行的。每个字节流包含一个 地址字节，一个命令字节，若干个数据字节，以及一个可选的包错误码（PEC）字节。主机使用单独的“开始”和“停止”信号来表明一个通信过程的开始和结 束。而从属设备则使用单独的位来确认收到的每个字节。为了减少响应时间及处理器开销，从属设备在收到“停止”信号时立即处理并执行命令。

结语

摘要：防雷工程的一个重要的方面是接地以及引下线路的布线工程，整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此，所以应该认真的系统的研究。

关键词：接地 布线工艺 防雷工程

　　一概述

　　防雷工程的一个重要的方面是接地以及引下线路的布线工程，整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此，所以应该认真的系统的研究。

　　 电力、电子设备的接地，是保障设备安全、操作人员安全和设备正常运行的必要措施。可以认为，凡是与电网连接的所有仪器设备都应当接地；凡是电力需要到达的地方，就是接地工程需要作到的地方。由此可以我们知道，接地工程的广泛性和重要性。

　　一方面，随着时代的进步，强功能高价值设备的广泛使用，要求提供更加可靠的接地保护；另一方面，微电子技术的推广，使得现代设备要求更低的接地电阻，还往往需要抗干扰。实践要求有更加系统的接地理论来对工程实际进行指导。根据近年来的设计施工经验，认为：

　　 a、接地连接方式和接地参数并重；

　　 b、以减小或消除同系统中不同性质的接地（如防雷地、工作地、外壳接地、静电地、信号地等）之间的电位差为目的，选用适当的布线方式；

　　 c、根据地网所在地的接地电阻、土层分布等地质情况，尽量进行准确设计；

　　以下，本文对接地及其布线进行讨论。

　　 二、目的和要求

　　（一）接地的分类和目的

　　接地的作用总的步说可以分为有两个：保护人员和设备不受损害叫保护接地；保障设备的正常运行的叫工作接地。这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求，并不表示每种“地”都需要独立开来。相反，除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外，我们提倡尽量采用联合接地的方案。

　　1、保护接地

　　 防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。

　　 机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电（380、220或11OV），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。

　　 2、工作接地

　　 工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。

　　 机器逻辑地，也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。

　　信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。

　　 屏蔽接地（模人信号的屏蔽层的接地）。

　　 本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和

　　 系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同，下面以齐纳式安全栅为例，说明其接地内容。

　　 安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路，则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围内，使现场端不至于产生很高的温度，引起燃烧。第二种情况，如果计算机一端产生故障，则高压电信号加入了信号回路，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安全范围。

　　 值得提醒的是，由于齐纳安全栅的引入，使得信号回路上的电阻增大了许多，因此，在设计输出回路的负载能力时，除了要考虑真正的负载要求以外，还要充分考虑安全栅的电阻，留有余地。

　　 除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地）。

　　 （l）接地要求和方法：

　　 上面介绍了六种接地：供电系统地、保护地、逻辑地、屏蔽地安全栅地、信号回路地。对这六种接地，各家有各家的要求，虽然大都强调一点接地，接地电阻必须小于1欧姆等，但具体内容上差别很大，下面给出几个例子介绍常遇到的接地要求和方法。

　　 ① 供电系统地：在很多企业，特别是电厂、冶炼厂等，其厂区内有一个很大的地线网，而通常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的厂家强调计算机系统的所有接地必须和供电系统地以及其它（如避雷地）严格分开，而且之间至少应保持15m以上的距离。为了彻底防止供电系统地的影响，建议供电线线路用隔离变压器隔开。这对那些电力负荷很重，而且负荷经常启停的单位是应注意的。从抑制干扰的角度来看，将电力系统地和计算机系统的所有地分开是很有好处的，因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看，在有些场合下单设计算机系统地并保证其与供电系统地隔开一定距离是很困难的，这时可以考虑能否将计算机系统的地和供电地共用一个，这要考虑几个因素：

　　 ·供电系统地上是否干扰很大，如大电流设备启停是否频繁，对地产生的干扰是否大；

　　 ·供电系统地的接地电阻是否足够小，而且整个地网各个部分的电位差是否很小，即地网的各部分之间是否阻值很小（＜1W）

　　 ·弱电子系统的抗干扰能力以及所用到的传输信号的抗干扰能力，例如有无小信号(电偶，热电阻）的直接传输等。

　　 ②所有计算机接线涉及到的接地采用一点接地方式，在这一点上，也有很多争议。有的厂家系统提出几个地：逻辑地、屏蔽地（又叫模拟地）、信号地、保护地分别自己接地在地上打接地装置，而大部分系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地，汇于一点，然后用较粗的导体（铜）将各汇地点朕起来，接到一个公共的接地体上。这里有几点需要注意：

　　 控制系统本身是由多台设备组成的，除了控制站以外，还包括很多外设，而且数据也往往不止一台，这就涉及到了多台设备，多种接地的问题。此外，一般的系统的供电是各站（控制站，操作站等)用专门一条线单独供电，即彼此之间不相互供电。图1是一种的GCS接地图代表性的示意。

图1 DCG接地图

　　保护接地：系统的所有设备均有一个保护地，该保护一般在机柜和其它设备设计加工时就已在内部接好，有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护地（三芯插头的中间头)连在一起，有的不允许将保护地同该线相连，用户一定要仔细阅读厂家提供的接地安装说明书，不管哪种方式，CG必须将一台设备（控制站、操作员站等）上所有的外设或系统的CG连在一起，然后用较粗的绝缘铜导线将各站的CG连在一起，最后从一点上与大地接地系统相连。还有一点值得提醒的是，同一体统的所有外设必须从一条供电线上供电，而且一台设备（如操作员站位所连接的所有外设和主机系统（计算机、打印机、拷贝机主机系统）的电源必须从设备的供电分配器上取电，而不允许从其它地方取电，否则可能会烧坏接口甚至设备，对于不得不用长线连接的场合，或用较粗导线提供供电，或采取通信隔离措施。

　　 各站的CG在连接时可以采用幅射连接法，也可以采用串行接法。电源逻辑地（P）如图 1所示。首先，各站内的逻辑地必须位于一点PG，然后，粗绝缘导线以辐射状接到一点上，然后接到大地接地线上。在有些系统中，所有的输入，输出均是隔离的，这样其内部逻辑地就是一个独立的单元，与其它部分没有电器连接，这种系统中往往不需要PG接地，而是保持内部浮空。所以，用户在设计和施工接地系统时，一定要仔细阅读产品的技术要求和接地要求。

　　 ·模拟地（AG），模拟地（又叫屏蔽地）是所有的接地中要求最高的一种。几乎所有的系统都提出AG一点接地，而且接地电阻小于1Ω。 DCS设计和制造中，在机柜内部都安置了AG汇流排或其它设施。用户在接线时将屏蔽线分别接到AG汇流排上，在机柜底部，用绝缘的铜辫连到一点，然后将各机柜的汇流点再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地点。大多数的DCS要求，不仅各机柜AG对地电阻＜IΩ，而且各机柜之间的电阻也要＜1Ω。

　　 ·信号地的处理：原则上不允许各变送器和其它的传感器在现场端接地，而都应将其负端在计算机端子处一点接地。但在有些场合，现场端必须接地，这时，必须注意原信号的输入端子（上双端）绝对不许和计算机的接地线有任何电气连接，而计算机在处理这类信号时，必须在前端采用有效的隔离措施。

　　 ·安全栅的接地：我们来看图2所示的安全栅线路图。

图2 安全栅接地原理图

　　 从图中可以看出有三个接地点：B，E，D，通常B和E两点都在计算机这一侧。可以连在一起，形成一点接地。而D点是变送器外壳在现场的接地，若现场和控制室两接地点间有电位差存在，那么， D点和E点的电位就不同了。假设我们以E作为参考点，假定是D点出现10V的电势，此时，A点和E点的电位仍为24V，那么A和D间就可能有34V的电位差了，己超过安全极限电位差，但齐纳管不会被击穿，因为A和E间的电位差没变，因而起不到保护作用。这时如果不小心现场的信号线碰到外壳上，就可能引起火花，可能会点燃周围的可燃性气体，这样的系统也就不具备本安性能了。所以，在涉及到安全栅的接地系统设计与实施时，一定要保证D点和B（E）点的电位近似相等。在具体实践中可以用以下方法解决此问题：用一根较粗的导线将D点与B点连接起来，来保证D点与B点的电位比较接近。另一种就是利用统一的接地网，将它们分别接到接地网上，这样，如果接地网的本身电阻很少，再用较好的连接，也能保证D点和B点的电位近似相等。但注意，此接地一定不要与上面几种接地发生冲突。

　　 以上讨论了几种接地的方法和注意事项。在不同的系统中，对这几种接地的组态要求不同，但大多数系统对AG的接地电阻一般要求I欧姆以下，而安全栅的接地电阻应＜4欧姆，最好<1欧姆，PG和CG的接地电阻应小于4欧姆。

　　 三、接地网的建设：

　　 接地网是在接地系统的基础，由接地环（网）、接地极（体）和引下线组成，以往常有种误解，把接地环作为接地的主体，很少使用接地体，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环也能够起到接地的作用，但是通常的情况下，这是不可行的，接地环可以起到辅助接地地作用，主导作用是用接地体来完成的。

　　 决定接地电阻大小的因素很多，下面先来分析一下计算传统地网接地电阻的公式（仅以接地环接地时）。

　　式中：

　　р（Ω.m）-----土壤电阻率；

　　 d(m)------------钢材等效直径；

　　S（m2）---------地网面积；

　　 H(m)------------埋设深度；

　　L(m)------------接地极长度(m) ；

　　A---------------形状系数。

　　式（1）表明，传统的接地方式在土壤电阻率已经确定的情况下，要想达到设计要求的电阻必须有足够的接地面积，要降低接地电阻只有扩大接地面积，每扩大4倍的接地面积，接地电阻会降低一倍。

　　式（2）、（3）表明，在上述的接地网中，要降低接地电阻的另一个方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理想。

　　 单使用接地环要达到某个接地电阻值，接地环包围的面积Ｓ和土壤电阻率有关。我们以一个城市常见的土壤电阻率200Ω.m来分析，要做接地电阻1Ω的地网站地应为10000平方。即使，对于大型建筑物而言，本身站地很大，也最多可以建设一个这样的地网，但是对于这样大型的建筑即使是以联合接地的办法，考虑到要求独立地的设备，一个地网是远远不够的。在建筑林立的城市和地形复杂的山地要求大面积可供施工的的土质空地是不太可能的，及时在地理条件许可的地方，由于开挖量大、耗材多，费工费料工程费用高，是不可取的。

　　 所以，需要运用更好的接地材料和施工设计方法。

　　 要达到设计接地电阻要求，克服环境条件的制约，有把握的达到良好稳定的接地效果，应从三方面入手进行施工设计。

　　（一）、因地制宜的设计方案

　　通常的防雷接地的接地电阻是10Ω，实际上有弱电设备的感应防雷都要求4Ω或1Ω的接地电阻。这里常常有个误区，认为作到10Ω、4Ω或1Ω的接地电阻就满足了设计要求，而没有考虑季节因数。因为，土壤电阻率是随季节变化的，规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的最大许可值，为了满足这个要求，地网的接地电阻要达到：

　　R=Rmax/ω

　　式中

　　Rmax----接地电阻最大值，就是我们说的10Ω、4Ω或1Ω的接地电阻

　　ω-----是季节因数，根据地区和工程性质取值，常用值为1.45

　　所以，我们所说的接地电阻实际是：

　　R=6.9Ω-------- Rmax=10Ω

　　R=2．75Ω------ Rmax=4Ω

　　R=0.65Ω------- Rmax=1Ω

　　这样，地网才是合乎规范要求的---在土壤电阻率最高的时候（常为冬季）也满足设计要求。

　　 接地工程本身的特点就决定了周围环境对工程效果的决定性的影响，脱离了工程所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多因数的综合考虑。土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候以及可施工面积等等因数决定了接地网形状、大小、工艺材料的选择。

　　广泛使用的接地工程材料有各种金属材料（最常用的如扁钢）、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用铜材替代，主要用于接地环的建设，这是大多接地工程都选用的；接地体有金属接地体（角钢、铜棒和铜板）这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁（有的地区每年都需要改造），维护费用比较高，但是从传统金属接地极（体）中派生出类特殊结构的接地体（带电解质材料），使用效果比较好，一般称为离子9或中空）接地系统；另外就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束，各方面比较认可。降阻剂分为化学将阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。

　　在以下的讨论中以非金属接地块、物理降阻剂和离子接地系统为代表进行探讨。

　　 下面将设计中考虑的主要因素进行简要的说明。

　　 1、地网形式

　　地网的形状直接影响接地达到的效果和达到设计要求所需要的地网站地积。首先应建立接地环（或接地面），提倡使用水平接地极（常用的是外部接地环）和水平垂直接地体配合使用。在很容易达到接地目的，要求低的接地中可以选用平面的接地方法（接地环接地）；一般应用接地体和接地环配合使用，形成三维的结构。

　　三维的接地有三种不同类型：等长接地、非等长接地和法拉第笼式接地。

　　等长接地用相同的接地体，这种方式接地体的埋设深度基本一致，施工方便同时可以取得较好的效果。

　　非等长接地是更科学的接地方式，采用不同的接地体相互配合，由于接地体长度和埋设深度不同，大大的加大了等势面积，突破地网面积局限。要求设计人员对多种接地工艺有一定认识，本身施工并不困难，使用得当可以完成相当难度的接地工程。这种方法夜叫“半法拉第笼”接地工艺。

　　法拉第笼式接地是多层水平接地网，用垂直接地体相互连接形成笼式结构。由于施工量大，并不常用。

　　在设计中还应考虑地网肌肤效应、跨步电压等因数。

　　2、岩土条件

　　 （1）岩土类型

　　岩土直接关系接地的难度，设计中最重要的参数之一就是的是岩土的土壤电阻率，但仅仅考虑土壤这个参数是不够的，还要考虑开挖（钻进）难度、破碎还是整体岩石、持水能力等因数。

　　有的岩土电阻率高，但是在整体岩石之间常有较好的土壤间隙层，在这样的环境中，避开整体岩石，在间隙中开挖灌降阻剂效果很好。阿坝卡吉岭通讯机站，土壤电阻率4500Ω.m，原联合地网接地电阻率68Ω，上述施工后接地电阻降为9.4Ω。

　　（2）地形制约

　　施工环境常常是受到各种情况的制约，按照理想的模式考虑大面积的地网是不现实的。

　　有专家认为，接地面积一定后，如果接地极长度不超过地网1/20，要想突破局限是不可能的，即使做成整块铜板也没有用的。实践中也应证了这一理论。所以，当地形局限时，我们可以考虑地网的纵深方向，使用离子接地系统或深井施工工艺。西昌某航天观测站，土壤电阻率1100Ω.m，设备需要4Ω信号-屏蔽独立地，考虑季节因数，应作到2.75Ω，而可供施工的面积只有8平方的狭长位置，采用加长（20m）离子接地系统3套安装后，达到2.5Ω的接地电阻。

　　 （3）含水情况

　　一般来说，湿润的土壤导电性较好，但是，实际工程中我们发现，当含水量超过饱以后，接地效果反而不好。

　　当地底下有潮湿，接地体深入到这一层时，降阻效果会好得多。例如，云尾移动通讯站，土壤电阻率测量值1200欧，使用接地块240块，接地电阻达到1欧以下；同样的，湖南柯壶口变电所也是1200欧的从土壤电阻率，地表破碎沙石层，但是开挖150mm发现潮湿土层，埋设接地块80只，原预计达到4欧的地网，结果达到了1.2欧。

　　 （二）、施工工艺

　　真确的施工工艺才能达到良好的设计的实施效果，看起来不重要的实施细节常常导致严重的后果。因为接地工程是隐蔽工程，当施工完成后，错误不一定马上可以检测到，即使发现问题补救也是很麻烦的，尤其是防腐细节。

　　 使用接地快时，埋设应尽量选择适合的土层进行，预先开挖80-100cm的土坑（平埋），底部尽量平整，使埋设的接地块受力均匀。接地块水平设置，用连接线使连接头与接地网连接，用螺栓连接后热焊接或热融接，焊接完成以后应去处焊渣等，再用防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈处理，回填需要分层夯实，保证土壤的密实和接地块与土壤的接触紧密，底部回填40-50cm后，应适量加水，保证土壤的湿润，令接地块充分吸湿。使用降阻剂时，为了防腐，包裹厚度应在30mm以上。接地用的钢材一般有50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角钢；40mm×4mm或40mm×5mm的扁钢；ф 50mm、h>3mm的钢管。角钢对角线长的约为70mm，短的约为56.6mm。若包裹厚度为30mm，地网开挖直径尺寸应在130mm。对水平扁钢来说，由于地面开挖高低不平，扁钢本身弯曲不直，在施工中许多部位刚刚被降阻剂盖住。这样，钢材实际上处在两个介质的交界处，大大地加快了腐蚀程度，因此地网开挖尺寸也应该加大。我们认为垂直极灌降阻剂直径以130—200mm为好，水平沟以150mm×100mm为好（扁钢竖放）。这样做的开挖工程量和降阻剂用量都会增加，但从整体降阻、防腐效果看是合理的。

　　 离子接地系统埋深一般为3000-4000mm，当加长时相应加深，有条件的用钻机施工。孔径保证100-250mm（根据接地系统的形式选择）。施工中应保证导电为辅料包裹密实，消除空管和气泡。

　　 （二）、接地材料的选型

　　接地材料是接地的工作主体，材料的选择很重要。下面对常用的接地材料的属性做个简单的介绍。

　　广泛使用的接地工程材料有各种金属材料（最常用的如扁钢）、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用铜材替代，主要用于接地环的建设，这是大多接地工程都选用的；接地体有金属接地体（角钢、铜棒和铜板）这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁（有的地区每年都需要改造），维护费用比较高，但是从传统金属接地极（体）中派生出类特殊结构的接地体（带电解质材料），使用效果比较好，一般称为离子或中空）接地系统；另外就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束，各方面比较认可。

　　在以下的讨论中以降阻剂、非金属接地块和离子接地系统为代表进行探讨。

　　降阻剂分为化学将阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：牺牲阳极保护（电化学防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。

　　非金属接地体有是在通讯、广电等部门广泛使用的工程材料。基本成分是

　　导电能力优越的非金属材料材料复合加工成型的，加工方法有浇注成型和机械压模成型的，一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法；机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用。选型时，尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越，其气候、季节、寿命都是现有接地材料中最好的，是不受腐蚀的接地体，所以，不需要地网维护，也不需要定期改造，但是，非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。

　　离子（中空）接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐性更好的金属，内填充电解物质及其载体组分的内填料，外包裹导点性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统的金属材料已经出现的有不锈钢、铜包钢和纯铜材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属—铜材。套管法或电镀法生产，表面铜层的厚度从0.01mm到0.50mm，厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但是要耗用大量的贵金属，在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积大多要求很小，可以满足地形严重局限的工程需要。特别是，补偿类型的接地系统有加长的设计，笔者曾使用过加长至24米的接地系统，辅以深井法施工，可以达到非常好的效果。

　　介绍的接地材料各有优势，但是都有自身的局限。我们提倡各取所长，选择适当的材料满足不同的工况。

序号		降阻剂	非金属接地体	中空接地棒	传统接地
1	类型	地网与接地极	接地极	接地极	地网与接地极
2	新建地网施工	简单	简单	较简单	简单
3	改造地网施工	复杂	简单	较简单	复杂
4	适用环境	普通地网通用	恶劣地质条件 腐蚀环境较高要求地网	地网面积小的城市或复杂山岩环境	通用
5	价格比较	低	较高	较高	地好要求低便宜，地坏要求高较贵或很贵
6	抗腐蚀	有防腐作用	不被腐蚀	较好抗腐能力	低
7	气候稳定性	普通	优异	较好	不好
8	使用寿命	较长	最长	长最长	短，常需要改造

　　 四、接地布线

　　提倡单点法的联合接地与独立地相结合。接地布线的原则是提供良好的接地通路，并且尽量降低各系统的电位差，使其等电位化，并且防止接地信号干扰。

　　室内系统通过接地引下线与地网联系，建筑内的线路排布直接关系到接地系统是否真正有效的工作。如果处理不好线路的排布，常常造成设备的损害。

　　为了更清楚的阐述布线的原则，我们模拟一个建筑来考察他在受到雷击时候的情况。

　　1、 雷击避雷针、避雷带、电源线、信号线产生感应过电压（过电流）的现象是经常发生的。图3中的电子设备Ａ和Ｂ是两台互相传输数据的设备，假设电源线上传输进来５kA雷电电流波（10/350nS），按图4所示的等效电路，设备是否会被损坏？

　　图3 独立接地系统的设备电位差图

　　假设：电源避雷器Ｐ性能优良，其响应时间和导通后的残压不会损坏电子设备Ａ，雷电流IP=5kA全部流经避雷器P进入接地点Ｇ1入地；

　　接地电阻R1＝1Ω、R2＝1Ω、R3＝1Ω，且互为独立接地。

雷电流IP流过接地电阻Ｒ1时，接地点Ｇ1的地电位将抬升为ＵG1＝Ip·R1＝5kV。

　　图4 用避雷器防雷的等电位接地图

　　该电位ＵG1此时会加到电源的输入端ａ1，而设备Ａ的接地点Ｇ2为零电位，则电源输入端与入地点Ｇ2之间的电位差Ｖa1G2＝5kV。

　　电子设备开关电源能耐受的最高电压为800～1500V（10/350?S波）,若5kV的电压波加到ａ1─G2两端，则设备Ａ的电源端将被过电压损坏。

　　为了避免设备Ａ的电源端免受雷击损坏，应将接地点G1与G2相连接（如图4所示）。

　　可以知道，Ｇ2电位变为5kV，此时，信号传输线另一端设备Ｂ的接地点Ｇ3为零电位，而信号接口ａ2与接地点Ｇ2之间的电位差VG2a2变成了5kV，从而使信号接口ａ2损坏。

　　要保护信号接口ａ2，应在信号接口ａ2和接地点Ｇ2之间安装残压小的信号避雷器ＰA，且接地点必须与Ｇ2相连。

　　同时可以看出，设备信号接口被雷击损坏，该雷电不一定是由信号传输线产生的感应过电压所致。

　　也可以发现，虽然设备Ａ的信号接口ａ2并未损坏，但5kV的电压已加到ａ2与G3端，那么信号接口ｂ2会损坏吗？理论计算与实验结果表明：ａ2至ｂ2的信号传输线，如果线径≤1mm，长度大于100m，则线阻加上导线的分布电感所形成的电抗分压，使得加到ｂ2与Ｇ3的电压Ｖb2G3小于100V，但如果传输线小于100m，则有可能使Ｖb2G3＞100V 而使设备B受到雷击损坏。

注：原文链接接地及其布线工艺的改进优化

摘要：最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。

一、不同的负载应选用不同类型的断路器

最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。

对配电型断路器而言，它有A类和B类之分：A类为非选择型，B类为选择型。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。万能式（又称框架式）断路器中的DW15系列、DW17（ME）系列、AH系列和DW40、DW45系列中大部分是B型，而DZ5、DZ15、 DZ20、TO、TG、CM1、TM30及HSM1等系列和万能式DW15、DW17的某些规格因仅有过载长延时 、短路瞬时的二段保护，它们是属于非选择型的A类断路器。选择性保护，如图1所示。

当F点短路时，只有靠近F点的QF2断路器动作，而上方位的QF1断路器不动作，这就是选择性保护（由于QF1不动作，就使未发生故障的QF3、QF4支路保持供电）。

如果QF2和QF1都是A类断路器，则F点发生短路，短路电流值达一定值时，QF1、QF2同时动作 ，QF1断路器回路及其下的支路全部停电，就不是选择性保护了。

能够实现选择性保护的原因是，QF1为B类断路器，它具有短路短延时性能，当F点短路时， 短路电流流过QF2支路，也流过QF1回路，QF2的瞬时动作脱扣器动作（通常它的全分断时间不大于0.02s），因QF1的短延时，QF1在0.02s内不会动作（它的短延时≥0.1s或0.2、0.3 、0.4s）。在QF2动作切断故障线路时，整个系统就恢复了正常。

可见，如果要达到选择性保护的要求，上一级的断路器应选用具有三段保护的B型断路器。

对于直接保护电动机的电动机保护型断路器，它只要有过载长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了，也就是说它可选择A类断路器（包括塑壳式和万能式），DZ5、DZ15、TO、TG、GM1 、TM30、HSM1及DW15等系列除有配电保护的性能外，它们的630A及以下规格均有保护电动机的功能。

家用和类似场所的保护（过去又称它为导线保护或照明保护），也是一种小型的A类断路器，其典型产品有C45N、PX200C、HSM8等等。

配电（线路）、电动机和家用等的过电流保护断路器，因保护对象（如变压器、电线电缆、电动机和家用电器等）的承受过载电流的能力（包括电动机的起动电流和起动时间等）有差异， 因此，选用的断路器的保护特性也是不同的。

（1）表1为配电保护型断路器的反时限断开特性

表 1

通过电流名称	整定电流倍数	约定时间/h
		In≤63A		In＞63A
约定不脱扣电流	1.05In	≥1		≥2
约定脱扣电流	1.30In	＜1