導(dǎo)語：如何才能寫好一篇開關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)，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：開關(guān)電源 維護(hù)檢修 故障處理

中圖分類號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）09-0105-01

穩(wěn)定可靠，安全的動(dòng)力保障是數(shù)字化全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)安全播出的先決條件，新型的開關(guān)電源與傳統(tǒng)的電源相比，體積小而且工作穩(wěn)定，電路損耗小，其多輸出電壓輕松的解決了模塊和控制單元輸入電壓不同的難題。且由于大規(guī)模集成電路的運(yùn)用和屏蔽設(shè)置很好的解決了發(fā)射機(jī)房設(shè)備之間的電磁干擾。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，權(quán)衡發(fā)射機(jī)整體效率，電源的可靠性和日常值機(jī)中維護(hù)等問題，開關(guān)電源無疑是目前固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)電源的最佳選擇。它與功率放大器集成裝配運(yùn)行。采用高度集成的濾波阻抗元件運(yùn)用，使其重量體積有了很大的改變。包括功率開關(guān)管和多種電路拓?fù)浣M合等新器件，新技術(shù)的應(yīng)用，提高電源系統(tǒng)效率。發(fā)射機(jī)電源內(nèi)設(shè)的電磁干擾濾波電路和相關(guān)高尖峰脈沖吸收電路是電源的電流諧波符合要求的重要保證，它不但可以改善電源對(duì)電網(wǎng)的負(fù)載特性，減少給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的污染，也減少對(duì)其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。

1 開關(guān)電源原理

調(diào)頻發(fā)射機(jī)使用的開關(guān)電源電路主要由電源濾波電路、高壓整流濾波電路、功率變換電路、低壓整流濾波電路、PWM電路、保護(hù)電路、檢測(cè)比較放大電路、輔助電源等組成，通過以一定頻率連續(xù)地控制功率開關(guān)管進(jìn)行通斷操作，從而以便可以通過能量?jī)?chǔ)存元件向變換器或負(fù)載提供電量的電源形式。只要通過改變占空比、開關(guān)頻率或相關(guān)相位，平均輸出電壓或電流便可得到控制。開關(guān)電源的開關(guān)頻率范圍很大。對(duì)于電源功率大于90W的工作場(chǎng)合，開關(guān)電源通常采取兩級(jí)變換方式，即功率因數(shù)校正（PFC）控制變換器和DC/DC變換器。該電路是將整流過來的直流電壓變換為可調(diào)的高頻矩形波電壓，這是開關(guān)電源的核心部分。特別是功率因數(shù)校正電路，它是為了保證輸入電壓和電流同相工作而設(shè)置的。其結(jié)果是功率因數(shù)接近1，視在功率全部轉(zhuǎn)換為有功功率，因而系統(tǒng)效率得到了改善。如果沒有PFC校正電路，輸入電流會(huì)以窄脈寬高峰值脈沖形式輸入開關(guān)電源引起嚴(yán)重的諧波干擾成分。這些諧波組分不僅沒有向負(fù)載提供任何能量，而且還引起變壓器和其它設(shè)備發(fā)熱。功率因數(shù)校正電路分為有源和無源兩種類型。調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的開關(guān)電源大都采用有源功率因數(shù)校正電路，它是由具有有源功率因數(shù)校正的AC/DC變換器和獨(dú)立DC/DC變換器兩大部分組成。AC/DC變換器主要包括：EMI濾波器、慢啟動(dòng)電路、橋式整流、PFC控制器、功率驅(qū)動(dòng)電路及變換器電路。

AC輸入經(jīng)過EMI濾波電路濾除差摸和共摸電磁干擾信號(hào)后，輸入至慢啟動(dòng)電路，再經(jīng)延時(shí)后全壓加到橋式整流電路，輸出的直流電壓提供給功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET的漏極。PFC控制器是由8引腳的LT1249功率因數(shù)控制芯片和較少的元件所構(gòu)成的電路。其第8引腳輸出開關(guān)頻率為100kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路加到MOSFET功率開關(guān)管的柵極，MOSFET變換器開始以一定的占空比進(jìn)行通斷工作，并輸出所需求的直流電壓。功率驅(qū)動(dòng)電路：其作用是把PWM調(diào)制電路輸出的信號(hào)進(jìn)行功率放大后，分別驅(qū)動(dòng)MOSFET開關(guān)管開通或者關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)主電路和控制電路之間的電氣隔離。驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)對(duì)MODFET開關(guān)管的運(yùn)行性能產(chǎn)生顯著影響，如開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、短路電流保護(hù)能力等。當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路會(huì)通過合理的柵極電壓使保護(hù)電路動(dòng)作，并發(fā)出故障信號(hào)到控制系統(tǒng)。

變換電路用于電流變換，把電流變換為線性直流電壓信號(hào)，供測(cè)量電路使用，電路主要有一個(gè)副主變壓器變壓，經(jīng)全波整流，線性電路板處理后，產(chǎn)生的直流電壓提供給控制電路板從而與電壓反饋信號(hào)進(jìn)行比較放大，根據(jù)產(chǎn)生的差值，輸出相應(yīng)寬度的脈沖信號(hào)，以調(diào)整電源輸出電壓的大小。

2 日常應(yīng)用中維護(hù)與檢修

在發(fā)射機(jī)日常使用過程中開關(guān)電源也會(huì)出現(xiàn)多方面因素導(dǎo)致的故障。發(fā)射機(jī)房的環(huán)境因素、外電的波動(dòng)，由于不熟悉設(shè)備造成的停播為防患于未然，在發(fā)射極日常維護(hù)中，為使開關(guān)電源能長(zhǎng)期可靠連續(xù)運(yùn)行，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

（1）及時(shí)進(jìn)行日常檢查和定期保養(yǎng)，看有無噪音以及異常聲響氣味等。（2）看輸出以及輸入電壓是否在正常范圍內(nèi)。（3）排風(fēng)扇是否運(yùn)行正常。（4）檢查各處連接電路是否牢固。（5）每半年要對(duì)電源進(jìn)行一次徹底的清掃，清理元件上面的積灰和浮塵。清理的時(shí)候，確保發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)并拔出電源的連接線，卸開開關(guān)電源蓋板，有條件的話最好進(jìn)行放電處理。用鼓風(fēng)機(jī)對(duì)灰塵進(jìn)行去除，若有頑固灰塵，可用棉紗蘸少量酒精進(jìn)行擦拭。除塵完畢，注意元器件有無松動(dòng)，及時(shí)修復(fù)。

開關(guān)電源的檢修：全面了解內(nèi)部電路的布局和結(jié)構(gòu)是檢修開關(guān)電源查找問題的先決條件，打開電源外殼，檢查保險(xiǎn)管是否熔斷，清楚開關(guān)電源不同輸出電壓的用途。觀察電源內(nèi)部，看電容等元器件是否有破裂、漏液、電路板上是否燒焦痕跡等。

發(fā)射機(jī)機(jī)柜，功放外殼，電源外殼，面板都通過導(dǎo)體很好相連，最終連接到接地端地線敷設(shè)是最基本最簡(jiǎn)單的安全措施。發(fā)射機(jī)安裝到位后，應(yīng)將本機(jī)的接地端（位于發(fā)射機(jī)電源部分的底板上）彎角與機(jī)房地下銅排可靠地連接在一起，以避免由于漏電而發(fā)生停播甚至意外傷害事件。

3 結(jié)語

調(diào)頻發(fā)射機(jī)開關(guān)電源功率一般比較大，工作溫度高并且基本常年連續(xù)工作，容易發(fā)生故障。只有熟悉了開關(guān)電源的工作原理，加強(qiáng)日常維護(hù)把小的問題積極排除不留安全隱患，多積累經(jīng)驗(yàn)才會(huì)在遇到問題時(shí)候快速有效地完成檢修工作，為安全播出奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

篇2

關(guān)鍵詞：醫(yī)院設(shè)備；醫(yī)院設(shè)備管理；管理系統(tǒng)

1概述

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)的改變，醫(yī)院的醫(yī)療條件有了大幅度改善，但在科技發(fā)展的醫(yī)院里，諸多先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用也同樣帶來的其他方面的問題，最重要的一點(diǎn)就是，醫(yī)院設(shè)備的管理問題，在現(xiàn)代的醫(yī)院依然采用過去的管理方式，顯然已經(jīng)無法跟上時(shí)代的需要了，大宗設(shè)備的出賬，入庫等管理環(huán)節(jié)，如果僅通過人力計(jì)算，無論從效率還是工作量來說，都將是難以實(shí)施的，所以引入先進(jìn)的管理系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢(shì)，也是現(xiàn)代醫(yī)院工作者應(yīng)當(dāng)掌握的工作技能，同時(shí)醫(yī)院也應(yīng)當(dāng)大力推廣。

2醫(yī)療設(shè)備管理的現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代，還有許多醫(yī)院依然采用著人工作業(yè)等原始記錄方式，這樣的工作狀況使得醫(yī)院的整體工作效率被滯后，尤其是針對(duì)急癥患者的情況下，需要查閱相關(guān)資料時(shí)，勢(shì)必需要翻閱大量的病例數(shù)據(jù)，每多1min檢索的時(shí)間，患者得到及時(shí)救治的時(shí)間就被延長(zhǎng)1min，這對(duì)于患者來說是極其危險(xiǎn)的，再比如許多醫(yī)療設(shè)備都具有一次性使用，但需要大批量采購的，這時(shí)采用人工的記賬方式，無疑增加了人力成本，一旦發(fā)生了錯(cuò)記或漏記得情況發(fā)生，肯定會(huì)對(duì)醫(yī)院造成更大的損失。所以醫(yī)院管理的現(xiàn)狀，已經(jīng)到了勢(shì)在必行的時(shí)候了。

3醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)的開發(fā)意義

通過上面的論述，可以了解到醫(yī)院的管理需要系統(tǒng)性，科學(xué)性的管理方式，對(duì)于醫(yī)院的管理系統(tǒng)其實(shí)早在上世紀(jì)80年代就被美國(guó)的教授提出了，這一概念已經(jīng)具有了現(xiàn)代醫(yī)院設(shè)備科學(xué)管理的雛形，利用電子計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備，為醫(yī)院所屬各部門提供患者診療信息和行政管理信息的收集、存儲(chǔ)、處理、提取和數(shù)據(jù)交換的能力，并滿足所有授權(quán)用戶的功能需求[1]。

現(xiàn)代的醫(yī)院設(shè)備管理同樣的提上了日常管理日程，由于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)主要靠西方醫(yī)學(xué)的技術(shù)，所以在很大程度上都依賴醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行診斷，甚至治療，這也是現(xiàn)代化醫(yī)院的特點(diǎn)。在醫(yī)院設(shè)備上，比如B超，核磁共振，X光片等等都是較為大型的醫(yī)療設(shè)備，除此之外還有一些常用的，一次性的，數(shù)量龐大的醫(yī)療用品，如針頭，輸液瓶等等，對(duì)于醫(yī)院來說，管理好這些醫(yī)療設(shè)備需要很大的人力和財(cái)力投入，這樣直接關(guān)系到醫(yī)院經(jīng)濟(jì)利益的產(chǎn)出投入比例，一般醫(yī)院的醫(yī)療儀器約占醫(yī)院固定資產(chǎn)的50%，而經(jīng)濟(jì)效益約占門診和住院患者資金收入的65%，也是醫(yī)院產(chǎn)生醫(yī)療信息的主要來源。如果能開放出合理有效的醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)，就能夠?qū)︶t(yī)院整體的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率產(chǎn)生決定性影響。由此可見，醫(yī)院對(duì)于醫(yī)療設(shè)備的管理的開發(fā)和使用具有極其重要的意義[2]。

4醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)的開發(fā)

在開發(fā)醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)之前，首先要了解醫(yī)院設(shè)備管理的主要任務(wù)，根據(jù)醫(yī)院條件，需求，使用情況采購醫(yī)療設(shè)備；建立科學(xué)，健全的設(shè)備管理制度；保障設(shè)備使用狀態(tài)，提升設(shè)備的使用作用效果。這些任務(wù)的總結(jié)，為醫(yī)院設(shè)備管理奠定了科學(xué)管理的基礎(chǔ)。

開放系統(tǒng)時(shí)應(yīng)先解決管理需求分析，根據(jù)醫(yī)院的條件可將整體系統(tǒng)需求分為：設(shè)備添加，設(shè)備管理，設(shè)備查詢，系統(tǒng)設(shè)置等。①設(shè)備添加功能可分為，設(shè)備添加和設(shè)備附件添加；設(shè)備添加主要針對(duì)設(shè)備的采購后進(jìn)行系統(tǒng)錄入，登記其名稱，型號(hào)，規(guī)格，詳細(xì)功能及設(shè)備資料等信息的錄入。②設(shè)備管理功能可分為，設(shè)備注銷，設(shè)備狀態(tài)變更（庫存情況，使用情況，損壞情況等），主要功能就是對(duì)設(shè)備在院狀態(tài)的改變，以方便進(jìn)行物資的統(tǒng)計(jì)工作。③設(shè)備查詢功能可分為，資料查詢，設(shè)備統(tǒng)計(jì)等，其主要針對(duì)設(shè)備的使用方式，運(yùn)用狀態(tài)等信息的查詢。④系統(tǒng)設(shè)置的功能相對(duì)簡(jiǎn)單，主要針對(duì)操作員的工作權(quán)限可進(jìn)行登記或變更，以方便不同人員使用系統(tǒng)。

在完成整體的設(shè)計(jì)思路后，就可以開始進(jìn)行主要程序設(shè)計(jì)工作，為了配合醫(yī)院整體系統(tǒng)環(huán)境的使用，該系統(tǒng)可以基于Windows操作系統(tǒng)上開發(fā)，這樣其通用性及穩(wěn)定性可以得到有效保障，而且在建設(shè)后期還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫功能的開發(fā)，這樣對(duì)于信息及設(shè)備的查閱都可以進(jìn)行概括分析，以保證醫(yī)療工作的順利開展。

5醫(yī)院設(shè)備管理系統(tǒng)的應(yīng)用

在設(shè)備管理系統(tǒng)的應(yīng)用上，可以針對(duì)不同職務(wù)的操作人員進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)限限制，職務(wù)從高到底進(jìn)行分層管理，如系統(tǒng)操作者為醫(yī)院負(fù)責(zé)人或行政人員，其可以對(duì)整體系統(tǒng)具有絕對(duì)的使用權(quán)，更改操作人員權(quán)限，查看資料范圍等；亦或是普通的醫(yī)護(hù)工作者的權(quán)限可以限制在，設(shè)備的領(lǐng)用管理或注銷管理和醫(yī)用資料的查詢等權(quán)限，這樣對(duì)于整套設(shè)備管理系統(tǒng)來說，使用的作用率可以達(dá)到最大化。對(duì)于整體系統(tǒng)的維護(hù)，可在考慮成本的情況下，采用外包式管理方式，這樣對(duì)于醫(yī)院整體的機(jī)構(gòu)人員成本管理也有一定優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用情況下，醫(yī)院可根據(jù)院內(nèi)不同的需求添加不同的使用模塊，如醫(yī)院內(nèi)不同科室的設(shè)備管理可采用分開管理的方式，將設(shè)備管理的內(nèi)容在進(jìn)行細(xì)分，已達(dá)到?？茖ｍ?xiàng)的效果，減少設(shè)備過多而產(chǎn)生的誤操作情況。

6設(shè)備管理系統(tǒng)的未來展望

各個(gè)行業(yè)的日新月異推動(dòng)著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，醫(yī)院的治療的高效性也應(yīng)搭乘時(shí)代的列車快速前進(jìn)，未來的醫(yī)院管理系統(tǒng)應(yīng)向更加便捷高效的方向發(fā)展，比如無線互聯(lián)網(wǎng)可以直接連入護(hù)士手中的便攜操作端口，設(shè)備的使用可以通過醫(yī)護(hù)人員ID確認(rèn)才能使用，醫(yī)生可通過便攜終端查詢需要的設(shè)備數(shù)量等等。這些都是未來科技型醫(yī)院的發(fā)展方向。

7結(jié)論

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)改變著人們的就醫(yī)方式，而現(xiàn)代科技卻在改變著醫(yī)院的工作方式，當(dāng)下醫(yī)療設(shè)備管理的關(guān)鍵詞是可靠，穩(wěn)定，實(shí)用，而未來還應(yīng)該增加"便捷"與"高效"。

參考文獻(xiàn)：

篇3

    論文首先介紹了電力電子技術(shù)及器件的發(fā)展和應(yīng)用,具體闡明了國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源的發(fā)展和現(xiàn)狀,研究了開關(guān)電源的基本原理,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及開關(guān)電源在電力直流操作電源系統(tǒng)中的應(yīng)用,介紹了連續(xù)可調(diào)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)思路、硬件選型以及TL494在輸出電壓調(diào)節(jié)、過流保護(hù)等方面的工作原理和具體電路,設(shè)計(jì)出一種實(shí)用于電力系統(tǒng)的開關(guān)電源,以替代傳統(tǒng)的相控電源。該系統(tǒng)以MOSFET作為功率開關(guān)器件,構(gòu)成半橋式Buck開關(guān)變換器,采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù),PWM控制信號(hào)由集成控制TL494產(chǎn)生,從輸出實(shí)時(shí)采樣電壓反饋信號(hào),以控制輸出電壓的變化,控制電路和主電路之間通過變壓器進(jìn)行隔離,并設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)和過流保護(hù)電路。該電源在輸出大電流條件下,能做到輸出直流電壓大范圍連續(xù)可調(diào),同時(shí)保持良好的PWM穩(wěn)壓調(diào)節(jié)運(yùn)行。    開關(guān)電源結(jié)構(gòu)

    以開關(guān)方式工作的直流穩(wěn)壓電源以其體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓效果好的特點(diǎn),正逐步取代傳統(tǒng)電源的位置,成為電源行業(yè)的主流形式?？烧{(diào)直流電源領(lǐng)域也同樣深受開關(guān)電源技術(shù)影響,并已廣泛地應(yīng)用于系統(tǒng)之中。

    開關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。

    SCR在開關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用, GTR驅(qū)動(dòng)困難,開關(guān)頻率低,逐漸被IGBT和MOSFET取代。在本論文中選用的開關(guān)器件為功率MOSFET管。

    開關(guān)電源的三個(gè)條件:

    1. 開關(guān):電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài);

    2. 高頻:電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻;

    3. 直流:開關(guān)電源輸出的是直流而不是交流。

    根據(jù)上面所述,本文的大體結(jié)構(gòu)如下:

    第一章,為整個(gè)論文的概述,大致介紹電力電子技術(shù)及器件的發(fā)展,簡(jiǎn)單說明直流電源的基本情況,介紹國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀和研究方向,闡述本論文工作的重點(diǎn);

    第二章,主要從理論上討論開關(guān)電源的工作原理及電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);

    第三章,主要將介紹系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì);

    第四章,介紹系統(tǒng)控制電路各個(gè)部分的設(shè)計(jì);

篇4

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；反激式電路；高頻變壓器

引言

開關(guān)電源是綜合現(xiàn)代電力電子、自動(dòng)控制、電力變換等技術(shù)，通過控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，來獲得穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，因其具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，代表著當(dāng)今穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，已成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。文章設(shè)計(jì)了一種基于TOP-Switch系列芯片的小功率多路輸出DC/DC的反激式開關(guān)電源。

1 電源設(shè)計(jì)要求

文章設(shè)計(jì)的開關(guān)電源將用于軌道車輛電動(dòng)門控制系統(tǒng)中，最大的功率為12W，分四路輸出，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1）輸入電壓Vin=110V；（2）開關(guān)頻率fs=132kHz；（3）效率η=80%；（4）輸出電壓/電流 48V/0.2A，15V/0.02A-15V/0.02A，5V/0.3A；（5）輸出功率12W；（6）電壓精度1%；（7）紋波率1%。（8）負(fù)載調(diào)整率±3%，電源最小輸入電壓為Vimin=77V，最大輸入電壓為Vimax=138V?？紤]到設(shè)計(jì)要滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，經(jīng)濟(jì)性及電磁兼容性等要求，結(jié)合本設(shè)計(jì)輸出功率小的特點(diǎn)，最終選用了單端反激式開關(guān)電源，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需元器件少，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適合多路輸出場(chǎng)合。

2 單端反激式開關(guān)電源的基本原理

單端反激式開關(guān)電源由功率MOS管，高頻變壓器，無源鉗位RCD電路及輸出整流電路組成。其工作原理是當(dāng)開關(guān)管Q被PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓就加在高頻變壓器的初級(jí)繞組N1上，由于變壓器次級(jí)整流二極管D1反接，次級(jí)繞組N2沒有電流流過；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，次級(jí)繞組上的電壓極性是上正下負(fù)，整流二極管正偏導(dǎo)通，開關(guān)管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在變壓器中的能量便通過整流二極管向輸出負(fù)載釋放。反激變壓器在開關(guān)管導(dǎo)通期間只存能量，在截止期間才向負(fù)載傳遞能量，因?yàn)槟芰渴菃畏较騻鲗?dǎo)，所以稱為單端變化器[1]。

圖1 單端反激式開關(guān)電源的原理圖

3 TOP-Switch系列芯片的介紹及選型

TOP-Swtich單片開關(guān)電源是開關(guān)電源專用集成電路，它將脈寬調(diào)制電路與高壓MOSFET開關(guān)管及驅(qū)動(dòng)電路等集成在一起，具備完善的保護(hù)功能。使用該芯片設(shè)計(jì)的小功率開關(guān)電源，可大大減少電路，降低成本，提高可靠性[4]。

對(duì)于芯片的選擇主要考慮輸入電壓和功率，由設(shè)計(jì)要求可知，輸入電壓為寬范圍輸入，輸出功率不大于12W，故選擇TOP264VG。

4 電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

4.1 主電路設(shè)計(jì)

4.1.1 變壓器設(shè)計(jì)

變壓器的設(shè)計(jì)是整個(gè)電源設(shè)計(jì)最重要的部分，它的設(shè)計(jì)好壞直接影響到整個(gè)電源性能。

（1）磁芯和骨架的確定

由參考文獻(xiàn)[1]可查出，當(dāng)P0=12W時(shí)可供選擇的鐵氧體磁芯型號(hào)，由于采用包線繞制，而且EE型鐵芯廉價(jià)，磁損耗小且適用性強(qiáng)，故選擇EEL19。從廠家提供的磁芯產(chǎn)品手冊(cè)中可以查到磁芯有效截面積Ae=0.23cm2，磁路有效長(zhǎng)度Le=3.94cm2，磁芯等效電感AL=1250Nh/T2

（2）確定最大占空比

（式中VOR為初級(jí)感應(yīng)電壓，VDS為開關(guān)管漏源導(dǎo)通電壓，其中VOR=135V，VDS=10V）

（3）初級(jí)波形參數(shù)計(jì)算

初級(jí)波形的參數(shù)主要包括輸入電流平均值IAGV、初級(jí)峰值電流IP

輸入電流平均值

初級(jí)峰值電流

（其中KRP為初級(jí)紋波電流IR與初級(jí)峰值電流IP的比值，當(dāng)反激式開關(guān)電源工作在不連續(xù)狀態(tài)時(shí)取KRP=1）

（4）確定初級(jí)繞組電感

（5）計(jì)算各繞組的匝數(shù)

初級(jí)繞組的匝數(shù) 實(shí)取33匝

次級(jí)為5v輸出的繞組定義為NS=4turn

對(duì)于±15V輸出 實(shí)取12匝

對(duì)于48V輸出 實(shí)取36匝

對(duì)于偏置繞組 實(shí)取10匝

4.1.2 無源鉗位電路的設(shè)計(jì)

反激式開關(guān)電源，每當(dāng)功率MOSFET由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，在開關(guān)電源的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓，和直流高壓一起疊加在MOSFET上，漏極電壓

這就要求功率MOSFET至少能承受450V的高壓，并且要求鉗位電路吸收尖峰電壓來保護(hù)功率MOSFET。本電源的鉗位電路由穩(wěn)壓管和二極管D1組成，其中VR1為瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200，D1為快恢復(fù)二極管IN4936，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，原邊繞組電壓上正下負(fù)，使D1截止，鉗位電路不起作用；當(dāng)MOSFET截止瞬間，原邊繞組電壓上負(fù)下正，使得D1導(dǎo)通，電壓被鉗位在200V左右。

4.1.3 輸出環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

以+5V輸出為例，次級(jí)繞組高頻電壓經(jīng)肖特基二極管SB120整流后，用超低的ESR濾波，為了得到獲得更小的紋波電壓，在設(shè)計(jì)時(shí)又加入了次級(jí)LC濾波器，實(shí)驗(yàn)表明，輸出的電壓更符合期望值。

4.2 反饋環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

反饋回路主要由PC817和TL431組成，這里用的TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器來代替普通的穩(wěn)壓管，構(gòu)成外部誤差放大器，進(jìn)而對(duì)輸出電壓作精密調(diào)整，當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)過電阻R13、R14分壓后得到取樣電壓與TL431中的2.5V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極K上形成誤差電壓，使光耦合器中的LED工作電流產(chǎn)生相應(yīng)變化，再通過光耦合器去改變單片開關(guān)電源的控制端電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出占空比，使輸出電壓維持不變，達(dá)到穩(wěn)壓目的。

5 結(jié)束語

文章設(shè)計(jì)的開關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需元器件少，體積小，成本低的特點(diǎn)，并且滿足所有設(shè)計(jì)要求，在軌道車輛電動(dòng)門控制系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊立杰.多路輸出單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007.

[2]沙占友.開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

篇5

關(guān)鍵詞： 直流開關(guān)電源；開關(guān)電源；設(shè)計(jì)

1 直流穩(wěn)壓電源概述

直流穩(wěn)壓電源在一個(gè)典型系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。從某種程度上可以看成是系統(tǒng)的心臟。電源的系統(tǒng)的電路提供持續(xù)的、穩(wěn)定的能源，使系統(tǒng)免受外部的干擾，并防止系統(tǒng)對(duì)其自身產(chǎn)生的傷害。如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應(yīng)造成系統(tǒng)的故障，而確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。因此，人們非常重視系統(tǒng)直流電源的設(shè)計(jì)或選用。直流穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓和開關(guān)穩(wěn)壓兩種類型。

1.1 線性穩(wěn)亞電源

線性穩(wěn)壓電源是指起電壓調(diào)整功能作用的器件始終工作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源，期工作原理如圖1。

它由50 工頻變壓器、整流器、濾波器以及串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。

線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。但同時(shí)存在以下缺點(diǎn)：輸入采用50 工頻變壓器，體積龐大且和很重；電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，損耗大，效率低；過載能力差。

線性電源主要應(yīng)用在對(duì)發(fā)熱和效率要求不高的場(chǎng)合，或者要求成本及設(shè)計(jì)周期短的情況。線性電源作為板載電源廣泛應(yīng)用于分布電源系統(tǒng)中，特別是當(dāng)配電電壓低于40V時(shí)。線性電源的輸出電壓只能低于輸入電壓，并且每個(gè)線性電源只能產(chǎn)生一路輸出。線性電源的效率在百分之三十五到百分之五十之間，損耗以熱的形式耗散。

1.2 PWM開關(guān)穩(wěn)壓電源

一般將開關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開關(guān)電源，開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源不同，它是起電壓調(diào)整功能作用的器件，始終工作在開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)電源主要采用脈寬調(diào)制技術(shù)。

開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)；

1）功耗小、效率高。電源中開關(guān)器件交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，這使得開關(guān)管的功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達(dá)到百分之九十到百分之九十五。

2）體積小、重量輕。開關(guān)電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器；隔離變壓用高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量；因?yàn)殚_關(guān)頻率高，輸出濾波電容的容量和體積大為減小。

3）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓由占空比來調(diào)節(jié)，輸入電壓的變化可以通過調(diào)節(jié)占空比的大小來補(bǔ)償，這樣在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍然能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。

4）電路形式靈活多樣。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合的開關(guān)電源。

開關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是：存在開關(guān)噪聲大。在開關(guān)電源中，開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流會(huì)通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采用一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重影響整機(jī)的正常工作。此外，這些干擾還會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備、和家用電器收到干擾。因此設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，必須采取合理的措施來抑制其本身產(chǎn)生的干擾。

PWM開關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活等特點(diǎn)。因此，在便攜式產(chǎn)品、航空和自動(dòng)化產(chǎn)品、儀器儀表以及通訊系統(tǒng)等，要求高效率、體積小、重量輕和多組電源電源輸出的場(chǎng)合，得到了廣泛的應(yīng)用。但是開關(guān)電源的成本高，而且需要開發(fā)周期較長(zhǎng)。

2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

2.1 開關(guān)電源的工作原理

開關(guān)電源主要采用直流斬波技術(shù)，即降壓變換、升壓變換、變壓器隔離的DC/DC變換電路理論和PWM控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。具有輸入、輸出隔離的PWM開關(guān)電源工作原理框圖，如圖2所示。

50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)EMI防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波；然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十千赫或數(shù)百千赫的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過高頻變壓器隔離并降壓（或升壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路；最后輸出直流電壓。通過取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。在直流斬波控制中，有定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)頻調(diào)寬3種控制方式。定頻調(diào)寬是保持開關(guān)頻率（開關(guān)周期T）不變，波形如圖3所示。

通過改變導(dǎo)通時(shí)間高。而定寬調(diào)頻則是保持導(dǎo)通時(shí)間T on不變，通過改變開關(guān)頻率，來達(dá)到改變占空比的一種控制方式。由于調(diào)頻控制方式的工作頻率是不固定的，造成濾波器設(shè)計(jì)困難，因此，目前絕大部分的開關(guān)電源均采用PWM控制。

2.2 開關(guān)電源的主要性能指標(biāo)

開關(guān)電源的質(zhì)量好壞主要由其性能指標(biāo)來體現(xiàn)。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)者或使用者來講，都必須對(duì)其內(nèi)容有一個(gè)較全面的了解。一般性能指標(biāo)包括電氣指標(biāo)、機(jī)械特性、適用環(huán)境、可靠性、安全性以及生產(chǎn)成本等。這里僅介紹常見的電氣指標(biāo)。

2.2.1 輸入?yún)?shù)

輸入?yún)?shù)包括輸入電壓、交流或直流、頻率、相數(shù)、輸入電流、功率因數(shù)以及諧波含量等。

1）輸入電壓：國(guó)內(nèi)應(yīng)用的民用交流電源電壓三相為380V，單相為220V；國(guó)外的電源需要參出口國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)。目前開關(guān)電源流行采用國(guó)際通用電壓范圍，即單相交流85～265V，這一范圍覆蓋了全球各種民用電源標(biāo)準(zhǔn)所限定的電壓，但對(duì)電源的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。輸入電壓范圍的下限影響變壓器設(shè)計(jì)時(shí)電壓比的計(jì)算，而上限決定了主電路元器件的電壓等級(jí)。輸入電壓變化范圍過寬，使設(shè)計(jì)中必須留過大裕量而造成浪費(fèi)，因此變化范圍應(yīng)在滿足實(shí)際要求的前提下盡量小。

2）輸入頻率：我國(guó)民用和工業(yè)用電的頻率為50Hz，航空、航天及船舶用的電源經(jīng)常采用交流400Hz輸入，這時(shí)的輸入電壓通常為單相或三相115V。

3）輸入相數(shù)：三相輸入的情況下，整流后直流電壓約是單相輸入時(shí)的1.7倍，當(dāng)開關(guān)電源的功為3～5kW時(shí)，可以選單相輸入，以降低主電路器件的電壓等級(jí)，從而可以降低成本；當(dāng)功率大于5kW時(shí)，應(yīng)選三相輸入，以避免引起電網(wǎng)三相間的不平衡，同時(shí)也可以減小主電路中的電流，以降低損耗。

4）輸入電流：輸入電流通常包含額定輸入電流和最大電流2項(xiàng)，是輸入開關(guān)、接線端子、熔斷器和整流橋等元器件的設(shè)計(jì)依據(jù)。

5）輸入功率因數(shù)和諧波：目前，對(duì)保護(hù)電網(wǎng)環(huán)境、降低諧波污染的要求越來越高，許多國(guó)家和地區(qū)都已出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用電裝置的輸入諧波電流和功率因數(shù)做出較嚴(yán)格的規(guī)定，因此開關(guān)電源的輸入諧波電流和功率因數(shù)成為重要指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)之一。目前，單相有源功率因數(shù)校正（FPC）技術(shù)已經(jīng)基本成熟，附加的成本也較低，可以很容易地使輸入功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，輸入總諧波電流小于5%。

2.2.2 輸出參數(shù)

輸出參數(shù)包括輸出功率、輸出電壓、輸出電流、紋波、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、輸出特性以及效率等。

1）輸出電壓：通常給出額定值和調(diào)節(jié)范圍2項(xiàng)內(nèi)容。輸出電壓上限關(guān)系到變壓器設(shè)計(jì)中電壓比的計(jì)算，過高的上限要求會(huì)導(dǎo)致過大的設(shè)計(jì)裕量和額定點(diǎn)特性變差，因此在滿足實(shí)際要求的前提下，上限應(yīng)盡量靠近額定點(diǎn)。相比之下，下限的限制較寬松。

2）輸出電流：通常給出額定值和一定條件下的過載倍數(shù)，有穩(wěn)流要求的電源還會(huì)指定調(diào)節(jié)范圍。有的電源不允許空載，此時(shí)應(yīng)指定電流下限。

3）穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度：通常以正負(fù)誤差帶的形式給出。影響電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度的因素很多，主要有輸入電壓變化、輸出負(fù)載變化、溫度變化及器件老化等。通常精度可以分成。3項(xiàng)考核：① 輸入電壓調(diào)整率；② 負(fù)載調(diào)整率；③ 時(shí)效偏差。同精度密切相關(guān)的因素是基準(zhǔn)源精度、檢測(cè)元件精度、控制電路中運(yùn)算放大器精度等。④ 電源的輸出特性：與應(yīng)用領(lǐng)域的工藝要求有關(guān)，相互之間的差別很大。設(shè)計(jì)中必須根據(jù)輸出特性的要求，來確定主電路和控制電路的形式。⑤ 紋波：開關(guān)電源的輸出電壓紋波成分較為復(fù)雜，通常按頻帶可以分為3類： 高頻噪聲，即遠(yuǎn)高于開關(guān)頻率 的尖刺；開關(guān)頻率紋波，指開關(guān)頻率 附近的頻率成分； 低頻紋波，頻率低于的 成分，即低頻波動(dòng)。

對(duì)紋波有多種量化方法，常用的有紋波系數(shù)、峰峰電壓值、按3種頻率成分分別計(jì)量幅值以及衡重法。⑥ 效率：是電源的重要指標(biāo)，它通常定義為η=Po/Pi×100%。式中，Pi為輸入有功功率；Po為輸出功率。通常給出在額定輸入電壓和額定輸出電壓、額定輸出電流條件下的效率。對(duì)于開關(guān)電源來說，效率提高就意味著損耗功率的下降，從而降低電源溫升，提高可靠性，節(jié)能的效果明顯，所以應(yīng)盡量提高效率。一般來說，輸出電壓較高的電源的效率比輸出低電壓的電源高。

2.2.3 電磁兼容性能指標(biāo)

電磁兼容也是近年來備受關(guān)注的問題。電子裝置的大量使用，帶來了相互干擾的問題，有時(shí)可能導(dǎo)致致命的后果，如在飛行的飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)使用無線電話或便攜式電腦，就有可能干擾機(jī)載電子設(shè)備而造成飛機(jī)失事。電磁兼容性包含2方面的內(nèi)容：

電磁敏感性、電磁干擾分別指電子裝置抵抗外來干擾的能力和自身產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度。通過制定標(biāo)準(zhǔn)，使每個(gè)裝置能夠抵抗干擾的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各自發(fā)出的干擾強(qiáng)度，則這些裝置在一起工作時(shí)，相互干擾導(dǎo)致工作不正常的可能性就比較小，從而實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

因此，標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)電磁兼容問題來說十分重要。各國(guó)有關(guān)電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)很多，并且都形成了一定的體系，在開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)一般采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，其設(shè)計(jì)步驟是：

1）首先從明確設(shè)計(jì)性能指標(biāo)開始，然后根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)要求選擇一種開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開關(guān)工作頻率確定設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，依據(jù)輸出功率的要求選擇半導(dǎo)體器件的型號(hào)；

2）變壓器和電感線圈的參數(shù)計(jì)算，磁性材料設(shè)計(jì)是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理的設(shè)計(jì)對(duì)開關(guān)電源的性能指標(biāo)以及工作可靠性影響極大；

3）設(shè)計(jì)選擇輸出整流器和濾波電容；

4）選擇功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制方式，最好選用能實(shí)現(xiàn)PWM控制的集成電路芯片，也可利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制；

5）設(shè)計(jì)反饋調(diào)節(jié)電路；

6）根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)過電壓、過電流和緊急保護(hù)電路；

7）根據(jù)熱分析設(shè)計(jì)散熱器；

8）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的PCB板和電源的結(jié)構(gòu)，組裝、調(diào)試，測(cè)試所有的性能指標(biāo)；

篇6

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源；LDO；OLED

1 引言

有機(jī)電激發(fā)光二極管（Organic LightEmitting Diode，OLED）由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。OLED由非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板構(gòu)成。當(dāng)有電荷通過時(shí)這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。由于OLED具有以上特點(diǎn)，近年來，在手持紅外設(shè)備的顯示組件中，OLED已經(jīng)廣泛的取代了原有的CRT顯示組件。

2 顯示驅(qū)動(dòng)板原理介紹

OLED顯示組件由OLED屏及顯示驅(qū)動(dòng)板組成，OLED顯示屏采用北方光電的SVGA060顯示屏，該顯示屏具有視頻格式自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)增益控制等特性。輸出分辨率為768×576，支持單色或彩色信號(hào)。由于顯示屏是數(shù)字視頻接口，而紅外熱像儀輸出的是模擬視頻信號(hào)，顯示驅(qū)動(dòng)板的主要作用是對(duì)熱像儀輸出的視頻信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并提供顯示板工作所需的電源及控制串口。

3 基于TPS65053的顯示驅(qū)動(dòng)電路電源的改進(jìn)

原OLED驅(qū)動(dòng)板視頻AD采用TI公司的ADV5150，單片機(jī)采用SiliconLab公司的C8051F330。電源部分，由于該系統(tǒng)需要5V，3.3V，1.8V3個(gè)數(shù)字電源，而熱像儀給出的輸出電源只有5V，原設(shè)計(jì)中考慮到電源紋波對(duì)顯示效果的影響，對(duì)5V到3.3V和1.8V的轉(zhuǎn)換采用LT公司的微封裝LDO――LT1761ES53.3和LT1761ES51.8，顯示驅(qū)動(dòng)板的單板電流為70mA左右，加上OLED屏，總電流為100mA左右，一套OLED顯示組件的功耗為500mW左右。當(dāng)今手持設(shè)備趨于小型化、低功耗化，這樣的功耗是比較大的。因此，考慮采用開關(guān)電源來代替LDO，完成5V到3.3V和1.8V的變換，因開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率很高，如TI公司生產(chǎn)的TPS65053，其效率可達(dá)92%以上，可有效降低顯示組件的功耗。TPS65053內(nèi)部集成2路開關(guān)電源，輸入電壓最大值為6V，兩路DCDC可分別提供1A的驅(qū)動(dòng)能力，集成度高，單片面積小，非常適合顯示驅(qū)動(dòng)電路的使用。TPS65053的電源設(shè)計(jì)如圖2所示。

4 電源輸出紋波的壓制

考慮到輸出紋波對(duì)顯示效果的影響，需設(shè)計(jì)電路對(duì)輸出電壓的紋波進(jìn)行壓制。受制于驅(qū)動(dòng)板的實(shí)際板尺寸（26*26mm），采用輸出電容加三端濾波器進(jìn)行電源濾波，因TPS65053本身的設(shè)計(jì)原理限制，該電源的輸出紋波本身就比較小，而對(duì)輸入紋波有較大的影響，為防止其影響輸入的5V，故在輸入端也增加三端濾波器及磁珠，以抑制紋波。

5 實(shí)驗(yàn)效果

通過制板實(shí)驗(yàn)，使用開關(guān)電源的顯示驅(qū)動(dòng)電路的單板電流為35mA左右，整套OLED顯示組件的總電流降至57mA左右，總功耗為285mW左右，相比于原顯示組件，功耗降低了約1/2。因電路設(shè)計(jì)合理，紋波抑制較為理想，3.3V與1.8V的電源輸出紋波均在50mV以下，5V的輸入紋波也沒有明顯的增加，顯示效果與原方案無明顯區(qū)別。因顯示組件的功耗大大降低，發(fā)熱明顯減少，OLED的使用壽命得以延長(zhǎng)。

目前，該顯示組件已應(yīng)用于某型便攜式紅外夜視儀和某型紅外瞄準(zhǔn)具中。紅外夜視儀為雙目設(shè)計(jì)，采用新顯示組件后，總電流由800mA左右降低到720mA左右，使用時(shí)間延長(zhǎng)了約10%；而紅外瞄準(zhǔn)具是單目設(shè)計(jì)，采用新顯示組件后，整機(jī)電流由320mA降低到275mA，使用時(shí)間延長(zhǎng)了約14%，取得了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]SVGA060.OLED及其復(fù)合視頻驅(qū)動(dòng)板使用說明書，云南北方光電技術(shù)有限公司

篇7

關(guān)鍵詞：軟開關(guān)電源；DSP；PWM；全橋變換器；煤礦安全

目前我國(guó)大大小小的煤礦有不下10000 座，而每年因煤礦事故死亡的人數(shù)也居高不下，井下監(jiān)控系統(tǒng)就成了煤礦生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的硬開關(guān)方式的逆變電源由于存在開關(guān)損耗大、效率低、電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI）大等的問題[2]，不但影響電源自身的可靠性，而且會(huì)影響其它電子設(shè)備的正常工作，容易a生拉弧以及電火花，從而引起瓦斯爆炸等安全隱患，軟開關(guān)技術(shù)是目前解決該問題的主要方法。

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)電源波形的數(shù)字化控制，本文的控制核心采用DSP 芯片的TMS320F2812 系列，并由DSP的PWM生成機(jī)制來完成調(diào)節(jié)輸出電壓，并采用全橋式變換器完成軟開關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)，對(duì)電源主電路實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制，輸出電壓設(shè)置定點(diǎn)可調(diào)，提高了輸出電壓的精度和穩(wěn)定度，另一方面采用全橋式變換器，從而大大的提高軟開關(guān)電源的輸出功率[3]。

一、電源系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主電路設(shè)計(jì)：開關(guān)電源的硬件基本組成原理圖主要由功率主電路，DSP控制回路以及他輔助電路組成。系統(tǒng)的硬件基本組成電路如圖1所示：

其基本原理是：電網(wǎng)的交流輸入經(jīng)過EMI整流濾波后得到高品質(zhì)直流電壓，通過全橋式逆變器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波電路，將高頻變壓器輸出的高頻交流電壓整流濾波后得到所需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓[4]，通過采樣電路及光電隔離保護(hù)電路輸入給DSP控制器，從而形成負(fù)反饋。DSP芯片TMS320F2812通過事件管理器EVA產(chǎn)生PWM波，并加于驅(qū)動(dòng)電路，通過改變占空比輸出模擬量電壓電流。完成反饋調(diào)節(jié)得到理想的電壓電流。電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

3PAC表示三相交流380V的電網(wǎng)電壓輸入，3PBreaker表示三相空氣開關(guān)，Diode Bridge表示三相不可控整流橋，TD Breaker表示延時(shí)啟動(dòng)開關(guān)，防止啟動(dòng)時(shí)充電電流過大，Lin和Cin構(gòu)成輸入LC濾波環(huán)節(jié)，IGBT Bridge表示單相逆變橋，Lm表示飽和諧振電感，Co隔直電容，LT表示12個(gè)高頻線性變壓器串聯(lián)，D1、D2代表72個(gè)肖特基整流管，Lo和Co構(gòu)成輸出濾波環(huán)節(jié)，其中Lo代表12個(gè)電感，每個(gè)變壓器輸出連接一個(gè)輸出濾波電感。

全橋變換器相當(dāng)兩個(gè)雙管正激變換器組成，兩組雙管正激變換器驅(qū)動(dòng)脈沖互補(bǔ)。全橋變換器由4個(gè)開關(guān)管構(gòu)成，每個(gè)橋臂有個(gè)開關(guān)管，變壓器的一次側(cè)連接兩個(gè)橋臂的中間。全橋電路相對(duì)單管、雙管推挽、半橋電路要復(fù)雜一些，但是在選用同樣的開關(guān)功率器件的條件下，可獲得兩倍于半橋電路的輸出功率。和功率開關(guān)管反相并聯(lián)的二極管，一般都是開關(guān)管自身的體二極管代替（由生產(chǎn)工藝集成的），這些二極管用于恢復(fù)能量，同時(shí)可以消除漏感產(chǎn)生的瞬間過壓，用于鉗制開關(guān)管承受的最大關(guān)斷電壓。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

DSP的PWM生成機(jī)制：在開關(guān)電源結(jié)構(gòu)中，開關(guān)電源是通過修改PWM 波占空比改變逆變橋中IGBT的通斷時(shí)間從而控制輸出電壓的大小[5]?？刂齐娐匪璧腜WM波的生成是由DSP中事件管理器EVA產(chǎn)生，對(duì)每一次主電路的輸出電壓、電流數(shù)據(jù)采集發(fā)生在每個(gè)PWM周期末，采集完成后ADC向CPU發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，中斷開始，CPU進(jìn)入服務(wù)子程序，按指定的算法對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的輸出結(jié)果是CMPR的值，PWM的占空比就是通過運(yùn)算輸出的結(jié)果CMPR值來改變，從而改變IGBT的通斷時(shí)間，進(jìn)而控制輸出電壓電、流的大小[6]。

規(guī)定超前臂 Z1與Z2為固定臂開關(guān)管，滯后臂 Z3與Z4為移相臂開關(guān)管，其移相角由比較寄存器CMPR2給定。DSP于每周期固定相位180°互補(bǔ)輸出uPWM1和uPWM2，死區(qū)時(shí)間由死區(qū)控制寄存器給出，避免上下直通并實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。同理DSP輸出180°互補(bǔ)并帶死區(qū)的uPWM3和uPWM4。只有uPWM1與uPWM4，uPWM2與uPWM3同時(shí)為高時(shí)，電源才能傳遞功率?？刂齐娫摧敵龅恼伎毡戎灰龅綄?shí)時(shí)改變比較寄存器CMPR2的值并保證uPWM3和uPWM4180°互補(bǔ)即可。啟動(dòng)A/D并觸發(fā)中斷是由計(jì)數(shù)寄存器T2CNT與T1CNT同周期且相位差固定來實(shí)現(xiàn)的，在中斷程序中對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行處理并實(shí)時(shí)改變比較寄存器CMPR2的值[7]。

三、仿真結(jié)果

利用仿真軟件PSIM來對(duì)電路進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)的主要技術(shù)指標(biāo)為：

輸入電壓：三相AC380V（-5%―+5%）

輸出電壓：DC 25V

輸出電流：DC 125A

開關(guān)頻率：20KHz

實(shí)驗(yàn)中電路的參數(shù)設(shè)置：諧振電感：26μH，隔直電容60μF，輸出濾波電感：88μH，輸出濾波電容：6600μF，開關(guān)頻率：20KHz。

圖3為驅(qū)動(dòng)脈沖和輸出電壓，電流的波形，可見輸出波形良好，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間較快。

四、結(jié)束語

基于 DSP 的軟開關(guān)電源具有高效節(jié)能、輕巧省料、控制性能好等特點(diǎn)，在消除網(wǎng)側(cè)電流諧波、改善網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、控制逆變輸出波形、提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能方面有很大的改善[8]，已成為現(xiàn)代煤礦電源發(fā)展的主流之一。通過使逆變器開關(guān)器件工作在 ZVZCS 軟開關(guān)狀態(tài)，為進(jìn)一步提高其工作頻率奠定了基礎(chǔ)。監(jiān)控系統(tǒng)的微處理器的邏輯電路發(fā)展趨勢(shì)就是低壓大電流，本文所設(shè)計(jì)的電源可以滿足其需求。DSP使數(shù)字化電源的波形控制能力更為精確，系統(tǒng)更加緊湊，提高了抗干擾性，保證了煤礦監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性[8]。實(shí)驗(yàn)證明電源的性能可以滿足煤礦監(jiān)控系統(tǒng)電源的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜少飛，閆英敏，趙霞，程.基于DSP的數(shù)字PID控制在開關(guān)電源中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2009，6：69-70

[2]成亮.煤礦安全生產(chǎn)井下供電系統(tǒng)研究[J].中小企業(yè)管理與科技，2011.30.

[3]黎粵梅.高頻開關(guān)電源節(jié)能技術(shù)的探索[J].科技資訊，2011.17.

[4]王增福，李昶，魏永明.軟開關(guān)電源原理與應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版，2006.

[5]金影梅.基于DSP的軟開關(guān)電源的研究[J].科技廣場(chǎng)，2010，36（2）：198-200.

[6]萬山明.TMS320F281x DSP原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

篇8

關(guān)鍵詞：DCDC開關(guān)電源；模擬加法器；恒流源；誤差放大器

中國(guó)分類號(hào)：TN433文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10053824（2013）03000503

0引言

電源管理IC因具有體積小、轉(zhuǎn)換速率高等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于電子、通信、電氣、能源、航空航天及家電等領(lǐng)域。電源管理IC主要分為線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換器和DCDC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器。相對(duì)于線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換器， DCDC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器具有電壓轉(zhuǎn)換效率高和輸出電壓范圍較寬的特點(diǎn)，因而DCDC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器已成為主要的電源產(chǎn)品之一[1]。

降壓型脈沖寬度調(diào)制型（pulse width modulation， PWM） DCDC開關(guān)電源是目前被廣泛應(yīng)用的1種DCDC開關(guān)電源結(jié)構(gòu)[24]，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，模擬加法器是PWM型DCDC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的核心模塊，其性能特性直接影響PWM型DCDC開關(guān)源的性能特性，因而要求模擬加法器在電源電壓、溫度等變化或漂移條件下，均能獲得穩(wěn)定的性能。針對(duì)這些要求，本文設(shè)計(jì)了1種適用于DCDC開關(guān)電源的模擬加法器。

1模擬加法器原理及構(gòu)成

本文所設(shè)計(jì)的模擬加法器的原理圖如圖2所示。該模擬加法器主要由誤差放大器A1，誤差放大器A2，MOS晶體管M1―M4，電阻R1，R2以及電容C1，C2組成。其中，誤差放大器A1與誤差放大器A2完全相同，Vref為帶隙基準(zhǔn)參考提供的1.2 V帶隙參考電壓，其具有與溫度、電源電壓波動(dòng)以及工藝無關(guān)的參考電壓源。VA1為圖1所示的DCDC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的放大器的輸出信號(hào)。電容C1與電容C2在圖2所示電路中起濾波以及電荷存儲(chǔ)作用。

圖1DCDC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)圖圖2模擬加法器原理圖誤差放大器A1，MOS管M1與電阻R2構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。誤差放大器A1強(qiáng)制放大器的兩輸入端電壓相等，即V1=Vref，因而流過電阻R1的電流I1為I1=VrefR1（1）圖2中，MOS晶體管M1與M2構(gòu)成基本電流鏡，因而流過M2的漏電流I2為I2=WL2WL1I1（2）（2）式中：WL1與WL2分別為晶體管M1與M2的寬長(zhǎng)比，因而電阻R1的壓差VR1為VR1=I2R2=WL2WL1×R2R1×Vref（3）同理，誤差放大器A2與MOS管M4也構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。誤差放大器A2強(qiáng)制其兩輸入端電壓相等，即V2=VA1（4）由（3）式與（4）式可得模擬加法器的輸出電壓VA，其可表示為VA=VA1+WL2WL1×R2R1×Vref（5）在電路設(shè)計(jì)時(shí)，若M1與M2為完全相同的PMOS管，即WL1=WL2，同時(shí)R2與R1為同一類型電阻且具有相同的阻值，則（5）式可表示為VA=VA1+Vref（6）（6）式說明圖2所示的電路能有效地實(shí)現(xiàn)兩模擬電壓求和的功能。

2誤差放大器的分析與設(shè)計(jì)

在圖2所示的電路中，誤差放大器A1以及誤差放大器A2為模擬加法器的重要單元模塊，其性能特性直接影響模擬加法器的性能特性，其中誤差放大器A1與誤差放大器A2完全相同。針對(duì)此問題，本文所設(shè)計(jì)的誤差放大器A1與誤差放大器A2采用折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)[5]，如圖3所示。誤差放大器主要由晶體管Ma0―Ma10、電阻R構(gòu)成。其中Vp和Vn分別為誤差放大器的差分輸入端，Vb1―Vb3為偏置電壓，Ma0與Ma1為PMOS輸入對(duì)管，Ma3，Ma4與Ma5，Ma6形成電流鏡對(duì)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)雙端輸入和單端輸出。圖4為放大器的交流仿真曲線。仿真結(jié)果顯示，在一定負(fù)載電容條件下，本文所設(shè)計(jì)的誤差放大器獲得65.5 dB的低頻增益以及80°相位裕度，能夠滿足模擬加法器的要求。

圖3誤差放大器電路圖圖4誤差放大器交流仿真波形圖3仿真結(jié)果與分析

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的模擬加法器的性能特性，在電源電壓VDD=3 V的條件下，采用CSMC的0.5 μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS混合工藝以及Cadence的Spectre仿真工具對(duì)電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

當(dāng)Vref=1.2 V以及VA1=1 V時(shí)，模擬加法器的瞬態(tài)仿真結(jié)果如圖5所示。仿真結(jié)果顯示模擬加法器的輸出VA≈2.2 V，有效地實(shí)現(xiàn)了加法器功能。圖6給出了VA與輸入信號(hào)VA1的直流掃描關(guān)系曲線。仿真結(jié)果顯示，模擬加法器的輸出電壓VA與輸入電壓VA1成線性關(guān)系，其差值恒為一常數(shù)。

圖7為模擬加法器輸出電壓VA與溫度的關(guān)系仿真曲線。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)溫度在0～110 ℃范圍變化時(shí)，輸出電壓VA變化量?jī)H為1.18 mV。

圖5模擬加法器瞬態(tài)仿真

圖6模擬加法器輸出VA與輸入VA1的關(guān)系曲線

圖7模擬加法器輸出電壓與溫度關(guān)系仿真曲線

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種適用于DCDC開關(guān)電源的模擬加法器，其具有簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)。采用CSMC 0.5 μm CMOS混合工藝以及Cadence的Spectre仿真工具對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果顯示模擬加法器具有非常好的性能，能夠滿足DCDC開關(guān)電源的要求。參考文獻(xiàn)：

[1]顧亦磊，呂征宇，錢照明.DC/DC拓?fù)涞姆诸惣斑x擇標(biāo)準(zhǔn)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，38（10）：13751379.

[2]趙卉.電流控制模式單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2005.

[3]TAN Min， ZHOU Qianneng. A endpoint prediction scheme with constant amplitude ramp signal suitable for high voltage applications [C]//Electron Devices and SolidStatc Circuits（EDSSC）， 2010IEEE International Conference. Hong Kong：[s.n.]，2010： 14.

篇9

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

目前，變電站內(nèi)二次設(shè)備中的繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、測(cè)控裝置均為直流供電，但還有一部分IT類設(shè)備，因其電源輸入標(biāo)注為交流220V，如1：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)（或稱為變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)）的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)機(jī)（計(jì)算機(jī)及顯示器）、部分站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，仍舊采用交流220V供電，為確保實(shí)時(shí)信息的采集，必須不間斷供電，故該交流220V采用的是UPS輸出。如2：變電站內(nèi)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入層路由器、二次安全防護(hù)設(shè)備（接入交換機(jī)、Ⅱ區(qū)防火墻、部分Ⅰ區(qū)加密認(rèn)證裝置），也是如此。

變電站內(nèi)的直流電源系統(tǒng)是非?？煽康模?yàn)樗旧碛卸鄠€(gè)充電模塊并聯(lián)運(yùn)行，且有蓄電池組作為充電模塊交流輸入失電時(shí)的后備，另外，220kV變電站直流電源系統(tǒng)采用了兩組蓄電池兩套充電裝置的二段單母線接線方式，就更加可靠了，見圖0-1。上文提及的這些IT類設(shè)備，若能采用直流供電，則二次設(shè)備就統(tǒng)一是直流供電，這樣一來可簡(jiǎn)化變電站內(nèi)的供電網(wǎng)絡(luò)，即可取消UPS供電這個(gè)層次，精簡(jiǎn)變電站內(nèi)設(shè)備，提升變電站運(yùn)行可靠性。因?yàn)殡娫淳W(wǎng)絡(luò)越簡(jiǎn)單越可靠，設(shè)備越少越可靠。

圖0-1 直流電源系統(tǒng)示意圖

1 開關(guān)電源的發(fā)展過程分析

在開關(guān)電源出現(xiàn)之前，線性穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱線性電源）已經(jīng)應(yīng)用了很長(zhǎng)一段時(shí)間。而后，開關(guān)電源是作為線性電源的一種替代物出現(xiàn)的，開關(guān)電源這一稱謂也是相對(duì)于線性電源而產(chǎn)生的。

線性電源的典型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)見圖1-1。圖中的關(guān)鍵元器件是調(diào)整管V。為了使調(diào)整管 V可以發(fā)揮足夠的調(diào)節(jié)作用，V必須工作在線性放大狀態(tài)，且保持一定的管壓降。因此，這種電源被稱為線性電源。它的缺點(diǎn)：一是調(diào)整管V工作在線性放大狀態(tài)，損耗很大，因而使整個(gè)電源效率很低；二是需要一個(gè)工頻變壓器T，使得電源體積大、重量重，搬運(yùn)過早年生產(chǎn)的電子儀器的人都會(huì)有這樣的體會(huì)，電子儀器往往“一頭沉”，這較重的一頭往往就是電源變壓器所在的一頭。

圖1-1 線性電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

開關(guān)電源就是為了克服線性電源的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的，其典型結(jié)構(gòu)見圖1-2。首先，該電路中起調(diào)節(jié)輸出的逆變電路中的電力電子器件都工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗很小，使得電源的效率可達(dá)到90%甚至95%以上。其次，電路中起隔離和電壓變換作用的變壓器T是高頻變壓器，其工作頻率多為20kHz以上，因?yàn)楦哳l變壓器體積可以做得很小，從而使整個(gè)電源的體積大為縮小，重量也大大減輕。同時(shí)由于工作頻率高，濾波器的體積也大為減小。

圖1-2 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖

按目前的習(xí)慣，開關(guān)電源專指電力電子器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)下的直流電源，因此，開關(guān)電源也常被稱為高頻開關(guān)電源，也可以說開關(guān)電源是高頻開關(guān)電源的簡(jiǎn)稱。

由于計(jì)算機(jī)等電子裝置的集成度不斷增加，功能越來越強(qiáng)，體積卻越來越小，因此迫切需要體積小、重量輕、效率高、性能好的新型電源，這就成了開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。

新型電力電子器件的發(fā)展給開關(guān)電源的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。20世紀(jì)60年代末，雙極型電力晶體管的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開關(guān)電源得以問世，那時(shí)確定的開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)一直沿用至今。

開關(guān)頻率的提高有助于開關(guān)電源體積減小、重量減輕。20世紀(jì)70年代開關(guān)頻率終于突破了人耳聽覺極限的20kHz。后來，隨著電力MOSFET的應(yīng)用，開關(guān)電源的開關(guān)頻率進(jìn)一步提高。

由于和線性電源相比，開關(guān)電源在絕大多數(shù)性能指標(biāo)上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。因此，目前除了對(duì)直流輸出電壓的紋波要求極高的場(chǎng)合以外，開關(guān)電源已經(jīng)全面取代了線性電源。計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、各種電子儀器幾乎都已是開關(guān)電源的一統(tǒng)天下。

作為電子裝置的供電電源，在20世紀(jì)80年代以前，作為線性電源的更新?lián)Q代產(chǎn)品，開關(guān)電源主要用于小功率范圍。那時(shí)，中大功率直流電源仍以晶閘管相控電源為主。但是，80年代起，絕緣雙極型晶體管（IGBT）的出現(xiàn)使得開關(guān)電源的容量不斷增大，在許多中等容量范圍內(nèi)迅速取代了相控電源。在通信領(lǐng)域，早期的48V基礎(chǔ)電源幾乎都是采用的晶閘管相控電源，現(xiàn)在已逐步被開關(guān)電源所取代。電力系統(tǒng)的操作用直流電源以前也是采用晶閘管相控電源，目前開關(guān)電源已經(jīng)成為其主流。

2 IT類設(shè)備內(nèi)部電源模塊分析及直流輸入試驗(yàn)、實(shí)踐

這些IT類設(shè)備，在其電源輸入處標(biāo)的是交流220V，那么改用直流220V輸入時(shí)設(shè)備能正常運(yùn)行?下文將從其內(nèi)部電源模塊的原理及實(shí)驗(yàn)情況來進(jìn)行闡述。

2.1 內(nèi)部電源模塊的原理及直流輸入可行性分析

從上文開關(guān)電源的發(fā)展過程分析中，已知曉：現(xiàn)代的這些IT類設(shè)備，其內(nèi)部電源模塊均采用了開關(guān)電源。打開這些IT設(shè)備的機(jī)箱，“開關(guān)電源”四個(gè)字，有的已明顯地將其印在了內(nèi)部電源模塊上。如，思科路由器Cisco2811、3725，臺(tái)式計(jì)算機(jī)Dell GX620其內(nèi)部電源模塊的外殼上有“開關(guān)電源”四個(gè)字印在上面。

從開關(guān)電源的原理圖（圖2-1）中可以看出，開關(guān)電源內(nèi)部最前級(jí)，即與工頻交流輸入直接連接的就是橋式整流電路，并不存在像線性電源一樣的隔直通交的工頻變壓器，故改輸入的直流220V也能順利通過整流電路，向后級(jí)電路提供直流電。就算是個(gè)別變電站的直流電源系統(tǒng)為直流110V，因開關(guān)電源輸入電壓范圍很寬，故也不存在任何問題。

圖2-1 開關(guān)電源原理簡(jiǎn)圖

部分廠家為節(jié)約成本或出于其它原因，其設(shè)備內(nèi)部電源模塊的輸入電路采用了半波整流，故此時(shí)直流220V輸入就有方向的要求了。如，終端服務(wù)器Moxa NPort6650-16，使用手冊(cè)上就作了這樣的說明。后續(xù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)到的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)Cisco WS-C2960也是如此。

2.2實(shí)驗(yàn)情況

2.2.1 測(cè)量各類設(shè)備的輸入阻抗

測(cè)量方法，在不打開其機(jī)箱查看電路的情況下，用萬用表（Fluke111）的“電阻檔”測(cè)試，主要通過測(cè)得的電阻值來簡(jiǎn)單快速判斷內(nèi)部是開關(guān)電源還是老式的工頻變壓器整流電源。

從表2-1的記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，電阻值均較大，不屬于工頻變壓器類型，而應(yīng)屬于開關(guān)電源類型。

序號(hào) 設(shè)備類別 設(shè)備型號(hào) L、N之間的電阻值 L、地之間的電阻值 N、地之間電阻值

1 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) Cisco WS-C2950 0.612兆歐 ∞ ∞

2 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) Cisco WS-C2960 1.217兆歐 ∞ ∞

3 數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器內(nèi)的電源模塊 Cisco 3725電源模塊 1.056兆歐（開關(guān)OFF） ∞ ∞

4 數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器內(nèi)的電源模塊 Cisco 3725電源模塊 0.380兆歐（開關(guān)ON） ∞ ∞

5 防火墻 NetEye 0.836兆歐 ∞ ∞

6 當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)機(jī)（臺(tái)式計(jì)算機(jī)） Dell GX260 0.760兆歐 ∞ ∞

7 液晶顯示器 Dell 1703Fpt 1.0兆歐 ∞ ∞

表2-1 變電站IT類設(shè)備輸入阻抗測(cè)量記錄表

2.2.2 輸入直流220V，觀察設(shè)備運(yùn)行是否正常。

從表2-2記錄的運(yùn)行情況可以看出，直流輸入時(shí)設(shè)備均能運(yùn)行正常，且網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)Cisco WS-C2960直流輸入時(shí)還有正負(fù)極性的要求。

序號(hào) 設(shè)備類別 設(shè)備型號(hào) L、N之間接入直流 “＋” 220V時(shí)的運(yùn)行情況 L、N之間接入直流 “－” 220V時(shí)的運(yùn)行情況

1 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) Cisco WS-C2950 工作正常（內(nèi)部有指示燈亮） 工作正常（內(nèi)部有指示燈亮）

2 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) Cisco WS-C2960 未工作（風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，SYST燈不亮） 工作正常（風(fēng)扇轉(zhuǎn)，SYST燈閃爍）

3 數(shù)據(jù)網(wǎng)路由器內(nèi)的電源模塊 Cisco 3725電源模塊 工作正常（有輸出電壓） 工作正常（有輸出電壓）

4 防火墻 NetEye 工作正常（風(fēng)扇轉(zhuǎn)，Power燈亮，HDD燈閃爍） 工作正常（風(fēng)扇轉(zhuǎn)，Power燈亮，HDD燈閃爍）

5 當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)機(jī)（臺(tái)式計(jì)算機(jī)） Dell GX260 工作正常（電源燈亮） 工作正常（電源燈亮）

表2-2 變電站IT類設(shè)備直流供電測(cè)試記錄表

2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐情況

2.3.1 IT類設(shè)備正向應(yīng)用的一些情況。即標(biāo)注為交流供電的設(shè)備，實(shí)際采用直流供電

2010年的220kV變電站二次安防工程，其二次安全防護(hù)設(shè)備（防火墻FW5120、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)Cisco WS-C2960）；2011年的220kV變電站第二平面工程，其路由器ZXR10-3800、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)ZXR10-2928；2011年的青陽變?cè)鋈莞脑旃こ?、球莊變新建工程，其路由器Quidway AR2240。這些，IT類設(shè)備均采用了直流220V供電，運(yùn)行穩(wěn)定正常。

2.3.2 其它設(shè)備的一些情況

2.3.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備屏、測(cè)控裝置反向應(yīng)用的一些情況。即標(biāo)注為直流供電的設(shè)備，實(shí)際采用交流供電

1999、2000、2001年的35kV變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)BJ-3設(shè)備屏，采用了交流220V供電，這說明其內(nèi)部的開關(guān)電源模塊對(duì)交直流來講是互通的，即原先定義直流220V供電的設(shè)備，用交流220V也能正常運(yùn)行。

2009年的UPS機(jī)房RCS-9603測(cè)控裝置，采用了交流220V供電，這也說明是互通的。

2.3.2.2 早期的電氣量變送器不能直流供電的一些情況

只有90年代至21世紀(jì)初的電氣量變送器（交流有功功率變送器、交流電流變送器、交流電壓變送器等等），其內(nèi)部采用的是線性電源模塊?；▓@電廠還出現(xiàn)了多次變送器故障的情況（實(shí)際為內(nèi)部電源模塊燒壞），后查明該變送器屏接在了應(yīng)急電源上，應(yīng)急電源是每隔幾個(gè)月要切換一次，即由交流短時(shí)間地切到直流上，即直流向變送器供電，因變送器內(nèi)部電源輸入為工頻變壓器，故造成小電阻短路燒毀線圈。

3 結(jié)語

早期投運(yùn)的35kV變電站（即少量80年運(yùn)的），其電容儲(chǔ)能式直流電源系統(tǒng)已陸續(xù)淘汰，改造為蓄電池組式直流電源系統(tǒng)，故變電站直流電源系統(tǒng)已是非?？煽康脑O(shè)備、回路供電系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的UPS，其應(yīng)用的范圍一般為各單位數(shù)據(jù)中心機(jī)房，各級(jí)各類調(diào)度大樓自動(dòng)化機(jī)房、信息機(jī)房，由單獨(dú)的蓄電池組作為后備電源，確保給設(shè)備提供不間斷的交流220V電源。這些場(chǎng)所，只能提供市電，即交流220V，它不像變電站有直流電源系統(tǒng)。

80年代末至90年代初的變電站安裝自動(dòng)化裝置（遙測(cè)、遙信），以及90年代中期開始的變電站無人值班改造（遙測(cè)、遙信、遙控），那時(shí)因電氣量變送器、遙控執(zhí)行屏等設(shè)備其內(nèi)部仍為線性電源模塊，只能交流220V供電，故變電站內(nèi)必須配置傳統(tǒng)的UPS（含蓄電池組），向這些設(shè)備提供不間斷的交流220V電源。

21世紀(jì)初開始的變電站綜合自動(dòng)化改造，陸續(xù)淘汰了技術(shù)落后的電氣量變送器、遙控執(zhí)行屏等設(shè)備，采用的技術(shù)先進(jìn)的測(cè)控裝置、保護(hù)測(cè)控一體裝置。雖然當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)UPS陸續(xù)或同步淘汰，采用了后備電源為直流220V的新式UPS、或逆變電源，但UPS這個(gè)類型的設(shè)備還繼續(xù)存在著，向這些電源輸入端文字標(biāo)注著交流220V輸入的IT類設(shè)備供著電。

根據(jù)上述對(duì)開關(guān)電源的發(fā)展過程分析，變電站IT類設(shè)備內(nèi)部電源模塊的分析、試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，可以得出變電站內(nèi)的IT類設(shè)備可以采用直流供電的結(jié)論。

從上可以看出，變電站有一般辦公場(chǎng)所所不可能具備的直流電源系統(tǒng)，且該供電系統(tǒng)是非?？煽康?，而變電站的這些IT類設(shè)備在技術(shù)層面又完全可以支持直流供電，那么變電站UPS已經(jīng)沒有存在的必要性了。故本文最終提出取消UPS（及逆變電源），以簡(jiǎn)化變電站內(nèi)供電網(wǎng)絡(luò)，精簡(jiǎn)設(shè)備，提升變電站運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 裴云慶，楊旭，王兆安. 開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 沙占友，于國(guó)慶，王曉君，許云峰等. 線性及開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)320例. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3] 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4] 何永華. 發(fā)電廠及變電站的二次回路. 北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[5] 姚春球. 發(fā)電廠電氣部分. 北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[6] 謝萍. 直流系統(tǒng)及逆變電源系統(tǒng) 施工圖. 南京：江蘇省電力設(shè)計(jì)院，2010.

篇10

關(guān)鍵詞: 電力電子技術(shù); 高頻開關(guān)電源; 功率半導(dǎo)體器件; 功率變換

中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù)以功率處理為對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電為目標(biāo)，通過采用電力半導(dǎo)體器件，并綜合自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能的獲取、傳輸、變換和利用。電力電子技術(shù)包括功率半導(dǎo)體器件與IC技術(shù)、功率變換技術(shù)及控制技術(shù)等幾個(gè)方面。

電力電子技術(shù)起始于20世紀(jì)50年代末60年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場(chǎng)效應(yīng)管（P-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展，使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代末期和90年代初期發(fā)展起來的、以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，通泰壓降小，載流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。

2高頻開關(guān)電源概述

高頻開關(guān)電源是交流輸入直流整流，然后經(jīng)過功率開關(guān)器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）構(gòu)成放入逆變電路，將高壓直流（單相整流約300V，三相整流約500V）變換成方波（頻率為20kHz）。高頻方波經(jīng)高頻變壓器降壓得到低壓的高頻方波，再經(jīng)整流濾波得到穩(wěn)定電壓的直流輸出。

高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)[1]：

1、重量輕，體積小

由于采用高頻技術(shù)，去掉了工頻（50Hz）變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關(guān)電源的體積只是相控整流器的1/10，重量也接近1/10。

2、功率因數(shù)高

相控整流器的功率因數(shù)隨可控硅導(dǎo)通角的變化而變化，一般在全導(dǎo)通時(shí)，可接近0.7，以上，而小負(fù)裁時(shí)，但為0.3左右。經(jīng)過校正的開關(guān)電源功率因數(shù)一般在0.93以上，并且基本不受負(fù)載變化的影響。

3、可聞噪聲低

在相控整流設(shè)備中，工頻變壓器及濾波電感作時(shí)產(chǎn)生的可聞噪聲大，一般大于60db，而開關(guān)電源在無風(fēng)扇的情況下可聞噪聲僅為45db左右。

4、效率高

開關(guān)電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)電源其整機(jī)效率可達(dá)88%以上，較好的可以做到92%以上。

5、沖擊電流小

開機(jī)沖擊電流可限制在額定輸入電流的水平。

6、模快式結(jié)構(gòu)

由于體積小，重量輕，可設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)。

3電力電子技術(shù)在大功率開關(guān)電源中的應(yīng)用

3.1功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展是高頻開關(guān)電源技術(shù)的重要支撐。功率MOSFET和IGB的出現(xiàn)，使開關(guān)電源高頻化的實(shí)現(xiàn)成為可能；超快恢復(fù)功率二極管和MOSFET同步整流技術(shù)的開發(fā)，為研制高效率或低電壓輸出的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件；功率半導(dǎo)體器件的額定電壓和額定電流不斷增大，為實(shí)現(xiàn)單機(jī)電源模塊的大電流和高率提供了保證。

（1）功率MOSFET

功率MOSFET是一種單極型（只有電子或空穴作但單一導(dǎo)電機(jī)構(gòu)）電壓控制半導(dǎo)體元件[8]，其特點(diǎn)是控制極（柵極）靜態(tài)內(nèi)阻極高，驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度高，無二次擊穿，安全區(qū)寬等。開關(guān)頻率可高達(dá)500kHz,特別適合高頻化的電力電子裝置。

（2）絕緣柵雙極晶體管IGBT

絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種雙（導(dǎo)通）機(jī)制復(fù)合器件，它的輸入控制部分為MOSFET，輸出極為GTR，集中了MOSFET及GTR分別具有的優(yōu)點(diǎn)[2]：高輸入阻抗，可采用邏輯電平來直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電壓控制，開關(guān)速度高，飽和壓降低，電阻及損耗小，電流、電壓容量大，抗浪涌電流能力強(qiáng)，沒有二次擊穿現(xiàn)象，安全區(qū)寬等。

3.2軟開關(guān)技術(shù)

傳統(tǒng)大功率開關(guān)電源逆變主電路結(jié)構(gòu)多采用PWM硬開關(guān)控制的全橋電路結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)器件在開關(guān)瞬間承受很大的電流和電壓應(yīng)力，產(chǎn)生很大的開關(guān)損耗，且隨著頻率的提高而損耗增大。工作頻率在20kHz，采用IGBT功率器件的PWM硬開關(guān)控制的電源，功率器件開關(guān)損耗占總損耗的60%~70%，甚至更大[3]。為了消除或抑制電路的電壓尖峰和浪涌電流，一般增加緩沖電路，不僅使電路更加復(fù)雜，還將功率器件的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路，而且緩沖電路的損耗隨著工作頻率的提高而增大。

軟開關(guān)技術(shù)利用諧振原理，使開關(guān)器件兩端的電壓或流過的電流呈區(qū)間性正弦變化，而且電壓、電流波形錯(cuò)開，使開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)接近零損耗。諧振參數(shù)中吸收了高頻變壓器的漏抗、電路中寄生電感和功率器件的寄生電容，可以消除高頻條件下的電壓尖峰和浪涌電流，極大地降低器件的開關(guān)應(yīng)力，從而大大提高開關(guān)電源的效率和可靠性。

3.3同步整流技術(shù)

對(duì)于輸出低電壓、大電流的開關(guān)電源來講，進(jìn)一步提高其效率的措施是在應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以功率MOS管反接作為整流用開關(guān)二極管，這種技術(shù)稱為同步整流（SR），用SR管代替肖特基二極管（SBD）可以降低整流管壓降，提高開關(guān)電源的效率。

現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力地實(shí)現(xiàn)ZVS及ZCS方式的同步整流。自從2002年美國(guó)銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[4]。這種方式的同步整流技術(shù)巧妙地將副邊驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)與原邊PWM脈沖信號(hào)聯(lián)動(dòng)起來，其上升沿超前于原邊PWM脈沖信號(hào)的上升沿，而降沿滯后的方法實(shí)現(xiàn)了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式P聯(lián)M控制IC幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對(duì)副邊實(shí)現(xiàn)ZVS同步整流的控制端子。這些IC不僅解決好初級(jí)側(cè)功率MOSFET的軟開關(guān), 而且重點(diǎn)解決好副邊的ZVS方式的同步整流。用這幾款I(lǐng)C制作的DC/DC變換器, 總的轉(zhuǎn)換效率都達(dá)到了94%以上。

3.4控制技術(shù)

開關(guān)變換器具有強(qiáng)非線性、離散性、變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，負(fù)載性質(zhì)也是多變的，因此主電路的性能必須滿足負(fù)載大范圍的變化，這使開關(guān)電源的控制方法和控制器的設(shè)計(jì)變得比較復(fù)雜。

電流型控制及多環(huán)控制在開關(guān)電源中得到了較廣泛的應(yīng)用；電荷控制、單周期控制等技術(shù)使開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能有了很大的提高。一些新的方法，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及各種調(diào)制方式在開關(guān)電源中的應(yīng)用，已經(jīng)引起關(guān)注。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微控制器的處理速度越來越快，集成度越來越高，將微控制器或者DSP應(yīng)用到大功率開關(guān)電源的數(shù)字控制模塊已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。開關(guān)電源的高性能數(shù)字控制芯片的出現(xiàn)，推動(dòng)了電源數(shù)字化的進(jìn)程[5]。

數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的非線性算法，監(jiān)控多部件的分布電源系統(tǒng)，減少產(chǎn)品測(cè)試的調(diào)整時(shí)間，使產(chǎn)品生產(chǎn)率更高。實(shí)時(shí)數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)快速、靈活的控制設(shè)計(jì)，改善電路的瞬態(tài)響應(yīng)性能，使之速度更快、精度更高、可靠性更強(qiáng)。

4 結(jié)束語

高頻開關(guān)電源作為電子設(shè)備中不可或缺的組成部分也在不斷地改進(jìn)，高頻化、模塊、數(shù)字化、綠色化是其發(fā)展趨勢(shì)。高頻開關(guān)電源上述各技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著開關(guān)電源技術(shù)的成熟。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 莫慧芳. 高頻開關(guān)電源發(fā)展概述. 電源世界, 2007（5）

[2] 賀益康, 潘再平. 電力電子技術(shù). 科學(xué)出版社, 2010年第2版

[3]倪倩, 齊鉑金, 趙晶等. 軟開關(guān)全橋PWM主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在逆變焊接電源中的應(yīng)用. 自動(dòng)化與儀表, 2002（1）