導(dǎo)語：如何才能寫好一篇開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，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)鍵字】 DC-DC變換器 LM5117 CSD18532KCS MOS場效應(yīng)管

一、系統(tǒng)方案論證

開關(guān)電源方案采用LM5117用于高側(cè)MOSFET的CSD18563以及用于低側(cè)MOSFET的CSD18532 （X2）。該方案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?shù)墓δ堋Ｊ褂梅抡婵刂菩逼驴山档兔}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，同時(shí)不會(huì)影響輸出紋波。

電流恒定控制采用場效應(yīng)管CSD18532KCS構(gòu)成壓控恒流源，再由LM5117芯片控制DC-DC實(shí)現(xiàn)降壓變換。該方案可以實(shí)現(xiàn)電壓線控制電源，增加了執(zhí)行效率提高恒流效果。擁有超低的QG、QGD、雪崩額定值和邏輯電平等優(yōu)點(diǎn)，并且不會(huì)影響輸出紋波，輸出電流波動(dòng)較小。本文的過流保護(hù)如圖1所示，調(diào)整下MOS管Q2的源極電阻R14使輸出電流≥3.1A時(shí)，電路進(jìn)入打嗝模式，啟動(dòng)限流保護(hù)。

二、電路設(shè)計(jì)

LM5117包含一個(gè)雙電平UVLO（欠壓鎖定）電路。當(dāng)UVLO低于0.4V時(shí)，LM5117處于關(guān)斷模式。關(guān)斷比較器可提供100 MV的遲滯，以避免轉(zhuǎn)換過程中的跳動(dòng)（CHATTER）。當(dāng)UVLO引腳的電壓高于0.4V，但低于1.25V時(shí)，控制器處于待機(jī)模式。在待機(jī)狀態(tài)下，VCC偏置穩(wěn)壓器被激活，而 HO和LO驅(qū)動(dòng)器被禁用，SS引腳保持低電平。此功能允許通過一個(gè)集電極開路或漏極開路器件將 UVLO引腳拉至低于0.4V，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)斷功能。當(dāng)VCC引腳超過其欠壓鎖定閾值，且UVLO引腳電壓高于1.25V時(shí)，HO和LO驅(qū)動(dòng)器被啟用，并開始正常運(yùn)行。

此處直接選取13.5V電壓能正常開機(jī)即可，根據(jù)UVLO=1.25V，這里選取電阻RUV2為91K，RUV1=10K，使得U=1.25*（91K+10K）/10K，即UIN>12.6V，此電路即可工作。

在MOS管導(dǎo)通的時(shí)間里，電感L會(huì)將通過的電流轉(zhuǎn)換為磁能，把能量貯存起來。電容C將通過電感L的那部分電流轉(zhuǎn)化為電荷貯存起來。在MOS管截止的時(shí)間里，電感L會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，將其輸送給負(fù)載R并與續(xù)流二極管D組成回路，同時(shí)電容C將電荷轉(zhuǎn)換成電流向負(fù)載供電。

三、系統(tǒng)測試

為了減少誤差，測試方案采用，多次重復(fù)測試的方法進(jìn)行。測量電路點(diǎn)如圖2所示（3、4、5、6、7為測量點(diǎn)）：

額定輸入電壓下，產(chǎn)品主要做了以下5組測試，測試結(jié)果如表1所示：

由表1可知：

①|(zhì)？UO|在0.01～0.03V之間，符合|？UO|=|5V-UO| ≤100MV的設(shè)計(jì)要求；

②IOMAX在3.00～3.01之間，符合額定輸入電壓下，最大輸出電流：IO≥3A的設(shè)計(jì)要求；

③輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP在32MV～40 MV之間。符合UOPP≤50MV（UIN=16V，IO=IOMAX）的設(shè)計(jì)要求；

參 考 文 獻(xiàn)

[1]侯振義.直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2015，P17-39.

[2]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2011，P35-58.

[3]王水平，付敏江.開關(guān)穩(wěn)壓電源.原理、設(shè)計(jì)與實(shí)用電路.[M]西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009，P127-136.

篇2

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源 線性電源 開關(guān)電源 基本類型

一、線性直流穩(wěn)壓電源

（一）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源。其在線性放大狀態(tài)工作，具備反應(yīng)快，電壓穩(wěn)定度高，負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，噪聲較小等特點(diǎn)。針對電路技術(shù)而言，其控制電路使用元件較少。針對調(diào)整管的開關(guān)特性，濾波器的高頻性能等要求較少，因此可靠性較高。其最大缺點(diǎn)是工作效率較低。只能通過降低調(diào)整管上的壓降，減少調(diào)整管上的損耗來提高效率。具體解決策略為：一是PNP和NPN晶體管互補(bǔ)：串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電源電流較大時(shí)，通常調(diào)整管都要接成共集電極的達(dá)林頓組合管。因?yàn)樵诰w管電參數(shù)相同情況下在保持電流放大倍數(shù)相等的情況下，互補(bǔ)連接的組合調(diào)整管的集射極壓降減少了，因而電源的效率得到提高；二是偏置法：一般共集電極組合管集射間的壓降一定程度上取決偏置電流。采用偏置連接法當(dāng)輸出電流一定時(shí)可以有效的提高電源效率；三是開關(guān)穩(wěn)壓器作前置予調(diào)節(jié)：在輸入-輸出電壓差比較大，輸出電流也比較大的場合，采用開關(guān)穩(wěn)壓器作串聯(lián)式穩(wěn)壓器的前置予調(diào)節(jié)也是提高電源效率的有效辦法。開關(guān)予調(diào)節(jié)還可以設(shè)置在電源變壓器的原邊。

（二）集成線性穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在早期市場上應(yīng)用較多，產(chǎn)量較大，主要分為半導(dǎo)體單片式集成穩(wěn)壓器、混合式集成穩(wěn)壓器兩類。兩類集成穩(wěn)壓器的電路形式、封裝、電壓、電流規(guī)格各不相同。集成穩(wěn)壓器分為定電壓、可調(diào)、跟蹤、浮動(dòng)集成穩(wěn)壓器多種。然而無論何種形式，其大都由基準(zhǔn)電壓源、比較放大器、調(diào)整元件即功率晶體三極管和某種形式的限流電路組成。部分集成穩(wěn)壓器內(nèi)部還有邏輯關(guān)閉電路和熱截止電路。集成穩(wěn)壓器與由分立元件組成的穩(wěn)壓器比較，集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，成本低，體積小，使用方便，性能好，可靠性高。

（三）恒流源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓電源。恒流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本特點(diǎn)之一，其能夠有效提高電源穩(wěn)定性，在集成穩(wěn)壓器中應(yīng)用較為廣泛。分立元件組成的串聯(lián)穩(wěn)壓器大都應(yīng)用了恒流技術(shù)。應(yīng)用晶體管場效應(yīng)管與恒流二極管等元件能夠?qū)崿F(xiàn)恒流。恒流二極管在分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓器中應(yīng)用較為便利。

二、開關(guān)直流穩(wěn)壓電源

開關(guān)直流穩(wěn)壓電源主要指功率調(diào)整元件以“開、關(guān)”方式工作的直流穩(wěn)壓電源。早期的磁放大器開關(guān)直流穩(wěn)壓電源是利用鐵芯的“飽和”、“非飽和”兩種狀態(tài)進(jìn)行“開、關(guān)”控制，是一種低頻磁放大器。此期間出現(xiàn)的可控硅相控整流穩(wěn)壓電源也屬于開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。之后，高頻開關(guān)功率變換技術(shù)得以迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了變換器方式的高頻開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。

（一）去除工頻變壓器。去除工頻電源變壓器而采用直接從電網(wǎng)整流輸入方式，是開關(guān)電源減少體積和重量的重要舉措之一。去除工頻變壓器已成為當(dāng)代先進(jìn)開關(guān)電源的基本特點(diǎn)。無工頻變壓器的開關(guān)電源與各種有工頻變壓器的直流穩(wěn)壓電源相比，其具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源的電路形式已實(shí)現(xiàn)多種多樣。從調(diào)制技術(shù)來看，其包括脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型、混合調(diào)制型幾類，其中脈寬調(diào)制占絕大多數(shù)。目前出現(xiàn)了完全無變壓器的開關(guān)電源，即連高頻變換器都不需要。這種電源的最大特點(diǎn)是體積還可比現(xiàn)在的無工頻變壓器開關(guān)電源小的多，而且沒有繞制的變壓器等器件，能夠集成電路工藝制作。

（二）提高開關(guān)電源頻率?，F(xiàn)代開關(guān)電源的最顯著特點(diǎn)是開關(guān)頻率不斷提高，無論是晶體管開關(guān)電源、可控硅開關(guān)電源、場效應(yīng)管開關(guān)電源，均在實(shí)現(xiàn)向高頻化方向發(fā)展。隨著功率IGBT和MOSFET的出現(xiàn)，開關(guān)電源的工作頻率已從早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范圍甚至G赫范圍。

（三）控制電路實(shí)現(xiàn)集成。早期開關(guān)電源的控制電路由分立元件構(gòu)成，電路設(shè)計(jì)和調(diào)試維修都較為復(fù)雜，不利于開關(guān)電源的推廣應(yīng)用。為了適應(yīng)開關(guān)電源的迅速發(fā)展，集成化的開關(guān)電源控制電路被研制成功，而且功能日益完善。開關(guān)電源控制電路集成化，極大地簡化了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，提高了開關(guān)電源的電性能和可靠性，并且具有體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

（四）關(guān)鍵元器件高頻化。為適應(yīng)開關(guān)電源快速發(fā)展需要，開關(guān)電源應(yīng)用的主要元器件也在快速發(fā)展，高頻化是其基本目標(biāo)。開關(guān)電源中的開關(guān)元件-功率晶體管、可控硅、場效應(yīng)管等均在提高工作頻率上發(fā)揮著重要作用。特別是功率管IGBT復(fù)合管，MOSFET場效應(yīng)管的出現(xiàn)，最為引人注目，其不僅把開關(guān)頻率提高到1MHz-lGHz，并且具有開關(guān)特性好、驅(qū)動(dòng)功率小、不存在二次擊穿、避免熱奔等特殊優(yōu)點(diǎn)。此外，大電流肖特基勢壘的出現(xiàn)極大地改善了低電壓電流開關(guān)電源的整流效率，其具有開關(guān)速度快、反向恢復(fù)時(shí)間短，正向壓降地等優(yōu)點(diǎn)。在濾波過程中，電容器等器件也要在材料、結(jié)構(gòu)工藝諸方面進(jìn)行研制，以適應(yīng)開關(guān)電源高頻化需求。

（五）實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。開關(guān)電源的控制已從模擬控制，模數(shù)混合控制，發(fā)展為全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是未來的發(fā)展趨勢所在，并且已在許多功率變換設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。然而，過去數(shù)字控制在DC/DC變換器中應(yīng)用較少。近年來，開關(guān)電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)逐步開發(fā)應(yīng)用，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。全數(shù)字控制數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比能夠標(biāo)定更小量，芯片價(jià)格較低；針對電流檢測誤差能夠?qū)崿F(xiàn)精確數(shù)字校正，電壓檢測更為精準(zhǔn)；能夠?qū)崿F(xiàn)快速靈活的控制設(shè)計(jì)等。

篇3

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 原理 發(fā)展趨勢 控制方式

目前,電力系統(tǒng)應(yīng)用的電源主要可以分為兩部分,一是直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源兩種,從二者的性能來看,開關(guān)電源能量消耗低,產(chǎn)生的效率是普通線性穩(wěn)壓電源的1倍,因此,其普及度較高,是電子計(jì)算機(jī)、通訊、家電行業(yè)普遍采用的一種措施,本文就對開關(guān)電源的原理以及其發(fā)展趨勢進(jìn)行分析,促進(jìn)實(shí)際工作的開展。

1、開關(guān)電源的發(fā)展

開關(guān)電源被業(yè)界譽(yù)為高效節(jié)能型電源,其是穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向,目前已經(jīng)成為穩(wěn)壓電源的代表產(chǎn)品,從其發(fā)展歷程來看,其主要經(jīng)歷四個(gè)階段,最早的分離元件組成的開關(guān)電源,相對而言,其頻率低,效率差,電路復(fù)雜,難以調(diào)適,但其是開關(guān)電源發(fā)展的重要階段;到上世紀(jì)70年代,脈寬調(diào)制器集成電路問世,提升了控制電路的工作效率;80年代單片開關(guān)穩(wěn)壓器出現(xiàn),效率大大提升,但仍屬于DC/DC電源變換器,直到多種類型的單片開關(guān)電源集成電路,實(shí)現(xiàn)了AC/DC電源變化器的集成。

2、高頻開關(guān)電源電路原理分析

2.1 組成

高頻開關(guān)電源主要由主電路和控制電路、檢測電路、輔助電路組成,每一個(gè)環(huán)節(jié)擔(dān)負(fù)著不同的責(zé)任。

2.1.1 主電路

其是從交流電輸入,直流電輸出,其中主要保留輸入的濾液器,主要用于電網(wǎng)雜志的過來,同時(shí)對本機(jī)產(chǎn)生雜波也有一定的阻礙作用;電網(wǎng)交流電源直接整流為平滑的直流電,促進(jìn)下級變換工作的開展;作為高頻開關(guān)的核心組成,逆變是將整流后的直流電轉(zhuǎn)為高頻交流電,相對而言,頻率越高,體積、重量與輸出功率的比值越小;根據(jù)負(fù)載的需要,輸出整流與濾液可以提供更加可靠的直流電源。

2.1.2 控制電路

所謂的控制電路就是從輸出端取樣,與固有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,實(shí)現(xiàn)逆變器的控制,改變其頻率或者脈寬,實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定,同時(shí),根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù),經(jīng)過保護(hù)電路的鑒別,提供控制電路對整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。

2.1.3 檢測電路

主要是為了保護(hù)電路運(yùn)行中的參數(shù),同時(shí)也可以提供各種顯示儀表的數(shù)據(jù)。

2.1.4 輔助電源

為了滿足單一線路對電源的不同需求。

2.2 開關(guān)控制的穩(wěn)壓原理

以一定的時(shí)間范圍內(nèi)重復(fù)的連接與斷開,在接通時(shí),輸入電源通過開關(guān)與濾波電路提供負(fù)載,在開關(guān)接通過程中,電源向負(fù)載提供能量,在斷開過程中,能量停止供給。由此我們發(fā)現(xiàn),輸入電源向負(fù)載提供能量是與開關(guān)的狀態(tài)相關(guān)的,而要想負(fù)載得到持續(xù)的能量,就需要穩(wěn)壓電源自身有儲能能力,在斷開時(shí)釋放儲存的電能,保證正常運(yùn)行,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,這一研究正在逐步成熟化,續(xù)流二極管的出現(xiàn)剛好驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

3、開關(guān)電源的控制方式

目前,較為常見的開關(guān)電源控制方式主要可以分為以下幾種:

3.1 脈沖寬度調(diào)制

這一控制方式周期保持不變,主要通過脈沖寬度的改變來實(shí)現(xiàn)占空比。

3.2 脈沖頻率調(diào)制

與上一控制方式不同,這一控制措施的寬度保持不變,主要通過改變開關(guān)的工作頻率來改變占空比,目前其應(yīng)用較為普遍。

3.3 混合調(diào)制

在一些重大場合,一種方式無法滿足其需求,必須采用以上兩種方式才能實(shí)現(xiàn)其控制的目的,提高其控制效果。

4、開關(guān)電源未來的發(fā)展趨勢

從上文的分析中我們已經(jīng)認(rèn)識到開關(guān)電源不斷地創(chuàng)新,不斷地發(fā)展,為電力系統(tǒng)的運(yùn)行做出了不可替代的貢獻(xiàn),近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,電力研究的逐漸深入,計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用都在一定程度上提升了電源開關(guān)的工作效率。在1955年美國羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器,是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端,到了1957年,美國查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器,1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想,這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到1969年迎來了開關(guān)電源革命的一年,大功率晶體管的耐壓程度獲得了很大的提高,二極管的反向恢復(fù)時(shí)間大大縮短,25千赫的開關(guān)電源終于問世了,改變了開關(guān)電源的歷史。

至今為止,開關(guān)電源以其小巧實(shí)用的優(yōu)勢被廣泛的應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的多種電子設(shè)備中,是信息化社會(huì)發(fā)展的重要元件,從市場的組成來看,開關(guān)電源種類各異,樣式多種,都以實(shí)用為主,但是從發(fā)展的角度來看,其頻率仍有待完善。要想改變開關(guān)的頻率就要從減少損耗的角度出發(fā),減少能耗就要提高高速開關(guān)元件的質(zhì)量,一旦開關(guān)速度提高,會(huì)受到電路中分布的電感和電容中的電荷影響產(chǎn)生噪聲,影響周圍電子設(shè)備的質(zhì)量,大大降低電源自身的可靠性。為了阻止開關(guān)所產(chǎn)生的電壓浪涌,可以采用R-C或L-C緩沖器,而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過,對1MHz以上的高頻,要采用諧振電路,以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波,這樣既可減少開關(guān)損耗,同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍,因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零,而且噪聲也小,可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前,世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。

目前,中小功率的開關(guān)電源被廣泛的應(yīng)用于家電中,成為開關(guān)電源的另一發(fā)展方向,單片開關(guān)電源,效率顯著提升,被迅速的發(fā)展與應(yīng)用,滿足了人們對高性價(jià)比電源的追求目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭宇恒.固定關(guān)斷時(shí)間電流檢測型降壓電路設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2011.

篇4

1 開關(guān)電源的發(fā)展過程

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率（占空比），調(diào)整輸出電壓，維持輸出穩(wěn)定的一種電源。早在20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在各種電子、電器設(shè)備，程控交換機(jī)、通訊、電力檢測設(shè)備電源和控制設(shè)備電源之中。開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但兩者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使的開關(guān)電源技術(shù)也不斷的創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，從而為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。

開關(guān)電源高頻化使其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源更進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。

2 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢

開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各在開關(guān)電源制造商都致力同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對聯(lián)高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。

模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化，其噪聲也必將隨著增大，而用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，使得多項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3 開關(guān)電源的分類

隨著電力電子器件和開關(guān)變頻技術(shù)幾乎同步開發(fā)的前提下，兩者相互促進(jìn)與推動(dòng)，開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率，向輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源科分為AC/DC和DC/DC兩大類。DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化、成熟化和標(biāo)準(zhǔn)化。但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。

3.1 DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式（Ts不變，改變ton）和頻率調(diào)制方式（ton不變，改變Ts）兩種。前者較為通用，后者容易產(chǎn)生干擾。其具體電路有Buck電路（降壓斬波器，其輸出平均小于輸入電壓，極性相同）、Boost電路（升壓斬波器，其輸出平均電壓大于輸入電壓，極性相同）、Buck—Boost電路（降壓或升壓斬波器，電感傳輸方式。其輸出平均電壓大于或小于輸出電壓，極性相反）和Cuk電路（降壓或升壓斬波器，電容傳輸方式。其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓，極性相反）四種。

當(dāng)今世界軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍。美國VICOR公司設(shè)計(jì)制造得多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)得功率密度為（6.2、10、17）W/cm3，效率為（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開關(guān)技術(shù)得高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為200—300KHz，功率密度已達(dá)27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路效率提高到90%。

3.2 AC/DC變換器

AC/DC變換器是將交流電壓變換成直流電壓，其功率流向可以是雙向的功率六由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率六有負(fù)載返向電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)，（如UL、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作效率達(dá)到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式右分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相。按電路工袋子和象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。轉(zhuǎn)貼于 4.開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理

4.1開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理

開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種。調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)際開發(fā)和應(yīng)用的中使用得較多，因此，就以調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源為例說明其基本工作原理：調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見圖1。對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓U當(dāng)Um與T不變時(shí)，直流平均電壓Uo與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，即可達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。

Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。

4.2 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路

開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖2所示。交流電壓經(jīng)整流、濾波電路整流濾波后，輸出一個(gè)含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，再經(jīng)高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?/p>

控制電路由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路組成（目前已集成化）。主要起控制高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比，即脈沖寬度的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。開關(guān)電源的典型電路主要有單端反激式開關(guān)電源、單端正激式開關(guān)電源、自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源、推挽式開關(guān)電源、降壓式開關(guān)電源、升壓式開關(guān)電源、反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源。

5 開關(guān)電源在醫(yī)學(xué)儀器中的應(yīng)用

近二十年來，開關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在心電圖機(jī)、超聲診斷儀和CT等醫(yī)療儀器設(shè)備之中。本文以美國GE公司專門為CT機(jī)設(shè)計(jì)的CT MAX640型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源為例加以介紹。該電源由軟啟動(dòng)控制電路、220/110V自動(dòng)識別電路、晶體管開關(guān)電路（輔助電源）、脈寬調(diào)制（PWM）、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。

5.1軟啟動(dòng)控制電路

由TR104、TRC101、THF101、R113、R114、R116等組成。開機(jī)瞬間TRC101截止，電流流過THF101、限流電阻R113、R114，輔助開關(guān)電源開始接入直流300V時(shí)，光電耦合器PC101導(dǎo)通。同時(shí)，振蕩波形經(jīng)T101耦合，D106整流、C128濾波，輸出一直流電壓，TR104飽和導(dǎo)通。當(dāng)R116上的直流壓降達(dá)到可控硅TEC101觸發(fā)電壓時(shí)而導(dǎo)通，此時(shí)THF101、R113、R114失去作用，從而實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)時(shí)減少整流橋和濾波電容沖擊電流的作用，即軟啟動(dòng)

5.2 自動(dòng)識別電路

由IC101、TRC102、TR101、SS102、R101、R112等組成。當(dāng)輸入220V交流電時(shí)，TRC102截止，220V經(jīng)硅橋SS101整流，濾波后輸出A、B兩組電壓，TR103集電極輸出300V直流電壓；當(dāng)輸入110V交流電壓時(shí)，IC1013腳的輸出電壓使可控硅TRC102導(dǎo)通，K點(diǎn)與硅橋的110V輸入端相連接，再經(jīng)倍壓整流電路（SS101、C109-112、R120、R121）輸出300V直流電壓。為輔助開關(guān)電源及脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路供電。

5.3 晶體管開關(guān)電路又稱輔助電源

由TR103、T101、TR102等組成。由T1015、6腳耦合過來的交變信號，經(jīng)D108整流、C127濾波后輸出C、X正壓，為脈寬調(diào)制電路、風(fēng)扇檢測電路、+5V誤差放大負(fù)反饋控制電路供電。

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【關(guān)鍵詞】高頻開關(guān)電源 節(jié)能技術(shù) 發(fā)展 應(yīng)用

高頻開關(guān)電源節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用措施在多樣化的電源系統(tǒng)中占據(jù)核心地位。譬如大型電解電鍍電源，由于其重量及體積上的特殊性，促使高頻開關(guān)電源節(jié)能技術(shù)在實(shí)際電源應(yīng)用過程中的利用效率得到提升，此外還能對成本投入進(jìn)行控制。

1 開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展

1.1 高頻化發(fā)展方向

經(jīng)由理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，電器產(chǎn)品的體積重量與其供電頻率的平方根成反比。若對電源頻率進(jìn)行調(diào)整，從50Hz提升至20kHz之后，用電設(shè)備在質(zhì)量及體積上出現(xiàn)下降，并達(dá)到工頻設(shè)計(jì)數(shù)值的5%-10%左右，在材料節(jié)省方面可以達(dá)到九成甚至更多，而電能節(jié)省方面則可以節(jié)省三成或更多。隨電子工藝技術(shù)的飛躍發(fā)展，電子功率器件已實(shí)現(xiàn)高頻模塊化，大功率開關(guān)電源成本顯著降低，體現(xiàn)了高技術(shù)含量及實(shí)用性推廣價(jià)值。

1.2 模塊化發(fā)展方向

高頻開關(guān)電源技術(shù)的模塊化主要就是指功率器件以及電源單元等方面的模塊化。近幾年，大多數(shù)公司認(rèn)為開關(guān)功率器件把驅(qū)動(dòng)電路和過流保護(hù)、短路保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)等多種保護(hù)集成在同一模塊內(nèi)，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)“智能化”功率模塊。模塊化設(shè)計(jì)促使不同元器件間不再使用傳統(tǒng)意義上的引線連接，從而有效降低寄生電感及電容因?yàn)轭l率提升對其產(chǎn)生的影響，此外通過合理化、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾?、熱及機(jī)械層面的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，從而全面提升系統(tǒng)可靠性。

1.3 數(shù)字化發(fā)展方向

由于數(shù)字式電路及信號所展現(xiàn)的重要性不斷增加，數(shù)字信號處理技術(shù)隨著發(fā)展也不斷趨向承受成熟，相對模擬信號展現(xiàn)出非常多的優(yōu)勢，如實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)處理控制措施、減少雜散信號的干擾作用，從而促使自診斷等新型技術(shù)的植入。所以數(shù)字化技術(shù)在智能化高頻開關(guān)電源中往往是經(jīng)由計(jì)算機(jī)完成控制行為，并展現(xiàn)出非常重要的使用意義。

2 高頻開關(guān)電源工作原理、構(gòu)成及在火電廠的應(yīng)用

2.1 高頻開關(guān)電源工作原理

目前狀態(tài)下的高頻電源，在其運(yùn)作過程中往往經(jīng)由三相交流電在濾波或整流的作用下，產(chǎn)生530V左右的直流電壓，另外在全橋逆變作用之下獲得到20kHz左右的交變電流，之后由于高頻變壓器升壓整流措施實(shí)現(xiàn)高頻高壓脈動(dòng)直流的傳輸行為。當(dāng)前狀態(tài)下的電除塵器高頻電源是利用高頻開關(guān)技術(shù)而形成的逆變式電源，此外供電電源往往通過系列性窄脈沖產(chǎn)生，實(shí)際控制措施存在多樣化，并且基于電除塵器運(yùn)作情況選擇合適性電壓波形，全面提升供電效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

2.2 高頻開關(guān)電源主要構(gòu)成

當(dāng)前狀態(tài)下的高頻電源的結(jié)構(gòu)組成主要包括低壓配電系統(tǒng)、全橋逆變器、大功率高頻高壓變壓器以及控制電路等等。高頻開關(guān)電源實(shí)際運(yùn)行過程中，高頻電源中的低壓配電系統(tǒng)往往安置于高頻電源配電盤之中的電氣箱，除卻高頻電源具備的供電作用不談，可以針對性完善集成作用下的高頻電源內(nèi)部加入、振打及風(fēng)機(jī)組成中的供電作用，另外若設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障后，進(jìn)行斷電保護(hù)措施。全橋逆變器中存在的逆變電路，是由全橋串聯(lián)諧振逆變器構(gòu)建，在濾波及整流電路作用下構(gòu)建530V左右的直流電流，并通過逆變措施，讓其成為20kHz左右的高頻交流電，并傳輸?shù)礁哳l高壓變壓器之中。油浸設(shè)計(jì)措施之下的大功率高頻高壓變壓器，是高頻電源中具備重要意義的組成部分之一，經(jīng)由逆變電路實(shí)現(xiàn)高頻交流電升壓，經(jīng)由整流后，形成高頻高壓脈沖直流并向除塵器傳輸。控制電路在構(gòu)成上主要包含電源電路、驅(qū)動(dòng)電路以及DSP控制電路。

2.3 高頻開關(guān)電源技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用

譬如佛山某垃圾焚燒電廠現(xiàn)存的四套雙室四電場電除塵器，實(shí)際有效通流面積達(dá)到230m2，而j極線主要指的是新RS管狀芒刺，其中電源配置了高壓硅整流變壓器，控制運(yùn)行機(jī)理是：交流電源經(jīng)過升壓變壓器升壓后，經(jīng)全波整流形成直流再輸送至電場。通過針對性的改造，四套除塵器已經(jīng)都改造成為高頻電源，其除塵效率有顯著提高及能耗大為減少。通過節(jié)能減排的有效改進(jìn)措施，促使電除塵改造能夠在高頻開關(guān)技術(shù)中發(fā)揮重要作用，改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)社會(huì)效益也很顯著，并且也提升了企業(yè)綠源形象。

3 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用高頻開關(guān)電源技術(shù)能夠幫助當(dāng)前火電廠的整體耗能及廢氣排放得到有效控制，從而全面提升整體工廠工作效率，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的有效降低，促使其在市場中具備足夠的地位。當(dāng)前，高頻開關(guān)電源技術(shù)在電鍍、電解、電加工、浮充、電力合閘等領(lǐng)域應(yīng)用同樣得到了廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭昕昕，肖嵐，劉新天，何耀，曾國建.兩級寬輸入開關(guān)電源占空比振蕩的幾何分析[J].電氣傳動(dòng)，2016（05）：199-203.

篇6

論文關(guān)鍵詞：開關(guān)電源,紋波,濾波器

1.引言

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，紋波系數(shù)通常要大一些，但是紋波系數(shù)又是開關(guān)電源的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如果紋波大就會(huì)影響電子電路的正常工作，出現(xiàn)信號源的不純凈，放大器噪聲與過載等問題。本文針對開關(guān)電源的紋波進(jìn)行研究，并提出抑制開關(guān)電源紋波的方法。

2.開關(guān)電源的原理

開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心是電壓深度負(fù)反饋的脈沖寬度調(diào)制器，功率器件工作于開關(guān)狀態(tài)，因此功率低，效率高。開關(guān)電源因省去了笨重的工頻變壓器而使體積和重量都有不同程度的減少和減輕，被廣泛地應(yīng)用在許多輸出電壓、輸出電流較為穩(wěn)定的場合，開關(guān)電源的主電路圖如圖1。

圖1開關(guān)電源主電路圖

由電路圖可以看出，市電經(jīng)整流濾波后變?yōu)?11V高壓，經(jīng)K1K4功率開關(guān)管有序工作后，變?yōu)槊}沖信號加至高頻變壓器的初級，脈沖的高度始終為311V。當(dāng)K1、K4開通時(shí)，311V高壓電流經(jīng)K1正向流入主變壓器初級，經(jīng)K4流出，在變壓器初級形成一個(gè)正向脈沖，同理，當(dāng)K2、K3開通時(shí)，311V高壓電流經(jīng)K3反向流入主變壓器初級，經(jīng)K2流出，在變壓器初級形成一個(gè)反向脈沖。由于開關(guān)電源的工作原理，使其紋波噪聲不可避免，而開關(guān)電源發(fā)展的重要方向是高頻、高可靠、低紋波。為了抑制干擾紋波，減少在感應(yīng)回路中的電壓，防止電源紋波影響下一級電路的性能有必要先分析一下開關(guān)電源紋波產(chǎn)生的原因。

3.開關(guān)電源紋波產(chǎn)生的原因

我們最終的目的是要把輸出紋波降低到可以忍受的程度，達(dá)到這個(gè)目的最根本的解決方法就是要盡量避免紋波的產(chǎn)生，隨著SWITCH的開關(guān)，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動(dòng)的。所以在輸出端也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH同頻率的紋波，一般所說的紋波就是指這個(gè)。

另外，SWITCH一般選用雙極性晶體管或者M(jìn)OSFET，不管是哪種，在其導(dǎo)通和截止的時(shí)候，都會(huì)有一個(gè)上升時(shí)間和下降時(shí)間。這時(shí)候在電路中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH上升下降時(shí)間的頻率相同或者奇數(shù)倍頻的噪聲，一般為幾十兆赫。

如果是AC／DC變換器，除了上述兩種紋波（噪聲）以外，還有AC噪聲，頻率是輸入AC電源的頻率，為50～60Hz左右。還有一種共模噪聲，是由于很多開關(guān)電源的功率器件使用外殼作為散熱器，產(chǎn)生的等效電容導(dǎo)致的。

4.開關(guān)電源紋波抑制方法

對于開關(guān)電源紋波，理論上和實(shí)際上都是一定存在的。為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，對低頻電源噪聲必須采取濾波措施；對于高頻噪聲，開關(guān)電源需要依靠功率器件對輸入直流電壓進(jìn)行高頻變脈寬波斬波而后整流濾波實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的。受功率器件開關(guān)損耗的限制，電源的開關(guān)頻率一般取20KHz-100KHz，開關(guān)頻率越高，電感電容越大，則輸出波紋越小。在其輸出端含有與斬波頻率同頻的高噪聲，其大小主要和開關(guān)電源的開關(guān)頻率及輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)。下面我們提出抑制或減少電源紋波的有效方法：

1．加大電感和輸出電容濾波

根據(jù)開關(guān)電源的公式，電感內(nèi)電流波動(dòng)大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

同樣，輸出電容Co與紋波電壓Vp_p的關(guān)系：Co=Ipk（Ton+Toff）/8Vripple（p_p），可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。通常的做法，對于輸出電容，使用鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，而且等效串聯(lián)電阻（ESR）也比較大，所以會(huì)在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容，來彌補(bǔ)鋁電解電容的不足。同時(shí)，開關(guān)電源工作時(shí)，輸入端的電壓Vin不變，但是電流是隨開關(guān)變化的。這時(shí)輸入電源不會(huì)很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端，并聯(lián)電容來提供電流。

2．二級濾波，再加一級LC濾波器。

LC濾波器對噪紋波的抑制作用比較明顯，根據(jù)要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。但是這種情況下需要考慮反饋比較電壓的采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)選在LC濾波器之前，輸出電壓會(huì)降低。因?yàn)槿魏坞姼卸加幸粋€(gè)直流電阻，當(dāng)有電流輸出時(shí)，在電感上會(huì)有壓降產(chǎn)生，導(dǎo)致電源的輸出電壓降低，而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。

采樣點(diǎn)選在LC濾波器之后，這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓，這樣的缺點(diǎn)是在電源系統(tǒng)內(nèi)部引入了一個(gè)電感和一個(gè)電容，有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3．開關(guān)電源輸出之后，接低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）濾波。

這是減少紋波和噪聲最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變原有的反饋系統(tǒng)，但也是成本最高，功耗最高的辦法。任何一款LDO都有一項(xiàng)指標(biāo)：噪音抑制比。對幾百千赫的開關(guān)紋波，LDO的抑制效果非常好。但在高頻范圍內(nèi)，該LDO的效果就不那么理想了。

4．正確合理的印制電路板（PCB）布線

開關(guān)電源PCB排版是開發(fā)電源產(chǎn)品中的一個(gè)重要過程。

對減小紋波，開關(guān)電源的PCB布線也非常關(guān)鍵，許多情況下，一個(gè)在紙上設(shè)計(jì)得非常完美的電源可能在初次調(diào)試時(shí)無法正常工作，原因是該電源的PCB排版存在著許多問題。開關(guān)電源的紋波太大，或者開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾影響到其電子產(chǎn)品的正常工作，所以正確合理的電源PCB排版就變得非常重要。注意PCB的布局、布線和接地，可以減少開關(guān)電源波紋。

在選用濾波元件時(shí)，一般只說要滿足脈動(dòng)要求，在安裝尺寸容許的前提下，采用較大的L較小的C或采用較小的L較大的C均可。但是在實(shí)際中需要考慮輸出電壓沖擊值及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征，電感量愈大，沖擊值越大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也越大。

濾波器的計(jì)算式復(fù)雜的，在設(shè)計(jì)中，常常是按照一定的范圍選取L和C，通過在線路中試驗(yàn)，測試各項(xiàng)指標(biāo)，并根據(jù)測試值修正元件值，以選取合適的元件，電容器要選高頻性能好的無感聚苯乙烯電容、陶瓷電容、鋁電解電容等。

5.結(jié)束語

開關(guān)電源由于功耗小效率高，體積小，重量輕，穩(wěn)壓范圍廣，電路形式靈活等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信等各類電子設(shè)備。本文提出的抑制開關(guān)電源波紋方法我們在設(shè)計(jì)開關(guān)電源的時(shí)都有研究及使用，這些方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的方法關(guān)鍵是根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求，比如產(chǎn)品體積，成本，開發(fā)周期等。

參考文獻(xiàn)

1 孟建輝.開關(guān)電源的基本原理及發(fā)展趨勢[J].通信電源技術(shù),2009.6

2 鄭憲龍,和軍平等.DC/DC開關(guān)電源共模EMI濾波器的研制[J].電力電子技術(shù),2007.12

3 張國安,翟長生.沖量控制技術(shù)消除開關(guān)電源低頻波紋的研究[J].電力電子技術(shù),2009.4

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引言

開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。

本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā)，探討抑制傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器的設(shè)計(jì)以及對輻射EMI的抑制。

1 開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的機(jī)理

數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號來表示的。為便于分析，把這種脈沖信號適當(dāng)簡化，用圖1所示的脈沖串表示。根據(jù)傅里葉級數(shù)展開的方法，可用式（1）計(jì)算出信號所有各次諧波的電平。

式中：An為脈沖中第n次諧波的電平；

Vo為脈沖的電平；

T為脈沖串的周期；

tw為脈沖寬度；

tr為脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間。

開關(guān)電源具有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一個(gè)高電壓、大電流的受控脈沖信號源。假定某PWM開關(guān)電源脈沖信號的主要參數(shù)為：Vo=500V，T=2×10－5s，tw=10－5s，tr=0.4×10－6s，則其諧波電平如圖2所示。

圖2中開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號產(chǎn)生的諧波電平，對于其他電子設(shè)備來說即是EMI信號，這些諧波電平可以從對電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率范圍為0.15～30MHz）和電場輻射干擾（頻率范圍為30～1000MHz）的測量中反映出來。

在圖2中，基波電平約160dBμV，500MHz約30dBμV，所以，要把開關(guān)電源的EMI電平都控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)，是有一定難度的。

2 開關(guān)電源EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)

當(dāng)開關(guān)電源的諧波電平在低頻段（頻率范圍0.15～30MHz）表現(xiàn)在電源線上時(shí)，稱之為傳導(dǎo)干擾。要抑制傳導(dǎo)干擾相對比較容易，只要使用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器，就能將其在電源線上的EMI信號電平抑制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值內(nèi)。

要使EMI濾波器對EMI信號有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。這個(gè)原則也是設(shè)計(jì)抑制開關(guān)電源EMI濾波器必須遵循的。

幾乎所有設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖3所示。

    圖中：差模抑制電容Cx1，Cx20.1～0.47μF；

差模抑制電感L1，L2100～130μH；

共模抑制電容Cy1，Cy2<10000pF；

共模抑制電感L15～25mH。

設(shè)計(jì)時(shí)，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，一般要低于10kHz，即

在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不一樣，可適當(dāng)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI試驗(yàn)后才能有滿意的結(jié)果，安裝濾波電路時(shí)一定要保證接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。

開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾以共模干擾為主，在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)可嘗試去掉差模電感，再增加一級共模濾波電感。常采用如圖4所示的濾波電路，可使開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾下降了近30dB，比CISOR22標(biāo)準(zhǔn)的限值低了近6dB以上。

還有一個(gè)設(shè)計(jì)原則是不要過于追求濾波效果而造成成本過高，只要達(dá)到EMC標(biāo)準(zhǔn)的限值要求并有一定的余量（一般可控制在6dB左右）即可。

3 輻射EMI的抑制措施

如前所述，開關(guān)電源是一個(gè)很強(qiáng)的騷擾源，它來源于開關(guān)器件的高頻通斷和輸出整流二極管反向恢復(fù)。很強(qiáng)的電磁騷擾信號通過空間輻射和電源線的傳導(dǎo)而干擾鄰近的敏感設(shè)備。除了功率開關(guān)管和高頻整流二極管外，產(chǎn)生輻射干擾的主要元器件還有脈沖變壓器及濾波電感等。

雖然，功率開關(guān)管的快速通斷給開關(guān)電源帶來了更高的效益，但是，也帶來了更強(qiáng)的高頻輻射。要降低輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路，如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關(guān)管的集電極上串聯(lián)20～80μH的電感。電感在功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)能避免集電極電流突然增大，同時(shí)也可以減少整流電路中沖擊電流的影響。

功率開關(guān)管的集電極是一個(gè)強(qiáng)干擾源，開關(guān)管的散熱片應(yīng)接到開關(guān)管的發(fā)射極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產(chǎn)生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機(jī)殼的分布電容，散熱片應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)殼，如有條件的話，可采用有屏蔽措施的開關(guān)管散熱片。

整流二極管應(yīng)采用恢復(fù)電荷小，且反向恢復(fù)時(shí)間短的，如肖特基管，最好是選用反向恢復(fù)呈軟特性的。另外在肖特基管兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸收網(wǎng)絡(luò)均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾Ω和數(shù)千pF，電容引線應(yīng)盡可能短，以減少引線電感。實(shí)際使用中一般采用具有軟恢復(fù)特性的整流二極管，并在二極管兩端并接小電容來消除電路的寄生振蕩。

負(fù)載電流越大，續(xù)流結(jié)束時(shí)流經(jīng)整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長，則尖峰電流的影響也越大。采用多個(gè)整流二極管并聯(lián)來分擔(dān)負(fù)載電流，可以降低短路尖峰電流的影響。

開關(guān)電源必須屏蔽，采用模塊式全密封結(jié)構(gòu)，建議用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接地。在高頻脈沖變壓器初、次級之間加一屏蔽層并接地，可以抑制干擾的電場耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，可以將磁力線限制在磁阻小的屏蔽體內(nèi)。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，對輻射干擾超過標(biāo)準(zhǔn)限值20dB左右的某開關(guān)電源，采用了一些在實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的措施，進(jìn)行了如下的改進(jìn)：

——在所有整流二極管兩端并470pF電容；

——在開關(guān)管G極的輸入端并50pF電容，與原有的39Ω電阻形成一RC低通濾波器；

——在各輸出濾波電容（電解電容）上并一0.01μF電容；

——在整流二極管管腳上套一小磁珠；

——改善屏蔽體的接地。

經(jīng)過上述改進(jìn)后，該電源就可以通過輻射干擾測試的限值要求。

篇8

關(guān)鍵詞： 星載電源； 多路輸出開關(guān)電源； 小型化設(shè)計(jì)； 電路設(shè)計(jì)

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0145?03

Design of satellite?borne multi?channel output DC/DC converter

ZHANG Qian， LIU Ke?cheng， WANG Wei?guo

（Lanzhou Institute of Physics， Lanzhou 730000， China）

Abstract： A satellite?borne multi?channel output DC/DC converter is introduced. The method of the power supply design can meet the needs of most of the satellite?borne multi?channel output DC/DC converters. The design characteristics of the power supply are particularly introduced. The operating principle is analyzed. The design formulas are also given. The miniaturization design of the satellite?borne DC/DC converter was optimized. It can be widely used in satellite?borne multi?channel output DC/DC converters.

Keywords： satellite?borne power supply； multi?channel output DC/DC converter； miniaturization design； circuit design

隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷的數(shù)量和種類越來越多，勢必要求與之相配套的開關(guān)電源的體積和重量進(jìn)一步減小。因此，開關(guān)電源的小型化設(shè)計(jì)成為目前星載開關(guān)電源研究的一個(gè)熱門課題。眾所周知，開關(guān)電源的小型化可以從優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和采用新工藝兩個(gè)方面入手，例如采用混合厚膜工藝可以大幅度地減小電源的體積和重量，但國產(chǎn)混合厚膜開關(guān)電源在航天領(lǐng)域目前還處在推廣中，主要是其抗輻照性能對于高軌長壽命衛(wèi)星來說存在著一定的局限性。因此，采用表貼工藝的開關(guān)電源在航天領(lǐng)域依然具備廣闊的市場。這就要求必須在電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，以滿足星載開關(guān)電源小型化的要求。本文介紹一種多路輸出開關(guān)電源，它采用不同拓?fù)浣M合的方式，能夠滿足星上大部分中小功率設(shè)備的供電需求。

1 星載多路輸出開關(guān)電源的幾種設(shè)計(jì)方案

1.1 單端反激式多路輸出開關(guān)電源

圖1所示單端反激式多路輸出開關(guān)電源的設(shè)計(jì)思路是：考慮到星載開關(guān)電源的磁隔離要求，采取前級自持預(yù)穩(wěn)壓，后級各路輸出進(jìn)行二次穩(wěn)壓的方式。反激式拓?fù)涞奶攸c(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)多路輸出。如果不采用二次穩(wěn)壓，次級各路輸出的電壓和負(fù)載穩(wěn)定度不會(huì)優(yōu)于±3%，很難滿足星上大部分用電設(shè)備的需求，因此，常常會(huì)在輸出端進(jìn)行二次穩(wěn)壓。常用的方法是采用三端穩(wěn)壓器進(jìn)行二次穩(wěn)壓，這樣輸出各路電壓穩(wěn)定度優(yōu)于±1%，能夠滿足星上用電設(shè)備的需求，采用三端穩(wěn)壓器進(jìn)行二次穩(wěn)壓的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是如果用電設(shè)備對低頻干擾比較敏感，那么輸出后級采用三端穩(wěn)壓器進(jìn)行二次穩(wěn)壓還能有效隔離輸入端引入的低頻干擾，保證用電設(shè)備正常工作[1]。但是單端反激式多路輸出開關(guān)電源同樣有它的局限性，如果其中某一路輸出電流比較大，后級采用三端穩(wěn)壓器進(jìn)行二次穩(wěn)壓會(huì)造成很大的功耗，從而降低了電源的轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而影響了電源的工作壽命。

1.2 單端正激式多路輸出開關(guān)電源

圖2所示單端正激式多路輸出開關(guān)電源的設(shè)計(jì)思路是：主路輸出采用閉環(huán)直接反饋控制，輔輸出采用磁鏈耦合技術(shù)以改善輔路輸出的電壓和負(fù)載穩(wěn)定度。設(shè)計(jì)上一般主路輸出功率比較大，輔路輸出功率相對比較小，即便如此輔路輸出的電壓和負(fù)載穩(wěn)定度也不會(huì)優(yōu)于±5%，而且輔路輸出的功率越大，輔路輸出的穩(wěn)定度也越差。這種方案一般設(shè)計(jì)成3路電源，路數(shù)再多輔路輸出的穩(wěn)定度就無法接受了。總體上單端正激式多路輸出開關(guān)電源輔路輸出負(fù)載和電壓穩(wěn)定度要比單端反激式多路輸出開關(guān)電源各路輸出負(fù)載和電壓穩(wěn)定度差。

圖1 單端反激式多路輸出

圖2 單端正激式多路輸出開關(guān)電源

1.3 單端反激和單端正激相結(jié)合的多路輸出開關(guān)電源

從圖3可以看出電源由反激拓?fù)浜驼ね負(fù)浣M成，考慮到電源小型化的需求，電源共用一個(gè)消浪涌電路和輸入濾波電路。反激電路組成三路小電流輸出，后級各路輸出通過三端穩(wěn)壓器進(jìn)行進(jìn)一步穩(wěn)壓，反激主變壓器上繞制的兩個(gè)輔助繞組的輸出電壓給正激電路的PWM芯片供電，由于反激電路采取了前級預(yù)穩(wěn)壓，同時(shí)給PWM芯片供電的負(fù)載電流比較?。ㄐ∮?00 mA）。因此反激主變壓器上的兩個(gè)輔助繞組給PWM芯片的供電電壓非常穩(wěn)定，能夠滿足在不同條件下PWM芯片的供電要求。這種方案既滿足了星用開關(guān)電源的磁隔離要求，又避免了方案（1）中大負(fù)載電流下使用三端穩(wěn)壓器進(jìn)行二次穩(wěn)壓造成的功耗過大的問題，同時(shí)也解決了方案（2）中的輔路輸出穩(wěn)定度不高的問題。最大的優(yōu)點(diǎn)是這種方案不受路數(shù)上的限制，設(shè)計(jì)上可以把小電流各路全部在單端反激中輸出，大電流各路從單端正激中輸出。本文設(shè)計(jì)了一款五路輸出電源，其中18.5 V，±14.5 V負(fù)載電流小于1 A從三路反激電源中出；7.5 V，5.5 V負(fù)載電流比較大從正激電源中出，它們的PWM芯片供電電壓都是從三路反激電源的輔助繞組中輸出的。

2 關(guān)鍵電路參數(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓為DC 25～33 V；開關(guān)頻率為200 kHz；最大占空比為0.5；輸出電壓/電流為18.5 V/0.33 A， +14.5 V/0.3 A，-14.5 V/0.11 A，7.5 V/2.9 A，5.5 V/5.8 A；轉(zhuǎn)換效率≥78%。

圖3 單端反激和正激相結(jié)合的多路輸出開關(guān)電源

2.1 變壓器的設(shè)計(jì)

電源涉及反激電路和正激電路變壓器的設(shè)計(jì)，反激變換器的特點(diǎn)是當(dāng)主功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)變壓器原邊電感存儲能量，負(fù)載的能量從輸出濾波電路的電容處得到；而當(dāng)關(guān)斷時(shí)，變壓器原邊電感的能量將會(huì)傳送到副邊負(fù)載和它的濾波電容處，以補(bǔ)償濾波電容在開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)下消耗的能量[6]。具體設(shè)計(jì)如下：由于鐵氧體材料有很好的儲能和抑制信號傳輸過程中的尖峰和振鈴作用，因此采用這種材料作為變壓器磁芯是最好的選擇之一。綜合考慮反激電源的額定功率，轉(zhuǎn)換效率以及磁芯的窗口利用率，選擇RM8作為反激電源變壓器的磁芯。初級線圈的峰值電流為：

[Ipmax=2TPoTonmaxUiminη] （1）

式中：[Uimin]為變壓器初級輸入的最小直流電壓；T為開關(guān)電源周期；[Tonmax]為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間；[Po]為輸出功率；η為變換效率。

初級線圈的電感為：

[Lp=UiminTonmax0Ipmax] （2）

初級繞組的匝數(shù)為：

[Np=UiminTonmaxScΔB×104] （3）

式中：[Sc]為磁芯有效截面積；[ΔB]為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度。

初次級繞組匝數(shù)比為：

[L0≥（Uin-U0）U0TUinI0] （4）

式中：[UD]為輸出整流二極管，[Us]為次級輸出電壓。

次級繞組匝數(shù)為：

[n12=NpNs] （5）

變壓器氣隙為：

[Ig=μrN2pScLp] （6）

式中：[Ig]的單位為mm；[μr]=4π，[Sc]的單位為mm2；[Lp]的單位為mH。按照式（1）～式（6）計(jì)算得：[Ipmax]=3 A， [Lp]=16.7 μH， [Np]=7匝；18.5 V的匝數(shù)為9匝；±14.5 V時(shí)匝數(shù)為7匝。給PWM芯片供電的兩個(gè)輔助繞組的匝數(shù)為6匝，變壓器氣隙為0.24 mm。

正激電路變壓器的設(shè)計(jì)同樣需要綜合考慮電源的額定功率，轉(zhuǎn)換效率、磁芯的窗口利用率以及磁芯的最佳磁密度。7.5 V選擇RM6作為變壓器磁芯，5.5 V選擇RM8作為變壓器磁芯。初級繞組匝數(shù)為：

[Np=UiminTonmaxScΔB×104] （7）

式中：[Tonmax]的單位為s，[ΔB]的單位為T，[Sc]的單位為cm2。

次級繞組匝數(shù)為：

[Ns≥Np（Us+UD）DmaxUimin] （8）

式中[Dmax]為最大占空比。

按照式（7）～（8）計(jì)算得：7.5 V輸出[Np]為13匝，[Ns]為10匝；5.5 V輸出[Np]為8匝，[Ns]為5匝。變壓器導(dǎo)線電流密度取7～8 A/mm2。

2.2 輸出濾波電路的設(shè)計(jì)

反激變換器由于其主變壓器初級充當(dāng)了儲能電感的作用，因此其輸出各路可以不要差模電感，考慮到EMC的需要，可在輸出各路增加一個(gè)共模電感，反激變換器的輸出電容可由式（9）算出。

[C≥5TsU08UoppR] （9）

式中：[Ts]為電源周期；[U0]為電源各路額定電壓；[Uopp]為輸出紋波電壓，[R]為負(fù)載電阻，工程實(shí)際中還需要考慮電源的ESR值。

按照式（9）計(jì)算得：18.5 V輸出[C≥]21 μF，14.5 V輸出[C≥]19 μF，-14.5 V輸出[C≥]7 μF。正激變換器輸出差模電感工作在連續(xù)狀態(tài)其輸出紋波電壓小，工作在非連續(xù)狀態(tài)其輸出紋波電壓大。設(shè)計(jì)上一般將額定輸出電流的設(shè)定為電感連續(xù)和非連續(xù)工作狀態(tài)的臨界點(diǎn)，得到輸出差模電感的計(jì)算公式為：

[L0≥（Uin-U0）U0TUinI0] （10）

按照式（10）計(jì)算得：7.5 V輸出[L0]=57 μH，5.5 V輸出[L0]=20 μH。按照式（9）計(jì)算得各路輸出濾波電容：7.5 V輸出[C≥]169 μF，5.5 V輸出[C≥]365 μF。

2.3 關(guān)鍵點(diǎn)波形和數(shù)據(jù)

表1列出了反激電路兩個(gè)輔助繞組給正激電路PWM芯片供電的電壓在不同輸入電壓負(fù)載一定下的電壓值，表2列出了輸入電壓一定負(fù)載變化下的電壓值。

表1 不同輸入電壓負(fù)載一定下的電壓值 V

表2 輸入電壓一定負(fù)載變化下的電壓值 V

圖4 額定輸入下反激電路主開關(guān)管漏源波形

圖5 額定輸入下7.5 V正激電路主開關(guān)管漏源波形

3 結(jié) 論

本文介紹了一種新型的星用多路輸出開關(guān)電源，不僅有效地解決了傳統(tǒng)星用開關(guān)電源的一些弊病，同時(shí)在電源的小型化設(shè)計(jì)上具備一定的優(yōu)勢，在星用開關(guān)電源的應(yīng)用上具備廣闊的前景。

圖6 額定輸入下5.5 V正激電路主開關(guān)管漏源波形

參考文獻(xiàn)

[1] PRESSMAN A L.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].王志強(qiáng)，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉勝利.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[3] 戶川治郎.實(shí)用電源電路設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[4] 甘久超，謝運(yùn)祥，顏凌峰.DC/DC變換器的多路輸出技術(shù)綜述[J].電工技術(shù)雜志，2002（4）：1?4.

篇9

【關(guān)鍵詞】UC3842；脈寬調(diào)制；功率調(diào)整；測試分析

Abstract：this paper implement the switch power supply circuit，the design USES the flyback type switch power supply structure design of the typical form of UC3842 as the core device，by using the basic principle of pulse width modulation，and USES the auxiliary power supply way for the power supply，is helpful to increase the output power of main power supply.Using field effect tube as switching devices，the conduction and deadline fast，conduction loss is small，which guarantees efficient performance of switch power supply.At the same time，supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit，which guarantees system of work safety，pay attention to improve the circuit load regulation，enhances the working efficiency of the switching power supply，reduce the switching power supply output ripple voltage，reduce the electromagnetic interference，achieve the goal of green environmental protection.Adjustable output voltage，make its can be applied to different occasions.

Keywords：UC3842；pulse width modulation；power adjustment；test and analysis

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信、消費(fèi)電子類產(chǎn)品等對開關(guān)電源的需求迅猛增加，并且對電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求[1]。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性[2-3]。本文設(shè)計(jì)了單端反激式開關(guān)電源，滿足信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。

2.開關(guān)電源電路的實(shí)現(xiàn)

2.1 輸入濾波整流電路

圖1為輸入濾波整流電路。輸入的220V交流電，經(jīng)過由C1、C2、CX1、LF1、CY1、CY2組成的濾波器濾波后，再經(jīng)過BD1，將交流電壓整流為直流高壓，通過C3、C4的濾波后，再給后級電路提供電能。R1的作用是泄放電阻，因?yàn)镃X1的容量在0.22uF以上，安規(guī)規(guī)定需要加上一個(gè)泄放電阻[4]。

圖1 輸入濾波整流電路

2.2 PWM驅(qū)動(dòng)及控制電路

圖2為PWM驅(qū)動(dòng)及控制電路。直流高壓通過電阻R2給UC3842提供工作電壓，該工作電壓接入U(xiǎn)C3842的管腳7，UC3842開始工作，由管腳6輸出的矩形波來驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，管腳6輸出的信號為高低電壓脈沖信號。在輸出信號的高電平期間，場效應(yīng)管能夠?qū)ǎ娏髁鬟^變壓器的原邊繞組，同時(shí)在變壓器的原邊繞組中儲存能量。根據(jù)變壓器同名端的標(biāo)識情況，這個(gè)變壓器的副邊繞組和輔助反饋繞組均沒有輸出。當(dāng)管腳6輸出的信號為低電平時(shí)，場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)[5]。由楞次定律可得，為了確保電流不變，變壓器的原邊繞組產(chǎn)生了下正上負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢，此時(shí)副邊繞組的二極管導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。同時(shí)輔助反饋繞組向UC3842的管腳7供電。UC3842的內(nèi)部設(shè)有欠壓限制鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值電壓分別為16V和10V，當(dāng)電源電壓接通之后，一旦管腳7的電壓升至16V時(shí)，UC3842遍開始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流大致為15mA。

圖2 PWM驅(qū)動(dòng)及控制電路

圖3 輸出反饋電路

2.3 輸出反饋電路

圖3所示為該開關(guān)電源的輸出反饋電路。當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，整流后的直流高壓在變壓器的原邊繞組中儲存能量，與變壓器副邊繞組相連的二極管D3處于反偏壓狀態(tài)，故D3截止，在變壓器副邊繞組無電流流過，即能量沒有傳遞給負(fù)載，直流高壓將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存在變壓器的原邊繞組中。當(dāng)開關(guān)管Q1截止時(shí)，變壓器的副邊繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使D3處于導(dǎo)通狀態(tài)，給輸出電容C13充電，同時(shí)負(fù)載上也有電流流過。圖3中，變壓器副邊繞組的交流電壓蔣經(jīng)國二極管D3整流、C13、C14、L1、C15整流后得到穩(wěn)定直流電壓，給負(fù)載提供能量[6]。D3為肖特基整流二極管，因?yàn)樾ぬ鼗O管的正向壓降為普通PN二極管的0.3～0.5倍，并且其反向恢復(fù)時(shí)間trr甚小。R11和C12為削尖峰電壓電路，C14、L1、C15為π型濾波器，D4的作用是能夠使該開關(guān)電源和其他開關(guān)電源串聯(lián)使用，R12是假負(fù)載，能夠使開關(guān)電源得到穩(wěn)定的輸出電壓。反饋電路采用精密穩(wěn)壓器TL431和線性光耦。利用TL431可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。

3.系統(tǒng)測試

由于效率和紋波電壓是開關(guān)電源的主要衡量指標(biāo)，所以測試時(shí)主要對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測試。

3.1 測試開關(guān)電源效率

在開關(guān)電源效率的測試中，需要使用一個(gè)電子負(fù)載和4個(gè)數(shù)字萬用表。其中，兩個(gè)萬用表用來測量電壓，另外兩個(gè)萬用表用來測量電流，在使用萬用表進(jìn)行測量的時(shí)候，需要根據(jù)要測量的電壓和電流值的大小，將萬用表設(shè)置在合適的量程內(nèi)，以減小誤差。

3.2 測試輸出紋波電壓

為了使測出的數(shù)據(jù)盡可能準(zhǔn)確，避免示波器的探頭與地線形成一個(gè)環(huán)路，測試紋波電壓時(shí)，在示波器的探頭上需要并聯(lián)一個(gè)10uF的電解電容和0.1uF的無極性電容或者使用接地環(huán)，從而保證探頭的接地盡可能的短，保證探頭的接地線長度小于1cm。

4.測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

按照上述的測試方法對開關(guān)電源的效率和開關(guān)電源的輸出紋波電壓進(jìn)行測試，對該設(shè)計(jì)的開關(guān)電源進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，測試得到的數(shù)據(jù)及根據(jù)測試的到的數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析如表1所示。

表1 最差情況下的輸入功率、輸出功率與效率

輸入功率Pin（W） 輸出功率Pout（W） 效率η

36.856 30.170 81.86%

43.360 35.257 81.31%

49.634 40.909 82.42%

58.536 47.013 80.31%

67.208 53.540 79.66%

73.712 60.144 81.59%

表2 各種電壓條件下，滿載輸出時(shí)的紋波電壓值

電子負(fù)載RL（Ω） 輸出電壓Vout（V） 輸出功率Pout（W） 紋波電壓Vopp（mV）

2.4 12.01 60.10 138

2.8 12.98 60.17 169

3.3 14.09 60.16 189

3.8 15.12 60.16 213

4.3 16.08 60.13 230

4.8 16.99 60.14 246

用數(shù)字示波器測試輸出紋波電壓的數(shù)據(jù)如表2所示。

將負(fù)載上的功率調(diào)整為設(shè)計(jì)的標(biāo)稱功率的一半以上時(shí)，通過數(shù)字萬用表對輸入直流總線電壓、直流總線電流、輸出電壓、輸出電流的測試，粗略估計(jì)一下其余的損耗，整個(gè)開關(guān)電源的效率為81.19%。

5.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了由UC3842組成隔離單端反激式PWM開關(guān)電源，對其中的原理進(jìn)行分析。UC3842是一種電流控制型脈寬調(diào)制器，可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET和IGBT，特別適合于制作20～80W的小功率開關(guān)電源。從測試數(shù)據(jù)可以看出設(shè)計(jì)的電路效率和穩(wěn)定性較高。

參考文獻(xiàn)

[1]張占松，蔡薛三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[2]何希才.新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[3]徐德鴻等譯.開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]王志強(qiáng)等譯.精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5]王水平等.開關(guān)穩(wěn)壓電源――原理、設(shè)計(jì)與實(shí)用電路[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1997.

[6]高曾輝，于相旭.單端反激式開關(guān)電源的穩(wěn)定性分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2001.

篇10

關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)；控制器；傳輸方式

一、高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的組成

高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)由交流配電部分、整流器、直流配電部分和控制器（又稱監(jiān)控模塊）組成。

在大容量的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中，有獨(dú)立的交流配電屏、整流器機(jī)柜（插入整流模塊）和獨(dú)立的直流配電屏，監(jiān)控器裝在直流配電屏或整流器機(jī)柜上。

在組合式高頻開關(guān)電源設(shè)備中，包含交流配電單元、整流模塊、直流配電單元和監(jiān)控器。

二、控制器

高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的控制又稱監(jiān)控模塊或監(jiān)控單元，它與高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中的交流檢測單元、直流檢測單元和轉(zhuǎn)接單元等組成本機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對開關(guān)電源系統(tǒng)及蓄電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、控制和故障告警；并使開端電源能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)少人或無人值守。正是有了這種控制器，才使開關(guān)電源設(shè)備成為智能電源。

控制器的主要功能有： 

1)、檢測：

可檢測系統(tǒng)交流供電、電池狀態(tài)、整流器狀態(tài)、電池電流、主分路電流及故障內(nèi)容。

2)、 控制：

系統(tǒng)開機(jī)/關(guān)機(jī)、均充開/關(guān)、整流器開機(jī)/關(guān)機(jī)、電池試驗(yàn)開/關(guān)。

3）、參數(shù)設(shè)置：

系統(tǒng)參數(shù)：整流器柜數(shù)。

電池參數(shù)：均充電壓、浮充電壓、 過壓值、欠壓值、充電限流值、轉(zhuǎn)換電流等。

監(jiān)控參數(shù)：設(shè)備編號、通訊接口、撥號方式、電話號碼及故障回報(bào)開/關(guān)等。

通過通訊接口：RS232或RS485與監(jiān)控中心連接實(shí)現(xiàn)“三遙”：

三、智能高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

智能高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)通信電源監(jiān)控遠(yuǎn)程監(jiān)控的集中監(jiān)控系統(tǒng)。其主要功能是對監(jiān)控范圍內(nèi)的電壓環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行遙信、遙測、遙控，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)檢測故障并通知維護(hù)人員處理，從而實(shí)現(xiàn)通信站的無人或少人值守，以及電源的集中維護(hù)和優(yōu)化管理，提高供電系統(tǒng)的可靠性和通信設(shè)備的安全性。

智能高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的基本機(jī)構(gòu)：它一般是由集中監(jiān)控中心（Supervision Center  SC）、區(qū)域監(jiān)控中心（Supervision Station  SS）監(jiān)控單元（Supervision Unit SU）和現(xiàn)場監(jiān)控模塊（Supervision Module SM）構(gòu)成

根據(jù)用戶及監(jiān)控系統(tǒng)工程規(guī)范的要求，監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案為三級結(jié)構(gòu)：

1）、集中監(jiān)控中心

--設(shè)在最高級監(jiān)控中心機(jī)房內(nèi)

--負(fù)責(zé)處理、存儲、顯示、管理各二級單位的監(jiān)控站點(diǎn)

2)、區(qū)域監(jiān)控中心

  --各二級單位監(jiān)控中心機(jī)房內(nèi)

  --負(fù)責(zé)查詢、處理、存儲、管理各自所轄的監(jiān)控站

3)、現(xiàn)場監(jiān)控單元

  --各單位所轄單個(gè)通信站等監(jiān)控點(diǎn)

  --負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場監(jiān)控單元各個(gè)被監(jiān)控設(shè)備的參數(shù)

1、 監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方式

任何一種監(jiān)控系統(tǒng)都必須獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，傳輸方式則是達(dá)到這一目的不可缺少的手段。智能監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)、監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模及監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控量（內(nèi)容）與傳輸方式具有密切的關(guān)系。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，不同的網(wǎng)絡(luò)級別之間，可以采用不同的傳輸方式。

1）監(jiān)控模塊（SM）與監(jiān)控單元（SU）之間的傳輸方式

監(jiān)控模塊（SM）與監(jiān)控單元（SU）都處于監(jiān)控現(xiàn)場，距離較近，一般采用專用數(shù)據(jù)總線，物理接口與傳輸速率有以下幾種：

a. V.11/RS422

1.2-48kbit/s

b. V.10/RS432

1.2-48kbit/s

c. RS485

1.2-48kbit/s等。

2） 監(jiān)控單元(SU)與上級監(jiān)控中心之間的傳輸方式

監(jiān)控單元(SU)與區(qū)域監(jiān)控中心（SS）之間，宜采用兩種傳輸手段，主輔備用，并能自動(dòng)切換；而對于區(qū)域監(jiān)控中心（SS）與監(jiān)控中心（SC）之間的傳輸，可用的傳輸方式很多，一般應(yīng)以專線為主，計(jì)算機(jī)公網(wǎng)或撥號公網(wǎng)電話網(wǎng)為輔，專線和撥號線之間應(yīng)能自動(dòng)切換。用于監(jiān)控的傳輸網(wǎng)絡(luò)有以下幾種：

a. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）

b. 分組交換網(wǎng)（PSDN）

c. 幀中繼（Frame Relay）

d. 異步傳輸模式（ATM）

e. 話音專線（采用Modem）

f. 撥號電話線（采用Modem）

2、監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)

  1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性強(qiáng)

  --可根據(jù)用戶需求進(jìn)行多級組網(wǎng)

  --升級平滑無需收取任何軟件費(fèi)用

  2)現(xiàn)場監(jiān)控單元采集設(shè)備模塊化擴(kuò)展性強(qiáng)

  --現(xiàn)場采集設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)有多種形態(tài)組合

  --采集設(shè)備有充分?jǐn)U展接口作為預(yù)留

3、應(yīng)用

目前這套智能高頻開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于中石油西氣東輸通信網(wǎng)中。

四、結(jié)論

高頻智能開關(guān)電源監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象一般是電源設(shè)備，監(jiān)控目的是完成三遙量的監(jiān)控。隨著維護(hù)需求的不斷發(fā)展，對監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高更全面的要求。

要求監(jiān)控對象更加全面，監(jiān)控對象不僅要包括常規(guī)的電源設(shè)備和環(huán)境量，還應(yīng)增加進(jìn)出門識別、電池及電纜防盜等監(jiān)控項(xiàng)目，現(xiàn)場安裝警鈴、警燈等警示設(shè)備，視頻設(shè)備，空調(diào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。

在增加監(jiān)控對象的同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)的功能也要不斷完善。除了完成三遙量的監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)還需增加新的功能，比如對現(xiàn)場環(huán)境溫度的監(jiān)控，節(jié)約電能。

參考文獻(xiàn)：