直流稳压电源的设计要求精选(九篇)

第1篇：直流稳压电源的设计要求范文

【关键词】PWM；双闭环；检测仪器；开关电源

0 引言

随着我国科技不断稳步发展，越来越多的设备需要用到电源，如：稳压电源、直流电源、交流电源等等。但随着设备先进性的不断提高，设备的功能越来越强大，对电源的要求也越来越高，特别是检测仪器仪表，精度要求非常高，需要有非常稳定可靠的电源来确保测量精度。因此，开关电源取代普通的电源设备，广泛应用于检测仪器仪表中。本文设计一种基于PWM脉冲宽制调试的双闭环开关电源，采用国外先进的全波整流控制器，该控制器工作模式不仅可以是电流式也可以是电压式，还能够为谐振零电压开关提供高效、高频的解决方案，因此具有非常广阔的应用前景。本文采用全桥整流装置，利用双闭环负反馈的直流-直流变换控制系统，能太太提高开关电源的电压、电流等精度，符合检验检测仪表行业的要求。

1 检测仪器电源系统概况

随着信息时代的发展，便携式电子产品被越来越多的消费者亲睐。与此同时，解决能量消耗即电源管理问题成为重中之重。因此，具有高效节能特型的开关电源在近年来发展迅速，并在计算机通讯等领域的应用越来越广泛。而PWM型开关电源芯片就具备了此类特性，其核心技术集中在控制环节。此设计采用PWM控制电路，适用于开关电源芯片控制。对PWM调制电路为保证开关电源正常工作应具有的功能展开分析，得到设计要求。对PWM控制电路的组成模块、分类、基本原理及各项性能指标，进行细致深入的研究，最后得到调制电路的基本电路结构及满足性能指标的组成模块，对各个模块的功能和逻辑是电路设计的重点，最终该电路实现能产生一定脉冲驱动信号的功能。

2 系统控制原理图

双闭环负反馈PWM秒冲宽制调制系统中，有两级的反馈系统。串级系统即是电流双闭环反馈系统，而转速反馈构成外环系统，内环是电流反馈。本方案设计三处进行系统的电流取样反馈，取拥缌髦岛拖低成杓频牡缌髦迪啾冉希当取样电流值过大时，系统会自动调节降低工作电流；但取样的电流过小时，系统会自动调节提高工作电压，这是内环电流反馈的工作情况。外环的转速反馈系统，系统通过电压检测装置检测系统的电压情况，再与设计的电压值相对比进行电压高低的调节，达到稳定电压的效果。基于双闭环的设计思想，图1中的各个部分相互独立工作、互不影响，如果某一部分出现故障，不影响另一部分系统的工作，系统内部由电流形成负反馈，外部由电压形成负反馈系统。电流电压负反馈一起运作，能太太的提高系统的稳定性和进度，满足检测仪器仪表的使用要求，达到良好的效果。双闭环反馈系统原理如图1所示。

图1所示虚线框中的1#.2#.…….N#是各个高频开关电源，其稳压或稳流精度很高，原因在于该内部自动控制原理图最终可以简化为一阶系统比例积分环节，图中它们工作在稳流状态下。

3 硬件电路设计

图2为开关电源的硬件电路组成部分，设计采用国外先进的放大器作为本设计的核心器件。芯片的1脚与3脚相连接，构成差分放大，能有效的减小误差，提高设计的精度。

图2所示输出法人取样电压通过R5和R6设置，电压输出端与电阻5和6形成零点电位，电阻1/2/3与电容1/2/3形成效应，与PI构成补偿系统，电阻1和7在电路中形成增益作用。在电流内环中加入斜坡补偿以保证系统的稳定性。硬件电路通常容易出现不对称信号的问题，本设计利用电压负反馈补偿信号的作用，将电阻8作为上拉电阻提供直流电压，与RC构成的多谢震荡器作用，提供反馈电压，从而解决波形的不对称性。图中电流检测信号Is经过I-V变换电路转换成电压信号。芯片741是一个PWM脉冲宽制比较器，根据比较器原理，依据三极管放大电路原理，在芯片3脚接地，芯片的2脚相当于一个反相输入端，对信号进行比较。其内部的过流及限流比较器实现逐周期过流及限流保护。当2 V2.5 V时，执行过流保护模式。

4 结语

本设计依据3895芯片，利用双闭环负反馈的原理，引入电流负反馈和电压负反馈，提高了开关电源的精度，利用PWM脉冲宽制调制技术，提高了电源变换的效率和稳定了。开关电源系统设计之后，对该系统多次进行调试测，反馈结果稳定良好，系统稳定性好，动态响应快，证明本方案是可行的。

【参考文献】

第2篇：直流稳压电源的设计要求范文

电源是一切电子设备的基础，没有电源就不会有如此种类繁多的电子设备。中职学校电工电子专业的同学作为初学者首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。

【关键词】

直流稳压电源 设计 优化 测评

【正文】

电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。另外，很多中职学校的电工电子专业初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。下面我们就直流电源的基本设计问题进行探索。根据中职学生在校学习阶段的实际需要，提出以下的设计任务和要求：

一、设计要求

1．输出电压可调：Uo= +3V ～ +9V

2．最大输出电流：Io max= 800mA

3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV

4. 稳压系数：SV≤3×10-3

二、设计方案和论证

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，基本设计：

方案一：单相半波整流电路

传统单相半波整流简单，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。

方案二：单相桥式整流电路

使用的整流元件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个元件所承受的反向电压为电源电压峰值。根据实际情况，综合3种方案的优缺点:决定选用方案二。

三、各电路设计和参数估算

整流电路采用桥式整流电路，电路所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

在设计时，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：

（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

3．1集成三端稳压器的选择

三端可调式集成稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同。

输出电压表达式为:

在式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，此电压加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值 。电路加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

3．2电源变压器的选择

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：

由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出电压差的最大值 ，故LM317的输入电压范围为：

即

，取

变压器副边电流： ，取 ，

因此，变压器副边输出功率：

由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余地，选用功率为 的变压器。

3．3整流二极管和滤波电容的选用

由于： ， 。

IN4001的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管

选用IN4001。

3．4滤波电容

根据，

和公式

可求得：

所以，滤波电容：

电容的耐压要大于 ，故滤波电容C取容量为 ，耐压为 的电解电容。

四、 原理图和元件清单

1． 使用DXP2004设计总原理图，然后由软件自动生成的元件清单。

2． 元件需要三极管、二极管、电解电容、电阻、稳压管、电位器若干。

五、安装与调试(使用Multisim10调试)

按PCB图，制作好电路板。安装时，先安装小元件，这样方便元件的摆放，因此先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路。软件如果没有LM317元件，用LM117代替。模拟实验中：

1. 电位器R2取最大值时，Uo=9.088V

2. 同理电位器R2取最小值时,Uo=2.983V

3. 电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V~9V。

六、测试性能与分析

1．输出电压与最大输出电流的测试

一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流I0要小于最大输出电流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作时 上消耗的功率为：

故 取额定功率为10W，阻值为20 Ω的电位器。

测试时，先使 ，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小 ，直到Uo的值下降5%，此时流经 的电流就是 ，记下 后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。当R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2．纹波电压的测试

用示波器观察Uo的峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p

的值（约几mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV

3．稳压系数的测量

按实际连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：

因为，在调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V时，Uo=8.72V Ui=13.2V时，Uo=8.740V

所以，稳压系数： =0.0022

结论：误差在允许的范围内，本设计已达到要求。

第3篇：直流稳压电源的设计要求范文

[关键词]稳压 连续可调 电源设计

一、几种设计方案及分析

(1)晶体管串联式直流稳压电路。该类电路中,输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压,取样电压与基准电压进行比较得到误差电压,该误差电压对调整管的工作状态进行调整,从而使输出电压发生变化,该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反,从而保证输出电压UO为恒定值(稳压值)。在基准电压处设计辅助电源,用于控制输出电压能够从0 V开始调节。

分析:单纯的串联式直流稳压电源电路很简单,但增加辅助电源后,电路比较复杂,由于都采用分立元件,电路的可靠性难以保证。

(2)采用三端集成稳压器电路。一般采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器,输出电压调整范围较宽,设计电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调,因要求电路具有很强的带负载能力,可用软启动电路以适应所带负载的启动性能。

分析:该电路所用器件较少,成本低且组装方便、可靠性高。在实际中,如果对电路的要求不太高,多采用此设计方案。

(3)用单片机制作的可调直流稳压电源。电路可通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值,从而改变调压元件的参数,使用软启动电路,获得3～26V,驱动能力可达1.5A,同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

分析:该电源稳定性好、精度高,并且能够输出±26V范围内的可调直流电压,且其性能优于传统的可调直流稳压电源,但是电路比较复杂,成本较高,使用于要求较高的场合。

二、实现方案

1.原理分析

①采样电路:分别由滑动变阻器R5与电阻R4组成电阻分压器,将输出的直流电压的V0一部分取出送到比较放大器,放大后控制调整环节,取样电压VE为:

在正常情况下,取样电压可近似等于基准电压则有:

改变取样电路的分压比,就可以调节V0的大小。即调节滑动变阻器R5的大小,改变输出。

②基准电压:基准电压是一个稳定度较高的直流电压,利用发光二极管(绿色)的正向电压特性,起“稳压”作用。当二极管的正向电流ILED2变化不大时,其正向压降VLED2≈1.9V比较稳定。用以作为调整比较的标准,R3是稳压管的限流电阻。LED2兼做电源指示。

③比较放大电路:比较放大器是一个直流放大器,由VT3构成。将取样电压VE与其准电压VLED2进行比较,二者的差值经T3放大后,控制(VT1、VT2)的调整管,用以稳压输出。

④调整电路:调整电路是稳压电源的核心环节,输出电压的稳定是通过调整管的调节作用来实现的。稳定电路输出的最大电流也主要取决于调整电路。所以调整管使用的参数不应超过器件的极限数据。

由电网电压的波动或负载电流发生变化而使输出电压V0发生变化时,则有T1的自动调节,其稳压过程:

当V0VEVB3IB3IC3VCE3(VBE2)IB1IC1VCE1V0

从而使V0基本不变。

⑤过载保护电路:串联调整型的稳压电源和负载是串联的,当负载电源过大或短路时,大的负载电流和短路电流全部流过调整管,此时负载端的压降小,几乎全部的整流电压Vc加在调整管的c和e的极之间。使调整管的βVce0、ICM、PCM超过正常值。调整管会很快烧坏。R2和LED1组成的过载及短路保护电路,因串联调整型的稳压电源调整管和负载是串联的,当输出过载(输出电流过大),电阻R2上的压降VR2增加到一定值后LED1导通,使调整管VT1、VT2的基极电流不再增大,限制了输出电流的增加,起到限流保护作用。

附加功能:

(1)充电功能

本基础电路的输出端(可看作C3两端)即可实现对电池等的充电功能。通过调节滑动变阻器R5的阻值,可实现对不同型号电池的充电功能。

(2)放大部分

将电压放大,由于放大器最大输出电压的限制,故采用两个放大器,两放大器输出电压大小相等、符号相反。

(3)D/A转换电路(数模转换器)

D/A数模转换电路一般采用DAC0832集成芯片

输入用脉冲触发。具体在本文后面有介绍。

2.电路图(略)

三、电路参数设计

1.主要技术指标。(1)输入电压:AC: 0～220V。(2)输出直流稳压(Io=1.5A):Uo=26V。(3)输出直流电流:额定值150mA,最大值300mA。(4)具有过载,短路保护,故障消除后自动恢复。(5)充电稳定电流:60mA(±10%),充电时间10-12小时。(6)工作温度范围:TA=0～50℃。

2.极限参数。可视具体情况而定。

3.电路参数(略)

四、问题及展望

1.输出电压Vo达不到要求的26V。在电路后增加两个运放组成放大装置来解决问题。同时增加电阻,这样输出电压和输出电流就都达到了实验要求。

2.为使设计更加实用,要使得输出的电压更方便于他人,欲加装DAC芯片使模拟信号转变为数字信号,设计中也有涉及。

3.数码管显示数值停留在0不发生变化,这是因为放大电路中运放等的延迟作用!在延迟作用下,输出电压要经过一定时间的缓慢增加,然而DAC芯片却在刚有电压时触发灯就亮了,即数码显示管数值定在00不再发生变化。将DAC的触发电平换成脉冲触发,就能使数码管“动”起来。

4.但是DAC电路中仍有不足,是显示数码管显示的是十六位进制的数转化为二进制的数,有待进一步的研究和设计。

参考文献:

第4篇：直流稳压电源的设计要求范文

摘 要：以UC3842和FQP12N60C为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。

关键词：变频器；开关电源；UC3842

引言

现应用UC3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为CPU供电的+5V电源误差范围在0.1V，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。

1 设计要求

本电源利用PWM控制技术实现DC-DC转换，通过FQP12N60C的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。

具体指标如下：输入：直流250V±40%，输出：直流+24V、6A；+5V、2A。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。

2 原理图功能分析与设计过程

基于UC3842和FQP12N60C所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、PWM控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。

2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从AC（L）线路进线串联保险丝（F1），起到过流保护作用。从AC（N）线路进线串联热敏电阻（RT110D-9），对接通AC电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（VR1），对接通AC电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容CX1，泄流电阻R5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联X2电容。然后经过整流桥D1整流，在直流侧并联电解电容C10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。

2.2功率管参数调整与电路设计。电阻R1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻R2实现线电压检测。由电阻R6，电容C30，开关管ZD1，二极管D88组成简单的RCD箝位电路。达到保护开关管的目的。因而T1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管D3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（IC2）电压及光耦合器（IC1）决定。电阻R9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5V输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。

2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。

（1）设计参数。设计使其工作在132KHz模式下。输入：直流250V±40%，输出：+24V、6A；+5V、2A。

（2）功率计算。

P=24×6×1+5×2×1=154W （1）

（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）

Sj=0.15■=2.01cm2 （2）

P1=■=■=181.18W （3）

再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯EER40。

（4）工作时的磁通密度计算。对于EER40的磁芯，振幅取其一半Bac=0.195T。

（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中D为占空比，VS为原边输入电压，VOR为原边感应电压。D=■本文选定占空比D=0.5。

（6）计算变压器的原边匝数：Np=■=42匝。

（7）计算变压器的副边匝数。对于+5V，考虑到整流管的压降0.7V以及绕组压降0.6V。则副边+5V电压值：V2=（5+0.7+0.6）V=6.3V。

原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。

则+5V副边绕组匝数为：N5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到E型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5V副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持V-S值相等。由此可得：+24V副边绕组匝数为：N24=■=7.08匝。取整数值为7匝。

对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。NS=■=1.76匝。取整数值为2匝。

（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mH），根据LP=VS■则全周期TS的平均输入电流IS=■=■=1A。

相应的Im=■=2A，IP1=■=1A。

IP2=3IP1=3A在ton期间电流变化量i=IP2-IP1=2A，LP=VS■=150×■=0.56mH。所以电感系数Al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的AL=f（lg）曲线，可求得气隙

lg=■=■=0.45mm

（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分Bdc。根据公式计算可以得到：Bdc=?滋H=185mT

而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值Bmax=?滋H=■+Bdc=282.5mT，而从磁性材料曲线可知BS=390mT，故工作时留有余量，设计通过。

（1、烟台德尔自控技术有限公司，山东 烟台 264006 2、沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110178）

摘 要：以UC3842和FQP12N60C为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。

关键词：变频器；开关电源；UC3842

引言

现应用UC3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为CPU供电的+5V电源误差范围在0.1V，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。

1 设计要求

本电源利用PWM控制技术实现DC-DC转换，通过FQP12N60C的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。

具体指标如下：输入：直流250V±40%，输出：直流+24V、6A；+5V、2A。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。

2 原理图功能分析与设计过程

基于UC3842和FQP12N60C所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、PWM控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。

2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从AC（L）线路进线串联保险丝（F1），起到过流保护作用。从AC（N）线路进线串联热敏电阻（RT110D-9），对接通AC电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（VR1），对接通AC电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容CX1，泄流电阻R5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联X2电容。然后经过整流桥D1整流，在直流侧并联电解电容C10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。

2.2功率管参数调整与电路设计。电阻R1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻R2实现线电压检测。由电阻R6，电容C30，开关管ZD1，二极管D88组成简单的RCD箝位电路。达到保护开关管的目的。因而T1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管D3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（IC2）电压及光耦合器（IC1）决定。电阻R9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5V输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。

2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。

（1）设计参数。设计使其工作在132KHz模式下。输入：直流250V±40%，输出：+24V、6A；+5V、2A。

（2）功率计算。

P=24×6×1+5×2×1=154W （1）

（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）

Sj=0.15■=2.01cm2 （2）

P1=■=■=181.18W （3）

再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯EER40。

（4）工作时的磁通密度计算。对于EER40的磁芯，振幅取其一半Bac=0.195T。

（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中D为占空比，VS为原边输入电压，VOR为原边感应电压。D=■本文选定占空比D=0.5。

（6）计算变压器的原边匝数：Np=■=42匝。

（7）计算变压器的副边匝数。对于+5V，考虑到整流管的压降0.7V以及绕组压降0.6V。则副边+5V电压值：V2=（5+0.7+0.6）V=6.3V。

原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。

则+5V副边绕组匝数为：N5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到E型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5V副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持V-S值相等。由此可得：+24V副边绕组匝数为：N24=■=7.08匝。取整数值为7匝。

对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。NS=■=1.76匝。取整数值为2匝。

（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mH），根据LP=VS■则全周期TS的平均输入电流IS=■=■=1A。

相应的Im=■=2A，IP1=■=1A。

IP2=3IP1=3A在ton期间电流变化量i=IP2-IP1=2A，LP=VS■=150×■=0.56mH。所以电感系数Al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的AL=f（lg）曲线，可求得气隙

lg=■=■=0.45mm

（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分Bdc。根据公式计算可以得到：Bdc=?滋H=185mT

而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值Bmax=?滋H=■+Bdc=282.5mT，而从磁性材料曲线可知BS=390mT，故工作时留有余量，设计通过。

3 结论

24V输出电压波形

参考文献

[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].第一版.北京：电子工业出版社，1999，7.

[2]赵书红，谢吉华，曹曦.一种基于TOP Switch的变频器开关电源[J].电气传动，2007，26（9）：76-80.3 结论

24V输出电压波形

参考文献

第5篇：直流稳压电源的设计要求范文

【关键词】单片机；直流稳压；数模转换

一、数字式可调稳压电源原理介绍

1.方案分析与选择

方案一：数控部分用单片机带动数模转换芯片提供线性稳压电压的参考电压。

优点：对于单片机，系统工作在开环状态，对数模转换的精度要求较高，设计成本低。

缺点：功耗较大，LED数码管输出显示不是系统的精确输出电压，须对它进行软件补偿。

方案二：数控部分用AVR单片机的PWM组成开关电源，再利用AVR的AD转换对输出电压进行实时转换，利用软件进行电压调整以达到稳压。

优点：硬件简单，稳压的大部分工作由软件完成，对单片机的运行速度要求很高，利用手头的ATmaga16L单片机最高8MHz工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高，功耗小。

缺点：输出纹波电压较大，对软件的要求很高。

方案二简单的电路结构起初对设计者很吸引，但是后来了解到AVR单片机的PWM的精度用于开关电源比较勉强，而且开关电源有个通病：纹波电压大，考虑到设计目标对电源的功耗要求不是很严，同时为了保证纹波足够小也鉴于自身对于51单片机和线性电源较为熟练，故选择方案一。

2.总体设计原理

本设计采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，利用4×4键盘输入数字量，通过控制单元输出数字信号，再经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，最后经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。

二、数字式可调稳压电源硬件电路设计

本系统的硬件电路设计主要围着AT89S 52单片机作为整机的控制单元用PROTEL 99SE设计软件来布线的，其中还用到了模数转换芯片DAC0832、外部存储芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩阵式键盘、数码管等其他器件。总体框图考虑到各个元件的电气特性，例如元器件之间的干扰问题，接地问题，布线问题等，本系统将硬件电路设计分为数字部分和模拟部分。

（一）稳压电源数字部分电路

稳压电源数字部分电路即单片机接口电路主要包括：DAC0832数模转换电路、EEPROM接口电路、键盘接口电路、扬声器接口电路、复位电路、晶振电路及数码管显示部分电路。

1.单片机接口总电路

单片机AT89S52与器件的接口总电路如图1所示，下面将各部分电路介绍，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接数码管输出显示部分电路，其中P0口用来输出字段码；P2.5-P2.7用来输出数码管选通位信号；P2.0、P2.2分别接外部存储芯片24C01的数据线（SDA）和时钟线（SCL）；P2.3接扬声器电路，为执行内部程序指令，EA/VPP必须接VCC。

AT89S52的P1口与数模转换芯片DAC0832相连接，用来输出数字量信号；RST为复位脚，用来输入复位信号，同时它还与P1.5-P1.7一起用作ISP下载端口；P3口用做键盘信号输入端口，XTAL1、XTAL2接晶振电路。

2.单片机电路接口电路

主要有：24C01与单片机AT89S52接口电路、4×4矩阵键盘接口电路、扬声器电路、AT89S52单片机复位电路及外部晶振电路、数码管显示部分电路。下面简单介绍一下存储芯片。

稳压电源设计中利用它存储电压输出值，实现掉电保存当前电压值的功能。它的引脚1、2、3、4、7接地；8脚接+5V；5脚与6脚分别接单片机的P2.0、P2.2的同时接5.1K上拉电阻后再接+5V（因连接总线的器件的输出端必须是集电极或漏极开路，以具备线“与”功能）。

3.数字部分电路PCB设计

本系统中，数字部分电路PCB采用Pro-tel99se软件进行设计。如图2所示：

（二）稳压电源模拟部分电路

稳压电源模拟部分电路主要包括电源部分电路，由运放LM324、达林顿管TIP127等构成的输出电压控制单元电路。另外，模拟部分电路属于高压部分，稳压管和达林顿管发热量比较大，要带散热片；同时须将它与5V低压工作的数字部分电路分开，这样可有效地防止元件的损坏，这也是系统为什么将电路设计分为数字部分和模拟部分的原因。

1.电源部分电路

在系统设计中考虑到单片机及其他器件的电源供电问题，采用一个变压器将220V交流电降压再经电桥整流，获得25V左右的平稳电压，然后用稳压管78L24、78L12、78L05进行三次稳压，分别获得24V、12V和5V的稳定电压，24V提供的是运算放大器LM324和达林顿管TIP127的工作电压，5V是AT89S52单片机和DAC0832的工作电压。图3所示。

2.输出电压控制单元电路

系统中，矩阵键盘输入数字信号经AT89S52处理后输出给DAC0832，数字信号经过数模转换后输出的是电流量，因此必须将电流量接电阻后接反馈放大电路以实现稳压输出。本设计的模拟部分利用了LM324作为放大器，采用二级放大电路，第一级为同相比例放大电路，第二级为闭环反馈放大电路。

本设计实际用到的数字式可调稳压电源模拟部分输出电压控制单元电路，其中用电位器和微调电阻作为校准电压值硬件补偿；用达林管TIP127作为调整管，由于其工作时发热量较大，须外加散热装置。

三、数字式可调稳压电源软件设计

本系统软件设计要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，处理后的数据送4位共阳数码管，再送到8位数模转换芯片（DAC0832），以实现数字量对电压的控制。系统中的主程序主要完成键盘扫描、判断、处理和数码显示。

1.编程语言及输入

C语言在单片机的应用中，由于其逻辑性强，可读性好，比汇编语言灵活简练，目前越来越多的人从普遍使用汇编语言到逐渐使用C语言开发，市场上几种常见的单片机均有其C语言开发环境。因此，在本系统中，考虑到汇编语言的这些缺点，采用了C语言作为软件设计语言。

2.软件补偿编程

由于系统采用DAC0832进行模数转换线性稳定度不够好，因此系统实际输出电压值与输出显示值存在误差，必须用软件补偿的办法来消除误差。为此通过测试多组实际输出电压值与输出显示值对比，然后进行软件补偿，所以程序中调用软件补偿函数对输出电压值的补偿，从而消除误差。

四、结束语

本系统的不足之处就是不能对输出电压进行实时采样，为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，系统通过加入模数转换模块（ADC0809芯片）进行模数转换，间接用单片机实时对电压采样，然后进行数据处理及显示。这样一来使系统输出误差更小，效果更好，这也是系统将来的一种功能扩展。

单片机实现的数字式可调稳压电源由于原理简单、稳定性好、精度高、成本低、易实现等诸多优点而受到越来越广泛的重视。其性能优于传统的可调直流稳压电源，操作方便，非常适合一般教学和科研使用。

参考文献

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

第6篇：直流稳压电源的设计要求范文

【关键词】列车电源；供电系统；车载视频监控

1.引言

由于列车的特殊环境关系，许多用电设备正是因为电源部分的原因无法在列车上正常工作，车载监控仪虽然有着宽电压输入但是由于输入电压低也无法工作。针对此种情形，必须用可靠的系统来完成电源的转换管理工作。本文提供的电源的系统主要用于列车车载视频监控，对于其它类似的产品设备也有一定的适用性。

国内列车都采用DC110v辅助供电系统(如图1所示)为列车上的设备供电，该供电系统同时用于对蓄电池进行充电。国内自行研制开发的电力机车和内燃机车的蓄电池是列车的辅助供电系统的主要组成部分，机车没有从电网取电前，采用蓄电池为机车辅助回路供电，完成各种辅助回路机构的动作，如控制和保护装置的运行[1]。由于供电系统的复杂性，列车上的用电设备多，电路复杂，所以对电设备对可靠性、稳定性要求比较高，因此设别的电源系统必须提供稳定、可靠的电压、电流。

2.设计原理

视频监控仪从列车辅助供电系统取电经过处理后给电源模块VI-JT1供电，该模块输出稳定的12V电源。12V电源分为两部分，一部分供给车载的摄像头，另外一部分供给主板。主板上的12V经过变压处理后得到可以的到5V电源，用于供给一部分芯片和经过变压处理后可以得到3.3V、1.8V、1.2V的电压后给主板上各个芯片进行供电(如图2所示)。

在电力机车上，供电品质比较差，表现在两个方面：电力机车供电电网电压波动大，气额定电压为单相交流25kv，而实际电压在18-31kv范围波动；电网电压有机车内变压器降至单相交流220V，相应的波动范围为160v-270v。220v的交流电经过降压整流处理后为110V直流电源，该直流电源的波动范围70v-160v。列车的供电并不是持续的，当列车由一个供电区域到另一供电区域之间，期间可能会有数秒种的中断供电。该期间的供电是由列车内的蓄电池进行供电，而蓄电池的的空载电压为104V(52只铅酸蓄电池)[3]。多数用电设备无法在这样的用电环境下工作。

本文介绍的系统包含两级对电源的稳压处理，经试验前一级可以稳住60V-160V的电压稳定的输出12V的电源，后一级的输入电压范围是8V-60V。

3.前级稳压

如图3所示为前一级稳压电路。核心部件为美国VICOR电源模块VI-JT1，该模块的主要功能是隔离输入与输出的电压，完成DC110V向12V的转换。为了保护电路的安全，瞬态电压抑制管D1用于吸收110V电网超过440V左右的50ms的瞬态高电压以保护后续电路的不受高压冲击。对于低于440V左右的电压后续电路必须进行处理以达到VI-JT1转化模块规定的电压。稳压管D2，D9会在电源电压低于440V高于175V的情况下被击穿，此时D2的两端电压为160V而D9的电压为15V，分压电阻R1和R2会承担剩余的的电压。由于PCB设计采用的是贴片电阻，对于R1以及R2的功耗要小于该封装的最大功耗以保证电路的正常工作。稳压管D9于电阻R3并联使用，根据欧姆定律可知经过R3的电流为15ma，功率场效晶体管Q2导通。稳压管D10的两端电压为160V，其余的电压分压到电阻R4上，进行限流以免烧毁稳压管与场效晶体管。由于稳压管D10的导通致使功率场效应管漏极与栅极产生电压差，从而使Q1导通。Q1的源极与栅极有一定的压差，高速开关二极管D5、D4导通，对电容C1、CE1及CE2进行充电，同时对VI-JT1模块供电。如果电压低于175V不足以让Q1导通时，CE1、CE2的电压为两端电压为400V，可让D5、D4、D10导通，此时Q1可以导通对模块开始进行供电。电容C1控制模块的输出端。由于采用了自举升压电路，导致模块的前级电路出现高频电源信号，滤波电容C2、C3、C4、C5用于滤掉此过程中的高频杂散波。经过一系列的处理后电源模块输出的12V可经过电解电容CE3、CE4滤波、退耦后供给用电设备。

视频频监控的摄像头需要在夜间工作，因此必须有足够的功率保证红外灯正常工作，尤其是在列车上需要高功率的满足其可视距离的要求。视频监控器的主板理论上至少需要10W的功率来保证正常的工作需要。由于模块可提供90W的功率，完全可满足日常的用电设备。

4.后级稳压

接入主板的电源给车载视频监控的整个系统进行供电，该电源经过图4所示的电路再次进行降压稳压。该电路的降压主要是由款分为同步降压控制器LM5116完成，可以输入的电压为7-100V，本电路设计输入为7-60V以适应恶劣换的电源环境。本系统设计了两路降压稳压电路，一路输出电压为5V，另外一路的输出电压为12V。

4.1 5V、12V输出电路

以输出电压为5V为例，该降压电路最大负载电流为2A，开关频率为250kHz。其中定时电阻RT用于设置振荡器的开关频率，该设计中采用250kHz的开关频率同时满足了小体积以及高效能。

输出电感的计算是通过开关频率(fsw)、脉冲电流(Ipp)、最入电压(VIN(MAX))以及输出电压值得到的：

电流大小的限制是通过设置电流检测电阻(Rs)，。对于5V的输出，其最大的电流检测电阻是在最小的电压输入测得的。

所以：

对于该电路中的斜波电容的计算是依赖于电感和检测电阻的值，其仿真的斜波电容值是：

其中L的值是输出电感，gm斜波发生因子，A是电流电流检测放大增益。纹波电流是电流中的高次谐波成分，会带来电流或电压幅值的变化，可能导致击穿，由于是交流成分，会在电容上发生耗散，如果电流的纹波成分过大，超过了电容的最大容许纹波电流，会导致电容烧毁。输出电容可以是电感纹波电流变的平滑同时也可以提供一个瞬态的工作电源。对于本设计选用了5个100的陶瓷电容陶瓷电容可提供等效串联电阻，但是明显的减少了DC的偏置电容。等效串联电阻在250kHz时是2/5=0.4，在5V的时候可以减少36%的电容。输出纹波电压的计算如下：

该稳压电源有一个很大的源阻抗在较高的开关频率，当VIN引脚提供了大部分开关电流时，高质量的输入电容可以限制在VIN引脚上纹波电压。当模块开始工作，流入降压模块的电流转化为电感电流波形的波谷，然后迅速的上升到波峰后，然后下降到零。输入电容应该的选择必须满足有效的电流和最小纹波电压。

最好的逼近所需要的纹波电流的额定功率是IRMS>IOUT/2。选用高质量低等效串联电阻的陶瓷电容进行对输入电压进行滤波。输入纹波电压的接近于：

各项参数的设置即可以影响到输出电压，以上参数的选择可为后续电路提供稳定的5V电压。对于输出电压为12V的电路采取了类似于本级电路，只是在元器件的参数上有所区别。该12V也可以独立给模拟摄像头独立供电也可以并联与上一级12V电路同时给摄像头供电。

4.2 3.3、1.8、1.2输出电路

经过以上步骤的整流稳压后系统给新华龙的C8051单片机进行供电，以对整个系统电源进行管理。C8051从供电一直处于运行状态，将完成接收遥控器的指示进行开机、关机，对Hi3512主控芯片进行复位等功能。C8051控制的电源使能端口高电平有效，后续的整流降压

芯片开始工作。本是设计采用的同步整流降压稳压芯片MP1482，集成输入电压定从4.75v到18v下降到了输出电压低至0.923v供应高达2A的负载电流，最高有93%的转换效率。其中3.3V的降压电路如图5所示。MP1482的反馈电压跟参考电压比较好得到COMP端电压，COMP端电压决定了上管分支电流以及占空比，而占空比控制输入电压变化，从而达到负反馈控制目的。输入电压的设置是通过在电压输出端到FB引脚间加一个分压电阻。电压分频器的输出电压降至反馈电压的比例是：

，其中是反馈电压是输出电压。所以输出电压为。在输入电源是开关电源的情况下，电流的恒定输出是依赖于电感的使用。使用较大的电感可以使纹波电流变小，同时也将获得较低的输出纹波电流，但却有着更大的等效串联电阻更低的饱和电流。因此电感的值是：

其中是开关频率，是电感峰值纹波电流。该3.3V为主控芯片以及4路模拟转换芯片TW2835等提供电压，以供主板正常工作。本设计中的整流压至1.8V的电路同样用MP1482进行降压，只是根据实际需要进行参数调整即可稳定的输出1.8V的电压，该电压是为Hi3512芯片以及TW2835芯片提供1.8V的核心电压。

由于Hi3512芯片正常工作同时需要3.3V、1.8V、1.2V的电源，因此本设计为了满足供电要求(如图4、图5所示)，采用了MP2104芯片稳压。该芯片是1.7MHz固定频率PWM降压稳压器，有95%的最高转换效率，2.5V到6V的宽电压输入，最低输出电压为0.6V。输入电压的值可根据外部电阻分压器来设定。反馈电阻R271以及内部补偿电容用来决定了反馈环路带宽。输出电压。对于大多数设计电感的计算是通过以下公式计算：

其中：是电感纹波电流，设计的电感纹波电流接近最大负载电流的30%。所以电感的最大峰值电流是：

本设计提供的电源系统经过实际的实验、测试与应用均满足各项要求，可以稳定的输入5V、3.3V、1.8V、1.2V的电压，保证列车车载视频监控的正常运行

5.总结

本文提供了一种切实可行的降压整流方案。该方案适用不仅适用列车上极其复杂恶劣的环境，也同样满足于各种载运车辆上对电压严格需求，有着宽范围的输入电压，稳定高负载的输出电压。第二级的整流稳压电路可单独使用，同样可满足车辆上的宽电压输入要求。尽管各种车辆的输入电压有12V与24V两个模式，以及在起车辆起步阶段电压可能低至7V左右，在充电时电压会出现不稳定情况，本设计均可以满足，为车载的嵌入式设备提供一个稳定可靠的电源环境。

参考文献

[1]白锡杉,张全柱,王磊,史雪明.机车蓄电池组充电路结构的研究[J].应用天地,2007(9).

[2]刘亚龙,高玉峰,王志国.基于PFC的电力机车110V直流电源的设计[J].电气应用,2008(11).

[3]李国平.国内外高速列车辅助供电系统[J].机车电传动,2003(5).

[4]吴强.客运列车供电系统[J].机车电传动,2003(5).

第7篇：直流稳压电源的设计要求范文

【关键词】三端集成线性稳压电源 ISD1420P集成芯片

本设计通过信号发生器获取输入信号，通过ISD1420P系列单片机语音录放电路，实现信号的存储与回放功能，最终用数字示波器进行输出。

1 总体方案设计

本系统实现的是波形采集、存储与回放功能，易用单片机控制来实现。这里以ISD1420P系列单片机为主控元件，自身电路结构非常简单，因此在操作的时候方便使用；由于它具有零功率信息存贮的特点，因此在使用时可以省去备用电源；ISD1420P芯片较强的选址能力，使其在管理方面凸显出强大的优越性；存储在此芯片上的信息可以保存10年以上之久，可反复录放达10万次之多，并且相关的元件少，只需单一电源供电，因此成本较低。综上所述，由于ISD1420P芯片与其他同类电路相比具有以上的优点，因此在设计中进行选用。

2 单元模块设计

2.1 电源电路

在本次设计中选用直流稳压电源―三端集成线性稳压器作为供电设备，提供+5V电压输出。选择三端集成线性稳压电源的原因是其具有的基本功能和特性指标符合设计要求。

2.1.1 基本功能

（1）输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作。

（2）输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作。

（3）直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示。

（4）对于输出的电压值和电流值要求精确的显示和识别。

（5）对于输出电压值和电流值有精准要求的直流稳压电源，一般要用多圈电位器和电压电流微调电位器，或者直接数字输入。

（6）具有完善的保护电路。

2.1.2 特性指标

（1）输出电压范围。

符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。

（2）最大输入-输出电压差。

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入-输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。

（3）最小输入-输出电压差。

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入-输出之间的电压差值。

2.1.3 优点

三端集成线性稳压电源具有调整管工作在线性工作区，稳定性好、精度高、噪声力小、效率高、体积小的优点，应用领域也极其广泛。

2.2 ISD1420P芯片

2.2.1 芯片基本构成单元

ISD1420P芯片由时钟振荡器、128K字节E2PROM、微音放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差动功率放大器构成基本功能电路。芯片存储时间为20秒。

2.2.2 芯片操作模式

此芯片的A0～A7引脚功能由A6、A7引脚的电平输入状态决定。当A6、A7引脚中有一个输入的是低电平时，A0～A7的输入全部解释为地址位，将其功能作为起始地址使用；当A6、A7引脚输入同为高电平时，A0～A7的输入全部解释为模式位，即代表不同操作模式。在使用中药注意，地址位只能作为输入端，在使用中不能输出内部地址信息。

使用操作模式有两点要注意： 所有初始操作地址端都是从0开始，一旦电路进行录放音转换或进入省电状态时，地址计数器自动复位为0；当PLAYE、PLAYL或REC 变为低电平，同时A6，A7为高电平时，执行对应操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止，这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。

操作模式中A0端为信息检索，A1端为删除标志，A3端为循环重放信息，A4端为连续寻址，A2、A5两端未用。

3 设计方案实现

在系统左端A通道加入外接信号源获得高电平为4V、低电平为0V、频率约1kHz的单极性信号，将其通过输入电路送入到ISD1420P电路中，进行存储。完成存储功能后，断电并取消外接信号源的输入，在系统右端A通道加入示波器，继续供电后，通过输出电路观察波形，将得到与输入端相同的波形，以证明此系统可以完成波形的采集、存储与回放功能。B通道的工作原理与A通道完全相同，仅输入信号有区别，在B通道中输入峰峰值为100mA，频率为10HzD10kHz的双极性信号，以验证系统的采集、存储与回放性能。

4 系统功能、测试说明

4.1 系统功能

本系统可完成将外接信号源进行波形采集、存储与回放的功能。在输出端显示波形时可进行不同的需求选择。

（1）进行一段式输出波形，最长时间为20秒。

（2）进行循环输出波形，按一下PE键可循环输出，按PL键停止；或按住PL键输出，松开即停止。

（3）按顺序连续分段输出，每段输出长度不限。

（4）按PE键可快速选择输出波形。

4.2 测试说明

（1）在A通道通过外接信号发生器输入一个频率为1kHz的单极性正弦波，接通电源，20秒内系统进行波形采集和存储过程；断掉电源，将A通道输出端接在示波器上，观察输出波形为正弦波，频率为1kHz。

（2）在B通道通过外接信号发生器输入一个频率为100Hz的双极性正弦波，接通电源，20秒内系统进行波形采集和存储过程；断掉电源，将A通道输出端接在示波器上，观察输出波形为正弦波，频率为100Hz。

5 设计总结

通过以上报告的说明，本设计主要完成了波形的采集、存储与回放功能，虽然波形有部分失真情况发生，但是已达到设计目的和要求。

设计有待改进的地方为此设计只能存储一次采集的信号，并且A、B两路信号周期不同时，不能进行连续回放，需要进一步完善。

参考文献

[1]李国锋，王宁会.电源技术[M].大连：大连理工大学出版社，2010（05）.

[2]唐庆玉.电工技术与电子技术[M].北京：清华大学出版社，2004（07）.

作者简介

汪小琦（1984-），女，甘肃省临夏回族自治州人。大学本科学历。现为兰州资源环境职业技术学院信管系讲师。研究方向为通信工程。

第8篇：直流稳压电源的设计要求范文

我国未来电网发展形态具有高比例间歇式清洁能源大范围消纳，与周边国家联网构建全球能源互联网以及会大量应用VSC电压源换相直流输电等特征，交直流电网相互影响的动态响应速度加快。要满足大电网安全稳定需求，重要的基础是建设发展控制保护专用信息通信网（ControlandProtectionDedicatedNetwork，CPDN）（简称控制保护专网），实现大范围多类型电网信息交互、融合。D-5000的WAMS系统因时滞长难以承担控制的任务。控制保护专网信息中心级别按照信息中转两层架构，实现二次设备接入安全识别、信息流量控制、信息优先级调度等功能。控制保护专网原型系统已经在华中电网建成投运，新一代控制保护专网建成后，能够实现控制与保护系统之间的信息交换，有利于相互之间协调；安控系统将具有感知电网运行趋势的能力，有助于安全与效率之间的平衡；调度自动化业务迁移至控制保护专网后，性能指标将得到提升。控制保护专网的建设将是电网运行控制水平大幅提升的重要基础。

关键词：

全球能源互联网；控制保护专网；信息转运及控制；架构

引言

目前，我国电网已经到了非常特殊的发展时期，电网的特点和特征比较突出。同步电网装机容量规模已经位居世界前列，最高电压等级、最大输电容量的特高压交直流工程和电网已经建成投运多年，并初步形成特高压交直流电网，同一送端电网、同一受端电网接入超/特高压直流工程数量和容量规模在全球是独一无二的[1]。不远的将来，我国将首先推动“一带一路”周边国家电网互联互通，进而实质性推动构建全球能源互联网，因此需要更大范围传输清洁绿色能源[2]。此外，我国电力行业工程师驾驭大电网安全稳定可靠运行能力面临着新的考验，需要面对有挑战性的新需求。

1电网发展控制特点及其对信息通信技术的需求分析

1.1高比例间歇式清洁能源发电是未来电网发展的主要形态，需要发展结合多源信息的新型运行控制技术

根据我国能源发展战略行动计划（2014年—2020年），风电重点规划建设酒泉、蒙西、蒙东、冀北、吉林、黑龙江、山东、哈密、江苏等9个大型现代风电基地，到2020年，风电装机达到2亿kW。风电装机规模接近华北或华中或华东2016年电网装机水平，华北、华中、华东、西北及东北电网消纳风电比例约20%~30%。随着中国经济的持续增长，无论是从国内还是国外的视角来看，中国应对全球气候变化责任压力都在持续加大，高比例（10%~50%）风电、光伏等清洁能源消纳是未来电网发展的主要形态[2]。风电、光伏等清洁能源发电具有间歇性、随机性特点，风电发电负荷较大区间一般在后半夜，电网负荷处于低谷，在北方供暖期间热电联产机组以供热定电模式为主，电网调峰调频压力巨大。电网调峰主要依据调度发电计划曲线及依靠调度自动化AGC系统协调，调整常规发电机机组、抽蓄机组等出力，调整响应时间一般在分钟级。电网调频也是依靠常规发电机包括抽蓄机组，根据频率偏差自动实现调速器及原动机系统的功率调整。依据储能情况（如火电原动机压力包、水电水头）调整响应时间一般在秒级至数秒级甚至到分钟级范围。电网应对更高比例间歇式清洁能源发电的策略，一方面需要建设坚强的交直流混联电网，包括发展配套的抽水蓄能及电化学储能等大规模电量型储能系统，为大规模、高比例间歇式清洁能源发电消纳提供必要的物质基础；另一方面，风电和光伏发电短期功率预测已基本实现大范围应用，对于提高电网更高精度的发电调峰和调频控制具有工程应用价值，结合大范围采集电网实时运行状态、物联设备等多源信息的系统运行控制薄弱环节分析、调峰/调频能力分析等技术，实现大规模风电、光伏发电场主动功率调整，提升整个电网的运行控制水平。

1.2特高压直流送端同方向、受端同方向并以捆状

输电，需要发展利用多源信息的新型交直流混联电网协调控制技术±800kV天山—中州特高压工程额定输送容量达800万kW、输电距离2191.5km，于2014年1月13日完成全部系统调试试验并正式投运，是我国首个送端风电与火电以打捆配套建设电源方式并大规模远距离送出工程[3]。2017—2018年，还将陆续投运以风电与火电以打捆配套建设电源方式的±800kV、800万kW酒泉—湖南、1000万kW锡盟—江苏2条特高压工程。预计到2020年，送端西北、华北、东北“三北”并且受端在华北~华中~华东方向的直流工程将达到20多回[4-5]。当前我国电网建设发展存在“强直弱交”现象，特高压直流的建设投运速度远远超过特高压交流，交流电网可能难以承受故障转移功率冲击或者难以为多回特高压或超高压常规直流电网换相换流器（LineCommutatedConverter，LCC）提供有效的电压支撑，交流系统存在薄弱环节，还可能反过来限制特高压直流输送能力[6]。如2015年9月19日，锦苏特高压直流带负荷540万kW发生双极闭锁，造成华东电网频率跌落至49.563Hz、越限持续207s，对电网安全稳定造成严重影响[7]。为解决“强直弱交”问题并保障电网的安全可靠运行，一方面需要按照“强直强交”原则构建交直流协调发展交直流混联特高压电网；另一方面，客观上电网已经形成送端同方向、受端同方向、直流落点密集多条直流捆状群，可能影响的范围更加严重，客观上需要考虑利用多源信息，加强直流捆状群与交流电网的协调控制能力，更好地应对大规模、高比例间歇式清洁能源大范围消纳。

1.3电力系统一次设备“电力电子化”特征发展趋势明显，需要发展与此相适应的快速安全稳定控制技术

随着大功率绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）、脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）和多电平控制等技术的成熟，国内自换相的电压源换流器（VoltageSourceConverter，VSC）直流实现了示范工程应用[8]。上海南汇、广东南澳、浙江舟山等以电缆线路输电形式的多端柔直工程已经建成投运，即将规划建设渝鄂±500kV背靠背柔直工程，以及以架空线路输电形式的±500kV张北柔直电网科技示范工程，工程计划于2018年前后建成投运。张北柔直电网工程将重点示范的安全稳定控制关键技术主要有：纯风电和光伏发电系统并且无常规同步电源电网运行控制技术，直流电网与落点交流电网有功功率和频率类、无功功率和电压类的协调控制技术，以及直流电网与风电、光伏、抽水蓄能等多能源发电协调控制技术等。LCC常规直流采用晶闸管只能控制导通而不能控制关断，通过控制触发角实现直流电压一个维度调整控制；VSC直流采用基于IGBT和与之反并联二极管组成基本模块的核心部分，可控制导通和关断，进行2个有功类和无功类维度调整控制[9]。因此VSC柔直的动态响应比常规直流响应更快，柔直电网可控制的目标也随着节点规模的增加而增加。为充分利用柔直电网“电力电子化”特征明显的快速响应性能，需要依靠控制信号传输时滞小、容量大、覆盖范围广的信息通信处理技术，利用风电和光伏发电短期功率预测、D-5000调度自动化、交直流电网实时运行状态数据等多源信息，满足柔直电网与交流系统间多元化控制的需求和多目标控制可能需要协调的需求，也可以适应未来电网高比例间歇式清洁能源发电大范围消纳的需求[10]。

2与安全稳定分析控制业务相关的信息通信技术发展现状

从大电网安全稳定计算分析和控制的角度来看，信息通信技术涉及安全稳定控制专用通道、调度自动化D-5000平台SCADA/EMS系统和WAMS系统，以及智能变电站网络系统。

2.1电网安全稳定控制信息通信专用通道

采用专用信息传输时滞小，数据传输可靠性较高。即使在信息通信通道检修情况下通道也能够实现“一主一备”模式运行，能够在300ms内实现从信号触发、处理到安全稳定控制装置动作完毕全过程[11]。安控系统对于电网的安全稳定运行发挥了重要作用，目前已经投运的安控系统相互间并没有信息交互，处于信息孤岛状态，适应未来电网多目标、多约束条件下安全稳定控制的压力较大。

2.2调度自动化网

SCADA系统承担EMS调度自动化系统重要数据采集等任务，基本理念是假设系统运行状态在分钟级范围内变化不大。调度自动化系统的安全稳定计算分析功能是EMS高级应用系统中近几年逐步接近于成熟的业务，是调度运行人员了解和掌握电网安全稳定特性的重要手段之一。面向安全稳定分析业务的优点及不足分别表现在以下几方面。优点：计算分析所需数据量丰富，潮流计算所需的电源开机、电网一次设备投运状态及变电站负荷等电网结构和电网运行状态等主网信息均能够提供，基本可以满足计算分析业务需要。不足：难以实现安控装置动作逻辑模拟功能，原因是厂家多、装置量大而广，接口很难接入在线安全分析系统，较难实现实时校核安控策略对当前状态适应性的功能。WAMS系统包括PMU装置已经广泛应用于电力系统，应用最多的是系统运行状态监测和记录、故障录波；其次是用于基于实时量测数据的电网运行轨迹分析，如小干扰稳定分析和扰动源定位等功能。基于WAMS系统的稳定控制理论上研究的较多，用于安全稳定实际控制的成功案例几乎没有，究其原因首先是用于控制的信息传输机制欠缺，在建设设计阶段没有提出应用于控制的需求以及欠缺大量控制信息传输时如何处理的方法，WAMS系统只是定位于录波和数据存储，其正常运行时时滞可能很小，但通信链路检修状态下时滞可能长达数秒级，难以满足安全稳定控制信息对时滞、通道可靠性等方面的要求；其次是采用IP寻址技术，大量信息时存在网络阻塞问题。

2.3智能变电站

智能变电站发展的驱动力之一来自设备层面，节约人力和物力资源以及环境资源，提升变电站运行效率。与以模拟量量测信号为特征的常规变电站相比较，智能变电站信息化、网络化程度较高，变电器、开关等一次设备和电力系统自动控制装置二次设备状态参数和运行数据可采集、汇总的信息倍增，变电站包括自动控制、运维效率等业务在内的运行水平显著提升。从大电网安全稳定控制的角度来看，虽然智能变电站可以利用的信息容易获得、控制输出也更易实现，智能变电站的控制对象为变压器抽头调整等站内慢速过程的调整、低频/低压减载等电网安全稳定第三道防线设备的控制对信息通信时间响应性能要求不高。但电网安全稳定第一和第二道防线，对信息通信时间响应性能要求较高。智能变电站如果紧急控制期间出现网络阻塞或丢包等问题，将增加信息通信时延，对稳定控制效果不利[12]。

2.4控制保护专网原型系统建设经验教训和分析

国家863计划“提升电网安全稳定和运行效率的柔性控制技术”课题研究了大电网智能柔性控制系统，在华中电网成功进行了示范应用以及长期运行，华中跨区交直流协调控制系统工程具备9回直流和交流系统共70个信号的协调处理能力，除具备直流紧急功率控制功能外，还具备直流功率调制和直流阻尼调制等功能，验证了基于多源信息中转调度模式的跨区协调控制工程实施可行性，提升了电网运行效率和安全稳定水平[11]。图1为示范工程控制保护专网原型系统，站间流向为信息通道。在示范工程实施过程中的经验教训为：WAMS系统信息传输时滞长，难以满足广域控制对信息高速、可靠传输的要求；控制用信息通信系统多采用点对点形式，未实现信息联网，信息难以实现共享、利用率低；控制信息与调度数据网彼此孤立，难以实现联动。信息化是智能电网发展的重要特征之一，在配用电侧尤为重要，主网具备多源数据融合、满足多业务实时数据传输需求的信息通信系统是实现大电网智能分析与广域协调控制的基础。随着国家能源战略对特高压交直流发展计划中“四交、四直”的落实，大规模新能源基地及其送出工程的投入建成，以“三华”电网为中心的特高压交直流混联电网的“强直弱交”特征更为突出，大电网的安全、高效运行需要以更为灵活、可靠、高速的信息通信体系为基础的安全稳定分析及控制系统作为必要的保障。必须研究基于广域多源数据实时中转处理的稳定控制信息通信体系架构及具有可操作性的构建方案和运行控制措施，满足安全稳定控制实时性和可靠性的要求，解决不同安控系统信息的“孤岛”问题、原有WAMS系统时延至少数秒和难以承载海量实时信息传输问题以及连锁故障防御仍处于被动防御状态等难题。安控、WAMS、智能变电站及控制保护专网稳定控制性能和功能拓展性能比较如表1所示。

2.5控制保护专网实现思路及核心功能要点

从以上分析可以看出，与安全稳定分析控制相关的信息通信业务虽然能够满足当前电网的需要，但难以满足未来电网的需要，有必要建成面向电网安全稳定业务需要的控制保护专网。控制保护专网的建设要点是：实现信息通信流可管、可控，并可以管理安全稳定控制类设备的自动接入身份识别。从带宽及利用率、业务承载能力等方面来看，SDH/MSTP业务小范围用于安全稳定分析控制已是成熟技术，但用于应对大范围、大容量安全稳定控制信息交换其承载能力压力较大。需要考虑采用PTN技术，设备带宽达到1000M和10G，业务承载性能更好，实际成熟时应考虑优先采用[12]。此外，对于输电距离达到数千km或者对于通信时滞敏感场景，可以考虑载波通信技术，类似于股票信息交换技术也可利用，大量信息同时触发，可靠性也较高。

3控制保护专网关键支撑技术及应用前景

3.1关键技术

从未来适应高比例清洁能源消纳的电网发展形态以及电网安全稳定协调控制的需求分析，未来电网需要发展满足安全控制大范围信息交换、捆状多换流站间协调控制等方面的技术，发展基于控制保护专网的跨区大容量输电交直流电网协调控制技术，核心是实现原有安全稳定控制专网、调度自动化网、站域网等信通网的安全稳定控制保护业务数据融合，特征是具备信息传输通道和信息流的“调度”管控能力、管控多厂家信通和安控以及监测设备的标准化接入，适应我国电力市场化复杂运行条件、大范围和高比例间歇式清洁能源消纳等背景下的安全稳定分析与控制业务发展需要。主要关键支撑技术体现在以下几方面。

1）控制保护专网信息通信通道架构和信息管控及设备研制。主要研究建设控制保护专网组网技术路线及技术经济比较，制定控制保护专网安全防护、信息交换标准，研发信息通信硬件管控平台（核心芯片）、软件管控平台，研制适应控制保护业务数据转发模式的信通设备。

2）基于控制保护专网的交直流协调控制技术研究。研发适应更多直流信息交互、具备连续换相失败防御的交直流协调控制方法；借鉴运行方式计算数据安排的思路，研究结合实时信息等多源信息的跨区输电稳定特性、安控策略校核方法；研究基于多源信息的连锁故障主动防御技术，包括联络线振荡中心广域快解和振荡轨迹预测解列技术。

3）基于控制保护专网的安全稳定控制关键设备研制。研制监测与控制一体化设备，监测设备支持控制信号、支持物联设备信息处理、支持电磁暂态记录、支持控制设备自适应模块化接入，解决在役PMU录波性能不一致、对控制支撑薄弱问题；研制能够远程维护、支持多源信息接入的安控装置；研究与直流、安控设备信息交互的接入技术标准。

4）研发支撑全球能源互联网格局的信息通信架构及设备研制。研发支撑多业务并且信息安全符合防护要求的大容量、高性能信息通信技术，研制自适应安全身份识别和辨识等关键设备，突破PTN技术瓶颈。

3.2应用前景

控制保护专网建成后，能够实现控制与保护系统之间的信息交换，有利于相互之间协调；安控系统将具有感知电网运行趋势的能力，有助于安全与效率之间的平衡；调度自动化业务迁移至控制保护专网后，在线安全分析等高级应用数据质量等性能指标将得到提升；安控装置动作逻辑实现联网后将能够实现安控策略实时分析校核；交直流协调控制系统将具备更广域的控制能力，能够实现直流送端与受端联合多回直流相继长时间换相失败的交直流系统主动防御，控制保护专网应用前景广阔。

4结语

基于国家863计划项目配套跨区交直流协调控制示范工程成功经验，为适应我国未来电网发展形态以及全球能源互联网建设发展需求，提出了发展广域交直流协调控制技术的思路，重点建设控制保护专网，重点研发接入控制保护专网的新型安控装备和信通管控平台和设备，同时也需要实现针对跨区输电结合多源信息分析和控制技术上的突破。实现故障跨区影响传导的预防性协调控制，是一种适应于大电网发展趋势的跨换代技术，对于安全稳定控制保护技术的发展具有重大影响和示范作用。

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第9篇：直流稳压电源的设计要求范文

基于小功率直流传动系统要求驱动电源输出稳定、抗干扰强的特点，设计了一种多路输出型的单端反激式开关电源。主电路采用多路输出单端反激式变换器结构，并采用软启动回路，防止负载电流或电源输入电流的大电流损坏开关电源，同时设计了过压、欠压等保护等辅助电路，完整地构建了开关电源的电路系统。

【关键词】开关电源 驱动系统 反激式

1 引言

工业应用中，经常需要对小功率的直流电机进行精确控制，为保证传动系统的精确定位和传送，提高产品质量或电动机车运行的平顺性。为满足此技术要求，一方面需要对电机实现一定的控制算法，另一方面要求电机驱动电源输出平稳、能耗低、抗干扰能力强。传统的开关电源由于效率低、损耗大、可靠性差而难以胜任。目前，国外的开关电源研制技术较为成熟，并主要应用于工业和军事上。德国西门子，美国GE和日本的一些公司都已经具备比较成熟的研制大功率开关电源的技术并已经实现产品化。开关电源在我国邮电通信部门以及其它领域，受到及其广泛的应用，其中几十到几百千瓦的大电流、高功率的开关电源成为现代工业，国防事业以及大型科研项目的宠儿。开关电源技术不断的发展，具体发展趋势为高频化、非隔离DC/DC技术、数字化、安全性能完善以及低噪声、绿色无污染和智能化。

2 开关电源组成与设计

开关电源由输入电路、有源调整、功率变换、输出电路、控制电路和频率振荡发生器六大部分组成：其中开关电源的核心部分是DC/DC变换器，用以进行功率转换，另外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波电路等。

反激式开关电源广泛用于中小功率变换场合，且具有电路简单、成本低、输入输出电气隔离、稳压范围宽、易于多路输出等优点。反激式变换器有三种模式：一种是在电流断续模式下，导通期间储存在一次绕组的能量，在下个周期开始前从一次绕组传递到次级绕组和负载上；一种是在电流临界连续模式下，在下一个周期开始时，次级的电流归零，这是一种无死区时间的临界状态；另一种是在电流连续模式下，次级仍然有剩余的能量，次级电流没有回零。

2.1 输入回路设计

开关电源输入回路包括低通滤波和桥式整流滤波两大部分。低通滤波回路是开关电源输入的“大门”，它具有防止输入电源的噪声干扰，还抑制了浪涌电压、尖峰电压的进入；同时阻止、限制开关电源所产生的噪声。整流滤波电路主要由整流桥加电容来完成，整流二极管最好选用导通压降（VF）小的二极管，这样可以减少二极管上的损耗，提高电路效率，电容则是一大一小的两个电容，大的为工频滤波，小的电容则用来吸收高频纹波的干扰。

整流滤波回路：开关电源一般采用电容输入型整流滤波回路，整流的方式为全波桥式整流。结合两种输入回路的优缺点，输入回路电路如图1所示。

2.2 驱动回路设计

开关电源功率晶体管有两种驱动方式，一种是直接驱动，另一种是隔离驱动。直接驱动有单管基极驱动、推挽驱动和抗饱和驱动。单管基极驱动适用于对工作速度要求不高或电源功率不大的情况。抗饱和驱动则是在推挽驱动的基础上增加了钳位二极管和稳压二极管，提高了电路的工作速度，也为冲击峰值电压起到了分压保护的作用，如图2所示。

2.3 保护及软起动回路的设计

过流包括电源负载超出规定值和电源输出线路出现零负载，即短路。过压保护的主要的任务是保护负载，其次是保护开关功率管。一般采取的措施是振荡电路停振，关闭驱动脉冲。所以在过压保护动作后，要再次启动电源工作时，必须断开电源才能恢复正常工作。开关电源最简单的过压保护措施是在输入电路中并联压敏电阻。在过压保护中，采用的是稳压二极管，选用稳压二极管应性能稳定、电压漂移非常小的产品，以防止稳压二极管电流随着温度的变化而变化。开关电源的主要热源是开关功率晶体管、高频变压器、整流输出二极管以及滤波用的电解电容。为了防止开关电源过热而发生损坏，选择元器件时应该选用高温特性较好的器件，同时在开关电源设计过程中应有过热保护电路。

图3为保护电路，其中R7是电流取样电压，变压器原边电感电流流经该电阻产生的电压经滤波后送入UC3844的引脚3，再输入到电流比较器。引脚3和电流比较器构成了电流闭环控制。当开关管出现过流现象时，电阻R7上测得的过电流信号，输送到电流测定比较器的同相输入端，只要R7上的电压达到1V，电流测定比较器动作，通过PWM锁存器使得开关管关断，实现了过电流保护。

基于UC3844芯片设计的开关电源总体电路图，其中主电路采用单端反激式变换器结构，开关电源输入回路则采用整流滤波回路以得到直流电压，并利用软启动回路，防止负载电流或电源输入电流产生的大电流损坏开关电源。

3 总结

本文主要针对直流调速系统中，作为小功率控制电机，要求驱动电源输出稳定的特点，分析了开关电源的基本组成以及工作方式，结合设计的各项要求，综合考虑了开关电源控制电路、反馈电路以及保护电路等方面的设计。

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