电源设计范文精选
电源设计范文第1篇
但我的朋友又披露了另一个统计数字：他设计的典型电路板上有约30个独立的电源网络。每个电源网络都有不同的标称电源电压、精度以及调整率；在有些情况下，这些标称电压只相差十分之几伏。再则，每个电源网需要有自己的稳压器以及一系列去耦电容器，以便控制从近乎直流直至几百千赫带宽内的旁路阻抗。设计师必须分析并实现每个电源网络的供电与返回路径，以及大量的PCB板走线。在最终设计中，直流电源子系统的走线与电容器要占去电路板面积的一大部分。设计师必须精心建立所有这些因素的模型，以确保电流路径得当，以及IR压降很小。在达到这些电流电平时，这可不是件简单的工作。
然而，高质量电源子系统与其配电系统之间却存在一个难题。尽管供电在任何系统中都是一种不可或缺的功能，但它却无法获得用户的直接赞赏或认同。用户需要的是额外的特性、功能和性能；供电被看作设计中固有的部分。增加特性有利于营销宣传，并获得更多的利润，而电源网络的元件成本和占板面积却没有这些好处。事实上，有些人会把电源子系统占用的电路板面积看作没有意义的负担，就像财务部门或邮件收发室一样。
我希望，你作为系统设计师或电路设计师能对物料清单上的元器件的选择产生重大影响。我的这位朋友指出，为最大限度地减小电源网络的负担，你可以做几件基本工作。首先，要帮助电源子系统设计师开发设计一组基本的稳压器（可以使用线性稳压或开关稳压技术），这样，你就可以在电路板上重用这些设计。为了使这项工作有价值，你还应该根据每一个标称电压来平衡电流负载，使之处于同一范围内，因为你找不到一种经济实惠设计能支持10mA和1A两种负载。
电源设计范文第2篇
【关键词】开关电源；主电路；控制电路
1.引言
开关电源是指通过控制开关晶体管开通和关断时间的比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源被人们誉为十分高效节能的电源，它代表稳压电源发展的方向，现已经是稳压电源主流产品。开关电源的内部重要元器件均运行在高频开关的状态，本身消耗很低的能量，其电源的效率可以达到百分之八十到九十，是普通的线性稳压电源效率的将近两倍。开关电源也被叫做无工频的变压器电源，它利用体积很小高频的变压器以实现电压的转变和电网隔离，不仅可以去掉十分笨重的工频变压器，而且可使用体积很小的滤波元件以及散热器，这就为研究和开发的高效率、高可靠性、高精度、体积小、重量轻的开关电源打下了坚实的基础。
2.开关电源的实现方案研究
2.1 开关变换器的拓扑结构
现代直流稳压电源可分为直流稳压开关电源和交流稳压开关电源两大类，前者可输出质量相对较高的直流电压；后者可输出相对质量较高的交流电压。本研究课题的研究范围属于前者的，直流变换器按照输入与输出间是否含电气隔离，可以分成两类：无电气隔离的直流变换器称为不隔离的直流变换器，具有电气隔离的直流变换器称为隔离的直流变换器。
不隔离的直流变换器根据使用的有源功率器件的个数，可以分为单管、双管以及四管共三大类。采用单管的直流变换器共有六种，包括降压式(Buck)、升压式、Cuk、Zeta、升降压式和Sepic等。这六类单管式变换器当中，降压和升压式是最为基础的，另外四种则是衍生出来的。双管式直流的变换器中有双管式串接的变换器。全桥式直流的变换器是通常用的四管式直流的变换器。隔离直流的变换器同样可以根据所用开关的器件个量进行分类。单管的包括正激式和反激式两类。双管的有正激、推挽、反激和半桥四种。四管式直流即全桥式直流。隔离直流通常使用变压器来造成输入以及输出间的电气隔离，变压器其本身就具有变压功能，将有利于扩展变换器的使用范围以及利于完成多路不同的电压或者多路相同的电压输出。
2.2 开关变换器的软开关的技术
PWM技术已经在电力电子电路中得到了日益广泛的应用，一般说来是指在开关变换的过程中保持开关频率的恒定，但通过改变开关接通时间的长短，使负载变化时，负载上电压输出变化却不大的方法。但这种开关技术是一种“硬开关”，也就是开关管的通断控制与其上流过的电流以及器件两端所加的电压并无关系，功率开关管的开通、关断在器件上的电流或电压不等于零的状态下强迫进行，开关损耗很大。特别是现代电力电子技术正向频率更高的方向发展，PWM硬开关技术将使得开关损耗成为高频化发展的显著障碍。
高频软开关技术大致可以分为以下三大类：
（1）谐振式变换器(串联谐振，准谐振，并联谐振和多谐振)；
（2）有源钳位的ZVS单端变换器；
（3）零开关--脉宽调制变换器(ZVS/ZCS-PWM、PSC FB ZVS-PWM、ZVT/ZCT-PWM变换器)；根据本研究课题所探讨的电源功率大，开关频率高的特点，选用串联谐振变换器等这类谐振变换器和零开关PWM DC/DC全桥变换器以实现软开关，则较为适合。下面以这两类中较为典型的移相全桥ZVS-PWM变换器和串联的谐振式变换器为例，对这两类变化器的特点进行综合比较。
2.3 移相全桥ZVS-PWM变换器与串联式谐振变换器相互比较
谐振式变换器包括串联谐振式和并联式，在谐振的变换器中，谐振元件一直谐振工作，可参与能量变换的全过程。串联式谐振的变换器可实现开关管软开通或者软关断，改善开关管的工作条件；这类的基本控制方式是调频控制；变换器回路电流近似为正弦波，它的EMI小；但同时存在以下缺点：
（1）开关器件通态电流或断态电压的应力较大。对于在电压模式下的谐振开关，开关于零电压下所进行的开通与关断所承受的断态的峰值电压可为其输出电压值的两倍还要多，对于电流模式，则通态的电流峰值可达到输出电流值的两倍还多，通态损耗比较大。
（2）开关的器件工作频率并不为恒定。采用调频的方式控制，当电源或者负载变化，便只能依靠改变开关的器件的运行工作频率来调节相关的输出的电压值，使频率的变化范围很大，以致对功率变压器、输入、输出滤波器的设计以及优化均难以进行，且频率大范围变化并不利于与下级变换器的同步。
3.开关电源的主电路设计
3.1 高频变压器的设计
开关电源主电路主要是处理电能，也就是功率变换。主电路主要包括输入滤波电路、高频变压器、逆变电路、输出滤波电路等部分。主电路的设计一般在整个电源设计过程中具有最为重要的地位。
变压器是开关电源中的核心元器件，许多其他主电路的元器件参数设计均考虑了变压器参数，因此，应首先对变压器进行设计制造。高频的变压器在运行时电压、电流均不为正弦波，因此，工作的状况与工频并不一样，计算公式也不尽相同。需计算的参数包括铁心的尺寸、导体的截面积、各绕组的匝数及其结构等，它们的基础参数是工作电流、电压和频率等。
3.2 输入端整流式滤波电路设计
交流的输入一般使用包括单相输入和三相式输入（包括四线方式和无中线的方式）。对于中大功率的场合，考虑到单相整流电压相对三相整流电压要低得多，使DC-DC电路电流变大，功耗也增大，单相整流和三相整流比较而言直流脉动也比较大，因此，采纳三相输入，故本设计中输入部分使用三相的无中线的控制方式，经过功率控制的二极管形成三相的桥式的整流器以输出脉动的直流波形，并且在整流器的输出端接上LC滤波网络，使脉动电流变成平滑的直流。
输入滤波电容(C1)主要功能是起到滤波以及使得输出直流电压变得平滑，并减小脉动作用，故输入端滤波的电容的挑选是相当关键。一般情况下，输入滤波的电容值根据控制纹波来估算，也就是为了确保逆变电路供应稳定直流电压，滤波电路时间常数必须为纹波中基波周期的6倍以上，由此根据直流输入电压、电流推算出输入滤波电容值。
3.3 输出整流回路的结构设计
一般而言，输出整流回路包括两种，一种为四个二极管组成的单相式全桥整流，另一种是两个整流二极管组成的单相式全波整流。比较两者，全波式整流电路的二次绕组具有中心抽头，结构较为复杂；而全桥式整流相对于全波式整流多采用了两个二极管，成本较高，若输出的电流大，那么整流桥上的二极管总通态损耗也变大，影响了变换器的效率，但是对于波整流电路，二极管所经受最大的反向电压是全桥整流电路值的两倍。通过以上的考虑，当输出的电压较高，且输出的电流较小时，一般采取全桥整流的方式；而输出的电压比较低，且输出的电流较大时，一般使用全波整流的方式。结合本课题所研究的情况，输出整流电路选用单相的全桥整流电路。
3.4 功率开关器件的选型设计
目前，在高频开关电源中使用最为广泛的功率开关器件是MOSFET和IGBT，在功率转换的应用中，MOSFET的导通损耗与开关损耗之比约为3:1,而相比之下的IGBT的导通损耗与开关损耗之比约为1:4。MOSFET较高的导通损耗是由较高的RDS(on)引起，而IGBT较高的开关损耗是由关断时电流拖尾所导致的。相比较而言IGBT的开关速度是低于功率MOSFET的，目前开关速度最快的IGBT的开关频率可以达到150kHz（IR公司的开关频率可高达150kHz的WARP系列400～600V IGBT），而MOSFET的所能达到开关频率则比IGBT高出许多，且在开关频率很高的时候，IGBT的开关损耗比MOSFET要大，故本课题研究采用MOSFET作为逆变电路的功率开关器件。
通常，若主电路工作在硬开关条件下，功率开关管的额定电压常常要求大于直流母线电压两倍。而本电路工作在零电压开关的条件下，功率开关管额定电压可以适当降低一些，因此可选为600V。
3.5 附加谐振电感设计
通过研究移相全桥ZVS-PWM变换器可看出，开关的过程中，输出滤波电感是参与串联谐振的，它的能量很大，已可满足开关管的并联电容器进行充放电的需要，因此超前臂较易实现ZVS；但滞后臂于开关的过程中，变压器副边为短路，仅剩下变压器的原边漏感的能量可参与谐振，并不能快速完成其并联电容器充放电的过程，滞后桥臂达到ZVS相对较为困难。故为了促进滞后桥臂达到ZV S，我们可另外增设附加的电感量，从而为并联电容器充放电提供足够多的磁能。
4.开关电源控制电路设计
4.1 开关电源控制电路设计
开关电源的主电路主要任务是处理电能，而控制电路的主要任务是处理电信号，它控制着主电路中各个开关器件的工作，控制电路的设计质量对电源的性能甚为重要。一般由驱动电路，PWM控制电路，调节器电路及保护电路组成。
其中，PWM控制电路的作用是将于一定范围内不断变化的控制量模拟信号转换为PWM信号，通常集成的PWM控制器可将误差电压放大器（EA），振荡器，PWM比较器，基准源，驱动，保护电路等常用开关电源控制电路集成在同一个芯片中，组成功能完整的集成电路，成为控制电路的核心。
4.2 移相PWM控制芯片UC-3879特性
这里UC-3879的系列IC是指UC-3875的改进产品，它是一个含软开关的功能的PWM式驱动器，采用移相开关方式调节半桥电路的驱动式脉冲的电压，同时控制了全桥式变换器的功率管，使固定的频率的脉宽调制器和谐振零电压的开关结合以具有相对高性能。此芯片除了可在电压模式工作，同时可工作在电流模式，并且具有快速的过流保护功能。UC3879可以独立编程以控制时间延迟，在每只输出级开关管导通之前提供足够的死区时间，为每个谐振开关区间里实现ZVS留有余地。
4.3 驱动电路设计
驱动电路是主电路与控制电路的接口，同开关电源的可靠性，效率等性能关系密切。驱动电路对快速性有较高要求，能提供一定的驱动功率，并具有较高的抗干扰和隔离噪声的能力。通常MOSFET的驱动电路包括以下三类：
1)使用光耦合器作为电气隔离的驱动电路，它由电气隔离及放大电路两部分构成，可以获得很好的驱动波形，但由于受到光耦响应时间限制，当开关频率较高时，驱动延时显著(为微秒级)，并且需要独立的驱动电源。
2)使用集成驱动芯片(比如IR2110)的驱动电路，根据自举原理，驱动高压侧和低压侧的两元件时，并不需独立电源，驱动延时较小(纳秒级)，适用的开关频率高，驱动波形理想。但是当MOSFET并联时，该电路驱动能力显得不足，需要增加放大电路。
3)使用脉冲变压器的驱动电路，它的电路结构简单而可靠，并不需独立驱动电源，延时小（为纳秒级），适用的开关频率很高。本设计依据自身的特点，采用脉冲变压器来组成驱动电路，电路的结构简单，延时较小（经实验测定本电源驱动电路延时小于50ns）,可靠性较高。
4.4 电源容量扩充的途径
自八十年代，伴随高频电源技术及新型功率器件的快速发展，大容量高频开关电源的研究和开发逐渐成为当今电力电子学的主要研究方向，并且派生了多个新研究方向。我们从电路的角度来考虑开关电源的容量扩充，将容量扩充技术分为二大类：
第一种，通过器件的串、并联增大电源工作电压或工作电流，以实现扩容的目的；
第二种，通过将多台单个电源并联，实现扩容和冗余设计的目标。
对于前者，器件的串、并联的方式中，需要特别处理串联式器件均压问题以及并联器件均流问题，考虑到器件的制造工艺以及参数离散性，限制器件相互之间的串并联的数目，同时串、并联的数量越多，那么装置可靠性将会越差。
对于后者，多台电源并联的技术是基于器件的并联技术进行大容量的可行方式，借助可靠电源并联技术，在单机的容量合适的情况下，可简单通过并联的运行方式得到非常大容量的装置，每台单机仅为装置的一个整理单元或一个相关的模块。大功率电源系统是由若干个较小的模块化电源形成的。在空间上，各个模块接近于负载，供电的质量高，采用调整并联模块数量以符合有差异的功率负载，设计较为灵活，每个模块可承受较小的电应力，开关频率将达兆赫级，从而提高系统的功率的密度。另外，模块化的电源系统突破了仅仅只有单个电源的功率限制，用户可如同搭建积木一般，按照电源功率进行最佳的组合，当某一个模块发生了故障，可热换掉此模块，这时其他的模块会均担此故障模块负载，并不影响整体系统工作，以提升系统安全，且方便维护，节省了投资。
4.5 开关电源电磁兼容的设计
随着电子电路不断向高密度高集成化的方向发展，我们对电源产品的要求越来越高。体积小、高效能、重量轻、高可靠性的“绿色电源”已不可避免地成为下一代电源产品的发展趋势。功率密度急剧增大将导致电源内部电磁环境日益复杂，由此产生的电磁干扰对电源及其周围的电子设备正常工作都产生威胁。同时随着国际电磁兼容法规变得日益严格，国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证，对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细、更加严格。目前，如何降低以致消除开关电源的EMI问题已成为全球开关电源设计师和电磁兼容设计师密切关注的问题。
电磁兼容(EMC)是说在十分有限的时间、空间和有限的频谱范围内不同的电气设备共同存在但却不会造成各个电气设备的性能下降，包括电磁敏感(EMS)和电磁干扰(EMI)这样两个方面。EMS是指电气设备抵御电磁的干扰方面的能力，EMI则指的是电气设备向周围环境发出噪声。某一台具有十分良好的电磁兼容的性能设备，将会既不会遭到周围的电磁噪声的影响，同时对周围的环境也不会形成较大的电磁干扰。
参考文献
[l]刘军.开关电源的应用与发展[J].大众用电,2002(12):16-17.
[2]丁道宏.国内外开关电源发展展望[J].电气时代,2000(10):14-15.
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电源设计范文第3篇
二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。
三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路：
(1).电源开关交流回路
(2).输出整流交流回路
(3).输入信号源电流回路
(4).输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似，最佳设计流程如下：
·放置变压器
·设计电源开关电流回路
·设计输出整流器电流回路
·连接到交流电源电路的控制电路
·设计输入电流源回路和输入滤波器设计输出负载回路和输出滤波器根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
(1)首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
(2)放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集.
(3)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容尽量靠近器件的VCC。
(4)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
(5)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
(6)布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。
(7)尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。
四、布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点：
1.正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。在本开关电源中，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地，即将电源开关电流回路（中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激。做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻，其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。
2.尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，如有可能，接地线的宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。进行全局布线的时候，还须遵循以下原则：
(1).布线方向：从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。
(2).设计布线图时走线尽量少拐弯，印刷弧上的线宽不要突变，导线拐角应≥90度,力求线条简单明了。
(3).印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。因采用单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠，但要避免焊盘重叠。
3．输入地与输出地本开关电源中为低压的DC－DC，欲将输出电压反馈回变压器的初级，两边的电路应有共同的参考地，所以在对两边的地线分别铺铜之后，还要连接在一起，形成共同的地。
五、检查布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
六、复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。
七、设计输出输出光绘文件的注意事项：
电源设计范文第4篇
随着电子设备对电源系统要求的日益提高，研究廉价的具有监视、管理供电电源功能的开关电源愈来愈显得必要。本文在综合考虑电源各种技术性能和对自身的安全要求以及开关电源性能的基础上，设计出了一种新型实用的带有过电压检测和保护装置的智能化电源。它具有以下几个特点：
（1）实际了对过电压的检测，并能记录每次过电压的瞬时值和峰值，可启动备用电源供电，实现对电子电路的保护作用。
（2）具有抗冲击能力强、使用寿命长、带液晶屏数字监视的特点，同时通过RS485通信接口与管理计算机通讯能实现“透明”电源的工作和保护等功能。
（3）能实时显示输出电压、电流的大小，过电压的次数、大小以及必要的参数设置信息。
（4）通过接口与后台或远端PC机实现数据传送。
智能化电源的核心由显示板、CPU板、通信板、备用电源板、过电压检测板、键盘、通信转接板组成。装置的关键是实现电压的峰值检测，尤其是过电压的检测。本文提出了一种基于单片机的过电压检测和峰值电压检测方法，实验证明它满足了对检测的快速性和精确性的要求。
2系统硬件设计
系统硬件框架如图1所示。在正常的情况下，220V的交流输入电压经过整流、滤波、DC/DC变换、稳压电路后可得到一个稳定的输出电压，基本上是一个开关电源；当有过电压时，过电压信号经过过电压检测电路检测和峰值电压保持电路保持，控制电源回路，断开正常工作的交流电路，同时通过计算机启动备用电源工作，以及完成对过电压的瞬时值和峰值的测量。
2.1过电压检测电路
过电压对于电源来说是一个非常有害的信号，雷电等引起的瞬时高电压如果不加遏制，直接由电源引入RTU（远程终端设备）则会影响其电源模块的正常工作，使各功能模块的工作电压升高而工作不正常，严重时会损坏模块，烧坏元器件（IC）。典型过电压形成的冲击电压脉冲如图2所示。
过电压保护的基本原理是在瞬态过程电压发生的时侯（微称或纳秒级），通过过电压检测电路对这个信号进行检测。过电压检测电路中主要的元件是压敏电阻。压敏电阻相当于很多串并联在一起的双向抑制二极管。电压超过箝位电压时，压敏电阻导通；电压低于箝位电压时，压敏电阻截止。这就是压敏电阻的电压箝位作用。压敏电阻工作极为迅速，响应时间在纳秒级。
过电压检测电路原理图如图3所示。当有过电压信号产生时，压敏电阻被击穿，呈现低阻值甚至接近短路状态，这样在电流互感器的原级产生一个大电流，通过线圈互感作用在副级产生一个小电流，再通过精密电阻把电流信号转变为电压信号；这个信号输入到电压比较器LM393后，电压比较器LM393输出高电平，经过非门A输出的控制脉冲1控制电源回路，断开开关电源电路，启动备用电源。控制脉冲2送到单片机的中断中，单片机控制回咱启动A/D转换，采样过电压的瞬时值。
2.2峰值电压采样保持电路
峰值电压采样保持电路如图4所示。峰值电压采样保持电路由一片采样保持器芯片LF398和一块电压比较器LM311构成。LF398的输出电压和输入电压通过LM311进行比较，当Vi>V0时，LM311输出高电平，送到LF398的逻辑控制端8脚，使LF398处于采样状态；当Vi达到峰值而下降时，Vi<V0，电压比较器LM311输出低电平，LF398的逻辑控制端置低电平，使LF398处于保持状态。由于LM311采用集电极开路输出，故需接上拉电阻。由过电压检测电路输出端送来的脉冲控制电路开关的导通，没有过电时采样电容放电，否则采样电路一直跟踪峰值的变化。
2.3单片机控制回路
单片机控制回路如图5所示。它的主要功能是完成对过电压的瞬时值和峰值的检测、过电压次数的检测、电源输出电压和电流的检测，并通过键盘的操作显示出各个检测值的大小；同时通过485接口和上位机实现通讯，在有过电压的时候通过控制回路启动备用电源，实现对电源本身的保护。
3软件设计
系统软件主要由主程序、键盘扫描子程序、显示子程序和通信子程序等组成。图6是主程序流程图。
主程序由初始化、看门狗置位、键盘扫描子程序、中断子程序组成。主程序主要进行分配内存单元、设置串行口等器件的工作方式和参数，为系统正常工作创造条件。在主程序运行的过程中，通过按键可以显示检测的各个量的值；同时在系统过电压和干扰信号产生时，液晶显示屏会显示提示信息，使电源实现“透明”，便于电源的管理。在本系统中，键盘采用的是由P1口组成的3×3行列矩阵式键盘。由于键盘程序的技术已经相当成熟，所以具体过程不做介绍。
图5
电源设计范文第5篇
关键词：10kV变电站；消防电源设计；消防系统；消防设备；消防负荷 文献标识码：A
中图分类号：TM411 文章编号：1009-2374（2015）04-0011-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0289
在10kV变电站的设计工作过程中，消防电源的设计是必不可少的重要一环。近年来，我国火灾事故频发，威胁着广大人民群众的生命安全并且造成了严重的财产损失。随着科技的发展，消防系统的技术水平也在不断进步，各种新型探测、报警、喷淋等设备层出不穷，因此消防电源设计的重要性不言而喻。关于消防电源的设计，主要有两本规范进行了规定。其中《建筑设计防火规范GB50016-2006》中11.1.4条规定：消防用电设备应采用专用的供电回路，当生产生活用电被切断时，应仍能保证消防用电，其配电设备应有明显标志。《高层民用建筑防火设计规范GB50045-95（2005年版）》中9.1.3条中也有类似规定。其用意是：根据实战需要，消防人员到达现场进行灭火时，要切断电源以防止火势蔓延以及避免触电事故。如果消防电源和其他配电线路混合敷设且无明显标志时，则消防人员不得不切断全部电源，致使建筑物内的报警、广播、喷淋灭火等消防设备无法工作。因此，在10kV变电站的设计中，往往将消防负荷设为单独的一面或几面配出柜，并有明显的消防电源标识。此外，由于消防电源也分为一、二、三级负荷（具体划分见《建筑设计防火规范GB50016-2006》中11.1.1条）。其中的一、二级负荷应有双电源供电，以保证消防设施的正常使用。下面将两种我院设计的消防电源供电方式列出，并加以探讨。
1 常见的10kV变电站供电主接线
常见的10kV变电站供电主接线如图1所示：
图1 常见10kV变电站供电主接线
图1中变电站低压侧采用单母线分段形式。消防电源一路由变压器提供，一路由发电机提供。有双套变压器的变电站第二路电源则由2号变压器提供，满足一、二级负荷双电源的要求。双电源设置自动投切装置，并有机械和电气联锁，以防止并列运行。图中消防负荷配出均为双套开关，在消防配电线路最末一级的配电箱处设置自动装置进行切换，以满足《建筑设计防火规范GB50016-2006》中11.1.5条的要求。当发生火灾时，值班人员应立即切断除消防负荷外的三级负荷，以防止发生火灾蔓延及触电事故。如果事故发生后发现主变压器已经失电，则应立即启动发电机（如发电机设置自动启动，则应满足在30秒内供电），保证消防设备及一、二级负荷的供电需求。这样的设计笔者认为是满足规程要求且比较合理的。
2 根据消防部门意见修改的10kV变电站供电主接线
根据消防部门意见修改的10kV变电站供电主接线如图2所示：
图2 根据消防部门意见修改的10kV变电站供电主接线
图2为按照消防部门意见修改的10kV变电站供电主接线。与图1相比，变压器的低压侧增加了一面主受开关柜，用以单独控制消防负荷。经过咨询消防部门，其依据为由《建筑设计防火规范GB50016-2006》及《高层民用建筑防火设计规范GB50045-95（2005年版）》合并而来的新版《建筑设计防火规范（报批意见稿）》中12.1.7条之规定：消防用电设备的电源应该在变压器的低压出线端设置单独的主断路器。此新版规范尚处于报批阶段，并未作为新版标准颁布。且这样设置笔者认为有以下两个方面尚待商榷：
第一，如图所示，变压器所带非消防负荷及消防负荷分别由两面主受柜馈出。表面上看对于消防负荷的操作比图1方式更加简单明了。但消防人员并不一定了解火灾现场的电气运行方式，且火灾情况紧急，到达现场后势必只保留消防负荷的主受开关而断开另一主受开关。致使变压器所带的非消防负荷中的一、二级负荷断电，这显然是不允许的。因为火灾初期往往发生在有限的范围内，停电的范围应该以不影响火灾的扑救以及危险区域人员及设备安全为界。而一、二级负荷的定义是：停电可能造成人员伤亡或重大政治、经济损失。断开一、二级负荷造成的后果很可能比小范围的火灾更加巨大。
第二，如图所示，这样设计消防电源需增加一套主受开关柜。而10kV变电站的变压器随着国民经济的发展已经越来越大，2000kVA、2500kVA、3150kVA的容量并不少见，其低压侧出线电流往往达到3000～5000A。达到此级别的主受开关多为框架式智能断路器（如正泰NA8系列、华通ZW1系列），价格昂贵。与之配套的柜体及隔离刀闸等配件均是一笔不小的投资，给用户带来额外的经济负担，况且消防负荷正常情况下并不工作或仅有少量负荷（如监视、遥感、报警等回路）工作。由此可见，单独设置一面专供消防负荷的主受柜是十分不经济的。对于变压器低压侧双主受开关的设计，国家电网公司《配电网工程典型设计（10kV配电分册）》中并无涉及，短期内也没有运行经验。其运行稳定性、开关操作流程、维护难易度等还需要时间验证。
综上，图2的消防电源供电方式增加了设备投资，操作维护复杂，降低了运行可靠性，增加了一、二级负荷的供电风险，并不值得落实推广。但遗憾的是，根据近期客户反映，如不按照图2所示进行设计，往往得不到消防部门的认可，验收难以合格。这也是设计部门所面临的一大难题，新版《建筑设计防火规范》迟迟难以出炉，也应有此因素考虑。希望电力设计主管部门协调消防部门加以解决，找到一条满足各方面需求，同时具有安全性、可行性、投资合理、运维可靠的方法。
最后，关于电气设计中的消防安全环节，笔者认为应该是一个统一的整体。在10kV变电站设计的初期就应该结合现场实际做好消防负荷的统计，对可能出现的各种情况做好科学的预测。从设备的选用、现场施工安装到最后的验收投运等各个环节都应该严格执行国家的各项标准及强制性条文，把电气火灾的隐患消灭在萌芽
状态。
随着科技的发展以及政府主管单位对于消防安全的重视，新型的火灾自动报警系统也越来越多地出现在各大厂矿企业以及高层建筑或人员密集场所中。此系统具有消防联动设计，在火灾发生的时候可以首先切断火灾区域及相关区域的非消防电源，而后进行自动喷淋、消火栓启动、打开门禁、降下防火门等一系列后续动作。这样基本省掉了值班人员或消防人员到达现场后人工断电的步骤，也就没有必要纠结于是否应该“在变压器低压侧出线段单独设置主断路器”。由此可见，一个设计合理、自动化程度较高的消防系统，完全可以做到在火灾出现的初期就迅速报警、广播，并进行灭火。给消防安全提供了极大的保障。
消防电源的设计看似仅为10kV/0.4kV配电设计中一环，但是其合理性、重要性却是电气设计中必不可少的。如果设计不合理就可能带来消防隐患，造成重大的人员及财产损失。为此，及时与消防部门协调沟通，不断掌握更加先进的消防自动化系统知识，这是广大电气设计人员应该引起注意和不断加强的。
参考文献
[1] 建筑设计防火规范（GB50016-2006）[S].北京：中国计划出版社，2006.
电源设计范文第6篇
【关键词】带隙基准；曲率补偿；高稳定性
1.引言
基准电路包括基准电压源和基准电流源，在电路中提供电压基准和电流基准，是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块[1]。随着集成电路规模的不断增大，特别是芯片系统集成（SOC）技术[2]的提出，使基准电路被广泛使用[3]的同时，也对其性能提出了更高的要求。
基准电压源是指被用作电压参考的高精确、高稳定度的电压源，理想的基准电压是一个与电源、温度、负载变化无关的量[4]。基准电压源是现代模拟电路极为重要的组成部分，它对高新模拟电子技术的应用与发展具有重要作用。在许多模拟电路中，如数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、线性稳压器和开关稳压器中都需要高精度、高稳定度的电压基准源。特别是在精密测量仪器仪表和现代数字通信系统中，经常把集成电压基准源作为系统测量和校准的基准。鉴于此，国外许多模拟集成电路制造厂商相继推出许多种类的高精度集成电压基准产品。随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高的精度和速度要求，这样也就意味着系统对其中的基准电压源模块提出了更高的要求。
本论文在分析研究宽电压源、高精度、低温度系数集成电压基准源的电路结构的基础上，探索设计出一种输出电压为2.5V的最佳的电路结构，以实现电路宽电源电压范围（3V～36V）、低温度漂移系数（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的设计指标。
2.宽电源电压集成电压基准源设计
2.1 传统的带隙基准源[5][6]
基准电压源经历了电阻分压式基准电压源、PN结基准电压源、击穿二极管基准电压源、自偏置电路电压源的发展。以上各种基准电压源中，电阻或有源器件直接分压形成的基准不能独立于电源，精度非常低。
1971年，Robert Widlar提出了一种带隙参考电压源技术。该技术可得到一种不依赖电源并几乎与温度无关的独立基准，可在低电源电压下工作，并与标准CMOS工艺兼容这些优点使其获得了广泛的研究和应用，也是本次设计采用的技术。图1是带隙基准电源的基本原理图。
利用热电压VT的正温度系数与双极型晶体管的基极-发射极电压VBE的负温度系数相互补偿，以减小温度漂移。其中VBE的温度系数在室温时大约-2mV/℃；而热电压VT=KT/q，其温度系数在室温下大约为+0.085mV/℃。将电压VT乘以常数K以后与电压VBE相加，便可得到输出电压VREF为：
即理论值K≈23.26，它使得带隙基准电压的温度系数值在理论上为零。由于VT与电源电压无关，而VBE受电源电压变化的影响很小，故VREF受电源电压的影响也很小。
带隙基准电压源经历了从Widlar带隙基准电压源、Brokaw带隙基准电压源、传统典型的带隙基准电压源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的带隙基准电压源、CMOS带隙电压基准源电路的发展，能够输出比较精确的电压，但其电源电压高，其基准输出范围及各项性能有限，故要得到高精度低漂移的宽电源电压集成电压基准源，就必须对以上电路在结构上进行改进和提高。
2.2 宽电源电压集成电压基准源的设计
图2所示为带隙基准电压源电路基本结构框图，它主要由五部分组成[7]：
1）带隙电压内部环路—主要功能是产生带隙电压。
2）运算放大器—使带隙电压内部环路中两个需要具有相同电压的点稳定在相同的电压。
3）输出级—用来产生最终的带隙基准参考电压和电流。
4）启动电路—主要功能是确保电路在上电的时候能够进入正常的工作状态。
5）偏置电路—为运算放大器的工作提供偏置电流。
本文所涉电路采用6μm标准双极型工艺实现，实现了一种基于曲率补偿，具有高稳定性的带隙基准电路。本文在分析比较各种基准电压源性能的前提下，最终选择了以基于PTAT（与绝对温度成正比）改进的带隙基准源电路作为设计的基础，并对其原理进行了详细的分析。为了进一步提高基准电压源的性能，在深入研究温度和电源电压的变化对带隙基准电路稳定性影响的基础上，指出基极一发射极电压与温度的非线性关系是造成基准不稳定的主要原因，针对这种情况，采用了环路补偿方法来进行高阶温度补偿：利用环路补偿电流（INL）的非线性特性去补偿基射结电压（VBE）的非线性。并且将补偿电流（INL）和与绝对温度成正比的电流（IPTAT）直接相加实现了很好的补偿。不仅结构简单还获得了较好的温度系数。另外，对所采用的运算放大器、启动电路和温度保护电路也进行了研究，并设计了优化合理的电路结构。分块对带隙基准核心电路、曲率补偿电路、运算放大器电路、偏置电路、启动电路进行设计并仿真。所设计的整体电路图如图3所示。
其中（a）为带隙基准核心电路，（b）为运算放大器电路，（c）为曲率补偿电路，（d）为偏置电路，（e）为启动电路，（f）为输出级。
3.仿真结果及分析
在Cadence设计平台下的Spectre仿真器中基于6μm标准双极型工艺模型对电路进行了仿真。得到电路的直流电压特性曲线、温度特性曲线、电源电压抑制比曲线、负载调整率曲线、噪声特性曲线、启动时间曲线，如同4所示。
4.结论
本文通过对带隙基准电压源深入的理论研究，完成了全双极性带隙基准电压源的设计，该基准电压源基于双极型工艺，通过Spectre验证，温度系数仅为6ppm/℃，并具有78?V/V的电源电压调整率以及高达78dB的交流PSRR，高精度，低噪声和驱动能力强等特性。其中各项设计指标完全达到预期要求，具有一定的优点和实用价值。
参考文献
[1]孟波，邹雪城，孟超.一种高性能CMOS基准电压源电路设计[J].微电子学与计算机，2003（8）：161-162.
[2]孙顺根，吴晓波，王旃等.一种高精度CMOS能隙基准电压源[J].微电子学，2003，33（2）：157-159.
[3]彭增发，黄晟，毛友德等.一种新型的高噪声抑制比及高温度稳定性的基准电压产生器[J].微电子技术，2003，33 （3）：51-55.
[4]P.E.Allen，D.R.Holberg.CMOS Analog Circuits Design[M].（2nd）.NewYork，USA：Oxford University Press：2002.
[5]Philip E.Alen Douglas R.Holberg.CMOS Analog Circuit Design[M].Publishing House of Electronics In dustry，2005.
电源设计范文第7篇
关键词： 相控阵雷达； 灵敏度； 电源故障； 保护电路
中图分类号： TN86?34； TP277 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0168?03
0 引 言
随着相控阵雷达技术的迅速发展，相控阵雷达技术被广泛用于地面防御系统中。然而，在目前有源相控阵雷达中去掉了传统雷达中的大功率发射机电源，由原来的大功率发射机电源改为向各个T/R组件供电，雷达的二次电源数量明显增多， 电源系统越来越复杂，故障率明显增多。由于军用雷达常常工作在恶劣环境下，雷达电源的常见故障如过压、欠压、过热、短路、缺相等，往往难以避免[1]。因此，对雷达电源系统故障的快速定位、电源保护、故障报警成为获取电源故障信息，保证电源系统安全运行的关键。国内采用的保护技术，解决方案多数是在线路入口处设置断路器，当线路过压或欠压时切断线路，而当电压恢复正常时需手动使断路器复位[2]。本文在分析了相控阵雷达阵面电源的特点以及传统雷达电源保护电路基础上，设计了简单实用的雷达电源保护电路，实现了雷达一次电源故障中的过、欠压保护和二次电源缺相保护。该电源保护电路具有抗干扰能力强、灵敏度高等特点。可实现集成化自复位电源故障报警功能，提高了雷达电源系统的可靠性及灵敏度。
1 电源系统简介
雷达主电源系由康明斯30 kW柴油发电机组、总控配电机柜、50 kW变频发电机组（两台）与变频机控制柜、ATS切换柜、电力变压器、发电机组本机控制柜、通信及监控系统构成。在电源系统中，柴油发电机组与市电互为备份，当市电不能正常使用的时候开启柴油发电机对雷达系统进行工频供电，控制系统分为手动方式和自动方式（手动系统享有最高优先级）。系统结构如图1所示。
2 基本参数确定
2.1 门限电压定义
2.2.2 报警电路灵敏度
当输入电压采样问题成功解决后，此过程为，设计人员拿预先设定的保护基准电压与采样电压进行数值比较。[IC1B]输出低电平时异名端的电平比同名端高。当设计一个电源电压保护电路时，电源系统正常工作时需要重点考虑如下问题，送到[IC1B]的电压经过采样器分压电路之后，3脚的电压值必须低于的[IC1B]2脚的电压。（1脚为输出端，3脚为同名端，2脚为异名端）。只要采样得到的电压小于设置的基准电压，[IC1A]就会产生欠压保护信号，同理如果采样电压大于设置的基准电压，[IC1B]就会产生过压保护信号。需要注意设计人员在计算采样电压时，一定要同时考虑和分析过压与欠压基准电压值。
被检测电源经过整流电路后，就可以分别与被测电源基准电压进行比较，若被监测的电源电压均在正常工作的窗口电压之内，则系统工作正常无需要报警。如果被测电源突然出现故障（不论过压或欠压）比较电路的输出端便立即送出报警信号，以便在毫秒级内完成故障排除故障。
4 输入缺相保护电路设计原理
5 结 语
本文在分析了相控阵雷达阵面电源的特点以及传统雷达电源保护电路基础上，结合雷达电源系统的研制，设计了简单实用的雷达电源保护电路。该电路可实现雷达一次电源故障中的过、欠压保护和二次电源缺相保护。实际应用表明，该保护电路工作稳定可靠，灵敏度高，能够准确地对变频发电机组与柴油发电机组进行过、欠压报警，同时对阵面电源（二次电源）进行缺相保护，虚警率≤3%，故障报警率≥98%，故障隔离率≥96%，达到了对雷达电源保护的要求。
参考文献
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[6] 吴伟宾.一种三相电源逆相、缺相检测电路[J].电子产品世界，2012，19（5）：66?68.
电源设计范文第8篇
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关键词：微型电机电源；高压启动；低压运行
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.017
引言
微型电机电源用于双子动压陀螺电机，驱动陀螺电机高速旋转，并需要角动量。微型电机电源的输入为220V/50Hz的交流电，输出两项相位差为90°，频率为1.5kHz的方波，其原理框图如图1。这其实是一个ACDC-AC转换电路，因此主要包括两大部分电路，即直流部分和交流部分。
直流部分电路
微型电机电源的直流部分输入电压为220V/50Hz交流电源，通过电源变压器降压后，经整流、滤波及稳压电路的输出直流电压。这部分可以说是比较常用的线路，但由于微型电机电源要求在电机启动60s前，输出电压为25V；60s后，输出电压为20V。而最终输出的交流电压的幅值是由前级的直流电压决定的，因此，就需要在直流电压的输出增加一部分电平转换电路，来控制电路最终的交流输出。
微型电机电源的高低压电平转换电路主要采用的是三端可调式稳压器W117和W137，该稳压器链接方式简便，有多种封装形式，由于此电路要求的电流较大为1A（可以同时带动多个马达，大大提高了效率这也是此电源的优点），因此采用了F-2型的，以保证电流。具体的电路是通过双单稳触发器CC4098产生一个延时脉冲，延时时间可调节，由这个延时脉冲控制稳压器W117和W137，稳压器 W117和W137及其电路如图2。
图2中的N1为三端可调式正电压稳压器W117，延时脉冲有两点输入，前60s为低电平，三极管V1不导通，输出电压按公式Uo=1.25（1+R4/ R3）Ui输入电压计算。
60s后高电平到来，三极管V1导通，电阻R5并入电路，即与R4并联，R4并联R5后阻值小于R4，按公式计算Uo减小，即达到了高低电平的转换。由于W137是负电压工作，因此还需将延时脉冲反相后经1点输入，其余工作原理与W117相同。
结束语
本文设计的微型电机电源与以往的电源相比拥有很好的高电压、大电流工作状态，且增加了高压启动、低压运行的功能，较以前的电源大大提高了其工作效率和使用可靠性，同时克服了微型电机有时在低压时无法正常启动的现象，可以在同类型的电机上推广应用。
参考文献：
[1] 阮新波，严仰光编著.直流开关电源的软开关技术[M].科学出版社，2000
[2] 次刚.基于交直流切换的开关电源设计[D].电子科技大学，2011[3] 郑大连.多路输出开关电源系统设计与实现[D].电子科技大学，2011
[4] 罗意铭，李壮. HX_N3型机车微机控制系统的电源设计[J].内燃机车，2013，（02）
电源设计范文第9篇
【关键词】电力仪表开关电源TOP260EN
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
随着电力仪表测量精度的不断提高以及体积越来越小，传统的线性电源虽然设计简单方便，使用的器件较少，纹波能满足仪表设计的要求，但是要求输出功能变大时，变压器的体积是很多工程师棘手的问题，而且成本也随之增加。开关电源体积小、宽输入电压，而且使用合适的元器件，合理的PCB布线，同样也能输出较好的纹波，价格上也可以接近线性电源，甚至更低。本文基于TOP260EN对电力仪表的开关进行了简单的设计。
一、TOPSw itch-HX系列芯片介绍
1、芯片性能特点
TOPSwitch-HX系列芯片是美国Power Integrations公司最新推出的一组开关电源集成芯片。它将高压功率MOSFET、PWM控制器、故障保护电路以及其他控制电路集成到单个CMOS芯片中，具备过压、欠压、过流、过热保护、远程控制等众多功能。它广泛地应用于中小功率开关电源中，使电源损耗更少、电磁干扰更少、体积更小、效率更高、可靠性更高。TOPSwitch-HX系列产品具有以下显著特点：
(1)将脉宽调制(PWM)控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内含脉宽调制器、功率开关场效应管(MOS- FET)、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。
(2)采用漏极开路输出，并利用控制极反馈电流IC来线性调节占空比实现AC/DC变换的，即属于电流控制型单片开关电源。
(3)输入交流电压和频率的范围极宽。作固定电压输入时，可选110V/115V/230V交流电，允许变化±15%。在宽电压范围输入时，适配85~265V交流电，但输出功率峰值POM要比前者降低40%。
(4)它只有三个引出端，能以最简方式构成无工频变压器的单端反激式开关电源。开关频率的典型值为100 kHz，允许范围是90 k~110 kHz，占空比调节范围是1.7%~67%。
(5)电路简单，电磁干扰小，成本低廉。由于芯片本身功耗很低，电源效率可达80%左右，最高可达90%
2、芯片内部结构图和引脚功能
TOPSwitch-HX封装主要分为Y封装、E封装、L封装、M封装、P和G封装。现以图1(a)所示的E封装内部结构图来说明TOPSwitch-HX系列芯片的结构特点，其主要由以下几部分组成： (1)控制电压源；(2)带隙基准电压源；(3)频率抖动振荡器；(4)并联调整器/误差放大器；(5)脉宽调制器(含PWM调制器和触发器)；(6)过电流比较器；(7)门驱动级和输出级；(8)具有滞后特性的过热保护电路；(9)关断/自动重启动电路；(10)高压电流源；(11)软启动电路；(12)输入过压、欠压检测及保护电路；(13)电流极限调节器；(14)线路检测器；(15)线路检测端和极限电流设定端的内部电路；(16)停止逻辑；(17)开启电压为1V的电压比较器。
（a）内部结构图
（b）引脚排列图
图1TOPSwitch-HX E型封装的内部结构图和引脚排列图
本次设计选用E封装的TOPSwitch-HX芯片，其
引脚排列如图1(b)所示，引脚功能如下。
漏极引脚(D)：MOSFET漏极引脚，通过内部高压电流源为内部电路提供启动偏置电流。
控制引脚(C)：误差放大器及反馈电流的输入脚，与内部并联调整器相连接，可控制占空比。
极限电流设定端引脚(X)：用于对外部电流设定调整，在此端接上不同的电阻，可使开关电流设定为不同的数值。连接至源极引脚(S)则禁用此引脚的所有功能。
电压监测引脚(V)：是过压(OV)、欠压(UV)、降低DCMAX的线电压前馈、输出过压保护(OVP)、远程开/关和器件重置的输入引脚。连接至源极(S)引脚则禁用此引脚的所有功能。
源极引脚(S)：源极连接点，用于高压功率的回路。它也是初级控制电路的公共点及参考点。频率引脚(F)：用于选择开关频率的输入引脚，如果连接到源极(S)引脚则开关频率为132kHz，连接到控制引脚(C)则开关频率为66kHz。
二、辅助电源的设计
1、设计要求
超声波发生器对辅助电源的要求是：可靠、稳定、小型、高效率；交流输入电压为85~265VAC；适应负载在较大范围变化；自保护功能齐全。设计技术指标如下，输入电压： 85~265V AC(50Hz)；输出电压和电流： 3路共地， 20V/2A， 12V/1A， 5V/1A； 1路独立地5V/1A；输出电压纹波：≤1%；电源效率η：≥75%；电压调整率SV：±1%；负载调整率SI：±1%。
2、电路设计及工作原理
(1)开关电源集成芯片的选取
由设计要求，可确定电源工作方式为反激式，可计算出电源输出总功率P为62W(P=20×2+12×1+5×1×2=62W)。考虑到设计时需要留有一定裕量，为此可选用TOP260EN芯片，其最大输出功率为93W(适配器模式)。以TOP260EN为核心设计的辅助电源如图2所示。
图2辅助电源原理图
(2) EMI滤波电路与输入整流滤波电路设计
电容C1、C6和电感L1、L2组成EMI滤波电路，其中C6能滤除变压器一次、二次绕组耦合电容产生的共模干扰。桥块BR1和电容C2、C4组成一次整流滤波电路，其中C4为开关电源提供去耦，从而降低差模干扰，C2可确保低纹波直流电流进入反激式转换器级，C2的容量可依照经验来取值，可取容量为120μF、耐压为400V的电解电容。
(3) TOP260EN电路的设计
为了减小变压器和电源的体积，将引脚(F)与引脚(S)短接，使TOP260EN工作在开关频率为132kHz的全频方式。电阻R5、R6和R7用来限制功率，保证在输入电压波动时维持相对恒定的过载功率。将引脚(V)与直流电压输入端之间接入线电压检测电阻R(R=R3+R4)，可为TOP260EN提供线电压前馈信号，一方面保证在直流输入电压下降到100V时，输出没有干扰，实现欠压检测功能；另一方面保证在直流输入电压升至450V以上且电压恢复正常值以前时，使TOP260EN停止工作，防止器件损坏，实现过压检测功能。线电压检测电阻R可由式(1)和式(2)确定为4MΩ。
UUV=IUVR （1）
UOV=IOVR （2）
式中：UUV、UOV、IUV、IOV分别为TOP260EN的欠压、过压、欠压电流、过压电流，其数值分别为100V、450V、25μA、112.5μA。
为了吸收TOP260EN关断时高频变压器一次绕组漏感产生的尖峰电压，以保护MOSFET不受损坏，设计了一个由R8、R9、C5、VR1、D1构成的高效率箝位电路，使漏感中的能量大部分消耗在R8、R9上；同时，通过VR1可将电压箝位在限定范围内，使电源在开启和过载情况下均能满足要求。VR1选用箝位电压为180V的瞬态电压抑制器，D1选用反向耐压为600V的超快恢复二极管。
(4)变压器设计
高频变压器是开关电源的核心元件，在电路中兼有能量转换、电压变换、限流和隔离作用，是整个设计中的难点和关键。在设计和制作时，对磁芯材料的选择、磁芯与线圈的结构、绕制工艺等都要有周密考虑。为了合理选择变压器的磁芯，确定初级、次级线圈的线径、匝数及气隙等参数，本设计选用开关电源专用设计软件PI-Expert来计算变压器参数。磁芯选择：磁芯材料NC-2H，磁芯类型EE35，相关参BW=15.70mm，ML=0mm，MR=0mm，AE=101.40mm2，ALG=324nH/T2，BM=219mT，BP=303mT，BAC=56mT；气隙：LG=0.379mm；初级线圈电感量LP=230μH，初级匝数NP为27. 3匝(实际取28匝)，初级线径为AWG25(0.45mm)，2股并绕，初级漏感LL为6.3μH；反馈绕组匝数NB为6匝，反馈绕组线径为AWG25(0.45mm)，2股并绕；次级20V/2A绕组匝数为3匝，线径为AWG25(0.45mm)，2股并绕；次级12V/1A绕组匝数为2匝，线径为AWG25(0.45mm)，3股并绕； 5V/1A绕组匝数为2匝，线径为AWG25(0.45mm)， 4股并绕；5V/1A绕组匝数为2匝，线径为AWG25(0.45mm)。软件给出的参数都是经过一定优化得到的，故实际设计中优先选用这些推荐参数，实践证明这样做是合理且高效的。
(5)输出整流滤波电路的设计
高频变压器的二次侧输出电压经二极管D2~D5整流后，由电解电容C13~C16滤波，再经电感L3~L6低通滤波后送给电解电容C17~C20，进一步降低直流电压的交流纹波后向负载输出。设计时，要选用等效串联电阻很小的输出滤波电容，以避免因电容损耗增大而引起的电源可靠性降低。
(6)反馈控制电路的设计
电源能否稳定地工作在额定范围内，反馈控制电路的设计是很重要的。设计中，对于精度要求较高的5V输出，采用线性光耦LTY817C和三端精密稳压器LM431等元件组成电气隔离式反馈电路，其工作原理是：变压器次级偏置绕组的输出电压经过D6、C11整流滤波后给LTY817C中的接收管U2B提供偏置电压，5V输出经电阻分压器R17、R18获得取样电压，与LM431中的2.5V基准电压相比较后产生误差电压，使LTY817C中发光二极管的工作电流产生相应变化，再通过LTY817C隔离放大去改变控制引脚(C)的电流，从而调节TOP260EN的输出占空比，达到输出5V电压稳定的目的。其中R16为限流电阻，推荐值R16=100Ω；电阻分压器R18典型值为10kΩ，R17阻值可根据式(4)确定为10kΩ。
R17=10×(5-2.5) /2.5(kΩ)(4)
C8为控制端的旁路电容；C9与R15一起构成尖峰电压滤波器，使偏置电压在负载较重时能保持恒定；C21为软启动电容； C22和R19构成控制回路的补偿元件；另外，本设计还通过VR2、R12、D7、VR3、R20、U3、R13、D8等器件实现可选次级侧过压保护功能。如果某元件出现故障而导致反馈环路开环，偏置绕组电压将会上升，此时VR2将击穿并通过R12、D7触发引脚(V)而启动过压保护；同时，输出端的电压过高将导致VR3击穿，并使流经R20和U3A中电流增加，进而使U3B中的电流产生相应变化并经R13和D7触发引脚(V)而启动过压保护。
结束语
本文采用TOP260EN研制了一款单片开关电源，论文给出了电路各部分的详细设计方法，并进行了参数计算，通过实测结果分析，验证了理论的可行性，并且产品作为辅助电源应用于某项目中，取得了很好的效果。
参考文献
[1] 闫群民，马永翔. 基于TOP225Y的双输出开关电源设计[J]. 电源技术应用. 2008(07)
电源设计范文第10篇
一、汽车电源系统原理
汽车电源系统由两部分组成，即铅蓄电池和交流发电机，铅蓄电池和交流发电机并联在一起工作。在发动机没有启动或已经启动没有达到稳定带速之前，主要由蓄电池提供能量。当发动机达到稳定带速以后，主要由汽车发电机提供能量，同时交流发电机为铅蓄电池充电。正常工作中铅蓄电池与发电机并联，由于铅蓄电池的电压钳位作用，电源输出电压基本保持在额定电压基础上。如果汽车处在长时间低耗能的状态下运行，铅蓄电池可能出现满电情况，如果发电机继续为铅蓄电池充电，铅蓄电池的端电压会随充电电压升高，产生交流发电机撇载现象。在撇载状态下，铅蓄电池失去电压钳位作用，输出电压等于交流发电机整流输出电压，大约15伏左右。
二、汽车电源保护电路作用
铅蓄电池额定电压大约为12伏（柴油车为24伏），交流发电机输出额定电压大约为14.5伏。汽车电器设备额定电压是12伏，如果出现撇载现象，交流发电机电压接在电器设备上，此时电压已经超出额定电压的20%，可能烧毁用电设备。为了防止汽车电气设备在发电机撇载后出现烧毁现象，需要对汽车用电设备进行保护，这个保护用电设备的电路，我们称之为汽车电源保护器。本项目主要就是研究保护汽车用电设备的保护电路，以便使汽车能安全、可靠地运行。
三、汽车电源保护电路结构
汽车电源保护电路主要是把用电设备电压控制在额定电压的10%以内。而对于汽车而言，出现撇载现象之前，用电设备不会出现过压现象而烧毁；出现撇载现象后，电压升高可能烧毁用电设备。电路设计上采用两部分组成，一部分采用开关控制哪一路电路接通；另一部分采用直流串联稳压电路使撇在后输出电压稳定。该电路主要由稳压电路和开关控制电路两部分组成，撇载之前电源电压经过常闭触点加在负载上，此时保护电路几乎对原电路没有影响；撇载之后，电压经过常开触点送到稳压电路，经过稳压后加到负载上。这样就可以保证用电设备在额定电压下工作，从而使用电设备更加可靠地运行。
四、汽车电源保护电路工作原理
电源保护电路与普通串联型稳压电源略有不同，在稳压电源的前边增加了多触点继电器，当电源电压在12伏（汽车发电机撇载之前）时，继电器不动作，电源经继电器常闭触点，加到用电设备上。当电源电压增加到12.5伏以上时，继电器动作，常闭触点打开，常开触点闭合，电源电压经继电器常开触点，经串联稳压电路稳压后加到用电设备上。
串联稳压电路使用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，所以使电路简化，成本降低，而稳压性能却很高。稳压管TL431的稳压值连续可调，这个稳压值决定了稳压电源的最大输出电压。调整管用的是大电流NPN型金属壳硅管，由于它的发热量很大，如果条件允许，尽量购买大的散热片，扩大散热面积，如果不需要大电流，也可以换用功率小一点的硅管，这样可以做的体积小一些。滤波用两只50V、4700uF电解电容并联，使大电流输出更稳定，如果考虑高频波影响，可以增加一个低容量滤波电容。
五、汽车电源保护电路设计技术关键点
应用汽车电源保护电路可以有效保护汽车用电设备，防止用电设备因为电源电压升高而损坏。虽然电路在设计上采用稳压电路，但又与传统串联型稳压电路不完全相同，具体体现在以下几方面：
1.电源调整管采用双管串联形式，可以提供更大的电流。汽车电路具有低电压、大电流的特点，因此采用双管串联，可以增加输出电流。电流的增加会使调整管管耗增加，调整管可能会产生大量的热量，三极管的选择很重要，同时散热问题也是项目研究的重点，除了考虑增大散热片外，必要时还可以考虑增加风扇散热，以保证三极管工作稳定。
2.为了降低电源保护设备插入损耗，采用继电器对电路中电压分段控制。利用继电器控制串联稳压电路的工作状态，只有在电源电压升高时，稳压电路工作，其他情况下稳压电路不工作，这样就可以降低设备损耗。
3.继电器在断开、吸合瞬间，可能产生脉冲电压，影响输出电压稳定。为了防止输出电压受到影响，电路中采用双电容并联形式，提高电路的充放电时间，降低由于继电器动作产生的影响。
汽车电源保护器主要是针对目前汽车市场上出现用电设备偶尔烧毁而设计的，电路结构简单，稳压效果好，安装维护比较方便，插入损耗小。该电路主要为5A以上用电设备设计的，如果为收音机、电视机等供电，电源调整管还可以选择小功率管。电路的缺点是输出电压在继电器动作前后可能不一致，设备体积可能略大，如果采用风扇散热，可能增加设备能耗等。但不管怎么说，这都是目前市场上绝无仅有的一款为汽车电器设备设计的保护电路，随着汽车电子技术的飞速发展，在不久的将来它将发挥巨大的作用。
参考文献：
[1]张华.汽车电工电子技术.北京理工大学出版社，2011.8