導(dǎo)語：如何才能寫好一篇開關(guān)電源原理設(shè)計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關(guān)鍵詞】電力儀表開關(guān)電源TOP260EN

中圖分類號：F407.61 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

隨著電力儀表測量精度的不斷提高以及體積越來越小，傳統(tǒng)的線性電源雖然設(shè)計簡單方便，使用的器件較少，紋波能滿足儀表設(shè)計的要求，但是要求輸出功能變大時，變壓器的體積是很多工程師棘手的問題，而且成本也隨之增加。開關(guān)電源體積小、寬輸入電壓，而且使用合適的元器件，合理的PCB布線，同樣也能輸出較好的紋波，價格上也可以接近線性電源，甚至更低。本文基于TOP260EN對電力儀表的開關(guān)進行了簡單的設(shè)計。

一、TOPSw itch-HX系列芯片介紹

1、芯片性能特點

TOPSwitch-HX系列芯片是美國Power Integrations公司最新推出的一組開關(guān)電源集成芯片。它將高壓功率MOSFET、PWM控制器、故障保護電路以及其他控制電路集成到單個CMOS芯片中，具備過壓、欠壓、過流、過熱保護、遠程控制等眾多功能。它廣泛地應(yīng)用于中小功率開關(guān)電源中，使電源損耗更少、電磁干擾更少、體積更小、效率更高、可靠性更高。TOPSwitch-HX系列產(chǎn)品具有以下顯著特點：

(1)將脈寬調(diào)制(PWM)控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場效應(yīng)管(MOS- FET)、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環(huán)路補償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實現(xiàn)了無工頻變壓器、隔離式開關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。

(2)采用漏極開路輸出，并利用控制極反饋電流IC來線性調(diào)節(jié)占空比實現(xiàn)AC/DC變換的，即屬于電流控制型單片開關(guān)電源。

(3)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時，可選110V/115V/230V交流電，允許變化±15%。在寬電壓范圍輸入時，適配85~265V交流電，但輸出功率峰值POM要比前者降低40%。

(4)它只有三個引出端，能以最簡方式構(gòu)成無工頻變壓器的單端反激式開關(guān)電源。開關(guān)頻率的典型值為100 kHz，允許范圍是90 k~110 kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是1.7%~67%。

(5)電路簡單，電磁干擾小，成本低廉。由于芯片本身功耗很低，電源效率可達80%左右，最高可達90%

2、芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和引腳功能

TOPSwitch-HX封裝主要分為Y封裝、E封裝、L封裝、M封裝、P和G封裝?，F(xiàn)以圖1(a)所示的E封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖來說明TOPSwitch-HX系列芯片的結(jié)構(gòu)特點，其主要由以下幾部分組成： (1)控制電壓源；(2)帶隙基準(zhǔn)電壓源；(3)頻率抖動振蕩器；(4)并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器；(5)脈寬調(diào)制器(含PWM調(diào)制器和觸發(fā)器)；(6)過電流比較器；(7)門驅(qū)動級和輸出級；(8)具有滯后特性的過熱保護電路；(9)關(guān)斷/自動重啟動電路；(10)高壓電流源；(11)軟啟動電路；(12)輸入過壓、欠壓檢測及保護電路；(13)電流極限調(diào)節(jié)器；(14)線路檢測器；(15)線路檢測端和極限電流設(shè)定端的內(nèi)部電路；(16)停止邏輯；(17)開啟電壓為1V的電壓比較器。

（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

（b）引腳排列圖

圖1TOPSwitch-HX E型封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和引腳排列圖

本次設(shè)計選用E封裝的TOPSwitch-HX芯片，其

引腳排列如圖1(b)所示，引腳功能如下。

漏極引腳(D)：MOSFET漏極引腳，通過內(nèi)部高壓電流源為內(nèi)部電路提供啟動偏置電流。

控制引腳(C)：誤差放大器及反饋電流的輸入腳，與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，可控制占空比。

極限電流設(shè)定端引腳(X)：用于對外部電流設(shè)定調(diào)整，在此端接上不同的電阻，可使開關(guān)電流設(shè)定為不同的數(shù)值。連接至源極引腳(S)則禁用此引腳的所有功能。

電壓監(jiān)測引腳(V)：是過壓(OV)、欠壓(UV)、降低DCMAX的線電壓前饋、輸出過壓保護(OVP)、遠程開/關(guān)和器件重置的輸入引腳。連接至源極(S)引腳則禁用此引腳的所有功能。

源極引腳(S)：源極連接點，用于高壓功率的回路。它也是初級控制電路的公共點及參考點。頻率引腳(F)：用于選擇開關(guān)頻率的輸入引腳，如果連接到源極(S)引腳則開關(guān)頻率為132kHz，連接到控制引腳(C)則開關(guān)頻率為66kHz。

二、輔助電源的設(shè)計

1、設(shè)計要求

超聲波發(fā)生器對輔助電源的要求是：可靠、穩(wěn)定、小型、高效率；交流輸入電壓為85~265VAC；適應(yīng)負載在較大范圍變化；自保護功能齊全。設(shè)計技術(shù)指標(biāo)如下，輸入電壓： 85~265V AC(50Hz)；輸出電壓和電流： 3路共地， 20V/2A， 12V/1A， 5V/1A； 1路獨立地5V/1A；輸出電壓紋波：≤1%；電源效率η：≥75%；電壓調(diào)整率SV：±1%；負載調(diào)整率SI：±1%。

2、電路設(shè)計及工作原理

(1)開關(guān)電源集成芯片的選取

由設(shè)計要求，可確定電源工作方式為反激式，可計算出電源輸出總功率P為62W(P=20×2+12×1+5×1×2=62W)。考慮到設(shè)計時需要留有一定裕量，為此可選用TOP260EN芯片，其最大輸出功率為93W(適配器模式)。以TOP260EN為核心設(shè)計的輔助電源如圖2所示。

圖2輔助電源原理圖

(2) EMI濾波電路與輸入整流濾波電路設(shè)計

電容C1、C6和電感L1、L2組成EMI濾波電路，其中C6能濾除變壓器一次、二次繞組耦合電容產(chǎn)生的共模干擾。橋塊BR1和電容C2、C4組成一次整流濾波電路，其中C4為開關(guān)電源提供去耦，從而降低差模干擾，C2可確保低紋波直流電流進入反激式轉(zhuǎn)換器級，C2的容量可依照經(jīng)驗來取值，可取容量為120μF、耐壓為400V的電解電容。

(3) TOP260EN電路的設(shè)計

為了減小變壓器和電源的體積，將引腳(F)與引腳(S)短接，使TOP260EN工作在開關(guān)頻率為132kHz的全頻方式。電阻R5、R6和R7用來限制功率，保證在輸入電壓波動時維持相對恒定的過載功率。將引腳(V)與直流電壓輸入端之間接入線電壓檢測電阻R(R=R3+R4)，可為TOP260EN提供線電壓前饋信號，一方面保證在直流輸入電壓下降到100V時，輸出沒有干擾，實現(xiàn)欠壓檢測功能；另一方面保證在直流輸入電壓升至450V以上且電壓恢復(fù)正常值以前時，使TOP260EN停止工作，防止器件損壞，實現(xiàn)過壓檢測功能。線電壓檢測電阻R可由式(1)和式(2)確定為4MΩ。

UUV=IUVR （1）

UOV=IOVR （2）

式中：UUV、UOV、IUV、IOV分別為TOP260EN的欠壓、過壓、欠壓電流、過壓電流，其數(shù)值分別為100V、450V、25μA、112.5μA。

為了吸收TOP260EN關(guān)斷時高頻變壓器一次繞組漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，以保護MOSFET不受損壞，設(shè)計了一個由R8、R9、C5、VR1、D1構(gòu)成的高效率箝位電路，使漏感中的能量大部分消耗在R8、R9上；同時，通過VR1可將電壓箝位在限定范圍內(nèi)，使電源在開啟和過載情況下均能滿足要求。VR1選用箝位電壓為180V的瞬態(tài)電壓抑制器，D1選用反向耐壓為600V的超快恢復(fù)二極管。

(4)變壓器設(shè)計

高頻變壓器是開關(guān)電源的核心元件，在電路中兼有能量轉(zhuǎn)換、電壓變換、限流和隔離作用，是整個設(shè)計中的難點和關(guān)鍵。在設(shè)計和制作時，對磁芯材料的選擇、磁芯與線圈的結(jié)構(gòu)、繞制工藝等都要有周密考慮。為了合理選擇變壓器的磁芯，確定初級、次級線圈的線徑、匝數(shù)及氣隙等參數(shù)，本設(shè)計選用開關(guān)電源專用設(shè)計軟件PI-Expert來計算變壓器參數(shù)。磁芯選擇：磁芯材料NC-2H，磁芯類型EE35，相關(guān)參BW=15.70mm，ML=0mm，MR=0mm，AE=101.40mm2，ALG=324nH/T2，BM=219mT，BP=303mT，BAC=56mT；氣隙：LG=0.379mm；初級線圈電感量LP=230μH，初級匝數(shù)NP為27. 3匝(實際取28匝)，初級線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞，初級漏感LL為6.3μH；反饋繞組匝數(shù)NB為6匝，反饋繞組線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞；次級20V/2A繞組匝數(shù)為3匝，線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞；次級12V/1A繞組匝數(shù)為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)，3股并繞； 5V/1A繞組匝數(shù)為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)， 4股并繞；5V/1A繞組匝數(shù)為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)。軟件給出的參數(shù)都是經(jīng)過一定優(yōu)化得到的，故實際設(shè)計中優(yōu)先選用這些推薦參數(shù)，實踐證明這樣做是合理且高效的。

(5)輸出整流濾波電路的設(shè)計

高頻變壓器的二次側(cè)輸出電壓經(jīng)二極管D2~D5整流后，由電解電容C13~C16濾波，再經(jīng)電感L3~L6低通濾波后送給電解電容C17~C20，進一步降低直流電壓的交流紋波后向負載輸出。設(shè)計時，要選用等效串聯(lián)電阻很小的輸出濾波電容，以避免因電容損耗增大而引起的電源可靠性降低。

(6)反饋控制電路的設(shè)計

電源能否穩(wěn)定地工作在額定范圍內(nèi)，反饋控制電路的設(shè)計是很重要的。設(shè)計中，對于精度要求較高的5V輸出，采用線性光耦LTY817C和三端精密穩(wěn)壓器LM431等元件組成電氣隔離式反饋電路，其工作原理是：變壓器次級偏置繞組的輸出電壓經(jīng)過D6、C11整流濾波后給LTY817C中的接收管U2B提供偏置電壓，5V輸出經(jīng)電阻分壓器R17、R18獲得取樣電壓，與LM431中的2.5V基準(zhǔn)電壓相比較后產(chǎn)生誤差電壓，使LTY817C中發(fā)光二極管的工作電流產(chǎn)生相應(yīng)變化，再通過LTY817C隔離放大去改變控制引腳(C)的電流，從而調(diào)節(jié)TOP260EN的輸出占空比，達到輸出5V電壓穩(wěn)定的目的。其中R16為限流電阻，推薦值R16=100Ω；電阻分壓器R18典型值為10kΩ，R17阻值可根據(jù)式(4)確定為10kΩ。

R17=10×(5-2.5) /2.5(kΩ)(4)

C8為控制端的旁路電容；C9與R15一起構(gòu)成尖峰電壓濾波器，使偏置電壓在負載較重時能保持恒定；C21為軟啟動電容； C22和R19構(gòu)成控制回路的補償元件；另外，本設(shè)計還通過VR2、R12、D7、VR3、R20、U3、R13、D8等器件實現(xiàn)可選次級側(cè)過壓保護功能。如果某元件出現(xiàn)故障而導(dǎo)致反饋環(huán)路開環(huán)，偏置繞組電壓將會上升，此時VR2將擊穿并通過R12、D7觸發(fā)引腳(V)而啟動過壓保護；同時，輸出端的電壓過高將導(dǎo)致VR3擊穿，并使流經(jīng)R20和U3A中電流增加，進而使U3B中的電流產(chǎn)生相應(yīng)變化并經(jīng)R13和D7觸發(fā)引腳(V)而啟動過壓保護。

結(jié)束語

本文采用TOP260EN研制了一款單片開關(guān)電源，論文給出了電路各部分的詳細設(shè)計方法，并進行了參數(shù)計算，通過實測結(jié)果分析，驗證了理論的可行性，并且產(chǎn)品作為輔助電源應(yīng)用于某項目中，取得了很好的效果。

參考文獻

[1] 閆群民，馬永翔. 基于TOP225Y的雙輸出開關(guān)電源設(shè)計[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用. 2008(07)

篇2

關(guān)鍵詞：電力設(shè)計院；大計劃大預(yù)算；管理辦法；信息化建設(shè)；組織保障

為深入踐行集團企業(yè)和電力設(shè)計院發(fā)展戰(zhàn)略，提升電力設(shè)計院計劃和預(yù)算管理水平，加強資本性項目投資和成本性項目支出的管控，改變當(dāng)前計劃管理以“條塊分割”和“切塊式”管理為主的粗放管理模式，解決長期以來計劃管理與預(yù)算管理相脫節(jié)的問題，實現(xiàn)電力設(shè)計院計劃管理與預(yù)算管理的有效融合，現(xiàn)對電力設(shè)計院大計劃大預(yù)算管理工作開展有以下思路。

一、背景及現(xiàn)狀

電力設(shè)計院當(dāng)前正處于大規(guī)模發(fā)展和建設(shè)時期，每年的資本性投資和成本性項目支出金額十分龐大。在現(xiàn)有的電力體制環(huán)境下，如何有效地提高電力設(shè)計院的投資及成本項目的管理水平，防范經(jīng)營風(fēng)險，實現(xiàn)電力設(shè)計院投資效益和成本支出效益最大化，是對企業(yè)經(jīng)營管理能力的一種考驗。

電力設(shè)計院計劃管理一直沿用傳統(tǒng)的基于各專業(yè)部門分工的“切塊式”管理，而預(yù)算資金需要統(tǒng)一規(guī)劃和安排，致使計劃與預(yù)算管理過程中出現(xiàn)了一定程度的不統(tǒng)一、不協(xié)調(diào)問題。而且項目批準(zhǔn)缺少全面、科學(xué)的評價方法，管理手段較為粗放，難以實現(xiàn)整體投資效益最大化。因此，必須對現(xiàn)有的計劃管理模式進行管理變革，通過實施“大計劃大預(yù)算”管理，提升項目計劃和預(yù)算管理水平。

二、工作思路

圍繞電力設(shè)計院總體目標(biāo)，貫徹落實企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，以制度建設(shè)為基礎(chǔ)，以提升經(jīng)營管理水平和經(jīng)濟效益為目的，以項目計劃管理為核心，以評價考核為手段，規(guī)范、有序、高效地推進大計劃大預(yù)算管理的實施工作，促進企業(yè)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

三、工作目標(biāo)

大計劃大預(yù)算管理工作實施的總體目標(biāo)：通過實施大計劃大預(yù)算管理模式，對企業(yè)資本性項目投資計劃和成本性項目支出計劃進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、綜合平衡，有效加強資本性投資和成本性項目支出的管控，實現(xiàn)計劃管理與預(yù)算管理的有效融合，防范經(jīng)營風(fēng)險，提高經(jīng)營管理水平和經(jīng)濟效益，促進企業(yè)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，確保企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。

四、工作內(nèi)容

（一）大計劃大預(yù)算管理的內(nèi)涵和實質(zhì)

大計劃大預(yù)算管理是指對資本性項目投資計劃和成本性項目成本支出計劃，進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、綜合平衡，并通過計劃管理與預(yù)算管理的有效融合，確保計劃和預(yù)算的統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性和科學(xué)性，促進整體投資效益的最大化。主要具有以下特點。

1.大計劃大預(yù)算管理需要充分考慮對企業(yè)戰(zhàn)略的有效銜接。在大計劃大預(yù)算管理模式下，企業(yè)的年度計劃和預(yù)算應(yīng)根據(jù)企業(yè)經(jīng)營業(yè)績滾動規(guī)劃和企業(yè)發(fā)展方向進行編制，量化并承接企業(yè)戰(zhàn)略，以實現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略和規(guī)劃的切實落地。

2.大計劃大預(yù)算管理需要實行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、綜合平衡的管理模式。大計劃大預(yù)算管理是要求將企業(yè)所有的經(jīng)營活動和各專業(yè)項目全部納入計劃和預(yù)算管理，并改變以往“條塊分割”和“切塊式”的計劃編報和下達模式，實施由統(tǒng)一的歸口管理部門對企業(yè)計劃和預(yù)算分別進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)及綜合平衡，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)計劃和財務(wù)預(yù)算的有效融合，促進計劃與預(yù)算的協(xié)調(diào)一致。

3.強調(diào)項目的投入產(chǎn)出效益分析和評價，引入項目優(yōu)選方法。對上報的計劃項目按照安全性、經(jīng)濟性、政策性等因素進行優(yōu)選排序，以綜合最優(yōu)的目標(biāo)進行項目預(yù)算安排，以保證項目計劃的科學(xué)性，合理安排投資規(guī)模，優(yōu)化企業(yè)的項目資金投入，提高項目管理水平和經(jīng)濟效益。

（二）大計劃大預(yù)算管理的實施內(nèi)容

1.制定大計劃大預(yù)算管理辦法

通過制定《大計劃大預(yù)算管理辦法》，明確和規(guī)范大計劃大預(yù)算管理模式下的具體管理內(nèi)容、職責(zé)分工、管理流程及執(zhí)行分析等相關(guān)內(nèi)容，落實大計劃大預(yù)算管理機制。

第一，大計劃大預(yù)算管理內(nèi)容：明確大計劃大預(yù)算管理所覆蓋的業(yè)務(wù)范圍及項目類型。

第二，大計劃大預(yù)算職責(zé)分工：明確大計劃大預(yù)算管理工作所涉及的主要部門/分公司的職責(zé)分工。其中，涉及的部門/分公司包括計劃發(fā)展部、財務(wù)部、后勤管理中心、市場開發(fā)部、國際分企業(yè)、勘測分企業(yè)、國際分公司和工程管理部等相關(guān)部門。

第三，大計劃大預(yù)算管理主要流程環(huán)節(jié)：規(guī)范大計劃大預(yù)算的主要業(yè)務(wù)流程及時間節(jié)點。其中包括年度預(yù)算總規(guī)模、各部門/分公司年度計劃預(yù)控數(shù)分解及下達、項目優(yōu)選排序及評價審核、各類項目的專業(yè)評審、各專業(yè)計劃的匯總、優(yōu)化及平衡等相關(guān)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)。

第四，大計劃大預(yù)算執(zhí)行分析：通過對計劃執(zhí)行情況進行及時、準(zhǔn)確地統(tǒng)計和分析；并通過制定合理的評估考核制度，對計劃執(zhí)行情況實施考核，以確保計劃執(zhí)行的剛性。

2.結(jié)合信息系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)大計劃大預(yù)算管理信息化信息系統(tǒng)建設(shè)，是做好大計劃大預(yù)算管理的重要手段。大計劃大預(yù)算項目眾多，各部門/分公司管理任務(wù)十分繁重，通過管理信息系統(tǒng)建設(shè)，建立強大的信息平臺支撐體系，固化大計劃大預(yù)算管理流程及項目優(yōu)選模型，以提高大計劃大預(yù)算的編制、上報、下達、調(diào)整、查詢、分析等工作的效率和質(zhì)量。

第一，信息系統(tǒng)建設(shè)的基本目標(biāo)：固化大計劃大預(yù)算管理業(yè)務(wù)流程及項目優(yōu)選模型，實現(xiàn)投資計劃業(yè)務(wù)的縱向貫通，以及與各計劃執(zhí)行部門/分公司業(yè)務(wù)的橫向融合；提高計劃編制、上報、下達、調(diào)整、查詢、分析等工作的準(zhǔn)確性、及時性和可追溯性，實現(xiàn)企業(yè)計劃編制與管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，以及計劃編制、管理與執(zhí)行、分析的信息一體化，加強企業(yè)計劃管理和控制的剛性。

第二，基本功能需求：為實現(xiàn)信息系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)，大計劃大預(yù)算管理系統(tǒng)必須具備的主要功能，包括年度計劃總預(yù)控數(shù)測算、年度計劃總預(yù)控數(shù)分解（按部門及分公司分解）、年度計劃預(yù)控數(shù)下達、預(yù)控數(shù)的在線控制功能（即在年度計劃編制過程中，各部門和分公司的年度計劃必須不能超出預(yù)控數(shù)）、計劃編制功能、項目儲備庫管理、項目優(yōu)選評價、計劃在線審核及審批功能、計劃在線上報、計劃匯總、計劃下達、計劃調(diào)整、計劃分析（包括與計劃實際執(zhí)行情況的對比分析）、計劃查詢等功能。

第三，信息系統(tǒng)建設(shè)方案：計劃發(fā)展部、財務(wù)部、科技信息部對建設(shè)方案進行了深入的對比分析，最終確定獨立建立大計劃大預(yù)算信息支撐系統(tǒng)。

五、大計劃大預(yù)算建設(shè)工作組織保障

大計劃大預(yù)算涉及企業(yè)經(jīng)營發(fā)展的方方面面，大計劃大預(yù)算工作涉及多個部門，工作量大、協(xié)調(diào)任務(wù)重。為保證大計劃大預(yù)算工作的順利實施，必須成立一支相對穩(wěn)定、配合密切、溝通順暢、反應(yīng)快速的大計劃大預(yù)算管理機構(gòu)。該機構(gòu)由大計劃大預(yù)算管理領(lǐng)導(dǎo)小組、綜合管理工作組和部門管理工作組組成。

第一，大計劃大預(yù)算管理領(lǐng)導(dǎo)小組：把握大計劃大預(yù)算管理總體方向，實施總體部署。

第二，綜合管理工作組：制定企業(yè)大計劃大預(yù)算管理工作實施方案，把握方案實施進度；實施企業(yè)層面大計劃大預(yù)算管理工作內(nèi)容；監(jiān)督、總結(jié)各部門和分公司管理工作組工作成果，主持階段匯報會議。

第三，部門/分公司管理工作組：確定本部門/分公司工作方向，組織制定工作方案；把握本部門/分公司大計劃大預(yù)算管理各項目工作進度；實施本部門/分公司大計劃大預(yù)算管理工作內(nèi)容；按要求向綜合管理工作組反饋工作狀況。

參考文獻：

1.馬稱付.大預(yù)算管理模式在企業(yè)中的應(yīng)用[J].企業(yè)研究，2011（24）.

篇3

電氣工程及自動化

大功率開關(guān)電源的設(shè)計

一、

綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

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

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

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

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

開關(guān)電源開關(guān)頻率的提高可以使電源重量減輕、體積減小，但使開關(guān)損耗增大，電源效率降低，電磁干擾問題變得突出起來。為了解決因提高開關(guān)電源工作頻率而帶來的負面影響，同樣在20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)采用準(zhǔn)諧振技術(shù)的零電壓開關(guān)（ZVS）電路和零電流開關(guān)(ZCS)電路。在理想情況下，采用軟開關(guān)技術(shù)，可使開關(guān)損耗降為零。正是軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，使開關(guān)電源進一步向效率高、重量輕、體積小、功率密度大的方向發(fā)展。經(jīng)過近30年的發(fā)展，對軟開關(guān)技術(shù)的研究可謂方興未艾，它已成為各種電力電子電路的一項基礎(chǔ)性技術(shù)。迄今為止，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域非開關(guān)電源莫屬。

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

Factor

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

高頻化是開關(guān)電源輕、薄、小的關(guān)鍵技術(shù)，國外各大開關(guān)電源制造商都在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，并致力于開發(fā)新型高智能化的元器件，尤其是改善整流器件的損耗，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能。另外，電容器的小型化和表面粘著（SMT）技術(shù)的應(yīng)用為開關(guān)電源向輕、薄、小型化發(fā)展奠定了良好的技術(shù)支持。目前市場上出售的采用雙極性晶體管制成的100千赫茲開關(guān)電源和用場效應(yīng)管制成的500千赫茲開關(guān)電源雖已使用化，但其工作頻率還有待進一步的提高。

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

選擇本課題可以使我掌握開關(guān)電源的工作原理，進一步加深對開關(guān)電源的理解。并把所學(xué)的專業(yè)知識（包括單片機原理與應(yīng)用技術(shù)、電力電子技術(shù)、大學(xué)物理、計算機輔助設(shè)計等）應(yīng)用到具體實例中，有效地鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，真正做到學(xué)有所用。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

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

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

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

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

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

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

三、研究步驟、方法及措施：

步驟：

（1）查閱相關(guān)的技術(shù)資料，制定初步的方案；

（2）利用適當(dāng)?shù)挠嬎銠C輔助設(shè)計軟件（如Proteus、PI

Expert

6.5、Multism等）對設(shè)計方案進行模擬仿真；

（3）四個模塊設(shè)計的先后順序為功率因數(shù)校正電路、輔助電源模塊、控制電路和主電路。

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

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

四、參考文獻

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篇4

關(guān)鍵詞 繼電保護；開關(guān)電源；電源故障；改進后的電源

中圖分類號TM77 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）79-0152-02

1 研究繼電保護裝置的必要性

隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的繼電保護裝置也在不斷的發(fā)展，尤其是對于其可靠性的研究則越發(fā)重視。繼電保護裝置是保護電力系統(tǒng)安全、正常、可靠運行的重要裝置，如果繼電保護裝置發(fā)生故障，將會直接影響電網(wǎng)的安全可靠性，許多大型停電事故都是由于連鎖故障造成的，尤其是繼電保護裝置故障引發(fā)的電網(wǎng)故障所占比例較高。國外大型停電事故，如2003年的英國倫敦大停電、2003年8月美國、加拿大停電事故；國內(nèi)停電事故，如2007年國家電網(wǎng)公司的繼電保護裝置故障。據(jù)統(tǒng)計大約有75%的大型停電事故與繼電保護操作不當(dāng)有關(guān)，這表明繼電保護系統(tǒng)故障所造成的危害不能小視。

繼電保護用開關(guān)電源是主要功能模塊，在確保輸出電壓穩(wěn)定的前提下，利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)用來掌控繼電保護用開關(guān)的時間問題。因此，要保持繼電保護用開關(guān)電源性能良好，這樣才能進一步提高機電保護裝置的安全可靠。繼電保護用開關(guān)電源是主要功能模塊，在確保輸出電壓穩(wěn)定的前提下，利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)用來掌控繼電保護用開關(guān)的時間問題。因此，要保持繼電保護用開關(guān)電源性能良好，這樣才能進一步提高機電保護裝置的安全可靠。

2 繼電保護隱蔽故障

根據(jù)許多資料表明，繼電保護的隱蔽故障是許多大型停電事故的罪魁禍?zhǔn)住ｋ[蔽故障在系統(tǒng)正常運行時并不會對其造成影響，但當(dāng)系統(tǒng)某些部分發(fā)生改變時，故障就會一觸即發(fā)，導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果。隱蔽故障主要就是因其隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，因此故障發(fā)生時不能及時阻止。即使繼電器正確排除故障，但隱蔽故障就像一顆定時炸彈一樣，往往就會導(dǎo)致保護系統(tǒng)誤動作，從而釀成大型事故。

3 開關(guān)電源工作原理

開關(guān)電源主要是使用半導(dǎo)體功率器作為開關(guān)，使電源形態(tài)發(fā)生改變，同時保持其穩(wěn)定輸出，采用閉環(huán)控制，并具有保護環(huán)節(jié)的模塊。開關(guān)電源的主要工作原理是將高壓交流電通過整流和調(diào)制的方式，轉(zhuǎn)變成適合繼電保護裝置的低壓直流電。壓交流電的具體變換順序是：通過濾波、整流、降壓等一系列措施，從高壓交流電——高壓直流電——高壓脈動直流——轉(zhuǎn)變最終適用的低壓直流電。

4 故障現(xiàn)象分析

設(shè)計繼電保護用開關(guān)電源要考慮到許多因素，如時序和保護，這樣才能滿足其多功能要求。設(shè)計時需要承擔(dān)故障風(fēng)險，再加之其需要的工作條件較為苛刻，影響繼電保護用開關(guān)電源正常、安全的運行，因此繼電保護用開關(guān)電源因設(shè)計缺陷造成的故障屢見不鮮。

4.1 輸入電源波動，開關(guān)電源停止工作

4.1.1 故障表現(xiàn)

故障具體表現(xiàn)可以通過輸入電壓和輸出電壓的變化來觀察。輸入電壓在產(chǎn)生瞬時故障時恢復(fù)正常后，繼電保護開關(guān)電源會停止工作，輸出電壓卻一直未見，而且不能自動斷電。由繼電保護試驗儀控制并記錄輸入電壓和輸出電壓的一系列變化，并控制輸入電壓中斷的時間?？赏ㄟ^便攜式波形記錄儀進行記錄。在繼電保護試驗儀控制輸入電壓中斷的時間長短中，我們可以發(fā)現(xiàn)：輸入電源恢復(fù)正常的時間共耗費了100ms～200ms左右，開關(guān)電源并沒有跟輸入電壓一起恢復(fù)正常；在輸入電壓中斷約250ms以后恢復(fù)，但輸出電壓+5V、+24V卻消失；輸入電壓短暫中斷70ms以內(nèi)會恢復(fù)正常，而+5V、+24V輸入電壓并未消失，而且沒有影響開關(guān)電源的正常工作。

4.1.2 故障分析

開關(guān)電源的正常啟動邏輯和輸出電壓保護邏輯是故障表現(xiàn)的直接原因。故障發(fā)生后，往往是由于此開關(guān)電源出現(xiàn)輸出電壓欠壓保護邏輯。開關(guān)電源的邏輯混亂造成了故障的發(fā)生，因此就要更改邏輯。電源欠壓保護的誤動作是由于輸入電壓快速通斷造成的，這種誤動作主要是延時電路沒有按時復(fù)位，忽略了電壓的變化，使得通電時的假欠壓信號未能及時屏蔽。

4.1.3 解決措施

解決故障要根據(jù)輸入電壓的變化來采取措施。在保護環(huán)節(jié)增加輸入電壓和電子開關(guān)，起到檢測和閉合的作用。根據(jù)開關(guān)閉合后的輸入電壓情況判定，輸入電壓數(shù)值升到定值后，那么延時電路開始重新延時，這樣在重新啟動時的假欠壓信號就可以順利屏蔽，這樣也可以徹底解決故障。

4.2 啟動電流過大，導(dǎo)致電源承載過大

4.2.1 故障表現(xiàn)

根據(jù)電源模塊的正常工作狀況看，故障下的輸入電流很容易“不夠正?！?，隨著輸入電壓的逐漸增大而迅速“膨脹”，導(dǎo)致電源承載電流過大。

4.2.2 故障分析

根據(jù)故障的表現(xiàn)，可以看出輸入電流的電流激增是一種必然，從而導(dǎo)致電源過載。在電源啟動時，輸出回路的功率會猛增，許多設(shè)計就沒有充分考慮大功率問題，因此在啟動時的電壓和猛增的功率形成鮮明對比，并且瞬態(tài)電流猛增，導(dǎo)致電源過載。

4.2.3 解決措施

在設(shè)計中要充分考慮到功率問題，以更好的配合開關(guān)電源的工作。開關(guān)電源啟動時功率要保持一定的值，如果要減少啟動時的電流值，也可以增加啟動電壓的值。增加啟動電壓之后，可以發(fā)現(xiàn)啟動電流的值會有所減少，亦不會對電源造成沖擊。

5 結(jié)論

由此可見，開關(guān)電源在設(shè)計時要注意各種細節(jié)和各個環(huán)節(jié)，要注意電能變換、輸出電壓和電源的保護功能，這些都是開關(guān)電源中的重要環(huán)節(jié)，緊密相連。正所謂“牽一發(fā)而動全身“，某一個環(huán)節(jié)出了差錯，開關(guān)電源的工作就會受到影響。在設(shè)計之前要充分考慮到電源啟動功率和啟動電壓問題，在功率一定的情況下，提高啟動電壓，這樣就可以避免電流徒增。由于電力系統(tǒng)的供電范圍越發(fā)廣泛，對于繼電保護裝置的可靠性研究必須要日益重視起來。

參考文獻

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篇5

1 開關(guān)電源的發(fā)展過程

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

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

2 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢

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

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

3 開關(guān)電源的分類

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

3.1 DC/DC變換

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

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

3.2 AC/DC變換器

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

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

4.1開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理

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

Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。

4.2 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路

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

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

5 開關(guān)電源在醫(yī)學(xué)儀器中的應(yīng)用

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

5.1軟啟動控制電路

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

5.2 自動識別電路

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

5.3 晶體管開關(guān)電路又稱輔助電源

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

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關(guān)鍵詞 開關(guān)電源；電磁干擾；電磁兼容性設(shè)計

中圖分類號TN86 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2011）37-0183-02

1 概述

由于開關(guān)電源的電磁干擾EMI信號輸出既能有很寬的頻率范圍，又具有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射后會污染電磁環(huán)境，對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。因此，如何進行電磁兼容性設(shè)計，有效地抑制開關(guān)電源的電磁干擾，對保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行具有重要意義。

2 開關(guān)電源的電磁干擾

2.1 開關(guān)電源的工作原理

直流開關(guān)電源由輸入部分、功率轉(zhuǎn)換部分、輸出部分、控制部分組成。功率轉(zhuǎn)換部分是開關(guān)電源的核心，主要由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成。它首先將工頻交流電整流為直流電，然后經(jīng)過開關(guān)管的控制變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓（其原理圖及等效原理框圖如圖1所示）。

2.2 電磁干擾EMI的特點

作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強度較大，干擾源主要集中在開關(guān)管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時，雜散電容會將電網(wǎng)的噪聲傳導(dǎo)到電子系統(tǒng)的電源而對電子線路的工作產(chǎn)生干擾。相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚，開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾； PCB走線因需采用手工調(diào)整，具有隨意性，這更增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

3 電磁兼容性EMC設(shè)計

圖1

電磁兼容性EMC設(shè)計包括兩層含義，一是設(shè)備在工作中產(chǎn)生的電磁輻射必須限制在一定水平內(nèi)，二是設(shè)備本身要有一定的抗干擾能力。

形成電磁干擾的三要素是干擾源、耦合通道、敏感體。因而，抑制電磁干擾即進行電磁兼容性EMC設(shè)計首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。

應(yīng)用實例：丹東華通測控有限公司生產(chǎn)的PDM系列智能電力綜合監(jiān)控儀表如：三相綜合電力監(jiān)控儀820系列儀表的開關(guān)電源部分就是采取切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，運用了屏蔽、濾波、接地等技術(shù)來提高電力儀表的抗擾能力。

3.1 采用屏蔽技術(shù)

由于功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上，這樣易產(chǎn)生共模干擾，通過采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，從而割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。

3.2 做到安全接地

為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采用單點接地法，利用一個導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。低頻電路采用單點并聯(lián)接地，高頻電路采用多點接地，并把電源地、信號地和屏蔽地接到公共的地線上。與印刷線路板以外的信號相連時，采用屏蔽電纜，并對于高頻和數(shù)字信號屏蔽電纜兩端都接地。

3.3 濾波

在電源輸入端接上濾波器，即可抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，又可抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。

3.4 PCB布線時所采取的措施

布線開關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線都可起到天線的作用，噪聲通過引線向外發(fā)射，因此布線時，將所有通過高頻交流的電流印制線設(shè)計得盡可能短而寬，根據(jù)印制線路經(jīng)電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

在每個集成電路的電源，地之間都要加一個去耦電容。一方面可提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。

將所有連接到印制線和其他電源線的元器件放置得很近，主要信號線集中在PCB板中心，同時電源線盡可能遠離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。屏蔽線上放置多個接地過孔，元器件與板保持水平且緊靠板。

3.5 元器件選用

盡量不選用比實際需要的速度更快的元件，在布局上，把模擬信號部分，高速數(shù)字電路部分，噪聲源部分這三部分合理地分開，使相互間的信號耦合為最小。輸入器件與輸出器件盡量遠離，元件的引腳長度盡可能短，以減小元件分布電感的影響。

3.6 進行EMC測試

在測試儀器方面，我們選用了以雷擊浪涌發(fā)生器、高頻噪聲抗擾度發(fā)生器、群脈沖發(fā)生器、靜電發(fā)生器等為核心的自動檢測系統(tǒng)，依據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值作為判定依據(jù)，通過進行EMC測試可以消除絕大部分的電磁干擾，能指導(dǎo)產(chǎn)品如何改進設(shè)計、抑制EMI發(fā)射，從而進一步提高產(chǎn)品的可靠度。

現(xiàn)PDM系列智能電力綜合監(jiān)控儀表能適用多種復(fù)雜環(huán)境及惡劣場所，應(yīng)用在諸永高速公路、北京德勝科技大廈項目等多個工程項目中。

4 結(jié)論

抑制開關(guān)電源電磁干擾的措施還有很多，在設(shè)計開關(guān)電源時應(yīng)綜合考慮各種因素，盡可能抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的各種噪音，并通過提高開關(guān)電源的電磁兼容性來保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]張松春，趙秀芬，竺子芳，楊世宗.電子控制設(shè)備抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京機械工業(yè)出版社，1999.

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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，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)會出現(xiàn)一些無用信號或電磁噪聲等，會對電路器件設(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，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)管具有小電荷存儲效應(yīng)，開關(guān)速度快，在開通、斷開時，電磁干擾易于產(chǎn)生。對于這種電磁干擾，通常的做法是通過吸收電路進行削弱，但加裝吸收電路會對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)管的負載是高頻電壓器的初級線圈，呈感性，在開關(guān)管開通的瞬間，初級線圈中會出現(xiàn)很大的電流，相應(yīng)的線圈會產(chǎn)生很高的電壓；在開關(guān)管斷開的瞬間，初級線圈的部分能量停留在初級線圈中，無法導(dǎo)入次級線圈，這部分能量會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導(dǎo)致輸入功率因數(shù)變小，同時還會附帶較大的THD，這不僅會對電網(wǎng)產(chǎn)生很嚴(yán)重的干擾，還會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)目中驗證了特斯拉線圈的實驗。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，分為兩個部分：

（1）對產(chǎn)生電磁干擾的元器件進行屏蔽；

（2）對容易受到電磁干擾的元器件進行屏蔽。

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。對于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進行屏蔽。另外，還可以通過整體屏蔽的方法，使用強導(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散。在應(yīng)用整體屏蔽時，需要注意以下兩點問題：

（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，這就會導(dǎo)致散熱出現(xiàn)阻礙，相應(yīng)的，設(shè)備成本也會增加。

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，共模干擾的電流會在相線和中線內(nèi)部同時出現(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在相線和中線內(nèi)容同時出現(xiàn)，大小相同，但是方向相反。濾波技術(shù)無論是對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同時出現(xiàn)在開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾中，所以在加裝濾波器時一般會將共模濾波和差模濾波同時考慮在內(nèi)。實踐發(fā)現(xiàn)，對于內(nèi)阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計低值，對于內(nèi)阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計高值；負載電阻高時，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計低值，負載電阻低時，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計高值。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)是廣泛應(yīng)用的一項物理技術(shù)，同時也是漏電保護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)計屏蔽接地時，需要注意以下幾個方面。

（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)用于是負載電路或者功率驅(qū)動電路，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。直徑小的地線會導(dǎo)致接地電位隨電流變化而變化，從而進而影響抗噪聲性能。

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間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時，可以通過設(shè)計吸收電路，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

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[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.

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關(guān)鍵詞：LM2596 STM32 反饋閉環(huán) 數(shù)控開關(guān)電源 遠程控制

中圖分類號：Tp302 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）04-0080-02

1 數(shù)控開關(guān)電源的方案設(shè)計及電路設(shè)計

本設(shè)計中的數(shù)控開關(guān)電源[1，2]主要為了輸出1.2～24V，負載電流不低于3A，并且實現(xiàn)連續(xù)精確可調(diào)，調(diào)整分辨率不低于0.1V。通常，一個開關(guān)電源需要接入220V交流電，并通過變壓器AC/DC整流轉(zhuǎn)換，以輸出低壓直流電，然后再利用反饋型降壓穩(wěn)壓開關(guān)芯片進行控制和電壓調(diào)整。由于市場上現(xiàn)有的220V轉(zhuǎn)24V技術(shù)已經(jīng)非常成熟，比如常見的開關(guān)電源和電源適配器，因此本設(shè)計中將著重設(shè)計后端數(shù)控降壓部分，前段整流部分將用常用開關(guān)電源替代。為了實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字控制，必須使用單片機來控制降壓穩(wěn)壓開關(guān)芯片，單片機再通過串口跟PC主機通信。單片機將使用目前較為流行的32位單片機STM32。

1.1 反饋腳的數(shù)控設(shè)計

由于單片機主要完成的工作是對比功能，即將LM2596的輸出電壓值與所需值對比，然后進行相應(yīng)的反饋腳控制，因此，可以使用運放來替代這部分工作?？梢允褂眠\放減法器電路來實現(xiàn)對比做差。由于一般單片機的DAC輸出不會高過工作電壓，如5V或3.3V，因此在運放減法器前，還必須進行線性放大，也可以使用運放搭建。

1.2 LM2596與運放[4]構(gòu)成的電路

其中，LM2596引腳1接24V開關(guān)電源輸入，右端端子JP2的1，2分別接單片機DAC輸出以及開關(guān)OFF控制。

1.3 STM32最小系統(tǒng)

系統(tǒng)中的STM32單片機最小系統(tǒng)包括STM32單片機芯片、復(fù)位電路、石英晶振時鐘電路。

除此之外，最小系統(tǒng)中還包含JTAG仿真、下載電路，用于程序測試仿真以及下載；4個LED燈電路，用于顯示STM32運行狀態(tài)，或者其他需要顯示的用途。

2 下位機程序設(shè)計

本設(shè)計中的下位機STM32所需完成的功能主要為以下幾個：

（1）與PC主機串口通信[3]；

（2）控制LM2596輸出的開和關(guān)；

（3）控制LM2596輸出的電壓值；

（4）保存和讀取設(shè)定的電壓值，以便下一次啟動后默認(rèn)輸出電壓為關(guān)機前的輸出電壓；

（5）由于電源需要很高的可靠性，而STM32也有可能會死機，因此需要加入看門狗，讓它死機自動重啟[5]。

對于功能1，采用MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，然后用串口轉(zhuǎn)USB線轉(zhuǎn)為USB接入PC機。單片機通過該串口即可進行通信。由于串口屬于底層的通信方式，因此單片機軟件中需要做串口數(shù)據(jù)的校驗、格式對準(zhǔn)、自動應(yīng)答等功能。

對于功能2，采用一個單片機IO管腳和一個開關(guān)三極管來控制LM2596的ON/OFF管腳，即可實現(xiàn)輸出控制。

對于功能3，根據(jù)前一章電路設(shè)計的原理，單片機只要改變相連DAC的電壓輸出，即可直接改變LM2596的輸出電壓。這里需要注意，并不是所有STM32都有DAC輸出，需要選擇具體的型號。本設(shè)計中，使用的是STM32F103RC，帶有兩個DAC輸出。

對于功能4，由于沒有外接片外EEPROM芯片，因此只能利用STM32片內(nèi)的FLASH進行數(shù)據(jù)掉電保存。同時，F(xiàn)LASH中也會保存有程序本身，因此必須要將兩塊數(shù)據(jù)區(qū)域隔離開，否則會進行數(shù)據(jù)覆蓋。通常，程序數(shù)據(jù)從FLASH的低段開始寫入，因此保存的數(shù)據(jù)可以寫入在FLASH最高段，這樣就不會互相覆蓋。同時，燒錄程序時，也需注意不要將整個FLASH擦除，否則燒錄前保存的數(shù)據(jù)也會被擦除。

對于功能5，可以打開STM32的獨立開門狗，并設(shè)置喂狗時間，超時后自動重啟。

當(dāng)DAC的參考電壓為VREF的時候，DAC的輸出電壓是線性的從0～VREF，12位模式下DAC輸出電壓與VREF以及DORx的計算公式如下：

DACx輸出電壓=

3 測試結(jié)果與分析

由上述分析可得VOUT與數(shù)字量DA中間的關(guān)系表達式：

實際輸出電壓如圖4所示，為20.5V，與理論值很接近。

證明該電路設(shè)計輸出電壓精度已達到設(shè)計要求。

參考文獻

[1]琦瑋，李樹華.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，（04）：15-20.

[2]降靖，魏琳.開關(guān)電源基本原理、發(fā)展和趨勢[J].光盤技術(shù)，2008，（08）：8-10.

[3]盧超.單片機同PC機通信的一種新方法田.礦山機械[J]，2007.04.

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

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

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

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

1 單周期控制的APFC技術(shù)

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

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

2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

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

2.1 升壓電感設(shè)計

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

2.2 輸出濾波電容設(shè)計

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

考慮到電解電容存在ESR的作用，因此采用多只電解電容并聯(lián)使用。

3 仿真實驗分析

使用MATLAB/Simulink對上述設(shè)計的電源電路進行仿真分析，對電路參數(shù)進行優(yōu)化與改進，可以看出，由于BOOST變換器前端采用不控整流加大電容濾波電路設(shè)計，只有當(dāng)電源電壓絕對值高于電容電壓時二極管才能導(dǎo)通，從而有電流流過，其他時間二極管截止，電容放電，輸入電流為零。因此，當(dāng)輸入電流為尖峰狀，其中含有大量的奇次諧波，且與輸入電壓不同相，此時電源對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染，且電源的功率因數(shù)很低。而采用單周期控制技術(shù)，迫使輸入電流跟隨輸入電壓變化，使二者均為正弦波，且二者同相位，輸入電流中含有的諧波大多為幅值較小的高次諧波，低次諧波的含量很少，大大減少了電源對電網(wǎng)的諧波污染，電源的功率因數(shù)可以達到0.99以上，提高了電能的利用率。

4 結(jié)論

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

參考文獻

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篇10

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源 可靠性 三防設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，開關(guān)電源已經(jīng)應(yīng)用于人們生活的方方面面，人們對開關(guān)電源的的可靠性要求也在不斷的提高，開關(guān)電源的可靠性是保證設(shè)備正常運行的關(guān)鍵。為此如何設(shè)計出可靠性性能高的開關(guān)電源成為相關(guān)研究者重點研究的方向。

1 開關(guān)電源可靠性設(shè)計

1.1 供電方式的選擇

集中式供電系統(tǒng)和分布式供電系統(tǒng)是開關(guān)電源主要兩種供電方式，其中集中式供電系統(tǒng)會由于輸出間和傳輸距離不同的偏差，容易造成壓差，給整個供電的質(zhì)量造成影響，另外，集中式供電系統(tǒng)采用一臺電源集中供電，一旦該電源發(fā)生故障就會影響整個供電系統(tǒng)，分布式供電系統(tǒng)相比集中式供電系統(tǒng)供電質(zhì)量具有一定的優(yōu)勢，其供電電源和負載距離比較近，能夠有效改善動態(tài)響應(yīng)特性，除此之外，還具有能源損耗小，傳輸效率高，節(jié)約能源的優(yōu)點，因此分布式供電星相比集中式供電具有一定的可靠性。在設(shè)計開關(guān)電源時，出于可靠性的考慮，通常都應(yīng)用分布式供電系統(tǒng)，

1.2 電路拓撲選擇

開關(guān)電源的拓撲的結(jié)構(gòu)非常多，有推挽式、半橋、全橋、單端正激式，單段反激式，雙管正激式，雙單端正激式、雙正激式等八種拓撲結(jié)構(gòu)，雙橋或者半橋正激式電路開關(guān)能夠滿足電源最大的輸入電壓，所以在選擇開關(guān)管時比較容易，單端反激式、單端正激式、推挽式雙端正激式、電路拓撲，其開關(guān)管的承受電壓大約是2倍的輸入電壓，給開關(guān)管選擇帶來很大的困難。全橋拓撲結(jié)構(gòu)和推挽式拓撲結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)單向偏磁飽和現(xiàn)象，容易造成開關(guān)管損壞，半橋電路本身具有自動抗不平衡的特點，可以有效改善開關(guān)管損壞的現(xiàn)象。所以根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)的特點，為了保證開關(guān)電源的可靠性通常選用雙管正激式電路或者半橋電路。

1.3 控制策略

電流型PWM控制主要是中小功率電源中應(yīng)用的方法，其在電壓控制方面具有以下優(yōu)勢：

（1）比電壓型控制速度快，并且不出出現(xiàn)電流過大損壞開關(guān)管的現(xiàn)象，降低了短路故障和過載現(xiàn)象；

（2）比電壓型紋波穩(wěn)定；

（3）容易補償，環(huán)路穩(wěn)定；

（4）快速的瞬態(tài)響應(yīng)和優(yōu)良的電網(wǎng)電壓調(diào)整率。經(jīng)過實踐證明50W開關(guān)電源采用電流控制，輸出紋波大約為25mV，遠遠比電壓控制型優(yōu)良。

硬開關(guān)技術(shù)往往會受到開關(guān)損耗的影響，一般情況下，其開關(guān)頻率都在350kHZ之下，利用諧振原理的軟開關(guān)技術(shù)，可以將開關(guān)的損耗降低到零。軟開關(guān)技術(shù)具有諧振變換器和PWM變換器的優(yōu)點，可以應(yīng)用于大功率帶能源中。

1.4 元器件

元器件能夠直接影響開關(guān)電源的可靠性，通常開關(guān)電源中元器件失效主要有以下幾種原因。

1.4.1 質(zhì)量問題

制造質(zhì)量出現(xiàn)問題，解決的方法只有一個就是嚴(yán)格的選擇元器件，避免不成熟、劣質(zhì)的元器件投入使用，選擇有知名度的廠家，最大限度的避免因元器件質(zhì)量問題影響開關(guān)電源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性問題

器件可靠性是常見的基本失效問題，主要和元器件的工作應(yīng)力水平有關(guān)，因此需要選擇可靠性良好的元器件，在選擇元器件時將早期失效。密封性能不合格。穩(wěn)定性差、電參數(shù)不合格、外觀不合格的元器件剔除。在應(yīng)用元器件之前進行非破壞性試驗進行篩選，通過非破壞性試驗可以明顯降低元器件可靠性的問題，在進行非破壞性試驗時需要讓普通電容器和電阻在室溫條件下，嚴(yán)格按照技術(shù)要求進行測試。

1.4.3 設(shè)計問題

為了有效降低設(shè)計問題導(dǎo)致的元器件失效，因此在選擇元器件時最好選用硅半導(dǎo)體，盡量少用褚半導(dǎo)體或者避免使用褚半導(dǎo)體，；最好使用集成電路，盡可能降低分離器件的數(shù)目；盡量使用玻璃封裝或者金屬封裝、陶瓷封裝的器件，杜絕使用塑料封裝的器件；設(shè)計的原則一般是不使用電位器，但是如果無法避免，就需要對電位器最好封裝措施，對于在惡劣環(huán)境下。例如潮濕、煙霧等，在設(shè)計時不要選用率電解電容，由于鋁電解電容自身的特性，導(dǎo)致其容易在惡劣的環(huán)境中發(fā)生腐蝕，進而影響設(shè)備的正常運行。在航天設(shè)備中應(yīng)用的元器件因為常常受到空間粒子的影響，容易導(dǎo)致鋁電解電容發(fā)生分解。因此在選擇時盡量不要選用率電解電容。

1.4.4 能源損耗問題

能源損耗問題和元器件的工作應(yīng)力沒有關(guān)系，主要和元器件的工作的時間有關(guān)，例如鋁電解容易如果長時間運行，鋁電解電容的電容液就會會被破壞，相應(yīng)的電電容容量就會降低，電解液沒損失40%，電容量就會下降20%。如果點容易的芯子出現(xiàn)干涸，就無法在繼續(xù)運行，因此為了避免這種情況的發(fā)生，在設(shè)計開關(guān)電源時，最好注明率電解電容的更換時間，在使用達到更換時間時，強制對其進行跟換。

1.5 安全設(shè)計和三防設(shè)計

安全性是開關(guān)電源重要的一項性能指標(biāo)，如果開關(guān)電源不具有安全性就不可能實現(xiàn)預(yù)定的功能，還特別容易發(fā)生安全事故，從而導(dǎo)致發(fā)生無法挽回的重大損失。因此開關(guān)電源必須要具有很高的安全性，那么在設(shè)計開關(guān)電源時，需做好防止觸電燒傷的措施，對于防觸電可以將輸出端設(shè)計為空，對于防燒傷控制其暴露在外面的機殼以及散熱性等零件不要讓去其溫度超過60度。在開關(guān)設(shè)計時，密封的要求也非常高，因此對于要求密封的器件做好相應(yīng)的密封措施了對于暴露在空氣中的結(jié)構(gòu)，不要設(shè)計凹陷的結(jié)構(gòu)，做好防潮防腐蝕措施，對于開關(guān)的電源結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用密封或者半密封的形勢隔絕不利的因素，在組建表面涂覆準(zhǔn)用的防潮、防霉菌、防鹽霧氫氣，避免任何對開關(guān)電源不利的因素，保證開關(guān)電源的可靠性。

2 結(jié)束語

開關(guān)電源的可靠性和開關(guān)電源設(shè)備的性能息息相關(guān)，因此保證開關(guān)電源的可靠性保證開關(guān)電源的設(shè)備的正常運行，選擇合適的元器件，合適的拓撲電路沒做好安全設(shè)計和三防設(shè)計可以有效提高開關(guān)電源的可靠性。

參考文獻

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