導(dǎo)語：如何才能寫好一篇開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與仿真，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞aber;反激式開關(guān)電源;仿真

中圖分類號TM359.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0020-01

開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源,它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。目前,隨著各種新科技不斷涌現(xiàn),新工藝被普遍采用,新產(chǎn)品層出不窮,開關(guān)電源正向小體積、高功率密度、高效率的方向發(fā)展,開關(guān)電源的保護(hù)電路日趨完善,開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)及取得突破性進(jìn)展,專用計(jì)算機(jī)軟件的問世為開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了便利條件。

Saber是美國Analogy公司開發(fā),現(xiàn)由Synopsys公司經(jīng)營的系統(tǒng)仿真軟件,被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件,也是唯一的多技術(shù),多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品,現(xiàn)已成為混合信號、混合設(shè)計(jì)技術(shù)和驗(yàn)證工具的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),可用于電子、機(jī)電一體化、機(jī)械、光電、光學(xué)、控制等不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真,與其他由電路仿真軟件相比,其具有更豐富的元件庫和更精致的仿真描述能力,仿真真實(shí)性更好。

1反激式開關(guān)電源基本原理

反激式開關(guān)電源其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。

其電磁能量儲存與轉(zhuǎn)換關(guān)系如下

如圖2(a)當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通,原邊繞組的電流Ip將線形增加,磁芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將增大到工作峰值,這時(shí)可以把變壓器看成一個(gè)電感,逐步儲能的過程。

如圖2(b)當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷,初級電流降到零。副邊整流二極管導(dǎo)通,感生電流將出現(xiàn)在復(fù)邊。從而完成能量的傳遞。按功率恒定原則,副邊繞組安匝值與原邊安匝值相等。

2基于UC3842的反激式開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)

由Buck-Boost推演并加隔離變壓器后而得反激變換器原理線路。多數(shù)設(shè)計(jì)中采用了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋(輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級線圈充磁峰值電流取樣反饋內(nèi)回路)控制系統(tǒng),就可以通過開關(guān)電源的PWM(脈沖寬度調(diào)制器)迅速調(diào)整脈沖占空比,從而在每一個(gè)周期內(nèi)對前一個(gè)周期的輸出電壓和初級線圈充磁峰值電流進(jìn)行有效調(diào)節(jié),達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點(diǎn)是:在輸入電壓和負(fù)載電流變化較大時(shí),具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度,自動限制負(fù)載電流,補(bǔ)償電路簡單。以UC3842為控制芯片設(shè)計(jì)一款50W反激式開關(guān)電源,其原理圖如圖3所示。

2.1高頻變壓器設(shè)計(jì)

1)原邊匝數(shù)

因?yàn)樽饔秒妷菏且粋€(gè)方波,一個(gè)導(dǎo)通周期的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系如式(1)

Np=(1)

式中 Np――原邊匝數(shù);

Vp――原邊所加直流電壓(V);

ton ――導(dǎo)通時(shí)間(us);

Bac――交變工作磁密(mT);

Ae――磁心有效面積(mm2)。

2)副邊繞組

由原邊繞組每匝伏數(shù)=母線電壓/原邊匝數(shù)可得

副邊繞組匝數(shù)=(輸出電壓+整流二極管壓降+繞組壓降)/原邊繞組每匝伏數(shù)

3)氣隙

實(shí)用方法:插入一個(gè)常用氣隙,例如0.5mm,使電源工作起來在原邊串入電流探頭。注意電流波形的斜率,并調(diào)整氣隙達(dá)到所要求的斜率。

也可用式(2)計(jì)算氣隙。

lg=(2)

式中l(wèi)g ――氣隙長度(mm);

u0 ――4n×107;

Np――原邊匝數(shù);

Lp――原邊電感;

Ae ――磁心面積(mm2)。

2.2反饋環(huán)節(jié)

圖3中反饋環(huán)節(jié)由光耦PC817和TL431組成,適用于電流控制模式。輸出電壓精度1%。電壓反饋信號經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)引入TL431的Ref段,裝換為電流反饋信號,經(jīng)過光耦隔離后輸入U(xiǎn)C3842的控制段。

TL431是由美國德州儀器生產(chǎn)的2.5V-36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。內(nèi)有參考電壓2.5V,它與參考端一起控制內(nèi)部的比較放大器。在輸出陰極和參考端可加反饋網(wǎng)絡(luò),影響整個(gè)開關(guān)電源的動態(tài)品質(zhì)特性。

2.3控制芯片電路

UC3842由4腳外接RC生成穩(wěn)定的振蕩波形,振蕩頻率=1.8/R12×C15。6腳輸出驅(qū)動脈沖,驅(qū)動MOSFET在導(dǎo)通和截至之間工作。8腳提供一個(gè)穩(wěn)定的5V基準(zhǔn)源。

3Saber電路仿真

利用 Saber 軟件進(jìn)行仿真分析主要有兩種途徑,一種是基于原理圖進(jìn)行仿真分析,另一種是基于網(wǎng)表進(jìn)行仿真分析?；谠韴D進(jìn)行仿真分析的基本過程如下:

1)在Saber Sketch中完成原理圖錄入工作;

2)然后使用net list命令為原理圖產(chǎn)生相應(yīng)的網(wǎng)表;

3)在使用simulate命令將原理圖所對應(yīng)的網(wǎng)表文件加載到仿真器中,同時(shí)在Sketch中啟動Saber Guide界面;

4)在Saber Guide界面下設(shè)置所需要的仿真分析環(huán)境,并啟動仿真;

5)仿真結(jié)束以后利用Cosmos Scope工具對仿真結(jié)果進(jìn)行分析處理。

在這種方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope兩個(gè)工具,但從原理圖開始,比較直觀。所以,多數(shù)Saber的使用者都采用這種方法進(jìn)行仿真分析。但它有一個(gè)不好的地方就是仿真分析設(shè)置和結(jié)果觀察在兩個(gè)工具中進(jìn)行,在需要反復(fù)修改測試的情況下,需要在兩個(gè)窗口間來回切換,比較麻煩。

4系統(tǒng)仿真及實(shí)測

在Saber Sketch中完成原理圖。并進(jìn)行DC/AC分析。

如圖4(a)為開關(guān)電源在220V交流輸入時(shí)的MOSFET驅(qū)動電壓波形仿真結(jié)果(b)為實(shí)測樣機(jī)MOSFET驅(qū)動電壓波形。作為專業(yè)級開關(guān)電源仿真軟件,Saber在控制環(huán)路設(shè)計(jì)上,能夠真實(shí)且直觀的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

如圖5(a)為開關(guān)電源電流采樣電阻上的電壓波形的仿真結(jié)果(b)為實(shí)測波形。涉及開關(guān)電源部分器件選型的重要參數(shù)也同樣可以通過仿真波形得到,例如開關(guān)器件MOSFET額定工作時(shí)通態(tài)最大電流等參數(shù),同樣可以從仿真波形中得出。

5結(jié)束語

在電路設(shè)計(jì)初期,借用Saber的電路級仿真可以很直觀的對開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的評估,并在控制環(huán)路的設(shè)計(jì)上會有很大的幫助。在完成樣機(jī)的初步測試后,同樣可以借助仿真對電路功能進(jìn)行校驗(yàn)。該電路廣泛應(yīng)用于小功率場合,具有體積小,成本低,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

(a)仿真(b)實(shí)測

圖4MOSFET驅(qū)動電壓波形

(a)仿真 (b)實(shí)測

圖5電流采樣電阻電壓波形

測試結(jié)果(圖5b)為220V,50Hz交流輸入時(shí),實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測試波形。

參考文獻(xiàn)

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[3]張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì),2000.

[4]Saber.仿真中文教程.

[5]張煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP實(shí)現(xiàn).2009.

篇2

電氣工程及自動化

大功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

一、

綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。在開關(guān)電源出現(xiàn)之前，各種電子裝置、電氣控制設(shè)備的工作電源都采用線性穩(wěn)壓電源。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，集成度的不斷增加，計(jì)算機(jī)等各種電子設(shè)備體積越來越小而功能卻越來越強(qiáng)大，因此，迫切需要重量輕、體積小、效率高的新型電源，這就為開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動力。

可以說，開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展的。新型電力電子器件的發(fā)展為開關(guān)電源的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。20世紀(jì)60年代末，耐高壓、大電流的雙極型電力晶體管（亦稱巨型晶體管，BJT、GTR）的問世使得采用高工作頻率的開關(guān)電源的出現(xiàn)稱為可能。

早期的開關(guān)電源開關(guān)頻率僅為幾千赫茲，隨著磁性材料及大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短，開關(guān)電源工作頻率逐步提高。到了1969年，終于做成了25千赫茲的開關(guān)電源。由于它突破了人耳聽覺極限的20千赫茲，這一變化甚至被稱為“20千赫茲革命”。

在20世紀(jì)80年代以前，開關(guān)電源作為線性穩(wěn)壓電源的更新?lián)Q代產(chǎn)品，主要應(yīng)用于小功率場合。而中大功率直流電源則以晶閘管相控整流電源為主。但是，這一格局從20世紀(jì)80年代起，由于絕緣柵極雙極型晶體管（簡稱IGBT）的出現(xiàn)而被打破。IGBT屬于電壓驅(qū)動型器件，與GTR相比前者易于驅(qū)動，工作頻率更高，有突出的優(yōu)點(diǎn)而沒有明顯的缺點(diǎn)。因而，IGBT迅速取代了GTR，成為中等功率范圍的主流器件，并且不斷向大功率方向拓展。

開關(guān)電源開關(guān)頻率的提高可以使電源重量減輕、體積減小，但使開關(guān)損耗增大，電源效率降低，電磁干擾問題變得突出起來。為了解決因提高開關(guān)電源工作頻率而帶來的負(fù)面影響，同樣在20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)采用準(zhǔn)諧振技術(shù)的零電壓開關(guān)（ZVS）電路和零電流開關(guān)(ZCS)電路。在理想情況下，采用軟開關(guān)技術(shù)，可使開關(guān)損耗降為零。正是軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，使開關(guān)電源進(jìn)一步向效率高、重量輕、體積小、功率密度大的方向發(fā)展。經(jīng)過近30年的發(fā)展，對軟開關(guān)技術(shù)的研究可謂方興未艾，它已成為各種電力電子電路的一項(xiàng)基礎(chǔ)性技術(shù)。迄今為止，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域非開關(guān)電源莫屬。

最近幾年，“綠色電源”這一名詞開始進(jìn)入人們的視野。所謂“綠色”是指，對環(huán)境不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生電磁干擾，對電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波污染。為了提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，降低開關(guān)電源對電網(wǎng)的諧波污染，在20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了功率因數(shù)校正（Power

Factor

Correction——PFC）技術(shù)。目前，單相PFC技術(shù)已比較成熟，相關(guān)的控制芯片已在各種開關(guān)電源中廣泛應(yīng)用，相比之下三相PFC技術(shù)則還處在起步階段。

高頻化是開關(guān)電源輕、薄、小的關(guān)鍵技術(shù)，國外各大開關(guān)電源制造商都在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，并致力于開發(fā)新型高智能化的元器件，尤其是改善整流器件的損耗，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能。另外，電容器的小型化和表面粘著（SMT）技術(shù)的應(yīng)用為開關(guān)電源向輕、薄、小型化發(fā)展奠定了良好的技術(shù)支持。目前市場上出售的采用雙極性晶體管制成的100千赫茲開關(guān)電源和用場效應(yīng)管制成的500千赫茲開關(guān)電源雖已使用化，但其工作頻率還有待進(jìn)一步的提高。

模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。

選擇本課題可以使我掌握開關(guān)電源的工作原理，進(jìn)一步加深對開關(guān)電源的理解。并把所學(xué)的專業(yè)知識（包括單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)、電力電子技術(shù)、大學(xué)物理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等）應(yīng)用到具體實(shí)例中，有效地鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，真正做到學(xué)有所用。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

1、研究的基本內(nèi)容包括：開關(guān)電源的工作原理，大功率開關(guān)電源中普遍采用的全橋型電路及其驅(qū)動電路以及高頻變壓器的設(shè)計(jì)與制作等。

2、計(jì)劃將此系統(tǒng)分成四部分——功率因數(shù)校正（PFC）電路、輔助電源模塊、主電路以及控制電路。

3、功率因數(shù)校正電路用來提高整流電路的功率因數(shù)，防止大量的諧波分量涌入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染，干擾其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

4、輔助電源模塊用來為控制電路提供電能。擬用單片集成開關(guān)電源芯片（TOP204）來實(shí)現(xiàn)。

5、控制電路用場效應(yīng)管集成驅(qū)動芯片IR2155,驅(qū)動全橋電路。

6、主電路的設(shè)計(jì)主要包括高頻變壓器的設(shè)計(jì)和全橋型電路中功率管的選型。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟：

（1）查閱相關(guān)的技術(shù)資料，制定初步的方案；

（2）利用適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如Proteus、PI

Expert

6.5、Multism等）對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬仿真；

（3）四個(gè)模塊設(shè)計(jì)的先后順序?yàn)楣β室驍?shù)校正電路、輔助電源模塊、控制電路和主電路。

方法：化繁為簡，將整個(gè)系統(tǒng)分解成四個(gè)部分，方便設(shè)計(jì)、調(diào)試。對局部電路預(yù)先進(jìn)行仿真，對結(jié)果有所預(yù)期。

措施：查閱于畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)資料和文獻(xiàn)（圖書館、超星電子圖書閱覽室等）。經(jīng)常與指導(dǎo)老師取得聯(lián)系，一起探討有關(guān)電路的設(shè)計(jì)方案等問題。

四、參考文獻(xiàn)

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電路原理圖設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

篇3

關(guān) 鍵 詞 開關(guān)電源；有源功率因數(shù)校正；單周期控制

中圖分類號：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671—7597（2013）022-040-1

開關(guān)電源廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、通信、電力、軍事、生活等各個(gè)領(lǐng)域。隨著越來越多的開關(guān)電源接入電網(wǎng)，其對電網(wǎng)的諧波危害日益嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，降低電源的使用效率。采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)（Active Power Factor Correction，APFC），實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的“綠色化”，降低電源對電網(wǎng)的諧波污染是電源接入電網(wǎng)的必要前提。

采用單周期控制的有源功率因數(shù)校正技術(shù)，能夠?qū)⑤斎腚娏鞯牟ㄐ涡Ｕ秊榕c輸入電壓同相的正弦波，提高整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電源對電網(wǎng)的諧波污染。

1 單周期控制的APFC技術(shù)

APFC技術(shù)的基本原理為在不可控整流橋與濾波電容之間加入一個(gè)合適的功率變換電路，常用的為BOOST變換電路或者BUCK電路，通過控制變換電路中開關(guān)管的通斷，來控制電感電流的大小，進(jìn)而控制交流側(cè)輸入電流的大小，將輸入電流校正成為與輸入電壓同相的正弦波。

采用單周期控制技術(shù)，通過設(shè)置輸出濾波電容大小，可以使得輸出電壓基本保持不變。圖1為采用單周期控制的Boost型APFC電路的原理框圖。

2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

電路的實(shí)驗(yàn)條件如下：額定功率250 W，輸入單相交流電壓120 V～250 V，頻率50 Hz，輸出直流電壓400 V，開關(guān)頻率50 KHz。以下為電源中關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)。

2.1 升壓電感設(shè)計(jì)

在BOOST電路中，升壓電感主要起到儲能作用。在Ton期間，L上的電壓為Ui，電流增量為 ，在Toff期間，L上的電壓為Uo-Ui，電流減少量為IL（-），其中：

2.2 輸出濾波電容設(shè)計(jì)

輸出電容的選擇應(yīng)考慮以下因素：輸出電壓的大小及紋波值等效串聯(lián)電阻的大小，容許溫升等眾多因素。此外，在輸入交流電斷電的情況下，電容容量足夠大以保證一定的放電維持時(shí)間。在這些需要考慮的因素中，電容維持放電的時(shí)間需要的電容值最大，即電容只要滿足放電時(shí)間，就能滿足其他的要求。

考慮到電解電容存在ESR的作用，因此采用多只電解電容并聯(lián)使用。

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

使用MATLAB/Simulink對上述設(shè)計(jì)的電源電路進(jìn)行仿真分析，對電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，可以看出，由于BOOST變換器前端采用不控整流加大電容濾波電路設(shè)計(jì)，只有當(dāng)電源電壓絕對值高于電容電壓時(shí)二極管才能導(dǎo)通，從而有電流流過，其他時(shí)間二極管截止，電容放電，輸入電流為零。因此，當(dāng)輸入電流為尖峰狀，其中含有大量的奇次諧波，且與輸入電壓不同相，此時(shí)電源對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染，且電源的功率因數(shù)很低。而采用單周期控制技術(shù)，迫使輸入電流跟隨輸入電壓變化，使二者均為正弦波，且二者同相位，輸入電流中含有的諧波大多為幅值較小的高次諧波，低次諧波的含量很少，大大減少了電源對電網(wǎng)的諧波污染，電源的功率因數(shù)可以達(dá)到0.99以上，提高了電能的利用率。

4 結(jié)論

基于單周期控制技術(shù)，對BOOST型APFC電路的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并使用MATLAB/SIMULINK完成了電路的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用單周期控制的有源功率因數(shù)校正技術(shù)，可以有效的將開關(guān)電源中輸入電流的波形校正為與輸入電壓同相的正弦波，大大減少了電源對電網(wǎng)的諧波污染，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。電路具有響應(yīng)快、控制效果好、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，具備很強(qiáng)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

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篇4

【關(guān)鍵詞】Saber軟件 脈沖電源 射頻開關(guān)

Saber是美國Analogy公司開發(fā)現(xiàn)由 Synopsys公司經(jīng)營的系統(tǒng)仿真軟件，為復(fù)雜的混合信號設(shè)計(jì)與驗(yàn)證提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的混合信號仿真器，兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真，現(xiàn)已成為混合信號、混合技術(shù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工具的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，可用于不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真，與其他電路仿真軟件相比，其具有更豐富的元件庫和更精確的仿真描述能力，仿真真實(shí)性更好，便于分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)可能遇到的問題，對于降低開發(fā)費(fèi)用、縮短開發(fā)周期等十分有用。

射頻開關(guān)是射頻通信中常用的鏈路切換器件，其頻率范圍從DC到40GHz可以做到全覆蓋，除了其射頻性能以外，驅(qū)動方式及其性能也是其重要指標(biāo)之一；在進(jìn)貨檢驗(yàn)或初次使用時(shí)，都要對其做一個(gè)全面的考核；為了精確測量評估射頻開關(guān)驅(qū)動性能，要求提供脈沖電壓幅度、寬度和頻率可調(diào)的精密脈沖電源；本文提出了一種用于射頻開關(guān)驅(qū)動性能測量評估的高精度數(shù)字可調(diào)脈沖電源的解決方案，并把利用saber軟件的仿真參數(shù)移植到脈沖電源樣機(jī)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期效果。

1 脈沖電源技術(shù)指標(biāo)

本文介紹的用于射頻開關(guān)供電的數(shù)字可調(diào)脈沖電源的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：

輸入電壓：AC（220±10%）V /（50±10%）Hz；

脈沖輸出電壓范圍： 0V～35V；

脈沖輸出電壓調(diào)節(jié)分辨率：0.1V；

脈沖輸出電壓紋波：≤50mV；

脈沖輸出電流：≤450mA；

脈沖電壓頻率：0Hz～1kHz；

脈沖電壓上升/下降延遲時(shí)間：≤45?s。

2 脈沖電源解決方案

自高頻開關(guān)電源問世以來，已在電子、通信、電氣、能源、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域作為解決方案廣泛應(yīng)用，并隨著電力電子器件的不斷發(fā)展，高頻開關(guān)電源以效率高、體積小和快速響應(yīng)等特點(diǎn)逐步取代了線性電源，但在某些對直流電壓紋波要求極高的場合，線性電源以低紋波、電磁干擾小等特點(diǎn)具有很大優(yōu)勢。

由于脈沖電源輸出電壓紋波要求高，為滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，本文采取了線性電源和微控制器方案來實(shí)現(xiàn)。原理框圖見圖1所示。

從圖1可以看出，脈沖電源按照線形電源原理設(shè)計(jì)，其工作原理為：首先PC機(jī)下發(fā)脈沖電壓幅值和脈沖寬度，MCU接收到控制指令后，根據(jù)脈沖電壓幅值選擇變壓器匝比，為三端穩(wěn)壓芯片提供合適的輸入電壓（5-40V），同時(shí)下發(fā)脈沖電壓幅值指令給D/A芯片，D/A輸出電壓與三端穩(wěn)壓芯片輸出端反饋電壓通過運(yùn)放比較，從而驅(qū)動三極管來調(diào)節(jié)線形穩(wěn)壓器LDO（LM317HV）調(diào)整端，形成閉環(huán)控制回路使線性LDO穩(wěn)壓器的輸出電壓達(dá)到PC機(jī)下設(shè)的脈沖電壓幅值。其次MCU根據(jù)PC機(jī)設(shè)置的脈沖寬度控制PWM口驅(qū)動NMOS管，輸出滿足射頻開關(guān)要求的脈沖電壓幅值和寬度。

3 仿真模型搭建

Saber軟件中具有很大的通用模型庫和較為精確的具體信號器件模型，本系統(tǒng)依據(jù)脈沖電源解決方案，在Saber中選擇方案中具體選型器件搭建仿真模型，仿真器件如表1所示。

3.1 仿真模型搭建

按照設(shè)計(jì)解決方案，利用saber軟件搭建了仿真模型，如圖2所示：主要包括LM317HV輸出電壓調(diào)節(jié)電路、NOMS管浮地驅(qū)動電路、輸出電壓采樣電路和閉環(huán)控制器三部分。

3.2 LM317HV輸出電壓計(jì)算、D/A選擇以及反饋電阻計(jì)算

電壓輸出模塊主要采用 LM317HV 芯片完成轉(zhuǎn)換輸出。由于LM317HV芯片的輸入電壓一般要比輸出電壓高3V（即有3V的壓降），輸出端的最小電壓為1.25V，為了使脈沖電源能輸出0-35V電壓，要求其輸入Vin接 40V 的電壓，同時(shí)把LM317HV芯片的ADJ 端口引入閉環(huán)反饋環(huán)路，通過D/A轉(zhuǎn)換器芯片的輸出電壓Vda與反饋采樣電壓進(jìn)行比較，使LM317HV的輸出端電壓降為0V。輸出電壓取決于閉環(huán)回路中三極管Q1集電極電壓Vc，計(jì)算公式為：Vdc=1.25+Vc。詳細(xì)電路如圖3所示。

由于本設(shè)計(jì)輸出的電壓為0V 到35V 之間，步進(jìn)電壓為0.1V，為了保證調(diào)節(jié)精度，選用5V/12位DAC7802作為基準(zhǔn)參考，考慮噪聲干擾因素，按照10位的有效精度考核，最小分辨率為0.00244V，即滿足系統(tǒng)0.1V調(diào)節(jié)精度要求，反饋電阻精度0.01%，當(dāng)R1采用1.8歐時(shí)，R2=6R1，即R2為10.8歐，滿足脈沖輸出35V電壓要求。

3.3 仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文針對額定電壓為12V/450mA的射頻開關(guān)，對輸出0.1V和12V的仿真結(jié)果和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。

圖4為仿真輸出0.1V/100ms脈沖電壓，脈沖幅值為0.10025V，上升沿為12.175us，下降沿為8.4626us，脈沖寬度為0.099986s。

圖5為樣機(jī)實(shí)驗(yàn)輸出0.1V/100ms脈沖電壓，脈沖幅值為0.09725V，上升沿為31.2us，下降沿為26.9us，脈沖寬度為0.09999s。

圖6為仿真輸出12V/100ms脈沖電壓，脈沖幅值為11.99V，上升沿6.0126us，下降沿為4.8586us，脈沖寬度為0.099988s。

圖7為樣機(jī)實(shí)驗(yàn)輸出12V/100ms脈沖電壓，脈沖幅值為11.99V，上升沿為43.93us，下降沿為42.13us，脈沖寬度為0.1000s。

該樣機(jī)在帶額定電壓為12V/480Ma的射頻開關(guān)時(shí)，輸出的100ms的脈沖電壓符合設(shè)計(jì)要求，已成功用于某射頻開關(guān)測試設(shè)備產(chǎn)品。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)某射頻開關(guān)測試產(chǎn)品的要求，設(shè)計(jì)了一種射頻開關(guān)供電脈沖電源。利用saber庫中元器件建立了脈沖電源電路仿真模型，并以同樣參數(shù)元器件設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，脈沖電壓的動態(tài)響應(yīng)和精度都達(dá)到了預(yù)期效果。采用saber仿真輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)開發(fā)輪次，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，同時(shí)降低了設(shè)計(jì)成本?？梢妔aber輔助仿真建模是未來開關(guān)電源設(shè)計(jì)必不可少的軟件工具之一。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

王生范（1980-）， 男，工程師。

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【關(guān)鍵詞】離線式;PWM開關(guān)電源;傳導(dǎo)電磁干擾;分析

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步，社會環(huán)境當(dāng)中的電力電子裝置也得到了廣泛的普及應(yīng)用，而這些設(shè)備在使用的過程中必然會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾現(xiàn)象，反過來，這些干擾現(xiàn)象又會對設(shè)備本身的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不同程度的影響。從以往的研究資料中可以看到，通過研究電力電子裝置的電磁干擾源及其特征，有助于改善電力電子裝置的電磁兼容性能，從而有效削弱設(shè)備開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁現(xiàn)象，保證電力電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、針對開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾源及其相關(guān)內(nèi)容的分析

離線式PWM開關(guān)電源裝置是一種抗噪性較強(qiáng)的裝置，它具備一定的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性特征，在工程中的應(yīng)用極為普遍。從總體來看，欲想要研究PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾，則首先要明確開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾源及其在主電路中的作用機(jī)理?；诖耍瑯?gòu)建一種包含有功率半導(dǎo)體器件以及無源元件等內(nèi)容的高頻電路模型，并對該模型進(jìn)行電磁干擾的模擬分析，從而對其性能做以了解，以便于在實(shí)際操作中能夠有效避免開關(guān)電源傳導(dǎo)過程的電磁干擾現(xiàn)象。

（一）離線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾源

鑒于實(shí)際電力電子裝置中半導(dǎo)體器件的開關(guān)瞬態(tài)性能、電路連線的三維結(jié)構(gòu)以及無源器件的非線性等因素的影響，如若直接對其進(jìn)行精確的描述則就會遇到較大的阻礙，因此，構(gòu)建一種包含有功率半導(dǎo)體器件以及無源元件等內(nèi)容的高頻電路模型的方法對實(shí)際裝置的電磁干擾發(fā)射還很難進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測[1]。

（二）電磁干擾源及其模型特征分析

從專業(yè)的角度來看，電力電子裝置中的開關(guān)器件的非線性是致使其產(chǎn)生電磁干擾的主要根源。鑒于各類型裝置中所選用材料較為特殊，往往在實(shí)際使用的過程中，可以忽略這一電磁干擾現(xiàn)象，但并不意味著此類型的干擾不會對設(shè)備的正常運(yùn)作產(chǎn)生影響。通過理論分析可知，高頻功率開關(guān)器件是傳導(dǎo)電磁干擾源，通常會在開關(guān)瞬間產(chǎn)生電磁干擾[2]。離線式PWM開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾源以及耦合途徑有著直接關(guān)聯(lián)，而且，開關(guān)電源在受到典型傳導(dǎo)干擾源作用時(shí)，則會呈現(xiàn)出干擾耦合通道的狀況。由此可以了解到，若想要有效避免離線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾，則要從其機(jī)理及特征著手來操作。

二、有效避免開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的措施分析

（一）淺析離線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的特性

經(jīng)分析，離線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的特性較為突顯，即離線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾數(shù)據(jù)可以通過測算模擬環(huán)境中的干擾源及其參數(shù)來獲取，因此，探究避免PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的有效措施之一便是通過其干擾特性來將其避免?；陔x線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的特性，提出了一種測量交流電機(jī)傳動系統(tǒng)中電磁干擾耦合途徑特性的方法，即得出傳導(dǎo)干擾耦合通道的特性[3]。

（二）探究避免PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的合理措施

在建立高頻電路仿真模型過程中，在上文中所提到的一種包含有功率半導(dǎo)體器件以及無源元件等內(nèi)容的高頻電路模型的方法，通常需要將各個(gè)元器件單獨(dú)進(jìn)行建模，而對元器件間實(shí)際存在的高頻耦合效應(yīng)未予以考慮，這種簡化處理有時(shí)會嚴(yán)重影響對電磁干擾的正確理解和分析，同時(shí)，也不利于指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行技術(shù)調(diào)試[4]。

因此，探究一種有效避免離線式PWM開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的可行性措施極為必要。從現(xiàn)實(shí)情況來看，開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁環(huán)境呈現(xiàn)一種動態(tài)的變化趨勢，隨著因素及條件的變化而發(fā)生細(xì)微的變化。因此，通過構(gòu)建模型來探究避免產(chǎn)生電磁干擾的方法有一定的現(xiàn)實(shí)意義。從測算數(shù)據(jù)中可以了解到，開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的特征較為明顯，只有針對其特征變化情況來采取必要的措施來改善，才能對開關(guān)電源傳導(dǎo)機(jī)制的正常操作帶來實(shí)質(zhì)性幫助。

三、結(jié)束語

綜上所述，從以上所分析的情況來看，由于離線式PWM開關(guān)電源中高速功率開關(guān)器件在應(yīng)用時(shí)能夠產(chǎn)生瞬間的電流、電壓，則會對電力資源通道中的電流以及電壓造成一定的影響。在實(shí)際的電網(wǎng)環(huán)境中，這種類型的開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾普遍存在。經(jīng)系統(tǒng)的分析與驗(yàn)證可知，通過將開關(guān)電源置于不同的占空比狀態(tài)，經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)操作過程可以了解到，通過測量開關(guān)電源在擬定干擾源時(shí)的傳導(dǎo)狀態(tài)，能夠進(jìn)一步明確其傳導(dǎo)特征，最后，憑借在模擬實(shí)驗(yàn)中所得出的開關(guān)電源傳遞特征，得出阻隔傳導(dǎo)干擾的有效方法，為實(shí)踐操作帶來啟示。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：振蕩器；開關(guān)電源；鋸齒波振蕩器；基準(zhǔn)電壓

近年來，開關(guān)電源芯片被廣泛應(yīng)用于通信電子產(chǎn)品的電源供電系統(tǒng)。目前，開關(guān)電源主要采用PWM控制電路，鋸齒波振蕩器是PWM控制電路的核心功能部件。在電源電壓、溫度、工藝和環(huán)境負(fù)載變化或者漂移的條件下，要求振蕩器能夠產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的信號輸出。許多鋸齒波振蕩器雖然具有穩(wěn)定性好、精度高的特點(diǎn)，但受環(huán)境溫度和電源電壓影響較大，基于以上要求，本文設(shè)計(jì)一種鋸齒波產(chǎn)生電路。

1 電路結(jié)構(gòu)及原理

1.1 電路整體框架及原理

圖1為RC振蕩器的原理圖。本文提出的鋸齒波振蕩器主要由三部分構(gòu)成，一部分是基準(zhǔn)產(chǎn)生的電流I1和I2，一部分由電容C和開關(guān)K1、K2組成，最后一部分是控制電路。

該電路利用基準(zhǔn)源產(chǎn)生的電流I1對電容C進(jìn)行充電，利用電流I2進(jìn)行放電，從而產(chǎn)生對開關(guān)K1和K2的控制信號。

產(chǎn)生脈沖的工作過程如下：假設(shè)輸出信號Um為低電平，使開關(guān)管S1導(dǎo)通，S2關(guān)斷。這時(shí)電流I1對C進(jìn)行充電，使a點(diǎn)電壓Ua升高，經(jīng)過控制電路作用后，使輸出信號Um變?yōu)楦唠娖?；然后，Um使開關(guān)管S1關(guān)斷，S2導(dǎo)通，電流I2對C進(jìn)行放電，使a點(diǎn)電壓Ua降低，輸出Um又變?yōu)榈碗娖?。電路如此反?fù)循環(huán)工作，便在輸出端產(chǎn)生振蕩信號，Ua是產(chǎn)生的鋸齒波信號。

1.2 具體電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

振蕩器實(shí)際電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中Uref引腳輸入的是來自帶隙基準(zhǔn)的參考電壓，Um是輸出給后級的最大占空比信號，Uout是所要求的鋸齒波輸出信號。

圖1中的開關(guān)S1、S2分別由PMOS管VT4和VT5代替。因此，圖1中的倒相器在具體電路中便不需要實(shí)現(xiàn)。在集成電路中不易直接實(shí)現(xiàn)精確的電流源，所以先產(chǎn)生一個(gè)精確的參考電壓Uref，然后通過一個(gè)U-I變換電路，產(chǎn)生兩個(gè)精確的充放電電流I1和I2。圖2中的電阻R是外接的精密電阻，電路中運(yùn)放將B點(diǎn)電位鉗位在參考電壓Uref，因此流過R的電流為

假設(shè)振蕩器輸出信號Um初始值為低電平，VT4打開，VT5關(guān)斷，電流通過VT4流到電容，電容進(jìn)行充電。此時(shí)Ua低于VH，COMP1輸出高電平，Ua高于VL，COMP2也輸出高電平，Um保持低電平。直到C的電壓上升到高于VH一點(diǎn)，COMP1輸出低電平，使得Um翻轉(zhuǎn)為高電平。此時(shí)VT5打開，VT4關(guān)斷，電流通過VT5，電容C通過VT6支路進(jìn)行放電，逐漸減小。直到C的電壓降低到低于VL一點(diǎn)，COMP2輸出低電平，Um翻轉(zhuǎn)為低電平。電路如此循環(huán)，在輸出端產(chǎn)生振蕩信號。

如圖3所示，門限電壓是由Uref1對Uref2產(chǎn)生，Uref1對Uref2是來自基準(zhǔn)模塊的電壓，不隨溫度和電源電壓變化，所以VH和VL基本保持恒定。

1.3 輸出頻率的計(jì)算

不同的充放電電流決定了輸出高低電平的不同脈寬，所以決定了方波信號的占空比。具體原理如下：

在一個(gè)充放電周期內(nèi)設(shè)電容的充電時(shí)間為Tr，放電時(shí)間為Tf，電容充放電的周期為Ts，由電容的電流公式：

從而 Ts≈Tr

得到鋸齒波的下降沿近似垂直。通過調(diào)整電容C或者R的大小，可以得到預(yù)期的鋸齒波振蕩周期為Ts=7.6μs，即振蕩器的周期為132kHz。其中VH和VL都是由基準(zhǔn)電壓而得到的，故不隨外界條件變化，從而使振蕩頻率不受電源電壓和溫度的影響而維持恒定。

2 仿真結(jié)果與分析

此電路采用TSMC 0.5μm工藝實(shí)現(xiàn)，用Spectre進(jìn)行仿真。在5.8V電源輸入，27℃環(huán)境溫度下，圖4是振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號以及最大占空比輸出信號，由仿真結(jié)果可知鋸齒波的頻率精確控制在132kHz，且上升沿線性度好，下降沿陡峭，最大占空比達(dá)。

表1給出了振蕩器在不同電源電壓和溫度下的振蕩周期仿真結(jié)果，由表格所示結(jié)果可知，振蕩頻率最小為129kHz，最大為135kHz。頻率漂移范圍在±3%內(nèi)，可見頻率隨電源電壓和溫度變化的影響較小，振蕩器的精度較高。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞 LM5117；降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源；閉環(huán)控制

中圖分類號：TN492 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）06-0036-03

Abstract This system design chooses LM5117 chip and CSD18532-KCS MOSFET of TI Company as control core voltage stabilizing system， and builds a stable and efficient buck type DC switching power supply. It uses the closed-loop feedback control voltage， im-proving the stability of output voltage. Design reduces the output ripple voltage， selecting the appropriate switching frequency com-pensation and loop network to enhance the stability and load capa-city， make output voltage more stable.

Key words LM5117； Buck DC； feedback control

1 引言

開關(guān)電源憑借其相對于線性電源的體積小、效率高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在越來越多的場合得到應(yīng)用。傳統(tǒng)的PWM開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開關(guān)頻率低，電源功耗高，紋波系數(shù)大。隨著對開關(guān)電源性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的PWM開關(guān)電源逐漸不能滿足性能要求，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展。模塊化的開關(guān)電源控制芯片的優(yōu)越性能得到越來越廣泛的應(yīng)用，工作頻率高，紋波系數(shù)小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，便于調(diào)試。TI公司生產(chǎn)的軍工級新型同步降壓控制器LM5117就是優(yōu)秀代表。

2 LM5117介紹

LM5117是一款同步降壓控制器，適用于高電壓或各種輸入電源的降壓型穩(wěn)壓器應(yīng)用。其控制方法基于采用仿真電流斜坡的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡化環(huán)路補(bǔ)償功能。使用仿真控制斜坡可降低脈寬調(diào)制電路對噪聲的敏感度，有助于實(shí)現(xiàn)高輸入電壓應(yīng)用所必需的極小占空比的可靠控制。LM5117的工作頻率可以在50～750 kHz范圍內(nèi)設(shè)定?？衫米赃m應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制來驅(qū)動外部高邊和低邊NMOS功率開關(guān)管（《LM5117技術(shù)手冊》）。

3 方案描述

為滿足題目要求，本系統(tǒng)能夠處理兩種輸入信號：16 V直流輸入電壓、外部負(fù)載R。通過人工方式在兩種輸入信號之間進(jìn)行功能的切換，然后通過LM5117為核心的穩(wěn)壓電路，分別實(shí)現(xiàn)16 V輸入、5 V恒壓輸出，負(fù)載R可變輸入、1～10 V電壓輸出這兩種功能。同時(shí)利用采樣電阻采集電流信號交給比較器控制，進(jìn)行過流保護(hù)，提高系統(tǒng)可靠性。整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

4 方案設(shè)計(jì)

降低紋波 本系統(tǒng)采用加強(qiáng)輸入輸出的LC濾波網(wǎng)絡(luò)，輸入輸出信號在送到對應(yīng)端口之前均采用多個(gè)電容并聯(lián)，大大降低紋波電壓；輸出端的LC濾波網(wǎng)絡(luò)選用較小電感（10 μH），降低電路功耗，有助于提高電源效率；輸出端采取C1和R21阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，消除尖峰[1]。

負(fù)載R檢測 本系統(tǒng)使用LM358構(gòu)成的恒流源電路[2]，將負(fù)載R的阻值轉(zhuǎn)化成電壓差分信號送入INA118儀表放大器進(jìn)行放大，經(jīng)恒流源轉(zhuǎn)化后差分信號Ud與負(fù)載阻值R之間滿足題目要求計(jì)算公式：Ud=R/1k（V）。

Ud被放大后通過運(yùn)放，成為VOUT輸出。

負(fù)載R檢測如圖2所示。其中，U1A構(gòu)成恒流源，RL為待測負(fù)載R（仿真電路中條件RL=5k），U2的INA118P為儀表放大器[3]，處理恒流源轉(zhuǎn)化的電壓差分信號R3/R5和R6/R4分別構(gòu)成的分壓電路和比例電路。

穩(wěn)壓控制 本系統(tǒng)采用以LM5117芯片為核心的穩(wěn)壓電路，內(nèi)部高增益誤差放大器產(chǎn)生一個(gè)與FB引腳電壓和內(nèi)部高精度0.8 V基準(zhǔn)之差成正比的誤差信號。選取合適的RCOMP、CCOMP和CHF構(gòu)成π型環(huán)路補(bǔ)償元件，連接至COMP引腳的誤差放大器。選取合適的反饋調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，使輸出電壓穩(wěn)定到需求值[4]。

過流保護(hù) LM5117芯片的UVLO端口是欠壓鎖定編程引腳。當(dāng)UVLO引腳低于0.4 V時(shí)，穩(wěn)壓器處于關(guān)斷模式，所有功能被禁用。如果UVLO引腳電壓高于0.4 V并低于1.25 V，穩(wěn)壓器隨VCC穩(wěn)壓器運(yùn)行而處于待機(jī)模式，此時(shí)SS引腳接地，且HO和LO輸出端不會切換。決定利用這一特性，使工作電流超過額定電流時(shí)強(qiáng)制拉低UVLO口的電壓至0.4 V～1.25 V之間，將LM5117芯片置于待機(jī)狀B。

采集輸出電流，將取樣電壓與達(dá)到額定電流時(shí)的電壓進(jìn)行比較，將比較結(jié)果使用CD4013進(jìn)行鎖存，并反接肖特基二極管SS14，使過流時(shí)的UVLO端口鉗位到0.7 V，達(dá)到過流保護(hù)的效果[5]。過流保護(hù)如圖3所示。主電路整體原理圖如圖4所示。

5 測試方案與測試結(jié)果

首先，將本系統(tǒng)與外部直流電源相連接，調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，使得系統(tǒng)輸入U(xiǎn)IN=16 V，保持恒定。調(diào)節(jié)負(fù)載大小，當(dāng)IO=0.2IOMAX，記錄UO，即為輕載輸出電壓；當(dāng)IO=IOMAX，記錄UO，即為滿載輸出電壓，計(jì)算負(fù)載調(diào)整率SI。

其次，調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，當(dāng)系統(tǒng)輸入U(xiǎn)IN=13.6 V和UIN=17.6 V時(shí)，分別記錄UO13.6V、UO17.6V，計(jì)算電源電壓調(diào)整率SV。

再次，調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，使得系統(tǒng)輸入U(xiǎn)IN在13.6～17.6 V范圍內(nèi)變化，在其中選取5組不同輸入電壓值進(jìn)行測量。記錄不同輸入電壓UIN分別對應(yīng)的輸入電流IIN、輸出電壓UO以及輸出電流IO，計(jì)算轉(zhuǎn)換效率η。

最后，調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，使得系統(tǒng)輸入U(xiǎn)IN=16 V，保持恒定。改變外接待測電阻R大小，測量并記錄不同阻值下對應(yīng)的輸入電流IIN、輸出電壓UO以及輸出電流IO，計(jì)算轉(zhuǎn)換效率η。

測試結(jié)果如表1～表4所示。

經(jīng)測試，本系統(tǒng)能夠完成題目所有的設(shè)計(jì)性能要求。并且在負(fù)載調(diào)整率及轉(zhuǎn)換效率方面均優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

通過一系列功能測試，本系統(tǒng)以LM5117為核心設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn)16～5 V的DC-DC電壓變換，同時(shí)能夠檢測外接負(fù)載R大小并根據(jù)一定的公式調(diào)節(jié)輸出電壓。經(jīng)測試，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)所有要求，并提高電源效率達(dá)到91%以上，負(fù)載調(diào)整率降至0.4%，同時(shí)將紋波電壓峰峰值控制在20 mV

以內(nèi)，是一款性能優(yōu)良的降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳大欽，羅杰.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].3版.北京：高等教育出版社，2008.

篇8

【關(guān)鍵詞】電解電容；驅(qū)動電路；有源紋波補(bǔ)償；保護(hù)電路

1.前言

LED（發(fā)光二極管）為新一代的綠色照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、高亮度、長壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)。它不僅是照明光源的新寵，也與人們的生活戚戚相關(guān)。因此，研制長壽命的驅(qū)動電源，構(gòu)建高效率、低成本、高功率因數(shù)和是LED燈發(fā)光品質(zhì)和整體性能的關(guān)鍵，也是LED照明技術(shù)發(fā)展的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有的白熾燈泡壽命比LED燈少約40倍。因?yàn)榘l(fā)光二級管不僅是直流電流驅(qū)動器件，也是光電轉(zhuǎn)換器，有將光電轉(zhuǎn)換的功能。它的作用主要是通過流動電流，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽云鋬?yōu)勢是比一般的光源的節(jié)能效率和工作壽命都要高。但是，在LED驅(qū)動電源的整流電路和濾波電路中一般需要使用大容量的電解電容。電解電容器的壽命一般為l05℃/2000h，就是說當(dāng)電容周圍溫度升高到105℃時(shí)其壽命只有84天，即使工作在溫度為85℃的環(huán)境中，使用壽命也僅為332天，所以電解電容是阻礙LED驅(qū)動電路壽命的主要原因。為了提高驅(qū)動電源的壽命，有必要去掉電解電容，為此文中提出一種無電解電容的高亮度LED驅(qū)動電源。

2.LED驅(qū)動電路的工作原理

3.LED驅(qū)動電路的具體設(shè)計(jì)

3.1 輸入電路的設(shè)計(jì)

3.1.1 EMI濾波器的設(shè)計(jì)

3.4 有源紋波補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)

3.4.1 有源紋波補(bǔ)償理論

因?yàn)楝F(xiàn)有的LC濾波電路無法完全濾除紋波，而且電容量小的電容濾波效果更差，所以傳統(tǒng)的開關(guān)電源輸出波紋大，若流過LED的電流紋波過大將不僅影響了LED的光效，而且影響LED的光衰，特別是電解電容由于它的使用壽命短，從而嚴(yán)重的縮短了開關(guān)電源和LED的使用壽命。因此，從研究小電容量入手、以輸出紋波小、能量變換效率高為內(nèi)容，以使用的安全性和長期性為目的，構(gòu)建新型驅(qū)動電源，是十分重要的和必要的，是當(dāng)前急需解決的問題，具有一定的科學(xué)性和可靠性。

文獻(xiàn)[4]在總結(jié)主輔補(bǔ)償電路的基礎(chǔ)上，采用線性電源對電感紋波電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ潆娐方Y(jié)構(gòu)如圖8所示。通過檢測電阻R1的電壓來檢測電感紋波電流，放大器輸出與電感紋波電流反向的補(bǔ)償電流通過電阻R5將電感紋波電流補(bǔ)償。該電路通過用電阻匹配來解決紋波電流補(bǔ)償問題，容易實(shí)現(xiàn)；并且省去電解電容，使得電源的使用壽命能夠延長。

3.4.2 有源紋波補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)與仿真

如圖9所示，有源紋波補(bǔ)償電路由三極管，運(yùn)算放大器A1，A2，和電感電流檢測電阻組成。其原理是通過檢測電感兩端的電流，通過運(yùn)算放大器A1和A2比較后控制三極管的開關(guān)實(shí)現(xiàn)電流的補(bǔ)償。

4.結(jié)束語

目前LED驅(qū)動電路中，影響驅(qū)動電路整體壽命的主要因素是儲能電容，所以本設(shè)計(jì)采用線性電源抑制輸出波紋，達(dá)到減小儲能電容的電容量的目的，因此可以在不增加輸出波紋的情況下采用壽命長的薄膜電容取代電解電容，從而提高LED驅(qū)動電路的整體壽命。從仿真結(jié)果來看，采用以有源紋波補(bǔ)償后，電路運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，這說明此方法能夠有效的提高了驅(qū)動電路的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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[3]孫文婷，羊彥.無電解電容LED驅(qū)動電路[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（14）：8-10.

[4]Fu C M-S，Lu D D-C，Sathiakumar S.A novel method to reduce the operating temperature of high power light-emitting diodes[C].Australasian Universities Power Engineering Conference 2008（AUPEC'08）.Sydney，NSW.Dec 14-17，2008：1-6.

篇9

[關(guān)鍵詞]單片機(jī)；控制；恒流測試系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201619057

通過將恒定的電流施加到超級電容器上，充放電實(shí)驗(yàn)超級電容器，對超級電容端隨時(shí)間改變的規(guī)律進(jìn)行研究，超級電容在不同電流下的小串聯(lián)電阻和容量等都能夠非常有效地得到。因此，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)控制恒流測試系統(tǒng)是非常必要的。

1設(shè)計(jì)硬件電路

11系統(tǒng)的組成及工作機(jī)理

該系統(tǒng)主要由恒流充放電主電路、開關(guān)電源供電電路、電流電壓檢測電路及PIC控制系統(tǒng)構(gòu)成。將典型的正激雙管式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用到開關(guān)電源電路中，TL494脈寬調(diào)制控制器為基本的控制芯片，經(jīng)過采樣反饋回路，獲取輸出電壓，對脈寬寬度大小進(jìn)行改變，對開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間實(shí)施調(diào)節(jié)處理，進(jìn)而確保輸出電壓的穩(wěn)定。

12充放電柱電路系統(tǒng)

充放電柱電路主要由兩部分組成，即有源電子負(fù)載和恒流源，通過恒流源為超級電容器充電是其基本思想，然后，超級電容器再利用恒流形式下的有源電子負(fù)載進(jìn)行放電，對于充放電功能的自動轉(zhuǎn)換，由繼電器完成控制。

恒流源用圖中的虛線框表示，有源電子負(fù)載用右虛線表示，繼電器為KA1和KA2，由單片機(jī)控制它們的狀態(tài)。在進(jìn)行充電時(shí)，閉合KA1，斷開KA2，將供電電路接通，將超級電容器中的電充滿，將功率器和耗能電阻應(yīng)用到回路中將電能消耗掉。單片機(jī)利用輸出低電平和高電平，對開關(guān)KA1和KA2的通、斷情況進(jìn)行控制，完成恒流放電和恒流充電的轉(zhuǎn)換，也就是有源電子負(fù)載功能和恒流源之間的相互轉(zhuǎn)換。

在設(shè)計(jì)恒流源電路時(shí)，對開關(guān)的狀態(tài)，用運(yùn)算放大器控制功率管進(jìn)行掌控，確保穩(wěn)流功能的實(shí)現(xiàn)，有高精度的大電流存在于這種電路中，對相關(guān)的設(shè)計(jì)要求予以滿足。圖1為此電路的模型圖。

圖1充放電柱電路系統(tǒng)

其中控制電壓用Ui表示，輸出電流為Io，運(yùn)放為A1和A2。由單片機(jī)完成控制電壓Ui的輸出，由用戶完成大小的設(shè)定。Ui向著A1中輸入，在放大之后，對MOS管的導(dǎo)通程度進(jìn)行控制，進(jìn)而生成輸出電流Io。在采樣電阻Rs上輸出電流會生成采樣電壓，通過放大向著運(yùn)放A1的反向輸入端中反饋，然后合理調(diào)整其中的輸出電流，進(jìn)而發(fā)揮出穩(wěn)流的功能。把采樣電阻上獲取的采樣電壓向著單片機(jī)中輸入，利用數(shù)據(jù)的處理，最后，二次調(diào)整輸出控制電壓。

按照虛斷和虛短的規(guī)律，能夠?qū)⑤敵鲭娏骱涂刂齐妷褐g的關(guān)系推導(dǎo)出來，用恒流模式下的電子負(fù)載放電作為超級電容器放電測試的主要構(gòu)成部分。有效的結(jié)合起有源地碼字負(fù)載和恒流遠(yuǎn)電路，通過繼電器和少量的電路的掌控，實(shí)現(xiàn)恒流放電和恒流充電的功能切換，進(jìn)而提升工作效率，大大地節(jié)省投入成本。

13控制系統(tǒng)

在對電路進(jìn)行控制時(shí)，將PIC16F877A作為主控芯片的控制器，它的運(yùn)行速度比普通的單片機(jī)要快上5倍左右，而且具備10位ADC轉(zhuǎn)換模塊和完善的時(shí)鐘模塊，此外與USART總線方式結(jié)合了起來，與上位機(jī)的通信可以有效地完成。

一個(gè)六位的端口為PIC單片機(jī)端口RA的主要特征。端口里面的RBA-RB7具備電平改變中的終止功能，在4×4矩陣鍵盤中斷響應(yīng)端口中能夠發(fā)揮相應(yīng)的作用，將輸出電流值、電壓限定值和電路工作方式利用矩陣鍵盤能夠設(shè)定出來，對于設(shè)定的輸出電壓限定值和輸出電流值用數(shù)碼管顯示出來。對MAX7219顯示控制芯片進(jìn)行應(yīng)用，有BCD碼編碼器存在于內(nèi)片集成中，數(shù)據(jù)段驅(qū)動器、多元掃描電路等將八位顯示數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM存儲了進(jìn)去，將八個(gè)七段共陰級數(shù)碼顯示管能夠一同的完成驅(qū)動處理，對較少的端口資源進(jìn)行占用。

14分析供電電路

如圖2所示。輸入整流濾波器是由圖中的C1、C2、C3、C4和扼流Lab一同將輸入整流濾波器構(gòu)造了出來，避免電網(wǎng)的干擾信號和開關(guān)電源互相干擾。由TL494對正激雙管式的兩個(gè)開關(guān)管進(jìn)行掌控，然后確保D1與D2能夠一同被中斷，在輸入電壓值上籍位電壓，所以，將單管一半的耐壓值應(yīng)用到開關(guān)管中就可以。將TL494作為控制驅(qū)動芯片，這種集成電路是由典型的固定頻率脈寬調(diào)制控制的，對于控制開關(guān)電源所需要的所有功能它都能夠包含于其中，可以當(dāng)作半橋式、全橋式、單端正激雙管式開關(guān)電源的掌控系統(tǒng)。將TL431和4N34組合作為反饋采樣回路的光耦隔離器。

圖2供電電路

通過濾波電路，交流220V市電流利用整流橋向著300V的直流電壓轉(zhuǎn)變，之后利用通斷控制功率MOS，用高頻脈沖電壓取代300V電壓，然后，向著高頻變壓器中送入，再通過濾波、穩(wěn)壓和流管整流，將48V的直流電壓輸出來。經(jīng)過反饋回路，將部分輸出電壓向著TL494脈寬調(diào)制控制器中輸送，利用對輸出脈沖電壓脈寬寬度的大小進(jìn)行改變，對功率MOS管的開通時(shí)間進(jìn)行掌控，從而對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，將穩(wěn)壓的作用發(fā)揮出來。

2仿真設(shè)計(jì)放電主電路

篇10

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源；模糊控制；仿真

1仿真電路

1.1SG3525仿真電源模型SG3525是開關(guān)電源常用的控制芯片，其性能優(yōu)良、功能齊全、通用性強(qiáng)，簡單可靠、使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。個(gè)人認(rèn)為SG3525的反饋輸入是有誤差放大器的，所以應(yīng)該再加上誤差放大器ke，根據(jù)其數(shù)據(jù)手冊誤差放大器的開環(huán)增益典型值為75dB，由知。脈沖發(fā)生器PG2以及相關(guān)邏輯電路是為了將前面產(chǎn)生的一路PWM波分成兩路，來實(shí)現(xiàn)對橋路的雙極性控制。所以脈沖發(fā)生器PG2的頻率即是本設(shè)計(jì)電源工作頻率50kHz，而脈沖發(fā)生器PG1的頻率是PG2的兩倍即100kHz。而后面使用的Mux是為了讓兩路PWM波合成，已滿足UniversalBridge模型的輸入要求，SG3525仿真電源模型如圖1所示。摘要：詳細(xì)介紹了砌塊成型機(jī)上應(yīng)用的一種新型振動系統(tǒng)的無極調(diào)速、自動變頻變幅智能伺服控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：砌塊機(jī)；振動系統(tǒng)；伺服智能控制系統(tǒng)；自動變頻振動系統(tǒng)是砌塊成型機(jī)的核心，傳統(tǒng)第一代振動技術(shù)采用接觸器直接控制普通電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)速固定不變。一般砌塊成型機(jī)的生產(chǎn)周期為15s~20s，一個(gè)生產(chǎn)周期需要電機(jī)啟停4次，這樣的生產(chǎn)條件使制動裝置摩擦損耗大，接觸器易拉弧，電機(jī)使用壽命降低，設(shè)備維修成本增加，且還不能很好地適應(yīng)多種原材料制品的成型生產(chǎn)。第二代振動技術(shù)采用變頻器控制，雖能解決多級調(diào)速問題，但變頻器高低速頻繁轉(zhuǎn)換及啟停，頻繁的加減速使變頻器容易產(chǎn)生炸機(jī)，因而需要延長變頻器加減速時(shí)間來降低產(chǎn)生故障的可能，導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)周期變長，影響了生產(chǎn)效率和出現(xiàn)較多的能量消耗。以上兩種振動形式在同樣的轉(zhuǎn)速下，要改變振動系統(tǒng)激振力的大小，只能通過手工增減偏心振動塊的偏心質(zhì)量來完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力極不方便。在目前砌塊機(jī)市場新常態(tài)下，如何創(chuàng)新，如何提高國內(nèi)砌塊機(jī)的競爭力，一種振動系統(tǒng)的無極調(diào)速、自動變頻變幅智能伺服控制系統(tǒng)由此而生。1伺服振動系統(tǒng)原理4臺ABCD伺服電機(jī)各在其電機(jī)軸上通過機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換聯(lián)接ABCD偏心振動塊，每兩臺為一組，組成振動臺，如圖1所示。為了敘述方便，ABCD可視為伺服控制器或電機(jī)或偏心振動塊。四臺ABCD伺服控制器通過編碼器等線路相對應(yīng)的聯(lián)接四臺ABCD伺服電機(jī)，給ABCD伺服4臺控制器建立一個(gè)閉環(huán)通訊網(wǎng)絡(luò)，圖中C為速度主機(jī)，B為速度從機(jī)，D為角度主機(jī)，A為角度從機(jī)。速度主機(jī)C的速度數(shù)值（如4000r/min）由計(jì)算機(jī)或觸摸屏輸入，經(jīng)上位機(jī)與PLC的通訊傳輸?shù)絇LC內(nèi)部地址，PLC再與伺服控制器C建立通訊，C號電機(jī)軸上的編碼器信號，通過該控制器的“編碼器信號輸出口”給定B號電機(jī)的控制器的“外部軸編碼器信號的接收口”。B號控制器進(jìn)入跟從同步模式，實(shí)時(shí)與C號保持完全一致。伺服控制器C將得到的速度數(shù)值（如4000r/min）告訴B和D，D再轉(zhuǎn)告A;同理，角度主機(jī)D和A的相位角數(shù)值也建立起來了?？刂破魍ㄓ嶍憫?yīng)快讀取相應(yīng)的數(shù)值，其輸出頻率和電機(jī)的反饋頻率一致，誤差在0.01Hz以內(nèi)，保證了控制器對電機(jī)在速度模式控制下的精確性，簡化接線及示意圖見圖2。

2找機(jī)械原點(diǎn)