導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電源設(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】供電電壓；負(fù)荷；電源

前言

當(dāng)前我國(guó)煤礦供電電壓等級(jí)最高是110kV。礦井的供電系統(tǒng)，如果沒有一個(gè)全面的規(guī)劃，往往會(huì)造成資金浪費(fèi)、能耗增加等不合理現(xiàn)象。因此，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合礦井的特點(diǎn)全面規(guī)劃，分析有關(guān)因素的內(nèi)在聯(lián)系，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中統(tǒng)籌綜合考慮，優(yōu)化組合方案，做到遠(yuǎn)近期結(jié)合，以近期為主。

設(shè)計(jì)實(shí)例

以新疆伊犁二號(hào)井為例（考慮篇幅，文中某些章節(jié)具體論述及計(jì)算部分只做簡(jiǎn)略說明或不提及）。

一、礦井負(fù)荷

礦井投產(chǎn)：

礦井裝機(jī)容量： 34354.8kW；

礦井工作容量： 26056.3kW；

礦井有功功率： 14003.0 kW （考慮同期后）；

年耗電： 82300MW?h；

噸煤耗電： 16.5kW?h；

礦井有功容量（含選煤廠）： 17156.8kW；

礦井達(dá)產(chǎn)：

礦井有功容量（含選煤廠）： 25135.92kW；

二、礦井所在地區(qū)電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃情況

㈠電源現(xiàn)狀

本礦位于新疆察布查爾縣南部，北距察布查爾縣城和伊寧市分別為45km和65km，距烏魯木齊市約710km。行政區(qū)劃屬新疆維吾爾自治區(qū)察布查爾錫伯自治縣管轄，在伊犁地區(qū)電網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)。其周圍電源敘述如下：

1.寧遠(yuǎn)220kV變電站：位于礦井北偏東約40km處，規(guī)模為2×120MVA，站內(nèi)設(shè)220kV及110kV兩個(gè)電壓等級(jí)，其220kV側(cè)采用雙母帶旁母接線，110kV側(cè)采用雙母線接線，目前該站220kV側(cè)共有5回進(jìn)出線分別與青年220kV變電站、尼勒克水電站、靖遠(yuǎn)220kV變電站、西郊220kV變電站聯(lián)網(wǎng)，故電源可靠。

2.靖遠(yuǎn)220kV變電站：位于本礦東北側(cè)約22km處，設(shè)計(jì)規(guī)模為2×180MVA，現(xiàn)有規(guī)模為180MVA，站內(nèi)設(shè)220kV及110kV兩個(gè)電壓等級(jí)，目前該站220kV側(cè)共有，2回進(jìn)出線分別與寧遠(yuǎn)220kV變電站和西郊220kV變電站聯(lián)網(wǎng)，故電源可靠。

3. 伊犁二電廠：位于礦井北偏東約25km處，裝機(jī)容量為3×25MW，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，發(fā)電機(jī)出口電壓為6.3kV，廠內(nèi)設(shè)110kV升壓站，站內(nèi)設(shè)兩臺(tái)31.5MVA三卷變壓器，三側(cè)電壓分別為110kV、35kV和6kV，其110kV側(cè)采用雙母線帶旁母接線；35kV側(cè)采用雙母線接線；6kV側(cè)采用單母線分段接線，目前其35kV側(cè)共4回出線，2回工作2回備用。伊犁二電廠距礦區(qū)中心居住區(qū)約2km，居住區(qū)的用電可取自伊犁二電廠。伊犁二電廠現(xiàn)用電負(fù)荷約56，備用電負(fù)荷約為19MW，不能滿足用礦井電負(fù)荷的要求。

4. 察縣110kV變電所：該站位于礦井北側(cè)約23km處，一次電壓110kV，電源引自伊犁二電廠，所內(nèi)2臺(tái)變壓器，容量分別為20MVA和40MVA，其電壓為110/35/10kV，該變電所三側(cè)母線均采用單母線接線。

5. 伊寧縣110kV變電所：該站位于礦井北側(cè)約45km處，一次電壓110kV，電源分別引自伊犁二電廠及托海水電站，故電源可靠。所內(nèi)設(shè)有2臺(tái)容量為20MVA的變壓器， 2臺(tái)變壓器的電壓均為110/35/10kV，其中110kV側(cè)為單母線分段帶旁路接線，35kV及10kV側(cè)母線均采用單母線分段接線。

6.伊寧市中心110kV變電所：該站位于礦井北側(cè)約40km處，一次電壓110kV，電源分別引自伊犁一電廠及西郊110kV變電所（該變電所與伊犁二電廠聯(lián)網(wǎng)），電源可靠。所內(nèi)設(shè)有2臺(tái)容量為16MVA的變壓器， 2臺(tái)變壓器的電壓均為110/35/10kV，其中110kV側(cè)為單母線分段帶旁路接線，35kV及10kV側(cè)母線均采用單母線分段接線。

7. 新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司一號(hào)井110kV變電所：位于本礦西北方向約8.2km處，現(xiàn)有規(guī)模為2×40MVA，站內(nèi)設(shè)，110kV及10kV兩個(gè)電壓等級(jí)，兩側(cè)均采用單母線分段接線，目前該站僅有一回引自靖遠(yuǎn)220kV變電站的110kV電源線路，線路規(guī)格為L(zhǎng)GJ-120，長(zhǎng)度為24m。

㈡礦區(qū)周邊建設(shè)和規(guī)劃中的電源情況

1. 新疆伊犁州礦區(qū)總體規(guī)劃確定在本礦所在礦區(qū)北部的煤電化工業(yè)園區(qū)建設(shè)一座火電廠，新疆電力設(shè)計(jì)院于2011年3月完成的《新疆華電伊犁火電廠一期（2×660MW）工程可行性研究報(bào)告》即為該電廠，目前該電廠的可行性研究報(bào)告已通過新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)改委組織的初審，并上報(bào)國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，可研確定，新疆華電伊犁火電廠位于伊南煤田北側(cè)（距礦井北側(cè)約18km處），一期規(guī)模為2×660MW，將以2回LGJ-6×400/75km 750kV電源線路接入伊犁750kV變電站（該站已開工建設(shè)，計(jì)劃與2013年中投運(yùn)），從而與新疆主電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。

目前新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司已與華電新疆發(fā)電有限公司簽署了《新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司和華電新疆發(fā)電有限公司煤電開發(fā)合作協(xié)議》， 協(xié)議規(guī)定待華電火電廠建成后，將為新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司所屬提供110kV電源。

2. 新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司規(guī)劃，由靖遠(yuǎn)220kV變電站的110kV引一回電源線路至伊犁一號(hào)井（該線路已建成），再由華電火電廠110kV升壓站引一回電源線路至伊犁二號(hào)井，同時(shí)在一號(hào)井與二號(hào)井之間建一回110kV聯(lián)絡(luò)線為伊犁一號(hào)井和二號(hào)井供電。

三、礦井供電電源

本礦井投產(chǎn)規(guī)模為5.0Mt/a，達(dá)產(chǎn)規(guī)模為10Mt/a，按照《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》、《煤礦安全規(guī)程》對(duì)煤礦電源的要求，礦井應(yīng)有兩回電源線路，當(dāng)任一回路發(fā)生故障停止供電時(shí)，另一回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)礦井全部負(fù)荷。

本設(shè)計(jì)根據(jù)煤礦附近的電源狀況、礦井前后期用電負(fù)荷和礦區(qū)總體規(guī)劃、確定本礦采用110kV供電，并結(jié)合新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司規(guī)劃及新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司與華電新疆發(fā)電有限公司簽署了《新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司和華電新疆發(fā)電有限公司煤電開發(fā)合作協(xié)議》，對(duì)本礦的供電電源選擇，提出如下三個(gè)方案：

方案一：在礦井工業(yè)場(chǎng)地建一座110kV變電所，2回110kV電源分別引自新疆華電伊犁火電廠升壓站和靖遠(yuǎn)220kV變電站110kV側(cè)，為避免重復(fù)投資，電源線路規(guī)格按本礦后期達(dá)產(chǎn)10Mt/a時(shí)的負(fù)荷選擇，確定為L(zhǎng)GJ-120，長(zhǎng)度分別約為19km和22km，兩回電源線路同時(shí)工作，分列運(yùn)行，當(dāng)一回電源線路故障時(shí)， 另一回電源線路能保證煤礦全部負(fù)荷的需要。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高、接線簡(jiǎn)單、管理方便，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，缺點(diǎn)是礦井投產(chǎn)受華電伊犁火電廠建設(shè)時(shí)間限制。

方案二：在礦井工業(yè)場(chǎng)地建一座110kV變電所，2回110kV電源分別引自新疆華電伊犁火電廠110kV升壓站和新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司一號(hào)井110kV變電所，為避免重復(fù)投資，電源線路規(guī)格按本礦后期達(dá)產(chǎn)10Mt/a時(shí)的負(fù)荷選擇，確定為L(zhǎng)GJ-120，長(zhǎng)度分別約為19km和2×11km（在一號(hào)井與二號(hào)井之間的聯(lián)絡(luò)線必須為兩回才能滿足兩回線路同時(shí)工作分列運(yùn)行或一回線路工作一回線路熱備用的要求），兩回電源線路同時(shí)工作，分列運(yùn)行，當(dāng)一回電源線路故障時(shí)， 另一回電源線路能保證煤礦全部負(fù)荷的需要。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高、投資及運(yùn)行費(fèi)用較低（相對(duì)方案一，一號(hào)井和二號(hào)井需多建一個(gè)110kV出線間隔，相對(duì)方案三少將21km 110kV電源線路），引自一號(hào)井的電源線路可以兼做礦井施工電源，缺點(diǎn)是接線較復(fù)雜、運(yùn)行管理稍繁瑣，投資及運(yùn)行費(fèi)用稍高，礦井投產(chǎn)受華電伊犁火電廠建設(shè)時(shí)間限制。

方案三：在礦井工業(yè)場(chǎng)地建一座110kV變電所，2回110kV電源分別引自靖遠(yuǎn)220kV變電站110kV側(cè)和寧遠(yuǎn)220kV變電站110kV側(cè)，為避免重復(fù)投資，電源線路規(guī)格按本礦后期達(dá)產(chǎn)10Mt/a時(shí)的負(fù)荷選擇，確定為L(zhǎng)GJ-120，長(zhǎng)度分別為22km和40km，兩回電源線路同時(shí)工作，分列運(yùn)行，當(dāng)一回電源線路故障時(shí)， 另一回電源線路能保證煤礦全部負(fù)荷的需要。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高、接線簡(jiǎn)單，管理方便，礦井投產(chǎn)不受華電伊犁火電廠建設(shè)時(shí)間限制，缺點(diǎn)是投資及運(yùn)行費(fèi)用高。

綜上三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，設(shè)計(jì)確定采用方案一作為本礦供電電源方案，為保證本礦開工建設(shè)，前期由新汶礦業(yè)集團(tuán)伊犁能源公司一號(hào)井110kV變電所10kV側(cè)引一回10kV電源線路，為本礦提供施工電源。

需要說明的是，新疆華電伊犁火電廠雖已完成可行性研究設(shè)計(jì)，并通過新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)改委組織的初審，但還未取得國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，故該電廠的具體建設(shè)時(shí)間未定，因此設(shè)計(jì)請(qǐng)建設(shè)單位盡早與新疆華電伊犁火電廠及當(dāng)?shù)卣畢f(xié)商，加快該電廠的建設(shè)。

兩回110kV電源分別引自新疆華電伊犁火電廠升壓站和靖遠(yuǎn)220kV變電站110kV側(cè)，110kV線路導(dǎo)線規(guī)格均為L(zhǎng)GJ-120，長(zhǎng)度分別約為19km和22km，兩回電源線路同時(shí)工作，互為備用。兩回線路全線采用復(fù)合絕緣子，要求絕緣子大小傘間隔，無均壓環(huán)，且全線架設(shè)避雷線（GJ-35+OPGW光纜），地線采用直接接地方式，線路每基鐵塔均敷設(shè)人工接地裝置，接地裝置按土壤電阻率分別采用環(huán)形和環(huán)形加放射形淺埋水平布置接地型式與桿塔基礎(chǔ)自然接地相結(jié)合的方式，接地體采用Φ12熱鍍鋅圓鋼，引下線采用熱鍍鋅圓鋼；全線直線桿以18m 帶拉線雙桿為主，直線跨越處及重要轉(zhuǎn)角處采用自立式鐵塔，直線耐張以拉線雙桿為主。本線路砼桿基礎(chǔ)為預(yù)制件，鐵塔基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆砼，所有基礎(chǔ)砼標(biāo)號(hào)不低于C20級(jí)。全線桿塔基礎(chǔ)應(yīng)采取防腐措施。

篇2

隨著電子設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)要求的日益提高，研究廉價(jià)的具有監(jiān)視、管理供電電源功能的開關(guān)電源愈來愈顯得必要。本文在綜合考慮電源各種技術(shù)性能和對(duì)自身的安全要求以及開關(guān)電源性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了一種新型實(shí)用的帶有過電壓檢測(cè)和保護(hù)裝置的智能化電源。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）實(shí)際了對(duì)過電壓的檢測(cè)，并能記錄每次過電壓的瞬時(shí)值和峰值，可啟動(dòng)備用電源供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電路的保護(hù)作用。

（2）具有抗沖擊能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、帶液晶屏數(shù)字監(jiān)視的特點(diǎn)，同時(shí)通過RS485通信接口與管理計(jì)算機(jī)通訊能實(shí)現(xiàn)“透明”電源的工作和保護(hù)等功能。

（3）能實(shí)時(shí)顯示輸出電壓、電流的大小，過電壓的次數(shù)、大小以及必要的參數(shù)設(shè)置信息。

（4）通過接口與后臺(tái)或遠(yuǎn)端PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。

智能化電源的核心由顯示板、CPU板、通信板、備用電源板、過電壓檢測(cè)板、鍵盤、通信轉(zhuǎn)接板組成。裝置的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)電壓的峰值檢測(cè)，尤其是過電壓的檢測(cè)。本文提出了一種基于單片機(jī)的過電壓檢測(cè)和峰值電壓檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)證明它滿足了對(duì)檢測(cè)的快速性和精確性的要求。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框架如圖1所示。在正常的情況下，220V的交流輸入電壓經(jīng)過整流、濾波、DC/DC變換、穩(wěn)壓電路后可得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，基本上是一個(gè)開關(guān)電源；當(dāng)有過電壓時(shí)，過電壓信號(hào)經(jīng)過過電壓檢測(cè)電路檢測(cè)和峰值電壓保持電路保持，控制電源回路，斷開正常工作的交流電路，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)啟動(dòng)備用電源工作，以及完成對(duì)過電壓的瞬時(shí)值和峰值的測(cè)量。

2.1過電壓檢測(cè)電路

過電壓對(duì)于電源來說是一個(gè)非常有害的信號(hào)，雷電等引起的瞬時(shí)高電壓如果不加遏制，直接由電源引入RTU（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）則會(huì)影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高而工作不正常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞模塊，燒壞元器件（IC）。典型過電壓形成的沖擊電壓脈沖如圖2所示。

過電壓保護(hù)的基本原理是在瞬態(tài)過程電壓發(fā)生的時(shí)侯（微稱或納秒級(jí)），通過過電壓檢測(cè)電路對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。過電壓檢測(cè)電路中主要的元件是壓敏電阻。壓敏電阻相當(dāng)于很多串并聯(lián)在一起的雙向抑制二極管。電壓超過箝位電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通；電壓低于箝位電壓時(shí)，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應(yīng)時(shí)間在納秒級(jí)。

過電壓檢測(cè)電路原理圖如圖3所示。當(dāng)有過電壓信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，壓敏電阻被擊穿，呈現(xiàn)低阻值甚至接近短路狀態(tài)，這樣在電流互感器的原級(jí)產(chǎn)生一個(gè)大電流，通過線圈互感作用在副級(jí)產(chǎn)生一個(gè)小電流，再通過精密電阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；這個(gè)信號(hào)輸入到電壓比較器LM393后，電壓比較器LM393輸出高電平，經(jīng)過非門A輸出的控制脈沖1控制電源回路，斷開開關(guān)電源電路，啟動(dòng)備用電源?？刂泼}沖2送到單片機(jī)的中斷中，單片機(jī)控制回咱啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，采樣過電壓的瞬時(shí)值。

2.2峰值電壓采樣保持電路

峰值電壓采樣保持電路如圖4所示。峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構(gòu)成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過LM311進(jìn)行比較，當(dāng)Vi>V0時(shí)，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控制端8腳，使LF398處于采樣狀態(tài)；當(dāng)Vi達(dá)到峰值而下降時(shí)，Vi<V0，電壓比較器LM311輸出低電平，LF398的邏輯控制端置低電平，使LF398處于保持狀態(tài)。由于LM311采用集電極開路輸出，故需接上拉電阻。由過電壓檢測(cè)電路輸出端送來的脈沖控制電路開關(guān)的導(dǎo)通，沒有過電時(shí)采樣電容放電，否則采樣電路一直跟蹤峰值的變化。

2.3單片機(jī)控制回路

單片機(jī)控制回路如圖5所示。它的主要功能是完成對(duì)過電壓的瞬時(shí)值和峰值的檢測(cè)、過電壓次數(shù)的檢測(cè)、電源輸出電壓和電流的檢測(cè)，并通過鍵盤的操作顯示出各個(gè)檢測(cè)值的大?。煌瑫r(shí)通過485接口和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，在有過電壓的時(shí)候通過控制回路啟動(dòng)備用電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源本身的保護(hù)。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。圖6是主程序流程圖。

主程序由初始化、看門狗置位、鍵盤掃描子程序、中斷子程序組成。主程序主要進(jìn)行分配內(nèi)存單元、設(shè)置串行口等器件的工作方式和參數(shù)，為系統(tǒng)正常工作創(chuàng)造條件。在主程序運(yùn)行的過程中，通過按鍵可以顯示檢測(cè)的各個(gè)量的值；同時(shí)在系統(tǒng)過電壓和干擾信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，液晶顯示屏?xí)@示提示信息，使電源實(shí)現(xiàn)“透明”，便于電源的管理。在本系統(tǒng)中，鍵盤采用的是由P1口組成的3×3行列矩陣式鍵盤。由于鍵盤程序的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，所以具體過程不做介紹。

圖5

篇3

關(guān)鍵字：直流穩(wěn)壓 整流 濾波 變壓器

市電220V AC經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)過程后形成了所需要的直流穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)了市電220V向直流電壓的轉(zhuǎn)換如圖1所示。設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的過程恰好和上述過程相反，應(yīng)先從最右邊的直流電壓穩(wěn)壓輸出部分開始，向左邊推導(dǎo)、設(shè)計(jì)電路。

現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)步驟歸納如下：

1、確定電源的輸出電壓UOUT、最大電流IOUT

首先應(yīng)先確定電源的電壓和電流，同時(shí)能夠確定負(fù)載電路的功率。設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源最終是為了給負(fù)載供電，所以在設(shè)計(jì)之前就要搞清楚負(fù)載到底需要多大的電壓和電流。負(fù)載的工作電壓一般都可以通過分析電路獲得。例如負(fù)載可能是一只燈，也可能是一臺(tái)收音機(jī)或者電視機(jī)等電子設(shè)備。作為負(fù)載一般都有額定工作電壓，即電壓是一個(gè)某一固定值或一定范圍的值，為分析問題方便我們一般選擇電壓固定輸出，即UOUT確定。負(fù)載的電流往往不是一個(gè)恒定值，大部分負(fù)載所需電流會(huì)隨著狀態(tài)的改變而變化，如負(fù)載電流會(huì)隨著音量的升高、顯示器畫面亮度的增加而增加。在電源設(shè)計(jì)時(shí)我們要計(jì)算出電流可能出現(xiàn)的最大值，這個(gè)值我們記為IOUT。

2、穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

假設(shè)負(fù)載工作電壓為UOUT = 5V DC，最大電流為IOUT = 500mA。電流和電壓78系列三端穩(wěn)壓器所能承受的最大電流，故考慮使用78系列三端穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓。7805三端穩(wěn)壓器能夠提供5V穩(wěn)定電壓和最大1.5A的輸出電流，故選之。

3、整流濾波設(shè)計(jì)

整流選擇橋式整理，整流管選擇常見的1N4007。

濾波可以選擇用大容量點(diǎn)解電容進(jìn)行濾波，理論上濾波電容容量大濾波效果好，一般選取時(shí)根據(jù)電路的功耗來估算，負(fù)載功耗小一般取1000μF；負(fù)載功耗大，或?qū)﹄娫匆筚|(zhì)量高的電路，例如音頻功率放大器，電容取值一般較大，有時(shí)取值在10000μF以上，本電源中取1000μF電容即可。

確定電容容量的同時(shí)要注意其耐壓值不能小于施加在其兩端的電壓，否則電解電容可能會(huì)因?yàn)殡妷哼^高發(fā)生爆裂。本設(shè)計(jì)中選取耐壓值要考慮變壓器副線圈電壓的大小，在此先選擇耐壓為25V的點(diǎn)解電容，濾波電容確定為1000μF/16V的電解電容。

在濾波電容和穩(wěn)壓器之間為克服導(dǎo)線的電感效應(yīng)而加一只小電容，該電容的容量為0.1μF～1μF之間，本設(shè)計(jì)中選擇0.1μF/16V電容。

在穩(wěn)壓器輸出端加濾波電容以穩(wěn)定輸出電壓，該電容不用太大，選擇470μF/16V。

4、變壓器選擇

變壓器能通過原副線圈的匝數(shù)比來改變輸出電壓。在該設(shè)計(jì)中我們選擇能將市電220V AC電壓值變小的降壓變壓器，到底變壓器副邊線圈輸出電壓多大才合適呢？

首先考慮78系列三端穩(wěn)壓器輸入端IN電壓至少要比輸出端OUT 高出3V，所以整流濾波之后電壓應(yīng)大于5V+3V = 8V。

其次假設(shè)變壓器經(jīng)變壓之后副邊線圈電壓有效值為U2則U2 = 8/1.2 = 6.7V，所以變壓器選擇副邊線圈電壓為8V的比較合適，

變壓器的最大功率應(yīng)該考慮負(fù)載的功耗，負(fù)載的最大功耗為POUT = = UOUT ×IOUT = 5×0.5=2.5W，考慮一定的余量應(yīng)該選擇的變壓器功率大于3W，所以本次設(shè)計(jì)的變壓器功耗為3VA，這樣表示指的是變壓器的視在功率為3VA。

再回頭看一下7805輸入端電壓為8V，我們選擇電容的耐壓值都是16V，能滿足條件。

至此，我們已經(jīng)確定了直流穩(wěn)壓電源的各個(gè)部分，該電源的原理圖如圖所示：

參考文獻(xiàn)：

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[3]模擬電路項(xiàng)目教程， 張杰，韓敬東，北京交通大學(xué)出版社.

作者簡(jiǎn)介

王然升（1980年3月），男，漢族，山東諸城人，講師，煙臺(tái)師范學(xué)院，學(xué)士，主要從事電子電路方面的教學(xué)工作。

篇4

當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)智能家電與工業(yè)4.0與我們漸行漸近的時(shí)候，我們卻發(fā)覺社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施并沒有完全準(zhǔn)備好接納這個(gè)數(shù)字化的世界，在下文中我們將對(duì)智能用電器的核心適配設(shè)施進(jìn)行研究實(shí)踐。作為智能用電器，本身具備較高的應(yīng)變能力，這種情況的已通過兩種方法實(shí)現(xiàn)：一、自身植入各種應(yīng)變模塊化程序；二、通過信源信號(hào)與云網(wǎng)連接，將自身拾取的環(huán)境信息交給云端服務(wù)器解決，云端再將處理意見與執(zhí)行代碼發(fā)送給智能用電器。這里第一種解決方式從20世界60年代以后就已在全球得到應(yīng)用，但也存在較大的缺陷，其中最突出的問題是產(chǎn)品升級(jí)與信息存儲(chǔ)量的局限性，這也直接導(dǎo)致了電器在“智能”方面的局限性。而第二種途徑是在云物聯(lián)發(fā)展的今天，我們期待它能被廣泛應(yīng)用。通過云端信息處理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們可以將“地球大腦”時(shí)刻與用電器相連通，將社會(huì)的地理信息、歷史文化、金融趨勢(shì)、科技程序等時(shí)刻傳輸給用電設(shè)備，讓設(shè)備的智能程度得到巨大提升。作為用電器本身，電源是最基本的能量來源，類似給養(yǎng)生命的血液；而各種信源信號(hào)，類似各種神經(jīng)脈沖，通過各種弱電的傳輸，用電器才實(shí)現(xiàn)了多功能化與智能化。由于品牌廠商與第三方運(yùn)營(yíng)的云平臺(tái)神經(jīng)中樞般的處理信息功能，用電器將僅僅需要實(shí)現(xiàn)傳感器與效應(yīng)器的功能。要達(dá)到這種穩(wěn)態(tài)，我們需要有穩(wěn)定電源與信源傳輸，雖然電源傳輸在上世紀(jì)30年代就已經(jīng)穩(wěn)定，但信源傳輸?shù)囊恢辈捎枚喾N適配接口，或靈活簡(jiǎn)易如WIFI、ZigBee等無線方式，而由于傳統(tǒng)強(qiáng)電與弱電容易產(chǎn)生電磁干擾的原因，電源與信源的集成傳輸與適配的發(fā)展一致嚴(yán)重滯后。由于各種集成或靈活的信源在用戶安全及信號(hào)穩(wěn)定性方面有著較大的缺陷，試想一個(gè)醫(yī)用的機(jī)器人在工作期間由于WIFI信號(hào)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致云端的醫(yī)生通過遠(yuǎn)程視頻操縱手術(shù)刀失誤，這可能產(chǎn)生以生命為代價(jià)的后果。至此，電源與信源的集成穩(wěn)態(tài)傳輸與適配連接，是用電器智能化發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施工程，而電源與信源Unite模塊化產(chǎn)品是其中對(duì)于趨勢(shì)化的實(shí)踐之一。電源與信源Unite模塊化產(chǎn)品是指將電源與多種信源信號(hào)通過電磁屏蔽導(dǎo)線集成混合傳輸，并可以提取對(duì)應(yīng)電源與指定信源的適配端產(chǎn)品。由于電網(wǎng)與電信行業(yè)的業(yè)務(wù)在各國(guó)分屬不同的利益集團(tuán)，電源與信源的同步傳輸一直未得到大規(guī)模推廣使用。就目前技術(shù)水平而言，通過電磁屏蔽材料包裹住弱電傳輸?shù)膶?dǎo)線，之后與強(qiáng)電共載傳輸已達(dá)到推廣使用的階段，而隨著美元升值的預(yù)期，大宗商品的價(jià)格逐級(jí)下降，銅線及合金屏蔽材料的價(jià)格降幅巨大，產(chǎn)品成本已適合量產(chǎn)。

2設(shè)計(jì)需求

在傳輸端的協(xié)同效應(yīng)方面，目前的量產(chǎn)技術(shù)已成熟，沒有實(shí)現(xiàn)的原因在于電網(wǎng)與電信的利益分配。而目前對(duì)于適配端的研究在國(guó)際上還處于初級(jí)階段。雖然如USB接口、1394接口等能夠?qū)崿F(xiàn)電源與信源共載的適配方式已被廣泛應(yīng)用，但這些產(chǎn)品僅僅實(shí)現(xiàn)了小功率直流電的適配，大功率的用電器更本無法使用?；谀壳暗膶?shí)際條件，在傳輸端共載，而在適配端實(shí)現(xiàn)分流是符合目前實(shí)際的方法。電源與信源Unite適配端產(chǎn)品的主要功能是將原有集成混合電源與各種信源提取出來，并可以互換卡槽位置，實(shí)現(xiàn)適配。因此產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：一、具有電磁屏蔽材質(zhì)將弱電與強(qiáng)電進(jìn)行屏蔽后集成傳輸。二、產(chǎn)品將集成導(dǎo)線中的信源、電源提取出來。三、產(chǎn)品將信源與電源對(duì)應(yīng)傳輸?shù)礁鞣N電器常用的標(biāo)準(zhǔn)接口。

3功能定位

根據(jù)方法總結(jié)，采取如下的實(shí)踐方案：提供了一種新型的信源適配器與電源適配器結(jié)合及局部替換系統(tǒng)，使用者可以拆下任何適配端進(jìn)行替換，也可以將多個(gè)電源適配端替換信源端口進(jìn)行并聯(lián)，該產(chǎn)品可以集成家庭及企業(yè)中目前所需的多種信源與電源。其中電源為220V的民用交流電，信源可以包括多種，目前為了便于實(shí)施，暫定為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、電話信號(hào)和有線電視信號(hào)，在未來的推廣過程中，可以用各種信源X代替，如信源1、信源2，其中X屬于正整數(shù)。

4方案構(gòu)思

電源與信源Unite模塊化產(chǎn)品的具體方案將是滿足使用者對(duì)電源與信源的集成適配，相互之間可以拆裝互換各種信源卡槽位置需求的一種電源與信源Unite適配端。產(chǎn)品要包括網(wǎng)絡(luò)信號(hào)適配端、電話信號(hào)適配端、有線電視適配端、電源適配端，所述網(wǎng)絡(luò)信號(hào)適配端、電話信號(hào)適配端、有線電視適配端與電源適配端一起插在電源與信源Unite適配端的基座上，并通過縱向固定分隔檔、橫向固定分隔檔與適配器開關(guān)后的圓柱進(jìn)行位置固定。

5結(jié)構(gòu)圖

本產(chǎn)品包括電源與信源Unite適配端功能器：1、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)適配端2、電話信號(hào)適配端3、有線電視適配端4、電源適配端5、適配器開關(guān)6、適配器外殼7、適配卡槽8、縱向固定分隔檔9、橫向固定分隔檔10、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接口11、電源接口12、電話信號(hào)接口13、有線電視信號(hào)接口14、適配器基座接口15、適配端上有線電視適配接口卡槽16、適配端上電源接口卡槽17、適配端上電話信號(hào)接口卡槽18、適配端上網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接口卡槽19、分適配器側(cè)面；網(wǎng)絡(luò)信號(hào)適配端是產(chǎn)品從集成源中提取出網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；電話信號(hào)適配端是產(chǎn)品從集成源中提取出電話信號(hào)的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；有線電視適配端是產(chǎn)品從集成源中提取出有線電視信號(hào)的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；電源適配端是產(chǎn)品從集成源中提取出電源信號(hào)的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；適配端開關(guān)可以控制整個(gè)適配端開始/停止工作的換檔按鍵；適配器外殼采用ABS材料；適配卡槽將用于將各個(gè)適配端插入縱向與橫向分割檔的框內(nèi)，與適配器開關(guān)后的圓柱主體部分一同起到的固定各個(gè)適配端的作用；網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接口是適配器基座上構(gòu)成中心對(duì)稱的四組突出銅線的網(wǎng)絡(luò)接口；電源接口是適配器基座上構(gòu)成中心對(duì)稱的四組突出銅線的電源接口；電話信號(hào)接口是適配器基座上構(gòu)成中心對(duì)稱的四組突出銅線的電話信號(hào)接口；有線電視信號(hào)接口是適配器基座上構(gòu)成中心對(duì)稱的四組突出銅線的有線電視信號(hào)接口，內(nèi)部線路包裹設(shè)屏蔽網(wǎng)；適配器基座接口放大圖是上圖的細(xì)節(jié)放大圖，將產(chǎn)品基座放大，描述各接口位置及細(xì)節(jié)；適配端上有線電視適配接口卡槽，在每個(gè)適配端上都有有線電視適配接口卡槽，但只能在有線電視適配端內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)通路，這樣既能實(shí)現(xiàn)效果，又能實(shí)現(xiàn)適配端替換裝配；適配端上電源接口卡槽，在每個(gè)適配端上都有電源接口卡槽，但只能在電源適配端內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)通路，這樣既能實(shí)現(xiàn)效果，又能實(shí)現(xiàn)適配端替換裝配；適配端上電話信號(hào)接口卡槽，在每個(gè)適配端上都有電話信號(hào)接口卡槽，但只能在電話信號(hào)適配端內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)通路，這樣既能實(shí)現(xiàn)效果，又能實(shí)現(xiàn)適配端替換裝配；適配端上網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接口卡槽，在每個(gè)適配端上都有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接口卡槽，但只能在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)適配端內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)通路，這樣既能實(shí)現(xiàn)效果，又能實(shí)現(xiàn)適配端替換裝配。

6總結(jié)

篇5

關(guān)鍵詞：線性穩(wěn)壓器；開關(guān)穩(wěn)壓器；電源

中圖分類號(hào)：TP303+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）11-2656-04

Abstract： Analyzes the basic principles and characteristics of the DC-DC regulator， analyzes and compares the performance and structure of the principle of linear regulator and switching regulator， and provides a variety of important factors in the actual situation of the DC-DC design. Describes to the basic method of power chip selection， and provides a reference for the DC power circuit design.

Key words： linear regulator； switching regulator； power supply

電源的應(yīng)用無處不在，所有的電子系統(tǒng)都需要恒壓電源或者恒流電源的支持。輸出直流稱為直流電源，由前端直流轉(zhuǎn)后端直流的稱為DC-DC變換器，而直流轉(zhuǎn)交流的變換器稱為逆變器。所以，DC-DC變換器是用于提供DC電源的電路或模塊。

1 DC-DC變換器的主要分類

1.1 線性型（Linear）

線性型變換器：可以從電源向負(fù)載連續(xù)輸送功率的DC-DC變換器。線性型變換器通過在線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor或FET），電路的輸入電壓中減去超額電壓，調(diào)節(jié)從電源至負(fù)載的電流流動(dòng)，從而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。

1.2 開關(guān)電源型（Switcher）

開關(guān)電源型變換器：以脈寬方波的形式從電源向負(fù)載輸送功率。其特點(diǎn)是開關(guān)器件的周期性開通和關(guān)斷（定頻型、變頻型、定變混合型）。將原直流電通過脈沖寬度調(diào)制PWM（Pulse Width Modulation）或脈沖頻率調(diào)制PFM（Pulse Frequency Modulation）來控制有效的直流輸出。PWM調(diào)制穩(wěn)定電壓的方式是，在開關(guān)頻率不變化的前提下，依靠脈沖寬度的增大或縮小改變占空比例，進(jìn)而調(diào)節(jié)電壓達(dá)到穩(wěn)定，它核心部件是脈寬調(diào)制器。在PFM調(diào)制方式運(yùn)作的時(shí)候，脈沖寬度是固定的，開關(guān)頻率的增加或減少控制了占空比，使得電壓保持穩(wěn)定，脈頻調(diào)制器是它的核心部件[1]。

2 線性穩(wěn)壓器（Linear Regulator）

線性穩(wěn)壓器如78XX系列三端穩(wěn)壓器等，是一種無需使用開關(guān)元件而能提供恒定電壓恒定電流輸出的DC-DC轉(zhuǎn)換器。

2.1 線性穩(wěn)壓器的工作原理

線性穩(wěn)壓器和輸出阻抗形成了一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)。線性穩(wěn)壓器等效于受控的可變電阻器，可根據(jù)輸出負(fù)載自行調(diào)解以保持一個(gè)穩(wěn)定的輸出。輸出電壓通過連接到誤差放大器反相輸入端的分壓電阻采樣，誤差放大器的同相輸入端連接到一個(gè)參考電壓Vref。誤差放大器試圖使其兩端輸入相等2.2 線性穩(wěn)壓器的類型

線性穩(wěn)壓器中的元件是雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET。雙極型線性穩(wěn)壓器具有較高的壓降電壓，并能支持較高的輸入電壓并擁有更好的瞬態(tài)響應(yīng)。MOSFET低壓差線性穩(wěn)壓器LDO（Low Dropout Regulator）能支持非常低的壓降，低靜態(tài)電流，改善噪聲性能和低電源抑制。為使線性穩(wěn)壓器處在正常工作狀態(tài)之下，Vin和Vout之間最小壓差稱為壓降電壓（Drop-out Voltage），不同的穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同的壓降電壓，這也是幾種線性穩(wěn)壓器的最大區(qū)別。如LM340和LM317這些穩(wěn)壓器使用NPN達(dá)林頓管，稱其為NPN 穩(wěn)壓器（NPN Regulator）。然而低壓差（Low-dropout）穩(wěn)壓器（LDO）和準(zhǔn)LDO穩(wěn)壓器（Quasi-LDO）為新型電源設(shè)計(jì)提供了更高性能[2]。

2.3 LDO的應(yīng)用選擇

開關(guān)穩(wěn)壓器是一種采用開關(guān)組件與能量存貯部件（電容器和感應(yīng)器）一起輸送功率的DC-DC轉(zhuǎn)換器，它提高了電源轉(zhuǎn)換效率和設(shè)計(jì)靈活性。開關(guān)穩(wěn)壓器主要分為以下兩類：電感儲(chǔ)能開關(guān)穩(wěn)壓器和無電感型開關(guān)穩(wěn)壓器（充電泵）。

3.1 電感儲(chǔ)能開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理

電感用于儲(chǔ)存能量及向負(fù)載釋放儲(chǔ)能，電感在開關(guān)管開通狀態(tài)下從Vg獲得能量。

4 DC-DC變換器的應(yīng)用選擇

5 結(jié)論

通過分析比較最常見的兩類三種直流穩(wěn)壓電源，了解了直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成原理，提出了電源電路環(huán)路控制的設(shè)計(jì)方案，為直流穩(wěn)壓電路正確合理的設(shè)計(jì)提供了參考方案。根據(jù)不同的實(shí)際設(shè)計(jì)需要和參數(shù)選用不同類型直流穩(wěn)壓電源，有利于整個(gè)系統(tǒng)平穩(wěn)安全的工作。

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篇6

【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

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7

（1.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京100191）

摘要：針對(duì)某型號(hào)光纖陀螺老煉測(cè)試需要長(zhǎng)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和故障保護(hù)等需求，采用工控機(jī)與MC9S12XEP100MAL單片機(jī)相結(jié)合的方案，設(shè)計(jì)光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)功能，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，可以滿足光纖陀螺老煉測(cè)試的要求。

關(guān)鍵詞 ：光纖陀螺；電源監(jiān)控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中圖分類號(hào)：TN86?34；TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金項(xiàng)目：航空科學(xué)基金：機(jī)載電子芯片熱模型研究（20100231001）

0 引言

某型號(hào)光纖陀螺在老煉測(cè)試時(shí)往往是多個(gè)陀螺成組進(jìn)行測(cè)試，每一個(gè)陀螺都由線性隔離電源獨(dú)立供電。由于對(duì)光纖陀螺的老煉測(cè)試一般都在幾十小時(shí)，甚至上百小時(shí)不間斷，這就要求供電電源連續(xù)可靠地工作。反之，一旦電源過壓、欠壓或者過流就會(huì)損壞待測(cè)陀螺，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)光纖陀螺供電電源進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以實(shí)時(shí)記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態(tài)，而且在電源出現(xiàn)過壓、欠壓或過流時(shí)，可以自動(dòng)切斷供電電源，從而起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機(jī)作為上位機(jī)，基于LabVIEW 設(shè)計(jì)了12路陀螺電源數(shù)據(jù)監(jiān)控界面及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)作為下位機(jī)監(jiān)控電路的主控芯片，實(shí)現(xiàn)了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實(shí)時(shí)采集，以及過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)。采用Modbus協(xié)議的RTU 模式，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?；谏鲜黾夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)方案

1.1 技術(shù)要求

光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠監(jiān)控12個(gè)光纖陀螺供電電源。這12 個(gè)電源均采用朝陽(yáng)4NIC?X20線性電源，各電源獨(dú)立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。

具體的技術(shù)要求如下：

（1）同時(shí)監(jiān)控12個(gè)光纖陀螺供電電源；

（2）每一個(gè)陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；

（3）一旦某個(gè)電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓故障，電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時(shí)進(jìn)行聲音報(bào)警（只有排除故障后，供電系統(tǒng)重新上電才可以恢復(fù)供電）；

（4）上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實(shí)時(shí)記錄各電源的輸出電壓、電流。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)光纖陀螺供電電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求，光纖陀螺供電電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案[1?2]設(shè)計(jì)如圖1所示。

在圖1中，AC 220 V交流電通過繼電器組控制后為12個(gè)光纖陀螺電源供電。監(jiān)控電路分為3組，每組監(jiān)控4個(gè)電源，共同檢測(cè)12個(gè)電源的輸出電流和電壓，一旦檢測(cè)到某個(gè)電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障，則可以通過控制相應(yīng)的繼電器實(shí)現(xiàn)AC 220 V交流供電的自動(dòng)切斷，起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

3組監(jiān)控電路再通過RS 485網(wǎng)絡(luò)連接至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)陀螺電源輸出電壓、電流數(shù)據(jù)的上傳。RS 485 串行數(shù)據(jù)通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機(jī)采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)陀螺電源電壓、電流數(shù)據(jù)的接收、顯示、報(bào)警和存儲(chǔ)。

2 監(jiān)控電路設(shè)計(jì)

光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機(jī)及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構(gòu)成，如圖2所示。

在圖2 中，每一組監(jiān)控電路可以監(jiān)控4 個(gè)陀螺電源。由于每個(gè)陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監(jiān)控電路需要對(duì)8路電壓信號(hào)和8路電流信號(hào)進(jìn)行隔離采樣。

2.1 單片機(jī)選型

選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)作為監(jiān)控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機(jī)是飛思卡爾16位單片機(jī)，最高總線頻率可達(dá)50 MHz，具有16個(gè)模擬量輸入通道，轉(zhuǎn)換精度為12位，可以滿足監(jiān)控電路對(duì)8路電壓信號(hào)和8路電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的需要。

2.2 隔離采樣電路設(shè)計(jì)

電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進(jìn)行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。

ISO124 為精密變壓器隔離運(yùn)放，放大倍數(shù)為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。

電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進(jìn)行電流信號(hào)的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。

LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測(cè)量頻率為150 kHz。

在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計(jì)算出當(dāng)原邊輸入電流為2 A時(shí)，輸出電流信號(hào)If1為4 V。

2.3 RS 485通信電路設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計(jì)好的隔離通信電路如圖5所示。

2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

為了確保光纖陀螺安全可靠地運(yùn)行，設(shè)計(jì)了如圖6所示的過壓、過流和欠壓保護(hù)電路。

在圖6中，輸出電壓的過壓值設(shè)置為+5.5 V，欠壓值設(shè)置為+4.5 V，過流值設(shè)置為2 A。

當(dāng)監(jiān)控電路檢測(cè)到某個(gè)陀螺電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障時(shí)，單片機(jī)將對(duì)應(yīng)的I/O端口輸出信號(hào)IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導(dǎo)通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點(diǎn)JDQ1 斷開，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實(shí)現(xiàn)陀螺電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障保護(hù)。一旦陀螺電源保護(hù)，只有整個(gè)陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復(fù)供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)監(jiān)控軟件及監(jiān)控界面設(shè)計(jì)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)三部分。

3.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

采用LabVIEW 2013 來設(shè)計(jì)測(cè)控軟件的上位機(jī)界面以及與下機(jī)位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，提供了很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面，快速輕松采集實(shí)際信號(hào)、進(jìn)行分析以確定有用的數(shù)據(jù)、通信或存儲(chǔ)結(jié)果[3?4]。設(shè)計(jì)好的上位機(jī)光纖陀螺供電電源監(jiān)控界面如圖7所示。

在圖7中，系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控12個(gè)光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當(dāng)前工作狀態(tài)，是否出現(xiàn)過壓、過流和欠壓等故障；一旦出現(xiàn)故障，相應(yīng)的指示燈會(huì)由綠色變?yōu)榧t色。

3.2 通信協(xié)議

工控機(jī)與下位機(jī)單片機(jī)之間的通信協(xié)議采用Mod?bus 協(xié)議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機(jī)作為主機(jī)，光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路1~3為從機(jī)[5?6]。

3.3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序三部分。

（1）上電初始化子程序。系統(tǒng)上電后，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的初始化設(shè)置，包括MC9S12XEP100MAL單片機(jī)處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時(shí)中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。

（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個(gè)陀螺電源的8個(gè)電壓信號(hào)和8個(gè)電流信號(hào)的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。

在圖9中，當(dāng)10 ms中斷產(chǎn)生進(jìn)入中斷子程序，單片機(jī)對(duì)16 個(gè)A/D 通道順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將其存入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待上位機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)通過串口發(fā)送返回。電流電壓數(shù)據(jù)處理主要包括將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果變換成對(duì)應(yīng)的實(shí)際電流電壓值，以及進(jìn)行電壓的過壓、欠壓判斷，電流的過流判斷。一旦出現(xiàn)過壓、欠壓或過流等故障，單片機(jī)立即啟動(dòng)保護(hù)電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。

（3） 串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序。工控機(jī)與3 路監(jiān)控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機(jī)向3路監(jiān)控電路發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，監(jiān)控電路在響應(yīng)主機(jī)請(qǐng)求時(shí)返回8路電壓信號(hào)數(shù)據(jù)、8路電流信號(hào)數(shù)據(jù)和陀螺電源的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。為了減少串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收對(duì)單片機(jī)資源的占用，提高處理的效率，系統(tǒng)采用中斷的方式完成串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。串口中斷服務(wù)程序流程如圖10所示。在圖10中，當(dāng)串口中斷產(chǎn)生時(shí)，串口中斷服務(wù)程序首先判斷串口中斷的來源，進(jìn)入串行數(shù)據(jù)接收或串行數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從系統(tǒng)的發(fā)送緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)，寫入相應(yīng)的串口寄存器發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時(shí)，從相應(yīng)的串口寄存器讀入數(shù)據(jù)，寫入系統(tǒng)的接收緩存區(qū)。

3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

工控機(jī)接收到監(jiān)控電路返回的電流電壓數(shù)據(jù)后，除了將數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控界面中，還定時(shí)將數(shù)據(jù)以Excel文件的格式存儲(chǔ)到工控機(jī)的硬盤中，以備陀螺電源運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢。其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間為10 s。

4 結(jié)論

本文采用工控機(jī)與MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)相結(jié)合的方案，基于LabVIEW編程技術(shù)、隔離信號(hào)采樣技術(shù)，以及RS 485串行通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)功能?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，該光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)電流、電壓采樣精度高，數(shù)據(jù)采集和顯示實(shí)時(shí)性好，故障保護(hù)功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測(cè)試需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄分析和故障保護(hù)的要求，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；軟開關(guān)；硬件設(shè)計(jì)

0 引言

開關(guān)電源是一項(xiàng)電子化技術(shù)，其使用功率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電能間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電能用來滿足各方面用電的需要。其較線型電源重量更輕、體積更小、效率更高，在計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、自動(dòng)化控制設(shè)備、通信設(shè)備等各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1 開關(guān)電源基本工作原理

開關(guān)電源有許多種形式，尤其是以調(diào)制型脈沖的寬度（PWM）最盛行，目前以該種形式開關(guān)電源的工作原理進(jìn)行介紹。

主回路指由電網(wǎng)把能量傳給負(fù)載的一種回路，其他回路則被稱為控制類回路。

電網(wǎng)的交流電經(jīng)濾波整流電路的輸入，進(jìn)而獲得直流高波紋電壓，此后經(jīng)過變換功率電路，轉(zhuǎn)換成滿足要求的波脈動(dòng)電壓，再經(jīng)整流形成連續(xù)直流低波紋電壓。

控制類回路在將開關(guān)高壓T動(dòng)脈沖提高的同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出的控制，此外還要保護(hù)負(fù)載和電源元件。其通常是由檢測(cè)放大型電路、震蕩時(shí)鐘電路、電壓脈沖轉(zhuǎn)換V/W電路及自用的電壓等電路組合而成。

2 軟開關(guān)相關(guān)技術(shù)

目前的電力電子設(shè)備發(fā)展主要趨勢(shì)為輕量化。小型化，且對(duì)于裝置效率和電磁的兼容問題要求更高。通常，變壓器、濾波電感及電容在裝置重量和體積中所占比例較大。所以，要達(dá)到裝置的小型化、輕量化，就必須想辦法降低他們的體積與重量。由“電路”的相關(guān)知識(shí)可知，工作效率的提高可以使變壓器繞組間匝數(shù)減少，同時(shí)還可以使鐵心體積減小，從而讓變壓器往小型化發(fā)展。因此高頻化電路是設(shè)備輕量化、小型化的有效途徑。然而在提高開關(guān)頻率的同時(shí)，增加了開關(guān)的損耗，使電路運(yùn)行效率降低，增大了電磁的干擾，可以知道簡(jiǎn)單提高電源開關(guān)的頻率并不能從根本上解決問題。

軟開關(guān)相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)能夠使這些問題得到解決，其主要利用諧振輔助轉(zhuǎn)換電流的手段，解決了電路中開關(guān)的損耗及噪聲等問題，大幅度提高了開關(guān)頻率。

3 高壓軟開關(guān)充電電源硬件設(shè)計(jì)

3.1 主電路的選型

在開關(guān)諧振技術(shù)中適合于電容脈沖充電的是諧振串聯(lián)電路，其輸出結(jié)果近似看做恒流源（等臺(tái)階充電），其優(yōu)點(diǎn)為充電的效率較高，且可以保護(hù)固有的短路。因?yàn)殡娫吹墓β蔬^大，全橋電路且高頻變壓器副邊采取整流橋二極管整流。

3.2 電路工作方式與原理

直流（經(jīng)過市電整流的）電壓經(jīng)電路而逆變成頻率較高的交流方波電，該種高頻交流方波電經(jīng)過高頻的變壓器升壓，經(jīng)過二極管的整流橋進(jìn)而得到穩(wěn)定的電流，給電容充電。

設(shè)：IGBT開關(guān)的頻率為fs， 諧振的頻率為fr。

諧振串聯(lián)變換器工作方式以fs的大小主要有三種方式：

（1）第一種方式（fsfs>fr/2） 電流處于連續(xù)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電流為零切斷。但在開通過程中，同一個(gè)橋臂的兩開關(guān)有強(qiáng)制換流現(xiàn)象，所以開關(guān)的損耗和干擾較大；（3）第三種方式（fr

現(xiàn)對(duì)圖3-1負(fù)載串聯(lián)DC-DC變換器三種工作方式進(jìn)行分析。

由圖得出，Cr與Lr形成串聯(lián)型諧振，同負(fù)載相互串聯(lián)，經(jīng)諧振后的電流于負(fù)載一端被整流。在輸出端濾波的Cf足夠大，可以認(rèn)為Cf兩端的電壓為直流無波紋電壓。若簡(jiǎn)單進(jìn)行分析則可忽略諧振電路損耗過小的電阻，輸出電壓V0反射至整流橋輸入端，用VCB表示，若IL為正值，VCB=V0，IL為負(fù)，VCB=-V0。

如果開關(guān)T加導(dǎo)通，當(dāng)IL電流為正，電流流過T+，否則，流過D-二極管；

同上，當(dāng)IL電流為負(fù)，若T-導(dǎo)通，流過T+；否則流過D+二極管。所以，圖1（a）有以下四種情況：

1.當(dāng)IL>0時(shí)

T+導(dǎo)通： VAB=+Vd/2，VAC=Vd/2-V0；

D-導(dǎo)通： VAB=-Vd/2，VAC=-Vd/2-V0。

2.當(dāng)IL

T-導(dǎo)通： ：VAB=-Vd/2，VAC=-Vd/2+V0 ；

D+導(dǎo)通： VAB=+Vd/2，VAC=Vd/2+V0。

諧振槽上的電壓VAC由IL電流方向和哪一開關(guān)導(dǎo)通來決定。上面的方程表達(dá)的4種情形可由圖1（b）的等效電路表示。要引起高度的重視，采用這一電路要根據(jù)不同時(shí)間的間隔進(jìn)行計(jì)算。各間隔內(nèi)，應(yīng)確定初始狀態(tài)條件，且要把VAB和VCB看做同一直流型電壓。

當(dāng)處于穩(wěn)定對(duì)稱的工作狀態(tài)時(shí)，兩開關(guān)處于相同的狀態(tài)，同樣，兩個(gè)二極管也處于相同的狀態(tài)，所以，只需要對(duì)運(yùn)行的半個(gè)周期進(jìn)行分析即可計(jì)算得到整周期運(yùn)行狀態(tài)，這是因?yàn)榱硗獍雮€(gè)周期運(yùn)行的狀態(tài)和這前一半周期運(yùn)行狀態(tài)是相互對(duì)稱的。

4 結(jié)語

本文結(jié)合當(dāng)前開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)，在系統(tǒng)學(xué)習(xí)開關(guān)電源原理的基礎(chǔ)上，了解開關(guān)電源的主要設(shè)計(jì)過程及其相關(guān)方法；并爭(zhēng)取在電源的設(shè)計(jì)和制造等工作中加以應(yīng)用，希望能給同行提供借鑒意義，促進(jìn)高壓軟開關(guān)充電電源硬件設(shè)計(jì)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞 加油站;防雷;隱患;接地;靜電防護(hù)

中圖分類號(hào) TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1674-6708(2010)16-0073-02

0 引言

靖西縣地處桂西南邊陲,南與越南接壤,靖西縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候,夏天無署,冬無嚴(yán)寒,年平均氣溫19.1℃,中國(guó)是世界上氣象災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高,機(jī)動(dòng)車輛和汽車加油站急速增加,伴隨的加油加汽站的雷電事故呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì),直接威脅到國(guó)家財(cái)產(chǎn)和周圍人民生命安全,削弱了其作為城市能源樞紐的功能,因此,這些易燃易爆場(chǎng)所的雷電安全防護(hù)就顯得尤為重要。本文通過對(duì)加油加氣站所處環(huán)境、防雷裝置特點(diǎn)和檢測(cè)資料,分析、總結(jié)出了常被人忽視的潛在隱患,其綜合防雷應(yīng)從建筑物的防雷、油罐的防雷、電源系統(tǒng)防雷、接地這幾個(gè)方面考慮依據(jù)國(guó)家技術(shù)規(guī)范要求,明確了針對(duì)性的全面防護(hù)措施,提出了系統(tǒng)的解決方案和辦法。

1 加油站常見特點(diǎn)與隱患

1.1 防直擊雷裝置

加油加氣站通常設(shè)在城區(qū)開闊位置或郊區(qū)、道路干線、高速公路等開闊地帶,占地面積不大,但所屬環(huán)境為雷電高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)。建筑物一般都有罩棚、營(yíng)業(yè)室、值班室等,至少應(yīng)按3類防雷設(shè)計(jì),油罐區(qū)應(yīng)按一類建筑物雷電防護(hù)要求。

金屬罩棚大多符合防雷技術(shù)要求,但緊鄰的站房多數(shù)無防雷裝置,安裝的金屬牌或射燈也無接地,存在防雷隱患。近年來,隨著國(guó)家對(duì)石化系統(tǒng)防雷的重視防雷檢測(cè)的深入,防雷狀況逐步有所改善。

1.2 防雷電電磁脈沖裝置

加油站的電源和通信線路通常都是架空到站區(qū)附近再埋地引入建筑物,部分是架空接入變壓器后再地埋引入,山區(qū)和鄉(xiāng)村加油站有時(shí)根本沒有地埋措施;河南省石化系統(tǒng)推廣的信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)才剛剛起步,引入加油站的ISDN等通信線路通常也是由戶外架空明線引入的;油庫(kù)的液位、溫度等信息線路外露安裝或無護(hù)套屏蔽接地措施;這些電源和信息線路絕大多數(shù)都未安裝電涌保護(hù)器(SPD)防護(hù)措施;因此非常容易遭受雷電電磁脈沖和過電壓襲擊。

雖然有的加油站在供電線路安裝了一級(jí)SPD,但往往由于級(jí)數(shù)不夠、人工接地體阻值過大、接地線太長(zhǎng)或連接不可靠等原因不符合規(guī)范,必然嚴(yán)重影響防雷效果,實(shí)際上防雷保護(hù)器形有實(shí)無。

1.3 電源系統(tǒng)裝置

加油站的380V交流供電線路是架空明線接入至站區(qū)附近再地埋引入建筑的,部分加油站是由10KV電力線架空接入,經(jīng)變壓器后再地埋引入建筑的。在鄉(xiāng)村和山區(qū)有時(shí)根本沒有地埋措施,因此非常容易感應(yīng)雷電電磁脈沖。

1.4 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)裝置

引入加油站的ISDN等通信線路通常也是由戶外架空明線引入的,并且通常未安裝專用電涌保護(hù)器(SPD)做雷電防護(hù)措施。 火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者”。此時(shí),應(yīng)定為二類防雷建筑物。

1.5 防雷技術(shù)規(guī)范

隨著科技的進(jìn)步,加油加氣站的電子設(shè)備也越來越多,越來越精密,承受電磁干擾能力就越低,受雷電過電壓襲擊的機(jī)會(huì)必然大大增加。可見,從雷電防護(hù)角度來看,加油站和油庫(kù)運(yùn)行于雷害高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中,即對(duì)于雷害風(fēng)險(xiǎn)的“暴露程度”很高。例如,2008年6月24日17時(shí)~20時(shí),百色靖西縣受850hPa切變線影響,部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)有強(qiáng)雷暴和大雨以上的強(qiáng)對(duì)流天氣過程,龍某住宅區(qū)南面距龍?zhí)逗蛹s50m,東北面約150m有座30多米高的小山峰,此地帶易遭受雷擊幾率較大。當(dāng)天有雷暴時(shí),17時(shí)40分左右該小區(qū)已斷電,至20時(shí)間該小區(qū)住戶電器陸續(xù)有遭雷擊事故,經(jīng)調(diào)查:8臺(tái)電腦(靠窗5臺(tái))、調(diào)制解調(diào)器7臺(tái)、電視機(jī)3臺(tái)、電視機(jī)頂盒3臺(tái),太陽(yáng)能熱水器2臺(tái)受不同程度損壞。據(jù)受災(zāi)住戶反映:有4位住戶電腦電源已全部拔出,但網(wǎng)絡(luò)線未拔出。其余用戶電源及網(wǎng)絡(luò)線均未拔出。

2 防雷技術(shù)措施

2.1 直擊雷保護(hù)

加油加氣站的金屬罩棚為第二類防雷建筑物,金屬外露罩棚最好平頂,不宜過高、過大,避雷網(wǎng)不應(yīng)大于l0m×10m或12m×8m,其引下線間距不應(yīng)大于18m,應(yīng)利用每個(gè)支撐柱子作為引下線,保證至少兩根鋼筋上下可靠焊接,在地面合適的位置留出檢測(cè)試端子;其外部包裹塑鋼版應(yīng)注意可靠接地,以防止靜電聚積。站房應(yīng)采用避雷帶(網(wǎng))防雷裝置,并利用站房柱筋和金屬罩棚接地系統(tǒng)。

2.2 公用接地系統(tǒng)與等電位連接

加油加氣站的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等宜共用一組接地裝置,且接地電阻值應(yīng)不大于4Ω(當(dāng)采用單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí),要求各接地裝置之間要保持一定的距離)。接地系統(tǒng)應(yīng)圍繞建筑物作環(huán)形閉合接地裝置,每組接地體設(shè)置2~3根垂直接地極,垂直接地極長(zhǎng)2.5m、埋深超過0.7m;接地網(wǎng)應(yīng)在基建時(shí)把油罐、管道加油口等多處位置可靠焊接,并為卸車地、加油機(jī)、配電盤等支線接地提供方便。

篇10

關(guān)鍵詞：水情測(cè)報(bào);太陽(yáng)能;負(fù)載特性;功耗;容量;輸出功率

中圖分類號(hào)： TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

第一節(jié) 大陽(yáng)電池簡(jiǎn)介

(一)太陽(yáng)電池簡(jiǎn)單原理

當(dāng)太陽(yáng)光(或其它光)照射到太陽(yáng)電池上時(shí)，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子――空穴對(duì)。在電池內(nèi)建電場(chǎng)作用下，光生電子和空穴被分離，光電池兩端出現(xiàn)異性電荷積累，即產(chǎn)生光生電壓――“光生伏打效應(yīng)”。若在內(nèi)建電場(chǎng)兩側(cè)引出電極，并接上負(fù)載，則負(fù)載中就有光生電流通過，從而獲得電功率輸出。這樣，太陽(yáng)光能就變成了可實(shí)用的電能。

(二)太陽(yáng)電池的負(fù)載特性

作為太陽(yáng)電池的用戶，我們最關(guān)心的是太陽(yáng)電池的外指標(biāo)，除了看結(jié)構(gòu)外型外，主要關(guān)心的是其負(fù)載特性――輸出電壓和電流的關(guān)系曲線。當(dāng)負(fù)載RL由零變到無窮大時(shí)，即可繪出太陽(yáng)電池的負(fù)載曲線。

曲線上任一點(diǎn)都稱為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)和原點(diǎn)O的連線為負(fù)載線，其斜率的倒數(shù)即為負(fù)載RL，與工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫、縱座標(biāo)即為工作電壓和工作電流。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL 到某―值Rm時(shí)，在曲線上的工作點(diǎn)為M，對(duì)應(yīng)的工作電流Im和工作電壓Vm之積最大

Pm=Im?Vm

M點(diǎn)為該太陽(yáng)電池的最佳工作點(diǎn)(最大功率點(diǎn))，Im為最佳工作電流，Vm為最佳工作電壓，Rm為最佳負(fù)載電阻，Pm為最大輸出功率。

(三)太陽(yáng)電池的填充因數(shù)F

Pm與(V∞×I∞)之比稱為填充因數(shù)F。

F=Pm/ V∞×I∞=Vm×Im/ V∞×I∞

用F可判斷太陽(yáng)電池輸出特性的優(yōu)劣。在一定光強(qiáng)下，F(xiàn)越大，負(fù)載特性曲線越接近“方”形，輸出功率也就越高。

它的充電電流為：

I=V-E/R1+R2

式中：V――太陽(yáng)電池輸出電壓；

E――蓄電池本身電壓；

R1、R2――太陽(yáng)電池和蓄屯池內(nèi)阻。

由(3)式可知，充電電流I與蓄電池反電動(dòng)勢(shì)E相關(guān)。當(dāng)正大于V時(shí)，會(huì)形成反充電(加了反充二極管后不會(huì)反充電，但存在二極管反相飽和電流)。

第二節(jié) 蓄電池簡(jiǎn)介

(一)蓄電池

蓄電池又稱二次電池。它與原電池(又稱一次電池)不同，原電池經(jīng)放電后，不能使用充電方法使其活性物質(zhì)復(fù)原。而蓄電池經(jīng)放電后，可用充電方法泛其活性物質(zhì)復(fù)原，再放電，故能以充電、放電方式循環(huán)多次使用。

(二)蓄電池主要(使用)參數(shù)

1、起動(dòng)功率，也即特定起動(dòng)電流下的輸出功率。在遙測(cè)系統(tǒng)中，主要表現(xiàn)在當(dāng)電臺(tái)發(fā)射(約7～8A)時(shí)，蓄電池電壓不應(yīng)下降太多(―般不能超過0.1～0.2v)。

2、蓄電池容量

蓄電池容量是指在一定放電電流、溫度、放電終止電壓等條件下，完全充電的蓄電池所能對(duì)外釋放的電量，它用安培小時(shí)(Ah)計(jì)量。在不同的使用條件下，有不同的含義，不同的容量。故有理論容量、額定容量、結(jié)構(gòu)容量，表現(xiàn)容量之分。

在遙測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用中，主要關(guān)心的是額定容量和表現(xiàn)容量。

額定(標(biāo)稱)容量：是指在給定的設(shè)計(jì)條件下使用時(shí)，蓄電池必須保證達(dá)到的最低限度的電量輸出標(biāo)準(zhǔn)，廠家一般給出的是該指標(biāo)(放電率在5～10小時(shí))。

表現(xiàn)容量：在個(gè)別條件下，蓄電池實(shí)際表現(xiàn)出來的容量稱之為該條件下的表現(xiàn)容量。在高倍率放電或低溫下使用，蓄電池對(duì)外輸出的電量將比低倍率放電和常溫下使用時(shí)輸出的電量小得多。

在遙測(cè)系統(tǒng)中，雖然電臺(tái)發(fā)數(shù)時(shí)電流較大，但時(shí)間很短(一般每次不會(huì)超過4秒)，平均仍是低倍率放電使用條件，因此，在設(shè)計(jì)中采用額定容量為依據(jù)是足夠了。

在自報(bào)式測(cè)站中，一般選用10―20Ah蓄電池，雖然在電臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)日蓄電池放電電流大到7一8A，但每次發(fā)射時(shí)間很短，一般不超過4秒鐘，值班時(shí)間遠(yuǎn)大于發(fā)數(shù)時(shí)間，故平均仍是低倍率放電，只要該電池起動(dòng)功率足夠，―般是沒有問題的。不過，若長(zhǎng)時(shí)間發(fā)話時(shí)，則為高倍率放電，對(duì)于一個(gè)15Ah的蓄電池，在發(fā)話(發(fā)射電流約7～8A)時(shí)，相當(dāng)于兩小時(shí)放電率，表現(xiàn)容量就顯得突出了。這也是我們把發(fā)話時(shí)間限制在每月不超過十分鐘(大部分集中時(shí)間使用)的原因之一。

3、絕緣電阻：主要指電池組相應(yīng)單節(jié)極柱之間的絕緣電阻，它的漏電比其蓄電池內(nèi)部自放電要大得多。所以蓄電池表面一定要保持清潔、干燥。

4、壽命和可靠性，該指標(biāo)只有通過大量試驗(yàn)(大的樣群或長(zhǎng)時(shí)間)才能取得。

第二章

太陽(yáng)電池――蓄電池供電方式設(shè)計(jì)

第一節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：在設(shè)備所處的環(huán)境(地理位置、地形、地物、氣象、太陽(yáng)能輻射等)和設(shè)備的使用條件(電壓、耗電量)下，設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)、最可靠的太陽(yáng)電池――蓄電池供電系統(tǒng)，為系統(tǒng)正常工作提供足夠的電能。

第二節(jié) 蓄電池容量

蓄電池是太陽(yáng)電池的蓄能裝置，在無日照時(shí)，它對(duì)負(fù)載供電。另外，當(dāng)負(fù)載短時(shí)間大電流“脈沖”功耗時(shí)，只靠太陽(yáng)電池不能滿足負(fù)載所需的全部電能，這時(shí)蓄電池將起補(bǔ)充作用。蓄電池還能起到一定的穩(wěn)壓作用和確定太陽(yáng)電池工作點(diǎn)的作用。

考慮到蓄電池老化、漏電、自放電以及容量參數(shù)的離散性，為了可靠地長(zhǎng)期對(duì)設(shè)備供電，蓄電池容量應(yīng)大于設(shè)備的平均電耗。故系統(tǒng)中的蓄電池容量用下式計(jì)算：

C＝負(fù)載平均電耗×連續(xù)無日照時(shí)間/容量修正系數(shù)

容量修正系數(shù)―般取0.7―0.8。那么：

對(duì)于自報(bào)站蓄電池容量取

C自=0.02（A）×30(d)×24(h/d)/0.7≈21(Ah)

對(duì)于應(yīng)答站蓄電池容量取

C應(yīng)=0.03（A）×7(d)×24(h/d)/0.7≈79.2(Ah)

第三節(jié) 太陽(yáng)電池輸出功率w

太陽(yáng)電池的輸出功率需根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的太陽(yáng)總輻射能量、太陽(yáng)電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率以及負(fù)載耗電情況來確定。

考慮到太陽(yáng)電池的輸出功率與日照條件緊密相關(guān)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮經(jīng)過―個(gè)連續(xù)陰雨周期后能迅速補(bǔ)充設(shè)備所消耗的蓄電池電能，以便在緊接著的下―個(gè)連續(xù)陰雨周期內(nèi)能可靠地對(duì)設(shè)備供電。為此太陽(yáng)電池的平均輸出功率應(yīng)比設(shè)備的平均功耗大得多，大的倍數(shù)可稱其為“保證系數(shù)K”。K值的大小與設(shè)備所在地的日照條件有關(guān)，具體取值可參閱K值與設(shè)備所在地的日照的曲線。則太陽(yáng)電池的輸出功率為：

W太＝設(shè)備平均功耗W平×K

以湖南為例，年平均基本為2000小時(shí)，查曲線得K＝12.2，那么對(duì)于自報(bào)站太陽(yáng)電池的輸出功率為：

W太=W月平×K＝0.24(W)×12.2≈3(W)

對(duì)于應(yīng)答站太陽(yáng)電池的輸出功率為：

W太=W’周平×K=3.96(W)X12.2 ≈48(W)

第四節(jié) 中繼站太陽(yáng)電池―一蓄電池供電方式設(shè)計(jì)

可參照上述辦法計(jì)算。計(jì)算時(shí)注意下述兩點(diǎn)：

1、中繼站接收和發(fā)射的時(shí)間是下屬各測(cè)站發(fā)射時(shí)間的總和。

2、對(duì)于模擬中繼，接收和發(fā)射是同時(shí)進(jìn)行的；對(duì)于再生中繼，接收和發(fā)射是分時(shí)進(jìn)行的。

第五節(jié) 中心站供電方式設(shè)計(jì)

中心站值班部分(包括電臺(tái)、中心控制儀、值班機(jī))的供電，也可采用太陽(yáng)電池――蓄電池方式供電。計(jì)算方法可參照測(cè)站計(jì)算方法進(jìn)行。但是由于中心站交流電源比較穩(wěn)定，所以目前中心站設(shè)備均采用交流――蓄電池方式供電。

參考文獻(xiàn):

1.孫增義等編著《水情自動(dòng)測(cè)報(bào)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》，北京：中國(guó)水利水電出版社