串联稳压电源设计精选(九篇)

第1篇：串联稳压电源设计范文

关键词：串联稳压电源 Multisum2010 仿真

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0055-02

最为简单的直流稳压电源――稳压管直流稳压电源因为有固定大小限制的输出电流，所以，在很多场合下无法满足用电器要求，又兼电压固定不可调节，无法呈现元件的变化特性，使得应用比较单一。然而将稳压管直流稳压电源当作基础，加以有放大电流作用的晶体管，就可以增加负载电流。同时晶体管的负反馈也可以稳定电路电压，输出电压也可以通过改变反馈而来的参数来达到调节的目的，从而适合更多的条件场合。这样改进过的串联稳压直流电源，操作简单灵活，成本低廉轻便，方便使用人员学习操作，也方便针对电路进行维修检修，减少了工作量，极大地提高了工作效率，也能应用于教学举例分析，极大地扩大了适用受众。而利用Multisum2010电路仿真分析工具，可以对串联直流稳压电源的内部结构进行较为完全详尽的仿真分析。通过模拟相关测量仪器对电源内部不同部位的输入电压的示波器显示模型，输出电压的示波器显示模型，从而计算分析出相关输入电压值、输入电流值、输出电压值、输出电压值等不同参数。进而可在教学中作为验证相关定理定律的有效工具手段。

1 运用Multisum2010对串联型稳压电路的仿真分析

通常实验室运用的是较为简化的串联型直流稳压电源，基本涵盖了最主要的4个部分，即整流部分、滤波部分、串联稳压部分、保护部分。

1.1 整流电路分部

由于Multisum2010电子电路仿真工具能够较好地还原电路实况，也能很好地模拟出给定的不同场景条件，相对所需的反应时间也比较短，所以，我们假定在特定模拟电路不同位置中加入整流二极管4只，（如图1），并将信号输出端用合适的成像示波器模拟出波谱形状，来对不同情况下的假设做出鉴定。

通过仿真分析的谱图可知，无论哪个部位的整流二极管发生开路，都会破坏原有完好的全波整流，形成新的只有一半周期的不完整半波整流，输出电压的大小也会变成原有的一半，仿真模拟得到的结果与实验前的理论预测十分契合，也从侧面证明了该模拟仿真的相似度十分高，可以作为实验数据相信代入计算。

根据如上举例，还可以举一反三探究其他相关问题，比如：若是任意一个位置整流二极管发生短路，又或是两个位置同时发生短路等，均是很有研究探讨价值的问题，在此不作重复演示。

1.2 滤波电路分部

将滤波电容也加入到整流电路中，由于电容器具有储存电荷的特性与容抗特点，会阻碍电压降与电流的改变趋势，所以会使得输出电压的波动幅度减小，相对增大平均输出电压。根据计算公式可知，电阻R值越大，相同电容量的电容器放电时间会更长，放电速度也相对减缓，输出的电压变动曲线也愈发平滑缓和，平均输出电压值也就越大。当R值无穷时，平均输出电压的平方值正好是最大输出电压平方的一半，而滤波电容一定时，负载电阻R阻值越大，同理输出电压曲线也变的平缓，平均值也同比增加。

1.3 串联稳压电路分布与保护电路分部

稳压电路分部是通过晶体管的负反馈作用来削弱输入电压对输出电压波形与平均值的影响。

保护电路分部的作用主要是在电路中串联负载过了底线值时，又或者输出发生短路时，通过限流型保护分部和截流型保护分部，通过截断电路通道，来保护相关电子元件。

2 运用Multisum2010电子电路模拟软件模拟晶体管负反馈串联型直流稳压电源

以电子实验平台EWB为前身的Multisum2010电子电路模拟仿真，最为突出的改进莫过于增加了虚拟仪表读数观察的直观性，与各类电子元件、集成电路芯片库的丰富性，并且拥有较为友好的用户操作界面。使得整个软件的处理信息功能强大却便于操作，是新入门的电子操作设计，电路检修人员增加理解熟悉操作的首选工具。其拥有虚拟仪器涵盖了示波器以及显示分析装置、函数模拟发生器、万用表、波特图图示仪器、针对失真度、谱频、逻辑、网络等必要参数的分析装置等专业仪器，极大地方便了实验要求与设计。

2.1 创建模拟电路

注意：（1）要选择AC_VOLTACE_SOURSE此选项作为交流电源，并且接地。（2）在元件库中选好相应的变压器、桥堆，2只稳压二极管，2只三极管，相应阻值的6只电阻，合适的2只电容，并按照示意图连接好电路，在如图位置放置好选择2只万用表作为测量用表。

2.2 仿真分析负反馈稳压

双击交流电源按键，调整电压值为220 V，频率为50 Hz，将万用表调整到量程为15 V的电压表模式，读取电压值为12 V。另取万用表2，调整量程为15 V的压表，分别连接入电路测得电压值如表1。通过对R4阻值的调整可以发现，其阻值的改变会相应的输出电压值。

当输出电压显示值升高时，同样操作调整相关参数为240 V，50 Hz，改变万用表2位置，进行对相关阻值的测量，并且记下万用表1的电压读数。

当输出电压显示值降低时，同样操作调整相关参数为200 V，50 Hz，改变万用表2位置，进行对相关阻值的测量，并且记下万用表1的电压读数。

通过表1可以看出，当输入电压的波动范围控制在20 V以内的时候，晶体管串联得到的稳压电源能够很好地利用晶体管负反馈的特性，将输出电压维持在固定数值保持不变。

假若调整输入电压以及其他电子元件参数数值，按照同样的电路结构，就可以类似得出不同参数的晶体管，以及晶体管数量安装方式不同时改造的串联型稳恒电压的最大波动幅度和稳定性，可以作为改进串联型稳压电源的深入性探究，具有很大的教学与商业价值。

3 结语

串联型直流稳压电源因其稳恒的输出电压，简单的构造、方便的操作在精密仪器、电子元件领域扮演着不可替代的角色，对它的分析改进也一直是教学之重和企业创新卖点。然而在现阶段，高校大学物理实验室与中小型的企业电子电路实验室依然存在仪器老旧不完备等缺陷，故而不能很好地实现教学目标与设计检修等工作。通过Multisum2010电子电路的模拟分析，能较好地理解掌握相关的原理，也能相对地熟悉操作，从而将串联型稳压电源的作用发挥到更好。提高教学质量并且激发学生兴趣，也能再次促进电子电路设计维修行业的发展。

参考文献

[1] 关朴芳.基于Multisim2001的串联型稳压电源故障仿真[J].常州信息职业技术学院学报，2013（5）：23-25.

[2] 黄忠堂.串联型稳压电源的设计[J].广西教育B（中教版），

第2篇：串联稳压电源设计范文

对于特高压输电技术和绝缘的研究需要使用特定的特高压交流试验电源,而随着特高压输电技术的进步,对于特高压交流试验电源的要求也越来越高,一般来说,特高压交流试验电源需要更大的工作电压和充电容量,能为试验提供更多的输入电压和电源容量,同时能在标准工作电压下长期稳定运行,符合相应的绝缘水平的标准要求。在试验频率上要高于工作频率,能适应电压调整并且能冲击合闸。因此对于特高压交流试验电源不同类型电源进线特点研究和比较显得极为重要。

1特高压交流试验电源特点探讨

1.1试验变压器

1.1.1电压和电源容量

试验变压器一般来说包括单级式试验变压器和串级式试验变压器,串级式试验变压器能满足三相组的电流和电压需求。从电压的角度来看,试验变压器的输出电流较小,输入容量受到严格的控制,因此电源容量较小,而利用串级式试验变压器提高电源容量在理论层面可行,但是从经济性和操作可行性的角度来看并不现实,经济效率较低,而且实际意义不大。

1.1.2运行方式和绝缘效果

试验变压器是运行效果并不算优异,由于其自身的散热性能的影响,并不能长期的运行,而且绝缘系数较小,绝缘效果不理想,并不能满足绝缘要求,在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.1.3输入频率

试验变压器的输入频率采用工频源输入,利用调压器来调节电压。试验变压器经济效益好,适用于容量较小的短时间试验。

1.2串联谐振设备

1.2.1电压和电源容量

串联谐振设备主要适用于单相高电压的试验,在三相电压试验中并不能应用,而且在一定程度上根据具体的调节情况,数据分析可以选择其中一相来进行分析,在每一相都对称的情况下,选择哪一相对整体结果影响都不大,而三相电压试验中三相负荷并不对称,选择其中一相很难准确。从具体的特高压交流试验中可以看出,对负荷特性的要求较高,尤其是不能影响品质因素,而串联谐振设备对三相串联谐振回路的调节很困难。串联谐振设备主要的原理就是谐振原理,利用电感补偿容性来调节无功功率,利用较小的输入电源来达到较好的试验效果,但是串联谐振设备主要还是适合容性容量较小的试验。

1.2.2运行方式和绝缘效果

串联谐振设备本身具有散热装置,能长时间稳定运行,但是绝缘系数较小,绝缘效果不理想,并不能满足绝缘要求,在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。

1.2.3输入频率

串联谐振设备的回路主要有工频串联谐振回路和变频串联谐振回路,两种不同的回路的输入频率不同。工频串联谐振回路一般来说,需要选择工频源,然后通过对电感量和电压的调节来达到谐振效果,而变频串联谐振回路利用调节变频装置源来调节如初频率,然后调节变频范围和电压达到预期目的。串联谐振设备适用于单相高电压试验,并且容量较大。

1.3电力变压器

1.3.1电压和电源容量

电力变压器本身的容量较大,尤其是和其他类型的特高压交流试验电源来说容量更大,而且在实际的电力系统中应用更为普遍。电力变压器本身就是一种较为常见的交流试验电源,可以通过升压变压器将试验电压进行调整,同时也能满足三相组的要求,容量更大。对于电压来说,由于输入电流较大,因此输出容量受到一定的限制,在具体的特高压交流试验中可以降低电压的空载损耗,选择最小的限制容量,这样能保证其长期稳定运行。

1.3.2运行方式和绝缘效果

电力变压器和试验变压器的结构有很大的差异,其中有较大的设计亮点,散热能力和绝缘水平较好。电力变压器能长期稳定的运行,保证试验长时间的工作,但是需要注意的是,如果电力变压器的容量长期比试验用的容量大会在一定程度上影响机械设备的运行成本,因此需要增加试验容量。在电力变压器的绝缘效果上考虑,根据标准的设计要求,能承受较大电压的侵袭,绝缘效果较好,因此不需要进一步的电压限制措施。

1.3.3输入频率

电力变压器的工频源能满足工频频率的要求,并且能满足不同试验频率的要求,也能将电源电压进行调整,产生变频源,使其符合试验电压的要求。电力变压器能通过调压器和调压机组来进行电压调节。电力变压器经济效益较差,但是适应能力强,适合大多数的特高压交流试验。

2特高压交流试验电源特点比较

特高压交流试验电源中试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源的具体特点,从电压和电源容量、运行方式和绝缘效果、输入频率、适用范围四个方面对这三种特高压交流试验电源进行比较,能直观的看出每种交流电源的具体特点。通过对特高压交流试验电源不同类型的比较,可以分析出每种交流电源的特点和适用范围,同时也能根据具体的试验选择不同类型的电源。在特高压交流试验电源想选择上可以从经济性、时间范围和容量以及相数等方面选择,通过不同指标的综合衡量选择最佳的特高压交流试验电源类型,能更好的保证试验效果,为特高压输电技术试验提供更为标准、稳定的电源。

第3篇：串联稳压电源设计范文

关键词：串联多端直流输电；无功补偿；理论；技术；控制策略

中图分类号：TM721 文献标识码：A

近年来为了满足经济发展的需求，我国加大了电网建设力度，通过对电网结构进行优化和调整，将直流输电形式运用于电网结构中，在建设大容量、远距离电网过程中起到了重要作用，具有非常重要的现实意义。但是传统直流输电形式也存在一定的弊端，电流的输出端与输入端只能点对点进行对接，无法实现多个输入端与输出端之间的有效连接，不能满足实际供电需求，所以在这基础上发展形成了串联多端直流输电，通过对串联多端直流输电无功补偿及控制策略进行分析、研究，能够为该技术的推广应用创造有利条件，发挥其应用优势。

1.串联多端直流输电介绍以及其无功理论

1.1 串联多端直流输电介绍

串联多端直流输电是指采用串联的形式将电网中的不同环节站相互连接，在线路中设置一个接地点，将所有电流汇集到一起流入到同一个直流电流，然后通过改变直流电压来对功率在不同换流站的具体分配进行调整，进而实现电流的输送。通常情况下，串联多端直流电压的分配是由一个换流站完成的，通过对直流电压进行科学地分配，能够实现对线路电流的调节，满足了电网多点同时供电的需求。

1.2 串联多端直流输电无功理论

串联多端直流输电的换流站主要有基于电流源的换流器和基于电压源的换流器两种形式，两者可以单独使用也可以混合使用，本文主要对基于电流源的换流器进行研究，其无功补偿的理论基础包括换流器无功消耗以及交流系统无功支持能力。换流器无功消耗主要涉及到换流器功率因数以及换流器无功功率轨迹，其中换流器吸收的无功功率随换流器功率的变化所形成的曲线就叫作换流器无功功率运行轨迹。根据换流器的工作原理以及相关函数知识可以得知，换流器的功率因数与触发角以及整流器和逆变器的换相角大小有关，当线路中的直流功率相同时，交流侧功率因数与触发角以及整流器和逆变器的换相角成反比关系，会随着角度的增加而减小，此时换流器吸收的无功功率将会增大。

换流站的无功补偿在很大程度上是由交流系统无功支持能力决定的，当交流系统无功能力较强时，较小容量的无功补偿便可以满足换流站的运行需求，可以适当减少无功补偿设备，节约了大量的系统运行资金，当直流系统突然停运时，能够有效避免因甩负荷引起的过电压现象，所以在设计串联多端直流输电无功补偿装置的时候，要对交流系统的无功支持能力加以充分利用。

2.串联多端直流输电无功补偿设置

2.1 无功补偿原则

在设置串联多端断直流输电无功补偿时，为了缩短传输距离、减少无功损耗，要坚持分层分区、就地平衡的基本原则。在规划直流系统路线的时候，要根据用户的实际需求进行分类，合理布置线路。当直流系统运行负荷较大时，为了减少容性无功补偿装置数量，可以对部分无功电源加以利用；当直流系统运行负荷较小时，为了减少感性无功补偿设备装置数量，可以通过发电机减少无功补偿大小，进而实现无功平衡。除此之外还需要对无功设计进行校核，主要包括容性无功补偿装置容量的校核、感性无功补偿装置容量的校核以及无功补偿设备分组投切是电压变化率的校核，通过对无功设计进行检验，能够保证无功补偿设置科学性以及合理性，满足直流系统实际运行需求。

2.2 无功补偿设计

在进行无功补偿设计的时候，首先要明确无功平衡方式，并根据具体方式选择不同的无功平衡配置方案，常见的无功平衡方式主要有无功独立平衡方式、单站独配方式以及无功整体平衡方式3种，基于这3种平衡方式可以提出多种无功平衡配置方案，本文所用的无功平衡配置方案为结合与换流站相连的交流系统的无功支持能力，以满足换流站的无功消耗需求进行平衡配置。根据具体的系统参数以及无功边界条件，结合计算公式，运用数学知识分别对换流站无功消耗、换流站无功分容量进行计算，得出较为准确的计算结果，确定换流站的大组、小组以及无功分组数的方案；然后在对无功小组容量进行计算，推算出无功小组的最大容量；最后根据计算以及估算得出的具体数值确定无功配置方案。

2.3 无功补偿与配置方案的校核

为了保证无功补偿配置方案满足实际需求，需要对无功补偿与配置方案进行校核。换流站的无功消耗情况与其运行方式有着直接影响，通过对换流站不同运行方式下的无功消耗情况进行校核，能够满足实际运行需求；无功补偿总容量是有一定的条件要求的，所以需要分别对整流站逆变站的无功补偿容量进行校核；除此之外还需要对感性无功补偿设备容量、投切无功分组电压波动以及无功分组投切工程进行校核，以保证无功补偿配置方案满足直流系统实际运行需求。

3.串联多端直流输电无功补偿控制策略

3.1 评估直流系统故障对暂态电压的影响

当直流系统中出现运行故障的时候，会对暂态电压的稳定性造成影响，利用暂态电压稳定指标可以对所产生的影响进行评估，进而能够清楚地了解到暂态电压可能出现的问题，制定针对性的应对措施，所以在对串联多端直流输电无功补偿进行控制的时候，首先要明确暂态电压稳定指标，当直流系统出现故障的时候，利用相关指标能够得出故障对暂态电压稳定性的具体影响，为优化电力系统的无功补偿提供了可靠的参考依据。将暂态电压稳定指标与有关的计算指标相结合，采用时域仿真法对故障情况进行模拟，然后得出故障情况对暂态电压稳定性的影响程度，根据评估结果提出无功补偿优化措施，故障所造成的风险降到最低。同时还需要以时间为划分标准将动态无功备用分为不同等级，以满足不同时间段的实际需求。

3.2 基于模型预测控制的动态无功协调优化

在对直流系统进行动态无功协调进行控制的时候，如果仅仅是对当前运行状态进行考虑，是很难实现有效的控制效果的，无法保证控制的连续性。在对无功装置进行调节的过程中，因装置特性的不同彼此之间可能会存在竞争关系，所以在对串联多端直流输电无功补偿进行控制的时候，需要采用MPC动态无功协调优化控制方法建立模型，对每一个时间层未来的运行状况进行模拟和预测，确定响应特性与之匹配的无功设备的动作量及动作时刻，根据预测结果对各类离散、连续无功设备进行协调，提前响应系统中预见变化，满足电压安全并预留快速无功备用。

3.3 不基于负荷模型的暂态电压稳定快速评估

因为组成电力系统负荷具有多变、灵活的特点，很难通过构建负荷模型将其基本情况反映出来，所以在对暂态电压稳定性进行评估的时候，如果采用负荷模型评估方法，是无法得出准确的结果的，便无法实现对直流系统无功补偿的有效控制。针对这种状况，通过利用李雅普诺夫指数，可以在不构建负荷模型的情况下，根据PMU数据的动态情况得出电力系统所发生的具体变化，进而得知暂态电压稳定性，然后对无功补偿进行调控。

3.4 自律、协同的暂态电压稳定紧急控制体系

在对串联多端直流输电无功补偿进行控制的时候，经常会遇到紧急情况，需要通过就地切负荷方式迅速完成控制过程，但是就当前的紧急控制装置来看，是很难实现就地智能控制的，所以就需要建立一套有效的紧急控制体系，来减少切负荷量。通过将动态无功装置与发电机组相结合，然后将快速切负荷控制与两者结合形成的协调控制器相互配合，能够使负荷感应电动机在故障期间转子转速下降减少，提高负荷节点在故障切除后的电压恢复能力，可以有效减少暂态电压稳定的故障切除所需时间，实现紧急控制系统的构建。

结语

与常规的高压直流输电相比，串联多端直流输电具有多方面的应有优势，首先是扩大了直流传输容量以及传输距离；拓宽了直流功率的调节范围；并且当换流器出现故障的时候，系统中的其他运行环节仍然可以继续工作。但是同时也增加了换流站数量以及线路段的增加，也会提高直流系统的复杂程度，加大了无功补偿难度，并且换流过程中会造成大量的电能损耗，电能利用率较低，所以需要优化无功补偿配置，制定科学、有效的无功补偿控制策略。

参考文献

[1]朱晟毅.串联多端直流输电无功补偿及控制策略的研究[D].华北电力大学，2012.

[2]孙冬梅.串联多端直流输电系统控制策略的研究[D].华北电力大学，2012.

[3]武娜.高压直流输电控制策略与无功补偿技术研究[D].太原理工大学，2015.

第4篇：串联稳压电源设计范文

关键词: 消火栓 给水方式 并联给水 串联给水

一、引言

建筑内部消火栓系统是建筑内部最主要的灭火系统,它对于快速有效的扑灭建筑火灾,保障建筑的防火安全有着重要意义。如果一栋建筑的消火栓系统设计不合理,一旦发生火灾,在消防车无法快速到达或达不到火灾楼层高度的话,就有可能造成重大的人员伤亡和财产损失。所以在建筑给水排水设计中一定要充分重视对消火栓系统的设计,尤其是选择其给水方式时,一定要保证压力和流量符合消火栓消防用水的要求。下面笔者将简要探讨建筑内部消火栓常用的给水方式。

二、现有的消火栓给水系统的分类

1.按用途分。建筑室内消火栓给水系统按用途来分,可分为专用消防给水系统、生活消防共用、生产消防共用、生活生产消防共用给水系统等,主要是根据用水要求来选择的。但各种方式在设计时都应注意不要影响消防用水的稳定性和可靠性。

2.按使用时的压力分。室内消火栓给水系统按使用时的压力来分,可分为低压、临时高压、高压、及稳高压消防给水系统四种形式。但无论选择何种方式,一定要保证室内最不利点消火栓的用水压力要求。

3.按管网形式分。室内消火栓给水系统按管网形式来分,可分为枝状和环状管网消防给水系统。为保证供水的安全性,室内消防应采用环状管道或环状管网,即使在某段损坏时,仍能供应必要的消防用水。环状管网还要有可靠的水源保证,至少要有两条进水管,其中任一条损坏时,其余进水管仍能满足进水量要求。环状管网又有平面环网、竖向环网、立体环网等几种基本形式。

三、不分区的消火栓给水系统

1.无加压泵和水箱的室内消火栓给水系统。当建筑物高度较低,并且市政管网的流量和压力都能够符合室内最不利点消火栓的流量和压力要求时,在允许直接外网取水的前提下,可不设置消防泵和水箱。这样可充分利用外网压力,节省设备和能源费用,系统安装维护比较简单。

2.设水箱的室内消火栓给水系统。当外网供水不稳定,压力和流量变化较大,不能满足最不利点消火栓的压力和流量要求时,可设置高位水箱来补充用水量,前提时外网压力要能供到高位水箱(否则需要设置加压泵)。此方法充分利用室外管网压力,节省能源,但高位水箱会占用建筑面积,增加结构荷载。

3.设水泵的室内消火栓给水系统。若市政管网压力无法满足室内消火栓用水的压力要求,又不方便设高位水箱时,可单设水泵从消防水池吸水加压,来提供消火栓所需用水压力和流量。此方法供水可靠,灭火安全性较高,但需要一定的设备费用。

4.设消防泵和水箱的室内消火栓给水系统。即综合了前面的水箱和水泵供水的特点,供水可靠,但设备复杂,占地大,费用高。

5.气压给水方式的室内消火栓给水系统。对于不宜设高位水箱的建筑,可设置气压水罐,通过水泵向其供水,以便储存和调节流量,并控制水泵的运行。此系统不需设高位水箱,供水可靠,但水泵启动频繁,水压波动较大。

四、并联分区的给水方式

为了满足高层建筑的消火栓用水压力达到要求,高度超过50m的室内消火栓给水系统须采用分区给水,要满足消火栓栓口静水压力不应大于0.8 Mpa。常见的并联分区方式有以下几种。

1.低区利用外网压力供水的并联分区。当外网供水安全可靠、水量水压均能满足建筑低层消防用水的要求时,可考虑直接由外网供给低层部分的消火栓,而高层则采用水泵从消防水池来取水供给。这种方式充分利用了外网压力,节省了能源消耗和设备投资。但这种方法可能造成外网给水压力不稳定,且可能由于水回流而污染外网水质。

2.分泵供水的并联分区。分泵供水方式即各区分别采用独立的消防泵、屋顶水箱,这种供水方式比较安全可靠,是比较传统的一种方式。它适用于具有不同功能的商住楼、综合楼,尤其是分二期实施且高低差较大的建筑工程。但这种方式会增加水泵和水泵结合器的数量,泵房所需面积较大。

3.多出口泵供水的并联分区。双出口多级离心水泵设置有高压出水口和低压出水口这两个出水口,它们可分别供高区和低区的消防用水,能有效减少变配电设备,减少泵房建筑面积,节省了投资。但当高区和低区同时使用时,它们各自的扬程会产生较大的波动。

4.变频调速泵组供水的并联分区。当高层建筑消火栓系统采用变频调速泵组分区供水时,高低区各设一套机组,并且能自动调节流量和扬程,能防止管网系统超压,具有高效节能的优点,而且消防给水系统中不需设水箱。但其缺点是设备多,管理复杂,占地面积大,并且变频调速水泵的价格非常贵,会增加整个设备的投资费用。

5.减压阀供水的并联分区。当高层建筑分区较多时,可采用一组屋顶水箱、消防泵,通过减压阀来调节各区所需水压来并联向各分区供水。这种供水方式是高层消防给水系统中主要的分区方式之一。其最大的优点是可减少屋顶水箱、消防水泵和水泵结合器,节省设备费用和建筑面积,能方便地实现分区分压供水。但要做好减压阀的检查和保养工作,防止锈蚀和堵塞等问题。

五、串联分区的给水方式

当建筑高度超过lOOm时,为了避免管道压力过大,保证栓口的正常水压,消火栓系统常采用串联供水方式。常见的串联供水方式有以下几种。

1.串联水泵供水的串联方式。串联水泵供水又称为转输水泵的给水方式,其高区水泵直接以低区水泵为转输泵,可分为水泵分区串联和直接串联两种形式,在高区水泵与低区水泵之间还可设中间水箱,或者设减压阀。

当采用水泵直接串联方式时,各区有独立的泵组,运行安全可靠,但设备成本较高。水泵分区串联方式的泵组比前者少,占地少,设备系统更简洁,但由于高区消防给水经过低区管网,会降低供水的安全性。总之,串联水泵供水的方式可见小泵工作压力小,还能使消防车与高区水泵串联工作,向高区加压供水。

2.串联水箱供水的串联方式。串联水箱供水又称为转输水箱供水方式,这种方式是将低区水箱作为高区水泵的转输水箱。各区设独立的消防水泵,互不干扰,进水压力恒定。但注意转输泵宜单独设置并设备用泵,不宜于生活泵合用,其流量应等于消防泵的流量,按消防设施的要求,以一级负荷供电。转输干管不宜少于两条,以备管道阀门等锈蚀损坏之用。转输水箱的作用很重要,它既是上区的转输水箱,又是下区的高位水箱, 应考虑转输水箱的容积有适当的空余,以平衡上下区的用水需求。

3.重力水箱供水的串联方式。重力水箱供水方式也可称作减压水箱供水方式,它是利用高位水箱串联为各区提供消防用水。其优点是出水压力恒定,初期水源较有保证,并减少了泵组设备,只需转输泵在火灾期间给高位重力水箱补水。但要注意重力水箱的贮水量应满足消防用水量的需要,各区水箱容积不应少于l0m3,且要满足室内消火栓和喷淋的最不利点供水压力。这种供水方式仍需进一步探讨,因为其消防用水必须先进屋顶水箱再供给,而规范中要求的“发生火灾时消防水泵供水不应进入消防水箱”,这显然是矛盾的,而且重力水箱几乎不可能贮存火灾延续时间的用水量。

六、稳高压给水系统

稳高压给水系统关键的是其稳压装置,包括稳压泵、气压设备、重力水箱等,它在火灾时提供灭火装置所需的消防用水水压,非火灾时补偿系统因管网渗漏而造成的压降。

1.设稳压泵的稳高压给水系统

稳压泵能在非火灾时期稳定消防用水水压,其流量要大于管网漏失水量,扬程应满足最不利点处灭火设施水压要求。选用稳压泵时,其流量-扬程曲线应尽量陡落,扬程可略低于消防主泵扬程,但不应低于最不利点设备所需的压力要求。应给其配置双电源或双回路的供电,以保证供电的可靠性。

消防主泵出口管上应设置泄压装置,室外管网易采用耐高压管材,以防超压及其造成的破坏,避免在灭火初期开启时用水量少而使管网压力猛增,可设减压孔板、减压阀等减压装置。

2.设气压水罐的稳高压给水系统

气压水罐的压力由配套设置的水泵来提供,可保证消防用水水压。其供水量应大于管网漏失水量,最低工作压力应满足最不利点灭火设施水压要求。气压给水设备可用在有水箱的消防系统中,其功能上也可替代消防水箱。

当在高层建筑中采用定压式气压给水设备来代替屋顶消防水箱时,系统的空气罐可保证补气量和稳定的气压,并具有以下特点:系统由微机控制,压力稳定,在火灾初期消防水泵出水量小时,可防止系统的超压;气压水罐压力稳定,可减小气室部分容积;气压消防设备本身还具备报警功能。

以上两种稳高压给水系统,能减少屋项水箱,对于设置屋顶水箱仍达不到要求的工程或是不利于设置屋顶水箱的工程,尤其适用。此外,由于采用稳压压力联动控制启动消防主泵,大大降低出现故障的可能性,增加了系统的可靠性。

七、结束语

总之,我们建筑给排水设计工作者一定要充分认识建筑内部消火栓系统的重要性,注意设计的规范性,因此,也有必要掌握消火栓系统的各种给水方式的原理及设计要点,以便提高设计的安全性、合理性和经济性,在保障建筑消防安全的前提下,降低工程投资费用。

参考文献:

[1] 蒋永琨,高层建筑防火设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

第5篇：串联稳压电源设计范文

关键词：LED驱动IC；LED灯具

LED灯具在近期得到飞跃式发展，其作为绿色环保的清洁光源也得到广泛的认可。这类灯具使用寿命长、节能省电、应用简单方便、成本低，因而在包括LED手电筒、LED矿灯及便携照明；在建筑照明、装饰照明、标识牌照明；在汽车的仪表板背光、前后雾灯、第三刹车灯、方向灯、尾灯；以及在家庭照明中都会得到大量应用。欧司朗光学半导体公司2008年调查统计，全球每年家庭照明灯座出货量约为500亿个。

LED灯具的技术日趋成熟，每瓦发光流明在迅速增长，这促使其逐年降价。以1W LED光源为例，2008年第一季度的价格已是2006年第一季度的1/3，预计2009年第一季度将降至2006年的1/4。

LED灯具的广阔市场和数年持续稳定增长的需求将是集成电路行业继VCD、DVD、手机、MP3之后在消费电子市场掀起的超级海啸!

同时，LED灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得了普遍的认可。

高节能：节能无污染即为环保。LED灯具采用直流驱动，实现超低功耗(单管0.03W-1W)，电光功率转换接近100％，取得相同照明效果比传统光源节能80％以上。

长寿命：LED光源被称为长寿灯。采用固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5万～10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

利环保：LED是一种绿色光源，环保效益更佳。在光谱中没有紫外线和红外线，热量低且无频闪、无辐射，而且其废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，由于是冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

照明用LED灯具的VF电压都很低，一般VF为2.75～3.8V，IF为15mA～1400mA；因此LED驱动IC的输出电压是VF×N或VF×1，IF恒流为15mA～1400mA。LED灯具使用的LED光源有小功率(IF为15mA～20mA)和大功率(IF＞200mA))二种，小功率LED多用来做LED日光灯、装饰灯、格栅灯；大功率LED用来做家庭照明灯、射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等。功率LED灯具是低电压、大电流驱动的器件，其发光强度由流过LED的电流大小决定，电流过强会引起LED光的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度，因此，LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。在LED照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择好LED驱动IC至关重要，没有好的驱动IC的匹配，LED照明的优势就无法体现。

LED工作要素

LED工作的主要参数是VF和IF，其它相关参数包括颜色、色温、波长、亮度、发光角度、效率以及功耗等。LED是一个P-N结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流。VF正向电压为LED发光建立一个正常的工作状态，IF正向电流使LED发光，发光亮度与流，过的电流成正比。VF标称电压为304V±0.2V。IF工作电流按应用需要选用，如表1所示，各档不能混用。

大功率照明用LED

大功率照明用LED从成品来看是单颗芯片封装的，其实是用N颗LED管芯封装在一个单位里。它们的排列组合是串并联，是N个串联，再N个并联，然后由二点连接电源，如图1所示。选用时要特别注意它的VF和IF。

L　ED灯具驱动原理

LED灯具驱动需要先将高压的交流电变换成低压的交流电(AC/AC)，然后将低压的交流电经桥式整流变换成低压的直流电(AC/DC)，再通过高效率的DC/DC开关稳压器降压并变换成恒流源，输出恒定的电流以驱动LED光源。LED光源是按灯具的设计要求由小功率或大功率LED多串多并组成的。每串的IF电流按选用的LED光源的IF要求设计，总的正向电压AVF是N颗LED的总和。LED灯具驱动原理如图2所示。

LED灯具选用36V以下的交流电源时可以考虑非隔离供电，如果选用220V和100V的交流电源应考虑隔离供电。

LED灯具的低压驱动

目前MR11、MR16射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等LED灯具大多选用散热较好的自带铜基或铝基板的1W或3W大功率LED光源，使用AC/DC12V～36V电源，因而需要使用DC/DC的降压(Buck)+恒流给LED提供VF和IF。LED灯具大多使用低压电源，因此在这类灯具的电路设计上，LED的串联个数为1～9颗，尤以1～3颗最为常见。串联的总AVF应低于电源Vin。如3颗LED串联，AVF=3.4V×3=10.2V。在Vin＞12V时，能正常工作。MR11、MR16射灯常见的是1W×3串联或3W×1；水底灯常见的是1W×3串联2～3串并联，三个一组；洗墙灯常见的是1W×7～9串联；路灯常见的是1w×9串联3串并联，4～6个一组；汽车工作灯常见的是1w×3～6串联3串并联。当然LED的串并联方案是多种多样的，串联个数与其工作电压(Vin)有关，这里仅针对Dc12V～36V工作电压而言。目前1w的LED光源散热较好，因此应用较多。

LED灯具对低压驱动芯片的要求

驱动芯片的标称输入电压范围应为DC 8V～40V，以满足应用的需要，如果耐压大于45V更好；AC 12V或24V输入时简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动，特别是电压偏高时输出直流电压也会偏高，驱动IC如不能适应宽电压范围，往往在电网电压升高时会被击穿，LED光源也会因此烧毁。

驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2A～1.5A，作为照明用LED光源，1W功率的LED光源其 标称工作电流为350mA，3w功率的LED光源其标称工作电流为700mA，功率大的需要更大的电流，因此LED照明灯具选用的驱动IC必须有足够的电流输出，设计产品时必须使驱动IC工作在满负载输出的70％～90％的最佳工作区域。使用满负载输出电流的驱动IC在灯具狭小空间会引起散热不畅，容易损耗和过早失效。

驱动芯片的输出电流必须持续恒定，这样LED光源才能稳定发光而不会闪烁；同一批驱动芯片在同等条件下使用时，其输出电流大小要尽可能一致，也就是离散性要小，这样在大批量自动化生产线上生产才能有效和有序；对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必须在出厂或投入生产线前进行分档，调整PCB板上电流设定电阻(Rs)的阻值大小，使生产的LED灯具恒流驱动板能让同类LED光源的发光亮度一致，保证最终产品的一致性。

驱动芯片的封装应有利于芯片管芯的快速散热，如将管芯(Die)直接绑定在铜板上，并有一个管脚直接延伸到封装外，便于直接焊接在PCB板的铜箔上迅速导热。

驱动芯片本身的抗EMI、噪音及耐高压的能力也关系到整个LED灯具产品能否顺利通过CE、UL等认证，因此驱动芯片本身在设计伊始就要选用优秀的拓朴结构和高压生产工艺。

驱动芯片自身功耗要小于0.5w，开关工作频率要大于120Hz，以免工频干扰而产生可见闪烁。

应用方案简洁的PT411S

PT4115具备高度集成的DC/DC降压+恒流功能，能将直流电压直接转换成稳定的恒流输出。应用方案简洁的PT4115实用电路如图3所示。

PT4115采用频率抖动技术有效降低EMI。频率抖动技术是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法，是指开关电源的工作频率并非固定不变，而是周期性地由窄带变为宽带，以此来减小电磁干扰。未采用频率抖动技术时，各次谐波较窄而且离散，幅值在谐波频率较高处，EMI集中在峰尖。采用频率抖动技术后，谐波幅值降低且变得平滑，高次谐波接近连续响应。减小EMI的效果十分显著。

PT4115满足8V～30V的宽电压输入范围，击穿电压＞45V，输出电流可达1.2A，转换效率高达97％，输出电流精度达±5％，芯片具有过温、过压、过流、LED开路保护等多种功能，采用SOT89-5封装，有利于驱动芯片管芯的快速散热，电路简单，仅四个元器件，应用成本低廉。

调光端DIM采用由高向低调光，安全可靠，且PWM和模拟电压均可。同时DIM端内部有一个1MQ上拉电阻Rup连接到内部5V电源上。有些灯具需要实施过温保护，只需在DIM端加1个热敏电阻、NTC或温度二极管，DIM端电压由Rup和NTC分压决定，利用模拟调光的原理以及温度对PN结电流的负反馈实现动态温度控制。由此即可实现LED灯具的动态过温保护。NTC也可选用半导体温度传感器或PN结。实用电路如图4所示。

PT4115应用技术要点包括：AC/DC电流源要足够大；所有器件自身的功耗要尽可能小；确认Vin与负载电压的需求，Vin一AVF=1.2V～1.5V时工作效率较佳；Rs应按LED光源的IF电流大小设计，Rs=0.1/ILED；

・LED电流小于400mA时，L选用68μH－100μH(饱和电流，＞0.6A)；电流在400mA～800mA时，L选用47μH～68μH(饱和电流＞1.2A)；L的输出电流=需用电流×1.5；L选用锰锌4000磁芯；Cin有续流和滤波的功能，电容量不宜太小，耐压不宜太低；整流和续流二极管选用正向压降尽可能小、电流较大的肖特基二极管，可有效地降低系统功耗；PCB铜箔与PT4115的焊盘和GND的接触面积要尽可能大，以利于散热。

元器件的选择标准如表2所示。

芯片的多种应用

PT4115是一颗可用于多种LED灯具驱动的芯片。简单实用的低成本LED灯具方案如图5所示。可将3―9颗1w LED串联，其AVF=3.4V×N，IF=350mA。当Vin=12VDC时，3颗LED串联，AVF=10.2V，工作效率较佳。并可3串并联应用，此时IF=3×350mA=1050mA。灯具系统设计可有N种组合，以适应多种灯具方案的需要。

可用于生产评估板

第6篇：串联稳压电源设计范文

关键词：网络图论；节点导纳矩阵；稳压电路；串联反馈

中图分类号：TM13 文献标识码：A

文章编号：1004373X(2008)0516504

Research on Analysis of Transistor Constant-voltage Circuit Based on Feedback in Series

LI Rong,WANG Xiaohong

(Shaanxi Polytechnic Institute,Xianyang,712000,China)

Abstract：In this paper,based on the view point of network graph theory,we build the mathematics model of linear network which contains controlled devices.Then,the explicit function descriptive relationships of the electric parameter which belong to the whole network are given out.Using the parameter separating out method,we resolve the problems of the electronic circuit model.As a result,we make the network analysis systematically and build the foundation for the computer analyzing and designing.According to the characteristics of electronic circuits,a node-matrix analytical method is used to deduce the analytic equations.These equations are used to computing the constant-voltage coefficient,the output resistance of the constant-voltage source.Furthermore,we analyze the performance alternation of the constant-voltage source caused by the changes of circuits′ parameters and structure qualitatively and quantitatively.

Keywords：network graph theory;node matrix;constant-voltage circuit;feedback in series

1 串联反馈型晶体管稳压电路的计算模型

串联反馈型晶体管稳压电路中含有的元器件种类繁多，把他作为我们研究问题的对象， 使得研究结果具有普遍性。串联反馈型晶体管稳压电路如图1所示。图中，[AKU・]i为电网电压经变压、整流、滤波后的输出电压值；VT1为调整管，VT2为放大管，VD为稳压管， 内阻为r。假设，VT1的参数为rbe1,β1；VT2的参数为rbe2,β2。

根据电路图可知电路有5个独立节点，输入为节点1，输出为节点5，其余节点按顺序标于图中。

根据放大电路导纳矩阵的建立方法，可以对此电路建立计算模型。

(1) 首先去掉晶体管VT1和VT2，写出剩余部分电路的导纳矩阵。

此导纳矩阵即是用来描述串联反馈型晶体管稳压电路的数学模型。对于稳压电源而言，我们所关心的是稳压电源的输出电压是否恒定、输出电阻是否很小、稳压系数是否很小。有了稳压电源的数学模型，下一步的问题就是如何对数学模型进行求解。

2 串联反馈型晶体管稳压电路性能指标的求解

2.1 串联反馈型晶体管稳压电路性能指标的求解

对于直流稳压电路来说，可以假设有两个外加恒流源电流，分别记为[AKI・]│1和[AKI・]│n，方向以从外节点流入为正。这样整个电路的方程组包括反映信号源和负载的方程各一个。由于对外只有两个节点，可以用两个方程来描述，再考虑外加恒流源和支路电流关系的两个方程，总共6个方程来描述。利用直流稳压电源的节点导纳矩阵，可以得到端口方程：

式中，Δ为稳压电路节点导纳矩阵的行列式；Δ11为此导纳矩阵中位于第1行第1列的元素所对应的代数余子式；Δn1为此导纳矩阵中位于第n行第1列的元素所对应的代数余子式；Δ1n为此导纳矩阵中位于第1行第n列的元素所对应的代数余子式；Δnn为此导纳矩阵中位于第n行第n列的元素所对应的代数余子式。

由图1可知[AKI・]│1=[AKI・]1,[AKI・]│5=[AKI・]5，并代入式(6)，得:

式(11)和式(13)就是描述稳压电路质量指标的解析式，从而作为求解稳压电源的质量指标的依据。对于直流稳压电源来说，只要建立形如式(3)的节点导纳矩阵，并计算出他的行列式以及相应的代数余子式Δ,Δ11,Δ15,Δ55,Δ11,55，代入式(11)或式(12)以及式(13)或式(14)，就可以求出稳压电路的稳压系数及输出电阻。

3 参数变化和电路结构的改变对稳压电源性能指标的影响

用以衡量稳压电源稳压特性的指标是质量指标。在电子线路中常用的质量指标有稳压系数输出电阻和纹波电压等。对于稳压电源来说，稳压电源的输出电压越稳定、输出电阻越小、稳压系数越低，稳压电源的稳压效果就越好。通过对稳压电源的分析，根据不同的需要可以采用不同的方法来改变相应的质量指标。下面针对几种不同的方法给出相应性能指标的解析式。

3.1 参数变化对稳压电源性能指标的影响

造成电路参数变化的原因大致有两种:第一种是自然条件发生变化引起的。常见的有环境温度的变化，会造成晶体管输入电阻rbe、电流放大系数β等发生变化，势必会造成晶体管节点导纳矩阵中的元素值发生变化；第二种是人为因素造成的，比如改变电阻值，更换晶体管等，也会改变晶体管节点导纳矩阵中相应的元素值。这两种情况，仅仅是改变了放大电路导纳矩阵中的某些元素的值，并不会改变放大电路的节点数。在分析参数变化对稳压电源性能指标的影响时，可以采用相关的解析式求得相应的数值和参量变化后性能指标的相对变化率。

在此以更换调整管为例，说明其对稳压电源的性能的影响。为了提高稳压电源的输出电流，我们可以采用大功率的晶体管作为稳压电源的调整管。此时电路的节点数不发生变化，放大电路的附加矩阵[WTHX]Y[WTBX]δ就是调整管的节点导纳矩阵[WTHX]Y[WTBX]VT1，既有:

式(15)中的行号、列号b,c,e应分别与晶体管的基极、集电极和发射极在稳压电源中的实际编号相对应。对于┩1所示的串联型直流稳压电源来说，b,c,e分别对应于节点2、节点1和节点50,在式(15)中，他的二阶及二阶以上的高阶子式的行列式都为零，只有6个一阶子式为非零值，可以找到由[WTHX]Y[WTBX]δ造成的相应代数余子式的增量值：

到第e行上，然后去掉第b行第b列构成的累加代数余子式；Δij,(c+e)(b+e)为在[WTHX]Y[WTBX]矩阵中去掉第i行第j列，把第c行加到第e行上，把第b列加到第e列上，然后去掉第c行第b列构成的累加代数余子式。

有了式(16)，可以得到更换晶体管之后对稳压电源性能指标造成的影响：

(1) 稳压系数

3.2 电路结构的改变对稳压电源性能指标的影响

为了改善电子电路的性能，可能需要添加一条支路，或者把原有的某条支路改变接点的位置，或者插入某个环节，或者将两个节点短路等，这都使得电路结构发生一定的变化。这种变化不仅改变了导纳矩阵中元素的位置，甚至会扩大或缩小导纳矩阵的阶数。为了方便分析问题，假设放大电路的节点数不变，从而研究电路结构发生某种变化对稳压电源性能指标产生的影响。

3.2.1 在不同节点处加接电容对纹波系数的影响

对于图1所示的串联反馈型晶体管稳压电路，为了减小纹波系数，常采用对地跨接一个大电容的方法来实现。至于这个电容的容值有多大，接在哪个节点上，我们要经过理论计算和实际物理实验加以验证并得到确定。下面针对此电路，求解在不同的节点处跨接相同电容的情况下的纹波系数的解析式。

(1) 在i=2,k=0处跨接电容C1，此时附加矩阵为：

参考文献

［1］汪蕙,王志华.电子线路的计算机辅助分析与设计方法[M].北京:清华大学出版社,1996.

［2］王增福,李涎,魏永明.新编线性直流稳压电源[M].北京:电子工业出版社,2004.

［3］康华光.电子技术基础模拟部分[M].4版.北京:高等教育出版社,1999.

［4］童诗白.模拟电子技术基础[M].2版.北京:高等教育出版社,1988.

［5］沈尚贤.电子技术导论[M].北京:高等教育出版社,1986.

［6］邓汉馨,郑家龙.模拟电子技术基本教程[M].北京:高等教育出版社,1988.

作者简介

李 戎 女，1960年出生，陕西工业职业技术学院副教授，硕士。

第7篇：串联稳压电源设计范文

关键词:LED背光;DC-DC;脉宽调制;反馈

中图分类号:TN312+.8文献标识码:B

A Design of Wide Color Gamut Direct LED Backlight Driver Circuit

ZHANG Zhi-rui1, LIU Wei-dong1,2, QIAO Ming-sheng2

(1. Dept.of Electrical Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China; 2. Hisense Electric Co., Ltd., Qingdao Shandong 266071, China)

Abstract: This paper presents a wide color gamut LED backlight driver circuit, introduces the process of hardware design in detail, briefly shows the process how the FPGA control the LED driver.

Keywords: LED backlight; DC-DC; PWM; feedback

引言

LED背光源液晶电视以其特有的高性能获得越来越多地关注,目前市场上的LED背光源液晶电视大多以白光LED为主,对比CCFL背光电视,白光LED背光电视无论在色域、对比度还是安全、绿色环保方面都有其无法比拟的优势[1]。直下式背光模组的LED安装在背光模组底面,其出光可以高效率地耦合到液晶面板,在大尺寸LCD应用中能保证均匀的亮度分布。而以红、绿、蓝三色LED按一定比例构成白光时,虽然能够大幅改进液晶电视的颜色与亮度性能,但由于过高的价格和难以克服的色衰不一致问题,一直未得到长足的发展[2]。本文讨论以独特双色管芯白光LED光源作为液晶电视背光源,其采用三合一封装,由一个红色管芯和两个红色互补色管芯组成,实验证明其色域能达到NTSC(national television system committee)标准90%以上,但价格却远远低于RGB LED,且性能更加稳定。

相比普通白光LED背光源,本文讨论的大尺寸宽色域直下式LED背光源两倍于相同数量的白光LED通路数量,需要更多的驱动芯片以适应其需要,因此16通路的驱动芯片在性价比方面有很大优势。文中以16通路驱动芯片配合双路升、降压DC-DC控制芯片来实现双管芯LED背光控制,结构简单且控制方便。

1整体设计

整个背光驱动系统由DC-DC电路、LED驱动电路、反馈电路组成。FPGA对驱动芯片进行前端控制,设计中DC-DC为LED阵列提供稳定的电压,驱动芯片使LED阵列保持恒流,以达到LED灯串亮度的高度一致,并保证在整体电流不变的情况下,利用FPGA对输入图像信号进行亮度提取,产生对应占空比的PWM方波控制LED点亮或者熄灭,对LED进行亮度控制[3]。驱动电路的反馈电路能使输出电压根据每串灯电压的数值进行自适应调节,使其输出电压保持在最佳值,并保证驱动芯片的高效率。整体框图如图1所示。

2硬件结构设计

2.1电源驱动模块系统设计

本系统电源提供24V电压,由于双色管芯白光LED需要两个不同的电压驱动,因此DC-DC控制器的选择尤为重要,考虑到DC-DC控制器的简易性,选择双路DC-DC以实现升、降压输出,简化了电源模块(DC-DC)的设计,将24V电源转换成各个模块所需电源。由于双色管芯白光LED灯不同颜色芯片的前向压降和驱动电流不同,因此需要不同的驱动芯片进行驱动。

由于LED的光特性通常都描述为电流的函数,而不是电压的函数,而且Vf的微小变化会引起较大的If变化,从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性,而且影响LED的可靠性、寿命和光衰,因此本设计中LED灯串采用恒流驱动。

驱动芯片整体电路主要分为电流调节电路和数字逻辑控制电路两部分,加上其它辅助电路实现完整的电路功能。电流调节电路主要用于通过外部调节电阻实现对输出电流大小的控制和调节,在保证LED灯可靠性与安全性的前提下,达到液晶电视背光模组的亮度需要。数字逻辑控制电路部分主要用于外部数据的接收、锁存以及使能控制功能,结合时间延迟电路,芯片内部集成8位PWM寄存器,实现对LED阵列256级亮度控制。

2.2DC-DC电路控制芯片的选择与特性

本方案设计的液晶电视背光模组,每个灯串有9颗LED串联组成,双色管芯白光LED灯由于各自的前向压降不同,经测试在各自不同的驱动电流下,每串分别需要18.7V、29.8V电压。双路输出DC-DC控制器原理图如图2所示。

整个系统输入电压为24V,综合考虑,选用ROHM9011转换芯片,该DC-DC控制器采用电感式开关结构,运用电流/电压双路反馈控制、PWM调制以及同步整流控制,电流模式PWM控制采用双闭环控制,提高了系统的瞬态响应速度,增强了系统的稳定性。同步整流技术采用功率NMOS管替代肖特基整流二极管,消除了二极管死区电压的功耗影响,可以提高芯片的工作效率[4],优化芯片的性能,满载效率达到90%以上。而且单颗芯片可以实现双路输出,以满足不同颜色芯片对电压的需求,简化了PCB布局,具有很高的集成度。表1为同步整流和之前非同步整流两种方式的效率比较,由数据可知,同步整流极大提高了系统的效率,对系统的功耗降低和系统的稳定有着积极意义。

2.3DC-DC控制器工作过程

2.3.1降压电路VR

当Q1导通时,在电感L3中感应出左“+”右“-”的感应电动势,续流二极管VD5关闭。LED的供电电压通过电感L3后,经过LED灯串,经驱动芯片内部MOSFET后接地,形成回路。当Q1关闭时,由于电感电流不能突变,在电感L3中感应出左“-”右“+”的感应电动势;Q2导通,电流经电感L3,Q2内部寄存二极管,LED灯串形成回路。输出电压由Q1的导通时间决定,二极管VD5的作用主要为防止芯片误操作,即当Q1关闭后Q2没有导通,从而引起Q2毁坏。

2.3.2升压电路VB

当Q3导通时,电流通过L2经Q3到地,电源对电感进行充电,在电感线圈未饱和之前电流线性增加,电能以磁能形式存储在电感线圈L2中。由于开关管导通,二极管承受反向电压,此时电容C2向LED灯串放电。当晶体管Q3关断时,由于线圈L2中的磁场将改变线圈L2两端的电压极性以保持电流不变,这样线圈L2磁能转化成的电压与电源串联,同时向电容C2、负载供电。L2电流是连续的,但流经二极管VD2的电流是脉动的,且由于C2的存在,LED灯串上仍具有稳定连续的负载电流。

本设计采用电流控制模式,它是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法,电流控制模式把变换器分成电流、电压两条控制环路。输出电压Vout经过反馈电路分压电阻R14、R15分压后送入误差放大器的反相输入端,而放大器的同相输入端为精密温度补偿基准电压VREF,两者之差被放大后与电感电流的采样信号相比较,决定是否关断开关管。DC-DC反馈电路是保证在输入电压发生变化或者负载变化的情况下使电路输出电压保持稳定。

2.4驱动芯片特性

本方案中驱动芯片选用MSL3162,共有16通道,内部每个通道亮度寄存器的长度是8位,每个通道可以通过PWM方式根据内部亮度寄存器的值进行256级亮度控制。另外,驱动电流的最大值可通过片外电阻设定,在4.5～5.5V的输入电压范围内,可实现对LED的恒流驱动,每通道最大驱动能力为100mA,可根据需要自由调节。电路拥有典型值为3%的各通道间的电流匹配精度,整个驱动电路相当于恒流源,可消除因温度和工艺引起的正向电压变化所导致的电流变化。MSL3162相比以往常用的8通道LED恒流驱动器,具有更强的多通道驱动能力、更优的输出电流调节精度以及更高的电流匹配精度,同时还拥有较小的芯片面积,有利于大尺寸直下式LED背光电视驱动设计。1MHz I2C接口用于数据传输和错误侦测,在串行总线上可最多带16个驱动芯片,其物理地址可通过AD1、AD0引脚进行硬件配置。实际应用原理图如图3所示。

本文LED驱动芯片电流通过一个连接在ILED管脚的外部电阻来调节。RSET管脚被内部调节到350mV,使得流出该管脚的电流IILED=0.35V/RILED,LED电流控制电路将流入LED管脚的电流ISTR调节为ISTR=6000×IILED=6000×0.35V/RILED,因此RILED= 2100/ISTR。本设计中,红色管芯需要20mA电流,红色互补色管芯需要40mA电流,由上述公式可知电阻R11、R4分别选择105kΩ和52.5kΩ。再通过输出电流反馈环路来调节PWM占空比,从而使负载LED的电流ISTR在稳态时等于设定值,从而实现了对输出电流的控制,以驱动不同管芯的LED负载。

2.5驱动芯片与DC-DC反馈连接方式

本文驱动芯片采用级联方式,第一颗驱动芯片的FBIN接地,其FBO与后一颗驱动芯片的FBIN相连,最后一颗驱动芯片的FBO与DC-DC控制器的分压电阻相连,输出将反馈引入外部DC-DC控制器,以此来控制输出电压,以减少加在驱动芯片的电压,提高了系统效率。具体的MSL3162级联方式和FBO与DC-DC分压电阻之间的连接方式如图4所示。

FBO信号非常敏感,因此在闲置不用的情况下,要接地而且要尽可能靠近GND,当FBIN/FBO信号穿过电路板时,应缩短走线长度,如有大电流信号应尽可能避开反馈信号或将反馈信号包地线,以屏蔽噪声信号。FBO输出反馈电流到外部DC-DC,但一旦MSL3162关断,FBO不仅不能为电源提供驱动电流,反而使DC-DC负载和输出电压增加,为防止这种情况发生,在本设计中将FBO与DC-DC控制器分压电阻之间接入肖特基二极管。

2.6各种控制信号

FPGA通过SCL、SDA、GSC、PHI接口控制驱动IC,从而控制LED阵列。SDA为串行数据输入/输出,SCL为时钟输入,GSC为FPGA输入到驱动芯片的基准频率,PHI为调光频率,该驱动芯片采用I2C协议与前端的FPGA进行通信。具体工作过程为:系统上电后,首先对MSL3162进行初始化,驱动芯片的E2PROM数据根据初始设定值自动写入相应的寄存器,包括输入/输出端口定义、时钟初始化以及定时器和中断的初始化设置,然后由FPGA将提取的亮度信号数据通过I2C接口送至MSL3162的内部寄存器。其中占空比数值分别写入寄存器PWM0至PWMF,PWM0至PWMF为8位寄存器,芯片内置计数器,当来一个GSC上升沿即计数一次,每次计数结束后即与寄存器PWM0至PWMF内部数据相比较,若计数器数据小于寄存器数据则保持低电平,计数器继续计数,直至计数器数据等于寄存器数据,则输出高电平,使LED灯串关断,此周期数据输出完毕后,PHI的电平上升,使整个驱动芯片复位,进入下一周期数据读取。FPGA通过写入寄存器的数值控制LED开启的脉宽,来实现对每串灯的亮度控制。

3结论

本文设计了一种宽色域、直下式LED背光源驱动电路,针对所选取的背光源特性,解决了驱动部分的电路设计,并在所开发的背光系统上实现了PWM调光。实验证明,该系统单通道电流精确可控,光学效果非常优异,极大提高了液晶电视的色域。在此基础上,如何在保证LED灯的可靠性、散热性与光均匀性的前提下,降低LED背光模组的厚度,并进一步完善LED动态背光控制算法成为下一步工作的重点,以使直下式LED背光液晶电视能在颜色表现力与超薄设计方面均有突出表现。

参考文献

[1] Martynov Y, Konijn Huub, Pfeffer Nicolo, et al. High-efficiency slim LED backlight system with mixing light guide[J]. SID Symposium Digest, 2003, 43(1): 1259-126.

[2] 王大巍,王刚,李俊峰,刘敬伟. 薄膜晶体管液晶显示器件的制造、测试与技术发展[M]. 北京:机械工业出版社.

[3] Seyno Sluyterman. 动态扫描背光使LCD电视呈现活力[J]. 现代显示,2006,63:18-21.

第8篇：串联稳压电源设计范文

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9篇：串联稳压电源设计范文

关键词：LED；齐纳二极管；光衰；寿命。

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 16-0000-01

由于经济高速发展，人类生活日益频繁，过渡开发和使用资源导致全球温室气体的排放不断增加，我们赖以生存的环境已不堪重负。气候加速变暖，海平面正在不停上升，沙漠正在不断吞噬着我们的绿洲。 为了响应国家节能减碳指标，以其绿色环保、高效节能的高亮度LED灯具逐步走上历史舞台，国家十一五期间提出的全国实现节能降耗22%的要求，LED灯具在同等条件下比传统灯具节能50%-60%满足了国内目前经济发展的趋势。如果中国灯具全部改造为LED照明，那么每年节约电量相当于三个三峡水电站的年总发电量。LED灯具中各LED之间均为串并联设计，为防止因单颗LED损坏而影响灯具的整体使用和寿命，在电路中加入合适的保护设计是必然的选择。

本文介绍了一款实际应用中LED路灯的电路设计，通过在电路的设计中加入保护LED的齐纳二极管，使得即使单颗LED损坏也不影响其他LED正常工作。

一、问题引出

目前，市场上LED路灯中LED颗粒之间一般为全串联设计或者串并联设计，下图1为一种实际应用中全串联合计的电路图，整个电路由12颗LED串联构成，单颗LED电压在3.3V左右（最大不超过3.5V），最大正向电流不超过350mA，整个电路电压在39.6V左右，电路电流设计为300mA；下图2为一种实际应用中串并联结合设计的电路图，电路中12颗LED经由6串2并组成，整个电路电压在 19.8V，电路电流设计为600mA，这样经过LED的电流保证在300mA。通电工作时，一旦电路中的任意一颗LED出现损坏不亮的时候，则分别会出现下列情况，全串联设计的电路会造成全部LED都不亮；串并结合的则会出现一串不亮，这样另外一串的电流会增加至600mA，超过LED额定的350mA，严重影响LED的寿命。

二、工作原理

（一）1SMB5913特点及应用领域

1SMB5913是ON半导体公司推出的一种齐纳二极管，此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很少的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。

三、问题分析

图1中LED全串联使用时，如果中间任意一颗LED完全损坏，导致整个电路断路不同，使得LED灯具不亮；或者如果坏掉的那颗LED只是不亮但整个电路仍然处于导通状态，这时原本这颗LED分担的电压将会平均分给其他11颗正常工作的LED，这样使得其他11颗上的电压变成3.6V，超过LED最大的工作电压，从而降低LED颗粒的使用寿命，这些情况都会影响整个LED灯具的寿命[1]。

图2中LED串并联结合使用时，如果中间任意一颗LED完全损坏，会导致其中一串不良，这样使得另外一串正常工作的LED电路中的电流将会由300mA增加至600mA，超额的电流会加速LED的光衰，减少LED灯具的使用寿命；或者如果坏掉的那颗LED只是不亮但整个电路仍然处于导通状态，这时原本这颗LED上的电压将会分配给同串的其他5颗正常工作LED上，使得这些正常工作的LED电压将会增加至3.96V左右，超过LED最大的工作电压，从而加速LED的光衰，降低LED颗粒的使用寿命，这些情况都会影响整个LED灯具的寿命[2]。

（一）齐纳二极管的击穿特性

在通常情况下，反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直保持一个常数，直到反向电压超过某个特定的值，超过这个值之后PN结突然开始有大电流导通。这个突然的反向导通就是反向击穿，如果没有一些外在的措施来限制电流的话，它可能导致器件的损坏。反向击穿通常设置了固态器件的最大工作电压。然而，如果采取适当的预防措施来限制电流的话，反向击穿的结能作为一个非常稳定的参考电压。在重扩散的PN结中，耗尽区很窄，所以不大的反向电压就能在耗尽区内形成很强的电场。当反向电压大到一定值时，强电场足以将耗尽区内中性原子的价电子直接拉出共价键，产生大量电子、空穴对，使反向电流急剧增大。这种击穿称为齐纳击穿或场致击穿。一般二极管处于逆向偏压时，若电压超过逆向峰值电压值时二极管将受到破坏，这是因为一般二极管在两端的电位差既高之下又要通过大量的电流，此时所产生的功率所衍生的热量足以使二极管烧毁。齐纳二极管就是专门被设计在崩溃区操作，是一个具有良好的功率散逸装置，可以当作电压参考或定电压组件。若利用齐纳二极管作为电压调节器，将使附载电压保持在ZV附近且几乎唯一定值，不受附载电流或电源上电压变动影响[3]。

齐纳二极管主要工作于逆向偏压区，在二极管工作于逆向偏压区时，当电压未达崩溃电压以前，二极管上并不会有电流产生，但当逆向电压达到击穿电压时，每一微小电压的增加就会产生相当大的电流，此时二极管两端的电压就会保持于一个变化量相当微小的电压值（几乎等于击穿电压），上图为齐纳二极管的特性曲线，可由此应证上述说明。

（二）问题解决

全串联或者串并联结合使用的电路中，在每颗LED上并联一颗1SMB5913

（见下图5，6），这样即使LED出现完全损坏、暗亮或者不正常工作时，齐纳二极管1SMB5913将会击穿，使得二极管两端的电压保持在3.13～3.47V之间，其他LED颗粒能够在正常工作，不会应电压或者电流过大而加速LED的光衰，导致影响LED本身的寿命，从而保障LED灯具长寿命，问题解决。

四、结论

在LED灯具的电路设计时，在LED颗粒上并联一颗具有反向击穿特性的齐纳二极管（具体型号可按照实际需求选择），在LED 出现故障时，二极管反向击穿，替故障LED承担电路中的电压。使得其他LED不会加速光衰，LED灯具的寿命得到保障。

参考文献：

[1]纪爱华.稳压二极管的原理及应用[J].电子工程世界，2012，10：12-15.

[2]杨素行.模拟电子技术简明教程（第三版）[M].高等教育出版社，2006.