開關電源范文

導語：如何才能寫好一篇開關電源，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關鍵詞]節能；單片機；開關電源

中圖分類號：TG303 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）02-0000-01

前言：開關電源就是電源電路中的功率變換器件工作在開關狀態，它是在線性穩壓電源的基礎上產生的。它是一個把交流電變換成電，把直流電又轉化為交流電，再把交流電轉換為直流電的電源轉換電路。它是通過電路中控制元件的導通時間來調整電壓大小。開關電源屬于電力電子技術，他運用功率變換器進行電能變換，經過變換電能，他可以滿足各種用電要求。開關電源是美國 NASA 用于宇宙火箭搭載電源目的而開發的。與線性電源相比開關電源具有體積小、重量輕、效率高的特點，被廣泛用于電視機、計算機、自動控制裝置、產業機械、通信裝置等各個領域。特別是隨著半導體技術的進步和信息產業的發展，開關電源的需求量不斷擴大。隨著現代技術的發展，尤其是和單片機的結合，使得開關電源開關電源迎來了又一個生命――數控開關電源。

1 數控開關電源的基本理論

一般開關電源是隨電網電壓變化或負載變化而變化的，當電網電壓變化或負載變化引起輸出電壓降低時，反饋線圈的輸出電壓則會變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調制器會相應的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導通的時間變長；反之，當電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調制器會相應的減小PWM輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導通的時間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。

本文提出了一種采用單片機作為整機反饋量的控制單元，可以通過我們的實際需要輸入相應數字量來改變反饋電壓值，通過反饋電電壓使脈寬調制器占空比發生變化，間接地改變輸出電壓大小的新方法。稱之為數控開關電源。這種電源不但能夠設定系統輸出電壓值的大小，還能當電網電壓在一定范圍內變化或負載變化引的電路電壓的變化時保持恒定輸出。同時還能通過驅動數碼管芯片從而驅動4位的共陽數碼管進行顯示，使系統硬件更加簡潔，輸出精度更高。

1.1 橋式整流電路

橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，由四個二極管兩兩順序連接組成，輸出電壓V0是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為

1.2 脈寬調制電路

脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現晶體管或MOS管導通時間的改變，從而實現開關穩壓電源輸出的改變。本文采用能承受較大電流，漏電流較小的功率開關管，當功率開關管受PWM脈沖激勵而導通時，整流電壓加在變壓器T初級繞組Np上的電能變成磁能儲存在變壓器中，在場效應管導通結束時，Np繞組中電流達到最大值Ipmax，根據法拉第電磁感應定律：

Ipmax=（Ε/Lp）Ton

式中：E――整流電壓；Lp――變壓器初級繞組電感；Ton――場效應管導通時間。

在場效應管關閉瞬間，變壓器次級繞組放電電流為最大值Ismax，若忽略各種損耗應為

Ismax=nLpmax=n（Ε/Lp）Ton

式中：n――變壓器變比，n=Np/Ns，Np、Ns為變壓器初、次級繞組匝數。

高頻變壓器在場效應管導通期間初級繞組儲存的能量與場效應管關閉期間次級繞組釋放的能量相等：

N（E/Ls）Ton=（Uo/Ls）Toff

式中：Ls――變壓器次級繞組電感；Uo――輸出電壓；Toff――場效應管關閉時間。

因為LP=n2L， 則：（E/nLS）Ton=（Uo/LS）Toff，ETon=nUoToff

Uo=（Ton/nToff）E

1.3 啟動電路

電源是通過啟動電阻提供電流給電容充電，當電容電壓達到啟動電壓門檻值時，脈寬調制芯片開始工作并提供驅動脈沖，推動開關管工作。

1.4 反饋回路

反饋回路有單片機主導構成，起著穩定電壓輸出、調節電壓輸出和顯示電路電壓的作用。

2 單片機及電路的設計

2.1 復位電路

本文采用的是一個低功耗，高性能CMOS 8位的AT89S52單片機，為了使單片機內特殊功能寄存器初始化，所以需要一個復位電路來實現，復位后可使AT89S52單片機到初始狀態，并從初始狀態開始正常工作。在正常運行情況下，只要RST引腳上出現兩個機器周期時間以上的高電平，即可引起系統復位，

2.2 時鐘電路

AT89S52單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。從外部時鐘源驅動器件的話，XTAL2 可以不接，而從 XTAL1 接入，由于外部時鐘信號經過二分頻觸發后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續時間和最少高電平持續時間等還是要符合要求的。 外接晶體以及電容C2和C1構成并聯諧振電路，它們起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選12MHz。

2.3 D/A轉換器

如圖1-2在控制電路中需要一可變的基準電源來改變穩壓調節器輸入端電壓的大小，而單片機輸出的控制信號為數字信號，所以變化的基準電壓需借助數模轉換器產生。

3 軟件的設計

3.1 主要完成三方面的功能

1）.設置電壓并且保存，主要是對EEROM的操作。

2）.把設置的電壓送到DA，主要是對DA的操作。

3）.中斷顯示，把設置的電壓顯示到LED數碼管上。

3.2 程序設計思想

當電源打開的時候，MCU進行復位，寄存器清零。接著電源應該顯示和輸出上次關機前的電壓大小，這時候MCU先讀取EEPROM中保存的電壓編號，根據電壓編號讀出對應電壓，把該數據送到DA，在轉換成BCD碼送到顯示部分。這時候程序循環檢測是否有按鍵信號，如果調節鍵按下，電壓編號指向下一個，保存該電壓編號，讀對應電壓，把他送到DA并且顯示。如果調節鍵+按下，當前電壓數據加1，相對應輸出電壓（POWER―OUT引腳）增加0.1V，保存設置電壓數據。如果調節鍵-按下，電壓數據減1，輸出電壓減少0.1V，保存設置電壓數據。

4 結束語

結合單片機開發的開關電源是電源技術發展的創新技術，其功率小，整機的穩定、可靠，而且其對電網的適應能力也有較大的提高，一般串聯穩壓電源允許電網波動范圍為220V（ 10%），而開關型穩壓電源在電網電壓在110～260V范圍內變化時，都可獲得穩定可調的輸出電壓，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。并使開關電源進入更廣泛的領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約資源及保護環境方面都具有深遠的意義。

參考文獻

[1] 《開關穩壓電源原理與實用技術》慕苤勛等編著，科學出版社，2005.6.

篇2

[關鍵詞]軟開關技術 諧振原理 電源

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）21-0384-01

引言

近年來，電力電子技術發展迅猛，直流開關電源廣泛應用于計算機、航空航天等領域。如今，笨重型、低效電源裝置已被小型、高效電源所取代。為了實現電源裝置的高性能、高效率、高可靠性，減小體積和重量，必須實現開關電源的高頻化。開關電源的高頻化不僅減小了功率變換器的體積，增大了變換器的功率密度和性能價格比，而且極大地提高了瞬時響應速度，抑制了電源所產生的開關噪聲，從而已成為新的發展趨勢。

1.軟開關發展應時而生

以前的開關電源大多數采用脈寬調制技術（PWM），稱為“硬開關”（HARDSWITCH）電源。硬開關和軟開關是針對開關管（MOSFET）來講的，硬開關是不管開關管（DS極或CE極）上的電壓或電流，強行開或關開關管，當開關管上（DS極或CE極）電壓及電流較大時開關管動作，由于開關管狀態間的切換（由開到關，或由關到開）需要一定的時間，這會造成在開關管狀態間切換的某一段時間內電壓和電流會有一個交越區域，這個交越造成的開關管損耗稱為開關管的切換損耗。軟開關是指通過檢測開關管電流或其他技術，做到當開關管兩端電壓或流過開關管電流為零時才導通或關斷開關管，這樣開關管就不會存在切換損耗。一般來說軟開關的效率較高（因為沒有切換損）；工作頻率較高，PFC或變壓器體積可以減少，所以體積可以做的更小。但成本也相對較高，設計較復雜。

我們都有這樣的經驗，合上電閘時會產生火花，斷開電路時也會產生火花，通常斷開電路所需時間比接通時要長，產生的火花要大。原因是電路中有寄生電感和電容。寄生電感流過電流時便會存儲磁場能量，斷開電路時電感阻礙電流的變化，產生很高的感應電壓，通過電火花，電弧把磁場能量釋放掉。這部分能量是白白消耗掉的。而且會使閘刀發熱，燒蝕，因此頻繁開關會導致閘刀損壞。理想的軟關斷過程是電流先降小到零，電壓在緩慢上升到斷態值，所以關斷損耗近似為零。由于器件關斷前電流已經下降到零，便解決了感性關斷問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態值，所以開通損耗近似為零，器件結電容的電壓也為零，解決了容性開通問題。其中通斷一次的能量損耗乘以開關工作頻率即為開關損耗，為了減小體積和重量，頻率越高越好。但是頻率升高開關損耗隨之變大，電磁干擾變大。軟開關技術在這種要求下應運而生，使開關電源能夠在高頻下高效率地運行。軟開關技術是應用諧振原理，使開關變換器的開關器件中電流或電壓按正弦或準正弦規律變化，當開關管電流自然過零時，使開關管關斷；開關管電壓自然過零時，使開關管導通，從而使開關管關斷和導通損耗為零，實現了開關電源高頻化的設計，提高了電源效率，溫升亦低，工作可靠。

2.軟開關技術的原理

軟開關技術是使功率變換器得以高頻化的重要技術之一，它應用諧振的原理，使開關器件中的電流（或電壓）按正弦或準正弦規律變化。當電流自然過零時，使器件關斷（或電壓為零時，使器件開通），從而減少開關損耗。諧振變換器、準諧振變換器、多諧振變換器、零電壓開關脈沖調寬變換器、零電流開關脈沖調寬變換器、零電壓轉換脈沖調寬變換器、零電流轉換脈沖調寬變換器、移相控制零電壓轉換全橋直流/直流變換器、移相控制零電流轉換全橋直流/直流變換器及零轉換PWM變換器均可實現軟開關電源。

2.1 諧振變換器按照諧振元件的諧振方式，可分為串聯諧振變換器和并聯諧振變換器兩類；按負載與諧振電路的連接關系，又可分為串聯負載諧振變換器和并聯負載諧振變換器。其工作原理主要是通過諧振網絡與負載的諧振，使經過開關元件的電流或電壓被整形為正弦波形，開關元件在電流或電壓的過零處開通或關斷，實現軟開關過程。

2.2 準諧振變換器和多諧振變換器

準諧振變換器和多諧振變換器的特點是諧振元器件參與能量變換的某一階段，不是全程參與。這類變換器需要采取頻率調制控制方法。在基本PWM開關上增加一些諧振元件，它是準諧振變換器中最關鍵的部分。根據開關管與諧振電感和諧振電容的不同結合，諧振開關可分為零電流諧振開關和零電壓諧振開關兩類。零電流諧振開關是將諧振電感與PWM開關串聯，利用電感中諧振電流過零點時，使開關零電流關斷；零電壓諧振開關是將諧振電容與PWM開關并聯，利用電容兩端諧振電壓過零點時，使開關零電壓開通。它們各有L型和M型兩種電路方式，而且根據功率開關管是單向導通還是雙向導通，又可分為半波模式和全波模式。

2.3 零開關PWM變換器

零開關PWM變換器包括零電壓PWM變換器和零電流PWM變換器，。它們特點是變換器工作在脈沖調寬的方式下，電路簡單，工作穩定。輔助諧振電路只是在主開關管開關時工作，實現開關管的軟開關，其它時間停止工作。它們是在準諧振軟開關的基礎上，加入一個輔助開關管，來控制諧振元件的諧振過程，實現PWM控制。它只利用諧振實現換相，換相完畢后仍采用PWM工作方式，從而既能克服硬開關PWM在開關過程中的三大缺陷，又能保留硬開關PWM變換器的低穩態損耗和低穩態應力的優點。

2.4 移相控制零電壓轉換全橋式直流/直流變換器和移相控制零電流轉換全橋式直流/直流變換器及兩者混合式的變換器是大中小功率軟開關電源的主要形式。這類變換器通過改變全橋對角線上下開關管驅動電壓移相角的大小來調節輸出電壓，讓超前臂開關管的控制極上的電壓領先于滯后臂開關管控制極上的電壓一個相位，并在控制器的控制端對同一橋臂的兩個反相驅動電壓設置不同的死區時間，巧妙利用變壓器漏感和開關管的結電容及變壓器初次級之間寄生電容來完成諧振過程，實現零電壓或零電流開通或關斷。

2.5 零轉換PWM變換器零轉換PWM變換器包括ZVT-PWM變換器和ZCT-PWM變換器，其諧振網絡是與主開關并聯的。在開關轉換期間，并聯的諧振網絡產生諧振獲得零開關條件。開關轉換結束后，電路又恢復到正常的PWM工作方式。因此，零轉換PWM變換器既克服了硬開關PWM和諧振技術的缺點，又綜合了它們的優點。為此，該類變換器在中大功率場合得到廣泛應用，并具有如下優點：①采用PWM控制方式，實現恒定頻率控制。②輔助電路只是在開關管開關時工作，其他時候不工作，而且是與主功率回路相并聯，不需要處理很大的環流能量，從而減小了輔助電路的損耗。③輔助電路的工作不會增加主開關管的電壓和電流應力。

3 結束語

人們在諧振技術和無損耗緩沖電路的基礎上提出了組合軟開關功率變換器的理論。即電路中既可以存在零電壓開通，也可以存在零電流關斷，同時既可以包含零電流開通，也可以包含零電壓關斷，是這四種狀態的任意組合。由此可見，由無損耗緩沖技術和諧振技術組合而成的新型軟開關技術將成為新的發展趨勢。

參考文獻

[1] 羅松筠.廣播發射新技術.成都：電子科技大學出版社，1990.

篇3

開關電源是一種高效節能的優質電源。然而在電子設備工作過程中，開關電源會產生比較嚴重的電磁干擾。本文根據高中物理所學知識，在與老師的溝通和指導下，研究開關電源電磁干擾的產生原因，并從屏蔽、濾波、接地以及電路等方面簡要分析了干擾抑制措施。

【關鍵詞】高中物理 開關電源 電磁干擾 抑制

開關電源的應用十分廣泛，其小型化和高頻化雖然為電子設備的發展帶來了很多便利，但所產生的電磁干擾也愈發嚴重，對功能發揮的影響越來越大。因此，必須采取有效的電磁干擾抑制措施，削弱甚至消除電磁干擾，保證電子設備能夠正常運行。

1 開關電源電磁干擾的產生原因

根據高中物理的知識學習，我們知道在電子設備的工作過程中通電電流的傳導會出現一些無用信號或電磁噪聲等，會對電路器件設備、傳輸通道以及系統的性能造成干擾，這種干擾就是電磁干擾。電磁干擾的出現有很多可能的原因，電磁干擾的的干擾源一般都是電壓電流變化比較大的元器件，包括開關管、二極管及變壓器等。

通過總結經驗，并學習資料，開關電源電磁干擾產生的主要因素包括下面一些內容：

1.1 開關管產生電磁干擾

開關電源中原邊主電路的開關管大多采用MOSFET功率管，這種開關管具有小電荷存儲效應，開關速度快，在開通、斷開時，電磁干擾易于產生。對于這種電磁干擾，通常的做法是通過吸收電路進行削弱，但加裝吸收電路會對電源效率造成一定影響。

1.2 高頻變壓器產生電磁干擾

在開關電源的功率變換電路中，開關管的負載是高頻電壓器的初級線圈，呈感性，在開關管開通的瞬間，初級線圈中會出現很大的電流，相應的線圈會產生很高的電壓；在開關管斷開的瞬間，初級線圈的部分能量停留在初級線圈中，無法導入次級線圈，這部分能量會在原邊電路中的電容和電阻上產生衰減震蕩。如果高頻變壓器兩端的濾波電容容量不夠大，或者高頻特性較差，電容上的高頻阻抗就會導致高頻電流以差模的方式傳導到交流電源中，從而產生傳導干擾。

1.3 整流電路產生電磁干擾

工頻交流電需要通過整流變成單向脈動電流，轉換的結果除了直流分量外，還存在著一些高頻諧波分量，這些高頻諧波分量會導致輸入功率因數變小，同時還會附帶較大的THD，這不僅會對電網產生很嚴重的干擾，還會通過電源線造成射頻干擾。

2 開關電源的電磁干擾抑制措施

2.1 屏蔽技術

屏蔽是我們日常生活中都能接觸到的物理原理，包括中央一套《加油！向未來》的節目中驗證了特斯拉線圈的實驗。電磁屏蔽的原理是通過加裝屏蔽體來削弱甚至完全阻擋電磁能量。在開關電源的電磁屏蔽中，分為兩個部分：

（1）對產生電磁干擾的元器件進行屏蔽；

（2）對容易受到電磁干擾的元器件進行屏蔽。

開關電源中，產生電磁干擾的元器件一般是變壓器、電感器以及各種功率器件，對于這些元器件的電磁屏蔽，可以使用銅板或者鐵板圍繞起來，從而削弱其產的電磁干擾。對于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進行屏蔽。另外，還可以通過整體屏蔽的方法，使用強導電性的材料把開關電源整體都圍繞起來，從而防止其中產生的電磁干擾向外擴散。在應用整體屏蔽時，需要注意以下兩點問題：

（1）屏蔽材料的接縫、電線以及輸出端子的接口都很容易發生電磁泄漏，在應用整體屏蔽時需要著重處理；

（2）整體屏蔽需要將開關電源整體圍繞在屏蔽體中，這就會導致散熱出現阻礙，相應的，設備成本也會增加。

2.2 濾波技術

通過《整流和濾波》部分的學習，我們可以知道濾波技術可以應用到開關電源傳導干擾的抑制中。通過學習其他資料了解到開關電源的傳導干擾包括共模干擾和差模干擾兩種，共模干擾出現在相線和地線以及中線和地線之間，共模干擾的電流會在相線和中線內部同時出現，大小和方向都相同。差模干擾出現在相線和中線之間，差模干擾的電流同樣會在相線和中線內容同時出現，大小相同，但是方向相反。濾波技術無論是對差模干擾還是共模干擾都有很好的抑制作用，由于共模干擾和差模干擾一般會同時出現在開關電源傳導干擾中，所以在加裝濾波器時一般會將共模濾波和差模濾波同時考慮在內。實踐發現，對于內阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設計低值，對于內阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設計高值；負載電阻高時，濾波器輸出阻抗需要設計低值，負載電阻低時，濾波器輸出阻抗需要設計高值。

2.3 接地技術

接地技術是廣泛應用的一項物理技術，同時也是漏電保護中很常用且效果很好的一種技術。開關電源中的接地屬于屏蔽接地。在設計屏蔽接地時，需要注意以下幾個方面。

（1）開關電源的接地包括交流接地和直流接地，必須將兩者嚴格分離，一般采用浮地技術將開關電源的直流地和交流地分隔開，從而來屏蔽交流電源地線所產生的干擾。

（2）功率地和弱電地要分開。功率地應用于是負載電路或者功率驅動電路，電流和電壓都很大，因此很容易產生干擾，必須和其他弱電地分隔開。

（3）地線直徑盡量大。直徑小的地線會導致接地電位隨電流變化而變化，從而進而影響抗噪聲性能。

2.4 電路措施

開關電源干擾抑制中的電路措施包括吸收電路、軟開關技術以及器件選擇。

（1）開關電源中電磁干擾的產生主要是憂郁電壓和電流的短時間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時，可以通過設計吸收電路，分散能量，降低電路中的電壓和電流變化幅度。

（2）在原有的硬開關電路中設置電感和電容，通過其諧振特性，能夠有效減少電壓和電流的重疊，從而降低電磁干擾。

（3）在開關電源設計中，盡量選擇不容易產生、傳導以及輻射電磁干擾的元器件。

開關電源的電磁干擾一直是影響電路性能的一大問題。通過資料的學習和分析，在開關電源的電磁干擾抑制中可以結合實際情況綜合使用多種電磁干擾抑制措施，這樣才能發揮最大的作用，有效保證電子設備的正常工作。

參考文獻

[1]左琛，胡瑩，常越.開關電源中電磁干擾的產生及其抑制[J].電力電子技術，2015（01）：33-34.

[2]周偉英，丘水生.開關電源電磁干擾抑制技術[J].低壓電器，2015（19）：52-53.

[3]梁安平，王銀樂.開關電源抗電磁干擾的研究與分析[J].電源世界，2014（07）：35.

篇4

【關鍵詞】機電設備；開關電源；設計

1.機電設備中開關電源的工作原理

1.1 原理簡介

在節電設備的開關電源中，開關元件主要是利用電子技術通過半導體等相關的元器件對開關的打開以及關閉進行控制，從而有效的保證電壓能夠穩定的輸出。通過開關電源能夠使得晶體管能夠實現接通與關閉，晶體管導通的情況下，電壓比較低，電流比較大；晶體管關閉時，電壓比較高，電流比較小。半導體元件中電壓與電流的成績就是該元件的損耗量，所以說此類開關電源能夠在損耗比較低的情況下能夠提供多種直流電源。

在PWM工作的時候其首先是將輸入電流的電壓進行斬波，從而將其轉換為與輸入電壓幅值相同的脈沖電壓。對于機電設備開關電源的調節主要是通過脈沖的占空比進行控制的，通過PWM將其斬波為交流方波之后，就可以通過變壓器等設備對幅值進行控制。想增加電壓的組數，只需對變壓器的繞組數目的增加就可以實現。通過整流濾波的作用，就能夠獲得我們所需要的直流電壓。

在對機電設備開關電源的設計中，輸入能夠從母線出獲取，這是對于變頻器的特點進行分析得出的結論。在開關電源的設計中主要包括以下幾個方面：輸入電路、功率因數的校正以及轉換、輸出電路和頻率振蕩器等部分。

若想實現電能的轉換主要是靠高頻的電子開關實現的，根據數據分析可知若接通占空比的高地決定著負載電壓的高地。

1.2 UC3842的反激式原理簡介

對開關電源的分類通常有反激式變換器以及正激式變換器兩種，在本文中筆者將對反激式變壓器進行著重討論。反激式變換器主要指的是變壓器的初級性與次級性時不同的，而正激式變換器則與之相反。

對于反激式變換器的工作原理介紹：在打開的時候，Q1為導通的狀態，在LP的兩側對其加以電壓U0，此時的電流就會呈線性增加的方式進行升高，反激式變換器則進行儲能作用；反激式變換器的此時的電壓為N0/N2與Vm以及D的乘積，在這個時候位于L5兩側的電壓上方的為負電壓，下方的為正電壓，但是D0由于反偏的作用就會停止。在其關閉的時候，Q1處于關閉狀態，此時其中的電流為0，但是在原邊中的電壓的極性則呈反向，相應的副邊電壓也會發生調換，這時候之前所儲存在變壓器中的磁能就會轉變為電能進行釋放。

對于單端的反激式變換器來說，在其開關導通的時候能夠進行電能的儲存，在將開關關閉的時候能夠將之前所儲存的電能進行釋放，所以說高頻變壓器不僅具有變壓、隔離的作用，同時還是一種能夠進行能力儲存的元件。

2.關于開關電源的設計細節

2.1 所選用的器件介紹

通過UC3842能夠產生PWM波形，能夠對電流方式進行很好的控制。在這種電路中不但具有振蕩器，而且具有能夠為溫度補償提供參考等作用，若想有效的驅動MOSFET，就必須選用大電流圖騰柱輸出。

在UC3842中，首先要在其引腳的電路的1腳要求與定時電阻和電容之間進行連接，其作用是控制震蕩頻率；2腳與阻容元件之間進行連接，其主要作用就是對誤差放大器的頻率進行補償；其3腳要與反饋電壓的輸入端之間進行連接，這樣才能夠實現其電壓轉向反響輸入端的功能；與4腳進行連接的則是電流的檢測輸入端；；7腳的作用為基準的電壓輸出。

在TL431電路中的電壓基準與齊納管的運行為同種原理，利用外部電阻能夠實現對其電壓編程為40V，通常將其坎作為能夠維持電壓穩定的二極管，在其兩端的輸出電壓主要是由它外部所連接的電阻所決定的。當TL431的輸出電壓提高的時候，就會使得其中的晶體管VT能夠導通，其輸出電壓相應的就會降低。

由于在開關電源的輸入端的電源大多都是從直流的母線中所取得的，在反激變換功率關斷的時候就會使得電壓出現頂峰，為了對電路進行保護就必須對其采取相應的措施以抑制。通過RCD能夠有效的緩解存在于元器件兩側的過電壓。通過RCD電路的設計，根據楞次定律的相關知識可以知道，當關斷MOS的時候，能夠在變壓器的原邊中形成一個非常高的瞬時電壓，由此可見在設計選擇MOS的時候要保證其能夠承受的電壓在實際電路輸入電壓的1.5倍以上。

2.2 關于電路

在機電設備的開關電源的設計主要是為了實現對于功率開關管的控制以及IC的控制，其電源的供給主要是通過直流母線，之后再設計各種電壓的開關電源。在本文中筆者將對10V的開關電源的設計過程進行闡述，向大家講解機械設備的開關電源設計中的關鍵。

UC3842這種芯片能夠很好的實現對電流控制的功能，這種芯片主要是通過對頻率的調節從而實現對輸出電壓的有效控制。在其工作的狀態中在濾波器的作用下，能夠對開關的噪音以及諧波等進行濾除。交流電壓之間形成一個能夠抗串膜的干擾電路，主要就是為了能夠對噪聲實現其抑制的作用。

電路中的交流電源能夠在經其處理之后進去到整流器之中，從而獲得我們所需要的電壓。也就是說通過濾波電容的輸入將輸入電壓中所存在的一些干擾因素進行去除，從而得到一個穩定的輸出電壓。

對于啟動電路中主要包括電阻以及電容，若想保證其在啟動之后能夠正常工作，首先要保證其功率能夠達到2W，在電容中所存儲的能量要保證能夠滿足開關電源啟動時的需求，不能夠低于150uF。

由于此電源開關中有很多電路輸出，不能夠單純的對其中的某一路進行反饋，所以說要在電路中設計一個反饋線圈來進行對電壓的反饋，由此實現對沒路輸出進行很好的控制。通過整流濾波的作用能夠為人們提供一個相對較為穩定的電壓反饋。

在通過UC3842對電路進行保護的時候，如果輸入端出現短路的情況，就會導致過流的現象，從而導致漏極電流明顯的提高，其中的電壓也會有明顯的提高。

如果引腳中的電壓超過2V的時候，比較器中就會輸出比高電平，這樣就會使鎖存器復位，輸出也就會隨之而關閉。在這種情況下芯片的引腳中是沒有輸出電壓的，從而達到了保護電路的目的。如果電路中的電壓太高，不能夠很好的實現對占空比的調整，就會導致變壓器中的電壓升高，從而輸出也會關閉。

在電路短路的情況下，電流的突然增大所產生的熱量就會使電阻值增大，實現斷路的作用，經過技術解決之后，自恢復開關便能夠恢復其阻抗值。

根據示波器的顯示我們可以發現，在直流母線的上電過程中電壓不夠穩定，但是在芯片的調解下，能夠有效地保證電壓輸出，由此可見其抗干擾的能力是非常強的，所以在一些比較復雜的環境中也能夠正常的工作。

在機電設備開關電源的設計中要實現電源通道之間的相互隔離，只需在原基礎之上加入一些新的元器件就能夠達到我們的目的，投資不高，能夠更好的對變頻器進行利用。根據機電設備中開關電源的使用調查情況可以發現，此電路系統是非常安全的。

3.變壓器的設計細節

3.1 變壓器參數

變壓器的工作頻率為50kHz，變壓器的工作周期為30us，其工作效率η為0.87；變壓器的電壓為220v±50%，所以其范圍為110v—330v，該變壓器的輸出功率為120w。

3.2 變壓器設計過程

在變壓器的設計過程中首先要按照整流管的損耗選擇合理的刺心，變壓器的輸入功率通過計算式計算為率P輸入=P輸出/η=120/0.87=138W。變壓器的磁芯一般都是選用鐵氧體的磁芯，主要原因是由于這種磁芯的電阻率比較高，而且價格比較便宜。

UC3842能夠有效的對電流的峰值進行控制，在其正常運轉的情況下，該芯片的占空比要小于0.6，在變壓器的設計過程中占空比按照0.5進行計算，所以說在變壓器的工作過程中開關管的導通時間為12.5微秒，變壓器的輸入電壓為180v。

變壓器工作過程中的磁通密度也非常重要，在其溫度處于100攝氏度的時候其磁感應強度為400mT，將此時變壓器的振幅折中計算，此時交變電流的磁通密度為0.238T。

對于邊緣線的匝數的計算時，首先要掌握變壓器中磁芯的有效面積，不同的變壓器的型號可以找出其中的固定數值等方面進行計算。變壓器的電源輸出端與負載之間連接的時候通常都會使得電壓降低，在變壓器的設計中就要在設計基礎之上對每個輸出電路多設計出一匝，這樣能夠得到一個要高一些的電壓，自后再由穩壓器的轉換得到我們所需要的電壓。

4.結語

對于機電設備開關電源的設計具有非常高的要求，在對于開關電源的設計中只有很好的把握好其中的技術關鍵才能夠保證設計成功。

由于機電設備經常性的開啟和關閉，所以在設計開關電源的時候要保證能夠在電磁干擾比較低的情況下為其提供穩定的電源，通過選取合理的電容值，避免波紋的出現對機電設備的供電產生影響。由于機電設備開關電源在性能方面比較優越，在未來的機電設備中的應用會變得越來越廣泛，所以對于此類問題的研究還要不斷的深入。

參考文獻

[1]張帥，李俊剛，王興.開關電源設計[J].科技資訊，2011，34.

篇5

關鍵詞：開關電源 高頻 小型

1　引言

隨著電力電子技術的告訴發展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發展。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發展空間。

開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。 2　開關電源的分類

人們的開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。 2.1 DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （1） Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 （2） Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3） Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4） Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI，極性相反，電容傳輸。

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。 2.2 AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

3　開關電源的選用

開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特點（多級串聯），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優勢，其輸出電壓穩定度可達（0.5~1）%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注意以下幾點： 3.1輸出電流的選擇

因開關電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為： Is=KIf 式中：Is—開關電源的額定輸出電流； If—用電設備的最大吸收電流； K—裕量系數，一般取1.5~1.8； 3.2接地

開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。 3.3保護電路

開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。 4　開關電源技術的發展動向

開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的的可靠性大大提高。

篇6

1．1基本拓撲

基本的拓撲包括BUCK、BOOST、BUCK－BOOST、CUK、正激變換器、反激、半橋、全橋、推挽變換器。在課堂教學中應該使學生熟練掌握其工作原理、應用場所、電流連續和電流斷續的工作波形、拓撲中的關鍵參數的計算，為學生設計基本的開關電源電路打下堅實的基礎，這是第一層次，要求學生必須熟練掌握。尤其要著重講解基本拓撲BUCK變換器，因為很多拓撲結構甚至是基本拓撲都可以由BUCK變換器變換得來。如果能在課堂上重點講解BUCK變換器，使學生完全掌握BUCK變換器的原理和波形，對學生后期的開關電源學習將會大有助益。第二層次是以基本拓撲為核心部分的主功率電路各部分參數計算，相當于電源工程師的項目計算書部分，這也是電源工程師必須掌握的基本技能。由于課上時間有限，教師在課上會把拓撲中關鍵器件主要參數的計算方法給出，不可能把所有的參數計算一遍，所以導致有些學生就停滯在這個層次上，沒有在課下把所有的參數，尤其是關系到器件選型的參數進行設計，為了解決這個問題，在課程中后期安排學生團隊制作實物開關電源，在這個過程中就必須要對每個計算參數都要反復核算，這個教學環節取得了較好的效果。第三層次是主功率電路器件選型和調試，基本上只有參加過實物制作、電子設計大賽、實習項目的學生有機會達到這一步，通過實際存在的問題，就問題去解決，才會在實踐當中結合他們上課學習的電源理論切實地體會調試電路的樂趣。

1．2PWM和PFC控制芯片

這部分會通過調研報告的形式讓學生先去搜集相關PWM和PFC控制芯片的最新信息，先讓學生去感知、去了解現在出來最新的控制芯片已經可以做到哪些功能了，此外重要的是積累總結每一個拓撲可以有哪些控制芯片來控制。讓他們自己去發現問題，感知問題，帶著問題和好奇，在課堂上授課教師會深入講解PWM控制芯片的基本控制原理，通過工程項目詳細講解如何快速掌握一個新的控制芯片每個引腳的功能，電路的設計方法、元器件參數計算方法，使學生掌握如何用控制芯片來控制變換器實現電能的變換，學會設計控制芯片與變換器的連接電路，即檢測電路和功率管的驅動電路。在課堂上教會學生使用PWM控制芯片數據說明書設計控制電路達到層次一，在課程學時中專門安排學生學習控制芯片電路的設計方法和參數計算方法達到層次二，不僅讓學生掌握一種控制芯片的電路設計方法，更重要的是舉一反三，在以后的設計和工作崗位上面對新的平臺和控制芯片依然可以設計出符合要求的電路。

1．3變壓器和電感設計

授課教師在課堂教學中依據教學改革培養電源工程師為目標不僅要介紹變壓器和電感的各個參數的計算方法，還會結合實際項目講授變壓器同名端和異名端在實際電源制作時的注意事項，變壓器的制作方法，掌握電壓器參數的測試方法和測試工具，掌握用示波器和信號發生器測試變壓器的匝比和同名端的方法。變壓器和電感的設計直接關系到隔離型變換器的性能，很多學生對變壓器和電感磁路設計部分學習起來會有些困難，所以這部分將作為課程的難點來重點講解。

1．4保護電路設計

課堂教學中一部分學時將用來著重講解各種保護電路，包括輸入輸出過壓保護、過溫保護、過流保護、輸入欠壓保護等。將采用調研報告、啟發式和討論式等教學方法引導學生去積累這些保護電路，學會在不同平臺、不同應用場合使用不同的保護電路。

1．5閉環電路調試

結合自動控制原理課程的相關知識，著重講解開關電源閉環電路的設計和分析，尤其是PID調節器的調試方法，結合實際項目演示電源工程師閉環電路調試過程，激發學生學習開關電源的學習興趣，通過實物和仿真軟件讓學生體驗調試的樂趣，這部分是開關電源課程重點講解的內容，要聯系實際項目，是課程的核心內容。以上5個部分是課程的主要教學內容塊，完全按照培養電源工程師的目標下制定的教學計劃，可以做到較好地給學生從課堂到就業的過渡，而不再是到了工作崗位上感覺課堂學習的東西和實際工作聯系不緊密，什么知識什么技能都要工作之后學習。在課堂上，保證學生完全掌握第一個層次，通過課后作業、課堂實際項目案例、電源制作等形式的教學方法使大部分學生掌握層次二，在平時的教學中注意動手能力強或者電路設計能力強的學生，通過帶學生電子設計大賽、創新大賽，或者學生在項目中輔助教師擔任研發助理的工作等，使一部分學生研發能力可以快速提高，培養成具有基本技能的初級電源工程師。

2課程考核方式改革

考慮到開關電源課程的實踐性強的特點，著重考核學生掌握所學的基本電路拓撲理論和技能，能綜合運用所學知識和技能去分析電路、調試和測試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。

2．1制作電源實物

基于課堂系統的理論學習，獨立制作75W單管正激變換器實物的能力考核，該正激變換器采用何種磁復位技術不限，根據班級人數，3～4名同學為一個小組，明確不同分工，共同制作出一款正激變換器。同時培養學生的團隊合作意識，考核的內容也要增加當該團隊遇到分歧和困難的時候，是如何解決的。

2．2課堂表現

主要是包括回答問題的情況，對問題分析的程度，出勤率，在平時小組討論時的表現和活躍程度。

2．3科研報告、口頭匯報

通過讓學生搜索近3年國內外開關電源、尤其是通信電源技術和產品的最新發展概況，增強學生的自我學習能力，在以后的學習和工作中掌握更新自己開關電源知識體系的能力，這是我們教學的重點，不只是教會學生電源的基本知識，還要教學學生學習探索開關電源領域的學習方法。選取部分優秀學生的科研報告由學生濃縮成5分鐘的口頭匯報結合PPT、實物動畫等多媒體展示方法在上課前5分鐘做口頭匯報分享給學生們。不僅較好地激發學生學習開關電源的興趣也能夠充分鍛煉學生的公開演講能力。

2．4作業

作業著重在學生是否是自己獨立完成的電路設計，而不是應付了事。哪怕學生的設計內容很少，但是只要是他們自己經過思考得來的就要比其參考其他人的作業效果要好很多。

3開關電源技術教學改革反思

篇7

結論 新規定對滅菌前后進行完整記錄，有利于滅菌效果的檢測和質量的控制，使其有可追溯性。

【關鍵詞】醫院設備 開關電源 維修

隨著醫學電子技術的不斷發展，醫療設備的種類也逐漸增多，醫療設備的好壞與治療患者的程度有著緊密的關系，但是任何一臺醫療設備都離不開電源，絕大部分電源屬于開關電源，在日常生活中，大部分的故障都是因為電源的無法使用導致的，所以針對這一點而言，應該將開關電源的維修重視起來，由于醫療設備本身存在著特殊性，給具體的施工帶來了很大的不便，本人主要針對醫院設備開關電源的維修做相關的闡述，內容如下[2]：

一、醫療設備開關電源的常見故障

隨著科技的不斷進步，醫療設備趨向于以安全性，穩定性以及準確性的方向發展，這種發展至關的體現了高度集成電路的應用，雖然說設備逐步朝著更好的方向發展，但是由于醫療設備本身的特點，決定了在實際工作中對電壓以及電流有著比較高的要求，所以針對電源而言，更應該選擇安全可靠的電源，以保障設備的安全運行。在實際的工作中，電子儀器中的電源出現故障的幾率最高，在實際應用中，開關的故障也居榜首，要保障設備可以穩定工作，對于電源的維修應該進行詳細的技術分析[3]。

二、電源維修的原因分析以及檢修

在進行醫療設備開關電源維修的過程中，首先應該觀察的是電源的外觀，觀察有無電容的爆裂，再有就是觀察電阻是否因為高溫而變色，集成塊的破裂，變壓器有無擊穿糊點等，并且應用萬用表來檢查開關中各功率是否有出現短路的情況，在電源開關中，三極管和開關變壓器是其核心，直接影響著開關的質量以及壽命，針對三極管而言，在反壓狀態下，如果沒有相關的保護電路，非常容易出現被燒毀以及擊穿的現象，在這里，就應該選擇比較好的開關管，因為好的開關管可以保障電源的穩定，其中他也是電源的發熱元件之一[4]。

相對于普通的開關電源來講，在開關中最重要的是調整設備元件的閉合狀態，因為如果電路出現異常，開關的元件就會自動斷開，這個時候設備就會停止工作，以保障設備的安全，當開關電源發生故障的時候，一定要在故障預處理中將主要輸出端和地面之間接上電阻，這一點是很重要的[5]。

針對醫療設備而言，需要注意監測開關的電源，確保地線的埋設方式，最好采用隔離變壓器，這樣可以提高設備的性能，在進行醫療設備檢測的過程中，應該將設備與電源隔離，因為存在故障元件的開關設備，非常容易產生絕緣擊穿的現象，造成局部高壓，所以針對這一點而言，應該引起維修人員的注意[6]。

在醫療設備中，電源的設計主要是為了保護設備，防止設備的損壞，為了保證設備的正常工作，應該加強人員的管理，提高維修人員的整體素質，在開關發生故障的時候，第一時間檢查出原因，并且及時的進行維修。以便于工作的順利開展。

三、討論

由于醫院的特殊性，決定了在醫院的日常工作中，應該加強醫院設備的維修和管理，針對醫院的設備而言，開關起著至關重要的作用，因為設備的開關在一定程度上保障著設備的安全，開關中有很多組成部分，在實際工作中，首先要保證開關的質量，以增加其年限，然后就是進行經常性的維修，防治由于開關問題而造成的設備損傷。在醫院中，醫療設備的功率都比較大，經常會有大電流經過，出現事故的頻次也多，在維修的過程中，切記不購買劣質的開關，并且要結合電器本身的特點進行維修，在保障開關質量的同時，保障設備的正常運行，只有這樣，才能讓醫院的醫療設備更好的為患者服務。

參考文獻

[1] 鄭越，張代潤，黃付剛，石曉麗.基于雙環控制策略的功率因數校正電源的研制[A].第九屆全國電技術節能學術會議論文集[C]，2007.

[2] FAN Zhong-yao，CHENG You-liang，LI Xin，YING Bo-fen （Department of Power Engineering， North China Electric Power University， Baoding 071003）. 電能質量與節約能源[A].中國動力工程學會第三屆青年學術年會論文集[C]， 2005.

[3] 趙雁平，鐘財進，趙小紅.北京萬東F-ⅢAT型500mAX線機故障維修一例[A].中華醫學會第十三屆全國放射學大會論文匯編（下冊）[C]，2006.

[4] 范開洲，鄭富強.醫療設備開關電源維修技術的探討[A].中華醫學會醫學工程學分會第八次學術年會暨《醫療設備信息》創刊20周年慶祝會論文集[C]，2006.

篇8

關鍵詞： 開關電源；井下電機；PWM；UC1525A

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A

井下智能鉆井工具一般采用渦輪發電機作為電源，驅動井下電機控制執行機構工作，實現井下閉環控制。渦輪發電機輸出的直流電壓受泥漿脈沖影響，波動大，未經過開關穩壓，導致電動機供電電壓不穩定，在低速運行時不平穩，限制了電動機的低速性能，影響井下智能鉆井工具正常工作。為此，設計了一種井下DC-DC開關電源，為井下電機提供穩定直流電壓，確保電機在低速狀態下平穩運行，進而提高井下智能鉆井工具工作的可靠性及穩定性。

1 總體設計方案

1.1 總體電路設計

DC-DC電源工作在井下高溫高壓環境中，且靠近發電機及力矩電機震動源。在這種環境溫度下，常規半導體電子器件及其組成的電路將難以可靠工作。本設計中輸入電壓高于輸出電壓，為盡可能減少所用器件以降低高溫情況下因單個器件不穩定導致平均工作壽命減少的情況發生，對比其他電路結構及功率輸出情況后，采用BUCK結構電路。開關頻率定為3kHz，輸入直流電壓范圍：90-220V，輸出電壓：48V±2V，輸出電流：10A±2A，最大功；500W，最大外徑：100mm，工作溫度：125℃。

1.2 主電路設計

主電路中，輸出濾波電感采用鐵硅呂磁環，以適應井下振動環境，電感按臨界模式計算，為：

式中Vo為輸出電壓，Dmin為占空比最小值，Iomin為輸出電流最小值，T為周期。

單個電感采用五個77191A7鐵硅鋁磁環疊加共繞，采用了多個磁環疊加繞制后并聯使用。

輸出端濾波電容最小值滿足：

PWM控制電路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，該控制器工作溫度可到125℃，滿足井下工作環境對器件的要求，輸出級為兩路圖騰柱式輸出，最大驅動電流200mA。

開關MOS管的源極是懸浮的，為形成相對的驅動電壓Ugs，采用變壓器隔離驅動，開關管采用MOSEFT，驅動功率相對較小，為加速MOSEFT快速導通和截止，減少開關損耗，輸出端加入耦合電容和PNP型三極管。為防止由于變壓器漏感帶來的尖峰電壓擊穿MOSFET，采用鉗位二極管。

考慮到井下高溫強振的工作環境，高頻變壓器采用德國VAC公司超微晶磁材料VITROPERM 500F（居里溫度為600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作開關電源功率變壓器，鐵損低，飽和磁通密度、磁導率高，可以抵抗強振動應力。

通過以上設計與計算，得到主電路電路設計圖如圖1所示。

1.3 單端正激式輔助電源設計

為保證主電路PWM控制器穩定工作，引入輔助電源，為開關管驅動電路及兩個PWM控制器UC1525A供電。設計參數12V/400mA，即該電路可實現輸入60～200VDC，輸出12V/400mA。由于主電路采用的是BUCK非隔離結構，輔助電源設計時為簡化電路采用非隔離式，如圖2所示。

輔助電源中，考慮渦輪發電機整流后的電壓容易超出三極管極限參數，為保證穩定，自啟動電路設計采用兩個三極管串聯使用， Rb1，Rb2 ，Rc1為限流電阻。C13上的電壓給輔助電源上的PWM控制器提供啟動時間，隨后當變壓器輸出端有穩定電壓時，將由輸出端提供能量。為防止輸出端負載對充電回路的影響，加入二極管D14。采用該種方法設計可以減少限流電阻上的損耗，保證輔助電源穩定啟動，為主電路PWM控制器提供相對穩定的電源做好鋪墊。

單端正激式變壓器磁芯材料采用德國VAC公司的超微晶材料磁環W373，由于輔助電源功率較小，故開關頻率可以取得稍大，開關電源頻率為50KHz。

整流濾波電路設計同BUCK結構設計類似。控制器同樣采用TI公司的UC1525A，與BUCK結構設計方法相同。

1.4 開關電源熱設計

本文所設計的開關電源在井下高溫強振環境中工作，必須將發熱器件產生的熱量盡快發散出去，使溫升控制在允許的范圍之內，以保證可靠性。考慮工作環境特點，本設計采用散熱片為開關電源散熱。

MOS管采用IRFP460A，為盡可能好的散熱，將功率管固定于散熱片上，功率管和散熱片之間加入導熱系數好的散熱硅脂。

2 開關電源性能測試

為確保所設計的開關電源能夠滿足系統性能需求，在實驗室對樣機進行性能測試。

2.1 開關電源基本功能測試

由于前端電壓波動較大，為更好地看到效率與輸出功率及輸入電壓波動情況，采用取樣分別測量整流后電壓70V、100V、145V、195V時效率隨輸出功率變化情況。測量輸出功率時用直流檔，測量整流前端輸入功率時用有效值檔，結果如表1所示。

2.2 開關電源可靠性測試

滿額功率輸出時，溫度達到動態平衡時開關管最大溫升約為15℃（采用點溫儀測試）。電壓及紋波參數均未出現異常現象，常溫特性比較好。電源性能良好，輸出電壓誤差小于1V。經過近800次開關通斷電，電路工作狀況未發生問題，電路輸出電壓不受影響。

長時間工作于150℃時，電路板及開關器件均正常，隨著負載功率上升，輸出電壓有下降趨勢。

3 結論

3.1 應用于鉆井井下的開關電源，其主電路拓撲形式選用BUCK電路，所用電子器件少，結構形式簡單，能夠滿足井下狹小空間對于工具尺寸的要求。

3.2 開關電源控制環路設計過程中需建立開關電源完整的小信號數學模型，并對其進行開環小信號分析，確保其穩定性。

3.3 主電路與輔助電路設計中對輸出濾波參數的計算一方面采用理論計算，一方面采用經驗值并考慮溫度等特性，器件選型上有一定余量，保證其穩定工作。

3.4 在高溫條件下，需要考察開關電源功率器件散熱量和環境溫度的平衡溫度點以及功率器件在電源艙不同位置時的溫升平衡點，確定功率器件最佳散熱位置布局，實現開關電源溫升最小化。

參考文獻

[1]PRESSMAN A L.開關電源設計[M].王志強，譯.北京：電子工業出版社.2005.

[2]周習祥，楊賽良.BUCKDC/DC 變換器最優化設計[J].電子設計工程，2010.

[3]趙負圖.電源集成電路手冊[M].化學工業出版社，2003.

篇9

關鍵詞：開關電源發展狀況；最新研究成果；存在的問題

中圖分類號：TM462 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）052-010-01

1 發展狀況

開關電源本質上是電壓轉換器，主要的任務是電壓的變換，現在的應用是相當的廣泛。利用開關管工作在“接通”和“關斷”兩種狀態，因此俗稱開關電源。它與傳統變壓設備相比具有諸多優點，比如說穩定性得到大幅度提升、轉換效率很高、體積小便于集成化等等，但是開關的電源的功率現在仍然是一個瓶頸。開關電源的發展方向頻率越來越高，頻率高了之后使開關電源體積變小，開關電源也隨之有更加廣泛的應用領域。開關電源就是利用電子器件晶體管、GTR和IGCT管等等，通過脈寬調制技術，使開關管不停地“開”和“關”，晶體管、GTR和IGCT管對波形進行脈沖調制，來實現直交、直直等電壓變換。但是與傳統的線性電源不同的是，線性電源管子工作在線性區；開關電源是通過脈沖寬度調制讓功率管只工作在開和關兩種狀態下，在導通和關斷兩種狀態中，功率管上產生的損耗極小，因此便于集成化和高頻化。

開關電源現在是開發器件的同時研究開關控制技術使開關電源在近年來得到迅猛的發展。開關電源以交流變直流和直流變直流兩大類，也有交交和直交如逆變器等。直流變換器已經實現標準化和序列化，交流變直流的變換器，由于其線路元件較難以集成化和序列化，現在還處于瓶頸階段。

2 最新成果

2.1 非隔離直流變換器

非隔離式直流變換器發展迅速。現在的設備對電源的要求很高，對不同負載能輸出各種電流和電壓等級。交流直流變換器顯然不能符合這個要求的。現在逐漸開發出了非隔離的直流變換器，一種要求開關元件在其內部，成為直流轉換器。另一種開關元件采用外接，稱直流控制器。在非隔離的直流變換技術中，美國德州儀器公司的直流變換器轉換效率相當高約有百分之三的誤差。

2.2 開關電源數字化成為其主流方向

現在在電力電子技術的各個應用領域當中，只剩下開關電源技術沒有數字化。經過不懈努力數字電源技術前沿的公司有美國德州儀器公司和美國微芯半導體公司。他們將數字信號處理方面的優勢，帶人了開關電源領域。其中功率因數校正和脈沖寬度調制部分完全為數字控制。美國德州儀器公司對硬件部分和軟件部分同時進行檢測和處理。

2.3 同步整流技術

同步整流是采用通態電阻極低的專用金氧半場效晶體管，用來替代整流硅二極管以降低損耗的一種新技術。它能大大提高直流變換器的效率并且。專用金氧一半場效晶體管，它在導通時的電壓和電流成比例關系。采用專用金氧一半場效晶體管做整流器時，電源電壓初相和頻率保持一致，這個就是同步整流名字的由來。

同步整流技術自本世紀初出現以來，得到了飛速的發展。工程師最喜歡采用智能控制技術的同步整流來做開關電源。現在的工程師都在努力實現零電壓開通和零電流開通方式。美國銀河公司擁有這方面的技術專利其轉換誤差率在7%以內。

3 開關電源存在的問題

電力電子整流濾波電路對電網的電流污染十分嚴重，電機啟動時產生很大的啟動電流，導致功率因數很低。各種整流電路，尤其是大容量整流設備的應用，使電網輸入電壓波形發生畸變，形成非正弦電流，對電壓和電流波形進行傅式變換，不難看出除了基波分量之外，還有各種高次諧波分量。尤其是三次諧波和五次諧波，這些高次諧波對電網中運行的其他設備造成電力公害。使系統功率因數下降，無功功率增加，給電網造成沉重的負擔，造成巨大的浪費并影響供電質量。問題主要有以下幾方面。

1）降低電網的可靠性。電能的生產、運輸和利用效率大大降低，使電網的電壓波形不再是標準正弦波。

2）電網電壓和電流超過額定值。對于電力系統中的儲能元件L和C。供電系統與補償電感電容構成諧振回路，可在某處產生諧振，使設備無法正常工作，電能質量下降。

3）在系統中工作的各種儀器儀表會隨之產生測量誤差。因為我們的儀器儀表都是工作在工頻狀態下的，在測量正弦50Hz時能使其工作在合理狀態下，但是這些儀表用于測量非正弦電壓和電流時，系統誤差很大，輕則影響其測量結果，重則使儀器儀表無法正常工作造成損壞。

篇10

1　基本理論

開關電源的輸出電壓Vo是由一個控制電壓Vc來控制的，即由Vc與鋸齒波信號比較，產生PWM波形。根據鋸齒波產生的方式不同，開關電源的控制方式可分為電壓型控制和電流型控制。電壓型的鋸齒波是由芯片內部產生的，如LM5025，電流型的鋸齒波是輸出電感的電流轉化成電壓波形得到的，如UC3843。對于反激電路，變壓器原邊繞組的電流就是產生鋸齒波的依據。

輸出電壓Vo與控制電壓Vc的比值稱為未補償的開環傳遞函數Tu，Tu=Vo/Vc。一般按頻率的變化來反映Tu的變化，即Bode圖。

電壓型控制的電源其Tu是雙極點，以非隔離的BUCK為例，形式為：

電流型控制的電源其Tu是單極點，以非隔離的BUCK為例，形式為：

各種電路的未補償的開環傳遞函數Tu可以從資料中找到。本講座的目的是提供一種直觀的環路設計手段。

2 計算機仿真開關電源未補償的開環傳遞函數Tu

2.1 開關平均模型

開關電源的各個量經平均處理后，去掉高頻開關分量，得到低頻（包括直流）的分量。開關電源的建模、靜態工作點、反饋設計、動態分析等都是基于平均模型基礎之上的。若要得到實際的工作波形，應按實際電路進行時域仿真（Time Transient Analysis）。

將開關電路中的開關器件經平均化處理后，就得到開關平均模型，用開關平均模型可以搭建各種電路。

以下是幾個開關電源的平均模型仿真例子，從電路波形中看不到開關量，只是平均量，比如電感中流過的電流是實際電感中的電流平均值，電容兩端的電壓是實際電容兩端電壓的平均值等等。

2.1.1 CCM BUCK（連續模式BUCK）

先直流掃描Vc，得到所需的輸出電壓，即得到了電路的靜態工作點。然后交流掃描，得到Tu的Bode圖。Tu為雙極點。此處Vc等同于占空比d。

2.1.2 DCM BUCK（斷續模式BUCK）

按以上方法得到Tu，在DCM下，Tu變成單極點函數。模型CCM-DCM即可用于連續模式，也可用于斷續模式。此處Vc仍等同于占空比d。

2.1.3 CCM BOOST（連續模式BOOST）

可以用模型搭建各種電路，如連續模式BOOST。

此處采用CCM-DCM模型可能仿真不收斂，為使仿真更好地收斂，建議什么電路模式采用對應模型。此處Vc也等同于占空比d。

2.1.4 Flyback

n是變壓器變比，原邊比副邊；L是變壓器原邊電感量。此處V6等同于d。

2.2 受反饋電壓控制的仿真

實際電路中，占空比d的產生主要有兩種方法：電壓控制和電流控制。仿真時，電壓控制中d的產生方式如下：

Vc是反饋回路的輸出電壓，GAIN的放大倍數等于鋸齒波幅值的倒數，若鋸齒波幅值為Vm，則GAIN=1/Vm。

電流型控制中d的產生方式如下：

同上，Vc是反饋回路的輸出電壓；IL是用于產生鋸齒波的電流信號，例如在BUCK電路中是輸出電感電流，在Flyback中是變壓器原邊電流；V1是使電流上升的電壓，V2是使電流下降時的電壓；占空比d及d2是輸出變量。

至此，我們可以得到控制電壓Vc到輸出電壓Vo的傳遞函數Tu。下面是幾個仿真Tu的例子。

2.2.1 電壓型控制的CCM BUCK

上述幾個例子中加入GAIN就變成電壓型控制的仿真電路了。

2.2.2 電流型控制的CCM BUCK

轉貼于 電流互感器將輸出電感的電流信號變成電壓信號IL，產生鋸齒波，模型CPM將控制電壓Vc與鋸齒波比較產生占空比d的PWM波。MOS開通時，L1中的電流上升，使其電流上升的電壓V1是Vg-Vo；Mos關斷時，Vo加在L1上，使其電流下降的低電壓V2=Vo。參數Rs是檢流電阻，mva是斜坡補償的斜率，單位是V/S，L是輸出電感，fs是開關頻率。

2.2.3 帶變壓器隔離的電流型BUCK電路

由于電路帶變壓器，所以平均開關模型也要用帶變壓器的模型CCM-T（帶變壓器的電流連續模式的模型）。參數Rs是原邊檢流電阻，n是變壓器變比（原邊:副邊），mva是斜坡補償的斜率，單位是V/S。

2.3 仿真實例

實際電路中，選用不同的控制芯片，控制電壓Vc的產生方式是不同的。以下是幾個我們在工作中經常用到的幾種控制芯片的仿真實例。

2.3.1 帶變壓器隔離的電流型CCM（UC3843）

UC3843-1

UC3843自帶的運放歸為反饋回路，運放輸出的電壓作為控制電壓Vc。V9芯片內部的兩個二極管壓降，GAIN的放大倍數等于芯片內的電阻分壓。

此電路采用電流互感器采樣原邊電流，對于如下的采樣電路，Rs=R/n，n是電流互感器的匝比（n:1）。

UC3843的斜率補償，對于下圖電路，補償斜率 (V/s)

2.3.2

帶隔離和電壓前饋的電壓型CCM（LM5025）

LM5025-1

V6對應于芯片內部反饋信號的1V壓降，R、C為產生鋸齒波的參數。

2.3.3準諧振反激電路 (UCC28600)