導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇開關(guān)電源，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]節(jié)能；單片機(jī)；開關(guān)電源

中圖分類號(hào)：TG303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）02-0000-01

前言：開關(guān)電源就是電源電路中的功率變換器件工作在開關(guān)狀態(tài)，它是在線性穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。它是一個(gè)把交流電變換成電，把直流電又轉(zhuǎn)化為交流電，再把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電源轉(zhuǎn)換電路。它是通過電路中控制元件的導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)整電壓大小。開關(guān)電源屬于電力電子技術(shù)，他運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，經(jīng)過變換電能，他可以滿足各種用電要求。開關(guān)電源是美國(guó) NASA 用于宇宙火箭搭載電源目的而開發(fā)的。與線性電源相比開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高的特點(diǎn)，被廣泛用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制裝置、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、通信裝置等各個(gè)領(lǐng)域。特別是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，開關(guān)電源的需求量不斷擴(kuò)大。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，尤其是和單片機(jī)的結(jié)合，使得開關(guān)電源開關(guān)電源迎來了又一個(gè)生命――數(shù)控開關(guān)電源。

1 數(shù)控開關(guān)電源的基本理論

一般開關(guān)電源是隨電網(wǎng)電壓變化或負(fù)載變化而變化的，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化或負(fù)載變化引起輸出電壓降低時(shí)，反饋線圈的輸出電壓則會(huì)變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會(huì)相應(yīng)的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時(shí)間變長(zhǎng)；反之，當(dāng)電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓升高時(shí)，則脈寬調(diào)制器會(huì)相應(yīng)的減小PWM輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時(shí)間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。

本文提出了一種采用單片機(jī)作為整機(jī)反饋量的控制單元，可以通過我們的實(shí)際需要輸入相應(yīng)數(shù)字量來改變反饋電壓值，通過反饋電電壓使脈寬調(diào)制器占空比發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓大小的新方法。稱之為數(shù)控開關(guān)電源。這種電源不但能夠設(shè)定系統(tǒng)輸出電壓值的大小，還能當(dāng)電網(wǎng)電壓在一定范圍內(nèi)變化或負(fù)載變化引的電路電壓的變化時(shí)保持恒定輸出。同時(shí)還能通過驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管芯片從而驅(qū)動(dòng)4位的共陽(yáng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，輸出精度更高。

1.1 橋式整流電路

橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，由四個(gè)二極管兩兩順序連接組成，輸出電壓V0是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為

1.2 脈寬調(diào)制電路

脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。本文采用能承受較大電流，漏電流較小的功率開關(guān)管，當(dāng)功率開關(guān)管受PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，整流電壓加在變壓器T初級(jí)繞組Np上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中，在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，Np繞組中電流達(dá)到最大值Ipmax，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：

Ipmax=（Ε/Lp）Ton

式中：E――整流電壓；Lp――變壓器初級(jí)繞組電感；Ton――場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間。

在場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級(jí)繞組放電電流為最大值Ismax，若忽略各種損耗應(yīng)為

Ismax=nLpmax=n（Ε/Lp）Ton

式中：n――變壓器變比，n=Np/Ns，Np、Ns為變壓器初、次級(jí)繞組匝數(shù)。

高頻變壓器在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量與場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉期間次級(jí)繞組釋放的能量相等：

N（E/Ls）Ton=（Uo/Ls）Toff

式中：Ls――變壓器次級(jí)繞組電感；Uo――輸出電壓；Toff――場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉時(shí)間。

因?yàn)長(zhǎng)P=n2L， 則：（E/nLS）Ton=（Uo/LS）Toff，ETon=nUoToff

Uo=（Ton/nToff）E

1.3 啟動(dòng)電路

電源是通過啟動(dòng)電阻提供電流給電容充電，當(dāng)電容電壓達(dá)到啟動(dòng)電壓門檻值時(shí)，脈寬調(diào)制芯片開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，推動(dòng)開關(guān)管工作。

1.4 反饋回路

反饋回路有單片機(jī)主導(dǎo)構(gòu)成，起著穩(wěn)定電壓輸出、調(diào)節(jié)電壓輸出和顯示電路電壓的作用。

2 單片機(jī)及電路的設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)位電路

本文采用的是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位的AT89S52單片機(jī)，為了使單片機(jī)內(nèi)特殊功能寄存器初始化，所以需要一個(gè)復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，復(fù)位后可使AT89S52單片機(jī)到初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。在正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，

2.2 時(shí)鐘電路

AT89S52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，XTAL2 可以不接，而從 XTAL1 接入，由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有其它要求，最長(zhǎng)低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。 外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選12MHz。

2.3 D/A轉(zhuǎn)換器

如圖1-2在控制電路中需要一可變的基準(zhǔn)電源來改變穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器輸入端電壓的大小，而單片機(jī)輸出的控制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，所以變化的基準(zhǔn)電壓需借助數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。

3 軟件的設(shè)計(jì)

3.1 主要完成三方面的功能

1）.設(shè)置電壓并且保存，主要是對(duì)EEROM的操作。

2）.把設(shè)置的電壓送到DA，主要是對(duì)DA的操作。

3）.中斷顯示，把設(shè)置的電壓顯示到LED數(shù)碼管上。

3.2 程序設(shè)計(jì)思想

當(dāng)電源打開的時(shí)候，MCU進(jìn)行復(fù)位，寄存器清零。接著電源應(yīng)該顯示和輸出上次關(guān)機(jī)前的電壓大小，這時(shí)候MCU先讀取EEPROM中保存的電壓編號(hào)，根據(jù)電壓編號(hào)讀出對(duì)應(yīng)電壓，把該數(shù)據(jù)送到DA，在轉(zhuǎn)換成BCD碼送到顯示部分。這時(shí)候程序循環(huán)檢測(cè)是否有按鍵信號(hào)，如果調(diào)節(jié)鍵按下，電壓編號(hào)指向下一個(gè)，保存該電壓編號(hào)，讀對(duì)應(yīng)電壓，把他送到DA并且顯示。如果調(diào)節(jié)鍵+按下，當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)加1，相對(duì)應(yīng)輸出電壓（POWER―OUT引腳）增加0.1V，保存設(shè)置電壓數(shù)據(jù)。如果調(diào)節(jié)鍵-按下，電壓數(shù)據(jù)減1，輸出電壓減少0.1V，保存設(shè)置電壓數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合單片機(jī)開發(fā)的開關(guān)電源是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，其功率小，整機(jī)的穩(wěn)定、可靠，而且其對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220V（ 10%），而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在110～260V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可獲得穩(wěn)定可調(diào)的輸出電壓，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(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)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 《開關(guān)穩(wěn)壓電源原理與實(shí)用技術(shù)》慕苤勛等編著，科學(xué)出版社，2005.6.

篇2

[關(guān)鍵詞]軟開關(guān)技術(shù) 諧振原理 電源

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）21-0384-01

引言

近年來，電力電子技術(shù)發(fā)展迅猛，直流開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域。如今，笨重型、低效電源裝置已被小型、高效電源所取代。為了實(shí)現(xiàn)電源裝置的高性能、高效率、高可靠性，減小體積和重量，必須實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的高頻化。開關(guān)電源的高頻化不僅減小了功率變換器的體積，增大了變換器的功率密度和性能價(jià)格比，而且極大地提高了瞬時(shí)響應(yīng)速度，抑制了電源所產(chǎn)生的開關(guān)噪聲，從而已成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

1.軟開關(guān)發(fā)展應(yīng)時(shí)而生

以前的開關(guān)電源大多數(shù)采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM），稱為“硬開關(guān)”（HARDSWITCH）電源。硬開關(guān)和軟開關(guān)是針對(duì)開關(guān)管（MOSFET）來講的，硬開關(guān)是不管開關(guān)管（DS極或CE極）上的電壓或電流，強(qiáng)行開或關(guān)開關(guān)管，當(dāng)開關(guān)管上（DS極或CE極）電壓及電流較大時(shí)開關(guān)管動(dòng)作，由于開關(guān)管狀態(tài)間的切換（由開到關(guān)，或由關(guān)到開）需要一定的時(shí)間，這會(huì)造成在開關(guān)管狀態(tài)間切換的某一段時(shí)間內(nèi)電壓和電流會(huì)有一個(gè)交越區(qū)域，這個(gè)交越造成的開關(guān)管損耗稱為開關(guān)管的切換損耗。軟開關(guān)是指通過檢測(cè)開關(guān)管電流或其他技術(shù)，做到當(dāng)開關(guān)管兩端電壓或流過開關(guān)管電流為零時(shí)才導(dǎo)通或關(guān)斷開關(guān)管，這樣開關(guān)管就不會(huì)存在切換損耗。一般來說軟開關(guān)的效率較高（因?yàn)闆]有切換損）；工作頻率較高，PFC或變壓器體積可以減少，所以體積可以做的更小。但成本也相對(duì)較高，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。

我們都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，合上電閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，斷開電路時(shí)也會(huì)產(chǎn)生火花，通常斷開電路所需時(shí)間比接通時(shí)要長(zhǎng)，產(chǎn)生的火花要大。原因是電路中有寄生電感和電容。寄生電感流過電流時(shí)便會(huì)存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量，斷開電路時(shí)電感阻礙電流的變化，產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，通過電火花，電弧把磁場(chǎng)能量釋放掉。這部分能量是白白消耗掉的。而且會(huì)使閘刀發(fā)熱，燒蝕，因此頻繁開關(guān)會(huì)導(dǎo)致閘刀損壞。理想的軟關(guān)斷過程是電流先降小到零，電壓在緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已經(jīng)下降到零，便解決了感性關(guān)斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓也為零，解決了容性開通問題。其中通斷一次的能量損耗乘以開關(guān)工作頻率即為開關(guān)損耗，為了減小體積和重量，頻率越高越好。但是頻率升高開關(guān)損耗隨之變大，電磁干擾變大。軟開關(guān)技術(shù)在這種要求下應(yīng)運(yùn)而生，使開關(guān)電源能夠在高頻下高效率地運(yùn)行。軟開關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理，使開關(guān)變換器的開關(guān)器件中電流或電壓按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化，當(dāng)開關(guān)管電流自然過零時(shí)，使開關(guān)管關(guān)斷；開關(guān)管電壓自然過零時(shí)，使開關(guān)管導(dǎo)通，從而使開關(guān)管關(guān)斷和導(dǎo)通損耗為零，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源高頻化的設(shè)計(jì)，提高了電源效率，溫升亦低，工作可靠。

2.軟開關(guān)技術(shù)的原理

軟開關(guān)技術(shù)是使功率變換器得以高頻化的重要技術(shù)之一，它應(yīng)用諧振的原理，使開關(guān)器件中的電流（或電壓）按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。當(dāng)電流自然過零時(shí)，使器件關(guān)斷（或電壓為零時(shí)，使器件開通），從而減少開關(guān)損耗。諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、多諧振變換器、零電壓開關(guān)脈沖調(diào)寬變換器、零電流開關(guān)脈沖調(diào)寬變換器、零電壓轉(zhuǎn)換脈沖調(diào)寬變換器、零電流轉(zhuǎn)換脈沖調(diào)寬變換器、移相控制零電壓轉(zhuǎn)換全橋直流/直流變換器、移相控制零電流轉(zhuǎn)換全橋直流/直流變換器及零轉(zhuǎn)換PWM變換器均可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)電源。

2.1 諧振變換器按照諧振元件的諧振方式，可分為串聯(lián)諧振變換器和并聯(lián)諧振變換器兩類；按負(fù)載與諧振電路的連接關(guān)系，又可分為串聯(lián)負(fù)載諧振變換器和并聯(lián)負(fù)載諧振變換器。其工作原理主要是通過諧振網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載的諧振，使經(jīng)過開關(guān)元件的電流或電壓被整形為正弦波形，開關(guān)元件在電流或電壓的過零處開通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程。

2.2 準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器

準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器的特點(diǎn)是諧振元器件參與能量變換的某一階段，不是全程參與。這類變換器需要采取頻率調(diào)制控制方法。在基本PWM開關(guān)上增加一些諧振元件，它是準(zhǔn)諧振變換器中最關(guān)鍵的部分。根據(jù)開關(guān)管與諧振電感和諧振電容的不同結(jié)合，諧振開關(guān)可分為零電流諧振開關(guān)和零電壓諧振開關(guān)兩類。零電流諧振開關(guān)是將諧振電感與PWM開關(guān)串聯(lián)，利用電感中諧振電流過零點(diǎn)時(shí)，使開關(guān)零電流關(guān)斷；零電壓諧振開關(guān)是將諧振電容與PWM開關(guān)并聯(lián)，利用電容兩端諧振電壓過零點(diǎn)時(shí)，使開關(guān)零電壓開通。它們各有L型和M型兩種電路方式，而且根據(jù)功率開關(guān)管是單向?qū)ㄟ€是雙向?qū)?，又可分為半波模式和全波模式?/p>

2.3 零開關(guān)PWM變換器

零開關(guān)PWM變換器包括零電壓PWM變換器和零電流PWM變換器，。它們特點(diǎn)是變換器工作在脈沖調(diào)寬的方式下，電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定。輔助諧振電路只是在主開關(guān)管開關(guān)時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，其它時(shí)間停止工作。它們是在準(zhǔn)諧振軟開關(guān)的基礎(chǔ)上，加入一個(gè)輔助開關(guān)管，來控制諧振元件的諧振過程，實(shí)現(xiàn)PWM控制。它只利用諧振實(shí)現(xiàn)換相，換相完畢后仍采用PWM工作方式，從而既能克服硬開關(guān)PWM在開關(guān)過程中的三大缺陷，又能保留硬開關(guān)PWM變換器的低穩(wěn)態(tài)損耗和低穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。

2.4 移相控制零電壓轉(zhuǎn)換全橋式直流/直流變換器和移相控制零電流轉(zhuǎn)換全橋式直流/直流變換器及兩者混合式的變換器是大中小功率軟開關(guān)電源的主要形式。這類變換器通過改變?nèi)珮驅(qū)蔷€上下開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電壓移相角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓，讓超前臂開關(guān)管的控制極上的電壓領(lǐng)先于滯后臂開關(guān)管控制極上的電壓一個(gè)相位，并在控制器的控制端對(duì)同一橋臂的兩個(gè)反相驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置不同的死區(qū)時(shí)間，巧妙利用變壓器漏感和開關(guān)管的結(jié)電容及變壓器初次級(jí)之間寄生電容來完成諧振過程，實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流開通或關(guān)斷。

2.5 零轉(zhuǎn)換PWM變換器零轉(zhuǎn)換PWM變換器包括ZVT-PWM變換器和ZCT-PWM變換器，其諧振網(wǎng)絡(luò)是與主開關(guān)并聯(lián)的。在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，并聯(lián)的諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生諧振獲得零開關(guān)條件。開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，電路又恢復(fù)到正常的PWM工作方式。因此，零轉(zhuǎn)換PWM變換器既克服了硬開關(guān)PWM和諧振技術(shù)的缺點(diǎn)，又綜合了它們的優(yōu)點(diǎn)。為此，該類變換器在中大功率場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，并具有如下優(yōu)點(diǎn)：①采用PWM控制方式，實(shí)現(xiàn)恒定頻率控制。②輔助電路只是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)工作，其他時(shí)候不工作，而且是與主功率回路相并聯(lián)，不需要處理很大的環(huán)流能量，從而減小了輔助電路的損耗。③輔助電路的工作不會(huì)增加主開關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

人們?cè)谥C振技術(shù)和無損耗緩沖電路的基礎(chǔ)上提出了組合軟開關(guān)功率變換器的理論。即電路中既可以存在零電壓開通，也可以存在零電流關(guān)斷，同時(shí)既可以包含零電流開通，也可以包含零電壓關(guān)斷，是這四種狀態(tài)的任意組合。由此可見，由無損耗緩沖技術(shù)和諧振技術(shù)組合而成的新型軟開關(guān)技術(shù)將成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅松筠.廣播發(fā)射新技術(shù).成都：電子科技大學(xué)出版社，1990.

篇3

開關(guān)電源是一種高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)電源。然而在電子設(shè)備工作過程中，開關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的電磁干擾。本文根據(jù)高中物理所學(xué)知識(shí)，在與老師的溝通和指導(dǎo)下，研究開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因，并從屏蔽、濾波、接地以及電路等方面簡(jiǎn)要分析了干擾抑制措施。

【關(guān)鍵詞】高中物理 開關(guān)電源 電磁干擾 抑制

開關(guān)電源的應(yīng)用十分廣泛，其小型化和高頻化雖然為電子設(shè)備的發(fā)展帶來了很多便利，但所產(chǎn)生的電磁干擾也愈發(fā)嚴(yán)重，對(duì)功能發(fā)揮的影響越來越大。因此，必須采取有效的電磁干擾抑制措施，削弱甚至消除電磁干擾，保證電子設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

1 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因

根據(jù)高中物理的知識(shí)學(xué)習(xí)，我們知道在電子設(shè)備的工作過程中通電電流的傳導(dǎo)會(huì)出現(xiàn)一些無用信號(hào)或電磁噪聲等，會(huì)對(duì)電路器件設(shè)備、傳輸通道以及系統(tǒng)的性能造成干擾，這種干擾就是電磁干擾。電磁干擾的出現(xiàn)有很多可能的原因，電磁干擾的的干擾源一般都是電壓電流變化比較大的元器件，包括開關(guān)管、二極管及變壓器等。

通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并學(xué)習(xí)資料，開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的主要因素包括下面一些內(nèi)容：

1.1 開關(guān)管產(chǎn)生電磁干擾

開關(guān)電源中原邊主電路的開關(guān)管大多采用MOSFET功率管，這種開關(guān)管具有小電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，開關(guān)速度快，在開通、斷開時(shí)，電磁干擾易于產(chǎn)生。對(duì)于這種電磁干擾，通常的做法是通過吸收電路進(jìn)行削弱，但加裝吸收電路會(huì)對(duì)電源效率造成一定影響。

1.2 高頻變壓器產(chǎn)生電磁干擾

在開關(guān)電源的功率變換電路中，開關(guān)管的負(fù)載是高頻電壓器的初級(jí)線圈，呈感性，在開關(guān)管開通的瞬間，初級(jí)線圈中會(huì)出現(xiàn)很大的電流，相應(yīng)的線圈會(huì)產(chǎn)生很高的電壓；在開關(guān)管斷開的瞬間，初級(jí)線圈的部分能量停留在初級(jí)線圈中，無法導(dǎo)入次級(jí)線圈，這部分能量會(huì)在原邊電路中的電容和電阻上產(chǎn)生衰減震蕩。如果高頻變壓器兩端的濾波電容容量不夠大，或者高頻特性較差，電容上的高頻阻抗就會(huì)導(dǎo)致高頻電流以差模的方式傳導(dǎo)到交流電源中，從而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

1.3 整流電路產(chǎn)生電磁干擾

工頻交流電需要通過整流變成單向脈動(dòng)電流，轉(zhuǎn)換的結(jié)果除了直流分量外，還存在著一些高頻諧波分量，這些高頻諧波分量會(huì)導(dǎo)致輸入功率因數(shù)變小，同時(shí)還會(huì)附帶較大的THD，這不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很嚴(yán)重的干擾，還會(huì)通過電源線造成射頻干擾。

2 開關(guān)電源的電磁干擾抑制措施

2.1 屏蔽技術(shù)

屏蔽是我們?nèi)粘Ｉ钪卸寄芙佑|到的物理原理，包括中央一套《加油！向未來》的節(jié)目中驗(yàn)證了特斯拉線圈的實(shí)驗(yàn)。電磁屏蔽的原理是通過加裝屏蔽體來削弱甚至完全阻擋電磁能量。在開關(guān)電源的電磁屏蔽中，分為兩個(gè)部分：

（1）對(duì)產(chǎn)生電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽；

（2）對(duì)容易受到電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽。

開關(guān)電源中，產(chǎn)生電磁干擾的元器件一般是變壓器、電感器以及各種功率器件，對(duì)于這些元器件的電磁屏蔽，可以使用銅板或者鐵板圍繞起來，從而削弱其產(chǎn)的電磁干擾。對(duì)于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進(jìn)行屏蔽。另外，還可以通過整體屏蔽的方法，使用強(qiáng)導(dǎo)電性的材料把開關(guān)電源整體都圍繞起來，從而防止其中產(chǎn)生的電磁干擾向外擴(kuò)散。在應(yīng)用整體屏蔽時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn)問題：

（1）屏蔽材料的接縫、電線以及輸出端子的接口都很容易發(fā)生電磁泄漏，在應(yīng)用整體屏蔽時(shí)需要著重處理；

（2）整體屏蔽需要將開關(guān)電源整體圍繞在屏蔽體中，這就會(huì)導(dǎo)致散熱出現(xiàn)阻礙，相應(yīng)的，設(shè)備成本也會(huì)增加。

2.2 濾波技術(shù)

通過《整流和濾波》部分的學(xué)習(xí)，我們可以知道濾波技術(shù)可以應(yīng)用到開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾的抑制中。通過學(xué)習(xí)其他資料了解到開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾包括共模干擾和差模干擾兩種，共模干擾出現(xiàn)在相線和地線以及中線和地線之間，共模干擾的電流會(huì)在相線和中線內(nèi)部同時(shí)出現(xiàn)，大小和方向都相同。差模干擾出現(xiàn)在相線和中線之間，差模干擾的電流同樣會(huì)在相線和中線內(nèi)容同時(shí)出現(xiàn)，大小相同，但是方向相反。濾波技術(shù)無論是對(duì)差模干擾還是共模干擾都有很好的抑制作用，由于共模干擾和差模干擾一般會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾中，所以在加裝濾波器時(shí)一般會(huì)將共模濾波和差模濾波同時(shí)考慮在內(nèi)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對(duì)于內(nèi)阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計(jì)低值，對(duì)于內(nèi)阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計(jì)高值；負(fù)載電阻高時(shí)，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計(jì)低值，負(fù)載電阻低時(shí)，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計(jì)高值。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)是廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)物理技術(shù)，同時(shí)也是漏電保護(hù)中很常用且效果很好的一種技術(shù)。開關(guān)電源中的接地屬于屏蔽接地。在設(shè)計(jì)屏蔽接地時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面。

（1）開關(guān)電源的接地包括交流接地和直流接地，必須將兩者嚴(yán)格分離，一般采用浮地技術(shù)將開關(guān)電源的直流地和交流地分隔開，從而來屏蔽交流電源地線所產(chǎn)生的干擾。

（2）功率地和弱電地要分開。功率地應(yīng)用于是負(fù)載電路或者功率驅(qū)動(dòng)電路，電流和電壓都很大，因此很容易產(chǎn)生干擾，必須和其他弱電地分隔開。

（3）地線直徑盡量大。直徑小的地線會(huì)導(dǎo)致接地電位隨電流變化而變化，從而進(jìn)而影響抗噪聲性能。

2.4 電路措施

開關(guān)電源干擾抑制中的電路措施包括吸收電路、軟開關(guān)技術(shù)以及器件選擇。

（1）開關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生主要是憂郁電壓和電流的短時(shí)間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時(shí)，可以通過設(shè)計(jì)吸收電路，分散能量，降低電路中的電壓和電流變化幅度。

（2）在原有的硬開關(guān)電路中設(shè)置電感和電容，通過其諧振特性，能夠有效減少電壓和電流的重疊，從而降低電磁干擾。

（3）在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，盡量選擇不容易產(chǎn)生、傳導(dǎo)以及輻射電磁干擾的元器件。

開關(guān)電源的電磁干擾一直是影響電路性能的一大問題。通過資料的學(xué)習(xí)和分析，在開關(guān)電源的電磁干擾抑制中可以結(jié)合實(shí)際情況綜合使用多種電磁干擾抑制措施，這樣才能發(fā)揮最大的作用，有效保證電子設(shè)備的正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]左琛，胡瑩，常越.開關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生及其抑制[J].電力電子技術(shù)，2015（01）：33-34.

[2]周偉英，丘水生.開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)[J].低壓電器，2015（19）：52-53.

[3]梁安平，王銀樂.開關(guān)電源抗電磁干擾的研究與分析[J].電源世界，2014（07）：35.

篇4

【關(guān)鍵詞】機(jī)電設(shè)備；開關(guān)電源；設(shè)計(jì)

1.機(jī)電設(shè)備中開關(guān)電源的工作原理

1.1 原理簡(jiǎn)介

在節(jié)電設(shè)備的開關(guān)電源中，開關(guān)元件主要是利用電子技術(shù)通過半導(dǎo)體等相關(guān)的元器件對(duì)開關(guān)的打開以及關(guān)閉進(jìn)行控制，從而有效的保證電壓能夠穩(wěn)定的輸出。通過開關(guān)電源能夠使得晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)接通與關(guān)閉，晶體管導(dǎo)通的情況下，電壓比較低，電流比較大；晶體管關(guān)閉時(shí)，電壓比較高，電流比較小。半導(dǎo)體元件中電壓與電流的成績(jī)就是該元件的損耗量，所以說此類開關(guān)電源能夠在損耗比較低的情況下能夠提供多種直流電源。

在PWM工作的時(shí)候其首先是將輸入電流的電壓進(jìn)行斬波，從而將其轉(zhuǎn)換為與輸入電壓幅值相同的脈沖電壓。對(duì)于機(jī)電設(shè)備開關(guān)電源的調(diào)節(jié)主要是通過脈沖的占空比進(jìn)行控制的，通過PWM將其斬波為交流方波之后，就可以通過變壓器等設(shè)備對(duì)幅值進(jìn)行控制。想增加電壓的組數(shù)，只需對(duì)變壓器的繞組數(shù)目的增加就可以實(shí)現(xiàn)。通過整流濾波的作用，就能夠獲得我們所需要的直流電壓。

在對(duì)機(jī)電設(shè)備開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，輸入能夠從母線出獲取，這是對(duì)于變頻器的特點(diǎn)進(jìn)行分析得出的結(jié)論。在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中主要包括以下幾個(gè)方面：輸入電路、功率因數(shù)的校正以及轉(zhuǎn)換、輸出電路和頻率振蕩器等部分。

若想實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換主要是靠高頻的電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知若接通占空比的高地決定著負(fù)載電壓的高地。

1.2 UC3842的反激式原理簡(jiǎn)介

對(duì)開關(guān)電源的分類通常有反激式變換器以及正激式變換器兩種，在本文中筆者將對(duì)反激式變壓器進(jìn)行著重討論。反激式變換器主要指的是變壓器的初級(jí)性與次級(jí)性時(shí)不同的，而正激式變換器則與之相反。

對(duì)于反激式變換器的工作原理介紹：在打開的時(shí)候，Q1為導(dǎo)通的狀態(tài)，在LP的兩側(cè)對(duì)其加以電壓U0，此時(shí)的電流就會(huì)呈線性增加的方式進(jìn)行升高，反激式變換器則進(jìn)行儲(chǔ)能作用；反激式變換器的此時(shí)的電壓為N0/N2與Vm以及D的乘積，在這個(gè)時(shí)候位于L5兩側(cè)的電壓上方的為負(fù)電壓，下方的為正電壓，但是D0由于反偏的作用就會(huì)停止。在其關(guān)閉的時(shí)候，Q1處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)其中的電流為0，但是在原邊中的電壓的極性則呈反向，相應(yīng)的副邊電壓也會(huì)發(fā)生調(diào)換，這時(shí)候之前所儲(chǔ)存在變壓器中的磁能就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓M(jìn)行釋放。

對(duì)于單端的反激式變換器來說，在其開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)候能夠進(jìn)行電能的儲(chǔ)存，在將開關(guān)關(guān)閉的時(shí)候能夠?qū)⒅八鶅?chǔ)存的電能進(jìn)行釋放，所以說高頻變壓器不僅具有變壓、隔離的作用，同時(shí)還是一種能夠進(jìn)行能力儲(chǔ)存的元件。

2.關(guān)于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

2.1 所選用的器件介紹

通過UC3842能夠產(chǎn)生PWM波形，能夠?qū)﹄娏鞣绞竭M(jìn)行很好的控制。在這種電路中不但具有振蕩器，而且具有能夠?yàn)闇囟妊a(bǔ)償提供參考等作用，若想有效的驅(qū)動(dòng)MOSFET，就必須選用大電流圖騰柱輸出。

在UC3842中，首先要在其引腳的電路的1腳要求與定時(shí)電阻和電容之間進(jìn)行連接，其作用是控制震蕩頻率；2腳與阻容元件之間進(jìn)行連接，其主要作用就是對(duì)誤差放大器的頻率進(jìn)行補(bǔ)償；其3腳要與反饋電壓的輸入端之間進(jìn)行連接，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)其電壓轉(zhuǎn)向反響輸入端的功能；與4腳進(jìn)行連接的則是電流的檢測(cè)輸入端；；7腳的作用為基準(zhǔn)的電壓輸出。

在TL431電路中的電壓基準(zhǔn)與齊納管的運(yùn)行為同種原理，利用外部電阻能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其電壓編程為40V，通常將其坎作為能夠維持電壓穩(wěn)定的二極管，在其兩端的輸出電壓主要是由它外部所連接的電阻所決定的。當(dāng)TL431的輸出電壓提高的時(shí)候，就會(huì)使得其中的晶體管VT能夠?qū)?，其輸出電壓相?yīng)的就會(huì)降低。

由于在開關(guān)電源的輸入端的電源大多都是從直流的母線中所取得的，在反激變換功率關(guān)斷的時(shí)候就會(huì)使得電壓出現(xiàn)頂峰，為了對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)就必須對(duì)其采取相應(yīng)的措施以抑制。通過RCD能夠有效的緩解存在于元器件兩側(cè)的過電壓。通過RCD電路的設(shè)計(jì)，根據(jù)楞次定律的相關(guān)知識(shí)可以知道，當(dāng)關(guān)斷MOS的時(shí)候，能夠在變壓器的原邊中形成一個(gè)非常高的瞬時(shí)電壓，由此可見在設(shè)計(jì)選擇MOS的時(shí)候要保證其能夠承受的電壓在實(shí)際電路輸入電壓的1.5倍以上。

2.2 關(guān)于電路

在機(jī)電設(shè)備的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于功率開關(guān)管的控制以及IC的控制，其電源的供給主要是通過直流母線，之后再設(shè)計(jì)各種電壓的開關(guān)電源。在本文中筆者將對(duì)10V的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行闡述，向大家講解機(jī)械設(shè)備的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。

UC3842這種芯片能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電流控制的功能，這種芯片主要是通過對(duì)頻率的調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的有效控制。在其工作的狀態(tài)中在濾波器的作用下，能夠?qū)﹂_關(guān)的噪音以及諧波等進(jìn)行濾除。交流電壓之間形成一個(gè)能夠抗串膜的干擾電路，主要就是為了能夠?qū)υ肼晫?shí)現(xiàn)其抑制的作用。

電路中的交流電源能夠在經(jīng)其處理之后進(jìn)去到整流器之中，從而獲得我們所需要的電壓。也就是說通過濾波電容的輸入將輸入電壓中所存在的一些干擾因素進(jìn)行去除，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。

對(duì)于啟動(dòng)電路中主要包括電阻以及電容，若想保證其在啟動(dòng)之后能夠正常工作，首先要保證其功率能夠達(dá)到2W，在電容中所存儲(chǔ)的能量要保證能夠滿足開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)的需求，不能夠低于150uF。

由于此電源開關(guān)中有很多電路輸出，不能夠單純的對(duì)其中的某一路進(jìn)行反饋，所以說要在電路中設(shè)計(jì)一個(gè)反饋線圈來進(jìn)行對(duì)電壓的反饋，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)沒路輸出進(jìn)行很好的控制。通過整流濾波的作用能夠?yàn)槿藗兲峁┮粋€(gè)相對(duì)較為穩(wěn)定的電壓反饋。

在通過UC3842對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)的時(shí)候，如果輸入端出現(xiàn)短路的情況，就會(huì)導(dǎo)致過流的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致漏極電流明顯的提高，其中的電壓也會(huì)有明顯的提高。

如果引腳中的電壓超過2V的時(shí)候，比較器中就會(huì)輸出比高電平，這樣就會(huì)使鎖存器復(fù)位，輸出也就會(huì)隨之而關(guān)閉。在這種情況下芯片的引腳中是沒有輸出電壓的，從而達(dá)到了保護(hù)電路的目的。如果電路中的電壓太高，不能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比的調(diào)整，就會(huì)導(dǎo)致變壓器中的電壓升高，從而輸出也會(huì)關(guān)閉。

在電路短路的情況下，電流的突然增大所產(chǎn)生的熱量就會(huì)使電阻值增大，實(shí)現(xiàn)斷路的作用，經(jīng)過技術(shù)解決之后，自恢復(fù)開關(guān)便能夠恢復(fù)其阻抗值。

根據(jù)示波器的顯示我們可以發(fā)現(xiàn)，在直流母線的上電過程中電壓不夠穩(wěn)定，但是在芯片的調(diào)解下，能夠有效地保證電壓輸出，由此可見其抗干擾的能力是非常強(qiáng)的，所以在一些比較復(fù)雜的環(huán)境中也能夠正常的工作。

在機(jī)電設(shè)備開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)電源通道之間的相互隔離，只需在原基礎(chǔ)之上加入一些新的元器件就能夠達(dá)到我們的目的，投資不高，能夠更好的對(duì)變頻器進(jìn)行利用。根據(jù)機(jī)電設(shè)備中開關(guān)電源的使用調(diào)查情況可以發(fā)現(xiàn)，此電路系統(tǒng)是非常安全的。

3.變壓器的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

3.1 變壓器參數(shù)

變壓器的工作頻率為50kHz，變壓器的工作周期為30us，其工作效率η為0.87；變壓器的電壓為220v±50%，所以其范圍為110v—330v，該變壓器的輸出功率為120w。

3.2 變壓器設(shè)計(jì)過程

在變壓器的設(shè)計(jì)過程中首先要按照整流管的損耗選擇合理的刺心，變壓器的輸入功率通過計(jì)算式計(jì)算為率P輸入=P輸出/η=120/0.87=138W。變壓器的磁芯一般都是選用鐵氧體的磁芯，主要原因是由于這種磁芯的電阻率比較高，而且價(jià)格比較便宜。

UC3842能夠有效的對(duì)電流的峰值進(jìn)行控制，在其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，該芯片的占空比要小于0.6，在變壓器的設(shè)計(jì)過程中占空比按照0.5進(jìn)行計(jì)算，所以說在變壓器的工作過程中開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間為12.5微秒，變壓器的輸入電壓為180v。

變壓器工作過程中的磁通密度也非常重要，在其溫度處于100攝氏度的時(shí)候其磁感應(yīng)強(qiáng)度為400mT，將此時(shí)變壓器的振幅折中計(jì)算，此時(shí)交變電流的磁通密度為0.238T。

對(duì)于邊緣線的匝數(shù)的計(jì)算時(shí)，首先要掌握變壓器中磁芯的有效面積，不同的變壓器的型號(hào)可以找出其中的固定數(shù)值等方面進(jìn)行計(jì)算。變壓器的電源輸出端與負(fù)載之間連接的時(shí)候通常都會(huì)使得電壓降低，在變壓器的設(shè)計(jì)中就要在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上對(duì)每個(gè)輸出電路多設(shè)計(jì)出一匝，這樣能夠得到一個(gè)要高一些的電壓，自后再由穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換得到我們所需要的電壓。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于機(jī)電設(shè)備開關(guān)電源的設(shè)計(jì)具有非常高的要求，在對(duì)于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中只有很好的把握好其中的技術(shù)關(guān)鍵才能夠保證設(shè)計(jì)成功。

由于機(jī)電設(shè)備經(jīng)常性的開啟和關(guān)閉，所以在設(shè)計(jì)開關(guān)電源的時(shí)候要保證能夠在電磁干擾比較低的情況下為其提供穩(wěn)定的電源，通過選取合理的電容值，避免波紋的出現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的供電產(chǎn)生影響。由于機(jī)電設(shè)備開關(guān)電源在性能方面比較優(yōu)越，在未來的機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用會(huì)變得越來越廣泛，所以對(duì)于此類問題的研究還要不斷的深入。

參考文獻(xiàn)

[1]張帥，李俊剛，王興.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2011，34.

篇5

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 高頻 小型

1　引言

隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入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)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(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，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)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，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。

開關(guān)電源高頻化是其發(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)了高新技術(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)電源的分類

人們的開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，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。以下分別對(duì)兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 2.1 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兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （1） Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 （2） Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3） Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4） Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI，極性相反，電容傳輸。

當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為（200~300）kHz，功率密度已達(dá)到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個(gè)電路效率提高到90%。 2.2 AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“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(duì)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、CCEE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(duì)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)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項(xiàng)、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

3　開關(guān)電源的選用

開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級(jí)串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)（0.5~1）%。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 3.1輸出電流的選擇

因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，通常輸出計(jì)算公式為： Is=KIf 式中：Is—開關(guān)電源的額定輸出電流； If—用電設(shè)備的最大吸收電流； K—裕量系數(shù)，一般取1.5~1.8； 3.2接地

開關(guān)電源比線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開關(guān)電源，將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。 3.3保護(hù)電路

開關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過流、過熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。 4　開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

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(guó)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(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(zhǎng)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(duì)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)電源工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)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)品的的可靠性大大提高。

篇6

1．1基本拓?fù)?/p>

基本的拓?fù)浒˙UCK、BOOST、BUCK－BOOST、CUK、正激變換器、反激、半橋、全橋、推挽變換器。在課堂教學(xué)中應(yīng)該使學(xué)生熟練掌握其工作原理、應(yīng)用場(chǎng)所、電流連續(xù)和電流斷續(xù)的工作波形、拓?fù)渲械年P(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算，為學(xué)生設(shè)計(jì)基本的開關(guān)電源電路打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這是第一層次，要求學(xué)生必須熟練掌握。尤其要著重講解基本拓?fù)銪UCK變換器，因?yàn)楹芏嗤負(fù)浣Y(jié)構(gòu)甚至是基本拓?fù)涠伎梢杂葿UCK變換器變換得來。如果能在課堂上重點(diǎn)講解BUCK變換器，使學(xué)生完全掌握BUCK變換器的原理和波形，對(duì)學(xué)生后期的開關(guān)電源學(xué)習(xí)將會(huì)大有助益。第二層次是以基本拓?fù)錇楹诵牟糠值闹鞴β孰娐犯鞑糠謪?shù)計(jì)算，相當(dāng)于電源工程師的項(xiàng)目計(jì)算書部分，這也是電源工程師必須掌握的基本技能。由于課上時(shí)間有限，教師在課上會(huì)把拓?fù)渲嘘P(guān)鍵器件主要參數(shù)的計(jì)算方法給出，不可能把所有的參數(shù)計(jì)算一遍，所以導(dǎo)致有些學(xué)生就停滯在這個(gè)層次上，沒有在課下把所有的參數(shù)，尤其是關(guān)系到器件選型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了解決這個(gè)問題，在課程中后期安排學(xué)生團(tuán)隊(duì)制作實(shí)物開關(guān)電源，在這個(gè)過程中就必須要對(duì)每個(gè)計(jì)算參數(shù)都要反復(fù)核算，這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)取得了較好的效果。第三層次是主功率電路器件選型和調(diào)試，基本上只有參加過實(shí)物制作、電子設(shè)計(jì)大賽、實(shí)習(xí)項(xiàng)目的學(xué)生有機(jī)會(huì)達(dá)到這一步，通過實(shí)際存在的問題，就問題去解決，才會(huì)在實(shí)踐當(dāng)中結(jié)合他們上課學(xué)習(xí)的電源理論切實(shí)地體會(huì)調(diào)試電路的樂趣。

1．2PWM和PFC控制芯片

這部分會(huì)通過調(diào)研報(bào)告的形式讓學(xué)生先去搜集相關(guān)PWM和PFC控制芯片的最新信息，先讓學(xué)生去感知、去了解現(xiàn)在出來最新的控制芯片已經(jīng)可以做到哪些功能了，此外重要的是積累總結(jié)每一個(gè)拓?fù)淇梢杂心男┛刂菩酒瑏砜刂?。讓他們自己去發(fā)現(xiàn)問題，感知問題，帶著問題和好奇，在課堂上授課教師會(huì)深入講解PWM控制芯片的基本控制原理，通過工程項(xiàng)目詳細(xì)講解如何快速掌握一個(gè)新的控制芯片每個(gè)引腳的功能，電路的設(shè)計(jì)方法、元器件參數(shù)計(jì)算方法，使學(xué)生掌握如何用控制芯片來控制變換器實(shí)現(xiàn)電能的變換，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)控制芯片與變換器的連接電路，即檢測(cè)電路和功率管的驅(qū)動(dòng)電路。在課堂上教會(huì)學(xué)生使用PWM控制芯片數(shù)據(jù)說明書設(shè)計(jì)控制電路達(dá)到層次一，在課程學(xué)時(shí)中專門安排學(xué)生學(xué)習(xí)控制芯片電路的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)計(jì)算方法達(dá)到層次二，不僅讓學(xué)生掌握一種控制芯片的電路設(shè)計(jì)方法，更重要的是舉一反三，在以后的設(shè)計(jì)和工作崗位上面對(duì)新的平臺(tái)和控制芯片依然可以設(shè)計(jì)出符合要求的電路。

1．3變壓器和電感設(shè)計(jì)

授課教師在課堂教學(xué)中依據(jù)教學(xué)改革培養(yǎng)電源工程師為目標(biāo)不僅要介紹變壓器和電感的各個(gè)參數(shù)的計(jì)算方法，還會(huì)結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目講授變壓器同名端和異名端在實(shí)際電源制作時(shí)的注意事項(xiàng)，變壓器的制作方法，掌握電壓器參數(shù)的測(cè)試方法和測(cè)試工具，掌握用示波器和信號(hào)發(fā)生器測(cè)試變壓器的匝比和同名端的方法。變壓器和電感的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到隔離型變換器的性能，很多學(xué)生對(duì)變壓器和電感磁路設(shè)計(jì)部分學(xué)習(xí)起來會(huì)有些困難，所以這部分將作為課程的難點(diǎn)來重點(diǎn)講解。

1．4保護(hù)電路設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)中一部分學(xué)時(shí)將用來著重講解各種保護(hù)電路，包括輸入輸出過壓保護(hù)、過溫保護(hù)、過流保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)等。將采用調(diào)研報(bào)告、啟發(fā)式和討論式等教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生去積累這些保護(hù)電路，學(xué)會(huì)在不同平臺(tái)、不同應(yīng)用場(chǎng)合使用不同的保護(hù)電路。

1．5閉環(huán)電路調(diào)試

結(jié)合自動(dòng)控制原理課程的相關(guān)知識(shí)，著重講解開關(guān)電源閉環(huán)電路的設(shè)計(jì)和分析，尤其是PID調(diào)節(jié)器的調(diào)試方法，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目演示電源工程師閉環(huán)電路調(diào)試過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)開關(guān)電源的學(xué)習(xí)興趣，通過實(shí)物和仿真軟件讓學(xué)生體驗(yàn)調(diào)試的樂趣，這部分是開關(guān)電源課程重點(diǎn)講解的內(nèi)容，要聯(lián)系實(shí)際項(xiàng)目，是課程的核心內(nèi)容。以上5個(gè)部分是課程的主要教學(xué)內(nèi)容塊，完全按照培養(yǎng)電源工程師的目標(biāo)下制定的教學(xué)計(jì)劃，可以做到較好地給學(xué)生從課堂到就業(yè)的過渡，而不再是到了工作崗位上感覺課堂學(xué)習(xí)的東西和實(shí)際工作聯(lián)系不緊密，什么知識(shí)什么技能都要工作之后學(xué)習(xí)。在課堂上，保證學(xué)生完全掌握第一個(gè)層次，通過課后作業(yè)、課堂實(shí)際項(xiàng)目案例、電源制作等形式的教學(xué)方法使大部分學(xué)生掌握層次二，在平時(shí)的教學(xué)中注意動(dòng)手能力強(qiáng)或者電路設(shè)計(jì)能力強(qiáng)的學(xué)生，通過帶學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新大賽，或者學(xué)生在項(xiàng)目中輔助教師擔(dān)任研發(fā)助理的工作等，使一部分學(xué)生研發(fā)能力可以快速提高，培養(yǎng)成具有基本技能的初級(jí)電源工程師。

2課程考核方式改革

考慮到開關(guān)電源課程的實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，著重考核學(xué)生掌握所學(xué)的基本電路拓?fù)淅碚摵图寄?，能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析電路、調(diào)試和測(cè)試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。

2．1制作電源實(shí)物

基于課堂系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)，獨(dú)立制作75W單管正激變換器實(shí)物的能力考核，該正激變換器采用何種磁復(fù)位技術(shù)不限，根據(jù)班級(jí)人數(shù)，3～4名同學(xué)為一個(gè)小組，明確不同分工，共同制作出一款正激變換器。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，考核的內(nèi)容也要增加當(dāng)該團(tuán)隊(duì)遇到分歧和困難的時(shí)候，是如何解決的。

2．2課堂表現(xiàn)

主要是包括回答問題的情況，對(duì)問題分析的程度，出勤率，在平時(shí)小組討論時(shí)的表現(xiàn)和活躍程度。

2．3科研報(bào)告、口頭匯報(bào)

通過讓學(xué)生搜索近3年國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源、尤其是通信電源技術(shù)和產(chǎn)品的最新發(fā)展概況，增強(qiáng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，在以后的學(xué)習(xí)和工作中掌握更新自己開關(guān)電源知識(shí)體系的能力，這是我們教學(xué)的重點(diǎn)，不只是教會(huì)學(xué)生電源的基本知識(shí)，還要教學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)探索開關(guān)電源領(lǐng)域的學(xué)習(xí)方法。選取部分優(yōu)秀學(xué)生的科研報(bào)告由學(xué)生濃縮成5分鐘的口頭匯報(bào)結(jié)合PPT、實(shí)物動(dòng)畫等多媒體展示方法在上課前5分鐘做口頭匯報(bào)分享給學(xué)生們。不僅較好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)開關(guān)電源的興趣也能夠充分鍛煉學(xué)生的公開演講能力。

2．4作業(yè)

作業(yè)著重在學(xué)生是否是自己獨(dú)立完成的電路設(shè)計(jì)，而不是應(yīng)付了事。哪怕學(xué)生的設(shè)計(jì)內(nèi)容很少，但是只要是他們自己經(jīng)過思考得來的就要比其參考其他人的作業(yè)效果要好很多。

3開關(guān)電源技術(shù)教學(xué)改革反思

篇7

結(jié)論 新規(guī)定對(duì)滅菌前后進(jìn)行完整記錄，有利于滅菌效果的檢測(cè)和質(zhì)量的控制，使其有可追溯性。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)院設(shè)備 開關(guān)電源 維修

隨著醫(yī)學(xué)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的種類也逐漸增多，醫(yī)療設(shè)備的好壞與治療患者的程度有著緊密的關(guān)系，但是任何一臺(tái)醫(yī)療設(shè)備都離不開電源，絕大部分電源屬于開關(guān)電源，在日常生活中，大部分的故障都是因?yàn)殡娫吹臒o法使用導(dǎo)致的，所以針對(duì)這一點(diǎn)而言，應(yīng)該將開關(guān)電源的維修重視起來，由于醫(yī)療設(shè)備本身存在著特殊性，給具體的施工帶來了很大的不便，本人主要針對(duì)醫(yī)院設(shè)備開關(guān)電源的維修做相關(guān)的闡述，內(nèi)容如下[2]：

一、醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源的常見故障

隨著科技的不斷進(jìn)步，醫(yī)療設(shè)備趨向于以安全性，穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性的方向發(fā)展，這種發(fā)展至關(guān)的體現(xiàn)了高度集成電路的應(yīng)用，雖然說設(shè)備逐步朝著更好的方向發(fā)展，但是由于醫(yī)療設(shè)備本身的特點(diǎn)，決定了在實(shí)際工作中對(duì)電壓以及電流有著比較高的要求，所以針對(duì)電源而言，更應(yīng)該選擇安全可靠的電源，以保障設(shè)備的安全運(yùn)行。在實(shí)際的工作中，電子儀器中的電源出現(xiàn)故障的幾率最高，在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)的故障也居榜首，要保障設(shè)備可以穩(wěn)定工作，對(duì)于電源的維修應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)分析[3]。

二、電源維修的原因分析以及檢修

在進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源維修的過程中，首先應(yīng)該觀察的是電源的外觀，觀察有無電容的爆裂，再有就是觀察電阻是否因?yàn)楦邷囟兩蓧K的破裂，變壓器有無擊穿糊點(diǎn)等，并且應(yīng)用萬用表來檢查開關(guān)中各功率是否有出現(xiàn)短路的情況，在電源開關(guān)中，三極管和開關(guān)變壓器是其核心，直接影響著開關(guān)的質(zhì)量以及壽命，針對(duì)三極管而言，在反壓狀態(tài)下，如果沒有相關(guān)的保護(hù)電路，非常容易出現(xiàn)被燒毀以及擊穿的現(xiàn)象，在這里，就應(yīng)該選擇比較好的開關(guān)管，因?yàn)楹玫拈_關(guān)管可以保障電源的穩(wěn)定，其中他也是電源的發(fā)熱元件之一[4]。

相對(duì)于普通的開關(guān)電源來講，在開關(guān)中最重要的是調(diào)整設(shè)備元件的閉合狀態(tài)，因?yàn)槿绻娐烦霈F(xiàn)異常，開關(guān)的元件就會(huì)自動(dòng)斷開，這個(gè)時(shí)候設(shè)備就會(huì)停止工作，以保障設(shè)備的安全，當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生故障的時(shí)候，一定要在故障預(yù)處理中將主要輸出端和地面之間接上電阻，這一點(diǎn)是很重要的[5]。

針對(duì)醫(yī)療設(shè)備而言，需要注意監(jiān)測(cè)開關(guān)的電源，確保地線的埋設(shè)方式，最好采用隔離變壓器，這樣可以提高設(shè)備的性能，在進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備檢測(cè)的過程中，應(yīng)該將設(shè)備與電源隔離，因?yàn)榇嬖诠收显拈_關(guān)設(shè)備，非常容易產(chǎn)生絕緣擊穿的現(xiàn)象，造成局部高壓，所以針對(duì)這一點(diǎn)而言，應(yīng)該引起維修人員的注意[6]。

在醫(yī)療設(shè)備中，電源的設(shè)計(jì)主要是為了保護(hù)設(shè)備，防止設(shè)備的損壞，為了保證設(shè)備的正常工作，應(yīng)該加強(qiáng)人員的管理，提高維修人員的整體素質(zhì)，在開關(guān)發(fā)生故障的時(shí)候，第一時(shí)間檢查出原因，并且及時(shí)的進(jìn)行維修。以便于工作的順利開展。

三、討論

由于醫(yī)院的特殊性，決定了在醫(yī)院的日常工作中，應(yīng)該加強(qiáng)醫(yī)院設(shè)備的維修和管理，針對(duì)醫(yī)院的設(shè)備而言，開關(guān)起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樵O(shè)備的開關(guān)在一定程度上保障著設(shè)備的安全，開關(guān)中有很多組成部分，在實(shí)際工作中，首先要保證開關(guān)的質(zhì)量，以增加其年限，然后就是進(jìn)行經(jīng)常性的維修，防治由于開關(guān)問題而造成的設(shè)備損傷。在醫(yī)院中，醫(yī)療設(shè)備的功率都比較大，經(jīng)常會(huì)有大電流經(jīng)過，出現(xiàn)事故的頻次也多，在維修的過程中，切記不購(gòu)買劣質(zhì)的開關(guān)，并且要結(jié)合電器本身的特點(diǎn)進(jìn)行維修，在保障開關(guān)質(zhì)量的同時(shí)，保障設(shè)備的正常運(yùn)行，只有這樣，才能讓醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備更好的為患者服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭越，張代潤(rùn)，黃付剛，石曉麗.基于雙環(huán)控制策略的功率因數(shù)校正電源的研制[A].第九屆全國(guó)電技術(shù)節(jié)能學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C]，2007.

[2] FAN Zhong-yao，CHENG You-liang，LI Xin，YING Bo-fen （Department of Power Engineering， North China Electric Power University， Baoding 071003）. 電能質(zhì)量與節(jié)約能源[A].中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)第三屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]， 2005.

[3] 趙雁平，鐘財(cái)進(jìn)，趙小紅.北京萬東F-ⅢAT型500mAX線機(jī)故障維修一例[A].中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十三屆全國(guó)放射學(xué)大會(huì)論文匯編（下冊(cè)）[C]，2006.

[4] 范開洲，鄭富強(qiáng).醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源維修技術(shù)的探討[A].中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)第八次學(xué)術(shù)年會(huì)暨《醫(yī)療設(shè)備信息》創(chuàng)刊20周年慶祝會(huì)論文集[C]，2006.

篇8

關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源；井下電機(jī)；PWM；UC1525A

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

井下智能鉆井工具一般采用渦輪發(fā)電機(jī)作為電源，驅(qū)動(dòng)井下電機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，實(shí)現(xiàn)井下閉環(huán)控制。渦輪發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓受泥漿脈沖影響，波動(dòng)大，未經(jīng)過開關(guān)穩(wěn)壓，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)供電電壓不穩(wěn)定，在低速運(yùn)行時(shí)不平穩(wěn)，限制了電動(dòng)機(jī)的低速性能，影響井下智能鉆井工具正常工作。為此，設(shè)計(jì)了一種井下DC-DC開關(guān)電源，為井下電機(jī)提供穩(wěn)定直流電壓，確保電機(jī)在低速狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行，進(jìn)而提高井下智能鉆井工具工作的可靠性及穩(wěn)定性。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 總體電路設(shè)計(jì)

DC-DC電源工作在井下高溫高壓環(huán)境中，且靠近發(fā)電機(jī)及力矩電機(jī)震動(dòng)源。在這種環(huán)境溫度下，常規(guī)半導(dǎo)體電子器件及其組成的電路將難以可靠工作。本設(shè)計(jì)中輸入電壓高于輸出電壓，為盡可能減少所用器件以降低高溫情況下因單個(gè)器件不穩(wěn)定導(dǎo)致平均工作壽命減少的情況發(fā)生，對(duì)比其他電路結(jié)構(gòu)及功率輸出情況后，采用BUCK結(jié)構(gòu)電路。開關(guān)頻率定為3kHz，輸入直流電壓范圍：90-220V，輸出電壓：48V±2V，輸出電流：10A±2A，最大功；500W，最大外徑：100mm，工作溫度：125℃。

1.2 主電路設(shè)計(jì)

主電路中，輸出濾波電感采用鐵硅呂磁環(huán)，以適應(yīng)井下振動(dòng)環(huán)境，電感按臨界模式計(jì)算，為：

式中Vo為輸出電壓，Dmin為占空比最小值，Iomin為輸出電流最小值，T為周期。

單個(gè)電感采用五個(gè)77191A7鐵硅鋁磁環(huán)疊加共繞，采用了多個(gè)磁環(huán)疊加繞制后并聯(lián)使用。

輸出端濾波電容最小值滿足：

PWM控制電路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，該控制器工作溫度可到125℃，滿足井下工作環(huán)境對(duì)器件的要求，輸出級(jí)為兩路圖騰柱式輸出，最大驅(qū)動(dòng)電流200mA。

開關(guān)MOS管的源極是懸浮的，為形成相對(duì)的驅(qū)動(dòng)電壓Ugs，采用變壓器隔離驅(qū)動(dòng)，開關(guān)管采用MOSEFT，驅(qū)動(dòng)功率相對(duì)較小，為加速M(fèi)OSEFT快速導(dǎo)通和截止，減少開關(guān)損耗，輸出端加入耦合電容和PNP型三極管。為防止由于變壓器漏感帶來的尖峰電壓擊穿MOSFET，采用鉗位二極管。

考慮到井下高溫強(qiáng)振的工作環(huán)境，高頻變壓器采用德國(guó)VAC公司超微晶磁材料VITROPERM 500F（居里溫度為600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作開關(guān)電源功率變壓器，鐵損低，飽和磁通密度、磁導(dǎo)率高，可以抵抗強(qiáng)振動(dòng)應(yīng)力。

通過以上設(shè)計(jì)與計(jì)算，得到主電路電路設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.3 單端正激式輔助電源設(shè)計(jì)

為保證主電路PWM控制器穩(wěn)定工作，引入輔助電源，為開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路及兩個(gè)PWM控制器UC1525A供電。設(shè)計(jì)參數(shù)12V/400mA，即該電路可實(shí)現(xiàn)輸入60～200VDC，輸出12V/400mA。由于主電路采用的是BUCK非隔離結(jié)構(gòu)，輔助電源設(shè)計(jì)時(shí)為簡(jiǎn)化電路采用非隔離式，如圖2所示。

輔助電源中，考慮渦輪發(fā)電機(jī)整流后的電壓容易超出三極管極限參數(shù)，為保證穩(wěn)定，自啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)采用兩個(gè)三極管串聯(lián)使用， Rb1，Rb2 ，Rc1為限流電阻。C13上的電壓給輔助電源上的PWM控制器提供啟動(dòng)時(shí)間，隨后當(dāng)變壓器輸出端有穩(wěn)定電壓時(shí)，將由輸出端提供能量。為防止輸出端負(fù)載對(duì)充電回路的影響，加入二極管D14。采用該種方法設(shè)計(jì)可以減少限流電阻上的損耗，保證輔助電源穩(wěn)定啟動(dòng)，為主電路PWM控制器提供相對(duì)穩(wěn)定的電源做好鋪墊。

單端正激式變壓器磁芯材料采用德國(guó)VAC公司的超微晶材料磁環(huán)W373，由于輔助電源功率較小，故開關(guān)頻率可以取得稍大，開關(guān)電源頻率為50KHz。

整流濾波電路設(shè)計(jì)同BUCK結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類似。控制器同樣采用TI公司的UC1525A，與BUCK結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法相同。

1.4 開關(guān)電源熱設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源在井下高溫強(qiáng)振環(huán)境中工作，必須將發(fā)熱器件產(chǎn)生的熱量盡快發(fā)散出去，使溫升控制在允許的范圍之內(nèi)，以保證可靠性?？紤]工作環(huán)境特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用散熱片為開關(guān)電源散熱。

MOS管采用IRFP460A，為盡可能好的散熱，將功率管固定于散熱片上，功率管和散熱片之間加入導(dǎo)熱系數(shù)好的散熱硅脂。

2 開關(guān)電源性能測(cè)試

為確保所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源能夠滿足系統(tǒng)性能需求，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試。

2.1 開關(guān)電源基本功能測(cè)試

由于前端電壓波動(dòng)較大，為更好地看到效率與輸出功率及輸入電壓波動(dòng)情況，采用取樣分別測(cè)量整流后電壓70V、100V、145V、195V時(shí)效率隨輸出功率變化情況。測(cè)量輸出功率時(shí)用直流檔，測(cè)量整流前端輸入功率時(shí)用有效值檔，結(jié)果如表1所示。

2.2 開關(guān)電源可靠性測(cè)試

滿額功率輸出時(shí)，溫度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)開關(guān)管最大溫升約為15℃（采用點(diǎn)溫儀測(cè)試）。電壓及紋波參數(shù)均未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，常溫特性比較好。電源性能良好，輸出電壓誤差小于1V。經(jīng)過近800次開關(guān)通斷電，電路工作狀況未發(fā)生問題，電路輸出電壓不受影響。

長(zhǎng)時(shí)間工作于150℃時(shí)，電路板及開關(guān)器件均正常，隨著負(fù)載功率上升，輸出電壓有下降趨勢(shì)。

3 結(jié)論

3.1 應(yīng)用于鉆井井下的開關(guān)電源，其主電路拓?fù)湫问竭x用BUCK電路，所用電子器件少，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，能夠滿足井下狹小空間對(duì)于工具尺寸的要求。

3.2 開關(guān)電源控制環(huán)路設(shè)計(jì)過程中需建立開關(guān)電源完整的小信號(hào)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行開環(huán)小信號(hào)分析，確保其穩(wěn)定性。

3.3 主電路與輔助電路設(shè)計(jì)中對(duì)輸出濾波參數(shù)的計(jì)算一方面采用理論計(jì)算，一方面采用經(jīng)驗(yàn)值并考慮溫度等特性，器件選型上有一定余量，保證其穩(wěn)定工作。

3.4 在高溫條件下，需要考察開關(guān)電源功率器件散熱量和環(huán)境溫度的平衡溫度點(diǎn)以及功率器件在電源艙不同位置時(shí)的溫升平衡點(diǎn)，確定功率器件最佳散熱位置布局，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源溫升最小化。

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]周習(xí)祥，楊賽良.BUCKDC/DC 變換器最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010.

[3]趙負(fù)圖.電源集成電路手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

篇9

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源發(fā)展?fàn)顩r；最新研究成果；存在的問題

中圖分類號(hào)：TM462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）052-010-01

1 發(fā)展?fàn)顩r

開關(guān)電源本質(zhì)上是電壓轉(zhuǎn)換器，主要的任務(wù)是電壓的變換，現(xiàn)在的應(yīng)用是相當(dāng)?shù)膹V泛。利用開關(guān)管工作在“接通”和“關(guān)斷”兩種狀態(tài)，因此俗稱開關(guān)電源。它與傳統(tǒng)變壓設(shè)備相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如說穩(wěn)定性得到大幅度提升、轉(zhuǎn)換效率很高、體積小便于集成化等等，但是開關(guān)的電源的功率現(xiàn)在仍然是一個(gè)瓶頸。開關(guān)電源的發(fā)展方向頻率越來越高，頻率高了之后使開關(guān)電源體積變小，開關(guān)電源也隨之有更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源就是利用電子器件晶體管、GTR和IGCT管等等，通過脈寬調(diào)制技術(shù)，使開關(guān)管不停地“開”和“關(guān)”，晶體管、GTR和IGCT管對(duì)波形進(jìn)行脈沖調(diào)制，來實(shí)現(xiàn)直交、直直等電壓變換。但是與傳統(tǒng)的線性電源不同的是，線性電源管子工作在線性區(qū)；開關(guān)電源是通過脈沖寬度調(diào)制讓功率管只工作在開和關(guān)兩種狀態(tài)下，在導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)中，功率管上產(chǎn)生的損耗極小，因此便于集成化和高頻化。

開關(guān)電源現(xiàn)在是開發(fā)器件的同時(shí)研究開關(guān)控制技術(shù)使開關(guān)電源在近年來得到迅猛的發(fā)展。開關(guān)電源以交流變直流和直流變直流兩大類，也有交交和直交如逆變器等。直流變換器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和序列化，交流變直流的變換器，由于其線路元件較難以集成化和序列化，現(xiàn)在還處于瓶頸階段。

2 最新成果

2.1 非隔離直流變換器

非隔離式直流變換器發(fā)展迅速?，F(xiàn)在的設(shè)備對(duì)電源的要求很高，對(duì)不同負(fù)載能輸出各種電流和電壓等級(jí)。交流直流變換器顯然不能符合這個(gè)要求的?，F(xiàn)在逐漸開發(fā)出了非隔離的直流變換器，一種要求開關(guān)元件在其內(nèi)部，成為直流轉(zhuǎn)換器。另一種開關(guān)元件采用外接，稱直流控制器。在非隔離的直流變換技術(shù)中，美國(guó)德州儀器公司的直流變換器轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)高約有百分之三的誤差。

2.2 開關(guān)電源數(shù)字化成為其主流方向

現(xiàn)在在電力電子技術(shù)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，只剩下開關(guān)電源技術(shù)沒有數(shù)字化。經(jīng)過不懈努力數(shù)字電源技術(shù)前沿的公司有美國(guó)德州儀器公司和美國(guó)微芯半導(dǎo)體公司。他們將數(shù)字信號(hào)處理方面的優(yōu)勢(shì)，帶人了開關(guān)電源領(lǐng)域。其中功率因數(shù)校正和脈沖寬度調(diào)制部分完全為數(shù)字控制。美國(guó)德州儀器公司對(duì)硬件部分和軟件部分同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和處理。

2.3 同步整流技術(shù)

同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專用金氧半場(chǎng)效晶體管，用來替代整流硅二極管以降低損耗的一種新技術(shù)。它能大大提高直流變換器的效率并且。專用金氧一半場(chǎng)效晶體管，它在導(dǎo)通時(shí)的電壓和電流成比例關(guān)系。采用專用金氧一半場(chǎng)效晶體管做整流器時(shí)，電源電壓初相和頻率保持一致，這個(gè)就是同步整流名字的由來。

同步整流技術(shù)自本世紀(jì)初出現(xiàn)以來，得到了飛速的發(fā)展。工程師最喜歡采用智能控制技術(shù)的同步整流來做開關(guān)電源?，F(xiàn)在的工程師都在努力實(shí)現(xiàn)零電壓開通和零電流開通方式。美國(guó)銀河公司擁有這方面的技術(shù)專利其轉(zhuǎn)換誤差率在7%以內(nèi)。

3 開關(guān)電源存在的問題

電力電子整流濾波電路對(duì)電網(wǎng)的電流污染十分嚴(yán)重，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，導(dǎo)致功率因數(shù)很低。各種整流電路，尤其是大容量整流設(shè)備的應(yīng)用，使電網(wǎng)輸入電壓波形發(fā)生畸變，形成非正弦電流，對(duì)電壓和電流波形進(jìn)行傅式變換，不難看出除了基波分量之外，還有各種高次諧波分量。尤其是三次諧波和五次諧波，這些高次諧波對(duì)電網(wǎng)中運(yùn)行的其他設(shè)備造成電力公害。使系統(tǒng)功率因數(shù)下降，無功功率增加，給電網(wǎng)造成沉重的負(fù)擔(dān)，造成巨大的浪費(fèi)并影響供電質(zhì)量。問題主要有以下幾方面。

1）降低電網(wǎng)的可靠性。電能的生產(chǎn)、運(yùn)輸和利用效率大大降低，使電網(wǎng)的電壓波形不再是標(biāo)準(zhǔn)正弦波。

2）電網(wǎng)電壓和電流超過額定值。對(duì)于電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件L和C。供電系統(tǒng)與補(bǔ)償電感電容構(gòu)成諧振回路，可在某處產(chǎn)生諧振，使設(shè)備無法正常工作，電能質(zhì)量下降。

3）在系統(tǒng)中工作的各種儀器儀表會(huì)隨之產(chǎn)生測(cè)量誤差。因?yàn)槲覀兊膬x器儀表都是工作在工頻狀態(tài)下的，在測(cè)量正弦50Hz時(shí)能使其工作在合理狀態(tài)下，但是這些儀表用于測(cè)量非正弦電壓和電流時(shí)，系統(tǒng)誤差很大，輕則影響其測(cè)量結(jié)果，重則使儀器儀表無法正常工作造成損壞。

篇10

1　基本理論

開關(guān)電源的輸出電壓Vo是由一個(gè)控制電壓Vc來控制的，即由Vc與鋸齒波信號(hào)比較，產(chǎn)生PWM波形。根據(jù)鋸齒波產(chǎn)生的方式不同，開關(guān)電源的控制方式可分為電壓型控制和電流型控制。電壓型的鋸齒波是由芯片內(nèi)部產(chǎn)生的，如LM5025，電流型的鋸齒波是輸出電感的電流轉(zhuǎn)化成電壓波形得到的，如UC3843。對(duì)于反激電路，變壓器原邊繞組的電流就是產(chǎn)生鋸齒波的依據(jù)。

輸出電壓Vo與控制電壓Vc的比值稱為未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu，Tu=Vo/Vc。一般按頻率的變化來反映Tu的變化，即Bode圖。

電壓型控制的電源其Tu是雙極點(diǎn)，以非隔離的BUCK為例，形式為：

電流型控制的電源其Tu是單極點(diǎn)，以非隔離的BUCK為例，形式為：

各種電路的未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu可以從資料中找到。本講座的目的是提供一種直觀的環(huán)路設(shè)計(jì)手段。

2 計(jì)算機(jī)仿真開關(guān)電源未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu

2.1 開關(guān)平均模型

開關(guān)電源的各個(gè)量經(jīng)平均處理后，去掉高頻開關(guān)分量，得到低頻（包括直流）的分量。開關(guān)電源的建模、靜態(tài)工作點(diǎn)、反饋設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析等都是基于平均模型基礎(chǔ)之上的。若要得到實(shí)際的工作波形，應(yīng)按實(shí)際電路進(jìn)行時(shí)域仿真（Time Transient Analysis）。

將開關(guān)電路中的開關(guān)器件經(jīng)平均化處理后，就得到開關(guān)平均模型，用開關(guān)平均模型可以搭建各種電路。

以下是幾個(gè)開關(guān)電源的平均模型仿真例子，從電路波形中看不到開關(guān)量，只是平均量，比如電感中流過的電流是實(shí)際電感中的電流平均值，電容兩端的電壓是實(shí)際電容兩端電壓的平均值等等。

2.1.1 CCM BUCK（連續(xù)模式BUCK）

先直流掃描Vc，得到所需的輸出電壓，即得到了電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。然后交流掃描，得到Tu的Bode圖。Tu為雙極點(diǎn)。此處Vc等同于占空比d。

2.1.2 DCM BUCK（斷續(xù)模式BUCK）

按以上方法得到Tu，在DCM下，Tu變成單極點(diǎn)函數(shù)。模型CCM-DCM即可用于連續(xù)模式，也可用于斷續(xù)模式。此處Vc仍等同于占空比d。

2.1.3 CCM BOOST（連續(xù)模式BOOST）

可以用模型搭建各種電路，如連續(xù)模式BOOST。

此處采用CCM-DCM模型可能仿真不收斂，為使仿真更好地收斂，建議什么電路模式采用對(duì)應(yīng)模型。此處Vc也等同于占空比d。

2.1.4 Flyback

n是變壓器變比，原邊比副邊；L是變壓器原邊電感量。此處V6等同于d。

2.2 受反饋電壓控制的仿真

實(shí)際電路中，占空比d的產(chǎn)生主要有兩種方法：電壓控制和電流控制。仿真時(shí)，電壓控制中d的產(chǎn)生方式如下：

Vc是反饋回路的輸出電壓，GAIN的放大倍數(shù)等于鋸齒波幅值的倒數(shù)，若鋸齒波幅值為Vm，則GAIN=1/Vm。

電流型控制中d的產(chǎn)生方式如下：

同上，Vc是反饋回路的輸出電壓；IL是用于產(chǎn)生鋸齒波的電流信號(hào)，例如在BUCK電路中是輸出電感電流，在Flyback中是變壓器原邊電流；V1是使電流上升的電壓，V2是使電流下降時(shí)的電壓；占空比d及d2是輸出變量。

至此，我們可以得到控制電壓Vc到輸出電壓Vo的傳遞函數(shù)Tu。下面是幾個(gè)仿真Tu的例子。

2.2.1 電壓型控制的CCM BUCK

上述幾個(gè)例子中加入GAIN就變成電壓型控制的仿真電路了。

2.2.2 電流型控制的CCM BUCK

轉(zhuǎn)貼于 電流互感器將輸出電感的電流信號(hào)變成電壓信號(hào)IL，產(chǎn)生鋸齒波，模型CPM將控制電壓Vc與鋸齒波比較產(chǎn)生占空比d的PWM波。MOS開通時(shí)，L1中的電流上升，使其電流上升的電壓V1是Vg-Vo；Mos關(guān)斷時(shí)，Vo加在L1上，使其電流下降的低電壓V2=Vo。參數(shù)Rs是檢流電阻，mva是斜坡補(bǔ)償?shù)男甭?，單位是V/S，L是輸出電感，fs是開關(guān)頻率。

2.2.3 帶變壓器隔離的電流型BUCK電路

由于電路帶變壓器，所以平均開關(guān)模型也要用帶變壓器的模型CCM-T（帶變壓器的電流連續(xù)模式的模型）。參數(shù)Rs是原邊檢流電阻，n是變壓器變比（原邊:副邊），mva是斜坡補(bǔ)償?shù)男甭?，單位是V/S。

2.3 仿真實(shí)例

實(shí)際電路中，選用不同的控制芯片，控制電壓Vc的產(chǎn)生方式是不同的。以下是幾個(gè)我們?cè)诠ぷ髦薪?jīng)常用到的幾種控制芯片的仿真實(shí)例。

2.3.1 帶變壓器隔離的電流型CCM（UC3843）

UC3843-1

UC3843自帶的運(yùn)放歸為反饋回路，運(yùn)放輸出的電壓作為控制電壓Vc。V9芯片內(nèi)部的兩個(gè)二極管壓降，GAIN的放大倍數(shù)等于芯片內(nèi)的電阻分壓。

此電路采用電流互感器采樣原邊電流，對(duì)于如下的采樣電路，Rs=R/n，n是電流互感器的匝比（n:1）。

UC3843的斜率補(bǔ)償，對(duì)于下圖電路，補(bǔ)償斜率 (V/s)

2.3.2

帶隔離和電壓前饋的電壓型CCM（LM5025）

LM5025-1

V6對(duì)應(yīng)于芯片內(nèi)部反饋信號(hào)的1V壓降，R、C為產(chǎn)生鋸齒波的參數(shù)。

2.3.3準(zhǔn)諧振反激電路 (UCC28600)