广州地铁集团有限公司 广东广州 510000
摘要：本文从地铁某线路站台门电源系统切入，找出由交流电源改造为直流电源受影响的设备，并从理论及实际测试两方面对设备内部电路原理由交流改为直流的可行性进行剖析，得出可行性研究结论，为站台门电源交流改直流提供重要理论基础。
关键词：站台门电源系统；直流；高频开关电源
目前地铁某线路站台门采用中达电通交流UPS，但存在功率模块故障后，UPS无法正常输出电源，导致站台门设备失电的问题，严重影响地铁的正常运营及列车准点率。为解决以上问题，对站台门电源改造为直流电源，当采用直流UPS电源时，即便直流UPS功率模块故障，后备蓄电池无需经过功率模块，即可直接向站台门设备提供稳定的直流电源，保障了电源的应急供应；同时直流UPS只有整流模块，较交流模块少了逆变部分，降低了单一故障点的来源，有利于设备稳定性能的提高。为此，本文从站台门电源系统、设备内部电路原理等方面分析，探索站台门由交流UPS电源改造为直流UPS电源的可行性。
一、站台门电源系统
地铁某线路站台门电源系统主要由驱动UPS、UPS电池柜、输出配电柜、控制电源柜等组成。其中驱动电源由市电通过隔离变压器输入至中达电通驱动UPS（40KVA），电源经整流逆变后由UPS按上、下行，每行分四路输出至站台门门头设备。
220V交流驱动电源输出至滑动门门头接线板，再由接线板输出至DCU，经DCU内部整流、变压后，为门头电机、电磁锁等部件提供供电电源。
.png)
站台门控制电源由市电通过隔离变压器输入至中达电通控制UPS（5KVA），经整流、逆变后输出220V交流电至24V电源模块及PSC交流电源（工控机设备）。
二、交流设备内部电路原理分析
根据电源系统并结合现场实际分析，交流220V电源主要给工控机和DCU设备供电；通过对内部电路分析，AC220V供给工控机和DCU后，其内部首先经过高频开关电源，再由高频开关电源变换成12V、24V、48V等直流电压，给工控机和DCU内部电路供电。
高频开关电源主要由PFC电路及DC/DC电路两部分组成，工作原理为：交流电源输入经过EMI滤波电路和整流桥滤波电路变成直流电源，电源输入Boost升压型DC-DC转换电路。当Q100高频开关管闭合，这时输入的直流电压流过电感L100，二极管D105作用是防止电容C123对地放电，同时起到续流作用。由于输入的电压是直流电，因此电感上的电流以一定的比率线性的增加，随着电感电流增加，电感里储存了一定能量。
当Q100高频开关管断开时，由于电感的电流不能突变，即流经电感L100的电流不会马上变为零，而是缓慢地由充电完毕时的值变为零，而原来的电路回路已经断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容C123充电，电容两端电压升高，升至400V直流电压。以上两个步骤不断重复，在输出两端就得到高于输入电压的稳定直流电压。
400VDC电源通过四个高频开关管逆变为交流电源，交流电源经过变压器、输出整流、电解电容滤波变成所需要的直流12V/24V/48V等电源。
通过以上原理可以看出，不管输入直流或交流，都是通过PFC电路升压至400VDC，然后400VDC再通过高频开关和变压器转换成所需要的直流电压，因此需进一步分析输入直流和交流对PFC电路的影响。
三、交流输入和直流输入对PFC电路的影响
交流220VAC，是50HZ频率的余弦波，有效值是220V，峰值是220*1.414=311V；直流220VDC，输入范围为180-255VDC；交流220VAC和220VDC的波形如下：
.png)
由上图可以看出，交流220V整流后的馒头波从0渐变到311V，周期性循环，馒头波由PFC电路升压至400VDC，交流整流后的馒头波范围为0-311V，直流输入180-255VDC完全在交流输入的范围内，并未超出，因此180VDC-255VDC升压至400VDC也完全可行。不管直流输入还是交流输入，都是升压至400VDC作为后级电路的输入，所以也不会影响后级电路。
四、设备直流电源输入测试
根据以上原理分析，由交流电源改为直流电源输入是可行的，因此现场通过对工控机及DCU供入DC220V（范围DC180V-255V）电源进行实际测试，设备能正常运行，并通过示波器观察设备运行过程中的电压波形、频率及强度等数据，相关数据稳定，参数无异常。
五、结论
站台门电源改造为直流电源后，后备蓄电池电源无需经过功率模块，即可直接向站台门设备提供稳定的直流电源，保障了电源的应急供应；同时整流模块降低了单一故障点的来源，有利于电源稳定性能的提高。通过以上对设备内部电路原理及实际测试深入分析，结果表明地铁某线路站台门交流UPS电源改为直流UPS电源项目是可行的，该分析为后续站台门电源技术改造提供了指导意见及可靠的理论及实践支撑依据。
参考文献：
[1]周伟.开关电源的工作原理及技术趋势[J].中国新通信.2020，22（13）
[2]开关电源的基本原理及发展趋势探析[J].侯清江，张黎强，许栋刚.制造业自动化.2010（09）