电源设计论文

2024-07-19

电源设计论文（共12篇）

电源设计论文篇1

电源是每个电子设计中重要的一环，考虑到成本、效率、设计尺寸等多种复杂因素，设计电源成为电子工程师一项极具挑战性的工作。为了帮助经验并不丰富的设计者更简单快捷实现电源设计，美国国家半导体 (NS) 宣布推出WEBENCH Visualizer设计工具，帮助工程师形象快速地选择一款最理想的电源系统设计解决方案。

W E B E N C H V i s u a l i z e r是全新的互动式的工具，它包含基于NS公司所有电源相关产品的设计解决方案，这些方案大部分是由NS及合作分销商共同开发的参考设计。目前WEBENCH设计网页支持升压、降压，Cepic、反激、固定频率及恒定导通时间设计，电流模式及电压模式，有超过25种系统结构，在性能方面输入电压设计从1V到100V，输出的电压0.6V到300V，输出功率高达300W，效率最大能够达到96%，频率最高可以达到3MHz。方案的大小在14mm×14mm以上，数据库方面提供25种不同的开关电源供应器结构及21, 000款元器件，工程师能够从上亿款电源供应器设计解决方案中进行筛选，而且整个过程只需几秒的时间。

N S推出全新S I M P L E S W I T C H E R电源模块系列的前三款产品LMZ10504、LMZ12003、LMZ14203，内置高效的同步开关稳压器及简易线性稳压器，因此无需像开关稳压器那样需要额外加设外置电感器，系统的线路布局更加简单。此电源模块可以精简电源供应系统的设计，并确保供电系统可为FPGA、微处理器、DSP以及其他负载点 (POL) 电源转换系统提供稳压供电，因此是医疗设备、广电视频设备、通信设备、工业及军事设备的理想供电系统解决方案。这一系列的电源模块采用的封装技术正在进行专利申请，其优点是产生较少电磁干扰，符合有关EN55022 (CISPR22) B类电磁波辐射的规定。工程师可以利用WEBENCH Power Designer电源系统设计工具和全新的WEBENCH Power Architect电源结构设计工具设计，同时内置SIMPLE SWITCHER电源模块进行电源系统的设计。改良版WEBENCH Power Architect设计工具可以支持多输出的直流/直流电源供应系统设计，而且大幅缩短这类系统的设计时间。

电源设计论文篇2

1、DC/DC电源电路简介

DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等。结合到本公司产品，这里主要总结24V以下的DC/DC电源电路常用的设计方案。

2、DC/DC转换电路分类

DC/DC转换电路主要分为以下三大类：（1）稳压管稳压电路。

（2）线性(模拟）稳压电路。（3）开关型稳压电路

3、稳压管稳压电路设计方案

稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示，选择稳压管时一般可按下述式子估算：

(1)Uz=Vout;

(2)Izmax=(1.5-3)ILmax

(3)Vin=(2-3)Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。

有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时候可以采用常用的一些电压基准芯片如MC1403 ,REF02,TL431等。这里主要介绍TL431、REF02的应用方案。

3.1 TL431常用电路设计方案

TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，参考电压源误差1%,输出电流为1.0-100mA。最常用的电路应用如下图3-1所示，TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图3-1所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显然，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。

图3-1 并联稳压器电路图图3-2 大电流并联稳压器电路图

TL431最大输出电流为100mA,在需要更大的电流时可以在图3-1基础上加一个三极管进行扩流，如图3-2所示。

使用上述设计方案时，需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA ；电阻R1、R2必须选择低温漂高精度的精密电阻，这样才能保证输出电压的精度。将R1换为电位器时，通过调节R1的大小，可以实现输出电压连续可调，调节范围为2.5V-36V。

3.2 REF02常用电路设计方案 REF02是高精度的基准电压芯片。输入电压为+8V到+40V，输出电压为+5V，输出电压误差达到正负0.2%。常用的电路方案如下图3-3所示。在很多时候不仅需要正基准电压，还会用到负基准电压，因此在图3-3的基础上设计出能够同时出正负基准的一个电路，如图3-4所示。主要是将REF02输出的+5V基准通过反相比例放大电路输出一个-5V的基准电压。为了保证-5V基准电压的准确性，两个10K电阻需用高精度低温漂的精密电阻。

图3-3 REF02输出稳压电路图3-4 REF输出正负基准电压电路

图3-

3、3-4的电路方案除了REF02之外，很多电压基准芯片都可以用到，使用时可根据需要选择合适的基准电压芯片。

4、线性（模拟）稳压电路常用设计方案

线性稳压电路设计方案主要以三端集成稳压器为主。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。

4.1 固定输出三端稳压器

三端稳压器的通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78（或79）后面加字母来区分。L表示0.1A,M表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V 0.1A。典型应用电路如下：

图4-1 典型应用电路图4-2提高输出电压的电路图4-3 双电源电路

在使用上述方案时需要注意，输入电压与输出电压至少应由3V的压差，使稳压器中的调整管工作在放大区。同时输入输出压差过大，会增加稳压器的功耗。具体参数按照数据手册。在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。

除上述典型应用方案外，固定输出三端稳压器与集成运放可以设计出输出可调的稳压电路，电路方案如图4-4所示：图中集成运放作为电压跟随器，运放供电借助三端稳压器输入电压。当电位器滑动至最上端时，输出电压为最大值。当电位器滑动至最下端时，输出电压为最小值。

4.2 可调输出三端稳压器

可调输出三端稳压器常用的是LM317(正输出）和LM337（负输出）系列。其最大输入输出极限差值在40V，输出电压为1.2V-35V(-1.2V--35V)连续可调，输出电流为0.5-1.5A，输出端与调整端之间电压在1.25V，调整端静态电流为50uA。其典型应用方案如图4-5所示：

D1 D2二极管保护LM317为保护二极管。R2两端并联的C2可以大幅提高抵抗谐波的能力。

上面所述的几种DCDC转换电路都属于串联反馈式稳压电路，在此种工作模式中集成稳压器中调整管工作在线性放大状态，因此当负载电流大时，损耗比较大，即转换效率不高。因此使用集成稳压器的电源电路功率都不会很大，一般只有2-3W，这种设计方案仅适合于小功率电源电路。

图4-5 LM317可调稳压电路

5、开关型稳压电路设计方案采用开关电源芯片设计的DCDC转换电路转化效率高，适用于较大功率电源电路。目前得到了广泛的应用，常用的分为非隔离式的开关电源与隔离式的开关电源电路。

5.1 非隔离式DCDC转换电路设计方案非隔离式的开关电源电路主要分类如下图所示：

图5-1 非隔离式开关电源电路分类

5.1.1 基于LM2575实现非隔离式DCDC变换的方案

LM2575是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，内部集成了一个稳压电路，只需极少的外围器件便可构成高效的稳压电路，可大大减小散热器面积，大部分情况下不需使用散热片。LM25755主要指标如下：最大输出电流1A，最大输入电压45V（60V），输出电压：3.3V 5V 12V ADJ（可调），稳压误差4%，转换效率75%-88%，震荡频率54KHZ，工作温度-55-+150。常用的设计方案如下图5-

1、5-

2、5-3所示：

图5-2 5V稳压电源电路

图5-3-12V稳压电压电路

图5-3 1.2-55V可调稳压电源电路

再用上述方案时需要注意几点：（1)在图5-3中，输出电压计算公式为：

(2)电感的选择可以按照下面公式进行选择：

在选择电感时，可在电感器尺寸大小与系统性能之间做一个折中，可靠近这个数值选择一个合适的电感。

(3)输出电容选择地ESR的电容降低输出纹波电压，可使用固态胆电容或多层陶瓷电容。可以按照下面公式进行选择：

(4)二极管选择

二极管额定电流应大于LM2575的最大电流限制，反向电压应大于最大输入电压的1.2倍。

5.2 隔离式DCDC转换电路设计方案

常用的隔离DC/DC转换主要分为三大类：

图5-4 常见隔离式开关电源分类

这里主要介绍一种常用的单端反激式DC/DC变换电路，控制芯片采用常用的UC3842或UC3843。UC3842是高性能固定频率电流的控制器，主要用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其主要应用原理如下：

电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4 部分组成。主电路采用单端反激式拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成的，该电路具有结构简单，效率高，输入电压范围宽等优点。

控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能。这个电路采用峰值电流型双环控制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流反馈控制。电路电流环控制采用UC3842 内部电流环，电压外环采用T L431 和光耦PC817 构成的外部误差放大器，误差电压直接送到UC3842 的1 脚。误差电压与电流比较器的同相输入端3 脚经采样电阻采集到初级侧电流进行比较，从而调节输出端脉冲宽度。2 脚接地。R4, C5 是UC3842 的定时元件，决定UC3842 的工作频率，.当UC3842 的1 脚电压低于1 V 时，输出端将关闭；当3 脚上的电压高于1 V 时，电流限幅电路将开始工作，UC3842 的输出脉冲中断。开关管上波形出现“打嗝”现象，从而可以实现过压、欠压、限流等保护功能。

此方案选择合适的变压器及MOS管可以把功率做的很大，与前面几种设计方案相比电路结构复杂，元器件参数确定比较困难，开发成本较高，因此需要此方案时可以优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。

6、总结

“化学电源”教学设计与反思篇3

【关键词】化学电源反应原理应用价值

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0149-02

教学目标：

1.知道常见化学电源，能根据已知的电池反应方程式正确判断电池的正负极。

2.知道银锌纽扣电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理及其应用价值。

3.通过对各类电池的学习，感受化学给人类社会带来的进步。通过了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。

实验准备：

音乐卡片（无电池）、锌片（2片）、铜片（2片）、1.0mol/L硫酸、乙醇、导线、250mL烧杯。

教学过程：

动手实践：学生设计方案：如何使没有电池的音乐卡片唱歌，并画图。教师点拨、引导。让一位同学根据所画实验装置图上讲台组装实验装置。

师：该同学的实验很成功，但教室比较大，坐在后面的同学听不清。请该同学拿着这套原电池装置绕教室走一圈，让坐在后面的同学也能享受音乐带来的快乐。

学生：老师，我一个人不好拿。

师：那就让你的同桌帮忙吧。

学生活动：学生甲一手拿音乐卡片，一手拿烧杯。学生乙两只手扶着两个电极。从讲台往教室后面移动。他们小心翼翼，走得速度很慢。当从教室后面再回到讲台边的时候，音乐卡片的声音越来越轻了，最后消失了。

学生疑惑……

师：如大家所见。我们用这套装置，把化学能转变成了电能，让音乐卡片唱起歌来。如果生活中用这套装置来给我们提供电能，那会怎么样呢？

学生：太不方便，电池的放电时间太短。

图片展示：在电池的发展史上，伏打受到“伽伐尼青蛙实验”的启发而发明了电池，即两种不同的金属中间以导电的物质隔开，再以导线连结，就会产生电流。1800年，他用铜、锡、食盐水为材料成功地制造了伏打电池。1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液的锌-铜电池，又称“丹尼尔电池”。但以上两个问题一直困扰着伏打和丹尼尔。如果你是他们，你会思考如何对改进“丹尼尔电池”呢？

学生分组讨论。

学生归纳：液体电解质携带不方便，可以改成便于携带的固体电解质，如干电池。

师：正如大家所言，以上问题一直困扰着当时的科学家。直到1860年，法国的雷克兰士还发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身。负极棒和正极棒都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为湿电池。直到1880年才被改进的干电池取代。负极被改进成锌罐，电解液变为糊状而非液体，基本上这就是现在我们所熟知的碳锌电池。

普通锌錳干电池是最早进入市场的实用电池，其构造如书本图1-12所示。普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在存放时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量大，能提供大电流并连续放电。如书本图1-13所示，其电池反应方程式为：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2。我们根据总反应，写出它的电极反应式。

学生活动：负极：Zn - 2e- + 2OH- = Zn（OH）2

正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O = 2MnOOH + 2OH-

师：当发明了干电池后，较好解决了携带不方便的问题，为了适应各种需要，干电池也被制成不同形状。如纽扣电池。但它们也存在着缺陷，随着电池的使用，反应物不断的减少，就不能再使用。19世纪60年代左右，法国的普朗泰发明用铅做电极的电池。这种电池能充电，可以反复使用，即蓄电池。

铅酸电池的发展有100多年的历史。它的放电原理可用下列化学方程式表示：

放电

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（原电池）

充电

放电：负极：Pb + SO42-- 2e- === PbSO4

正极：PbO2 + 4H + + SO42- + 2e-=== PbSO4 + 2H2O

充电：阳极：PbSO4 + 2H2O - 2e- === PbO2 + 4H+ + SO42-

阴极：PbSO4 + 2e-=== Pb + SO42-

展示：干电池和铅蓄电池实物。并结合PPT，分别讲述这两种电池的构造和用途。目前已开发出的镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。

这些电池反应物均储存在电池内部，而燃料电池则由外部设备提供燃料和氧化剂等，同时将电极产物不断排出电池。由于这种结构的改变，燃料电池能连续不断地提供电能。随着人们环保意识的增强，干电池以及蓄电池中的一些重金属如镉、铅、汞等会对自然环境造成的污染被人所重视。数据表明，1节1号电池能使1m2的土地永久失效，因此我们在处理废电池时要分类回收。而燃料电池被称为电池发展史中的新旗帜。

师：阅读书本P16页“燃料电池”。并分析图1-16中电池的正负极，电子移动方向。

学生：电池反应：H2 + 1/2O2 = H2O

因电解质是碱性环境，正极：1/2O2 +2e-+H2O = 2OH-，负极：H2+2e-+2OH-= 2H2O

电子从负极移向正极，阴离子移向正极，阳离子移向负极。

师：除氢气外，甲烷、甲醇、肼、氨等都可以作为燃料电池的燃料。燃料电池的能量转换效率远高于普通燃料燃烧的能量转换效率，具有广阔的发展前景。

我们将电池300多年的发展史作为主线，介绍了各种化学电源。各种技术的需求推动着电池呈现出并驾齐驱、交错发展的景象，各种电池的性能也各有优劣。展望未来，人类社会面对环境恶化和能源短缺2大危机，电池也一定会朝着更加环保、更高能量、更加实用的方向发展，为人类社会的发展做出更多的贡献。

反思评价：

电源设计论文篇4

传统的线性稳压电源[1,2,3]具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点, 但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态, 为了保证输出电压稳定, 其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差, 导致调整管的功耗较大, 电源效率很低, 一般只有45%左右。另外, 由于调整管上消耗较大的功率, 所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器, 很难满足现代电子设备发展的需要。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源, 通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备, 是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。

方案设计

本设计基本要求:实时监控电源的输出电压和输出电流。通过RS485通信接口与上位机监控系统通信, 上位机可实时监控电源的工作状态和各种参数。具有输出过压、过流以及过热等多种检测和保护电路, 带有告警指示灯可以在线设置和修正电源的参数和运行状态。具有自动均流功能, 可以实现系统的任意扩展, 满足现场实际需要。指标要求采用大功率电源设计, 输出电源0~100伏, 输出电流10A采用4组并联, 最大输出电流40A各组电流不平衡误差小于5%。

设计主要分为三个主要部分:主电路部分、控制电路部分和监控电路部分。其中主电路部分包括:输入回路、功率开关桥、输出回路三部分。www.eepw.com.cn 2013.9输入回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电, 然后通过电容使得脉动直流电变为较平滑的直流电。功率开关桥将滤波得到的直流电变换为高频的方波电压, 通过高频变压器传送到输出侧。最后, 由输出回路将高频方波电压滤波成为所需要的直流电压或电流, 主回路进行正常的功率变换所需的触发脉冲由控制电路提供。

在本系统中采用四路电源并联, 由于每个模块的结构相同, 故在下面框图中, 只画出来了一个模块。其余三个模块跟下图中的模块并联, 并同时受监控电路控制。在本设计中, UC3825作为控制电路的核心, 产生P WM波以控制主电路的电压输出。UC3907芯片作为均流控制系统的核心, 用于保障四个模块的输出电流保持在稳定状态, 使系统处于最佳的状态。我们采用STC 8 0 S 5 2单片机作为监控电路的核心, 单片机的任务是采集每一个模块的输入电压和输出电压、电流, 并将其数据通过通信接口电路上传给上位机, 相反, 上位机同样可以通过此电路设置系统的输出参数。系统一个模块的示意图如图1所示。

均流控制系统设计

大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联, 以满足负载功率的要求, 并联系统中, 每个变换器只处理较小的功率, 降低了应力, 提高了系统的可靠性。由于大功率负载需求和分布式电源系统的发展, 开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流措施, 它是实现大功率电源系统的关键。用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配, 防止一台或多台模块运行在电流极限 (限流) 状态。在本设计中, 采用基于最大值电流自动均流法的集成芯片UC3907作为均流控制系统的核心。

电路工作过程如下:UC3907的调节放大器将模块自身的电流和均流母线的电流相比较, 当模块自身的电流小于均流母线的电流, 即它为从模块时, 调节器使基准电压升高100m V, 使输出电压增大, 对应的输出电流增大。当模块自身的电流和均流母线的电流差不别不大时, 该模块有可能是主模块。但是下一次, 该模块又可能是从模块, 如此循环往复。在本设计中输出电流最大值为10A, 采用电阻来检测电流。根据芯片资料, UC3907内部电流放大器的输出最高电压可达5V。为此, 我取4V。根据测算, 此时需要送给UC3907检测的电压为0.2V。UC3907内部的驱动放大器将电压放大器输出电压转换成电流信号送给光耦电路。根据所选择的光耦电路参数, 光耦电路原方电流应小于1 m A。根据芯片资料和调试经验, 可以得到相关参数。R1=330kΩ, R2=2kΩ, R3=10kΩ, R 4=7 kΩ, R 5=1 0 kΩ, R 6=5 kΩ, R7=10kΩ, C1=C2=0.22μF。

系统的主电路设计

主电路的结构如图3所示。

V1为施加在原变绕组上的电压幅值, 本设计中取640V。电路工作频率为30k Hz, T=33.4ms, tON为导通时间, 根据计算的占空比, 我们暂取11ms。SC为磁芯截面积:。将这些数据带入 (1) 中得到N1为65。同理可以计算得出副边绕组匝数为42。其中整流二极管的选择是因为输出二极管工作于高频状态 (3 0 k H z) , 所以应选用快恢复二极管。高频变压器副边的输出最高电压峰值为:

所以加在输出整流二极管上最高的反压为705.7V。输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流, 所以其有效值为11.51A。所以根据以上分析, 同时考虑一定的裕量, 选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V, 额定电流为30A。控制和保护单元电路的设计采用PWM (脉冲宽度调制) 作为控制方式。在本系统中我们选用的PWM集成控制器为UC3825。UC3825适用于电压型或电流型开关电源电路, 实际开关频率可达到1MHz, 输出脉冲的最大传输延迟时间为50ns, 具有两路大电流推拉式输出, 具有软启动控制功能, 并具有良好的保护功能。并采用IR2110作为驱动芯片。过流保护我们采用了三重保护:一是在系统的输入级的三相交流引入处安置熔断保险管, 在系统出现短路和其它意外重大故障的时候切断外部电源的输入以保护系统免受损坏;二是在用于控制软启动的触发器后级安置熔断保险管, 以防止启动浪涌电流的过大而破坏功率器件;三是系统的最主要的过流保护部分, 通过对系统电流的检测来控制PWM信号脉宽从而达到过流保护的目的。在本设计中, 监控单元采用STC80S52单片机作为控制核心。系统主监控模块作为一个独立的模块, 可以监控整个电源系统各单元的运行状况, 具有对系统的运行参数进行采集、显示及设置的功能。监控单元还能不断接受上位机的送来的命令, 并根据命令对电源系统进行操作或者将电源系统的运行参数反送给上位机, 完成远程控制。

系统主控制程序设计

系统主控制程序流程图如图所示。

系统实际测试

(1) 稳压测试

测试条件:Uin=15V, 负载由1kΩ减少到2Ω (表1) 。 (2) 均流测试 (表2) 。

参考文献

[1]康华光.电子技术基础数字部分[M]北京:高等教育出版社.2006.1

[2]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1996.1

开关电源毕业设计设计(西交大) 篇5

基于UC3842的开关电源设计

摘要

电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代，农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、更高的要求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。

UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作20～80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。设计思路，并附有详细的电路图。

关键词：开关电源，uc3842，脉宽调制，功率，IGBT

河南科技大学（论文）

SWITCHING POWER SUPPLY DESIGN BASED ON

UC3842

ABSTRACAT

Power is to achieve power conversion and power transmission major equipment.In the information age, agriculture, energy, transportation, communications and other areas Power of the film industry make a greater and higher requirements，such as energy, materials, weight reduction, environmental protection, safety and reliability.This has forced the power workers have been exploring the technology for a variety of rural customs, the power to make the best products to meet the requirements of all walks of life.Switching power supply is a new type of power supply, compared to traditional linear power supply, high technology, low energy consumption, easy to use, and has achieved good economic results.UC3842 is an excellent current-controlled pulse width modulator.If for some reason, the output voltage increases, the pulse width modulator drive signal will change the pulse width, that is, the duty cycle D, so that the average voltage drop after the chopper to achieve the regulator end, and vice versa how ever.UC3842 can control direct drive MOS, IGBT, etc., suitable for the production of 20 ~ 80W low-power switching power supply.As the device is cleverly designed, launched by the main power supply voltage directly to form circuit components required for a small, very consistent with circuit design, “simplicity first” principle.KEY WORDS: Switching Power Supply，uc3842，PWM，power，IGBT

河南科技大学（论文）

前言..................................................................................................1 第1章开关电源的简介...................................................................2

1.1 开关电源概述.......................................................................2

1.1.1 开关电源的工作原理.................................................2 1.1.2 开关电源的组成.........................................................3 1.1.3 开关电源的特点.........................................................4 1.2 开关器件...............................................................................4

1.2.1开关器件的特征..........................................................4 1.2.2器件TL431..................................................................5 1.2.3电力二极管..................................................................6 1.2.4光耦PC817..................................................................6 1.2.5电力场效应晶体管MOSFET......................................7

第2章主要开关变换电路...............................................................9

2.1 滤波电路...............................................................................9 2.2 反馈电路...............................................................................9

2.2.1电流反馈电路..............................................................9 2.2.2电压反馈电路............................................................10 2.3电压保护电路......................................................................10 第3章 UC3842...............................................................................12

3.1 UC3842简介.......................................................................12

3.1.1 UC3842的引脚及其功能..........................................12 3.1.2 UC3842的内部结构..................................................13 3.1.3 UC3842的使用特点..................................................14 3.2 UC3842的典型应用电路....................................................15

3.2.1反激式开关电源........................................................15 3.2.2 UC3842控制的同步整流电路..................................16 3.2.3升压型开关电源........................................................19

第4章利用UC3842设计小功率电源..........................................21

III

河南科技大学（论文）

4.1 电源设计指标.....................................................................21

4.1.1元件的选择................................................................21 4.1.2电路结构的选择........................................................23 4.2 启动电路.............................................................................23 4.3 PWM脉冲控制驱动电路....................................................24 4.4 直流输出与反馈电路.........................................................25 4.5 总体电路图分析.................................................................26 结论................................................................................................28 参考文献..........................................................................................29 致谢................................................................................................30 附录1：总体电路图......................................................................31 附录2：开关电源常用英文标志与缩写.......................................32 外文资料译文..................................................................................33

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前言

电源[power supply;power source] 向电子设备提供功率的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能.发电机.电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷导体里本来就有,要产生电流只需要加上电压即可,当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就荷尽流(压)消了.干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。

电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

电力电子技术的发展,特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务，信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求,从而促进了开关电源技术的发展。

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第1章开关电源的简介

1.1 开关电源概述

1.1.1 开关电源的工作原理

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo。

SUiVU0UiTONU0(a)0t0(b)t0

(a)电路图；(b)波形图图1-1开关电源的工作原理

为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下

DTON

(1-1)T式中，T表示开关S的开关重复周期；TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。

开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系：

Uo=UiD

简易数控直流稳压电源的设计篇6

关键词：单片机；数控直流电源；设计

中图分类号：TP342+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0010-02

1 概述

随着技术的进步与科技的发展，数控直流稳压电源设备也成为诸多电子设备不可或缺的部分。国内市场上，数控直流稳压的种类也较多，但这些电源普遍存在如输出精度不高、输出不稳定、抗干扰能力差、驱动能力弱等问题。

针对以上问题，笔者设计了一款数控直流稳压电源。该电源采用单片机作为控制单元，可通过键盘输入设置波形输出种类、电压的输出范围和步进系数等。该电源设计满足以下设计要求：输出电压范围0～+9.9 V，步进0.1 V，纹波不大于 10 mV；输出电流：500 mA；由按键分别控制输出电压的增减；输出电压可预置在0～9.9 V之间的任意值；数字显示输出 0～9.9 V的值。

2 总体方案设计

根据简易数控直流稳压电源的设计要求，简易数控直流稳压电源的设计框图，如图1所示。其中，数控部分以单片机AT89C51作为系统主控CPU，采用软件编程的方式设置波形产生的方式，通过DAC0832芯片，将其转化为模拟信号，再经功率放大电路对信号进行有效地放大输出。

3 主要电路的设计

3.1 电源电路

电源电路主要由整流二极管构成的全波桥式整流，电容滤波电路和三端集成稳压芯片构成的稳压电路构成。电路使用 7 805、7 815和7915制成了两组±15 V和+5 V的稳压直流电源。滤波电容C=2 200 μF/30 V。在选择滤波电容时，主要考虑了以下因素：

①整流二极管的压降；

②三端集成稳压芯片的最小允许压降Ud；

③电网电压波动范围值10%。

3.2 数控电路

在设计数控电路时，主要考虑以下功能：可预置输出电压值，且具备“步进”和“扫描”两种改变方式；数控部分的输出应直接控制数码电阻网络开关。

根据设计要求，数控电路由微控制处理器MCU作为系统核心，输出电压预置值分别由两位拨盘开关提供。系统上电后，MCU先读入预置电压值，再由MCU串口将输出电压值送LED显示。同时将预置电压值输出至数模转换芯片DAC0832，由DAC转换转换成相应的模拟输出电压。电路在工作中，系统不断检测电压预置键是否被按下。如果检测到有按键动作，将使显示值和输出电压增减0.1 V。如果检测到按键时间超过0.5 s，则认为按键处于 “扫描”方式，预置值需要连续增减。

3.3 功率放大电路

功率放大电路采用由集成运放构成的闭环推挽输出电路。该功率放大电路的电压增益AVf=2。

①电阻的选择为了保证电路放大倍数AVf=2，要求R2及反馈电阻有足够高的精度，因此，在电阻的选择中，选取R1= 5.1 kΩ±5%，R3=9.1 kΩ±5%，VR1=5 k 。同时引入微调器 VRl，使得放大倍数能在2±10%内可调。

②为满足输出500 mA的设计要求，推挽输出级采用达林顿管TIP122与TIPl27，其参数为：

TIP122：Ic=5 A，Vce=100 V，Pc=65 W；TIP127：Ic=5 A，Vce=-100 V，Pc=65 W。

4 系统主程序设计

电路的主程序设计流程，如图2所示。按下“复位”按键，置入预置值。电路上电程序启动，系统完成初始化工作后，从BCD拨盘开关读取预置输出电压值，经数制转换处理后存入寄存器。再将预置值送LED显示单元显示。同时将输出电压预置值送DAC进行数模转换，得到对应的模拟输出电压。

系统完成这一系列动作后，程序将开展键盘扫描，检测按键状态，直到检测到有按键动作为止。

检测到有按键动作后，将按键信号作延时去抖处理后，再判断具体按键是“+”还是“-”键。若按键为“+”键，则调用电压增加0.1V的子程序，完成增加预置值的动作。若按键为“-”键，则调用电压减少0.1V的子程序，完成减小预置值的动作。然后再返回到按键状态检测，继续重复上述按键检测动作。只要检测到“+”、“-”键的单次按键时间小于0.5 s，则采用步进的方式对电压源进行电压值的增减。若检测到单次按键时间超过 0.5 s，则采用 “扫描”工作方式完成电压源预置电压的增减。

5 系统测试与功能小结

5.1 系统关键点电压测试

系统关键点电压测试，见表1。

由关键点电压测试结果分析可知，本次设计的基于单片机控制的数控直流稳压电源的输出电压可在0～9.9 V范围内根据预置值而变化，电路输出电压精度高，误差较小，数显结果显示清晰、正确。

5.2 系统功能总结

本电压源的功能是通过单片机AT89C51控制有效实现电压的数字控制。电压源的各项参数均满足设计要求。

信号由键盘“+”或“-”按键将模拟信号通过AT89C51单片机处理控制输出2进制量由P0.0到P0.7口送给DAC0832完成A/D转换。由于所设计的电路输出为电压信号，而经DAC0832转换后的输出是电流分量，所以还需将其输出经运算放大电路处理才能得到设计所需的0～9.9 V变化的电压，在本设计中选用了双电源低噪声高速优质运放NE5534，将输出的电流分量有效地转换为模拟电压分量。

6 结语

本设计以单片机为主控核心，设计的一种智能稳压电源。可由面板上的功能按键，结合单片机控制，可实现设计要求范围内的任意输出电压，电路简单，结构紧凑，控制方便，电路稳压精度高，性能稳定，可广泛用作科研实验电源或对直流电压要求较高的设备上。

参考文献：

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[3] 杨振江.A/D、D/A转换器接口技术与实用线路[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998.

[4] 何希才.稳压电源的设计和应用[M].北京：中国电力出版社，2006.

[5] 何社成.电源开关控制保护应用电路[M].济南：山东科学技术出版社，2007.

[6] 王云肖.直流可调稳压电源的设计与Proteus仿真应用[J].仪器仪表用户，2011，（2）.

车载逆变电源设计篇7

车载逆变电源按输出来分主要分两类,一类是修正正弦波逆变器和纯方波逆变器,另一类是正弦波逆变器。正弦波逆变器提供高质量的交流电,能够带动任何种类的负载,但技术要求和成本均高。准正弦波逆变器可以满足我们大部分的用电需求,效率高,噪音小,售价适中,因而成为市场中的主流产品。

2 主要元件及外围电路

2.1 TL494外围电路

50HZ脉冲产生芯片TL494外围电路如1图所示:15脚为芯片TL494的反相输入端,16为同相输入端,电路正常情况下15脚电压应略高于16脚电压才能保证误差比较器Ⅱ的输出为低电平,才能使芯片内两个三极管正常工作。因为芯片内置5V基准电压源,负载能力为10m A。所以15脚电压应高于5V。过热保护的R42为200Ω,则15脚的电压为6.22V大于16脚电压。14脚输出基准电压,因为推挽电路为双端输出,故将输出控制端13脚与14脚连在一起。12脚为电源端,接外部12V电压。8、11脚末级三极管集电极,此处亦接外接电源。9、10引脚用于输出50K的脉冲控制开关管。7脚为接地端,5、6脚外接震荡电阻和电容用于控制输出脉冲频率。4脚为死区控制端其上加0-3.3V电压时,可使截止时间从2%线性变化到100%,本设计中用于实现输入的过压保护和欠压保护。

2.2 G3525A外围电路

PWM波产生芯片SG3525A的外围电路如图2所示。

引脚1、2分别为内部放大器的反向输入端和同向输入端。1脚与基准电压输出端16脚连接,使1脚为高电平。2脚接地。3脚为同步端,此处仅一片芯片,故3脚不用。4脚为振荡器输出,亦不使用。5脚接震荡电容和6脚接震荡电阻将确定内部锯齿波的震荡频率。7端的电阻为震荡电容的放电端。把充电和放电回路分开,有利于通过死区电阻来调节死区时间,使死区时间调节范围更宽,放电电阻越大,放电时间越长;反之,则放电时间短。8脚为软启动端,通常外接一个5u F的电容用于软启动。9脚为补偿端,此电路中输入正弦波,10脚为封锁端,引脚电位大于0.7V时,芯片停止工作,和相应的保护电路相连。11、14脚交替输出相位相反的脉冲波。12脚接地端。13、15脚为电源端,接外接电源。在本次设计中震荡电容为2200p F,震荡电阻R34和R35分别为10K、1K,则内部锯齿波震荡频率为56.8K。

3 变换电路

3.1 DC/DC变换电路

直流变换电路由DC/AC和整流滤波电路组成。电路结构如图3,Q1和Q2的基极分别接TL494的两个内置晶体管的发射极。中心器件变压器变压器T1,实现电压由12V脉冲电压转变为320V脉冲电压。此脉冲电压经过整流滤波电路变成320V高压直流电压。变压器T1的工作频率选为50KHz左右。电路正常时,TL494的两个内置晶体管交替导通,导致图中晶体管Q1、Q2的基极也因此而交替导通,Q3和Q4也交替导通,这样使变压器工作在推挽状态,Q3和Q4以频率为50KHz交替导通,使变压器的初级输入端有50KHz的交流电。当Q1导通时,场效应管Q3因为栅极无正偏压而截止,而此时Q2截止,导致场效应管Q4栅极有正偏压而导通。当Q1导通时,Q2截止,场效应管Q3因为栅极无正偏压而截止,而此时Q2截止,导致场效应管Q4栅极有正偏压而导通。且交替导通时其峰值电压为12V,即产生了12V/50KHz的交流电。极性电容C3滤去12V直流中的交流成分,降低输入干扰[14]。滤波电容C1可取为2200u F。整流滤波电路由四只整流二极管和一个滤波电容组成。四只整流二极管D3~D6接成电桥的形式,称单相桥式整流电路。在桥式整流电路中,电容C4滤去了电路中的交流成分,此处滤波取值为10u F。

3.2 DC/AC变换电路

DC/AC电路结构如图4所示,该变换电路为全桥桥式电路。

4 结论

本文设计了一款高性能的车载逆变电源。该电源采用的是比较经典的两级变换的方式,即第一级是运用直流/直流的变换方式,第二级是运用直流/交流的变换方式。在该高性能车载逆变器中采用中间直流环节的高频变压器式逆变电源系统结构,它由高频变压器升压、整流滤波、高频SPWM逆变和高频滤波输出组成。因它工作在高频情况下,可使变压器、滤波电容、电容的体积及重量减小,噪声降低,反应速度提高。

参考文献

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[2]周志敏,周纪海,纪爱华.现代开关电源控制电路设计及应用[M].北京:人民邮电出版社,2005:124-147.

一个可靠电源如何设计篇8

根据分析系统需求得出的具体技术指标, 可以来选择合适的电源实现电路。一般对于弱电部分, 包括了LDO (线性电源转换器) , 开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之下, LDO设计最易实现, 输出波纹小, 但缺点是效率有可能不高, 发热量大, 可提供的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计灵活, 效率高, 但纹波大, 实现比较复杂, 调试比较繁琐等等。

二、如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数

很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理, 比如担心开关电源的干扰、PCB layout问题, 元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了, 使用一个开关电源设计还是非常方便的。

一个开关电源一般包含开关电源控制器和输出两部分, 有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去, 这样使用就更简单了, 也简化了PCB设计, 但是设计的灵活性就减少了一些。

开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统, 所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确地采样电路, 来控制反馈深度, 因为如果反馈环响应过慢的话, 瞬态响应能力会有很多影响。

而输出部分设计包含了输出电容, 输出电感以及MOSFET等等, 这些的选择基本上就是要满足一个性能和成本的平衡, 比如高的开关频率就以使用小的电感值 (意味着小的封装和便宜的成本) , 但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗, 从而效率降低。使用低的开关频率带来的结果则是相反的。

对于输出电容的ESRT和MOSFET的Rdson参数选择也是非常关键的, 小的ESP可以减小输出纹波, 但是电容成本会增加。开关电源控制器驱动能力也要注意, 过多的MOSFET是不能被良好驱动的。

三、如何调试开关电源的电路

电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内, 这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试, 避开后面电路的影响。

一般来说开关控制器是闭环系统, 如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围, 开关电源就会工作不正常, 所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR值的输出电容, 会产生很多的电源纹波, 这也会影响开关电源的工作。

四、如何来评估一个系统的电源需求

对于一个实际的电子系统, 要认真分析它的电源需求。不仅仅是关心输入电压、输出电压和电流, 还要仔细考虑总的功耗, 电源实现的效率, 电源部分对负载变人经的瞬态响应能力, 关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波, 还有散热问题等等。功耗和效率是密切相关的, 效率高了, 在负载功耗相同的情况下总功耗就少, 对于整个系统的功率预算就非常有利了, 对比LDO和开关电源, 开关电源的效率要高一些, 同时, 评估效率不仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率, 还要关注轻负载时候的效率水平。

至于负载瞬态响应能力, 对于一些高性能的CPU, 应用就会有严格的要求, 因为当CPU突然开始运行繁重的任务时, 需要的启动电流是很大的, 如果电源电路响应速度不够, 造成瞬间电压下降过多过低造成CPU运行出错。一般来说, 要求的电源实际值多为标称值的±5%, 所以可以据此计算出允许的电源纹波, 当然要预留余量的。散热问题对于那些大电流电源和LDO来说比较重要, 通过计算机也可以评估是否合适。

五、接地技术的讨论

接地的定义:在现代接地概念中对于线路工程师来说, 该术语的含义通常是“线路电压的参考点”;对于系统设计师来说, 它常常是机柜或机架;对电气工程师来说, 它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。

接地方式:接地有多种方式, 有单点接地, 多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说, 单点接地用于简单电路, 不同功能模块之间接地区分, 以及低频 (flo MHz) 电路时就要采用多点接地或者多层板 (完整的地平面层) 。

信号回流和跨分割的介绍:对于一个电子信号来说, 它需要寻求一条最低阻抗的电流回流到地的途径, 所以如何处理这个信号回流就变得非常关键。

第一, 根据公式可以知道, 辐射强度是和回路面积成正比的, 就是说回流要走的路径越长, 形成的环越大, 它对外辐射的干扰也越大, 所以, PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。

第二, 对于一个高速信号来说, 提供有好的信号回流可以保证它的信号质量, 这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层或电源层为参考来计算的, 如果高速线附近有连续的地平面, 这样这条线的阻抗就能保持连续, 如果有段线附近没有了地参考, 这样阻抗就会发生变化, 不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。所以, 布线的时候要把高速线分配到近地平面的层, 或者高速线旁边并行一两条地线, 起到屏蔽和就近提供回流的功能。

第三, 为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割, 这也是因为信号跨越了不同电源层后, 它的回流途径就会很长了, 容易受到干扰。当然, 不是严格要求不能跨越电源分割, 对于低速的信号就要认真检查, 尽量不要跨越, 可以通过调整电源部分的走线。

六、单板上的信号如何接地

对于一般器件来说, 就近接地是最好的, 采用了拥有完整地平面的多层板设计后, 对于一般信号的接地就非常容易了, 基本原则是保证走线的连续性, 减少过孔数量, 近地平面或者电源平面等等。

七、单板的接口器件如何接地

LED驱动电源设计篇9

1 LED驱动电源结构

LED驱动电源可以对电压进行调整, 确保LED灯内为直流低电压。LED驱动电源能够满足当前的电气需求,可以确保LED灯达到最理想的发光效果,降低可能出现的电网污染及电网影响,提升光源的质量。

1.1 LED驱动电源的结构选取

LED驱动电源主要包括交流供电方式与直流供电方式两种。直流供电LED驱动电源主要是电池、电瓶等,该电源在设计的过程中主要是依照直流电源特征选取的拓扑及控制结构为恒流电源。交流供电LED驱动电源主要是将交流电源转换成LED需要的直流电源,具有非常高的稳定性、安全性,可以明显提升电源的使用效率及使用质量。

1.2 PFC电路拓扑及控制方式

PFC指功率因数校正。该电路拓扑结构在使用的过程中要对储能元件进行合理应用, 通过对其自身的大电容及电感进行合理设置,加强对谐波的抑制效果。该种方法在使用的过程中要对有源开关及AC/DC整流电路正弦波状况进行控制,减少谐波成分。PFC电路拓扑在使用的过程中主要是输出稳定的直流电压,提升了变换器之后的变换效率。PFC装置在使用的过程中具有非常小的体积,控制精度较高。但是该种方法在使用的过程中无法适用于大功率场合。当前PFC电路拓扑主要包括以下几种变换器结构。

2开关电源原理

2.1 DC-DC转换电路拓扑结构及原理

当前DC-DC转换电路拓扑结构主要包括升压、降压及升降压三种变换器形式,可以依照电路要求及实际应用完成调节控制。

降压变换器又被成为三端开关型降压稳压器,主要通过串联方式进行开关电路控制,由晶体管与直流电源串联形成的稳定电源。升压型变换器又被成为三端开关型升压稳压器,主要是通过并联方式进行开关电路控制,由晶体管及电源之间并联形成的稳定电源。该变压器升降压型变换器是由升压型变压器与降压型变压器联合简化形成,可以有效改善当前电压电源稳定状况。该变换器在使用的过程中需要对二极管连接方式进行正反向转变,因此又被称为反号变换器。

2.2变换器工作原理

降压变换器在使用的过程中主要依照开关对控制模块、振荡器信号进行控制,完成开关导通及闭合控制。当基准电容电压达到规定值时,开关触发振荡器电路,完成导通操作。当电流达到峰值是完成触发动作,保持晶体开关管处于断开状态,完成降压变换操作。升压变换器在使用的过程中与降压变换器主体一致,也是依照上述原理完成控制操作。但是在该控制的过程中当电流达到峰值是要启动比较器电路,保证晶体管开关处于闭合状态。

升降压变换器控制模块可以明显加强导通控制。上述控制过程中,触发振荡器可以明显将电路启动进行合理控制,完成开关管导通信号传输。当达到峰值定值时,升降压变换器可以触发比较器电路, 完成晶体管的闭合控制,达到对脉宽调制控制功能。

3电路结构设计

3.1主电路结构

3.1.1开关电源

开关电源设计要对开关二极管、有源开关、电感、电容器进行合理使用。主电路电源设计时要合理应用半桥式转换器、单端正激式变换器等装置,依照设计要求选取主要原器件,通过脉冲宽度频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制完成脉冲频率的调制及控制。

3.1.2反激电路

反激电路在设计的过程中要对电网中的输入电流进行控制,要对直流电压及电路保护形式进行全面分析。当前反激式电路主要包括幵关频率振荡电路、脉宽调制电路、驱动电路、比较放大电路、过压保护电路几部分。主要通过降低输出电压、导通时间、高输出端口电压等控制因素或操作,完成储能补偿。

3.2电感、电容的计算值

在对电感、电容进行计算处理的过程中要对核心电路进行明确,依照电感线圈及电容状况,对电流比率及平滑直流回路电流状况进行明确。计算数据中显示但电感值越大,控制效果越好。

当电流在持续状态下为电感临界值时,设电网电压经过整流电路后电压在270~340V范围内,当输出电压最低为270V时,电感为7.59m H,电容为6.2u F。

4控制电路设计

电流反馈、电压反馈、PMN反馈及输出电压组成是当前控制电路的主要组成部分。上述内容在应用的过程中主要是通过对脉宽调节控制实现电压调节。其主要控制结构见图2

控制电路在设计的过程中要对以下几方面功能进行完善。第一,对控制电路进行设计,提升电压可控制输出效果。电路工作过程中要调节两个晶体管驱动脉冲宽度一致,保证正向与反向磁通量相同,防止产生偏离现象。要对限制脉冲宽度即软起动周期变化进行控制,降低直通。第二,要对输入信号及输出信号进行隔离,确保电压稳定性,完成各项电路的主体控制效果。

5总结

电源设计论文篇10

FPGA要求

在设计开始之前, 需要先确定FPGA电源的一些要求。因为涉及到许多资料文件, 这个过程可能会有些困难。表1总结了一些主要的FPGA电源规格。

为了确定每个负载的电流, 大多数FPGA生产商都会提供电源估算电子数据表。根据FPGA内使用的电源就可以计算出功耗和负载电流, 亦可使用FPGA仿真生产商提供的负载仿真器。在估计出负载电流后, 需要增加25%或更高的附加安全裕度。

另外一个要求是各种负载的电压规格。在FPGA数据表里电压规格可能只是粗略的最大和最小电压值。然而, 从电源看, 这包括几个因素, 如电源中的反馈电阻网络、电阻器容差以及稳压器的反馈基准容差所导致的偏置。

同时, 要考虑到开关稳压器纹波因素, 它由稳态或直流纹波以及瞬态正、负脉冲信号组成。此外, 还有可能出现高频 (10 MHz或以上) 开关噪声。

图1所示的是一个典型开关电源的WEBENCH FPGA Power Architect电源结构软件的负载瞬态仿真波形, 示意了对于输出电压规格预算值的不同影响。不同元件都包含一个输出电压 (Vout) 偏置, 稳态波纹和瞬态正/负脉冲信号。对如锁相环路 (PLL) 之类的敏感负载来说就可能需要一个独立滤波器来降低纹波。另外还需考虑是否可将各个独立负载集成为一个电源, 这样就可以降低成本, 或将噪音敏感的负载根据要求分隔开来。可使用软启动达到定序的目的, 以保证一路电源在另外一路电源之前接通, 避免闭锁;同时可以限制浪涌电流, 保证电压稳定上升。

总之, 收集FPGA的各种规格参数需要对大量资料文件进行研究, 并要留意表格底部的注释说明。根据用户选择的不同FPGA产品, 采用如WEBENCH FPGA Power Architect电源结构设计工具来保存之前的参数信息, 即可简化设计流程。

电源结构

一旦确定了电源的有关要求, 就需要确定电源树的结构。在直流电源和负载稳压器间使用一个或者多个中间电压轨可能是有利的。

这样做的一个原因是, 仅有一个稳压器要求高电压元件, 而这样的电压元件往往价格昂贵, 体积也更大。另一个原因是使用一个好的高端MOSFET的同步降压稳压器, 在占空比较高的情况下, 往往运行效率更高。这样, 使用一个外部中间稳压器去降低输入电压会更有效。

图2所示为具有相同输入和负载的几个中间电压轨配置的WEBENCH FPGA Power Architect电源结构曲线。显示了系统效率、产品占位面积和成本间的权衡。X轴代表效率, Y轴代表占位面积大小, 圆直径表示材料清单 (BOM) 的成本。可以看到, 没有中间电压轨的设计尽管其稳压器的数目最小, 但是产品的占位面积最大, 效率也最差。具有一个12 V和一个5 V接近于负载电压点的中间电压轨设计, 其效率最高, 占位面积也最小。

权衡

在对系统结构有所了解的基础上, 讨论如何对单个开关电源设计进行优化, 以实现占位面积小、效率高、成本低的设计目标。

其中一个要点就是开关频率。在高频下, 由于开关导通时间减少, 可以使用一个更小的电感器。这样可以缩小产品的占位面积, 然而交流开关损耗的增加会导致效率的降低。

因为元件往往占位面积越小也就越便宜, 高频时成本会越低。相反, 低开关频率会减小交流开关损耗, 从而提高效率。但是, 这样就需要一个更大的电感来将峰值开关电流保持在限定值内, 因此产品占位面积也随之增大。

更大的电感器也会增加成本。通过优化各个电源来实现整体目标, 即可对整个FPGA电源系统进行最优调制。图3所示为一个不同FPGA电源解决方案的WEBENCH FPGA Power Architect电源结构曲线, 包括优化和系统级结构的调整。系统效率在84%~94%之间, 系统占位面积在1.4 cm2~6.4 cm2之间, 整个系统材料清单成本是在S14.08~S 31.53之间。可视化操作帮助电源设计师们选择最好的系统方案来达到期望目标。

一款控制模块备用电源的设计篇11

关键词：备用电源过欠压检测 Mulitisim

中图分类号：TL503.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（b）-0000-00

1.引言

为了防止控制模块的直流27V供电电源输出出现异常时，对控制模块造成的数据丢失、电子设备及后级负载的损害等问题，考虑一路备用电源是十分必要的[1]。本文中选用一款蓄电池作为备用电源，当供电电源输出出现中断或异常时，蓄电池仍可以持续一定时间给控制模块供电，既保证了控制模块的数据不会丢失，同时减少了对电子设备及后级负载的影响。此外，备用电源要具有对蓄电池的充电功能，还要实现27V电源与蓄电池的切换功能，以及对蓄电池充放电的过欠压检测和对供电电源的异常检测等保护功能。

2.工作原理

当27V直流电源正常时，直接给控制模块供电，同时给蓄电池组充电；当27V直流电源异常时，切换电路将电路切换到蓄电池组供电。当蓄电池组作为控制模块供电电源时，必须实时监测蓄电池组的放电电压，当电压降到设定阈值时切断电路，以免电池损坏。

在检测电路中，必须达到以下效果：27V直流电源给蓄电池组充电正常时，发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭；27V直流电源异常时，电路切换到蓄电池供电，发光二极管D6开始闪亮，待蓄电池组放电至欠压D6灯灭，进行光报警，备用电路原理图如图1所示。

3.组成

本文设计中，备用电源主要由蓄电池组和监测控制电路模块两大部分组成。其中，蓄电池组主要由两个12V蓄电池串联而成，监测控制电路模块主要由充电电路、欠压检测电路、过压检测电路以及切换电路等组成。备用电源原理框图如图2。

3.1蓄电池组

铅酸蓄电池由于其制造成本低，容量大，价格低廉而得到广泛的应用[2]。但是，若使用不当，其寿命将大大缩短。因此为有效延长蓄电池的使用寿命，在本电路中主要设计了对电池充放电时过欠压的控制电路。

选取2块免维护铅酸蓄电池12V1.3AH/20HR串联使用。蓄电池组放电时间按式（1）计算[3]。

Q ……………………………… （1）

式中：

Q——蓄电池容量（Ah）（取值1.3Ah）

K——安全系数（取值1.25）

I——负载电流（A）（取值0.4A）

T——放电小时数（h）

t——蓄电池最低环境温度（℃）（取值15℃）

η——放电容量系数（取值0.76）

α——蓄电池放电温度系数（取值0.008）

由式（1）可得电池放电时间约为2h，满足备用电源延时要求。

3.2监测控制电路模块

a）充电电路

备用电源电路原理图如图1所示， 27V直流电源由MOS管控制给蓄电池充电，在27V直流电源正常时，给控制模块供电，同时蓄电池处于充电状态，此时发光二极管D7灯亮，直至充满D7灯灭。

b）电池欠压监测电路

在蓄电池正常工作一段时间后电池电压下降，当下降到保护值（电压<20V）时，必须关闭电池供电电路，可能会影响电池寿命，甚至导致电池损坏。因此对电池电压进行监测并采取相应的保护措施是十分必要的。如图1所示，放电欠压终止由电压比较器U1B控制，电阻R7、R8串联采样充电电压接到比较器U1B的反相端，同向端接TL431提供2.5V的基准电压，当放电电压低于20V时，U1B输出高电平，Q1导通，继电器（常开）断开，蓄电池停止放电。

c）电池过压监测电路

充电过压监测是为了防止蓄电池过充，从而延长蓄电池寿命，同时也能防止过充造成不必要的危险。如图1所示，充电过压（电压﹥27.6V）终止由电压比较器U1A控制，电阻R1、R2串联采样充电电压接到比较器U1A的反相端，同向端由TL431提供2.5V的基准电压，当电池电压高于27.6V时，比较器U1A输出低电平，Q2截止，Q3导通，MOS管Q4关断，电池停止充电。

d）切换电路

当27V直流电源异常时，切换电路切换到蓄电池工作状态，实现不间断供电。由于需要通过功率器件——继电器来切换，而功率器件的切换是需要动作时间的，因此在本电路设计中，如图1所示，对控制模块电源输入端并联大电容来弥补切换中断时间时的电源供电，从而确保控制模块零中断工作。

4.结束语

通过对控制模块备用电源的合理设计，可完成备用蓄电池的充电、过欠压监测与光报警及其切换等功能，实现了对控制模块的不间断供电，提高了工作效率。

参考文献

[1] 殷小明.应急电源与备用电源的设计[J]，现代建筑电气，2012年04期

[2]吴浩亮，张明锋，陈波等.中国铅酸蓄电池行业现状与展望[J].工程建设与设计，2011年07期

通用开关电源的设计篇12

首先介绍开关电源的控制方法:

根据DC-DC变换器工作方式, DC-DC变换器可分为下面几种:PWM变换器、谐振变换器、软开关PWM变换器等。

1 脉宽调制技术

脉宽调制PWM技术由于其电路简单、控制也相对方便而得到广泛的应用。目前, 应用PWM技术的变换器的运行最佳频率范围为30kHz~50kHz (使用MOSFET做开关管) , 在该范围内, 整个系统不论体积、重量、可靠性或是价格都基本上实现了最佳。但是, 常规的PWM技术的固有缺陷也在一定程度上限制了其高频化, 这样人们另想办法, 围绕着减小开关的损耗, 消除或缓解其电路中寄生参数所造成的影响提出了谐振变换技术。

2 谐振变换技术

谐振变换技术可以描述为开关器件在零压或零电流条件下可进行开关状态的转换。这样可以在一定程度上降低了开关损耗。谐振变换电路主要由串联谐振、并联谐振、准谐振、E类谐振和多谐振等。这类变换器主要利用谐振原理使开关管的两端电压或流过开关管的电流能够在一个周期内在某一时间段呈正弦规律变换, 电压和电流的波形会错开, 这样可实现零电压开关 (ZVS) 或零电流开关 (ZCS) 条件, 使得开关管自然得到导通或关断。零电流开关的特点:能保证运行中的开关器件在关断信号来到之前, 流经开关管的电流就已经下降为零, 这样就保证了器件在零电流的条件下能断开;零电压开关的特点是能够保证运行中的器件在开通信号来到之前, 开关管的端电压就已经下降为零了, 从而能使开关管在零电压下导通。谐振式变换器有这样的缺点:1) 功率电路拓扑较复杂, 在不同负载条件下, 存在不同工作模式;2) QRC, MRC都是变频控制, 所以控制电路较复杂;3) 谐振波形使开关管电压或其电流应力比PWM变换器还要大得多。针对以上局限性, 人们提出了其他的软开关技术。

3 软开关技术

软开关变换器为QRC和PWM开关变换器组合在一起的综合:在QRC变换器中若增加一个辅助开关, 以控制谐振为网络工作, 使变换器在整个周期内, 一部分时间是按ZVS或ZCS准谐振变换器来工作, 另一部分时间则按PVYM变换器来工作。因此它兼具有谐振变换技术或PWM变换技术共有的特点.

下面再来介绍控制电路:

控制电路我们采用ON Semiconductor (安森美) 公司所生产的NCP1200芯片。NCP1200是种新型的高频开关电源芯片, 它将开关电源中最为重要的两个部分即PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET电路集成在一个芯片上, 构成PWM/MOSFET二合为一的集成芯片, 能使外部电路得到简化, 让工作频率可达100kHz, 交流输入电压为100V~250V, AC/DC转换效率可达到90%。对70W以下开关电源, 主功率器件采用NCP1200, 与其他电路相比, 重量轻、体积小、自我保护的又功能齐全, 从而降低了开关电源在设计过程中的复杂性。特别适合于中小功率AC-DC电源、各类充电适配器、DVD电压等的设计。

4 EMI滤波器

EMI信号滤波器是可以滤除导线上各种工作时不需要的高频干扰成份, 其可用在各种信号线 (包括直流电源线) 上当低通滤波器。最有效的接收和辐射天线是线路板上的导线, 由于导线存在, 这样会使线路板产生强电磁辐射。与此, 这些导线还能接收外部来的电磁干扰, 使电路相对干扰很是敏感。解决高频电磁的干扰辐射和接收最有效的办法是在导线上使用信号滤波器, 如不用信号滤波器时, 脉冲信号的高频成份就很丰富, 这些高频成份还可借助导线辐射, 这样线路板的辐射就会超标。所以使用了滤波器以后, 脉冲信号的高频成份就会消弱很多, 正因为高频信号的辐射效率非常高, 随着高频成份的减少, 线路板的辐射会改善很多。按安装方式和外形信号滤波器可分为:贯通滤波器、有线路板安装滤波器、连接器滤波器等。通常使用线路板安装滤波器较多, 其具有经济性高、安装方便等优点。

5 TL431反馈电路

反馈的概念, 是指将放大电路的输出量 (电压或电流信号) 一部分或全部, 通过一定的方式 (元件或网络) 输送到输入回路, 完成输出量与输入端回送的电路就称为反馈元件或反馈支路, 具有反馈回路的放大电路即称反馈放大电路。

随着电子技术的不断高速发展, 电源技术也跟着不断完善和提高。像自激型的开关稳压电源, 在过去其输出的功率只能达到大概50W, 而现在可以达到100W以上。这些变化是源于电路技术的进一步成熟和采用新型元器件的结果。

最后设计开关电源整体系统图:

电路如图所示:电源适配器由NCP1200构成6.5V、0.6A, 它可为随身听、电动玩具或一般家电提供电源。该适配器对全部85~265V的交流电源均适用。交流电压经过桥式整流器 (BR) 、电磁干扰滤波器 (L1、L2、R4、R5) 和滤波电容 (C1、C2) , 得到直流高压U1, 分别连到NCP1200的HV端、高频变压器初级的一端。在刚获得电源时能降低输入滤波电容上的冲击电流。吸收电路由R6、C5、VD1组成的钳位电路和R7和C6构成, 可吸收尖峰电压, 这样就可降低电磁干扰。外部功率开关管是采用MTDIN60E型M0SFET管, 最大漏极电流为IDM=1A, 漏源击穿电压为U (BR) DS=600V, 管子最大功耗为PDM=1.75W。输出整流滤波器是由VD2、C3、C4组成。光耦反馈电路是由限流电阻R1、光耦合器IC2 (PC817A) 和5.1V稳压管 (1N5993B) 组成的。输出电压是这3个元器件上的电压降之和。因IC2中LED的正向压降ULED≈1V, 工作电流ILED设定为0.85mA, Rl=220Ω, 故Uo=URl+UrrD+UDZ= (0.85×10-3×220) +1+5.1≈6.5V。高频变压器采用E16型磁芯, 初级绕组的电感量Lp=2.9mH, 漏感Lpo=80us, 匝数比n=Np/Ns=12.5。

电源技术发展的趋势是开关电源高频化, 高频化带来的优势是使开关电源装置空前微型化, 并使开关电源应用领域更加广泛, 特别是应用在高新技术领域, 推动了高新技术产品的微型化、轻便化。另外开关电源在节约资源及保护环境方面的发展与应用更具有深远意义。

参考文献

[1]刘胜利.高频开关电源实用技术[M], 2003, 5.

[2]蔡宣三, 龚绍文.高频功率电子学直流直流变换部分[M], 科学出版社, 1993, 6.

[3]苏玉刚, 陈渝光.电力电子技术[M].重庆大学出版社, 2003, 4.

[4]叶慧贞, 杨兴洲.开关稳压电源[M].国防工业出版社, 1993, 4.

[5]沙占友, 王彦朋, 孟志永.单片开关电源最新应用技术[M].机械工业出版社, 2002, 9.

[6]沙占友.新型单片开关电源的设计-5应用[M].电子工业出版社2001, 6.

[7]赵负图.电源集成电路手册[M].化学工业出版社, 2003, 1.

[8]何希才.新型半导体器件及其应用实例[M].电子工业出版社, 2004, 6.

[9]王港元.电子技能基础[M].四川大学出版社, 2001, 9.

[10]赵修科.实用电源技术手册—磁性元件分册.沈阳:辽宁科学技术出版社, 2002.