开关电源原理与设计精选(九篇)

第1篇：开关电源原理与设计范文

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2篇：开关电源原理与设计范文

【关键词】机电设备；开关电源；设计

1.机电设备中开关电源的工作原理

1.1 原理简介

在节电设备的开关电源中，开关元件主要是利用电子技术通过半导体等相关的元器件对开关的打开以及关闭进行控制，从而有效的保证电压能够稳定的输出。通过开关电源能够使得晶体管能够实现接通与关闭，晶体管导通的情况下，电压比较低，电流比较大；晶体管关闭时，电压比较高，电流比较小。半导体元件中电压与电流的成绩就是该元件的损耗量，所以说此类开关电源能够在损耗比较低的情况下能够提供多种直流电源。

在PWM工作的时候其首先是将输入电流的电压进行斩波，从而将其转换为与输入电压幅值相同的脉冲电压。对于机电设备开关电源的调节主要是通过脉冲的占空比进行控制的，通过PWM将其斩波为交流方波之后，就可以通过变压器等设备对幅值进行控制。想增加电压的组数，只需对变压器的绕组数目的增加就可以实现。通过整流滤波的作用，就能够获得我们所需要的直流电压。

在对机电设备开关电源的设计中，输入能够从母线出获取，这是对于变频器的特点进行分析得出的结论。在开关电源的设计中主要包括以下几个方面：输入电路、功率因数的校正以及转换、输出电路和频率振荡器等部分。

若想实现电能的转换主要是靠高频的电子开关实现的，根据数据分析可知若接通占空比的高地决定着负载电压的高地。

1.2 UC3842的反激式原理简介

对开关电源的分类通常有反激式变换器以及正激式变换器两种，在本文中笔者将对反激式变压器进行着重讨论。反激式变换器主要指的是变压器的初级性与次级性时不同的，而正激式变换器则与之相反。

对于反激式变换器的工作原理介绍：在打开的时候，Q1为导通的状态，在LP的两侧对其加以电压U0，此时的电流就会呈线性增加的方式进行升高，反激式变换器则进行储能作用；反激式变换器的此时的电压为N0/N2与Vm以及D的乘积，在这个时候位于L5两侧的电压上方的为负电压，下方的为正电压，但是D0由于反偏的作用就会停止。在其关闭的时候，Q1处于关闭状态，此时其中的电流为0，但是在原边中的电压的极性则呈反向，相应的副边电压也会发生调换，这时候之前所储存在变压器中的磁能就会转变为电能进行释放。

对于单端的反激式变换器来说，在其开关导通的时候能够进行电能的储存，在将开关关闭的时候能够将之前所储存的电能进行释放，所以说高频变压器不仅具有变压、隔离的作用，同时还是一种能够进行能力储存的元件。

2.关于开关电源的设计细节

2.1 所选用的器件介绍

通过UC3842能够产生PWM波形，能够对电流方式进行很好的控制。在这种电路中不但具有振荡器，而且具有能够为温度补偿提供参考等作用，若想有效的驱动MOSFET，就必须选用大电流图腾柱输出。

在UC3842中，首先要在其引脚的电路的1脚要求与定时电阻和电容之间进行连接，其作用是控制震荡频率；2脚与阻容元件之间进行连接，其主要作用就是对误差放大器的频率进行补偿；其3脚要与反馈电压的输入端之间进行连接，这样才能够实现其电压转向反响输入端的功能；与4脚进行连接的则是电流的检测输入端；；7脚的作用为基准的电压输出。

在TL431电路中的电压基准与齐纳管的运行为同种原理，利用外部电阻能够实现对其电压编程为40V，通常将其坎作为能够维持电压稳定的二极管，在其两端的输出电压主要是由它外部所连接的电阻所决定的。当TL431的输出电压提高的时候，就会使得其中的晶体管VT能够导通，其输出电压相应的就会降低。

由于在开关电源的输入端的电源大多都是从直流的母线中所取得的，在反激变换功率关断的时候就会使得电压出现顶峰，为了对电路进行保护就必须对其采取相应的措施以抑制。通过RCD能够有效的缓解存在于元器件两侧的过电压。通过RCD电路的设计，根据楞次定律的相关知识可以知道，当关断MOS的时候，能够在变压器的原边中形成一个非常高的瞬时电压，由此可见在设计选择MOS的时候要保证其能够承受的电压在实际电路输入电压的1.5倍以上。

2.2 关于电路

在机电设备的开关电源的设计主要是为了实现对于功率开关管的控制以及IC的控制，其电源的供给主要是通过直流母线，之后再设计各种电压的开关电源。在本文中笔者将对10V的开关电源的设计过程进行阐述，向大家讲解机械设备的开关电源设计中的关键。

UC3842这种芯片能够很好的实现对电流控制的功能，这种芯片主要是通过对频率的调节从而实现对输出电压的有效控制。在其工作的状态中在滤波器的作用下，能够对开关的噪音以及谐波等进行滤除。交流电压之间形成一个能够抗串膜的干扰电路，主要就是为了能够对噪声实现其抑制的作用。

电路中的交流电源能够在经其处理之后进去到整流器之中，从而获得我们所需要的电压。也就是说通过滤波电容的输入将输入电压中所存在的一些干扰因素进行去除，从而得到一个稳定的输出电压。

对于启动电路中主要包括电阻以及电容，若想保证其在启动之后能够正常工作，首先要保证其功率能够达到2W，在电容中所存储的能量要保证能够满足开关电源启动时的需求，不能够低于150uF。

由于此电源开关中有很多电路输出，不能够单纯的对其中的某一路进行反馈，所以说要在电路中设计一个反馈线圈来进行对电压的反馈，由此实现对没路输出进行很好的控制。通过整流滤波的作用能够为人们提供一个相对较为稳定的电压反馈。

在通过UC3842对电路进行保护的时候，如果输入端出现短路的情况，就会导致过流的现象，从而导致漏极电流明显的提高，其中的电压也会有明显的提高。

如果引脚中的电压超过2V的时候，比较器中就会输出比高电平，这样就会使锁存器复位，输出也就会随之而关闭。在这种情况下芯片的引脚中是没有输出电压的，从而达到了保护电路的目的。如果电路中的电压太高，不能够很好的实现对占空比的调整，就会导致变压器中的电压升高，从而输出也会关闭。

在电路短路的情况下，电流的突然增大所产生的热量就会使电阻值增大，实现断路的作用，经过技术解决之后，自恢复开关便能够恢复其阻抗值。

根据示波器的显示我们可以发现，在直流母线的上电过程中电压不够稳定，但是在芯片的调解下，能够有效地保证电压输出，由此可见其抗干扰的能力是非常强的，所以在一些比较复杂的环境中也能够正常的工作。

在机电设备开关电源的设计中要实现电源通道之间的相互隔离，只需在原基础之上加入一些新的元器件就能够达到我们的目的，投资不高，能够更好的对变频器进行利用。根据机电设备中开关电源的使用调查情况可以发现，此电路系统是非常安全的。

3.变压器的设计细节

3.1 变压器参数

变压器的工作频率为50kHz，变压器的工作周期为30us，其工作效率η为0.87；变压器的电压为220v±50%，所以其范围为110v—330v，该变压器的输出功率为120w。

3.2 变压器设计过程

在变压器的设计过程中首先要按照整流管的损耗选择合理的刺心，变压器的输入功率通过计算式计算为率P输入=P输出/η=120/0.87=138W。变压器的磁芯一般都是选用铁氧体的磁芯，主要原因是由于这种磁芯的电阻率比较高，而且价格比较便宜。

UC3842能够有效的对电流的峰值进行控制，在其正常运转的情况下，该芯片的占空比要小于0.6，在变压器的设计过程中占空比按照0.5进行计算，所以说在变压器的工作过程中开关管的导通时间为12.5微秒，变压器的输入电压为180v。

变压器工作过程中的磁通密度也非常重要，在其温度处于100摄氏度的时候其磁感应强度为400mT，将此时变压器的振幅折中计算，此时交变电流的磁通密度为0.238T。

对于边缘线的匝数的计算时，首先要掌握变压器中磁芯的有效面积，不同的变压器的型号可以找出其中的固定数值等方面进行计算。变压器的电源输出端与负载之间连接的时候通常都会使得电压降低，在变压器的设计中就要在设计基础之上对每个输出电路多设计出一匝，这样能够得到一个要高一些的电压，自后再由稳压器的转换得到我们所需要的电压。

4.结语

对于机电设备开关电源的设计具有非常高的要求，在对于开关电源的设计中只有很好的把握好其中的技术关键才能够保证设计成功。

由于机电设备经常性的开启和关闭，所以在设计开关电源的时候要保证能够在电磁干扰比较低的情况下为其提供稳定的电源，通过选取合理的电容值，避免波纹的出现对机电设备的供电产生影响。由于机电设备开关电源在性能方面比较优越，在未来的机电设备中的应用会变得越来越广泛，所以对于此类问题的研究还要不断的深入。

参考文献

[1]张帅，李俊刚，王兴.开关电源设计[J].科技资讯，2011，34.

第3篇：开关电源原理与设计范文

关键词：智能建筑电气节能设计

在智能建筑工程中广泛地应用了数字通信技术、控制技术、计算机网络技术、电视技术、光纤技术、传感器技术和数据库技术等高新技术，构成各类智能化子系统。随着不可再生资源过快消耗，各领域都在研究如何节约能源。智能建筑是建筑设计的发展方向，如何在智能建筑中做好电气设计的节能措施是现代建筑电气设计的重要课题。

一.智能建筑的电气系统设计

建筑电气设计的任务是根据人们生产和生活的要求，设计出一个质量良好、使用安全、方便、经济、可靠的建筑供配电系统。多项资料及分析表明，我国有着巨大的节电潜力。节电工作法制化、标准化、规范化是节电工作有序进行及相关措施落实的保证；微电子技术等为节电提供了物质基础；最迫切的是知道我们与发达国家产品能耗高、电能利用率低的差距。在建筑工程的实际设计中，需要讲究设计的可操作性、延续性和整体协调性。设计要密切结合我国的国情，积极、稳妥地采用新技术；推广应用安全可靠、节约能源、经济适用的新产品、新材料；正确掌握设计标准，提高社会效益和经济效益。设计图纸要清晰，设计文件要准确，各专业要密切配合和相互协调。

设计的基本要求建筑电气设计工作是整个建筑工程设计的一部分，有着与建筑、结构、给排水、采暖动力多个专业和电气专业内部的配合，在各个设计阶段，都要互提资料、互有要求，要密切配合，才能防止各专业的矛盾和碰车，保证工程的设计、施工质量。整个设计的过程都必须贯彻国家有关工程设计的政策和法令，并符合现行的国家标准和设计规范。对某些行业、部门和地区的设计任务，还应遵循该行业、部门和地区的有关规程和特殊规定。在设计工程中尽量采用国家统一的标准图和标准图例、符号。

设计是一个构思表达、再构思表达、反复推敲、不断深入发展和进行评价的过程，基本上可以概括为博览、创意、构思、表达等几个阶段。将自己的设计构思表达成为图样，是设计人员的基本功。设计过程从一开始到深入下去，各阶段思维的广度、深度都不同，表达方式、工具也可能是多样化的。表达方式和工具要适应思维的速度，推动思维发展成熟。

二.建筑电气设计中的节能原则

由于人口的增加，工业的发展，生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源――电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。节能降耗一直为国家所倡导，2005年7月初国务院发出《关于做好建设节约型社会近期重点工作》的通知，特别指出“要坚持资源开发与节约并重，把节约放在首位的方针”。在经济发展中电气用电是一个耗能大户。很多相关的文章都曾显示过，其每年要消耗总发电量的10％以上，如果大量使用节能的照明产品和有效的措施，节电5％，则每年可节约照明用电60亿千瓦•时，为国家节省投资约30亿元，并可延缓温室效应，减轻对生态环境的破坏，经济和社会效益非常可观。因此，在设计文件中，电气节能措施以专篇的形式陈述，从建筑物规划的初期就以节能的思想为指导，在技术根源处为实现电气节能提供理论依据及可行性。建筑电气节能应坚持以下三个原则。

满足建筑物的功能即满足照明的照度、色温、显色指数，满足空调舒适性；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。民用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

合理地进行用电负荷计算用电负荷计算方法选择得当，会达到节材、节能的目的，若选择不当，会给用户带来不必要的投资和能源浪费。关于用电负荷计算方法宜按下列原则选取：在方案设计阶段可采用单位指标法，在初步设计阶段及施工图设计阶段，宜采用需要系数法，对于住宅建设，在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。

三.建筑节能电气设计

建筑电气设计中的计量装置宜按下列原则设置。单元总配电箱设于首层，内设总计量表，层配电箱内设分户表，由总配电箱至层配电箱宜采用树干式配电，层配电箱至各户分户箱采用放射式配电。单位不设总计量表，只在分层配电箱内设分户表，其配电干线、支线的配电方式同上。分户计量表全部集中于首层(或中间某层)电表间内，配电支线以放射式配电至户内。多层住宅照明计量应一户一表，其公用走道、楼梯间照明计量可采取：当供电部门收费到户时，可设公用电度表，如收费到楼总表时，一般不另设表。

合理选择电线、电缆截面合理选择电线、电缆截面，在用电负荷计算时要尽可能算得准确，电线、电缆截面与保护开关的配合原则一般是：对于25A以下的保护开关，电线、电缆载流量应大于或等于保护开关整定值的0．85倍；对于25A以上的保护开关，电线、电缆载流量应大于或等于保护开关整定值的1倍。

第4篇：开关电源原理与设计范文

关键词:高频开关电源;全桥移相;零电压开关;软开关技术

中图分类号:TM46文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)02-188-03

Development of 48 kW High Frequency Switching Power Supply

PAN Min

(China Electric Institute,Guangzhou,510300,China)

Abstract:The analysis and design of 48 kW high frequency switching power supply are presented.The present state of switching power supply is explained.The operating principle of full bridge phase_shifted converter and realization of soft switching techniques are analysed.Soft switching can reduce switching loss and increase circuit′s efficiency.Integer designing of power supply system and selection of main device parameters are also proposed.The experiment results demonstrate the power supply device satisfies design requirements completely.It has been applied in electric plating production line success_fully.

Keywords:high frequency switching power supply;full bridge phase_shifted;zero voltage switching;soft switching techniques

0 引 言

现有国内外的大功率电源主要为工频整流式电源,体积大、笨重、能耗高、多特性较差,且会对电网造成较大的电磁干扰。与它相比,开关电源具有高效节能,重量轻,体积小,动态性能好,适应性强,有利于实现工艺过程自动化和智能化控制等显著的优点。目前少数高频开关型电源主要限于小功率容量级别(2 000 A以下),而国外同类设备价格过于昂贵,市场迫切需要具有较大功率容量和先进技术水平的国产高频开关型电源装置。因此,大功率开关电源具有广泛的应用前景,是当前国内外研究、开发、应用的主流和方向。但是,开关电源特别是大功率硬开关电源在可靠性、稳定性、效率等方面的缺点成为制约大功率开关电源应用和发展的“瓶颈”,按照传统电源的设计思路和解决办法,不能从根本上解决其所面临的诸多问题。软开关技术的出现以及先进控制技术的兴起,则为解决开关电源诸多问题提供了新的方法。

目前单机容量大于20 kW的大功率开关电源在国内外极为少见,单机输出一般在1 000 A以下。为适应大功率(低电压、大电流)输出的电路拓扑和控制模式,采用全桥移相式电路拓扑结构,并通过软开关技术的应用,研制了48 kW、20 kHz的大功率高频开关电源,通过电镀生产线的现场使用,取得了满意的效果。

1 全桥移相零电压开关原理

零电压全桥移相变换电路拓扑结构适用于大功率开关电源,它采用移相控制,移相芯片选用UC3879,驱动部分采用目前较为成熟的EXB841专用驱动芯片。在换流时利用变压器的漏感和功率管的寄生电容产生谐振,实现开关器件的零电压开通,消除了开通损耗,提高了电路效率,其主电路原理图如图1所示。图1中IGBT1~IGBT4为功率开关管,分为超前桥臂(左半桥)和滞后桥臂(右半桥)。电路零电压开关依靠功率开关管反并联的二极管D1~D4的导通实现功率器件的零电压开通,通过功率管谐振电容C1~C4的充电过程实现功率器件的零电压关断[1,2]。

在全桥相移零压开关变换器中,开关管的导通关断时间恒定。导通顺序为IGBT1IGBT4IGBT2IGBT3。同一桥臂的开关管为反相导通。对角管导通具有相移,从而使共导时间随相移的变化而变化。由于开关管存在关断时间,同一桥臂的两个开关管导通关断时,需要一定的延时时间(死区时间)以防止直通,保证开关管的安全;同时为保证开关管的零压开通,需要分别设定合适的领先臂与滞后臂的延时时间。IGBT1~IGBT4分别由UC3879输出的OUTA~OUTD控制[3]。

图1 全桥移相零电压开关主电路原理图

2 电源系统整体设计

电源装置主要由三相整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器、高频整流滤波电路、PWM控制电路、稳压稳流控制电路及故障保护电路组成(如图2所示)。工作时电网三相电源输入,经整流、滤波电路加至绝缘栅双极型晶体管IGBT组成的逆变电路,由主电路转换成脉宽可调的高频交流(约20 kHz),再经高频变压器降压、肖特基二极管整流转换成适于工作需求的低压直流。

图2 电源装置系统组成图

高频逆变电路采用全桥移相零电压开关主电路,同时采用软开关技术,以实现大功率低损耗高频逆变。高频开关管采用大功率IGBT模块,以提高电源可靠性,高频整流管采用肖特基整流模块以提高电源的效率。

控制单元输出的控制信号可以对主电路输出做出迅速响应,从而不但给出优良的动、静态输出特性,而且能对各种输入电压的波动予以补偿,并能对各种原因造成的故障做出迅速的保护响应。

电源系统的主要功能有:

(1) 系统按输出的电流或电压偏差分别自动进行PI稳流或稳压调节;

(2) 设置了过流、过热和缺水等保护措施,且具有声光电三维报警方式;

(3) 通过面板上的电压、电流表(输出电压、输出电流)可分别监测系统的输出状态;

(4) 系统具有稳压及稳流两种工作模式,保证了系统的稳定运行。用户可根据工艺需要进行选择;

(5) 系统具有软启动功能,其给定值由小逐渐增大,软启动时间约为5 s;

(6) 系统为远控方式,其操作简单,方便用户掌握。

2.1 输入整流桥及平波滤波器

该系统设计输出为3 000 A/16 V,前端采用三相整流桥输入,如图3所示,其中负载R为开关变换器的等效电阻。考虑理想情况,Li为无穷大,id为一平滑直流。通过对三相整流桥电路工作原理分析,考虑电网波动及保留一倍裕量,可选定二极管的额定参数为150 A/1 200 V。

图3 三相整流桥及LC滤波器电路

平波滤波器的作用是平滑整流电压和提高功率因数。设计中需结合经验,选择一个性能和成本的折中点。这里采用把电感放在直流侧的安置方式。与把电感放在交流侧的安置方法相比,无论是在结构复杂程度上,还是成本上,都要低的多。而且理论上这种结构可以达到的最大输入功率因数为0.955,完全能满足该系统的要求。

2.2 高频变压器

在高频开关电源设计中,高频变压器的设计是一个关键因素,它不仅决定了电源的输出能力,而且直接关系到电源设计的成败。

为实现大功率转换,该系统采用四个变压器并联,且每个变压器的磁芯采用一个环形磁芯。环形磁芯的窗口面积和体积都比较容易做大,工艺绕制简单,安装方便,更加适合用于大功率开关电源。并联的四个变压器的原边输入电压相等且为逆变器输入的电压,副边输出并联。通过计算,取变压器原边的匝数为21匝,副边为1匝;考虑绕制工艺、散热、损耗等因素的影响,原边采用USTC 0.1×1 050的多股丝包线,副边则采用TMY-40×6或TMY-50×5的铜排。

2.3 IGBT及隔直电容

由电路特点可知,IGBT的工作平均电流为母线平均电流的一半。流过IGBT的平均电流及承受的最大反向电压为:

IIGBT=Id/2=P0/(2ηUd)

UIGBT=2.34×1.2U2

考虑到尖峰电压电流的影响,保留一定的裕量,最终确定IGBT的容量为300 A/1 200 V。

隔直电容的作用是防止变压器发生偏磁现象,选的过大,则会增加成本;选的过小,则会产生EMI,降低电压利用率。设计中还需考虑等效串联电阻和电感的影响及散热问题。

2.4 输出整流管及RC吸收网络

选择整流二极管首先要考虑流过二极管的电流。计算流过整流二极管的电流及其额定电压,保留一定的裕量,最终选用的是400 A/100 V的肖特基二极管。

RC吸收网络的作用是防止输出整流二极管关断时因反向恢复引起的振铃。设计中可选择电容的容值为二极管寄生电容容值的10倍,电阻值则必须使电容在1/10个周期内充、放电完成,同时也要注意电阻功率是否满足吸收要求。

2.5 输出滤波器

输出滤波器的设计主要围绕输出纹波指标来考虑。一般情况下,以在最坏的情况下计算的参数为依据来选择滤波电容和滤波电感值。

3 试验结果

设计制造的3 000 A/16 V样机如图4所示,试验波形由泰克TDS5034示波器记录,如图5~图7所示。图5为同一桥臂上两个开关管的驱动脉冲波形,开关频率为20 kHz。图6为输入电压为220 V时,样机的工作波形,1通道为变压器原边电压,2通道为IGBT驱动脉冲,3通道为变压器副边肖特基反向压降,4通道为变压器原边电流。图7为样机满载时的工作波形,1通道为变压器原边电压,2通道为样机直流输出电压。表1列出了样机的各项技术指标,及与预定目标的比较。试验证明,样机已完全满足设计要求。

图4 3 000 A/16 V样机

图5 IGBT的驱动脉冲波形

图6 输入电压为220 V时样机的工作波形

图7 样机满载时的工作波形

表1 样机的各项技术指标及与预定目标的比较

技术指标预定目标3 000 A/16 V样机

输入电压范围360~450 V360~450 V

额定输出电压0~16 V连续可调0~16 V连续可调

额定输出电流0~3 000 A连续可调0~3 000 A连续可调

整机效率≥75%≥82.8%

稳压精度≤1%≤0.6%

稳流精度≤2%≤0.5%

冷却方式水冷水冷

保护功能过热、过流、缺水过热、过流、缺水

4 结 语

高频开关电源,作为中国电器科学研究院研制的新一代逆变式电源,具有高效节能、体小量轻、稳定可靠、绿色环保等优良特性。该项目成果较大功率单机输出的实现、软开关技术的应用、水冷却方式的采用等,都为以后电镀行业逆变电源设计提供了很好的借鉴之处。该电源装置已顺利应用于国内某电镀生产线上,并取得了良好的效果。

参 考 文 献

[1]Zhou Linquan,Ruan Xinbo.Soft_switching PWM Boost Full_bridge Converter[J].Journal of Southeast University,2003,19(3):250-255.

[2]殷树言,黄鹏飞,黄勇.软开关弧焊逆变电源的工作机理研究[J].北京工业大学学报,1998,24(3):55-60.

[3]李春旭,李德武,张学红.软开关弧焊逆变电源全桥移相控制电路设计[J].电焊机,2004(Z1):37-43.

[4]张永锋,黄自龙,杨旭.12 kW移相全桥PWM变换器的设计[J].电力电子技术,2006,40(4):50-52.

[5]鞠志忠,童可明.大功率软开关移相全桥变换器的研究[J].电源技术应用,2005,8(6):17-20.

[6]薛家祥,余文松,罗卫红.电流模式控制零电压软开关弧焊逆变器[J].焊接学报,2002,23(4):35-40.

[7]史悦玲,李时杰,贾俊林.基于UC3879的移相全桥ZVS_PWM逆变器的研究[J].自动化与仪表,2002(6):21-23.

[8]周漪清,黄石生,杜贵平.新型软开关弧焊逆变器主电路的仿真与实验[J].航空精密制造技术,2004,40(3):34-37.

第5篇：开关电源原理与设计范文

关键词： 太阳能路灯； LED； 恒流驱动电源； 开关电源； XL6006

中图分类号： TN86?34； TK513 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）06?0168?03

Abstract： Aiming at the application of the high?power constant current driving technology in solar LED street light， a design method of the high?power LED constant driving power supply is introduced. The working principle of Boost switching power supply and element parameter calculation method of its driving power supply are given. The efficiency of the designed power supply was tested. Its conversion efficiency is 92% while the step?up ratio is 1.4. The test results show that the constant current driving power supply of the LED street lamp has high conversion efficiency and a certain practical value.

Keywords： solar street lamp； LED； constant current driving power supply； switching power supply； XL6006

0 引 言

太能是人们公认的清洁能量[1]。随着太阳能光伏发电技术发展和大功率LED生产工艺水平的提高，光伏太阳能LED路灯[2]作为一种高效、环保、节能、绿色照明[3]，在照明领域中得到推广与应用[4]。LED是一种半导体发光器件，其寿命极易受到温度影响[5]。为了延长太阳能LED路灯的使用寿命，要采用恒流驱动电源[6]来驱动太阳能LED灯。

针对大功率的恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍了大功率LED恒流驱动电源设计方法与技术。本LED路灯恒流驱动电源具有转换效率高，成本低廉等特点。

1 Boost开关电源工作原理

太阳能路灯采用的大功率LED灯，一般是由小功率的LED灯串联而成；因此，在太阳能LED路灯照明系统中，需要一个升压式开关电源（DC/DC变换电路[5]）来驱动大功率LED照明灯。升压式开关电源的原理图[5]如图1所示，其中：L为功率电感；A1和A2构成PWM调制电路；D为续流二极管；C为滤波电容；RL为电源的负载。图2（a）为当T闭合时的等效电路，图2（b）为当T 断开时等效电路。在图2中，当电路工作在稳态时，电感器上的电流的变化量相等， 根据电路知识可得到如下等式：

[UiTON=（Uo-Ui）TOFF] （1）

式中：TON为开关闭合时间；TOFF为开关断开时间，令D1=[TONTS]，D2=[TOFFTS]；TS为开关周期，利用D1+D2=1关系式，可得到输出电压与输入电压的关系：

[UoUi=11-D1=1D2] （2）

分析可知电感纹波电流、开关频率和电感之间的关系为：

[ΔiL1=1LfsUiD1] （3）

式中，电感器的纹波电流大小与输入电压Ui和占空比D1成正比，与电感量L和开关频率fs成反比，它是选定电感量的重要的理论依据。

当转换器工作在稳态时，得电感上的平均输入电流如下：

[ILA=Io（1-D1）] （4）

式中：ILA电感上的平均输入电流；Io为平均输出电流。

2 太阳能LED路灯恒流驱动电源设计

2.1 电路原理图

图3为LED路灯用的恒流驱动开关电源的电路图。由图3可知，本设计主要由XL6006芯片、微控制器、储电池和一些元件构成。XL6006是一块高效升压型开关型恒流驱动芯片，其内部集成了功率开关管，具有电源转换率高和元件少等优点，是理想的LED恒流驱动芯片。L为大功率储能电感器，D1为开关电源的续流二极管，当XL6006内部的功率开关管闭合时，XL6006第3引脚接地，二极管D1反偏截止，电感器中的电流线性增大，电感器储能；当XL6006内部的功率开关管断开时，XL6006第3引脚悬空，二极管D1正偏导通，电感器中的电流流向负载LED。ST15W401为一片单片机，内部集成了A/D转换器和PWM控制器，R1和R2为分压电路，储电池的电压通过分压电路分压之后，输到单片机的第1脚。RS为电流取样电阻， D3和RF为开关电源的功率控制路，控制太阳能路灯恒流驱动电源输出功率。

2.2 电路参数的计算

在计算PWM占空比D1时，按输入电压为12.5 V，输出电压为24 V计算，所以根据式（2）可以计算此驱动电源的占空比D1为：

[D1=Uo-UiUo=24-12.524≈0.479] （5）

在计算电感器的平均电流ILA时，按输出的电流为1 A计算，根据式（4）可计算出电感器的平均电流（单位为A）：

[ILA=Io1-D1=11-0.479≈1.9] （6）

在设计电路时，为了让变转换器工作在CCM模式下，电感器的电流的变化量不大于电感器平均电流的50%，在此设计中，电感器最大电流变化量按40%计算（单位为A）：

[ΔIL=ILA×0.4=1.9×0.4≈0.77] （7）

因此，可计算出电感器的峰值电流（单位为A）：

[Ipeak=ILA+ΔIL=1.9+0.77=2.67] （8）

因为 XL6006的开关频率fs为180 kHz，根据式（3）可以计算出转换器的电感值（单位为μH）：

[L=1ΔiL1fsUiD1=12.5×0.4790.77×180×103≈43.2] （9）

根据以上的电感的计算结果，本设计选用47 μH， 5 A的电感器。

3 设计实例样机的试制及性能指标的测试

为了验证设计的正确性，根据以上的电路图和计算出来的元件参数值试制一台样机，并对样机进行测试。在测试时，选用台湾晶元大功率LED灯珠进行实验，把6颗5 W的LED灯珠串联成30 W的大功率LED灯，并把这些LED灯贴在一个大散热器上进行实验。调节输入电压值，用万用表测量不同输入电压下的输入功率与输出功率，计算转换效率，并用表格记录下每次测量结果，如表1所示。

由表1可以看出，当输入电压在11 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在87%左右；当输入电压在12 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在89%左右；当输入电压在13 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在90%左右；当输入电压在14 V左右时，恒流驱动电源的转换效率在91%左右。由此可见，本恒流转换器具有较高的转换效率。为了进一步地了解Boost 升压型开关电源的升压比与转换效率的关系，用数值计算方法拟合升压比和效率数据，拟合曲线如图2所示。从图2可以看出，升压比和效率成反比关系。从图可以看出，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%，通过计算，由此可见，在设计Boost恒流驱动电源时，为了得到较高的转换效率，升压比控制在2倍以内。

4 结 论

太阳能LED恒流驱动电源，是光伏太阳能LED路灯照明系统的关键部件，其设计质量，直接影响LED路灯的使用寿命。针对Boost恒流驱动技术在太阳能LED路灯中应用，本文介绍太阳能LED路灯恒流驱动开关电源设计方法，并通过实例参数试制一台实验样机，用数值计算方法拟合了样机升压比和效率数据，当升压比为1.4时，其转换效率约为92%，当升压比为1.5时，其转换效率约为91%，当升压比为2时，其转换效率约为87%。测试表明，该恒流驱动的设计方法可行，能为设计大功率LED太阳能路灯恒流驱动电源提供一个参考。

参考文献

[1] 杨秀增，杨仁桓.基于斜率法的太阳能电池串联电阻测量方法[J].实验技术与管理，2016，33（2）：42?44.

[2] 曹卫锋，段现星，胡智宏.大功率太阳能LED路灯控制系统设计[J].电源技术，2013，37（9）：1608?1610.

[3] 刘桂涛，白敬中.太阳能LED路灯在道路照明中的应用[J].孝感学院学报，2009，29（6）：74?76.

[4] 肖海明，陈立，章小印.智能式LED太阳能路灯控制器的设计[J].现代电子技术，2015，38（1）：153?156.

第6篇：开关电源原理与设计范文

关键词：气保焊 控制板 单片机控制

教学仪器设备改造与设计是长期的多方有利的工作，主要介绍以下几方面：主控电路达到最简，主控器件使用单片机最小系统，简化了电路的设计，使主控系统达到最优。

1 系统简述

1.1 NBC系列抽头式焊机简述

图1 NBC-250/350结构简图

由NBC-250/350结构框图（如图1所示）可见，该系列气体保护焊机主电路由三相动力电经交流接触器接通后，由三相主变压器降压后，再经三相全桥整流，滤波电路滤波后，提供焊接电源。而控制电路板要控制交流接触器、送丝装置，使整机系统协调工作。

本文围绕此控制板进行分析、设计、改进。

1.2 改进前的焊机控制板简述

原控制板主要由电源电路、PWM产生电路、逻辑判断电路、功率驱动电路、交流控制电路等组成。

电源电路为常见的三端稳压电路，24 VAC电源，经整流、滤波后，经7812稳压、滤波后，形成稳定的直流电源，给主要控制部分提供持续可靠的电源。

控制板驱动直流电机欠稳定，造成吐丝不匀、丝红热等现象。硬件复杂，故障率较高。控制板成本较高。软件升级困难。鉴于控制板的以上不足，决定调整其结构。

1.3 改进、设计、调整后的方案概述

调整后的控制板，主要由电源电路、主控器件、驱动电路、开关控制电路等组成。

电源电路与原控制板方案相似，都是采用78系列三端稳压形成直流电源，主控器件采用AVR芯片—ATtiny26，ATtiny26是基于增强AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。数据吞吐率高达 1MIPS/MHz，从而解决了系统在功耗和处理速度之间的矛盾。具有一整套的编程与系统开发工具，包括：宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。

驱动电路选用的场效管，具体型号为IRFP250，IRFP9140，正常工作情况下，IRFP250接受主控芯片ATtiny26送来的PWM信号而决定自身的通断，IRFP250饱和导通时直流电机吸收能量加速，IRFP250截止时直流电机释放能量减速。当焊机停止送丝时，IRFP250截止，而IRFP9140导通，以短路直流焊机，起到刹车作用。IRFP9140的驱动信号由主控芯片ATtiny26经内部运算给出。

开关控制电路采用交流固态继电器代替原系统电磁继电器，使其工作更稳定、寿命更长。

1.4 方案比较及确定（见表1）

由表1可见，调整后方案所用的硬件数量要比原系统少很多，这就大大简化了控制板的硬件电路，降低了成本，而且实现了硬件的可再升级功能。

注：R代表电阻，C代表电容，D代表二极管，V代表三极管，IC代表集成电路

驱动控制部分，改进、调整前采用达林顿对管，这样造成其需要的驱动信号大，给逻辑判断电路带来不必要的负载，抗干扰能力也差。驱动部分由达林顿管改为IFR系列开关场效管，驱动电路直接与单片机接口，进一步简化了硬件电路。

把改进、调整前复杂的逻辑判断电路功能交给主控芯片ATtiny26完成，其内含11路单通道AD、两路高速PWM、2K的Flash存储器等资源，可以完成系统所需的功能。

开关部分采用固态继电器，可与单片机直接接口，最大优点就是没有机械触点、寿命长、可靠性高、响应快。可以解决此部分故障率高的缺陷。

综合改进、调整前控制板，分析及实验可得出调整、设计后方案有以下优点：

（1）硬件电路简单，开发成本低；

（2）维护、维修方便，可利用软件升级产品；

（3）器件可靠性提高，各部分故障率降低；

基于以上优点，最终确定了改进、设计后控制板方案。

2 硬件电路设计部分

系统的组成如图2所示：

2.1 主控芯片、交流开关驱动器件的选取及介绍

ATtiny26有一个片内的10位AD转换器，可以实现7路AD输入，片内有一个PLL可以产生64 MHz的高频PWM时钟频率，有ISP口支持在线编程，是精简指令集处理器，选定ATtiny26作为主控器件。

原系统采用的普通电磁继电器故障率高，选用交流固态继电器控制。

设计中此部分控制器件要用单片机控制，固态继电器可以用单片机直接控制，输入、输出隔离，抗干扰能力较强。最终选定交流固态继电器GTJ11-1，参数见表2。

2.2 电机驱动器件的选取及设计

原系统采用达林顿对管组成直流电机驱动电路，而本设计的选型为IRF系列大功率场效应管。

根据开关管数据手册，选择了IRFP250，IRFP9140。其中IRFP250为N沟道场效应管，IRFP9140为P沟道场效应管，由输出特性曲线可知，此两种型号的场效应管以作开关为主要用途，开关特性非常好，自身功耗较低，最大的优点是可以直接与单片机接口，驱动速度快，信号稳定，可以与主控芯片协调工作。

其中焊机附带的直流电机的参数为65 W，24 VDC，通过比对得到结论，该选型符合要求，选型合理。

2.3 电源电路的设计

设计中采用的电源稳压电路为常见电源电路，采用常见的7805三端集成稳压电路，外加较少的器件，用合成的全桥整流器，经其整流后，电容滤波，送入7805输入端，再经电容滤波，最终输出稳定的5 V直流电源。

2.4 控制板总体布局设计

本设计布局原则为“强弱隔离，减少干扰”。尽量减少信号之间的干扰，减少电路板上打孔的数目，使制作成形的电路板布局合理，外观简单，原控制板的PCB面积为192 cm2，调整后PCB面积为110 cm2，减小了82 cm2，大大降低了设计成本。

3 软件部分

本设计采用结构化程序设计，这种程序便于编写、阅读、修改和维护，减小了程序出错的几率，提高了程序的可读性，保证了程序的质量。实施方法为：自顶向下；逐步细化；模块化设计；结构化编程。程序流程图如图3所示。

4 实验部分结果及分析

调整前控制板理论频率为1 kHz，实验结果是低速、高速时频率较稳定，但中速波动较大，频率跳跃到10 kHz左右。

调整后控制板频率稳定在20 kHz，误差较小。

由实验结果得出：调整后的控制板驱动电机性能较好（如图4a和图4b所示）。

5 结束语

主要介绍了教学仪器改进与设计，包括硬件、软件以及重要的布局处理。

在硬件方面，充分考虑各方面因素，选型时将安全系数适当提高，保证硬件的可靠持续运行，在程序方面，采用结构化程序设计，自顶向下，逐步细化，模块化设计，结构化编程。这样的程序便于编写、阅读、修改和维护。减少了程序出错的几率，提高了程序的可读性，保证了程序的质量。教学仪器设备的改进使教学实验设备各项性能得到了较大的提升，应用于实验教学中，提升了实验教学水平和教学质量，效果良好。

参考文献

[1] 梁合庆.增强核闪存80C51教程[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] 邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社，2004.

第7篇：开关电源原理与设计范文

关键词：电气设计；节能；措施

随着我国经济的反战，能源被提到了越来越重要的地位，我国是个能源消费大国，能源相对短缺，然而能源浪费却相应严重。作为二次能源的电能供需矛盾近年来越来越突出，节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针，如何“节电能、降能耗”，节约电能就成为每位电气设计人员必须认真考虑的问题。下面就电气设计中的几种节能措施谈谈笔者的浅见。

1 照明节能设计

在民用建筑中，照明设备的用电占比大概为20%以上，照明节能设计就是在保证不降低照明质量的要求下，尽量减少照明电路中能量的损失，从而达到能量利用的最大化。

照明节能设计的措施通常一般有以下几种：

①照明方式选择。

充分利用自然光，这是节省照明能耗的重要方式之一，即在设计中电气设计人员应当尽量考虑到自然光与人工照明的充分结合，从而节省照明电能。

②选择合理的光源。

其最基本的原则就是应根据不同的场所选择不同的光源。

例如一般的房间应当选用荧光灯。但是在显色性要求较高的场所应当采用稀土节能荧光灯，三基色荧光灯，小功率高显色型钠灯等光源。室外场所的照明则应当选用高压钠灯等使用时间较长的气体光源。

③选择恰当的照明方式或装置也是一种可行的节电能的方法。

根据照明使用的要求分别采用各种节能型开关，如病房、卧房可采用调光开关；室外场所和公共场所得照明则可采用光电、声控开关；走道、走廊等场所可采用节能声控开关。

2 降低线路损耗

当电能传输时，在电路网络中就产生功率损耗，一般来说，其与线路的长度和负载的大小相关联。因此，应当尽量提高系统的功率系数、减少导线的电阻，从而降低其损耗。其措施主要有以下几种：

①路路径的选择要合理。为减小导线长度，线路尽可能不走弯路，尽量走直线；

②合理选择导线截面积。导线的截面积大小的确定应根据电流指标与经济条件来确定。对于线路较长的电路，在满足电流以及电压降要求的情况下，可使导线的截面积加大1～2级；

③合理确定电气用房所在的位置。其遵守的基本原理就是尽量减小供电路径。

3 空调系统的节能

公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50％以上，系统节能潜力巨大。具体应遵循一下原则：

①机电设备启停优化控制；

②变风量、变流量系统最优控制；

③冬夏季部分负荷时水泵分设控制；

④与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制；

⑤参数设定节能控制，包括温度标准设定、焓值控制、利用室内CO2浓度控制新风量等。

4 合理选择变压器

第8篇：开关电源原理与设计范文

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关键词：微型电机电源；高压启动；低压运行

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.017

引言

微型电机电源用于双子动压陀螺电机，驱动陀螺电机高速旋转，并需要角动量。微型电机电源的输入为220V/50Hz的交流电，输出两项相位差为90°，频率为1.5kHz的方波，其原理框图如图1。这其实是一个ACDC-AC转换电路，因此主要包括两大部分电路，即直流部分和交流部分。

直流部分电路

微型电机电源的直流部分输入电压为220V/50Hz交流电源，通过电源变压器降压后，经整流、滤波及稳压电路的输出直流电压。这部分可以说是比较常用的线路，但由于微型电机电源要求在电机启动60s前，输出电压为25V；60s后，输出电压为20V。而最终输出的交流电压的幅值是由前级的直流电压决定的，因此，就需要在直流电压的输出增加一部分电平转换电路，来控制电路最终的交流输出。

微型电机电源的高低压电平转换电路主要采用的是三端可调式稳压器W117和W137，该稳压器链接方式简便，有多种封装形式，由于此电路要求的电流较大为1A（可以同时带动多个马达，大大提高了效率这也是此电源的优点），因此采用了F-2型的，以保证电流。具体的电路是通过双单稳触发器CC4098产生一个延时脉冲，延时时间可调节，由这个延时脉冲控制稳压器W117和W137，稳压器 W117和W137及其电路如图2。

图2中的N1为三端可调式正电压稳压器W117，延时脉冲有两点输入，前60s为低电平，三极管V1不导通，输出电压按公式Uo=1.25（1+R4/ R3）Ui输入电压计算。

60s后高电平到来，三极管V1导通，电阻R5并入电路，即与R4并联，R4并联R5后阻值小于R4，按公式计算Uo减小，即达到了高低电平的转换。由于W137是负电压工作，因此还需将延时脉冲反相后经1点输入，其余工作原理与W117相同。

结束语

本文设计的微型电机电源与以往的电源相比拥有很好的高电压、大电流工作状态，且增加了高压启动、低压运行的功能，较以前的电源大大提高了其工作效率和使用可靠性，同时克服了微型电机有时在低压时无法正常启动的现象，可以在同类型的电机上推广应用。

参考文献：

[1] 阮新波，严仰光编著.直流开关电源的软开关技术[M].科学出版社，2000

[2] 次刚.基于交直流切换的开关电源设计[D].电子科技大学，2011[3] 郑大连.多路输出开关电源系统设计与实现[D].电子科技大学，2011

[4] 罗意铭，李壮. HX_N3型机车微机控制系统的电源设计[J].内燃机车，2013，（02）

第9篇：开关电源原理与设计范文

【关键词】高层建筑；电气设计；节能原则

现代建筑向“纵深”发展，成为社会向前推进的必然趋势。随之而来的高层建筑电气设计也已成为一门综合性的应用技术，智能化、环保化的要求还在不断给我们提出新的研究课题。如何在不影响功能的情况下改善高层建筑高耗电量的现状，也迫切需要我们找到应对措施。本文针对高层建筑电气设计阶段相关问题，提出自己的看法。

1 高层建筑电气设计要点

1.1 电力负荷的确定

电力负荷是供电设计的主要依据。

国家现行规范，一类高层民用建筑的消防用电设备（如消防水泵、消防电梯、喷淋泵、排烟风机、消控控制中心、应急照明）、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷要求供电，其它用电负荷分别为二级或三级负荷。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。

高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。

1.2 电源及电压的选择

至少设两个独立电源，采用10KV标准电压双回路供电。两路各带一半负荷同时供电、互为备用。10KV双回路供电电源分别来自不同的变电站，或来自双回路超高压变电站的两段独立母线。

某些超高层公共建筑可选择10KV三回路电源引入，采用两路使用一路备用的运行方式。

针对高层建筑中存在大量的一级负荷，还需备用柴油发电机组，要求在15s内自动恢复供电，应付意外情况的发生。

1.3 配电系统的设计

一般高压采用单母线分段形式。母线分段数目取决于电源进线回路数目，如有多台变压器组可分多段，自动切换，互为备用。10KV外部接线考虑环网接线形式，以提高配电网的可靠性。电源进线采用电缆进线。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。

高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。

1.4 主要设备的选型

1.4.1 高压开关柜

通常高层建筑的变配电室设在主楼地下层，不宜采用油开关。根据高层建筑地下室的规定，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。

1.4.2 电力变压器

根据《民用建筑电气设计规范》选择，主楼内不能装置油浸电力变压器。

高层建筑单体面积大，负载多，可选择多台大容量变压器组合使用。对季节性负载集中设置，以便在过渡期停用相应变压器，从而降低能耗。

1.4.3 低压配电屏

多为大容量出线，建议采用手车式。

1.4.4 应急备用发电机组

应急发电机组应自成系统，避免接入其他负荷。位置宜靠近各区域配电中心。发电机选型建议采用燃汽轮发电机，较之传统的柴油发电机，这种发电机具有体积小、重量轻、故障率低的优势，尤其适用于高层建筑。

1.5 变电所位置的确定

缩短供电半径是提高供电质量、降低电耗的基本出发点。高层建筑的主要用电负荷（如中央空调机房、泵房）都设在地下层，通常情况下，变配电所也设在地下层就具有经济上及环保方面的双重意义。

1.6 电气照明设计

高光效电光源是节能的需要。以此为出发点，根据使用功能、照度设计、眩光控制进行光源的选择、布局。由于电光源的装饰特性，它的布局还必须符合人们的审美情趣，力求在使用功能与艺术境界方面达到统一。

1.7 电缆与电线

一般动力设备与照明回路采用阻燃缆线；消防设备与应急照明应选择矿物绝缘的防火缆线，才能保证其紧急状态下的正常功能。

1.8 防雷与接地

高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接牢固，关键是做好金属管线的接地。高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合为一体组成综合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网。这对均衡电位、提高安全性都有好处。

2 高层建筑电气设计的特点与对策

①高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多，所以用电量特别大，对供电的可靠性要求很高；②高层建筑中，动力电与照明电各成系统、分别供电。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则采用母线槽配电方式；③高层建筑内部空间大、柱距大，又因其电气设备多，导致墙面埋线多、地面管道多；④高层建筑主体通常采用干法施工，并且建筑构件的预制装配化使施工周期缩短，要求电气施工科学地高效运行；⑤消防要求高。高层建筑高度高、设备多、人员密集、装修豪华、火灾隐患多，施救难度大，故对消防提出很高的要求。设计中对选材要有消防方面的针对性；⑥用电设备分散，管理难度大，要求微机系统监控管理；⑦防震要求：配电屏、灯具等电气设备的防震处理；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理；⑧节能要求：高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。围绕经济、节能和环保护的原则，采用技术先进、安全适用的配电方式，选用高效率变压器、电动机和高光效电光源、无功功率补偿装置和设备监控系统，减少电耗，节约用电。

3 高层建筑电气设计中的节能原则

节能环保业已成为我国当前一项国策。作为电能高消耗主体的高层建筑，必须在设计阶段坚定节能方针，从设备选型、配置到传输线路的距离、功耗；从吸收先进技术到降低无谓能耗，高层建筑节能潜力很大，也对电气设计人员提出了更高要求。

高层建筑电气设计必须能满足建筑物的功能，在照度、色温、温湿度、空气流通诸方面达到使人舒适的程度，为建筑物的各种服务功能提供充足的动力电。在此基础上控制无谓能耗，作为节能的着眼点。首先找出哪些能耗是与发挥建筑物功能无关的，再制定、采取节能措施。如变压器的功率损耗、输电线路上的有功损耗都是无用的能量损耗；还有量大面广的照明用电，都可以通过采用先进技术及新型节能光源加以改善。

节能设计要结合实际经济效益因素，不能因为节能而盲目投资，增加运行费用。技术或设备的革新、换代增加的投资，应该能在较短的时间内用节能所节省的运行费用收回。选用节能设备时，应具体了解其原理、性能、效果，经技术、经济两方面比较而定。节能措施必须遵循技术先进、经济合理、环保实用的原则。

参考文献