稳压电源模块（精选9篇）
稳压电源模块 篇1
摘要：采用PWM方式电压控制模式的DC-DC升压转换器, 使开关电源能够实现较高的电压抑制比和温度稳定性及高精度输出电压特性。利用WorkBench软件对驱动模块和升压转换器整体电路的性能进行仿真验证, 实验结果表明在常规工作条件和规定电源电压范围内, 转换精度和效率达到88%以上, 稳压效果良好。
关键词：斩波电路,集成稳压器,电压抑制比,模块化,纹波电流
开关电源是利用现代电力电子技术控制功率开关管开通和关断的时间比率来稳定输出电压的一种新型稳压电源。在利用开关原理实现升压稳压电源时, 电源的稳定度和转换效率一直是困扰众多工程师的一个问题。本设计为提高稳压电源的稳定度, 稳压电路采用TOP Switch-Ⅱ功率集成器。由它设计实现的电源不需要更多的外围元件, 使电源设计简单, 调试容易, 且性能优良。TOP Switch-Ⅱ功率集成器基本原理使利用反馈电流来调节驱动功率开关的PWM占空比, 从而达到稳压目的。提高转换效率利用MAX1171芯片加MOS管实现BOOST升压电路, 可大大提高效率。
(一) 模块化集成开关稳压电源主电路设计
1. 设计系统方案
本设计按题意要求由三大部分组成:隔离变压器、整流滤波、DC-DC变换器, 它应具有稳压、调压功能, 此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路, 设计的系统流程图如图1所示。
2. 主电路方案选择
开关稳压电源的主回路是由斩波电路构成的, 升压转换器主回路的拓扑结构, 主要由功率开关管、电感、续流二极管、负载电容、负载组成, 其中电阻是电感的直流电阻, 是负载电容的等效电阻。它的工作过程分成两个阶段:当开关管导通时, 主电流环路包括电感、开关管和输入电压源;开关管导通时, 开关管的导通电阻值很小, 电感右端相当于接地, 左端接电源电压, 流过电感的电流以固定斜率线性上升, 电能以磁能的形式储存在电感中使续流二极管反偏, 处于截止状态电容通过负载放电, 给负载提供能量。主电流环路包括电感、二极管、电容、负载和输入电压源;当开关管截止时, 电感中的电流不能突变, 于是二极管立刻正向导通, 这时电感与开关相连端的电压被输出电压钳位, 这个电压被称为反激电压, 其幅值是输出电压减去二极管的正向导通压降, 电感通过续流二极管, 向负载释放磁能, 并为负载电容充电。
具有升压斩波的电路Boost型, 如图2所示, 其工作状态分为连续工作状态和不连续工作状态两种模式, 在同功率输出下晶体管和二极管的最大瞬时电流比连续状态下要大, 同时输出电压的纹波也增加, 在连续状态下输入电流不是脉动的纹波电流随电感的增加而减小, 不连续状态下输入电流是脉动的而且峰值电流比较大, 在不连续时只有电容向负载提供能量, 因此要求比较大的电容才能适应输出电流电压纹波小的要求。
图2拓扑结构
(二) 模块化集成开关功能模块的实现
1. 驱动控制模块
对于控制电路为了减小其复杂性采用高集成度的MAX1771加MOS管实现BOST升压电路, 可大大提高效率。利用单片机控制的开关电源, 可使开关电源具备更加完善的功能, 智能化进一步提高, 便于实时监控。其功能主要包括对运行中的开关电源进行检测、自动显示电源状态;可步进调整所需电压值, 可以通过按键进行编程控制;可以进行故障自诊断, 可以对电源进行过流保护;可以对电池充放电进行实时控制。
2. 稳压模块
为提高稳压电源的稳定度, 稳压电路采用TOP Switch-Ⅱ功率集成器。该模块时美国集成公司第二代功率模块的代表之一, 由它设计实现的电源不需要更多的外围元件, 使电源设计简单, 调试容易, 且性能优良。TOP Switch-Ⅱ功率集成器主要包括:控制电压源, 带隙基准电压, 振荡器, 并联调整误差放大器, 脉宽调制器, 门驱动级和输出, 过流保护电路, 过热保护及上电复位电路, 关断自动重起动电路, 以及高压电源。
TOP Switch-Ⅱ功率集成器基本原理使利用反馈电流来调节驱动功率开关的PWM占空比, 从而达到稳压目的。当电源输出电压升高时, 并联稳压器一段电压的电压升高, 流过线性光耦的电流增加, 该电流与TOP Switch-Ⅱ功率开关驱动脉冲宽度成反比, 至使驱动脉冲宽度减少, 功率开关导通时间变小, 使输出电压下降, 从而实现输出电压的稳定。当输出电压下降时, 将引起与上述相反的结果。集成稳压器的集成度很高, 其耗能非常小, 另外控制电路采用芯片结构, 大大减小了耗能, 使电路整体的效率提高。
3. 过压保护模块
由于回路电流太大, 故保护电路采用继电器, 在主回路输出端串过流继电器KM2, 触点为常开触点, 在控制回路用延时继电器KM1 (常闭触点) 通断电源, 当主回路过流时KM2常开触点闭合, 导致电源开关KM1 (延时继电器) 自动断开, 电源切断, 电源开关延时5秒后自动闭合, 如故障未被排除则重复上述过程, 故障排除则开关闭合后进入正常状态, 从而实现过流保护和自动恢复功能。
(三) 电路设计与参数计算
1. 主回路设计
主回路的主体器件是一个电子开关, 采用IGBT (绝缘栅双极型晶体管) , 它具有双极型晶体管和MOS管的共同优点, 一是输入内阻大、功耗小, 二是开关速度快, 可以提高开关频率, 利于减小输出电压和输出电流的纹波, 电容和电感分别采用大容值电容及大感值电感, 以使电路工作于连续工作状态利于输出。IGBT选用DT640型号, 其击穿电压达900伏特, 最大电流60安培, 之所以选择如此大的功率, 一方面小功率器件满足不了要求, 中功率器件市场上比较少见, 难于购买;另一方面采用大功率的有利于散热, 可以免于散热系统的设计。
2. 电路主要参数计算
按照设计要求V0=36V, I0>=2A, UOPP<=1V, 为提高精度假定纹波电流IOPP<=50mA, 开关频率fs>=20KHz。
控制电路最小振荡频率
依据电压要求最小占空比
最大占空比
电感感值
电容容值
纹波电流
二极管的主要参数:
二极管电流
二极管平均电流
断开占空比
平均输入电流
主回路输入功率
效率
另加上控制电路功耗及其电路的其他杂散损耗, 其可能占总功率的5%~15%, 故实际效率约为75%偏上。
(四) 测试结果分析
由于没有快恢复二极管和肖特基二极管, 开关频率不能提的太高, 实测只有4KHZ, 实际应至少为20KHZ, 所以实际负载电流只能达到1.8A。实际电路可以实现30V~36V调压, 并且扩展了电压调整范围, 经测量实际电压调整范围为10V~36V。当U2从15V变到21V时, 电压调整率达到SU<=1.5%。从0变到2A时, 负载调整率SI<=5% (U2=18V) ;经测试, 当U2从15V变到21V时, 电压调整率达到SU<=0.08%。;输出噪声纹波电压峰—峰值UOPP<=1V (U2=18V, UO=36V, IO=2A) , 但是由于开关频率太低, 电感感值又不能选太大, 所以斩波电路只能工作于不连续工作状态, 器件略有发热;实测DC-DC变换器的效率为75% (U2=18V, UO=36V, IO=2A) 。此设计电路应具有过流保护功能, 动作电流IO (th) =2.5±0.2A, 由于动作电流大, 需用继电器实现, 但条件限制, 买不到时间继电器, 效果不是很理想。
这次设计基本上完成了设计题目所要求的各项指标, 但由于所处地理位置的偏僻, 很多元件无法购得而不得用一些其他元件所替代, 影响作品的实际效果, 导致本次设计的难度提高很多, 但是仍然能够实现所有功能。
(五) 结束语
本文设计的是开关稳压电源, 是一种新型的开关电源, 该电源除具有传统的开关电源稳定性好, 效率高, 响应速度快等优点。基于TOP Switch-Ⅱ的设计, 具有外围元器件少, 调试容易, 电压调整率, 电流调整率接近线性电源的品质。但其效率却是线性电源的2倍多, 此电源具有良好的过载保护能力, 一旦过载去掉, 电源仍能正常工作。在滤波输出方面, 由于高频变压器次级线圈的匝数较少, 线圈等效的滤波电感小, 为获得更好滤去纹波的效果, 在整流后加一小电感, 可使输出纹波减少比较明显。利用MAX1771芯片加MOS管实现BOOST升压电路, 可大大提高效率;而运用单片机控制的开关电源, 可使开关电源具备更加完善的功能, 智能化程度进一步提高, 便于实时监控。
参考文献
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稳压电源模块 篇2
摘要：讨论模块化逆变电源的应用场合及设计特点，并以某定向陀螺用的逆变电源为例，介绍了模块化逆变电源的设计过程。
目前，逆变技术已在国民经济的各个领域中得到了极其广泛的应用，国内外许多公司已能生产技术成熟的标准逆变电源，这些产品实现的功能较多，性能较好、可适应较复杂的负载情况，但控制方案较复杂、体积较大、价格昂贵，适于实验室、车间的集中供电。在逆变技术的进一步普及应用中，越来越多的产品、设备要求逆变电源象直流电源一样模块化，并成为该产品、设备的一部分。通常在这种场合对逆变电源要求容量较小、负载单
一、并控制体积和成本，显然再采用标准逆变电源的方案就不合适了，这需要仔细考虑系统方案，简化控制，在保证性能指标的同时，减小体积，降低成本。
本文以某新型鱼雷定向陀螺用的模块化逆变电源为例，介绍模块化逆变电源的设计与应用情况。本例的负载为感性，输出电压有个切换过程，在要求输出电压固定的场合，去掉电压切换部分即可。
本模块电源为三相400Hz逆变电源，24VDC输入，要求输出电压在通电30s内为68V，此时负载电流为3A；30s后，陀螺的起动过程结束，要求输出电压无间断地切换为36V，并提供1A负载电流，稳压精度2％，输入输出隔离。模块外形尺寸不大于120mm×130mm×50mm。
2系统设计
在模块电源的研发过程中，系统设计直接决定产品的最终性能。现采用以下方案构成SPWM型逆变器，系统框图见图1。
图1系统框图
2.1控制方案
模块化逆变电源的负载一般已知，其特性也不复杂，没有进行实时计算的必要，因此采用查表法是很合适的，将控制波形的SPWM数据事先计算出来，存入ROM中，这样可使控制部分得到最大程度的简化。调节直流母线电压可以进行输出电压的控制，虽然这种方式不利于三相分相控制并有一定滞后，在大容量逆变器中不常见，但在三相平衡负载场合，是完全可以满足要求的。所以，本系统实际采用了PWM、PAM两种控制方式。控制部分是系统的关键，本文将做详细介绍。
2.2主电路设计
主电路需将24VDC输入变换为较高的、可调节的直流母线电压，选择性能优良的DC/DC模块，可缩短设计周期、提高产品可靠性。
图2规则采样Ⅱ法
DC/DC模块选用VICOR产品。该产品采用了ZCS/ZVS（零电流/电压开关）技术，突出优点是高效率、高功率密度、高可靠性、低电磁干扰；同时，可以利用其I/O隔离的特性实现系统的隔离。若使用两只24V变48V、输出150W的VICOR模块，输入并联，输出串联，可获得96V的直流母线电压。
（1）检验功率不计各处损耗，最大输出功率为 68×3=204VA 两只模块可输出功率达300W，可以满足要求。
（2）检验电压正常工作输出36V时，若直流利用率为0.7，调制度为最大值1，则需直流电压
36/0.7=51.5V 输出68V时，若直流利用率仍为0.7，调制度为最大值1，则需直流电压
68/0.7=97V 这是空载时所需的直流电压，当带重载时，因线路阻抗和系统输出阻抗的存在，所需的直流母线电压更高，所以必须采取措施提高直流利用率。计算SPWM数据时，可适当地过调制，并在电路中稍微加大滤波，就可达到目的。
逆变桥使用MOSFET构成三相逆变全桥，滤波网络中的电容采用三角形连接以加强滤波作用。
2.3保护与控制电源
当有异常情况出现时，有两种方法切断输出，一是封锁控制数据，如选择ROM数据全为零的空页，此法方便快速；二是断开直流母线电压，此法有利于负载的安全，这里选择后者。VICOR模块的GATEIN端是其功率提升同步端，也是该模块的使能端，拉低该端电压即可关闭模块（Isink=6mA），它以－IN端电位为基准，故检测的过流、过压信号均须以光耦与之隔离。
控制部分已相当简单，电源功率很小，采用线性三端稳压器即可。除简便外，还有可靠、电磁干扰小的优点。固定一只模块的输出电压以获得控制电源，而调节另一只来控制系统输出电压的幅值。
3PWM波形控制
在ROM中的PWM数据是离线计算的，灵活性较大。采用SPWM方法之一的规则采样Ⅱ法计算数据，可比较准确地得到开关器件的导通、关断时间，其原理误差与存储数据时取整带来的误差相比可以忽略。计算程序的入口参数主要有三个：载波频率fc、调制频率fm和调制度M，其中调制度代表预期的输出幅值。输出电压切换前后的幅值相差很大，不能使用一个调制度，所以在ROM中存储两组数据（每组2k字节），通过控制高位地址线实现电压切换。前面2.2节述及，起动阶段输出68V时，需适当的过调制，此时，SPWM就近似为梯形波比较调制，使直流利用率提高；而正常工作输出36V时，直流母线电压绰绰有余，调制度较低，谐波含量将很少。
规则采样Ⅱ法的原理如图2所示，在三角载波的负峰值时对正弦调制波采样，得到图中E点，采样电压为urE=MsinωCtE。E点水平线在三角波上截得A、B两点，两点间的时间就作为SPWM波在该载波周期的脉宽时间t2。由相似三角形的比例关系可得下式：
脉宽时间间隙时间
(1)(2)Tc为三角载波的周期。利用式（1）可以很快地计算出各个脉冲宽度，而两个脉冲之间的间隙时间为前一脉冲的t3与后一脉冲的t1之和。
图3是产生PWM数据的程序流程：
图3产生PWM数据的程序流程图(a)主程序(b)计算某相数据子程序
图4VICOR模块调压原理
程序中，计算某相数据的子程序是三相公用的。其中一个参数是正弦调制波相位，改变这个参数可分别计算出A、B、C数据，并且可以补偿因滤波元件参数不一致而导致的三相不平衡。计算完各开关点时间后，将时间转换为0、1位串的字节长度，这个过程要进行四舍五入，修正值初值为0.5。但四舍五入一般会带来数字节的误差，为了保证总的字节数成整k，需要以逐次逼近方式修改修正值。
此部分电路中，一555多谐振荡器产生819.2kHz时钟，经12位计数器进行地址变换，使存储于ROM中的PWM数据周期性地输出，再由专用驱动芯片IR2110驱动MOSFET三相全桥进行逆变。
4输出电压控制
介绍这部分前，需先对VICOR模块的调压原理进行了解，参见图4。
VICOR模块的电压调节端TRIM同时也是模块内部误差放大器的电压给定端，经一个10kΩ电阻与2.5V基准串联，此端悬空时，误差放大器的给定电压为2.5V，模块输出额定电压。由TRIM端外接电阻到－OUT端与10kΩ电阻对2.5V分压，使误差放大器的给定电压降低，模块的输出电压即被按比例地调低；由＋OUT端外接电阻到TRIM端与10kΩ电阻对输出电压分压，输出电压亦被按比例地调高。模块的输出电压调节范围是额定值的5％到110％。值得注意的是，若TRIM端电压过高，将导致模块的过压保护动作。
使模块的电压调节端TRIM随着系统输出电压有效值的变化而反向变化，即可构成负反馈闭环回路。可以看出，若将系统抽象为一闭环系统U(s)=U0×C(s)/F(s)，模块内的2.5V基准也是系统的给定值U0，负反馈环路可抽象为反馈通道传递函数F(s)。系统有68V、36V两次稳压过程，只需在切换数据页的同时相应改变F(s)中的反馈系数即可。
此部分的电路参见图5。
输出的三相电压经整流滤波后，在电位器RP1的滑臂上取得反馈电压，该电压经光耦N1隔离、反相后送到VICOR模块的TRIM端，即构成了负反馈环。这里光耦三极管等效为一个接在TRIM和－OUT端的受控可变电阻，这样有效地防止了TRIM端上的反馈电压过高。
通电后，首先＋15V经R对C充电，充电时间常数由二者的乘积决定。当C上的电压不超过稳压管DZ稳压值加0.7V时，T1不导通，集电极输出为高电平，选中ROM里存储68V数据的页面，同时，三极管T2、达林顿光耦N2导通，电位器RP2与RP1并联，这个状态对应于起动阶段输出68V高电压；当C上的电压超过稳压管稳压值加0.7V后，T1导通，集电极输出为低电平，选中存储36V数据的页面，同时T2、N2截止，RP2支路断开，RP1滑臂上的反馈电压增大，系统反馈系数也变大，输出将降低，这时对应于正常工作阶段输出36V。
图5电压控制电路
这里，用PWM数据的调制度大致决定输出电压幅度。确定此参数时，断开负反馈环，VICOR模块输出额定电压，系统带满载并能输出预定电压时的调制度，就是合适的取值，经实验，68V、36V的调制度分别取为1.50、0.50。用电位器RP1、RP2可对输出电压在一定范围内微调。输出36V时，仅RP1起作用，故应先调定RP1，再用RP2对68V调节。
取样电阻值的选择很重要，选得过小，光耦会出现饱和情况，系统就会振荡；选得太大，光耦不足以导通，负反馈环起不到调节作用。
5产品性能和应用情况
研制的电源能满足外形尺寸要求，能以简洁的电路实现并完全达到各性能参数的关键在于VICOR模块与逆变部分的巧妙配合。以下是产品的实测数据：
（1）输出电压：
稳压电源模块 篇3
工欲善其事必先利其器，要想改造电源供电线缆，使用普通电源肯定是不靠谱的，原配线改造有一定难度，而自己重接线缆又有漏电危险，并不是很推荐这么做。其实为了机箱内部清洁和线缆自定义，已经有专门的全模组化电源了。根据需求自选所需线缆而多余的线缆全部不用插，对比以前的电源已经很人性化了。但依旧有很多高要求的用户不满意，因为虽然线缆可选，但其长度、颜色、接口数量和软硬程度都是厂家指定的，并不见得能和自己的机箱100%完美兼容，肯定还会有多余的线缆。
手工打造模组线
在打造模组线之前我们需要自行购买一些材料和工具，这是必不可少的环节。首先说说模块，模块就是连接电源或者设备那个方形的塑料接口，比如主板的24PIN、处理器的4或者8PIN和显卡6PIN等等。在手工打造模组线领域，JMT品牌的模块口碑一直相当不错，也是淘宝众多专业代做模组线商家的首选。需要注意的是类似CPU 8PIN和显卡8PIN这类模块外形很相似，制作起来一定注意。
模块之外是端子，这可能比模块本身更为重要。端子其实就是模块中可见的金属接口，另一头直接连接线缆。端子有公母之分，我们需要根据模块的作用来决定使用何种端子。端子连接线缆所用金属脚的长度不同，也分为长脚端子和短脚端子，如果压制单线短脚即可，如果需要压制双线用长脚端子。挑选端子时很重要的一点就是一定要挑接口大一些的端子，这样在进入模块后才不至于由于后部线缆的扭动让端子接口也在模块中转圈。否则会造成接线困难，长时间扭动使用会引起安全隐患。
可能很多人认为线缆的选择是重中之重，其实相对接头的选择要简单一些。常见的线缆有普通线、镀银线还有硅胶线，很多淘宝商家还提供尼龙包网服务，其实我们自己也可以实现包网。如何分辨线材质量呢？并不一定是越粗越好，一般镀银线较细，我们选择直径1.8mm以上即可;但如果是硅胶线，一定要选择2.2mm以上直径的产品。当然还有更粗的尺寸，其电气性能肯定更好，但过粗过硬有些影响走线。
挑选工具和具体做线
做线最重要的工具是压线钳，如果再有专门的剥线钳就基本可以开工了。剥线钳最主要的作用就是将线缆从外部材质上剥离3～4mm即可，如果实在没有，使用锋利一点的剪子将外部材质轻轻剪一圈也能取下，不过如果线缆数量众多可能会比较累。
稳压电源模块 篇4
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。
模块化数控开关电源并联系统 篇5
开关电源被誉为高效节能电源, 它代表着稳压电源的发展方向, 现已成为稳压电源的主流产品。但随着科技的快速发展, 对电源系统的要求也越来越高, 尤其是大容量、高安全性、不间断供电的电源。如果仅靠增大单一电源的容量来实现功率的增长, 不但不能满足大功率电子设备对功率增长的要求, 而且会增加大功率元器件的研制困难, 增加产品的研发周期, 增大研发成本。另外单一电源供电容易引起整个电源系统效率低下、降低电源系统供电可靠性。因此, 研发高可靠性、低成本、低开发周期的开关电源是当前电源技术的发展方向之一[1,2]。
相比于传统集中式电源供电系统, 模块化开关电源并联电源系统具有的优点非常显著:使电源系统的使用更加灵活;让电源系统能够达到兆赫级别的开关频率, 从而能够提高电源模块的功率密度, 能够减小电源系统的重量、体积;能降低各个电源模块的功率半导体器件的电流应力, 从而使系统的可靠性得到提高;能可靠的达到N+M冗余模式供电;可以减少产品种类, 便于标准化、模块化。但是, 由于单个电源模块的个性差异, 模块化分布式电源系统仍存在均流、环流、各模块间协调控制、启动等问题, 所以对模块化数控开关电源系统研究迫在眉睫[3,4,5,6,7,8,9]。
1 系统硬件设计
模块化数控开关电源并联系统主电路的单个子模块包括EMI滤波、三相不可控整流、基于BUCK的PFC降压、输出滤波等功能模块。用交流市电为系统提供输入电源, 通过整流模块转成DC, 再通过Buck调压器实现稳定的DC输出, 其系统的功能框图如图1所示。
模块化数控开关电源并联系统主电路采用基于BUCK变换器的模块并联结构。控制系统采用STC12C5A60S2型号单片机为控制核心, 单个模块采用双闭环控制策略。模块间采用平均电流模式实现各并联模块间的均流。模式切换控制器用来实现各模块之间的协调以及系统快速的加减载。系统的主要拓扑及控制电路原理框图如图2所示。
2 系统控制器及加载方案设计
2.1 系统控制器设计
模块化分布式数控开关电源控制系统将采用STC12C5A60S2型号单片机为控制核心, 通过检测各模块电流和负载电压, 由MCU的软件计算出误差信号, 调节各模块的PWM波占空比来实现均流和系统的监控及故障判断、处理。控制流程图如图3所示。
2.2 多模式切换加载控制方案
在如图4所示的双模块Buck变换器并联电路中, 假设所有电路元件均为理想元件。稳态工作时采用电压、电流双闭环控制策略。且在加载之前Modle-1已经工作在稳态模式下, 稳定输出电压为U0, 输出电流为I0。为了防止Modle-2在并入过程中由于两模块的输出电压不一致而产生电流冲击, 给Modle-2的电容预先充一定电荷使其空载输出电压等于其稳态值U0。在加载瞬间开关K和开关管S2同时导通, 然后通过控制器使开关管S2保持在开通状态, 再在某一特定时刻关闭S2, 并在电感电流iL2重新回到稳态时刻让控制器切换成双闭环控制模式, 两模块开始同时向负载提供额定大小功率, 在此期间开关管S1在控制器作用下始终以稳态时的占空比开通和关断。
3 仿真及实验结果
3.1 仿真分析
用matlab对多模式切换的加载控制方案进行仿真, 其中Buck并联系统中单模块的电路参数和设计指标如下:输入电压Vin=110V, 输出电压期望Vo=48V, 负载电阻R在t=0.1s时, 由4.8Ω跃变为2.4Ω, 滤波电感L1=L2=675μH, 滤波电容C1=C2=100μF。经计算可得该双模块Buck并联系统的加载时刻和各控制模式切换时间t0=0.1s;t2=0.10018s;tsi=0.10027s;Umin=45.3V。
基于多模式切换的快速加载控制算法研究和仿真实现, 如图5所示。
仿真结果如下:
图6、7分别为负载电流由10A跃变为20A的传统Buck并联加载控制和多模式切换加载控制的加载输出电压、输出电流、电感电流及开关管驱动仿真波形图。
由图6、图7对比明显可知基于多模式切换的双模块Buck变换器的瞬态特性优于传统模式控制下的Buck变换器。
3.2 实验结果及波形 (图8)
4 结束语
本作品为一款数控开关电源系统, 它具有:快速的加减载瞬态响应能够满足敏感用电器件用电要求, 提高其使用寿命;模块化结构, 支持在不停机的情况下进行故障模块更换;能够自动实现故障检测、输出功率等级的切换、冗余模块的并入和故障模块的切除;能够实时显示各模块运行状态及系统的耗电量情况;能够自动对负载进行识别以确定最优的模块个数及模块的工作模式等功能。而如何进一步提高系统的智能化程度、稳定性和可靠性以及加载瞬态响应速度, 将会是进一步研究的方向。
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开关电源模块并联供电系统设计 篇6
2 主要模块设计方案
2.1 供电系统
桥式整流电路的工作原理如图2:e2为正半周时, 对D1、D3和方向电压, Dl, D3导通;对D2、D4加反向电压, D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路, 在Rfz, 上形成上正下负的半波整洗电压, e2为负半周时, 对D2、D4加正向电压, D2、D4导通;对D1、D3加反向电压, D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路, 同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
2.2 DC模块的选择
电源芯片采用美国国家半导体的LM2596—ADJ它是一款降压型的PWM调节方式的开关稳压电源的芯片, 内部振荡源频率为150KHZ, 最大输出电流3A, 最大输出电压40V, 基本可以满足题目要求。它通常被作为恒压电源应用, 此时其通过电压取样电压反馈稳压方式达到稳定电压的目的。
2.3 输出电流比例实现方案
输出电流比例实现有两种方案。一是通过单片机控制ucc29002来实现电流比例, 但电路极其复杂。二是调节内部参数使DC-DC模块输出电流1:2。当电流需要1:1的时候, 通过检测, 单片机识别选通, 让均流模块电路ucc9002工作, 实现电流1:1。
UCC29002采用一个高增益、高精度的放大器, 能检测到外面的输入的微小的电压变化量, 放大倍数的大小可以通过改变外电路的参数获得。UCC29002中的电流检测放大器的输入偏置电压极低, 使得它可以精确的检测到一个阻值很小的电流采样电阻上的微小电流变化量。而且, 它的共模范围介于接地电压和UCC29002供电电压之间。芯片电流读出放大器超低的输入补偿电压使得对通过低值电阻的电流信息的检测更加适宜。为防止错误的输出调整信号, 在误差放大器的反向输入端加一个比同向输入端高25m V的固定偏置, 当连输入端输入相等时不会做出调整。当芯片不能正常工作时调整放大器的同向输入端将被下拉到地 (相当于误差放大器输出为零) , 防止该单元被错误调整, 此外, 误差放大器的两个输入端还可作为使能。
2.4 单片机检测实现方案
用霍尔传感器 (ACS712) 检测负载上电流, 把电流变为电压, 然后经过D/A把信号传给单片机。
2.5 单片机过流控制方案
用单片机实现对模拟开关CD4051控制选通实现电路调整如过流保护, 如图3所示。
使用低功耗单片机MSP430实时监测电流。因为UCC29002的8脚电压与系统的输出电流成正相关, 我们用MSP430片内12位ADC定时采样该电压。并把它与预先设定的电压比较来判断过流。当连续两次检测到电流过大时, 关断TPS5430使系统不输出电压, 6秒延时后使能TPS5430, 并继续检测电流。
3 系统测试与误差分析
3.1 性能指标
实验过程:在实验室220v交流点下分别测量CD模块空载输出 (测量数据及结果如表1) 和负载输出。
3.2 比例均流性能指标
实验过程:把CD模块的输出端后接均流电路分别测量两路的输出电流。
3.3 单片机调节电路性能
实验过程:调节可视负载使输出总电流由1A逐渐增大到6A再减小到4A观察各电路电流量。
3.4 均流效率
实验过程:改变负载电阻测量负载功率P1和CD模块输出功率P2由P1/P2计算均流效率。
从测试结果来看, 均流偏差在0.5%以内。但是电源均流时两路的电流仍有一定的误差, 并非绝对均流;而且均流偏差变化不是线性的, 即输出电流增大时, 均流偏差不是单调变化。主要原因是由于我们均流方法是UCC29002, 通过能检测到外面的输入的微小的电压变化量, 放大调节。但由于电路本身和焊接等原因, 造成一定误差。若需要进一步减小误差, 则需采用更为精确的平均电流均流法。均流误差的非单调变化, 主要是由于采样电阻等分立元件的温漂及杂散噪声引起, 当温度变化或工作频率变化时, 电阻会偏离原来的阻值, 导致UCC29002内部调节信号偏离理论计算值, 从而使调制的信号和理论值有差异, 产生均流偏差波动。
摘要：选用开关电源芯片LM2596和load sharing芯片UCC29002, 并选用两片load sharing芯片UCC29002的配合使用, 通过调节上路电路中连接在UCC29002电位器, 使上下两路对称, 实现自动均流。并由单片机监控调节, 确保电路安全, 灵活变换。
关键词：LM2596,UCC29002,反馈
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稳压电源模块 篇7
根据通信行业标准YD 1376-2005-I《通信用直流-直流模块电源》的规定, 在环境温度为15～35℃, 湿度45～75%, 大气压力86～106kPa条件下, 用直流稳压电源输入模块额定输入电压, 输出电流为规定满载, 用数字万用表测试电源模块输入和输出端两端电压, 最后计算出电源模块的效率值。
2 电源模块效率评估模型
2.1 测试电路
根据相关标准, 电源模块的测试电路如图1所示。
2.2 计算公式
(1) 电源模块效率的计算公式:
式中:Vout—输出电压, 用数字万用表测量, 单位:V;
Iout—输出电流, 用电流表测试, 单位:A;
Vin—输入电压, 用数字万用表测量, 单位:V;
Iin—输入电流, 用电子负载锁定, 单位:A;
2) 灵敏系数的计算公式:
3 效率值不确定度
3.1 效率值不确定度的来源
(1) 万用表测量的输出电压Vout标准不确定度u1, u1是合成标准不确定度分量, 它由下列不确定度分量构成:
(1) 重复性测量不确定度分量u11 (A类评估)
(2) 电压示值引起的不确定度分量u12 (B类评估)
(2) 电流表测量的输出电流Iout标准不确定度u2, u2是合成标准不确定度分量, 它由下列不确定度分量构成:
(1) 重复性测量不确定度分量u21 (A类评估)
(2) 估读误差引起的不确定度分量u22 (B类评估)
(3) 电流测量最大允差的不确定度分量u23 (B类评估)
(3) 万用表测量的输入电压Vin标准不确定度u3, u3是合成标准不确定度分量, 它由下列不确定度分量构成:
(1) 重复性测量不确定度分量u31 (A类评估)
(2) 电压示值引起的不确定度分量u32 (B类评估)
(4) 电流表测量的输入电流Iin标准不确定度u4, u4是合成标准不确定度分量, 它由下列不确定度分量构成: (1) 重复性测量不确定度分量u41 (A类评估)
(2) 电流示值引起的不确定度分量u42 (B类评估)
3.2 效率值不确定度的计算方法
3.2.1 u1的计算
式中:S1——数字万用表读数标准不确定度, 即标准差。
(1) u11的计算
在重复性条件下对x进行n次测量, 则单组测量的实验标准差可以根据式 (8) 计算得出。
直接读取万用表的电压, 共读了5次, 测量数据见表1。
依据表1数据, 我们可以得出满载时电压的平均值为
单组测量列的实验标准差s为
则满载时电压平均值的标准不确定度为
u11的自由度为
(2) u12的计算
由万用表的校准证书得到, 当万用表测量电压为10-100V范围内时, 电压测量的最大允许误差为0.000 2V。
电压测量的允许误差在 (-0.000 2, 0.000 2) V范围内服从均匀分布, 估计其相对不确定度可以得到
u2的自由度为
(3) u1及其自由度计算
通过以上的计算, 可以得到万用表测量的输出电压Vout标准不确定度为
由实验结果得到, Vi n=4 8.0 7 V, Ii n=0.2 6 6 A, Vout=4.993V, Iout=2.001A, 可计算出灵敏系数
u1的自由度v1为
3.2.2 u2的计算
式中:S2——输出电流的机械电流表读数标准不确定度, 即标准差。
(1) u21的计算
在重复性条件下对x进行n次测量, 则单组测量的实验标准差可以根据式 (2) 计算得出。
读取电流表的电流, 共读了5次, 测量数据见表2。
依据表2数据, 我们可以得出输出电流的平均值为
单组测量列的实验标准差s为
则此时输出电流平均值的标准不确定度为
u21的自由度为
(2) u22的计算
估读误差在半宽度a=2mA的范围内服从三角分布, 相对不确定度可以得到
u22的自由度为
(3) u23的计算
由电流表的说明书得到, 当电流表测量电流在1.5～3 A范围内时, 电流测量的最大允许误差为2 mA。
电流测量的最大允许误差在 (-2, 2) mA范围内服从均匀分布, 估计其相对不确定度可以得到
u23的自由度为
(4) u2及其自由度计算
通过以上的计算, 可以得到电流表测量的输出电流Iout标准不确定度为
由实验结果得到, Vi n=4 8.0 7 V, Ii n=0.2 6 6 A, Vout=4.993V, Iout=2.001A, 可计算出灵敏系数
u2的自由度为
3.2.3 u3的计算
式中:S3——数字万用表读数标准不确定度, 即标准差。
(1) u31的计算
在重复性条件下对x进行n次测量, 则单组测量的实验标准差可以根据式 (3) 计算得出。
直接读取万用表的电压, 共读了5次, 测量数据见表3。
依据表3数据, 我们可以得出开路时电压的平均值为
单组测量列的实验标准差s为
此时输入电压的平均值的标准不确定度为
u31的自由度为
(2) u32的计算
由万用表的校准证书得到, 当万用表测量电压在10～100V范围内时, 电压测量的最大允许误差为0.002V。
电压测量的允许误差在 (-0.002, 0.002) V范围内服从均匀分布, 估计其相对不确定度可以得到
u32的自由度为
(3) u3及其自由度计算
通过以上的计算, 可以得到万用表测量的输入电压Vin标准不确定度为
由实验结果得到, Vi n=4 8.0 7 V, Ii n=0.2 6 6 A, Vout=4.993V, Iout=2.001A, 可计算出灵敏系数
u3的自由度v3为
3.2.4 u4的计算
式中:S4——电流表读数标准不确定度, 即标准差。
(1) u41的计算
在重复性条件下对x进行n次测量, 则单组测量的实验标准差可以根据式 (4) 计算得出。
直接读取电流表的值, 共读了5次, 测量数据见表4。
依据表4数据, 我们可以得出开路时电压的平均值为
单组测量列的实验标准差s为
此时电流平均值的标准不确定度为
u41的自由度为
(2) u42的计算
由电流表的校准证书得到, 当电流表测量电流的相对扩展不确定度为0.002 2%, 本次测试的最佳估计值为266 mA, 则
标准扩展不确定度为U42=266*0.002 2%=0.585 2mA
标准不确定度为u42=0.585 2/2=0.293mA
u42的自由度为
(3) u4及其自由度计算
通过以上的计算, 可以得到效率的标准不确定度为
由实验结果得到, Vi n=4 8.0 7 V, Ii n=0.2 6 6 A, Vout=4.993V, Iout=2.001A, 可计算出灵敏系数
u4的自由度v4为
4 合成不确定度的评估
(1) 标准不确定度一览表
(2) 合成标准不确定度u的计算
通过以上的计算, 可以得到效率的标准不确定度u为
u的自由度v为
(3) 效率最佳估计值计算
根据Vi n=4 8.0 7 V, Ii n=0.2 6 6 A, Vo u t=4.9 9 3 V, Iout=2.001A, 得到
5 扩展不确定度的评估
在P=95%下, 取包含因子k=2, 则扩展不确定度为
6 测量结果
电源模块输出效率测量结果的为
对于同类的电源模块来说, 效率的扩展不确定度评估可参照此方法进行。
摘要：本文主要讨论了电源模块输出效率的测量不确定度数学计算。从不确定来源:重复性测量不确定度分量、示值引起的不确定度分量、估读误差引起的不确定度分量等, 计算出标准不确定度、灵敏系数、标准不确定度分量、自由度, 最后计算出测量结果。
稳压电源模块 篇8
电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的集成电源供应器, 其作用是可为特殊应用集成电路 (ASIC) 、数字信号处理器 (DSP) 、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供电源。一般来说, 这类模块称为负载点电源供应系统 (POL) 或使用点电源供应系统 (PUPS) 。由于模块式结构的优点甚多, 因此我所设计的CPU板、接口板、总线板等单板都广泛采用各种板载电源模块。
2 举例分析说明
2.1 某型机载电子设备问题 (CW7815稳压块问题) 及解决
前些年出现过一个问题, 在某机厂有架飞机某个设备的投放信号不工作, 技术人员检查飞机所有线路, 经多方面研究, 故障定位在一块印制板组装件上。经过进一步试验发现该故障板的CW7815稳压块发热量非常高, 工作几秒钟用手触其表面就感觉很烫手。把CW7815稳压块从印制板上焊接下之后, 将其放在较大的散热片上, 这时通电就一切正常。于是技术员也做了试验, 发现该批次稳压块有质量问题, 发热量较大通电后数秒就会因温度过高而烧坏, 更换质量较好的某个批次后CW7815就不再烧坏了。最后得出结论是电子设备元器件的批次问题, 最终把批次较好的元器件寄到总装厂, 将烧坏元器件拆卸下的更换成寄来的新元器件后就不再出现上述问题了。
虽然CW7815不再烧坏了, 但其表面的温度依然很高, 仍然有一定的安全隐患, 因此如何解决CW7815发热量大的问题成为了技术人员急需攻关的一个课题, 在相关技术人员探讨之下决定做个工艺实验来解决该问题。
通过增加散热器并点上导热胶后CW7815器件的表面温度会比没有采取任何措施的裸片低大约十几度至几十度不等, 环境越恶略就越能体现散热器的优越性, 例如对于批次为ES2009的器件, 虽然在没有散热器时单板工作下直接烧毁了, 但在安装散热器后却保证了CW7815在单板上正常的工作, 这是从前不加散热器时无法做到的。而对于批次为ES2012和ES2013的器件, 在增加散热器后不仅能保证单板正常工作还可以再带20Ω的负载。
CW7815器件增加散热器并点上导热胶能提高其可靠性, 原建议生产的ENG板都按工艺要求给CW7815安装散热器并点上导热胶。
直至最后, 经过设计人员查阅资料发现该器件选用的是工业档, 质量等级较低。最后, 选择并更换为CW7815MR (金属封装) 军工档, 问题迎刃而解。
2.2 某型计算机组件问题及解决
2.2.1 ADP3339电源模块问题及解决
计算机组件的CPU板有两个板载的电源模块ADP3339, 用来提供主CPU芯片Power PC的核心电压2.5V。
在最近调试产品的过程中, 在高温通电试验时调试CPU板时发现, 有时通电时间长CPU板会出现复位的现象, 开始怀疑了多处电路, 但经过多次试验却没有实际效果, 耽搁了许多时间, 影响了交付的进度。最后经工艺人员与设计人员反复查找原因和查阅器件手册, 发现是电源模块ADP3339的问题。原来由于该电路设计的问题使电源模块功率趋于临界值, 因此发热量较大。从器件的手册中得知该器件具有发热自保护功能, 当器件的温度过高时为保护自身不被烧毁, 就会停止输出以降低器件自身温度。这就解释了为什么CPU板在常温下工作问题较少, 而在高温工作环境下CPU板则会频繁复位。在高温工作环境下CPU板全速运行时电源模块发热量已经达到一个很高的数值, 这时器件为保护自身不被烧毁, 就会停止输出, 这样CPU板Power PC主芯片没有了核心电压, 这就导致了CPU板反复复位不能正常工作的现象。
最后, 通过为电源模块的再次选型, 将该电源模块更换为一个功率较大的器件后该问题得以解决。
2.2.2 LT1085电源模块问题及解决
计算机组件的CPU板有两个板载的电源模块LT1085, 分别提供Power PC的核心电压2.5V, I/O电压3.3V。
在某次调试过程中, 在常温调试CPU板时发现, 有时CPU板会发生反复复位的情况, 经过排查发现是由于CPU板上电源模块LT1085的问题所导致的, 用示波器测量LT1085的输出管脚发现输出不正常, 通过仔细观察发现是由于焊装原因造成LT1085接地管脚没有焊好, 造成电源2.5V输出不稳定或电压偏高从而导致CPU或其它器件不能正常工作, 因此造成了CPU复位的现象。目前通过电装工艺的规范化和落实, 已将该问题的发生率降至最低。
3 结语
综上所述, 针对以上的三个实例, 我们得出了三种分析考虑故障问题的方式:一, 板载电源若总有问题, 则可以考虑是否存在批次质量问题, 若是这种情况可以通过更换批次解决问题;二, 类似CPU控制板的电路板若存在复位问题, 可以先从CPU控制板主芯片的外围电路着手, 尤其是供电模块, 有时也可以从设计角度分析模块选型是否合理;三, 如果板载电源模块输出不正常, 不一定是器件损坏了, 可能是接地引脚没有焊好, 可用烙铁焊一下再测。
今后在电子装调生产、调试和排故时, 应对板载的电源模块给与足够的重视, 有些同志在排故时一上来总是先从信号上着手, 结果兜了一圈下来发现是板载电源模块的问题, 不仅走了弯路, 还耽搁了进度。希望通过该论文提醒大家对板载电源模块的重视, 不仅是在排故中重视, 在设计中、在工艺中都应重视, 以便今后做到早发现、早解决, 这样才能既保证生产进度又确保产品质量。
摘要：电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的集成电源供应器, 其作用是可为特殊应用集成电路 (ASIC) 、数字信号处理器 (DSP) 、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供电源。由于模块式的结构优点甚多, 因此我所设计的CPU板、接口板、总线板等单板都广泛采用各种板载电源模块。在电装生产、调试和排故时, 应对板载的电源模块给与足够的重视, 以免有些同志在排故时一上来总是先从信号上着手, 结果兜了一圈下来发现是板载电源模块的问题, 不仅走了弯路, 还耽搁了进度。
稳压电源模块 篇9
电源在电力系统分析和设计中是必不可少的一部分, 每一个仿真模型都对电源有着不同的要求。一般而言, 大多数仿真模型使用的都是交流或直流电源。但是, 根据工程实践情况看来, 理想的交流或直流电源有的时候是不能很好地模拟出实际工程情况的。这主要体现在以下几个方面:
a.实际工程中的电源不可能是理想的交流或直流, 经常会有波动或突变, 而这种波动和突变在有些情况是不能被忽略的。
b.实际工程中还经常用到非交流或直流电源, 如雷电冲击等实验。
一些实验需要特殊的电源来测试一些实验品的特殊性能, 如绝缘材料的耐压性能需要用到缓慢递增的电源。这些要求一般的交流或直流电源是不能达到的。因此, 非线性电源被提出, 并开始在越来越多的仿真模型中出现。
Matlab软件推出电力系统模块工具箱 (Power System Blockset, 简称PSB, 在高版本的MATLAB中该工具箱更名为SimPowerSystem) 后, 给电力系统和电力电子线路的仿真带来了极大的方便。PSB中给出三相可编程电压源 (Three-Phase Programmable Voltage Source) , 可以在一定程度上对电压源进行设计, 从而形成非线性电源。但是该电压源只能简单的调整频率、相角等, 不能真正的实现电压随时间按照一定的函数变化, 所以, 不能称之为完全的可编程电源。因此, 需要考虑使用别的方法, 来实现真正能够满足要求的非线性电源。
1 可控电压/电流源的应用
在PSB模型库中提供了一个可控电源, 该电源除了有和普通电源一样的输入、输出端口外, 还有一个普通电源不具备的端口"S-端口"。该端口为一个控制信号输入端口, 可控电源输出的电压、电流波形就是基于该控制信号的。
1.1可控电源在仿真模型中的连接
可控电源有三个端口, 其中的“+”、“-”端口和普通电源是一样的, 可以和普通电源一样直接连接在仿真模型的电路中。其中的"+"端口相当于电源的正极, 而"-"端口相当于电源的负极。仅仅这样的连接是没有电信号的, 因为可控电源的控制信号还没有输入。因此, 需要在可控电源的特殊的端口-"S"端口输入一个控制信号。根据仿真结果来看, 输出电压波形 (仿真模型中电源波形) 和该控制信号的波形是一致的, 也就是说可控电源将控制信号变换成仿真模型中的电信号。
1.2可控电源与普通电源的比较
选取可控电压源与单相电压源, 从时域和频域两方面进行比较, 从而确定可控电源与一般电源的相同特性, 比较电路如图1所示。
图1 (a) 为普通电压源电路, 电源电压为
U=100sinωt (1)
式中, ω=2πf; f=50 Hz。
图1 (b) 为可控电压源电路, 其中V为可控电压源, S为信号源 (用于产生正弦信号, 其频率为ω, 峰值为100) 。
图1 (a) 、 (b) 中的支路均为电容、电阻和电感简单串联而成, 且两图中的值是一样的。
对两电路进行仿真, 得到其电流电压波形, 如图2所示。并对其进行频谱分析得其频谱图, 如图3所示。
从图2可以看出, 在时域内, 可控电源电路与普通电源电路的电流、电压波形, 不论在频率上、相位上还是幅值上是完全一样的, 可以很好的替换普通电源。从图3中可以看出, 可控电源电路与普通电源电路的频谱基本一致, 仅存在较小的差别 (这可能是由于电源内部电容、电感元件的影响) , 一般不会对整个电路分析造成很大的影响。
1.3可控电源的不足之处
根据上面的可控电源和不同电源比较来看, 可控电源与普通电源是基本一致的, 同时对外的表现也是基本一致的。但是如果对仿真参数 (采样方式和采样频率) 进行适当的修改, 仿真的电流波形会发生一定的变化。对图1所示的仿真模型的采样方式、采样频率进行适当的修改, 修改后可控电源模型的仿真结果如图4所示, 对其进行放大, 见图5, 由图5可以发现电源波形在早期有一定的高频小幅震荡, 。
这是由于信号源与可控电源连接后作为电源时, 频谱与普通电源是有一定区别的 (如图3所示) , 而高频含量主要集中在仿真前四分之一周期。因此, 在特定的条件, 该高频会很明显的表现出来, 这就给仿真的准确性和真实性带来了影响。
为了保证仿真的准确和真实, 可以用下面两种方法来避免和修正高频振动。第一种方法, 根据仿真模型的具体要求, 合理选择采样方式和采样频率, 这样可以避免高频信号对仿真结果的影响。第二种方法, 由于高频主要集中在开始的四分之一周期内, 可以是适当的延迟一段时间, 这样就避免了高频出现的时间, 从而也避免了高频对仿真结果的影响。
根据上述分析, 可以认为可控电源, 通过适当的调整采样方式和频率, 或是避开起始点, 就可以替代普通电源。因此, 对于不能通过普通电源实现的非线性电源, 也可以使用可控电源很好的实现。
2 仿真实例
为了更清楚的体现可控电源的非线性应用, 建立了如图6所示的仿真模型, 做雷电冲击仿真。
2.1仿真模型建立
按照图6所示电路, 将所需元器件进行连接。
2.2对所有模块进行参数设置
该实例中用斜坡信号为输入信号, 用来模拟时间t。将斜坡函数斜率设为1, 用作待处理信号。
该实例中采用的信号变换模块为S-Function模块。该模块可以按照一定的函数关系, 将输入信号, 变换为要求的输出信号, 就是将输入信号时间t, 通过函数变换, 变换为雷电冲击函数, 即冲击电压随时间按照一定关系变换。
使用的雷电冲击信号为
ν (t) =AVm (e-αt-e-βt) (2)
式中的A、α和β为雷电电压波形确定的拟合系数, A=1.025, α=2.05×10-3/μs, β=0.564/μs。
电路中的支路用电阻、电容串联模型, R=1 Ω, C=1 F。
2.3仿真
仿真的波形如图7所示。
根据图7可以看出电压、电流波形满足一般雷电冲击仿真要求, 可以在仿真中用作冲击电压发生器。
3 结束语
将可控电源和一般电源做了细致的比较, 从时域和频域两个方面给出了比较结果, 对于可控电源的可靠性和可替代一般电源的特点给出了准确的结论。同时用雷电冲击仿真作为实例, 对于可控电源的非线性应用做了详细的介绍, 而且根据仿真结果来看, 效果是令人满意的。该实例证明, 可控电源在电力系统和电力电子仿真、模拟中可以用作非线性电源。
摘要：Matlab在电力系统仿真中的应用越来越广泛, 为电力系统分析带来了极大的方便。给出了利用电力系统模块 (PSB) 工具箱来实现非线性电源的方法, 可以方便地实现各种要求的非线性电源, 拓宽了PSB的适用范围。实例仿真结果表明, 该方法分析正确, 使用便捷, 在实际仿真过程中是切实可行的。
关键词：Matlab,PSB,非线性电源,电力系统
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