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地铁站台门直流电源系统改造项目可行性研究

发布时间：2021-06-29T10:59:42.377Z来源：《基层建设》2021年第5期作者：张博敏

[导读]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。

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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。

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：

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