驅動電源范文

導語：如何才能寫好一篇驅動電源，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。

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2013年是大眾照明燈具進入藍海前的準備之年，由于技術創新，多年來LED照明燈具的高溫和散熱的死結正在解開，創新的關鍵技術助推LED照明燈具快速發展。HVLED s的誕生，采用高電壓、小電流來點亮LED燈珠，使LED照明燈具的高溫源正在步步降溫：高導熱塑包鋁散熱器技術，使LED燈具內高低電壓隔離的復雜技術瞬間簡單化了。因而，高效率的非隔離恒流驅動電源成為LED照明燈具的主流電源。

HVLEDs解困光源板高溫

HVLEDs即高壓LED模組，采用多顆LED管芯封裝和多顆串聯，VF電壓在DC35.140V，甚至更高，IF電流在10-60mA；相對于低壓LED的VF3.2V，IF150=700mA而言，就是高壓LED了。對于LED光源的功率設計而言，可以有高電壓、小電流和低電壓、大電流二種設計方法，不同的電路設計可以達到相同的功率，但是光源板的發熱程度大不一樣：LED光源在一個相對小的單位面積里，通過額定電流發光時，產生的熱量是巨大的。LED光源在通過額定電流時，大約有30%的電能轉換成光能，70%的電能轉換成熱能，如不能做到快速而有效的散熱，熱量會很快地聚積在燈具腔體內產生高溫，尤其是低電壓、大電流的低壓LED光源，散熱就成了技術瓶頸：HVLEDs采用多芯封裝和光源板多顆均布技術，每顆燈珠周邊都留有一定的散熱空間，加上小電流驅動，本身的發熱量甚少，因此，HVLEDs是解困光源燈板高溫的有效方法。采用多芯封裝HVLEDs和光源板多顆均布技術如圖1所示，每顆芯片上的紅點是LED工作時的發熱標志，從中可見這塊光源燈板的均布技術使發熱點分散，每顆燈珠間的空間有利于自身散熱。

塑包鋁散熱器隔離技術簡單好用

技術創新的高導熱塑料包鋁散熱器在燈具內的使用使隔離技術簡單而好用。

塑包鋁散熱器是一種導熱塑料外殼鋁芯的散熱器。導熱塑料與鋁散熱芯在注塑機上一次成型，適合大批量自動化生產，鋁散熱芯做埋件，需要預先進行機械加工。LED燈珠的熱量通過鋁散熱芯快速傳導給導熱塑料，導熱塑料利用它的多翼形成空氣對流散熱，利用它的表面輻射部分熱量。塑包鋁散熱器一股利用導熱塑料本來的顏色白色和黑色，黑色塑料的塑包鋁散熱器的輻射散熱效果更好一點（圖2）。正是塑包鋁散熱器簡單而好用的解決了LED照明燈具內部的高低電壓的隔離。

非隔離恒流驅動電源已成主流

基于HVLEDs光源降低了發熱，塑包鋁散熱器簡單地解決了LED燈具內的高低電壓隔離。驅動電源的選擇就以恒流精度、電源效率、功率因數的補償（PFC）為主考慮，隔離的開關叵流電源因使用變壓器而總體效率一股在70-88%，功率因數補償小于0.9：非隔離的恒流電源恒流精度可達3-5%，功率因數補償大于0.9，電源效率大于92%，因此成為LED照明燈具的首選。非隔離的恒流電源有非隔離的開關恒流電源和高壓線性恒流電源二種。

1）非隔離開關恒流驅動電源

非隔離開關恒流驅動電源芯片的設計已經高度集成化了，將LED驅動電源需要的功能，如寬電壓輸入高精度恒流輸出、過流保護、過壓保護、LED短路和開路保護、CS電阻短路保護、芯片供電欠壓保護等必須的功能已集成在其中，功率輸出的MOS管和恒流控制都集成在一個芯片上了，應用電路十分簡潔，周邊零件一般可控制在15個以下，也就是為終端客戶有效的控制材料成本和生產成本。

如圖3所示使用非隔離的開關恒流源芯片BP2831A設計的5W LED球泡燈電源，輸出DC80V、60mA，整個電路應用的元器件連主芯片共計15個，電源效率在AC220V、滿載時達92%，電源可過EMc測試。圖4是該電源的實物照片，PCB的直徑小至φ18mm。

2）高壓線性恒流驅動電源

高壓線性恒流驅動電源芯片能在650V高壓下工作，它的應用電路是Buck電路，它工作電路中沒有變壓器、電感器和電解電容器，它可以與LED燈珠、整流橋堆一起表貼在燈板的同一面上，適合于自動化大批量生產。

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關鍵詞：大功率　LED路燈　驅動電源　設計

引　言

所謂“綠色照明”是指通過可行的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明產品，改善提高人們的生活品質。完整的“綠色照明”內涵包括高效、節能、安全、環保等四項指標，不可或缺。作為“綠色照明”之一的半導體照明是21世紀最具發展前景的高技術領域之一，它具有高效、節能、安全、環保、壽命長、易維護等顯著特點，被認為是最有可能進入普通照明領域的一種新型第四代“綠色”學源。2003年6月17日，我國正式啟動“國家半導體照明工程”。隨著“綠色照明”理念的提出和推廣，以半導體材料制作的LED光源被逐漸的應用到了景觀照明方面，與此同時大功率的LED路燈引起了人們的廣泛關注。大功率LED路燈的工作原理是，通過直流低壓對大功率LED組進行點亮，從而滿足人們的照明需求。大功率LED路燈不僅具有亮度高和顯色性好的優勢，并且因為LED路燈的需要輸入的電能是低壓直流，所以對電能的要求少。隨著太陽能光伏發電技術的不斷成熟，由于大功率LED路燈對電能的要求少，使得太陽能LED路燈作為未來道路的照明方式成為可能。在目前的LED應用過程中，由于大功率LED所需要的必須是低壓直流電源，所以普通的家用交流電無法滿足大功率LED的要求，即使經過了普通降壓和穩壓的電源也必須通過重新改良過后才能用于為大功率LED驅動電能。本文通過對大功率LED的工作特性深入探析理解，并對目前常用的一些驅動電源進行簡要分析，對高效的發揮出大功率LED的優勢驅動電源必須具備的哪些條件提出了多個設計要素。

一、LED驅動電路研究的意義和價值

LED路燈是低得罟、大電流的驅動器件其發光的強度由流過LED的電流決定電流過強會引起LED的衰減電流過弱會（dian4　liu2　guo4　ruo4　hui4）影響LED的發光強度因此LED的驅動需要提供恒流電源以保證大功率LED使用的安全性同時達到理想的發光強度。用市電驅動大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC（功率因素校正）和恒流問題還需有比較高的轉換效率有較小的體積能長時間工作易散熱低成本抗電磁干擾和過溫、過流、短路、開路保護等。本文設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

LED由于節能環保、壽命長、光電效率高、啟動時間按短等眾多優點，成為了照明領域關注的焦點，近年來發展迅速。由于LED獨特的電氣特性使得LED驅動電路也面臨更大的挑戰，LED驅動電路關系到整個LED照明系統性能的可靠性。因此為防止LED的損壞，這些都要求所設計系統能夠精準控制LED輸出電流。目前采用的穩壓驅動電路，存在穩流能力較差的缺點，從而導致LED壽命大為縮短。

當前，直流輸入LED驅動電源已經發展了較長的一段時間，電路已比較成熟，而用于市電輸入照明的LED驅動電路，很多采用交流輸入電容降壓及工頻變壓器降壓，電源體積過大，輸出的電流穩定性差，性能很低。目前針對市電輸入的降壓驅動電路是當前LED驅動市場的難點和熱點。LED照明時一種綠色照明，其驅動電源的輸出功率較小，在此情況下實現電源的高效率是另一大難點。同時，由于LED的使用壽命理論上長達10　萬小時，這要求驅動電源很高的可靠性。

二、設計方案

HV9910　應用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調制（PWM）　方法，采用了一個小電感和一個外部開關來最小化LED驅動器的損耗。不同于傳統的PWM控制方法，該驅動器使用了一個簡單的開/　關控制來調整LED的電流，因而簡化了控制電路的設計。

2.1　電路的特點

1）無需電解電容及變壓器，這樣增加了電源的使用壽命。如果LED驅動器理有電解電容，那壽命主要取決于電解電容，電解電容的使用壽命有一個大家公認的近似計算法則：即溫度每下降10　度使用壽命增加一倍。比如說標稱105　度2000　小時的電解電容，在65　度下使用壽命大約是32000　小時。

2）高效率。這款靈活簡單的LED驅動器IC效率超過93%，可減少相關元件的數量，從而降低了系統成本。HV9910　可將調整過的85V至265Vac　或8V至450Vdc　電壓源轉換為一個恒流源，從而為串連或并聯的高亮LED提供電源。

3）電路簡單，僅需一個芯片HV9910　的實現就能實現所有的功能，沒有用到變壓器，提高了功率的效率，減少了空間，增加了系統的可靠性。

2.2　電磁兼容，高PFC、過EMI

采用高PFC　功能電路設計的室外LED　路燈電源，內置完善的EMC電路和高效防雷電路，符合安規和電磁兼容的要求。再用電壓環反饋，限壓恒流，效率高，恒流準，范圍寬，實現了寬輸入，穩壓恒流輸出，避免了LED正向電壓的改變而引起電流變動，同時恒定的電流使LED得亮度穩定。整機元件少，電路簡單。

2.3　電源的PCB設計

本文在PCB　布局過程中，將易受干擾的元器件、輸入與輸出元件、具有較高的電位差的元器件或導線間距離盡可能加大，提高電路的抗干擾能力。

本文遵守以下原則進行PCB布線：

1）盡量避免相鄰的線平行排列，平行走線的最大長度小于3cm，避免線間電容使電路發生反饋耦合和電磁振蕩；

2）為避免高頻回路對整個電路的影響，盡可能減小其面積，并使用較細的導線；

3）合理設計PCB導線的寬度，電源進線線寬1.5mm，開關電源輸入線的相線與中線間距3.5mm，電源地與輸出地間距、變壓器的初級與次級間距均大于8mm；

三、可靠性設計

要在照明領域中大量使用大功率白光LED，只有保證大功率白光LED驅動電源安全可靠地工作，才能保證大功率白光LED的長壽命和發光亮度穩定。

3.1過壓過流保護

在實際使用中，會出現負載短路或者空載的情況，會造成整個驅動電源的破壞，所以在驅動電源設計的時候，需要增加過壓與過流保護。

3.2隔離保護

LED是低電壓的產品，當驅動電源的開關損壞時，也不能有危及負載的高電壓出現。所以要求電路的負載電路做到隔離保護。

3.3浪涌保護

在實際應用中，電網很不穩定，尤其是雷雨季節，會有浪涌電壓存在，所以在驅動電源設計時，要考慮到整個產品的防雷，盡量避免在異常時造成永久性的破壞。

3.4散熱設計在大功率LED應用中，LED能承受的電流與溫度有一定的關系，所以在驅動電源設計時，需要考慮大功率白光LED的散熱問題和驅動電源本身的散熱問題。

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    DougBailey指出由于雙極型功率器件比MOSFET便宜,一般是2美分左右一個,所以一些設計師為了降低LED驅動成本而使用雙極型功率器件,這樣會嚴重影響電路的可靠性,因為隨著LED驅動電源電路板溫度的提升,雙極型器件的有效工作范圍會迅速縮小,這樣會導致器件在溫度上升時故障從而影響LED燈具的可靠性,正確的做法是要選用MOSFET器件,MOSFET器件的使用壽命要遠遠長于雙極型器件。

    二、盡量使用MOSFET器件

    如果設計的LED燈具功率不高,那么建議可以使用集成了MOSFET的LED驅動器產品,因為這樣做的好處是集成MOSFET的導通電阻少,產生的熱量要比分立的少,另外,就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起,一般都有過熱關斷功能,在MOSFET過熱時會自動關斷電路達到保護LED燈具的目的,這對LED燈具非常重要,因為LED燈具一般很小巧且難以進行空氣散熱。

    三、盡量使用單級架構電路

    Doug表示有些LED電路采用了兩級架構,即“PFC(功率因數校正)+隔離DC/DC變換器”的架構,這樣的設計會降低電路的效率。例如,如果PFC的效率是95%,而DC/DC部分的效率是88%,則整個電路的效率會降低到83.6%!“PI的LinkSwitch-PH器件同時將PFC/CC控制器、一個725VMOSFET和MOSFET驅動器集成到單個封裝中,將驅動電路的效率提升到87%!”Doug指出,“這樣的器件可大大簡化電路板布局設計,最多能省去傳統隔離反激式設計中所用的25個元件!省去的元件包括高壓大容量電解電容和光耦器。”Doug表示LED兩級架構適用于必須使用第二個恒流驅動電路才能使PFC驅動LED恒流的舊式驅動器。這些設計已經過時,不再具有成本效益,因此在大多數情況下都最好采用單級設計。

    四、MOSFET的耐壓不要低于700V

    耐壓600V的MOSFET比較便宜,很多認為LED燈具的輸入電壓一般是220V,所以耐壓600V足夠了,但是很多時候電路電壓會到340V,在有浪涌的時候,600V的MOSFET很容易被擊穿,從而影響了LED燈具的壽命,實際上選用600VMOSFET可能節省了一些成本但是付出的卻是整個電路板的代價,所以,“不要選用600V耐壓的MOSFET,最好選用耐壓超過700V的MOSFET。”他強調。

    五、盡量不要使用電解電容

    LED路燈電源電路中到底要不要使用電解電容?目前有支持者也有反對者,支持者認為如果可以將電路板溫度控制好,依次達成延長電解電容壽命的目的,例如選用105度壽命為8000小時的高溫電解電容,根據通行的電解電容壽命估算公式“溫度每降低10度,壽命增加一倍”,那么它在95度環境下工作壽命為16000小時,在85度環境下工作壽命為32000小時,在75度環境下工作壽命為64000小時,假如實際工作溫度更低,那么壽命會更長!由此看來,只要選用高品質的電解電容對驅動電源的壽命是沒有什么影響的!

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關鍵詞 LED；電源驅動；節能高效

中圖分類號TM91 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）46-0011-01

1 LED路燈的電源驅動原理

近些年隨著大功率的LED發光技術的升級，大功率的白光LED進入了照明市場，越來越多的被應用于通用照明領域。因為LED本身具有高光效、壽命長、抗浪涌能力差等特點，以此LED路燈的電源控制和驅動系統就成為了保證其功能和高效的重要基礎。

為了設計出更加安全可靠的電源驅動器，必須對其工作原理進行了解。本文對LED路燈電源驅動器的基本工作原理進行簡要的介紹：主要的系統設計是處采用隔離變壓器、PEC控制電源開關，并保證輸出為恒定的電壓，完成對LED路燈的驅動。因為實際中LED的抗浪涌的能力較差，尤其是對反向電壓更為敏感。所以在電源控制中應當注意對這方面的保護效果的提高。同時，LED路燈主要的工作狀況是戶外，因此要增加對防浪涌的措施。因為對其供電的電網容易受到雷電的干擾，從而產生感應電流而涌入電網，從而導致對LED的破壞。所以電源的驅動也應當具備抑制浪涌的功能，達到保護LED的效果。此時采用的EMI濾波電路就起到了這種防止電網諧波串入的模塊，以此保護路燈的電路正常工作。

2 LED路燈的電源驅動器的設計

2.1 驅動器設計簡述

針對LED路燈系統的電源控制器的設計需要考慮到其特地和基本要求才能達到目的。具體的情況如下：此系統中的每個路燈的功率在 100W以內；為了提高路燈的實用性，路燈的LED被分為若干小組，每組LED則是串聯驅動，組與組之間為隔離驅動，保證單組損壞而不影響整個LED的工作；為了提高路燈的安全性，輸入和輸出系統需要有電氣隔離；電源的公因數必須維持在較高的水平。

在設計中為了滿足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC恒壓電源和多路控制的DC/DC恒定流動驅動級聯的方式完成對多路的LED驅動。AC/DC部分采用的是反激形式拓撲，輸出的功率可以滿足LED的功率；DC/DC的部分采用國半德爾LED恒定電流芯片。其中在AC/DC部分所采用的反激式的電源所產生的損耗將影響電源的效率，其損耗主要有：一次場效應晶體管的損耗，主要是導通和開關損耗；二次側的整流二極管造成的功率損耗；高頻變壓的固有的鐵損、銅損、漏感損耗等，為了提高整個電源的高效率就應當對上面三種情況進行控制。

2.2控制形式和零電壓設計

在提高效率的設計中，如采用ST所生產的L6562作為控制芯片，此芯片是一種較為經濟的功率因數校正控制元器件。反激方式電源工作是在不連續導電的模式下進行工作的，通過前端的濾波其進行自動調整實現高功率。為了減小場效應晶體管損耗，利用與芯片相適應的器件，這樣可以有效的降低在導通時出現的損耗，同時還可以利用準諧振的技術實現場效應晶體管的零電壓導通，完成對開關損耗的控制。

2.3 同步整流設計

通常的反激式開關在利用中二次側的整流二級管也會形成較大的損耗，為了實現高效率可以利用具有低導通降壓的二極管來緩解高損耗的問題，但是實踐中看，此種改進的效果并不明顯，同時一些設計中輸出的電壓較高，而肖特基二極管的反向耐壓性能并不理想，所以其不能滿足高效率需求。

實踐證明較好的方法是采用同步整流技術對功率進行調整，利用導通電阻較低的場效應晶體管代替整流二極管。同步整流方式可以分為外驅動和內驅動兩種，工作原理也可分為電壓型和電流型、諧振型驅動等。這些同步驅動的方式各自有其優勢和不足。其中一種較為實用的是電流同步的控制驅動方案，但是因為驅動中選擇了場效應晶體管門極驅動電壓鉗位在輸出電壓上，而門極穿電壓通常較低，因此要采用此種方法就要降低輸出電壓。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理為在兩個變壓器上的兩個繞組為T3、T4，其中T3設計為二次繞組主要負責能量的傳遞，T4則為輔助繞組。在T4上的電壓隨著T3電壓的升高而升高，用于開啟同步整流用場效應管。此時的電流互感器中的兩個繞組也起到不同的作用，初級繞組是串聯在主電路中，是檢驗流經的場效應管的電流 ，當該繞組中的電流下降到0的時候，另一個繞組則將場效應管斷開。所以此種方案可以利用電壓信號來控制場效應晶體管的導通，電流信號澤爾負責其關閉，不僅僅提高了效率還可以穩定的工作，控制了無開通的情況。

2.4 變壓器的高效率設計

高頻率變壓器是隔離形式的電源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有著重要的作用。變壓的損耗主要來自銅損、鐵損、漏感損耗，此三者的損耗可以通過必要的手段進性損耗的控制，但是控制的措施不能完全達到綜合高效的目標效果。因此，新型的變壓器技術將高頻率供電系統進行了升級。此種變壓器的技術日趨成熟，主要特點是高度低，利用底部面積大的平面磁芯。此種變壓器采用的繞著是螺旋印制線構成。和以往的變壓器相比此種平面型的變壓效果更高，工作效率也得到了提升，且體積小、漏感小、導熱性好、一致性強等。雖然其距離應用還有一段時間，但是可以成為高端應用領域的替代產品。

3結論

LED路燈系統的高效率電源驅動器的設計，其首要的目的就是保證路燈的高頻率工況，同時防止供電系統中的干擾侵入到路燈系統中而造成損壞。其次，利用多種復合電路和晶體管來提高供電過程中的各種線路損耗，提高供電的效率，以此達到安全、高效的目的。

參考文獻

[1]魏大為.大功率LED路燈驅動電源的設計[J].電工技術，2009(5).

[2]張國雋.城市路燈照明節能方案的設計[J].廣東科技，2007(S2).

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關鍵詞：半導體激光器；驅動電路；慢啟動

中圖分類號：TM1 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）04-0045-010引言

隨著半導體在通信、測控、醫療、集成光學等技術領域的廣泛應用，它越來越受到人們的關注，為其設計一款精度較高、性能可靠、經濟、耐用的驅動電源成了我們當前最為緊要的問題，由于半導體激光器“嬌貴”的特點，所使用的電源必須要在性能與質量上嚴格把關。

1半導體激光器轉移特性

在一定溫度下，當驅動電流低于閾值電流時，激光器輸出光功率P近似為零，半導體激光器只能發熒光。驅動電流高于閾值時輸出激光，并且光輸出功率隨著驅動電流的增大而迅速增加并呈線性關系。在實際應用中必須對激光二極管提出兩個要求，一是較低的門限電流，二是穩定的P-I曲線。從原理上來講，在工作物質一定的情況下，半導體激光器輸出的激光頻率應當由諧振腔長度和激勵源的強度有關，換句話說，半導體激光器的輸出頻率取決于：PN結的溫度和注入電流的大小。另外，由于半導體PN結相當脆弱，稍有電流沖擊就會造成損害。所以在具體使用半導體激光器時，我們對其供電電路和調制電路的要求相當嚴格。

我們用異質結來代替同質結就可以將門限電流降低兩個數量級，而對于穩定性問題目前只有通過外加恒溫和光反饋等來加以改善。對一般的半導體激光器來說，激光二極管是正向結法，光電二極管是反向結法。受光后轉換的光電流在電阻上以電壓形式反映出射光功率的大小，添加控制電路就可以達到控制發光功率的目的。

2電路設計

試驗中所用激光二極管型號為HT670T5，該管波長為650nm，額定功率為30mW。

2.1 電流源電路線性電源具有精度高、穩定度高但是效率較低的特點，但考慮到半導體激光器對電源精度的苛刻要求，而且我們設計的電源是一種小功率電源，效率低的缺點就顯得不是特別重要，所以我們設計方案選擇線性電源。

為了實現精度和穩定度的要求，實現抑制紋波和降低噪聲的要求。設計了兩級調整模塊，前一級使用穩壓芯片，通過擴流，輸送到后一級調整模塊。

市電通過電網濾波器進入變壓器，降至21V（峰值），經過整流濾波（具體電路省略）后通過由穩壓集成塊與擴流電路組成的一級調整電路；之后，通過后級的串聯—取樣—反饋—調整，最后輸出。

在具體恒流源電路設計中，負載不是加在它的輸出端，而是加在調壓器LM317T的輸入端。對于實際負載來說，調壓器LM317T的輸入起恒流源作用。因為調壓器輸出端接的是虛假負載R1，所以不論實際負載兩端電壓的真實值是多少，它都消耗一個恒定不變的電流。調壓器和虛假負載R1上的電壓使電路總允許電壓下降。負載電流由R1設定，其值等于1.25A/Ω×R1。

2.2 紋波調零電路為了減小穩流電源的紋波電壓，需要為電路增設紋波調零電路，在正常工作中，調節紋波調零電位器可使輸出紋波電壓非常小。紋波成分通過電容耦合至運放的反相輸入端，在具體的紋波調零電路中，它經放大后加至調整管的基極。因此，可達到上述的效果。

2.3 保護電路實際應用中，激光器很容易受到同電路其它電器干擾產生的浪涌電流的傷害，為保護激光器不受到浪涌電流的沖擊，我們可以在電路中加入慢啟動電路。此外，為更好的保護激光器，我們可選用2SA1015和2SC1815等類型的吸流管，在電壓源的制作過程中基本可保護激光器的安全運行。加上電壓源中電網濾波器的作用，將電路制作成簡單的限流型保護電路。

3實驗結果

本文所設計的驅動電源，通過慢啟動、紋波調零等電路，在實驗室中的應用效果良好，較好的解決了半導體二極管在使用中輸出功率不穩定的問題，測量結果如下：

考慮示波器的帶寬限制，修正為：

電流源：

電流紋波及噪聲：?燮0.1uA

電壓源：

紋波：?燮0.01mV

電流紋波及噪聲：?燮0.5uA

調整范圍：0－500mA

參考文獻：

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關鍵詞： 動態光調節； 數字式LED驅動電源； 嵌入式設計； C8051F021

中圖分類號： TN86?34； TP303.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0103?04

Abstract： The adjustment of LED controlled by dynamic light can′t achieve the expected effect due to the imperfect design of digital LED driving power supply adjusted by dynamic light， but the embedded system can improve the performances of LED driving power supply effectively. An embedded system based digital LED driving power supply controlled by dynamic light was designed. The A/D acquisition module performs the acquisition， rectification， filtering and A/D conversion of data of digital LED adjusted by dynamic light to get the A/D sampling data， and transfer it to the driving circuit. The embedded design is adopted in the driving circuit to optimize the A/D sampling data， so as to control the LED lighting reasonably and regulate the digital LED with dynamic light effectively. The C8051F021 chip is the "manager" of the embedded system based digital LED driving power supply under dynamic light control. Its management flow chart is given in the third part of this paper. The data acquisition language of A/D acquisition module was design also in the third part. The experimental results show that the designed digital LED driving power supply has strong driving performance and high power conversion efficiency.

Keywords： dynamic light control； digital LED driving power supply； embedded design； C8051F021

0 引 言

現如今，數字式LED以其低耗、顯示清晰、壽命長等優點，在家用電器的顯示配件方面占據了主導地位。動態光調節是一種能夠有效縮減數字式LED顯示屏漏光現象、增強顯示效果的方法，但由于動態光調節下的數字式LED驅動電源的設計不完善，使動態光對LED的調節無法達到預期效果，這已成為科研組織的研究難題[1?4]。嵌入式是一種以應用為核心、以電子信息技術為根基的計算機系統，其能夠調控軟硬件的靈活性，進而提升LED驅動電源的各項性能[5?6]。為此，利用嵌入式系統，設計動態光調節下的數字式LED驅動電源，增強數字式LED驅動電源的驅動性能和轉換效率，實現動態光對數字式LED的調節效果。

科研組織對動態光調節下數字式LED驅動電源的設計成果均存在一些不足之處。如文獻[7]提出的能耗密度分配模型方法。這種方法能夠將動態光調節下數字式LED驅動電源的多余能耗合理分配出去，達到增強電源轉換效率的目的；但這種方法過于受限于電源傳送功率配對，故其驅動性能較低。文獻[8]提出基于阻抗模型構建動態光調節下數字式LED驅動電源的方法，阻抗模型能夠較為合理實現電源驅動的高性能；但這種方法的耗能較大，電源轉換效率不高。

從以上動態光調節下數字式LED驅動電源的設計成果中可看出，我國科研組織對基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的設計迫在眉睫。

1 數字式LED驅動電源嵌入式設計

1.1 LED驅動電源整體設計

基于嵌入式系統的猶光調節下數字式LED驅動電源的工作原理如圖1所示。

由圖1可知，在基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的設計中，A/D采集模塊對數字式LED數據進行整流、濾波、A/D采樣，其對數字式LED驅動電源有著過渡作用，是數字式LED驅動電源的基礎組成部分。驅動電路是實現數字式LED驅動電源對動態光調節控制的基礎，高性能的驅動電路能夠給予數字式LED驅動電源較高的驅動性能。控制芯片是數字式LED驅動電源的控制核心，其管理著整個數字式LED驅動電源的工作流程。

1.2 A/D采集模塊設計

在A/D采集模塊中，整流是將采集到的動態光調節下的數字式LED的交流電近似轉化為直流電的過程；濾波是將近似直流電中的交流波形去除，最終輸出標準直流電的過程。圖2是濾波器電路圖。

濾波是排除電力干擾的一項重要手段，其能夠避免電源損傷、使電路元件維持在正常狀態下工作。由圖2可知，A/D采集模塊選用低通濾波器為動態光調節下的數字式LED進行濾波，其能夠進行50 Hz電力信號的濾波，對高頻干擾的衰減效果較強。所設計的低通濾波器擁有2個輸入、輸出端口，并配備1個電源接地端。C，C1代表差模濾波電容，C2，C3代表共模濾波電容，L1，L2代表電感，T代表共模電感。如果出現干擾信號，電感則會高速增長，阻止干擾信號通過，進而實現對動態光調節下數字式LED的濾波。整流濾波之后，A/D采集模塊將對其獲取到的數據進行A/D采樣，圖3是A/D采樣電路圖。

由圖3可知，A/D采集模塊主要由對比器、寄存器和A/D轉換器組成，其最重要的組成元件是A/D轉換器。A/D采集模塊將其最初采集到的動態光調節下的數字式LED數據，利用對比器提高數據分辨率，并暫存在寄存器中。用戶可對寄存器處理流程進行編程，A/D轉換器會對寄存器中的數據進行依次調用，進行模/數轉換。

模/數轉換的方式采用高速形式，以增強基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的驅動性能和電源轉換效率。A/D轉換器的輸出結果會經由對比器與最初采集數據進行比較，如果對比器的對比結果是負數，A/D采集模塊將把寄存器狀態調至高效位；反之，則調至低效位。

寄存器的效位狀態會對A/D采集模塊的效率產生影響，通過不斷調整寄存器效位狀態，能夠提高數字式LED驅動電源的工作效率。最后，A/D采集模塊利用控制與定時邏輯原理，將其獲取到的A/D采樣數據輸出到驅動電路。

1.3 驅動電路嵌入式設計

受限于我國的科技能力，數字式LED的單顆發光物質功率過低，在實際應用中，只有將多顆發光物質連接起來使用才能夠實現LED的肉眼可視發光，連接方式主要采用串聯和并聯的混合連接。為此，必須通過特定的驅動電路才能夠令動態光調節下的數字式LED完成正常顯示功能，所設計驅動電路采用嵌入式。

反激式轉換器是一種擁有簡單拓撲結構的電源開關，其能夠為驅動電路提供較高水平的電壓升降和多路輸出。為此，基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的設計中，將反激式轉換器納入到驅動電路，并利用隔離式轉換器維持數字式LED的正常發光。圖4為驅動電路電路圖。

由圖4可知，所設計的驅動電路有著成本低、效率高的特點，能夠實現對LED發光的合理控制。驅動電路能夠容納的輸入電壓范圍是[170 V，280 V]，LED發光物質的連接方式是15顆串聯、5顆并聯，電流、電壓和功率的極大輸出值分別為350 mA，DC 60 V和20 W。A/D采集模塊會將其獲取到A/D采樣數據輸入到驅動電路，驅動電路的輸出接收元件是單片機。基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源為驅動電路的連接設計成嵌入式連接，驅動電路對數字式LED發光的控制并非只有簡單的開啟和關閉，而是能夠合理調節數字式LED的發光亮度，以提高其使用壽命、增強動態光對數字化LED的調節效果。

1.4 控制芯片O計

控制芯片是基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的“管理者”，故在控制芯片的選擇上應絕對符合數字式LED驅動電源的設計初衷，這就要求所選擇的控制芯片應具有高集成度和處理效率。因此，選擇某公司出產的C8051F021芯片作為數字式LED驅動電源的控制芯片，此芯片的性能較高且能夠獨立進行高效的控制工作。

C8051F021芯片是一種擁有CIP?51 內核的芯片，是對8051系列芯片的優化成果。CIP?51 內核擁有高兼容性和流水線結構，能夠通過803x/805x編碼器對其進行開發。CIP?51 內核配備了5個16位定時器、2個通用異步收發傳輸器、1個256 B隨機存取存儲器以及1個特殊功能的寄存器，可實現對控制指令的完美操作。

C8051F021芯片的內部組成并不簡單，這為其自身功能的完善提供了較為有利的元件支持。C8051F021芯片內置看門狗計時器、電源監聽監控設備、視頻存儲設備以及時鐘振蕩器，其中的視頻存儲設備可對基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源進行再編碼和更新。但由于經再編碼后的數據容易丟失，故在使用此功能前必須對數字式LED驅動電源的數據類型進行檢測。

2 數字式LED驅動電源嵌入式軟件設計

2.1 C8051F021芯片管理流程設計

基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的軟件部分為C8051F021芯片的管理流程進行了設計，如圖5所示。

圖5中，C8051F021芯片所需進行的初始化包括看門狗計時器參數重置、接口輸出配置以及編程單元參數設定，軟件也會同時對A/D轉換器進行初始化。如果控制信號不存在，用戶則可手動切換控制模式，否則將默認為自動調光模式；如果控制信號存在，初始化后的C8051F021芯片將會自動接收控制信號，并進行LED發光控制模式的設定。在C8051F021芯片進行管理工作的過程中，用戶如果需要切換控制模式，應在設定控制模式后選擇切換模式，否則只能選擇在基于嵌入式系統的動態光調節下和數字式LED驅動電源未工作的情況下進行切換。這樣設計有助于維持數字式LED驅動電源的工作連貫性，提高驅動性能。

2.2 數據采集語言設計

3 實驗驗證

3.1 驅動性能驗證

對本文設計的基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的驅動性能的驗證，可通過驗證其驅動效率和數字式LED輸出特性實現。驅動效率是影響數字式LED光效的最主要原因，通過數字式LED輸出特性數據則能夠看出數字式LED電源驅動設計的成功與否。

實驗對6種不同規格的數字式LED進行驅動，先利用萬用表對本文數字式LED驅動電源驅動中整流濾波后的電壓進行了測量，隨后將C8051F021芯片的輸出信號頻率調至30 kHz，并利用特定電源為C8051F021芯片供電。實驗室的溫度恒定在20 ℃，濕度控制較為嚴格，此時的驅動效率曲線如圖6所示，數字式LED輸出特性如表1所示。

由圖6、表1可知，本文所設計的數字式LED驅動電源的驅動效率維持在89%左右，而市面上的數字式LED驅動電源的驅動效率一般為80%；在數字式LED輸出特性統計表中，實際輸出的電流和電壕在正常范圍內波動，且電流變化對電壓輸出的影響不大。當電流小于300 mA時，數字式LED驅動電源會停止對數字式LED進行驅動。以上結果能夠證明，基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的驅動性能較強。

3.2 電源轉換效率驗證

對本文設計的基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的電源轉換效率進行驗證，其結果如圖7所示。

由圖7可知，本文所設計的數字式LED驅動電源的電源轉換效率范圍在[80%，88%]之間，且波動較為穩定，未產生尖峰脈沖現象，可見其對數字式LED功率的矯正水平較高，能夠實現動態光對數字式LED的有效調節，驗證了基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的電源轉換效率較高。

4 結 論

本文設計基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源。其中的A/D采集模塊對動態光調節下的數字式LED數據進行采集、整流、濾波和A/D轉換，得到A/D采樣數據并傳輸到驅動電路。驅動電路采用嵌入式設計對A/D采樣數據進行優化，進而實現對LED發光的合理控制和動態光對數字式LED的有效調節。C8051F021芯片是基于嵌入式系統的動態光調節下數字式LED驅動電源的“管理者”，其管理流程圖于軟件中給出。軟件還對A/D采集模塊的數據采集語言進行了設計。實驗結果表明，所設計的數字式LED驅動電源驅動性能強、電源轉換效率高。

參考文獻

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篇7

關鍵詞：電梯；振動；噪音；解決對策

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A

隨著電梯技術的革新和城市規模集中化，現代電梯的運行速度及提升高度都在快速提升。上海某高層建筑的電梯速度達到18m/s，總高度超過500m。高層高速的電梯隱藏著安全風險隱患和振動、噪音等負面問題，振動和噪音恰是被人體直接感受到的運行舒適性指標。曳引驅動電梯由于提升高度大、速度高和簡單、可靠等優點而被廣泛應用于各種建筑，目前我國大部分電梯為曳引式驅動方式，本文僅討論此類電梯。

國家標準GB/T10058-2009《電梯技術條件》中第3.3.5 項要求：“乘客電梯轎廂運行在恒加速度區域內的垂直（Z軸）振動的最大峰峰值不應大于0.30m/s2，A95峰峰值不應大于0.20m/s2。乘客電梯轎廂運行期間水平（X軸和Y軸）振動的最大峰峰值不應大于0.20 m/s2，A95峰峰值不應大于0.15m/s2”。

《電梯技術條件》中第3.3.6項要求見表1。

研究表明，人體垂直方向上在4Hz-8Hz存在一個可引起胸腔共振的最大共振區，對胸腔內器官危害最大；在10Hz 附近另有一個可引起腹腔共振的小共振峰區，對腹部內器官危害大。而人體對水平振動的敏感度比垂直振動高，1Hz-2Hz的水平振動影響尤為明顯。電梯由于機械聯接、電氣控制、乘客重心分布等因素相互作用，產生振動、加速度、噪音問題。人體對于加速度、振動和噪音的感受極其敏感，電梯的舒適性主要以加減速度、加速度變化率、振動頻率及噪音等為參考指標。電梯起動/制停過程加速度（或變化率）大或振動加速度大、振動頻率在人體的共振區內，人體會有頭暈、惡心、心慌甚至休克。因此，有必要通過分析電梯振動和噪音產生原因，采用科學手段，抑制電梯運行振動和降低運行噪音，提高電梯乘坐舒適感，也為安裝、維保、檢驗工作提供參考。

1 振動和噪音的來源分析及相應解決對策

電梯是機械和電氣組合的機電產品。從設計、安裝到調試、日常保養過程入手，電梯的振動和噪音是可采取措施給予消除或降低的。

1.1 導軌的安裝質量

導軌的安裝質量包括強度與剛度，工作表面粗糙度和垂直度、平行度以及軌距偏差、接頭臺階高度差等，其中導軌的強度、剛度、垂直度、平行度等與安裝狀況關系尤為密切。井道土建圈梁的質量、垂直偏差、設置間距，或鋼構井道的聯接固定質量、精度都直接影響導軌的剛度（尤其高速重載、偏載等不利情形）。安裝過程的缺陷，如導軌對中誤差、垂直度誤差、導軌接頭臺階高度差、軌距偏差過大、導軌支架松動等，均會引起電梯轎廂垂直、水平振動，且運行速度越快，影響越明顯。

嚴格施工，定好基準樣線，避免導軌軌距、垂直度與平行度等背離設計要求值，安裝后，驗證確認，如用校軌尺校正軌距、用激光校準儀器校正導軌垂直度和平行度等。對土建部分，重點做好土建驗收確認（支撐間距和施工質量等），高強度螺栓要用扭矩扳手預緊和其他螺栓要有防松措施。

1.2 曳引機的安裝質量

曳引機自身的缺陷或者安裝質量等產生的振動和噪音，會通過曳引鋼絲繩或者扁平鋼帶傳遞給轎廂。電動機-減速箱-曳引機的機座或者永磁同步曳引機的機座安裝了性能優良的減振墊/緩沖墊等從設計上降低了運轉振動與噪音。

驅動主機機座與承重工字鋼的固定以及該工字鋼與土建承重墩的固定是否牢靠，工字鋼承重梁的水平度與剛度等等因素都有可能增加或者放大曳引機運轉時的振動與噪音。當機座與承重工字鋼組合體或者轎廂的某幾階固有頻率與驅動主機的轉動頻率接近時，會產生共振。安裝后的檢測評估，通過載荷試驗檢驗曳引性能和測量振動、加減速、噪音等數據，根據檢測結果調整參數，避開共振區。

1.3 曳引鋼絲繩或者扁平鋼帶組合的安裝質量

曳引鋼絲繩組合或者曳引扁平鋼帶組合等稱為柔性懸掛連接裝置，在理想狀態下，每根鋼絲繩或者扁平鋼帶應均勻受力，張緊力一致或者相差很小，繩頭組合的減振彈簧剛度一致，否則，由于懸掛裝置的受力不均，將會產生劇烈的晃振現象，導致轎廂振動和噪音加劇。

安裝調試時，調整懸掛繩張緊度一致；例行保養應注意檢查調整懸掛繩的張緊度。

1.4 電梯起動/制停運行過程的加減速沖擊負荷

電梯的工作特點是頻繁的起動和制停，在這些過程中，柔性懸掛裝置除了承受轎廂、對重、轎廂內載荷等靜載荷外，還承受加減速產生的慣性載荷。由于柔性懸掛裝置的自身彈性作用，電梯系統中會出現按一定頻率變化的振動載荷，慣性載荷與振動載荷組合而成的動載荷，會使柔性懸掛裝置出現抖動現象，進而導致轎廂出現抖動現象。

電梯安裝后自動按程序選擇最佳運行曲線運行，由于安裝現場情況不同，電梯公司應選派調試員到場根據實際的運行狀況進行細調，避免運行過程的加減速沖擊負荷超過設計要求。

1.5 井道內的氣流和建筑物自振對電梯系統的激勵作用

運行速度越高的電梯井道中會產生不可忽視的“活塞效應”，產生的振動噪音隨著運行速度的提高而成正比增加。高層高速電梯一般采用共用井道，借助于共通井道，增大井道內空氣的快速疏散通道，減輕轎廂高速運行時井道內空氣一端被急劇壓縮，另一端被迅速抽空而出現轎廂運行受阻和瑞流激振，導致轎廂和柔性懸掛裝置劇烈振動。有的還在機房地面和底坑側面設置減壓孔，以利于進一步消除井道高速氣流對電梯的激振激勵。

1.6 轎廂壁板、護腳板、防護板等薄板固定質量

轎廂與層門以及護腳板和井道內表面防護板的薄板結構是振動與噪音產生的激發源。如果薄板固定不牢靠導致剛度不足，轎廂高速運行時產生的高速氣流激振薄板會產生很大的運行振動與噪音，進而來回反射傳遞到轎廂內。

1.7 補償繩/補償鏈的安裝質量

大提升高度的電梯，當轎廂處于最低和最高層站時，由于轎廂與對重側曳引繩的重量差大導致兩側重量不平衡，破壞曳引性能，增加運行不平穩，加劇振動和噪音。注意補償繩/鏈的安裝位置，確保與轎底隨行電纜及配重塊在安裝后保持平衡，做好防松防扭，避免運行扭振。

1.8 測速回饋信號的因素

在電梯測速閉環回路中，測速信號不正確或者不穩定，會造成控制輸出信號的不正常甚至是紊亂，系統振蕩，乃至于出現機械系統的共振。

避免以下這些情形：旋轉編碼器不可靠、偏移、不對中等；旋轉編碼器變形、卡阻等；旋轉編碼器輸出信號的屏蔽線未接而遭受干擾等，引起饋送信號失常。

1.9 供電系統的電壓問題

電壓過高或者過低（波動應在±7%額定值內）、三相電壓不平衡等會造成電動機產生諧波力矩產生脈動振動并通過柔性懸掛裝置傳遞給轎廂，加劇振動與噪音。

使用符合相應電流額定值的電纜供電，電源從供電箱直接引接，主電源開關后不接其他用電設備。

2 工程實例應用

某住宅電梯：額定載荷1000kg，額定速度1.75m/s，18層18站18門，為蝸輪蝸桿減速箱的曳引式客梯。

問題描述：電梯在上下運行時，1-14層之間的電梯井道周圍的套房各房間沒有明顯可辨的主機運行噪音，但到了15層往上的各個樓層，電梯運行時，與電梯井道壁相鄰的房間里有明顯的“嗡嗡嗡”噪音，越往高的樓層，與井道壁相鄰的套房房間墻壁周圍的噪音測量值越大。經現場測量，電梯運行時機房內和轎廂內的噪音值分別為74dB（A）和52 dB（A）。測量轎廂內X軸和Y軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.18m/s2和0.13 m/s2，而Z軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.25m/s2和0.16m/s2。

經檢查，發現驅動主機機座下的兩根承重梁（工字鋼）橫向水平度誤差約2.5mm，縱向水平度誤差小于0.5/1000。曳引輪的垂直度誤差，空載時，曳引輪向外側偏斜0.5mm，滿載時，該偏斜量達3mm。主機機座的減振橡膠墊存在老化龜裂現象。

檢查發現，工字鋼承重梁下方的槽鋼在二次回填混凝土時并未完全填實，致使工字鋼下方的槽鋼內存在一個空腔，當驅動主機及其機座和承重工字鋼的振動頻率與土建承重墩的固有頻率接近時，由于槽鋼內空腔具有類似共鳴箱作用，驅動主機的振動及噪音就得到加強，并通過井道的土建梁傳遞給靠近電梯機房的各個樓層的房間，所以電梯運行時最上幾個樓層與井道相鄰的房間振動和噪音表現明顯。

處理措施：更換老化的減振橡膠墊，并再加裝一組高性能減振復合材料，通過加裝墊片降低主機機座的橫向水平誤差，將該誤差減至0.5mm以內，消除鋼絲繩在曳引輪槽壁上周期性斜滑入輪槽產生的沖擊。重新填充主機工字鋼承重梁與混凝土承重墩上槽鋼內的空腔，消除空腔產生類似共鳴箱作用而增強運行噪音。改進后檢測，電梯運行時機房內和轎廂內的噪音值分別為70dB（A）和50dB（A）。測量轎廂內X軸和Y軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.15m/s2和0.11 m/s2，而Z軸振動的最大峰值和A95峰值分別為0.18m/s2和0.12m/s2。運行時，最高幾個樓層與井道相鄰的各個房間內“嗡嗡嗡”聲明顯降低，人體不舒適感明顯減輕。由此可判定這些措施的減振降噪效果明顯（圖1）。

結語

本文通過對電梯振動和噪音產生的潛在源進行分析討論，并提出相應的部分可行處理意見，為電梯的安裝、維保、檢驗等過程中可能遇到的問題提供參考借鑒。安裝調試的整體質量對電梯整個壽命周期的舒適感有著直接和持續的影響，更應加以重視。對于電梯的振動源和噪音源進行討論分析，采取合理措施加以控制，是可以有效改善乘坐舒適感的。

參考文獻

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篇8

[關鍵詞]車窗電機結構及原理設計 定子 轉子 電刷板 齒輪箱等4部分結構 設計及生產 及未來車窗電機發展方向

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）34-0043-02

1 汽車天窗驅動電機結構及原理設計

一般汽車在行駛時若車內無新鮮空氣補充，就會使空氣中二氧化碳量增加、氧氣量降低引起其大腦缺氧，產生疲勞困倦的感覺。雖然有時候駕乘者會通過側窗進行換氣，但是側窗打開后，吹到人們身上的漩渦氣流會讓架乘著感覺風很大，又由于其上部的不通風，車內也會產生巨大的噪音，引起其耳鳴分散其注意力，最終導致無法安全行車的后果。特別是駕乘者在高速行駛時風帶著灰塵等雜質直接沖撞到司機身上，更容易降低駕駛者的舒適感和注意力，引起事故。因此現在汽車多采取車內加裝天窗的設計，既改善司機駕駛的安全性，又能通過天窗玻璃的自然采光給車室內營造出光明浪漫的氣氛。

驅動車窗的工作是一項間斷性工作，作為核心部件的驅動電機在其傳動機構運行過程中起著非常重要的作用。其通過電機的轉速及電流變化自由的驅動車窗玻璃沿滑槽前后移動、傾斜啟閉。伴隨著ECU科技的迅速發展，實現車窗遠程精準停留功能也成為易事。本設計的驅動電機就是配合天窗ECU設計的一款直流永磁帶傳感的有刷電機。

它是一種機械能與電能相互轉換的強驅動裝置，其在整個運行過程中實現了電能產生、變換、傳輸、分配、使用、控制等循環作用。根據載流轉子與主磁場定子互相作用產生電磁扭矩帶動轉子不停旋轉最終產生機械運動的工作原理。將本設計電機分為定子、轉子、電刷板、齒輪驅動等四大組立部分。

整個電機像人體一樣各盡其責互相配合，精準完成天窗各部分驅動要求。首先定子作為“身軀”起著主磁場和支撐轉子的作用。其次轉子作為“心臟”起著切割磁力線產生感應電動勢實現電能與機械能之間轉換的作用，而帶有ECU的電刷板作為“大腦”起著連接轉子與外部電路的作用，最后齒輪箱作為“大手”起著調試控制天窗的運行及定位的作用。由于本設計為直流永磁帶傳感的有刷電機，其工作原理便是所謂的弗萊明左手定則原理。

即在磁場B[T]中，向垂直于磁場的導體L[m]中通上電流為I[A]的電時， 則通電導線在磁場中產生力F[N]的公式為：

F= B*L*I

若磁場中鐵芯半徑為R[M]，則在磁場中扭矩T[Nm]公式為：

T=2 *R*F=2 *R*B*L* I

若卷線匝數為Z[n]，則在磁場中整體產生扭矩T[Nm]的公式為：

T=2* Z*R*B*L* I

通過力與扭矩公式換算后，最終結論得出設計的卷圈匝數Z、磁場B、導體長度L。

電機旋轉設計直接影響天窗應用模式，因此第一階段先假設直流電機的轉子不應用原動機拖動，而是把電刷A、B接在電壓為U的直流電源上，讓電刷A為正電位，B為負電位，則在N極范圍內的導體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內的導體cd中的電流是從c流向d。那么根據弗萊明左手定則判斷出載流導體ab邊受的電磁力的方向是向左，cd邊所受的電磁力方向則是向右，又由于磁場是均勻的，導體中又流過相同的電流，所以ab邊和cd邊所受電磁力的大小也是相等的，此時線圈在受到相同的電磁力作用時會按逆時針方向進行轉動。第二階段是當線圈轉到磁極的中性面上時，線圈中的電流和電磁力都等于零，但是由于慣性的作用線圈會繼續轉動。第三階段是當線圈轉過半周后，雖然ab與cd的位置調換了，但是由于換向片和電刷的作用，轉到N極下的cd邊中電流方向也變了（從d流向c），在S極下的ab邊中的電流方向也變了（從b流向a），此時電磁力F的方向仍然不會改變，所以線圈仍然受力按逆時針方向轉動。可見若N、S極范圍內的導體中的電流方向不變，那么線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停的旋轉下去。

2 汽車天窗電動機定子結構及原理設計

正如上述功能描述一樣，定子作為電機的“身軀”起著主磁場和支撐轉子的作用。一般定子結構分為永磁式和勵磁式兩種，永磁式是永磁體與電樞導磁體形成閉合磁路的形式。勵磁式則是在磁極上繞線圈后，在線圈通電形成電磁鐵的形式。雖然勵磁式的定子有壽命長，在“空載”條件下噪音小的優點，但是車窗的應用環境很難預測，在寒冷、大風等阻力環境中經常遇上持久負載，易導致勵磁電機電氣原件燒毀引起“短路”等故障，因此天窗電機一般都選擇永磁式定子。

而永磁式定子若磁性弱或磁路未飽和時，經常會引起電流增大、溫度升高、噪音及振動等不良現象。因此在成本允許條件下，選擇鐵氧體永磁材料時，首先考慮高磁通密度（Br）和矯頑力（Hc）的磁性材料。其次由于該電機額定轉速為40-50RPM，配合電樞鐵芯長度定子設計長48mmX寬34.2mm且Br大于420mT的對稱磁瓦結構是非常合適的。定子一般由機殼、永磁石、葉型彈簧等三部分組成，機殼根據客戶放置電機的空間，應用直徑為38mm扁圓筒結構。為了保證主磁體磁場穩定、裝配位置誤差小的功能，設計選擇了比膠粘式更穩定的葉型彈簧支撐式結構。以上永磁設計大大改善電機噪音及振動的風險。永磁材料由于材質堅硬很難進行機械加工，因而一般來說永磁式電動機的制造成本比電磁式高。而電磁式比永磁式多了一項激磁損耗。因此許多工業在生產線性高精度產品時都多應用永磁式電機。

3 汽車天窗電動機轉子結構及原理設計

轉子作為電機的“心臟”起著切割磁力線產生感應電動勢實現電能與機械能之間轉換的作用。其主要結構由軸、鐵芯、卷線、換向器、絕緣套筒、軸承及錐墊等七大部分組成。軸作為驅動轉子旋轉核心部件，其材質應用了 SAE/AISI 1144鋼。鐵芯應用了斜槽設計，即由厚度為1.0mm SPCC-SD硅鋼片上下16片依次錯開疊加槽位而成的，該設計即保證了電動機轉動均勻平穩，又提高了電機輸出功率，是現在高端電機常用的設計。換向器通過焊接方式連接轉子鐵芯銅線與換向器及碳刷電源正負極導通達到電機換向的作用。軸承作為連接齒輪箱和機殼橋梁，起著支撐和運動協調作用。由于本設計電機要配合天窗中的ECU按指令停留在任意位置處，因此在電樞轉子處特別增加了4瓣感應磁環的設計。

轉子設計重點在于鐵芯的卷線，它決定了電機電流方向及轉速、扭矩等功能參數，不同的卷線會影響到客戶不同的應用效果。因此為了避免卷線時換向器與鐵芯之間的誤差，在設計及卷線時必須首先確認換向器與鐵芯的角度問題，只有明確角度基準電機特性才可以穩定。本設計換向器角度為0°+/-1.5°，因此根據客戶的應用條件考慮后，將鐵芯槽數及換向器片數統一設計為8槽，銅線種類選擇日立1 KMK-20E耐絕緣高等級的銅線，線徑選擇為4.75mm，其中每槽內匝數為24匝。

電機系列品種規格繁多，其質量水平及工藝差異對此類產品的影響起著至關重要的作用。從工程的角度本公司為保證工程質量，使用雙飛叉高端日式卷線機，該工藝即保證了電樞兩側銅線快速的進入鐵芯槽中，又能降低轉子的兩側不平衡量。同時為了有效的防止銅線與軸之間、銅線與鐵芯之間絕緣損傷、匝間短路和絕緣不良，斷線，脫鉤，反嵌，圈數差，絕緣擊穿等故障的發生，選擇絕緣涂層和絕緣套筒雙重保護的設計。

4 汽車天窗電動機電刷板結構及原理設計

電刷板是電機機械固定部分和轉動部分之間傳遞能量或信號的裝置。其工作過程是將外部恒定電流通過電刷輸入加載到轉動轉子上，配合換向器改變電流方向維持馬達持續旋轉的過程。同時它還有將大軸上的靜電荷經過電刷引入大地靜電的保護作用。

本設計的電刷板是由M型碳刷架及端蓋、彈簧及碳刷、連接板及接地片、電容及扼流線圈等四部分組成。各部分作用如下，M型碳刷架及端蓋部分有固定機械和轉動的作用。彈簧及碳刷組立品有改變電流方向與換向器配合對電機起換向的作用。而連接板及接地片則起著電刷板輸入外部電流的橋梁及靜電保護的導體作用。電容及扼流線圈部分有減少直流電機損耗，提高使用壽命、電機運轉穩定性以及降低直流電機的噪聲和電磁干擾得作用。只有各部分同時有效而且配合偏差減少時，電機才能更順暢有效的換向，同時還可以有效地減少電機刺耳的電刷噪音。

電機轉動的時候，將電能通過碳刷及換向器輸送給線圈，其碳刷越長則電機使用壽命就越長。因此本設計根據使用空間選擇長為12±1mm SAE/AISI 1144材質的碳化物質。由于碳刷作用在換向器表面的壓入力大小直接影響馬達噪音及壽命，因此本設計通過不斷的實驗和驗證將壓入力設計在1.4+/-0.3N范圍內，以便調整馬達在合適的噪音水平中。最好選擇彈簧支撐的材質為SPCC-SD。

因為轉子滾動時，電刷始終與換向器進行摩擦，而且在換向的瞬間還會產生電火花灼蝕，所以電刷是直流電機里的易損件。因此伴隨著設計經驗的增多，在選擇材質和部品配合時一定要多考慮產品的使用壽命、盡量通過合理的電路設計降低電機噪聲和電磁干擾等不良影響，提高電機的品質能力。

5 汽車天窗電動機齒輪箱結構及原理設計

當汽車行駛速度過快時有可能造成天窗吹落，或是由于風阻產生

汽車的耗油量增大，降低車速等不良現象。因此天窗核心動力電機部分的加速或減速通常選擇變速齒輪箱實現。本齒輪箱力方向變更過程便是通過大齒咬合電樞蝸桿來實現垂直轉換成水平方向的過程。其減速的過程則是通過大齒旋轉帶動小齒配合天窗機械結構輸出來控制整個產品前后、開閉的移動的過程。一般電機在同等功率條件下，轉速越快的齒輪，軸所受的力矩就越小。因此為了減少力矩又能快速降低轉速，選擇了大齒輪與電樞蝸桿配合結構。由于大小齒輪的齒數比就是馬達轉速的傳速比，為滿足該電機轉速要求，設計了轉速比2：1的齒輪咬合結構。但要特別注意若設J為減速機的效率，設一級齒輪嚙合的效率中心值為95%，那么2級減速的J=95%*95% ，3級減速的J=95%*95%*95% ，以此類推。齒輪減速等級越多減速效率越小。

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一是強化對法律援助辦案質量的監督管理。并將回訪情況與補貼發放相結合，督促法律援助工作人員不斷提升服務標準。

二是進一步降低法律援助門檻。將法律援助經濟困難標準調整至市最低工資標準以內，努力實現“應援盡援”，在繼續做好“資深律師點援制”、“法律援助進社區‘雙百’服務”等活動的同時，開展“法律援助走基層”主題實踐活動，擴大法律援助受援覆蓋面，做好特殊人群的法律援助工作。

三是創新宣傳形式，拓寬宣傳渠道。不斷提升區法律援助工作的知名度和影響力。首先，創建區法律援助微博平臺，利用微博開展“微服務”，定期更新法律知識，隨時解答群眾咨詢。其次，設立便民服務自助終端，方便群眾查詢法律援助相關信息。另外，拓展電視、廣播宣傳專欄，策劃法律援助專版專題報道；制作法律援助申請指南和相關法律知識的宣傳材料，開展持續、多樣的宣傳活動。

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【關鍵字】電動機；絕緣電阻；絕緣材料；環境因素；測量

引言

測量電機的絕緣電阻是檢測電機絕緣性能最常用、最簡便且比較有效的方法。如果測量中所使用的方法不當，測得結果將無法成為評估電機絕緣性能并確定其能否安全運行的判斷依據。下面針對電機絕緣測量中的五種誤區，進行分析討論。

誤區一：萬用表測量低壓電機絕緣電阻。

從表1可知，萬用表歐姆檔雖然是測量電阻，但其表內的工作電壓相當低，如FM500型萬用表的低電阻檔1.5V，高阻擋為9V；MASTECH MY68數字萬用表工作電壓為9V。顯然，如此低的電壓（萬用表表筆上的測試電壓比工作電壓更低）用于低壓電機絕緣電阻的測量，根本無法正確反映其在額定工作電壓或更高電壓條件下的絕緣電阻，所以用萬用表或直流低壓電橋所測的值根本不是低壓電機的絕緣阻值。因此，測量低壓電機絕緣阻值只能用絕緣電阻表。

誤區二：絕緣測試儀檢查低壓電機短路情況。

絕緣的好壞與是否短路是兩個不同的概念，電機的絕緣水平差并不代表電機內部繞組發生了短路情況，而短路則表示絕緣損壞或電機繞組或其他部件對電路短接的故障。當使用手搖式兆歐表測量繞組的絕緣電阻時，若出現了“0MΩ”時，并不意味這電機繞組或其內部已發生接地或短路，因為從0MΩ起始刻度的絕緣表就很難辨認100kΩ以下的數值。即便使用FLUKE 1508絕緣測試功能，在其測量范圍（0.01MΩ～10GΩ）內，也無法辨認10kΩ以下的數值。判斷電機絕緣的優劣應當用絕緣測試儀測量，判斷電機繞組是否短路應用帶有歐姆檔的絕緣電阻測試儀或萬用表歐姆檔測量。

誤區三：忽略影響絕緣電阻的因素。

在進行絕緣電阻測試時，絕緣材料的狀況、環境相對濕度、溫度等會對測量結果產生重大影響。

1）絕緣材料的老化與擊穿。我廠絕大多數低壓電機的絕緣等級為F，該絕緣材料系統采用熱固性環氧或聚酯粘合形成，在長期的氧化、聚合、分解、揮發等化學過程作用下，造成絕緣彈性喪失、變脆、吸潮性能增加、電導增大等，導致絕緣性能下降。絕緣材料的擊穿可分為熱擊穿和純電擊穿兩種情況，熱擊穿是絕緣材料所加的電壓與材料發熱使絕緣性能變劣所引起的。純電擊穿是在電場力作用下，造成絕緣材料結構直接破壞引起的。

2）潮濕的影響。不考慮繞組表面是否污穢的情況下，繞組絕緣對環境的相對濕度是很敏感的，只要相對濕度足夠大，如多雨天或長時間的雨雪天氣，絕緣表面就會形成潮氣膜，使表面絕緣電阻變小，由公式（3）可知，絕緣電阻將降低。若繞組表面被污染或有絕緣裂縫存在，當相對濕度足夠大，污染物中的電導性物質和吸水性物質會使繞組絕緣的電導性和吸潮性能大大增加，導致絕緣電阻大幅降低。

3）溫度的影響。一般情況下，對于給定系統在任意時間點的絕緣電阻，隨繞組溫度呈指數規律相反變化，由于溫度提高提供了熱能，使額外的離子獲得釋放，在電場作用下，做定向移動的離子數量及其移動的速度都將增加，從而降低絕緣阻值。對于露點以下的電機，在檢測其絕緣時，絕緣阻值可能不隨繞組溫度相反變化，在低溫下，絕緣阻值反而降低。這是由于電機繞組表面受潮使其表面絕緣電阻下降速度遠大于體積絕緣電阻上升速度所致。

誤區四：忽略絕緣電阻的測量時間。

絕緣電阻反映絕緣材料在一定的直流電壓作用下通過的泄漏電流大小。特別是測量具有等效電容性較大的高壓電機時，還可明顯的看到絕緣電阻值與加壓時間有關。加壓時間越長，絕緣電阻值就越高。這是由于絕緣材料的吸收現象所引起的。絕緣材料（電介質）在直流電壓的作用下發生極化過程與電導過程，電介質所在的回路中將產生從大到小隨時間而衰減并最終穩定在一定數值的電流。該電流有三個分量組成：①快速極化過程中產生的極化電流（幾何電容電流），它在電介質加壓后存在的時間極短，很快就衰減為零。②有損極化時產生的夾層式極化和偶極子式極化的電流，即吸收電流。它隨時間衰減，衰減速度取決于電介質的材料和結構等因素。對于等效電容性較小的低壓電機而言，通常在一分鐘左右的時間便衰減至零。③泄漏電流，由公式（2）可知，它不隨加壓時間而變化。上述三種電流分量在每個時刻疊加起來，即為流過電介質的總電流。

誤區五：忽略吸收比K的測量。

在低壓電機絕緣測量的過程中，某一時刻的絕緣電阻值有時難以全面反映電機絕緣性能的優劣，尤其是在油膩環境和潮濕環境特別明顯。其原因有兩點：①絕緣電阻的大小與泄漏電流流經路徑的面積成反比，與泄漏電流流經路徑的長度成正比。因此絕緣電阻不僅與絕緣材料材質有關，而且與其形狀、尺寸等諸多因素有關，往往難以給出一定的絕緣電阻判斷標準，而只能與該絕緣的過去測量值進行比較。②絕緣材料加上測試電壓后均存在對電荷的極化過程。

基于以上分析可知，在油膩環境和潮濕環境的里，對于等效電容性較小的低壓電機，利用絕緣電阻的吸收比K（極化指數P.I.的派生）更有利于判斷絕緣狀況的優劣。即絕緣介質加壓60s與加壓15s時的直流電阻的比值：

（4）

由絕緣電介質的吸收現象、公式（4）以及表2可知，K值低于1.3表明絕緣存在問題。在實際工作中，使用FLUKE 1508測試吸收比K，只需選擇吸收比檔和適合的測試電壓即可。

結 論

絕緣材料電氣性能的好壞，直接影響到低壓電機設備運行的可靠性和安全性。因此，電氣絕緣測量是電氣技術工作的重要內容，也是安全生產和經濟效益的重要保證，這對于電氣工作者在工作責任心和專業素質等方面的要求很高。以上對于低壓電機設備絕緣測量方面的五種誤區的分析討論，是從事電氣技術工作的一些認識和探索。在實際工作中，還有一些值得重視的知識要點需要討論，如對被測對象在測量前的適當處理和測量操作的規范要求等。

參考文獻

[1]GB/T 20160-2006 旋轉電機絕緣電阻測試[S].

[2]屠志健、張一塵. 電氣絕緣與過電壓[M]. 北京：中國電力出版社，2005.