电源设计论文汇总十篇

时间:2023-03-16 15:27:05

电源设计论文

电源设计论文篇(1)

 

对于现在一个电子系统来说,电源部分的设计也越来越重要,下面探讨一些关于电源设计方面的心得,来个抛砖引玉,让我们在电源设计方面能够都有所探索和长进。

1、如何选择合适的电源实现电路

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

2、如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数

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

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

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

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

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

3、如何调试开关电源的电路

3.1电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内,这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试,避开后面电路的影响。

3.2一般来说开关控制器是闭环系统,如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围,开关电源就会工作不正常,所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR值的输出电容,会产生很多的电源纹波,这也会影响开关电源的工作的。

4、如何来评估一个系统的电源需求

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

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

散热问题对于那些大电流电源和LDO来说比较重要,通过计算机也可以评估是否合适的。

5、接地技术的讨论

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

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

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

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

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

第三、为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割,这也是因为信号跨越了不同电源层后物理论文,它的回流途径就会很长了,容易受到干扰。当然,不是严格要求不能跨越电源分割,对于低速的信号就要认真检查,尽量不要跨越,可以通过调整电源部分的走线。(这是针对多层板多个电源供应情况说的)

6、单板上的信号如何接地

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

7、单板的接口器件如何接地

电源设计论文篇(2)

半导体制冷器(TEC)是以帕尔贴效应为基础研制而成,其最基础的元件是利用一只P型半导体和一只N型半导体连成的热电偶。当通电后在两个接头处就会产生温差,电流从N流向P,形成制冷面;电流从P流向N,形成制热面。若干组热电偶对串联就构成了一个简单的半导体制冷器。在制冷面或制热面增加一个热交换器就可以完成半导体制冷器与外界环境的能量交换。

1.2半导体激光器温控电路设计

1.2.1半导体激光温控电路原理

高稳半导体激光器一般都有内置半导体热电制冷器(TEC)和温度传感器等相关的温控元件来保证激光器管芯温度可控。半导体激光器内置温控系统基本工作原理如图1所示。将温度传感器(常用负温度系数的热敏电阻)与激光器管芯安置在同一热沉上,起到实时监测激光管芯温度的作用。在常温25℃时(在25℃时激光器的整体性能最为优良),通过调节由R1和R2组成的电阻网络可以设定比较器的参考电压值,在这里称之为基准电压。以25℃为参照,若LD管芯温度相对升高,则热敏电阻的阻值变小,比较器的负输入端电压相对变小,输出电压也随着变化。TEC驱动源将驱使电流从N型半导体流向P型半导体形成制冷面,实现对LD管芯进行制冷。若LD管芯温度相对降低,则热敏电阻的阻值变大,比较器的输入电压相对变大,输出电压也随着变化,TEC驱动源将驱使电流从P型半导体流向N型半导体,形成制热面,实现对LD管芯制热。

1.2.2TEC驱动源类型

半导体激光器的温度控制系统需要满足温度控制精度高、响应速度快且稳定性高的要求,同时要能实现制冷和制热双向控制,以适应外界温度变化和半导体激光器本身工作条件变化。一般情况下,TEC驱动源按驱动工作模式可以分为线性工作模式和脉宽调制工作模式(PWM)两种类型。TEC驱动源线性工作原理:通过控制三极管的开关状态可以控制驱动TEC的电流大小和方向,这种驱动方式的效率一般低于50%,需要为三极管提供良好的导热通道,且有控温“死区”。但这种模式有噪声低和可靠性高等优点。TEC驱动源脉宽调制(PWM)工作原理:在PWM方式下,三极管工作在饱和状态,而不是线性区域,只有当需要向负载供电时才导通。电路通过4个三极管来控制电流的方向和大小,电路结构呈H桥型。PWM方法可以有效地提高效率和降低功率部件的热量,工作效率一般大于80%,能实现无“死区”温控。但这种模式有着噪声高和可靠性低等缺点。两种驱动源在实际使用中各有利弊,具体采用何种驱动方式需要根据实际情况来最终确定。

2航天高稳激光源温控电路设计方案

2.1MAX1968功能及其特点

MAX1968是MAXIM公司研制生产的一款高度集成具有纹波噪声抑制功能的脉宽调制TEC驱动芯片,调制频率为500kHz/1MHz;单电源供电,供电电压范围为3~5.5V;能够实现最大3A双向TEC驱动电流,完成对LD管芯的制冷或制热。MAXIM公司研制生产的MAX1968芯片具有体积小、效率高、价格低和可实现双向无死区温控等优点,但也存在封装材料简单(塑料器件)和工作温度范围较窄等缺陷。

2.2MAX1968芯片设计电路及失效分析

2.2.1MAX1968芯片设计电路分析

MAX1968芯片资料有应用芯片电路推荐,从推荐电路应用方案来看,电路的设计在滤波、抑制纹波噪声、LC滤波谐振电路等都做了详细的考虑。在COMP引脚与GND之间焊接了0.01μF的电容,确保电流控制环的稳定工作。FREQ引脚接高电位,即内部振荡器的开关频率选择为1MHz,这样可以减小电容和电感值。按芯片资料推荐电路搭建芯片电路,将芯片使能引脚(SHDN)直接连接高电位,即当MAX1968芯片上电后芯片就需要工作,根据CTLI引脚的电压输入情况判断TEC需要制冷或制热,并立即实施。在实际使用过程中发现,在给该温控电路上电瞬间,时有MAX1968失效的现象,具体表现为电源输出电流急剧增大。

2.2.2MAX1968芯片失效分析

用立体显微镜、金相显微镜和晶体管特性图示仪等仪器对两只失效的MAX1968芯片进行了详细分析,失效的情况完全相同,都是芯片的第5、6端之间以及第23、24端之间存在异常电应力,导致这几端之间的铝条烧坏短路所致。使用晶体管特性曲线图示仪对这两块芯片进行引脚间特性测试,发现两电路第6、8、10端(LX2)与第5、7端(PGND2)之间短路,第19、21、23端(LX1)与第22、24端(PGND1)之间短路。第9端(PVDD2)与第5、7端(PGND2)之间未见短路现象。将这两块芯片进行开盖,在开盖过程中,由于内部芯片尺寸较大,电路个别引脚经腐蚀后脱落,但经测试,短路现象依然存在,未破坏原始失效现象。在金相显微镜下,对两块芯片表面进行仔细观察,发现两块芯片第5、6端以及第23、24端之间存在烧毁现象,如图2所示。芯片为多层金属化结构,从烧毁形貌分析,可能是下层铝条烧毁后,导致上层铝条烧毁短路。由于两块芯片失效现象一致,因此可以排除器件偶然缺陷导致失效的可能,应该是芯片失效与外部异常电应力导致内部场效应管击穿。

2.3航天高稳激光源温控电路设计方案

2.3.1完善MAX1968芯片电路设计

通过上述分析,结合芯片内部结构和TEC驱动源脉宽调制(PWM)工作原理,我们基本能判断是芯片内部烧毁的通道发生在场效应管上。在试验过程中发现,芯片失效是一个慢性渐变的过程,可以用14引脚(OS2)、15引脚(OS1)分别与GND的阻抗R和R'来表征,随着上电次数逐渐增多,R和R'的阻值从开始的兆欧数量级慢性渐变到欧数量级,并最终失效。失效的原因认为是MAX1968芯片上电后,芯片就根据CTLI引脚电压输入情况判断TEC需要制冷或制热,并立即进行工作,上述过程在上电的一瞬间就会完成。这种输入与输出同时实施势必会导致芯片内部有大的纹波电压或大电流产生,因发热而导致芯片失效。通过完善MAX1968芯片电路设计,在MAX1968的使能引脚中引入了毫秒级的延时,致使MAX1968芯片完成加电后再实施输出工作。具体新的设计电路方案如图3所示。通过大量的试验证明阻抗R和R'的阻值不衰退,这说明对MAX1968芯片电路的完善是有效的。

2.3.2MAX1968新设计方案电路试验验证

根据完善电路特性搭建了对电路性能验证比较的试验平台,试验的基本思路是让两种电路(完善前和完善后)在带同样负载的情况下,分别对完善电路和未完善电路进行上下电连续冲击,上、下电频率同为13Hz,如图4所示。在两组电路的验证中,完善之前的设计电路在经过约32min之后电源输出电流突然增大,经测试发现MAX1968芯片已经失效。完善之后的设计电路在经过28天之后,测试MAX1968芯片的电性能依旧正常。由此可见对MAX1968设计电路的完善是有效的。

2.3.3航天高稳激光源温控电路设计工程验证

航天高稳激光源温控电路,在某项航天测试(包括振动、冲击、热循环和热真空等试验)中各项指标都正常,最终顺利完成了航天相关试验。

电源设计论文篇(3)

2分布式电源接入系统

2.1分布式电源的分类

一般可以根据分布式电源的技术类型、所使用的一次能源及和与电力系统的接口技术进行分类。按照技术类型可分为小型燃气轮机、地热发电、水力发电、风力发电、光伏发电、生物质能发电、具有同步或感应发电机的往复式引擎、燃料电池、太阳热发电、微透平等,按照一次能源可分为化石燃料、可再生能源;按照与电力系统的接口可分为直接相联、逆变器相联;按照并网容量分,可分为小型分布式电源和大、中型分布式电源。小型分布式电源主要包括风力发电、光伏发电、燃料电池等;大、中型分布式电源主要包括微型汽轮机、微型燃气轮机、小型水电等。

2.2微网技术简介

微网是一个小型发配电系统,由分布式电源、相关负荷、逆变装置、储能装置和保护、监控装置汇集而成,具有能量管理系统、通讯系统、电气元件保护系统,能够实现自我调节、控制和管理。微网既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。从其内部看,微网是一个个小型的电力系统。从外部看,微网是配电网中的一个可控的、易控的“虚拟”电源或负荷。微网系统如图3所示。

2.3将分布式电源组成不同类型的微网

目前,比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式。在城镇配电网中,风力发电、燃料电池、光伏发电发电容量远小于配网负荷,对于这些小容量的分布式电源,采用与附近负荷组成微网的形式并入配网系统,通过技术措施使微网内的发电功率小于其负荷消耗的功率,使这些“不可见”的分布式电源完全等效为一个负荷。针对发电出力达到最大、负荷功率最小的工况,根据发电出力与负荷消耗功率的差值及持续时间计算出需要存储的电量,该电量作为储能装置容量的一个约束条件,再考虑其他的约束条件,为微网配置容量合理的储能装置。当出现发电出力大于负荷消耗功率时,将这部分电量存到储能装置中,在负荷功率高于发电出力时,再将这部分电量释放掉。大型的微型燃气轮机多用于需要稳定的热源、冷源的工商企业,以实现热、电、冷三联供,这些企业的负荷稳定,易于预测。微型燃气轮机的发电功率由用户对供热和供冷的要求决定,发电功率也易于预测。这样,以这些微型燃气轮机为分布式电源的微网是可控、易控的。将分布式电源纳入到微电网,并将其分为纯负荷性质的微网和发电、负荷可控的微网两种,有效的解决了分布式电源潮流不可控的难题,给配电网的调度、运行带来的极大的方便。

2.4微电网接入系统方案

纯负荷性质的微网在配网中是一个内部带有电源的负荷,将其接入到配网馈线的中间至末端,可有效地改善配电网电压分布,降低配电网网损。当微网内分布式电源突然故障或者失电时,由配电网对微网内的负荷进行供电,此时配电线路潮流增大,微网内的电压会发生跃变,如电压幅值变化超过用电设备允许值,将会对用电设备造成损坏。针对这种情况,可以利用微网内的储能装置将存储的能量进行逆变,有效地支撑电压,避免产生电压跌落,减少电压波动,有效的保护用电设备。当配电网失电时,微网自动脱网孤岛运行,孤岛的运行方式由微网内部自行控制,对配电网的故障分析、检修、试验不产生影响。对于发电、负荷可控的微网,尤其是容量较大的,在配电网规划及接入系统设计时,需统一考虑中接入位置对配电网电压、继电保护、安全自动装置的影响,需要进行充分的论证,必要时可采用专线接入系统,以确保配电的安全、可靠运行,充分发挥分布式电源的经济效益和社会效益。

电源设计论文篇(4)

电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备,也是住宅电气设计中使用较多的电气附件,它和人们生活有着十密切的关系。现在居民搬进新房后,普遍反映电源插座数量太少,使用极不方便,造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板,经常引起人身电击和电气火灾事故,给人身财产平安带来重大隐患。所以,电源插座的设计也是评价住宅电气设计的重要依据。笔者根据国外以及我国有关住宅规范及标准,结合多年来的实践提出住宅电源插座的数量及布置要求,供参考。

1电源插座设置数量的规定

(1)国家标准《住宅设计规范》(GB50096-1996)第6.5.4条规定,电源插座的

数量应不少于表1的规定;

(2)小康住宅电气设计《设计导则》中第4.3.5条规定,小康住宅中设置的插座数量不少于表2中的规定;

(3)《上海市工程建设规范》(DGJ08-20-2001)12.2.2条规定,电源插座设置数量应不少于表3的规定;

(4)“江苏省住宅设计标准”(DB32/380-2000)中规定,每套住宅内电源插座的设置,应符合表4中的规定;

(5)香港非凡行政区政府机电工程署1997年版《电力(线路)规例工作守则》家庭用途的装置及用具中规定,电源插座数量应不少于表5中的规定;

(6)美国国家电气法规NEC的第210-52(a)条对电源插座的布置作了更量化的规定。其中两个电源插座间的距离不得超过3.6m,因为美国规定家用电器电源线长达1.8m,一个家用电器如不能自左侧接电源插座,定能自右侧接电源插座,如图所示;

(7)小康住宅是由建设部在各大城市指导建设,面向21世纪的大众住宅,其定位标准是“科技先导,适度超前”。这将是我国住宅产业未来发展的方向。很显然,国家标准“住宅设计规范”中的电源插座数量偏少,参照国内外住宅电源插座设置数量标准,根据目前使用和超前发展的要求,建议住宅内电源插座的设置数量应不少于表6的要求。

2电源插座的选用和设置要求

2.1电源插座的选用

(1)电源插座应采用经国家有关产品质量监督部门检验合格的产品。一般应采用具有阻燃材料的中高档产品,不应采用低档和伪劣假冒产品;

(2)住宅内用电电源插座应采用平安型插座,卫生间等潮湿场所应采用防溅型插座;

(3)电源插座的额定电流应大于已知使用设备额定电流的1.25倍。一般单相电源插座额定电流为10A,专用电源插座为16A,非凡大功率家用电器其配电回路及连接电源方式应按实际容量选择;

(4)为了插接方便,一个86mm×86mm单元面板,其组合插座个数最好为两个,最多(包括开关)不超过三个,否则采用146面板多孔插座;

(5)对于插接电源有触电危险的家用电器(如洗衣机)应采用带开关断开电源的插座。

2.2电源插座设置位置要求

电源插座的位置和数量确定对方便家用电器的使用。室内装修的美观起着重要的功能,电源插座的布置应根据室内家用电器点和家具的规划位置进行,并应密切注重和建筑装修等相关专业配合,以便确定插座位置的正确性。

(1)电源插座应安装在不少于两个对称墙面上,每个墙面两个电源插座之间水平距离不宜超过2.5m~3m,距端墙的距离不宜超过0.6m。

(2)无非凡要求的普通电源插座距地面0.3m安装,洗衣机专用插座距地面1.6m处安装,并带指示灯和开关;

(3)空调器应采用专用带开关电源插座。在明确采用某种空调器的情况下,空调器电源插座宜按下列位置布置摘要:

①分体式空调器电源插座宜根据出线管预留洞位置距地面1.8m处设置;

②窗式空调器电源插座宜在窗口旁距地面1.4m处设置;

③柜式空调器电源插座宜在相应位置距地面0.3m处设置。

否则按分体式空调器考虑预留16A电源插座,并在靠近外墙或采光窗四周的承重墙上设置。

(4)凡是设有有线电视终端盒或电脑插座的房间,在有线电视终端盒或电脑插座旁至少应设置两个五孔组合电源插座,以满足电视机、VCD、音响功率放大器或电脑的需要,亦可采用多功能组合式电源插座(面板上至少排有3个~5个不同的二孔和三孔插座),电源插座距有线电视终端盒或电脑插座的水平距离不少于0.3m;

(5)起居室(客厅)是人员集中的主要活动场所,家用电器点多,设计应根据建筑装修布置图布置插座,并应保证每个主要墙面都有电源插座。假如墙面长度超过3.6m应增加插座数量,墙面长度小于3m,电源插座可在墙面中间位置设置。有线电视终端盒和电脑插座旁设有电源插座,并设有空调器电源插座,起居室内应采用带开关的电源插座;

(6)卧室应保证两个主要对称墙面均设有组合电源插座,床端靠墙时床的两侧应设置组合电源插座,并设有空调器电源插座。在有线电视终端盒和电脑插座旁应设有两组组合电源插座,单人卧室只设电脑用电源插座;

(7)书房除放置书柜的墙面外,应保证两个主要墙面均设有组合电源插座,并设有空调器电源插座和电脑电源插座;

(8)厨房应根据建筑装修的布置,在不同的位置、高度设置多处电源插座以满足抽油烟机、消毒柜、微波炉、电饭煲、电热水器、电冰箱等多种电炊具设备的需要。参考灶台、操作台、案台、洗菜台布置选取最佳位置设置抽油烟机插座,一般距地面1.8m~2m。电热水器应选用16A带开关三线插座并在热水器右侧距地1.4m~1.5m安装,注重不要将插座设在电热器上方。其他电炊具电源插座在吊柜下方或操作台上方之间,不同位置、不同高度设置,插座应带电源指示灯和开关。厨房内设置电冰箱时应设专用插座,距地0.3m~1.5m安装;

(9)严禁在卫生间内的潮湿处如淋浴区或澡盆四周设置电源插座,其它区域设置的电源插座应采用防溅式。有外窗时,应在外窗旁预留排气扇接线盒或插座,由于排气风道一般在淋浴区或澡盆四周,所以接线盒或插座应距地面2.25m以上安装。距淋浴区或澡盆外沿0.6m外预留电热水器插座和洁身器用电源插座。在盥洗台镜旁设置美容用和剃须用电源插座,距地面1.5m~1.6m安装。插座宜带开关和指示灯;

(10)阳台应设置单相组合电源插座,距地面0.3m。

3电源插座供电回路

(1)住宅内空调器电源插座、普通电源插座、电热水器电源插座、厨房电源插座和卫生间电源插座和照明应分开回路设置;

(2)电源插座回路应具有过载、短路保护和过电压、欠电压或采用带多种功能的低压断路器和漏电综合保护器。宜同时断开相线和中性线,不应采用熔断器保护元件。除分体式空调器电源插座回路外,其他电源插座回路应设置漏电保护装置。有条件时,宜按分回路分别设置漏电保护装置;

(3)每个空调器电源插座回路中电源插座数不应超过2只。柜式空调器应采用单独回路供电;

(4)卫生间应作局部辅助等电位联结;

(5)厨房和卫生间靠近时,在其四周可设分配电箱,给厨房和卫生间的电源插座回路供电。这样可以减少住户配电箱的出线回路,减少回路交叉,提高供电可靠性;

(6)自配电箱引出的电源插座分支回路导线截面应采用不小于2.5mm2的铜芯塑料线。

参考文献

1香港非凡行政区政府机电工程署编.《电力(线路)规例工作守则》1997

2北京市建筑设计探究院编.《建筑电气专业设计技术办法》中国建筑工业出版社,1998

3《住宅设计规范》(GB50096-1999).中国建筑工业出版社,1999

4李天恩主编.《小康住宅电气设计》北京中国建筑工业出版社,1999

5全国建筑电气设计技术协作及情报交流网编.建筑电气设计通讯.2001;1

电源设计论文篇(5)

主控计算机通过RS232与电子负载进行数据通讯,将测试程序的控制指令传送至电子负载,实现电子负载工作模式以及加、减载的程序控制;主控计算机与数据采集卡通过USB进行通讯,完成测试通道的自动切换以及待测电源模块的电压、电流数据的采集等;数字示波器则用于待测电源输出纹波电压的测量。主控计算机及数据采集卡主控计算机是测试装置的核心,用于实现测试流程控制、电子负载和可编程电源设定等指令的发送,以及测试数据的采集与处理和测试结果分析与显示等,选用研华TPC1261H,其由24V直流电源供电,采用触摸屏技术等特点更有利于便携式测试装置的设计与实现。数据采集卡选用研华USB数据采集卡USB-4711A和USB-4751。USB-4711A具备16路单端或8路双端模拟量输入通道,2路模拟量输出通道,模拟量采样率为150kS/s,分辨率为12bit;8路开关量输入输出通道。USB-4751具有48路可自定义开关量输入输出通道。USB-4711A和USB-4751结合研华配套继电器端子板可以实现待测电源测试通道切换以及输出电压、电流的高保真采集要求,完全满足电源自动测试的数据采集要求。可编程电源等测试资源可编程电源的功能是根据待测电源模块的输入要求,按测试流程供给待测电源模块所需的交、直流电。为实现待测电源的输入过、欠压保护等保护特性测试需要可编程电源具有较宽的输出电压范围,选用南京天宇电子仪表厂的3654A型可编程电源,完全满足测试要求。选用艾德克斯IT8700系列电子负载,利用其具有恒流、恒压、恒阻、恒功率、恒阻抗、短路等工作模式进行电源不同负载的模拟。选用GDS-2000数字示波器实现纹波电压的测量,GDS-2000数字示波器具有FFT频谱分析功能,且最高采样频率高达1GHz,远高于测量纹波电压所需示波器测试带宽50MHz的要求,同时可通过RS232与主控计算机进行通讯。适配器适配器由信号调理电路和接线端子或转换端子组成。主要采用维博电子公司生产的交直流电压传感器和交直流电流传感器,实现将电源中的高电压、大电流信号及畸变信号转换成数据采集卡许可范围内的模拟量信号送入数据采集卡进行采样。

软件设计

电源设计论文篇(6)

为了使反激式电源开关保持高效率,需在分压限流电阻和控制芯片中间加入电切换电路。此设计可以使电源工作正常时,分压供电电阻不会一直维持在高耗能状态。

(二)U1.3842电源开关的电路设计

采用U1.3842的电流型脉宽调制器控制芯片,并利用高频变压器与电网隔离。这种组合控制器的电路比较简单,工作频率可高达500KHz,电压的调整率可达到0.01%,启动时的电流小于1毫安,工作电流为5毫安,是性能非常好的电流控制型的脉宽调制型芯片,而且该调制器管脚数量少,属于单端输出。计算出的工作频率为48.8KHz,根据时钟震荡电路中CT=4.7Nf,RT-7.5K,实验中功率留取一半作为余量,选用4个规格为0.25W、1.2的电阻并联为采样电阻,电容为3.9K。滤波及采样电路中,检流器件选用电阻。

(三)反馈电路的电源开关设计

电源开关的反馈电路设计非常重要,现在大多反激式开关设计都是用光耦PC817和TL431之间的电气隔离,实现反馈电压信号和控制芯片功能,但这样的电路电压输出的调整范围非常小,而笔者则拓展了这一范围。通过在以前的反馈电路光耦输出位置增加恒流源电路,使之吸收2mA的电流,便可实现分流总电流的目的,由此扩大光耦PC817的输出电流范围,输出电压的调节范围也就变大了,因为再经过信号LM358的放大,其中的误差也被放大,这样就因错误过大而失去了意义。所以恒流源电路直接设计在了UC3842的1脚上,就不会出现错误被放大导致控制精度的下降。也减少了反馈信号的输出时间,使电源的动态响应加快。经过改动后的电路调节范围比原有设计扩大了23%,使拓宽光耦的电流有效输入范围增大,输出电压调节范围增大。

电源设计论文篇(7)

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时,首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片,既能满足要求,又不因选型不当而造成资源的浪费。然而,这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号,即使采用同一种封装的不同型号,其输出功率也各不相同;原因之二是选择芯片时,不仅要知道设计的输出功率PO,还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD,而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来,在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch-II系列单片开关电源的功率损耗(PD)与电源效率(η)、输出功率(PO)关系曲线,快速选择芯片的方法,可圆满解决上述难题。在设计前,只要根据预期的输出功率和电源效率值,即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值,这不仅简化了设计,还为选择散热器提

η/%(Uimin=85V)

中图法分类号:TN86文献标识码:A文章编码:02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η,PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η,PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η,PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch-II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch-II系列的交流输入电压分宽范围输入(亦称通用输入),固定输入(也叫单一电压输入)两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V~265V,230V±15%。

1.1宽范围输入时PD与η,PO的关系曲线

TOP221~TOP227系列单片开关电源在宽范围输入(85V~265V)的条件下,当UO=+5V或者+12V时,PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V,最高

η/%(Uimin=85V)

η/%(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO,纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221~TOP227的电源效率,而15条虚线均为芯片功耗的等值线(下同)。

1.2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221~TOP227系列在固定交流输入(230V±15%)条件下,当UO=+5V或+12V时,PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch-II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch-II芯片型号的设计程序如下:

(1)首先确定哪一幅曲线图适用。例如,当Ui=85V~265V,UO=+5V时,应选择图1。而当Ui=220V(即230V-230V×4.3%),UO=+12V时,就只能选图4;

(2)然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置(PO);

(3)从输出功率点垂直向上移动,直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用,可继续向上查找另一条实线;

(4)再从等值线(虚线)上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温(Tj)以确定散热片的大小;

(5)最后转入电路设计阶段,包括高频变压器设计,元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1:设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V~265V。又因UO=+5V,故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点,然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点,由纵坐标上查出该点的η=71.2%,最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明,选择TOP224就能输出30W功率,并且预期的电源效率为71.2%,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2%的效率指标偏低,还可继续往上查找TOP225的实线。同理,选择TOP225也能输出30W功率,而预期的电源效率将提高到75%,芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值,进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2:设计交流固定输入230V±15%,输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η,PO的关系曲线

η/%(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件,从图4中可以查出,TOP223是最佳选择,此时PO=30W,η=85.2%,PD=0.8W。

例3:计算TOPswitch-II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch-II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值,即可用下式求出芯片的结温:

Tj=PD·RθA+TA(1)

举例说明,TOP225的设计功耗为1.7W,RθA=20℃/W,TA=40℃,代入式(1)中得到Tj=74℃。设计时必须保证,在最高环境温度TAM下,芯片结温Tj低于100℃,才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3.1修正方法

如上所述,PD与η,PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V,而图3与图4规定Uimin=195V(即230V-230V×15%)。若交流输入电压最小值不符合上述规定,就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′,折算成Uimin为规定值时的等效功率PO,才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比(PO′/PO)用K表示。TOPSwitch-II在宽范围输入、固定输入两种情况下,K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点:

(1)图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V,195V,图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

(2)当Uimin′>Uimin时K>1,即PO′>PO,这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率,必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′(3)设初级电压为UOR,其典型值为135V。但在Uimin′<85V时,受TOPSwitch-II调节占空比能力的限制,UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线,利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下:

(1)首先从图5、图6中选择适用的特性曲线,然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

(2)将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO,有公式

PO=PO′/K(2)

(3)最后从图1~图4中选取适用的关系曲线,并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4:设计12V,35W的通用开关电源

已知Uimin=85V,假定Uimin′=90%×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式(2)中,计算出PO=30.4W。再根据PO值,从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片,此时η=81.6%,PD=2W。

若选TOP223,则η降至73.5%,PD增加到5W,显然不合适。倘若选TOP225型,就会造成资源浪费,因为它比TOP224的价格要高一些,且适合输出40W~60W的更大功率。

3.2相关参数的修正及选择

(1)修正初级电感量

在使用TOPSwitch-II系列设计开关电源时,高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1,这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP(3)

查表1可知,使用TOP224时,LP=1475μH。当K=1.15时,LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF(mA)3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE(mA)3.55.0

电源设计论文篇(8)

1.1变压器变压器节能可以从效率、容量选择、运行方式等几方面考虑。由于现目前用电负荷高,变压器一般有很多台,单台容量一般都在1600KVA以上,因此,变压器长期运行的话,损耗将是非常庞大的数字。比如,某品牌S10就较S9在80%负载率情况下课每年节能约0.48万KVH.所以选择合适的变压器室非常重要的。尽管可能在前期投入上会相对较多,但是从长期来看,绝对是划算的。同时,应该根据所载负荷的大小及成本,选择合适的变压器容量以及数量。以及根据实际运行情况调整多台变压器的主备用状态。

1.2电容补偿设备电容器是用来补偿系统的功率因素,提高系统效率的。其内部一般都有放点电阻,其作用就是当电容器从系统撤出时,电压能迅速至安全电压。但是投入系统时则有放电损耗。而电子式放电容器能避免这种损耗。进行供配电系统方案设计时,我们应该选择技术先进的节能型设备,减少设备自身损耗,提高节能效果。以及上面讲到的合理选择供电模式、降低导线用量;合理选择导线截面和敷设方式,降低配电线路损耗。设计中也应尽可能地考虑系统的功率因素,积极治理谐波干扰。

1.3无功功率的补偿无功功率的补偿能够有效的提高配电系统的功率因素,而提高功率因素的意义有以下几点:(1)能够提高供电设备的利用率,使其可以带更多有功负载,节约设备投资,达到间接节能。(2)提高输电效率,当有功功率一定时,若供电电压不变,功率因素越大,则电流越小,损耗也就越小。(3)可改善供电质量,提高输电安全。电流小,线路电压损耗小,发热量也小,输电线路安全性也得到提高。

2谐波治理

电源设计论文篇(9)

非隔离型降压式电源设计方法概论非隔离降压型电源是现在普遍使用的电源结构,几乎占了日光灯电源百分之九十以上。很多人都以为非隔离电源只有降压型一种,每每一说到不隔离,就想到降压型,就想到说对灯不安全(指电源损坏)。其实降压型不只是一种,还有两种基本结构,即升压,和升降压,即BOOST AND BUCK-BOOST,后两种电源即使损坏。不会影响到LED的好处。降压式电源也有其好处,它适合用于220,但不适用于110,因为110V本来电压就低,一降就更低了,那样输出的电流大,电压低,效率做不太高。 降压式220V交流,整流滤波后约三百伏,经过降压电路,一般将电压降到直流150V左右,这样即可实现高压小电流输出,效率可以做得较高。一般用MOS 做开关管,做这种规格的电源,我的经验是,可以做到百分之九十那样差不多,再往上也困难。原因很简单,芯片一般自损会有0.5W到1W,而日光灯管电源不过就是10W左右。所以不可能再往上走。现在电源效率这个东西很虚,很多人都是吹,实际根本达不到。常见有些人说什么3W的电源效率做到百分之八十五了,而且还是隔离型的。告诉大家,即便是跳频模式的,空载功耗最小,也要0.3W,还什么输出3W低压,能到百分之八十五,其实有百分之七十算很好了,反正现在很多人吹牛不打草稿,可以忽悠住外行,不过现在做LED的懂电源的也不多。我说过,要效率高,首先就要做非隔离的,然后输出规格还要高压小电流,可以省去功率元件的导通损耗,所以象这种LED电源的主要损耗,一就是芯片自有损耗,这个损耗一般有零点几W到一W的样子,还有一个就是开关损耗了,用MOS做开关管可以显著减小这个损耗,用三极管开关损耗就大很多。所以尽量不要用三极管。还有就是做小电源,最好不要太省,不要用RCC,因为RCC电路一般的厂家根本做不好质量,其实现在芯片也便宜,普通的开关电源芯片,集成MOS管的,最多不过两元钱,没必要省那么一点点,RCC只省点材料费,实际上加工返修等费用更高,到头到反而得不偿失的那样。降压式电源的基本结构就是将电感和负载串入300V高压中,开关管开关的时候,负载即实现了低于300V的电压,具体的电路很多,网上也很多,我也不画图再说了。现在9910,还有一般的市场上的恒流IC基本都是用这种电路来实现的。但这种电路就是开关管击穿的时候,整个LED灯板就玩完,这应该算是最不好的地方了。因为当开关管击穿的时候,整个300V的电压就加在灯板上,本来灯板只能承受一百多伏电压,现在成了三百伏了,这种情况一发生。LED肯定要烧掉。所以很多人说非隔离的不安全,其实就是说降压的,只是因为一般非隔离的绝大多数是降压的,所以认为非隔离的损坏一定要坏 LED。其实另外两种基本的非隔离结构,电源损坏,不会影响LED的。降压式电源要设计成高压小电流,效率才能高,细说一下,为什么?因为高压小电流,可以让开关管电流的脉宽大一些,这样峰值电流就小一些,还有就是,对电感的损耗也小一些,通过电路结构就可以知道,电路不方便画,具体也难以再叙述下去了。就随便总结一下,降压电源的好处是,适合于220高压输入使用,以使得功率器件承受的电压应力小,适合做大电流输出,比如做100MA电流,比后两种方式来的轻松,效率要高。效率算比较高的,对电感的损耗较小,但对开关管损耗大一些,因为所有经过负载的功率必须要经过开关管传输,但输出的功率,只有一部分经过电感,如300V输入,120V输出的降压型电源,只有180V的部分要经过电感,120V的部分是直接导通进入负载的,所以说对电感损耗比较小,但输出的功率,全部要经过开关管转化。分解两种恒流控制方式下面要说

电源设计论文篇(10)

中图分类号: TM1 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-066-01

1 前言

直流稳压电源是能够保证在电网电压波动或负载发生变化时,输出稳定的电压的常用的电子设备。它广泛应用于仪器仪表、工业控制及测量领域中。故设计、制造一个低纹波、高精度的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。采用电路设计仿真工具对直流稳压电源电路的设计理念和输出进行仿真验证是提高设计质量、降低研制成本、缩短研制周期的有效手段,在电源设计工作中有着重要的实际应用价值。

仿真即对所设计的电路板进行电器特性的分析,检验其是否符合设计者的要求。如果没有防震功能,在设计阶段就无法检验设计的好坏,只能进行无力的实验,这样,一旦设计阶段出现重大失误,那么一切只能重新再来,造成时间和物质上的极大浪费。对于复杂的电路设计来说更是如此??。

Protel 99 SE系统提供了强大的电路仿真功能,能够提供模/数信号的混合电路仿真,本文利用Protel 99 SE软件模拟设计并仿真了直流稳压电源电路,理论计算了该电路的主要参数,模拟分析了该电路工作过程,仿真计算了该电路工作状态,直观地验证了理论分析的结果,并得到相关结论。

2 理论分析

直流稳压电源电路如图1所示,其中仿真信号源为频率为50Hz,幅值为311V的正弦波信号,三极管电流放大倍数为205,稳压管D2稳定电压6.8V,其他参数如图所示。

图1 直流稳压电源电路图

该电路理论计算如下:

(1)输入电压:

(2)经变比为5:1的变压器变压后,变压器副线圈两端电压:

(3)经D1全桥整流后,再经C1滤波后, 由经验公式??估算电路两端输出电压平均值应为:

(4)由于稳压管D2稳定电压为6.8V,故三极管基极与集电极电压即电阻R1两端电压为:

(5)三极管工作在线性放大区,故输出电压为:

3 计算机仿真结果

图2 输入波形图图3 a、b两点电位波形图

图4 c点电位波形图图5 输出电压波形图

由以上分析结果可以看出:计算机仿真计算的结果中图3与理论计算中的相符合,图4与理论估算中的相符合,图5与理论计算中的相符合。

4 结论

(1)计算机仿真结果不但结果更精确,而且速度非常快,大大减轻了电子线路设计人员的计算强度,尤其在需要经常改变电路元件参数时或计算复杂电路时,计算机仿真计算的快捷、方便、精确的优越性就更显得突出。

(2)利用计算机方针软件设计分析电子线路可以省去很多新产品调试时间,也可以及时发现设计中的错误,避免浪费,即节约了成本有提高了效率。

(3)利用Protel 99 SE软件对一个电路进行仿真时,一般步骤是先放置信号源,再设置好自己想要仿真的内容,最后启动仿真程序,输出结果。

(4)计算机仿真结果与理论计算结果很接近,直观的体现了理论计算结果。因此,计算机仿真电路的技术具有很强的实用性。

(项目基金:辽宁省教育厅科研项目2009A788)

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