电源纹波的测试方法
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电源纹波的测试方法范文第1篇
关键词：电源设备； 监测装置； 故障报警； 实时在线监控
中图分类号： TN710?34； TP23 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）18?0044?04
0 引 言
大电流输出电源设备，如飞行器测控电源、激光器控制电源等，是控制系统的重要供电装置之一，输出有直流和交流电压，电源设备在使用时，由于输入电压大范围波动、输入相序错误、电源设备内部大功率器件烧蚀等因素，导致输出电压异常、接触器失灵、负载能力降低等故障[1]。而现有的故障检测设备均为单一参量的测试设备，检测设备台件数量多且均为人工手动测试[2?3]。基于上述原因，本文设计了一种基于嵌入式计算机的电源设备在线监测装置，实现主要参量的实时在线测试与监控，能够及时掌控大电流输出元器件的工作状况，对故障部件和系统进行实时故障报警，并实施应急处理等[4?9]。本装置是一种智能化、集成化的电源监控系统，通过在线测得的实际数据与预算值相比较，来达到过压、欠压、过流、相序错误、纹波超差等不同情况的故障报警，并且实时形成故障决策，以达到最短的时间内对故障进行有效处置，减小不必要的损失。
1 设计方案
本文以某型特种大电流输出直流电源设备为研究背景，该电源设备将三线380 V/50 Hz交流电，通过逆变器变换成自动稳压的直流电，输出电压25～55 V连续可调，输出额定电流260 A。监测系统主要由在线测试仪、若干转接电缆及测试软件等组成，系统总体构成框图如图1所示。
监测系统由硬件和软件构成[10]，硬件电路主要由在线测试仪和转接电缆。转接电缆根据控制仪器用电需求，转接插头座进行一对一的连接设计，用于设备之间的通讯等。在线测试仪由嵌入式计算机、各测量模块及监测模块组成，其中以PC104为核心的嵌入式计算机，辅以相应的控制及驱动电路实现小型化、智能化、通用化设计。各测量模块及监测模块作为测试仪的主要实现电路完成诸如三相交流监测、直流电压测试、非接触电流测试、频率测试、相序测试及纹波测试等功能。同时，选通控制电路、接口电路、调理电路等也包含于其中。作为整个系统的操作平台，测试仪通过键盘、触摸屏以及相关测试开关进行相应的操作，主要完成指令的收发、系统控制、测试结果的查询以及打印输出。软件主要用于信号测试、处理、判别、记录等。
2 电路设计
2.1 硬件电路选取
为了实现小型化、智能化设计，测试仪以PC104嵌入式计算机为核心。嵌入式PC104计算机选用PCM?3362N6S主板，该系统采用独特的子层叠总线结构，与PC机软件、硬件完全兼容，因此可以利用现有的较丰富和成熟的软件硬件开发、设计工具等资源。。
为了实现电源输出多个参量的测量，就需要选择数据采集板，选择PCM?3718作为测试仪的数据采集板，其采样速率可以达到100 kHz，数据的传输模式可以是中断传输方式也可以采用DMA传输方式。DMA传输方式不通过CPU直接传输到内存中，实现了较快的数据传送，它具有16路单端或8路的差分模拟量输入通道，具有16位A/D转换器以及计数器/定时器功能。
实际设计中，I/O控制信号多，显然仅仅依靠CPU板的I/O端口是不够的，因此需要扩展I/O端口，系统选用PCM?3724的数字I/O板结合部分片选电路实现I/O端口扩展。
为了简化操作难度，系统绝大部分操作都将通过触摸屏实现。触摸屏系统选用电阻式USB接口的触摸屏，尺寸大小为12.1"，能够支持800×600全彩色显示，支持多种接口显示模式。
为了精确的测量直流电源的纹波，选用了ART8011的示波器卡，具有12位的采集精度和100 MHz的采集速度。
2.2 纹波监测电路
纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的监测就显得极为重要。在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰?峰值或有效值表示。电压信号测量法测量纹波是指用示波器。直接利用ART8011的示波器卡测量叠加在输出直流电压上的交流纹波电压信号，整个测试的过程中，通过软件控制，并实时将数据传输到嵌入计算机进行处理。
2.3 电压监测电路
电压监测电路采用并联测压法设计，将测试电路和负载并联的方法来对地面电源输出电压进行测量，如图2所示。
图中U0为测试电源电压；RS为电源内阻；Rf为负载阻抗；Rc为测压电路阻抗；I0为主回路电流；If为负载回路电流；Ic为测压回路电流。其中Rc采用高阻抗，将测压回路电流Ic限制为毫安级，而负载回路电流If为几安至几十安，因此该并联测压法对负载电路的影响很小。
2.4 电流监测电路
非接触测流法不同于传统的交流非接触式测流，直流非接触式测流采用霍尔效应原理，直接检测变压器铁心内磁通强度，通过载流导体产生的磁场强度，在直流探头内一个半导体芯片上传感产生涡流感应。这个微型半导体放在磁场（B）右角时，同时会产生一个电流（Id），在此半导体上会产生电压（Vh），这个电压称为霍尔电压，工作原理如图3所示。
当连续产生霍尔驱动电流（Id）时，磁场（B）直接等比例在半导体上形成电流，这样电流以霍尔输出电压（Vh）表示。首先，霍尔电压不仅由反相磁场确定，而且由它的强度确定，这样它就可以用于直流电流测量；其次当导体流过的电流改变时，磁场强度也随之改变，并且这种变化为随机动态反应，而且复杂的交流波形也可同时被捕获和测量，并且具有较高的精度和较低的相位偏移。
非接触式测流探头基本结构按图4所示装配，霍尔器件嵌入铁芯用于将测量中的直流电流成份调理成直流电压输出。通过有针对性的调理电路设计，使得系统具有较好的线性输出和温度补偿网络，具有高精度线性输出。霍尔效应电流传感器CS300E的测量范围可高达600 A电流。这种方法测量电流直观简便。
2.5 相序监测和自动校正电路
高精密的特种直流大功率稳压电源对三相输入工频的相序有很高的要求，当三相输入的相序因某种原因出现错误时，有可能导致控制系统仪器和测控设备的损坏，因此必须设计电路对相序进行检测和校正。
在多相系统中，各相依其先后到达最大值（以正半波为准）的次序，按相排序，称为相序。
在三相交流系统中，按规定用大写英文字母“A”“B”“C” 来标记以区分三相；当三相交流电到达最大值（以正半波为准）的排列次序是A，B，C时，称为正相序；如排列次序A，C，B，则称为负相序。
设计基于双极晶体管的相序检测电路如图5所示。图中因三相电源的A相和B相分别接至a和b两端时，晶体管BG截止，所以电压继电器KV不动作；当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管BG导通，电压继电器KV吸合动作，给出开关量信号并输入到嵌入式计算机进行处理。
下面设计基于双极型晶体管的相序自动矫正电路。根据图5所示的相序检测器构成的相序自动矫正电路如图6所示。其工作原理是：首先合上刀开关QS，则控制变压器T1的初级回路通电，它提供电控部分各交流接触器线包工作所需电源，此时交流接触器KM吸合，其主触头KM闭合，负载启动运转。当三相电源的A，B相分别接至相序指示器的a和b两端、零线接至d端时，相序指示器中晶体管BG截止，所以电压继电器KV不动作，其常闭触头K1和K3闭合将负载电源接通，使其正常工作；当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管BG导通，电压继电器KV吸合动作，其常闭触头K1和K3断开，常开触头K2和K4闭合，使负载的三相电源相序保持不变。
3 软件设计
测试软件主要完成包括指令的发送、数据的采集、测试结果处理判别在内的系统总体控制；完成电源设备主要参量的在线实时监控；完成测试结果的分析判断、显示、打印；标示不合格的监测结果，存储在数据库中，以供查询等功能。出于人机交互界面考虑，选择Windows 2000操作系统作为测试软件开发环境，采用可视化编程技术，选用Delphi 7.0作为系统软件开发平台。
在软件编写上主要采用模块化设计思想，测试系统软件结构如图7所示，测试应用软件由测试程序和数据库文件构成。
测试系统总体流程如图8所示。
通过Delphi支持的数据库ADO组件访问本地的数据库Access来实现测试结果的数字化管理，可以实现测试结果的查询、综合比较、判断、处理等。
4 试验验证
将监测装置按照连接关系接入电源设备系统， 在常温条件下按要求进行输入缺相及相序、电源的纹波、输出电流电压等功能检查。
首先进行了三相电的缺相和反相的检查，并利用相序表进行对比测试，判断结果如表1所示。
其次，对直流电源设备进行纹波测试，利用示波器（Tektronix TPS2012）进行对比测量。由于本系统采用高精度的示波器卡进行数据的采集，测试纹波的精度与示波器相比。纹波测试结果如表2所示。
再次，对电源设备输出的电压测试，并用安捷伦六位半数字万用表（3440A）对比测量，然后把监测装置测试的值与数字万用表测得值进行对比，测试结果如表3所示。
5 结 语
通过采用嵌入式技术，按照集成化、小型化、总线化、标准化和自动化的设计原则，设计的在线监测装置，对于大电流输出电源设备，实现了的大范围的电压和电流的在线高精度监测，实现了纹波、相序等的实时监测。监测装置具有集成化程度高、抗干扰能力强、测量精度高、使用简单方便等特点。充分利用了PC104嵌入计算机的特性，较好实现了实时在线监测电源设备各参量的变化，解决了原检测设备台件多、自动化程度低等问题。通过采用高精度的信号转换电路和软件精确控制，电压测量精度提高到3 mV，大电流测量精度提高到0.4 A。通过采用先进的示波器集成电路板，对输入信号进行高精度、高频率采集，并对采集的信号实行多线程并行处理，纹波测量精度提高到1 mV。同时还实现了电源故障分级预警、测试数据自动处理、测试结果智能管理和故障特征实时预报功能。
参考文献
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电源纹波的测试方法范文第2篇
【关键词】UC3842；脉宽调制；功率调整；测试分析
Abstract：this paper implement the switch power supply circuit，the design USES the flyback type switch power supply structure design of the typical form of UC3842 as the core device，by using the basic principle of pulse width modulation，and USES the auxiliary power supply way for the power supply，is helpful to increase the output power of main power supply.Using field effect tube as switching devices，the conduction and deadline fast，conduction loss is small，which guarantees efficient performance of switch power supply.At the same time，supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit，which guarantees system of work safety，pay attention to improve the circuit load regulation，enhances the working efficiency of the switching power supply，reduce the switching power supply output ripple voltage，reduce the electromagnetic interference，achieve the goal of green environmental protection.Adjustable output voltage，make its can be applied to different occasions.
Keywords：UC3842；pulse width modulation；power adjustment；test and analysis
1.引言
随着科学技术的发展，通信、消费电子类产品等对开关电源的需求迅猛增加，并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求[1]。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性[2-3]。本文设计了单端反激式开关电源，满足信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。
2.开关电源电路的实现
2.1 输入滤波整流电路
图1为输入滤波整流电路。输入的220V交流电，经过由C1、C2、CX1、LF1、CY1、CY2组成的滤波器滤波后，再经过BD1，将交流电压整流为直流高压，通过C3、C4的滤波后，再给后级电路提供电能。R1的作用是泄放电阻，因为CX1的容量在0.22uF以上，安规规定需要加上一个泄放电阻[4]。
图1 输入滤波整流电路
2.2 PWM驱动及控制电路
图2为PWM驱动及控制电路。直流高压通过电阻R2给UC3842提供工作电压，该工作电压接入UC3842的管脚7，UC3842开始工作，由管脚6输出的矩形波来驱动开关管，管脚6输出的信号为高低电压脉冲信号。在输出信号的高电平期间，场效应管能够导通，电流流过变压器的原边绕组，同时在变压器的原边绕组中储存能量。根据变压器同名端的标识情况，这个变压器的副边绕组和辅助反馈绕组均没有输出。当管脚6输出的信号为低电平时，场效应管处于截止状态[5]。由楞次定律可得，为了确保电流不变，变压器的原边绕组产生了下正上负的感应电动势，此时副边绕组的二极管导通，向负载提供能量。同时辅助反馈绕组向UC3842的管脚7供电。UC3842的内部设有欠压限制锁定电路，其开启和关闭阈值电压分别为16V和10V，当电源电压接通之后，一旦管脚7的电压升至16V时，UC3842遍开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流大致为15mA。
图2 PWM驱动及控制电路
图3 输出反馈电路
2.3 输出反馈电路
图3所示为该开关电源的输出反馈电路。当开关管Q1导通时，整流后的直流高压在变压器的原边绕组中储存能量，与变压器副边绕组相连的二极管D3处于反偏压状态，故D3截止，在变压器副边绕组无电流流过，即能量没有传递给负载，直流高压将电能转换成磁能储存在变压器的原边绕组中。当开关管Q1截止时，变压器的副边绕组中的电压极性反转，使D3处于导通状态，给输出电容C13充电，同时负载上也有电流流过。图3中，变压器副边绕组的交流电压蒋经国二极管D3整流、C13、C14、L1、C15整流后得到稳定直流电压，给负载提供能量[6]。D3为肖特基整流二极管，因为肖特基二极管的正向压降为普通PN二极管的0.3～0.5倍，并且其反向恢复时间trr甚小。R11和C12为削尖峰电压电路，C14、L1、C15为π型滤波器，D4的作用是能够使该开关电源和其他开关电源串联使用，R12是假负载，能够使开关电源得到稳定的输出电压。反馈电路采用精密稳压器TL431和线性光耦。利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。
3.系统测试
由于效率和纹波电压是开关电源的主要衡量指标，所以测试时主要对这两个参数进行测试。
3.1 测试开关电源效率
在开关电源效率的测试中，需要使用一个电子负载和4个数字万用表。其中，两个万用表用来测量电压，另外两个万用表用来测量电流，在使用万用表进行测量的时候，需要根据要测量的电压和电流值的大小，将万用表设置在合适的量程内，以减小误差。
3.2 测试输出纹波电压
为了使测出的数据尽可能准确，避免示波器的探头与地线形成一个环路，测试纹波电压时，在示波器的探头上需要并联一个10uF的电解电容和0.1uF的无极性电容或者使用接地环，从而保证探头的接地尽可能的短，保证探头的接地线长度小于1cm。
4.测试结果及数据分析
按照上述的测试方法对开关电源的效率和开关电源的输出纹波电压进行测试，对该设计的开关电源进行数据测试，测试得到的数据及根据测试的到的数据进行的分析如表1所示。
表1 最差情况下的输入功率、输出功率与效率
输入功率Pin（W） 输出功率Pout（W） 效率η
36.856 30.170 81.86%
43.360 35.257 81.31%
49.634 40.909 82.42%
58.536 47.013 80.31%
67.208 53.540 79.66%
73.712 60.144 81.59%
表2 各种电压条件下，满载输出时的纹波电压值
电子负载RL（Ω） 输出电压Vout（V） 输出功率Pout（W） 纹波电压Vopp（mV）
2.4 12.01 60.10 138
2.8 12.98 60.17 169
3.3 14.09 60.16 189
3.8 15.12 60.16 213
4.3 16.08 60.13 230
4.8 16.99 60.14 246
用数字示波器测试输出纹波电压的数据如表2所示。
将负载上的功率调整为设计的标称功率的一半以上时，通过数字万用表对输入直流总线电压、直流总线电流、输出电压、输出电流的测试，粗略估计一下其余的损耗，整个开关电源的效率为81.19%。
5.结论
本文设计了由UC3842组成隔离单端反激式PWM开关电源，对其中的原理进行分析。UC3842是一种电流控制型脉宽调制器，可以直接驱动MOSFET和IGBT，特别适合于制作20～80W的小功率开关电源。从测试数据可以看出设计的电路效率和稳定性较高。
参考文献
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电源纹波的测试方法范文第3篇
新应用和新材料推动电源技术发展
在过往几届大会上，消费电子一直是电源技术的最热门应用。但随着全球经济形势的变化，传统的工业，新兴的照明、汽车电子、新能源等领域开始成为电源技术的新动力，采用SiC等新材料的器件也开始登场亮相。
作为全球最大的模拟器件供应商，TI公司就在本次大会上推出了针对工业和汽车应用的解决方案，其中包括了一系列完整的宽输入集成FETDC/DC变送器。目前，工业应用中的电源面临几大挑战：一是更高的输入电压，二是低静态电流和更长的电池寿命，三是FPGA/DSP和微控制器的供电要求，四是高准确度的数据采集，五是要节省电路板空间，六是隔离和电路保护。TI的多款产品正是针对这些要求而研发的。这其中包括了LM25011A和LM25011，具有可调节电流限制的42V，2A恒准时开关稳压器；第一个100V同步降压整流器系列LM（2）5017/18/19；2W隔离DC/DC变换器；专为PLC控制而设计的LM5017，给MCU和PLC供电的LM25017，还有输入电压范围为3～65V的同步升压控制器LM5122。同时，针对汽车电子应用，TI也有很宽广的产品线。像LM5122这样的产品，因为宽泛的输入电压范围，以及堆叠式多相位配置，就可以应用在动力系统中。此外，还有应用在ECU供电中的LM25119Q，应用在后视摄像头中的LM34919B，以及应用在排放控制中的LM5117Q，等等。
飞兆半导体公司在大会上展示了多项技术。其首先介绍了分立式解决方案，包括场截止IGBT，具有高电流能力、低传导损耗和低开关损耗，最新的为耐压600V和650V型号；超级结MOSFET，其隔离了导电区域和电压阻断区域；还有最新型的SiCBJT，在更小的体积下，有更高的效率和更快的开关速率。接下来，飞兆介绍了集成式智能电源模块解决方案。在电机应用方案中，针对BLDC/PMSM电机使用逆变器驱动电源可让能量效率提升至60%以上。飞兆专为电机控制推出了BLDC和PMSM控制器-FCM8201/2，其优点包括：全面保护型状态机，嵌入式时钟发生器，封装尺寸小（7mm×7mm），PLL角度检测（霍尔传感器），正弦波开始驱动的最小霍尔频率（2.5Hz）。最后展示的是低待机功耗辅助电源解决方案。FSL1系列是这个方案的代表，其集成了PWM和SenseFET，专门针对高性能开关模式电源（SMPS）而设计，采用最少的外部元件。
英飞凌公司是电源研讨会的常客，今年带来了PFC增效方案，LCC增效方案和低待机功耗CoolSET。在PFC方案中，英飞凌公司采用了第五代碳化硅二极管，其耐压为650V，IF最大为40A，因为采用了最新工艺，热阻更低。CooLMOSTM是该方案中的另一个产品，其最新的650VC7系列，有着极低的导通电阻、极低的FOM，极快的开关性能，非常适合高效率的升压变换。这里要提的是，CooLMOSTM中的600VP6系列则适用于LLC方案。LLC增效方案的另一个重要产品是OptiMOSTM，其采用了最新的TO-Leadless封装，比上代产品的面积减小了60%，并能提供极低的导通电阻。最后一个方案CoolSET是应用在辅助电源方面的，包含了一系列的功率等级产品，分别为不同功率等级的需求而设计，具有良好的待机功率。
安森美半导体公司的演讲题目是“具备瞬时功率功能的高能效PWM控制器NCP1254/5”。NCP1255/NCP1254是固定频率PWM控制器，其设计用于要求峰值功率能力的应用。NCP1255/NCP1254采用65kHz开关频率工作，能够根据负载要求来将频率调节至达130kHz。在次级端功率降低的轻载条件下，此IC的开关频率自动反走至最低等级（26kHz）。该器件还加入了可调节过功率保护及可调节输入欠压保护功能，使其非常适合于要求峰值功率能力的产品，例如，打印机电源、AC-DC适配器、游戏机适配器等。NCP1255采用SOIC-8封装，NCP1254采用TSOP-6封装。
隔离器是很多电子产品中不可或缺的一部分，它可以有效保护设备受损或人员受伤，减少电源地的干扰，使不同系统间的信号传输做到更好的兼容性。尤其是在电源产品中，例如电源供电系统、太阳能逆变器以及电机控制部分。在本届研讨会上，Siliconlabs介绍了其推出的几种数字隔离器以及这些隔离器在电源和能耗领域的应用实例。Siliconlabs的隔离产品种类丰富，有数字总线隔离产品、高驱动隔离产品、ADC隔离产品、电流采样隔离产品等，其新推出的Si826x和Si87xx产品，采用CMOS技术，性能远超光耦隔离产品，并且与光耦产品管脚兼容，可以完全替代光耦隔离器。
广州金升阳科技有限公司是参会的为数不多的国内企业之一。本次报告的内容分两个方面：电源隔离解决方案和信号隔离解决方案。在电源隔离解决方案中，以该公司的两个产品B1205S为例，讲解了RS485通信隔离应用案例，还介绍了在变频器，汽车电子中的应用案例。金升阳公司的产品具有多重防护功能，无过冲、响应速度快，得到了国内很多企业的认可。信号隔离是金升阳报告的另一个部分，他们介绍了南方电网配电自动化蓄电池在线监测解决方案，其使用的隔离器产品具有0～5V隔离，模块化小体积，耐2500VDC高压，高精度、高可靠性、低温漂等特点。还有最新的数字信号隔离方案，如RS485通信总线隔离收发器，其特点为内置隔离电源，总线保护，输入、输出相互隔离，波特率高达500Kbps，同一网络可支持连接256个节点。
日本公司今年有三个厂家参会，显示了他们对中国市场的重视。
新日本无线（JRC）公司的演讲主题是“压降补偿功能LDO及低压高速开关电源的应用设计方案”。有压降补偿功能的产品目前多用在USB充电器中，以解决接线电阻或负载电流引起的压降问题。NJM8215是具有电压校正功能的LDO，能改变RADJ电阻值，具有带延迟功能的ErrorFlag输出，过电流等多重保护功能。在低压高速开关电源这一节里，JRC介绍了NJW4152和NJW4153。内置0.6A/1AMOSFET的降压型开关稳压器NJW4152具有电压模式控制，4.6V～40V输入电压范围，1A的开关电流，能对应陶瓷电容器。与之相对，NJW4153采用了电流模式控制，开关电流可达1.4A。此外，还有内置2.5A/3.0A/1.5AMOSFET的降压型开关稳压器NJW4128/NJW4154/NJW4155，它们的耐压更大，能适合更多场合。
大部分人印象中的东芝公司，都是那个家电巨头，实际上东芝的分立器件也是很出色的。东芝的功率器件主要包括高压MOSFET、低压MOSFET、SiC和GaN器件。高压MOSFET的最新产品是第四代DTMOSIV，采用了最新工艺Single-EPI，导通电阻比前代降低了16%，温度特性大幅提升，输出电容也比前代降低了12%。低压MOSFET线新产品则为U-MOSⅧ-H，效率比前代有很大提升。东芝的SiC肖特基二极管也有了多种产品，电流范围覆盖了6～24A。东芝的电源产品线也很丰富，涵盖了目前主流的各种拓扑，配合其DTMOSIV和U-MOSⅧ-H的产品，可以应用于多种场合。此外，为了便于工程师选型，东芝公司还在官网上设置了网页模拟器，只要登录并输入参数就可以完成选型和设计工作，非常方便。
罗姆公司有着完备的电源IC产品线，包括了一次电源的AC/DC转换器、二次电源的DC/DC转换器和LDO。BM2Pxxx是在本次大会上介绍的AC/DC，内置了650V的SuperJunctionFET，还有启动电路【突发脉冲时，低电流（typ=0.3mA）】，开关频率为65kHz，可以跳频，有降频模式，具备多种保护功能。单通道同步整流降压DC/DC转换器BD9D321EFJ则是罗姆推介的另一产品，其具备SLLM控制，输出电流10mA～3A，效率更高；恒定导通时间控制，实现高速负载响应特性。对于现今大热的LED驱动，罗姆也有自己的产品。BD9428是4通道PWM控制LED驱动器，其耐压高达80V，支持LED电流250mA/ch，可用于从小到大的各种面板尺寸的通用型号设计。
数字电源开花结果
一改头几年的沉寂，数字电源产品在今年迎来了大丰收。很多厂家都推出自己的数字电源解决方案。
相比于模拟电源，数字电源有几大优点：一是PFC控制，二是相位调制，三是多模电源控制，四是浪涌/热插拔控制。很多公司都在今年开始推出自己的数字电源解决方案。作为数字电源的倡导者，TI公司也在不断升级着自己的产品线。C2000是TI数字电源控制器的首选产品，选用它的原因有几个：一是输入部分有快速ADC能跟上快速数学引擎内核，二是有一个集成多种算法的强大内核，三是能输出可调PWM，可满足多种算法和精度。C2000系列有一个32位的C28X内核，其算术引擎包含了FPU、CLA和VCU，支持EPWM运算放大器。为了方便开发和使用数字电源，TI还专门开发了TMDSDCDCLEDKIT套件，该套件包含了Piccolo微处理器和controlCARD开发平台，可进行DC/DC开发。开发板接收12～48V的直流输入电压，可采用SEPICDC/DC拓扑将输入电压降压或升压到所需的电压水平。然后，该电压会馈送至4个LED驱动级，每个驱动级可以驱动两个功耗分别高达30W的LED灯串发光。该套件包含可用于DC/DC级和LED照明级的闭环、开放源码软件。
作为老牌的模拟器件厂商，ST公司也推出了自己的数字电源解决方案——STLUX平台。此平台可用于AC/DC和DC/DC，具有全套定制功能和接口、PFC控制、LLC、非对称半桥、反激、全桥拓扑、升降压单/多通道同步整流等功能。同时，还具有有线/无线接口，可简化安装成本。该系列的代表是STLUX385A，适合照明和电源应用的数字控制器，特点包括：6个PWMSMEDs、96MHz时钟；高达1.3ns的分辨率；DALI接口，兼容IEC60929和IEC62386；4个模拟比较器；8通道10位ADC可编程运算放大器增益分辨率，2.4μs转换时间；集成微控制器和存储器；3～5.5V的直流电源电压（IC性能优化3.3V）；-40～+105℃温度范围；TSSOP38封装。该产品最吸引人的地方就在于，通过SMED技术使用以及单片机技术嵌入，可使单一可编程芯片在电源转换中适用多种类型拓扑结构。
测试测量是电源技术的强力后盾
在历届的电源技术研讨会上都能看到众多测试测量厂商的身影。这是因为，电源产品的研发离不开测试测量，工程师要想设计出高效率、高稳定性、低成本的产品，测试测量工具在其中起着关键的作用。在本届电源研讨会上，安捷伦、RIGOL、力科、横河、艾德克斯等主流测试测量厂商给与会的观众带来了最新的电源测试方案及产品展示。
安捷伦科技公司已经多次参加电源技术研讨会，在本次大会上，其演讲的题目是“电池及充电装置的测试与验证”，介绍了安捷伦提供的电池及充电装置测试方案，包括电源在电池及电池管理测试上的应用、示波器如何实现开关电源的测试以及电磁预兼容的测试等内容。还详细介绍了安捷伦用于电源领域测试的众多明星产品，例如，N6705B直流分析仪，在单台仪器中整合了多种测试仪器的功能，可以为研发工程师大幅度提高工作效率；安捷伦刚推出的新一代大功率电源（APS），具有体积小、速度快、测量精度高等强大功能；用于开关电源测试的多款示波器和自动测试软件；用于EMI预兼容测试的N9000ACXA信号分析仪等产品。
北京普源精电科技有限公司也是多次参加电源技术研讨会，作为测量仪器领域的后起之秀，他们凭借自主研发和不断创新，从最初的数字示波器产品不断扩展，目前成为可以提供通用电子测量仪器、射频/通信测量仪器以及化学分析仪器的综合性测量仪器供应商。在本次研讨会上，其演讲的题目是“RIGOL新一代电源测试系统及测试方法”，内容包括如何使用数字示波器进行开关电源功率分析、如何使用频谱仪测量开关电源EMI问题、如何使用数字万用表监测电源波动等内容。尤其介绍了在开关电源测试中常用的RIGOLDS6000/4000/2000/1000系列数字示波器，用于电源EMI测试的射频信号源DSG3000，用于数据采集的M300等产品。
力科公司演讲的题目是“电源噪声及纹波测量问题探讨”，电源噪声和纹波测量是开关电源测试中一个重要项目，作为一家专注于示波器的厂商，力科在开关电源测试中具有丰富的技术经验，在演讲中，重点介绍了测量电源纹波和电源噪声的重要性，电源纹波/噪声测量对示波器带宽的要求，示波器量程和偏置等设置对测量电源纹波/噪声的影响，力科的高分辨率示波器技术在电源纹波/噪声测量上的应用价值等内容，同时，在演讲中详细介绍了力科采用12位ADC技术的高分辨率示波器HDO4000/6000，该示波器将传统的8位示波器信号分辨能力提升到16倍，更适用于电源纹波和电源噪声的测量。
上海横河国际贸易有限公司今年的演讲题目是“横河新产品在电源测试中的解决方案”。在演讲中介绍了横河新型8通道数字示波器DLM4000和其新型数字功率计WT300。DLM4000是一款拥有8个模拟通道的混合信号示波器，最多24bit逻辑输入，并且可以灵活切换逻辑输入，该DLM4000示波器可以应用在机电、功率电子、汽车与轨道交通以及消费电子领域。WT300数字功率计是一款紧凑型产品，可提供可靠的功率测量，适合用于从生产线到研发领域，WT300具有输入电流范围广、所有参数可同时测量、多种接口可选择、自动量程等优点，典型应用如：汽车电池或直流电源驱动装置的测试、家用电器的电源功耗评价、电子装置的生产线或QA测试等。
艾德克斯是美国第四大仪器公司B&K-Precision集团成员，致力为用户提供全面的电源测试解决方案。在产品方面，艾德克斯主要致力于电源、电子负载以及围绕着电源测试类的一些测试系统和测试软件的研究，推出了一系列性能优异、稳定性强的产品，并通过持续的创新来满足更加多元化的应用需求。在本届研讨会上，艾德克斯以“瞄准电源，精准测试”为题目，介绍了其众多电源测试解决方案。艾德克斯的产品线很丰富，可以覆盖从研发、生产到老化阶段的各种测试需求，例如，在研发阶段和老化阶段测试需要的各类电源和电子负载、在生产阶段使用的ATE自动测试系统等。除了丰富的产品，艾德克斯还设有完善的销售与服务网点，为用户提供及时方便的技术支持与服务。
精彩的专家演讲
除了各大公司展示技术外，电源会还邀请了多位国内知名专家来做报告。21IC论坛资深电源技术专家蒋江乾做了《电源转换效率的瓶颈与解决思路》的报告，深圳盛弘电气有限公司CTO肖学礼为大家介绍了太阳能逆变器的最新技术进展，重庆大学刘和平教授介绍了《电动汽车驱动交流异步电机设计与控制》，清华茅于海教授做了《电解电容与电源关系》的报告，资深电源专家颜重光老师做了《照明新技术》的报告，中国电源学会理事路秋生老师做了《LED相控调光与应用》的报告。他们用新颖的内容，生动的讲述来为大家展示国内电源技术的最新发展潮流。
电源纹波的测试方法范文第4篇
关键词： 直流开关电源；开关电源；设计
1 直流稳压电源概述
直流稳压电源在一个典型系统中担当着非常重要的角色。从某种程度上可以看成是系统的心脏。电源的系统的电路提供持续的、稳定的能源，使系统免受外部的干扰，并防止系统对其自身产生的伤害。如果电源内部发生故障，不应造成系统的故障，而确保系统安全可靠运行。因此，人们非常重视系统直流电源的设计或选用。直流稳压电源通常分为线性稳压和开关稳压两种类型。
1.1 线性稳亚电源
线性稳压电源是指起电压调整功能作用的器件始终工作在线性放大区的直流稳压电源，期工作原理如图1。
它由50 工频变压器、整流器、滤波器以及串联调整稳压器组成。
线性稳压电源的优点是具有优良的纹波及动态响应特性。但同时存在以下缺点：输入采用50 工频变压器，体积庞大且和很重；电压调整器件工作在线性放大区内，损耗大，效率低；过载能力差。
线性电源主要应用在对发热和效率要求不高的场合，或者要求成本及设计周期短的情况。线性电源作为板载电源广泛应用于分布电源系统中，特别是当配电电压低于40V时。线性电源的输出电压只能低于输入电压，并且每个线性电源只能产生一路输出。线性电源的效率在百分之三十五到百分之五十之间，损耗以热的形式耗散。
1.2 PWM开关稳压电源
一般将开关稳压电源简称开关电源，开关电源与线性稳压电源不同，它是起电压调整功能作用的器件，始终工作在开关状态。开关电源主要采用脉宽调制技术。
开关电源的优点；
1）功耗小、效率高。电源中开关器件交替地工作在导通-截止和截止-导通的开关状态，转换速度快，这使得开关管的功耗很小，电源的效率可以大幅度提高，可达到百分之九十到百分之九十五。
2）体积小、重量轻。开关电源效率高，损耗小，则可以省去较大体积的散热器；隔离变压用高频变压器取代工频变压器，可大大减小体积，降低重量；因为开关频率高，输出滤波电容的容量和体积大为减小。
3）稳压范围宽。开关电源的输出电压由占空比来调节，输入电压的变化可以通过调节占空比的大小来补偿，这样在工频电网电压变化较大时，它仍然能保证有较稳定的输出电压。
4）电路形式灵活多样。设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同的应用场合的开关电源。
开关电源的缺点主要是：存在开关噪声大。在开关电源中，开关器件工作在开关状态，它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采用一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重影响整机的正常工作。此外，这些干扰还会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备、和家用电器收到干扰。因此设计开关电源时，必须采取合理的措施来抑制其本身产生的干扰。
PWM开关电源在使用时比线性电源具有更高的效率和灵活等特点。因此，在便携式产品、航空和自动化产品、仪器仪表以及通讯系统等，要求高效率、体积小、重量轻和多组电源电源输出的场合，得到了广泛的应用。但是开关电源的成本高，而且需要开发周期较长。
2 开关电源的设计
2.1 开关电源的工作原理
开关电源主要采用直流斩波技术，即降压变换、升压变换、变压器隔离的DC/DC变换电路理论和PWM控制技术来实现的。具有输入、输出隔离的PWM开关电源工作原理框图，如图2所示。
50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波；然后再将滤波后的直流电压经变换电路变换为数十千赫或数百千赫的高频方波或准方波电压，通过高频变压器隔离并降压（或升压）后，再经高频整流、滤波电路；最后输出直流电压。通过取样、比较、放大及控制、驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便能得到稳定的输出电压。在直流斩波控制中，有定频调宽、定宽调频和调频调宽3种控制方式。定频调宽是保持开关频率（开关周期T）不变，波形如图3所示。
通过改变导通时间高。而定宽调频则是保持导通时间T on不变，通过改变开关频率，来达到改变占空比的一种控制方式。由于调频控制方式的工作频率是不固定的，造成滤波器设计困难，因此，目前绝大部分的开关电源均采用PWM控制。
2.2 开关电源的主要性能指标
开关电源的质量好坏主要由其性能指标来体现。因此，对于设计者或使用者来讲，都必须对其内容有一个较全面的了解。一般性能指标包括电气指标、机械特性、适用环境、可靠性、安全性以及生产成本等。这里仅介绍常见的电气指标。
2.2.1 输入参数
输入参数包括输入电压、交流或直流、频率、相数、输入电流、功率因数以及谐波含量等。
1）输入电压：国内应用的民用交流电源电压三相为380V，单相为220V；国外的电源需要参出口国电压标准。目前开关电源流行采用国际通用电压范围，即单相交流85～265V，这一范围覆盖了全球各种民用电源标准所限定的电压，但对电源的设计提出了较高的要求。输入电压范围的下限影响变压器设计时电压比的计算，而上限决定了主电路元器件的电压等级。输入电压变化范围过宽，使设计中必须留过大裕量而造成浪费，因此变化范围应在满足实际要求的前提下尽量小。
2）输入频率：我国民用和工业用电的频率为50Hz，航空、航天及船舶用的电源经常采用交流400Hz输入，这时的输入电压通常为单相或三相115V。
3）输入相数：三相输入的情况下，整流后直流电压约是单相输入时的1.7倍，当开关电源的功为3～5kW时，可以选单相输入，以降低主电路器件的电压等级，从而可以降低成本；当功率大于5kW时，应选三相输入，以避免引起电网三相间的不平衡，同时也可以减小主电路中的电流，以降低损耗。
4）输入电流：输入电流通常包含额定输入电流和最大电流2项，是输入开关、接线端子、熔断器和整流桥等元器件的设计依据。
5）输入功率因数和谐波：目前，对保护电网环境、降低谐波污染的要求越来越高，许多国家和地区都已出台相应的标准，对用电装置的输入谐波电流和功率因数做出较严格的规定，因此开关电源的输入谐波电流和功率因数成为重要指标，也是设计中的一个重点之一。目前，单相有源功率因数校正（FPC）技术已经基本成熟，附加的成本也较低，可以很容易地使输入功率因数达到0.99以上，输入总谐波电流小于5%。
2.2.2 输出参数
输出参数包括输出功率、输出电压、输出电流、纹波、稳压精度、稳流精度、输出特性以及效率等。
1）输出电压：通常给出额定值和调节范围2项内容。输出电压上限关系到变压器设计中电压比的计算，过高的上限要求会导致过大的设计裕量和额定点特性变差，因此在满足实际要求的前提下，上限应尽量靠近额定点。相比之下，下限的限制较宽松。
2）输出电流：通常给出额定值和一定条件下的过载倍数，有稳流要求的电源还会指定调节范围。有的电源不允许空载，此时应指定电流下限。
3）稳压、稳流精度：通常以正负误差带的形式给出。影响电源稳压、稳流精度的因素很多，主要有输入电压变化、输出负载变化、温度变化及器件老化等。通常精度可以分成。3项考核：① 输入电压调整率；② 负载调整率；③ 时效偏差。同精度密切相关的因素是基准源精度、检测元件精度、控制电路中运算放大器精度等。④ 电源的输出特性：与应用领域的工艺要求有关，相互之间的差别很大。设计中必须根据输出特性的要求，来确定主电路和控制电路的形式。⑤ 纹波：开关电源的输出电压纹波成分较为复杂，通常按频带可以分为3类： 高频噪声，即远高于开关频率 的尖刺；开关频率纹波，指开关频率 附近的频率成分； 低频纹波，频率低于的 成分，即低频波动。
对纹波有多种量化方法，常用的有纹波系数、峰峰电压值、按3种频率成分分别计量幅值以及衡重法。⑥ 效率：是电源的重要指标，它通常定义为η=Po/Pi×100%。式中，Pi为输入有功功率；Po为输出功率。通常给出在额定输入电压和额定输出电压、额定输出电流条件下的效率。对于开关电源来说，效率提高就意味着损耗功率的下降，从而降低电源温升，提高可靠性，节能的效果明显，所以应尽量提高效率。一般来说，输出电压较高的电源的效率比输出低电压的电源高。
2.2.3 电磁兼容性能指标
电磁兼容也是近年来备受关注的问题。电子装置的大量使用，带来了相互干扰的问题，有时可能导致致命的后果，如在飞行的飞机机舱内使用无线电话或便携式电脑，就有可能干扰机载电子设备而造成飞机失事。电磁兼容性包含2方面的内容：
电磁敏感性、电磁干扰分别指电子装置抵抗外来干扰的能力和自身产生的干扰强度。通过制定标准，使每个装置能够抵抗干扰的强度远远大于各自发出的干扰强度，则这些装置在一起工作时，相互干扰导致工作不正常的可能性就比较小，从而实现电磁兼容。
因此，标准化对电磁兼容问题来说十分重要。各国有关电磁兼容的标准很多，并且都形成了一定的体系，在开关电源设计时应考虑相关标准。
3 开关电源的设计步骤
开关电源的设计一般采用模块化的设计思想，其设计步骤是：
1）首先从明确设计性能指标开始，然后根据常规的设计要求选择一种开关电源的拓扑结构、开关工作频率确定设计的难点，依据输出功率的要求选择半导体器件的型号；
2）变压器和电感线圈的参数计算，磁性材料设计是一个优质的开关电源设计的关键，合理的设计对开关电源的性能指标以及工作可靠性影响极大；
3）设计选择输出整流器和滤波电容；
4）选择功率开关的驱动控制方式，最好选用能实现PWM控制的集成电路芯片，也可利用单片机实现PWM控制；
5）设计反馈调节电路；
6）根据设计要求设计过电压、过电流和紧急保护电路；
7）根据热分析设计散热器；
8）设计实验电路的PCB板和电源的结构，组装、调试，测试所有的性能指标；
电源纹波的测试方法范文第5篇
【关键词】锁相环；高稳定度；相位噪声
一、引言
本文介绍一种高稳定度和相位噪声的锁相环设计，适用于对频率源指标要求较高，锁定时间要求较低的场合，而且相对于单个高稳定度和相位噪声的频率源来说成本较低。
锁相环电路是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，它的基本原理是利用相位误差电压取消除频率误差，所以当电路达到平衡之后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。而且锁相环电路还具有科研不用电感线圈、易于集成化、性能优越等许多有点，因此广泛用于通信、雷达、制导、导航、仪表和电机都方面。
图1是一个锁相环的构成框图，PLL电路基本上由下述三大部分组成：
鉴相器（phase Detector或phase Comparator）鉴相器用于检测两个输入信号的相位差；环路滤波器（loop Filter）是将鉴相器输出含有纹波的电流信号平均化，将此变换为交流成分少的直流信号的低通滤波器。环路滤波器除滤除纹波功能外，还有一种重要作用，即决定稳定进行PLL环路控制的传输特性；压控振荡器（Voltage Controlled Osillator）就是用输入直流信号控制振荡频率，他是一种可变频率振荡器。
随着电子技术的发展，要求信号的频率越来越稳定，一般的振荡器已经不能满足要求，于是出现了高准确度和高稳定度的时钟振荡源。但是高稳定度的时钟振荡源价格比较昂贵，对于成本的节约上有很大的限制。于是利用锁相环技术产生高精度高稳定度的频率源应运而生，只需要一个成本不高的时钟源和一个高稳晶振就可以实现高精度和高稳定度的时钟频率输出，图2是一个高稳定度锁相环的框图电路。
二、电路框图
本文利用的是单片机STC12C5410AD和鉴相器芯片ADF4001以及一个高稳压控晶振实现锁相环电路，电路框图如图3所示。
1.器件选择
单片机用普通的单片机即可，本设计使用的是STC系列单片机，也可以使用51系列的单片机；ADF4001是AD公司的一款鉴相器芯片，最大输出频率可到200MHz，它内部含有一个13位、一个14位的分频器，可以对输入频率进行分频，使鉴相频率一致；高稳定度的压控晶振可以自己选择，适合自己要求的，表1是我们自己选择的恒温晶振部分指标。
2.环路设计
环路滤波器的设计是锁相环的重点，它决定了锁相环的指标好坏。环路滤波器的设计关键在环路带宽上，环路带宽会影响锁定时间、相位噪声和短稳等指标。环路带宽与锁定时间成反比关系；大于环路带宽部分的相位噪声由晶振决定，小于环路带宽部分的相位噪声由参考信号决定。环路滤波器的设计方法比较多，各有优势，下面是本设计采用的参数计算方法，环路带宽设置为0.5Hz、相位裕度45°，鉴相频率100kHz。采用三阶无源滤波器。图4是我们的三阶无源滤波器电路。
首先已知相位裕度φ、参考频率fc、鉴相频率fcomp、压控灵敏度Kv、鉴相灵敏度Kφ、输出频率fout、时间常数T31（取0到1之间）。
根据以上公式和已知条件，即可计算除电路中各个元器件的值。当然这只是一种环路滤波器的计算方法，也可以使用AD公司提供的ADIsimPLL软件进行计算，各有优缺点。
一般环路滤波器首选无源滤波器，因为无源滤波器相对于有源滤波器来说，引入的相位噪声更小一点。除非压控电压超出了无源滤波器的输出电压范围，我们才选择有源滤波器。
3.软件部分
4.注意问题
（1）电源
因为我们使用的是高灵敏度的压控晶振，对电压特别敏感，所以在处理电源滤波上要非常到位，特别是ADF4001的供电电压必须适用稳定度高的稳压器，因为供电电压直接影响器件内部电荷泵的电流，从而影响环路输出电压，导致晶振输出稳定度变差。我们在鉴相器电源引脚一次放置0.1uF、0.01uF、100pF的电容，最大限度滤除电源线上的干扰。还在电源线上串一个小电阻，进一步对噪声进行隔离。
（2）VCO的输出功率分配
VCO的输出通过一个简单的电阻网络，将各个端口匹配到50欧姆，如图所示，利用三个18欧姆的电阻组成的T型网络完成。这样做会使B点和C点的功率比A点的功率低6dB，设计中应该注意。图5是输出功率的电阻分配图。
总之，要取得良好的相位噪声和短稳，要在各个方面进行改进，还应该注意以下的问题：
1）PLL芯片工作的电源纹波足够低——不会恶化噪声基底
2）PLL芯片的RF反馈输入（VCO的输出）具有合适的驱动能力——不容许计数器错误计数
3）PLL芯片的REF参考输入具有合适的驱动能力——不容许计数器错误。
4）PLL环路滤波器的电阻不会增加任何额外噪声——不高于热噪声
5）VCO的工作电压纹波足够小——不会恶化由于频率牵引引起的相位噪声。
6）环路滤波器屏蔽足够好——VCO控制线上不会串入其他干扰信号，防止来源于数字电路的窄脉冲信号出现在滤波器的输入端并直接耦合到输出端。
三、测试结果
经过不断的调试，测试结果如表2
由测试结果科研看出，经过锁相环之后，稳定度和相位噪声的指标跟晶振的指标基本一致，改善了时钟源的指标。
四、结束语
本文所设计的高稳定度和相位噪声的锁相环设计，适用于对频率源指标要求较高，锁定时间要求较低的场合，而且相对于单个高稳定度和相位噪声的频率源来说成本较低。由于本人水平有限以及研究场合等因素制约，难免会存在一些瑕疵，仍需近深入研究，来实现进一步的完善和提高。
参考文献
姜艳波，等编著.稳态电路与锁相环电路实例——CMOS数字集成电路应用百例.化学工业出版社，2009—05.
黄智伟.锁相环与频率合成器电路设计.西安电子科技大学出版社，2008—10.
F.M.Gardner，Phaselock Techniques，2nd ed.，Wiley，New York，1979.
作者简介：
程开明（1982—），男，陕西乾县人，大学本科，西安电子科技大学工程硕士研究生在读，现供职于陕西黄河集团有限公司，研究方向：微波通信。
电源纹波的测试方法范文第6篇
【关键词】Multisim 双电源 仿真分析
LM117/LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，LM117/LM317 的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM117/LM317 不需要外接电容，使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。利用LM117/LM317设计出正负连续可调的双电源，通过实验测试和软件仿真，基本上可以满足绝大多数运算放大器所需要的电压幅度。
一、MultiSim仿真软件简介
MultiSim是一款将电子电路设计及其测试分析相集成的电路设计仿真软件。它具备信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各类元器件，可以对各类电路进行仿真，并且提供十多种虚拟仪器（如示波器、万用表、信号发生器、波特图图示仪、功率表等），以及18种仿真分析功能（如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、直流扫描分析等）。由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，配合强大的仿真分析，使结果更精确、更可靠。
二、直流稳压电源的理论基础与电路设计原理分析
（一）直流稳压电源的理论基础
电子设备都需要稳定的直流电源供电，如基本放大电路中的集电极电源、运算放大器的双电源等。这样，就需要将市电电网的交流电，变换为直流电。对于小功率的直流电源，它一般由电源变压、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。如图1所示：
（二）直流稳压电源电路设计的基本原理
电源变压器的作用时将220V的电网电压变换成所需要的交流电压值。
整流电路的作用是将交流降压电路输出的大小、方向都变化的电压较低的交流电转换成单向脉动直流电。单相整流电路的类型有半波整流、桥式全波整流、中心抽头全波整流等。
滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波（单向脉动直流电中含的交流成分）滤除掉，使单向脉动电压变成平滑的直流电压。滤波电路的主要元件是电容和电感，以电容滤波电路最常用，其特点是电路简单，输出脉动较小，输出电压平均值增大，但输出电压随负载变化较大。采用电容滤波时，输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数τ有关系，τ大一些，脉动就小一些，多采用大容量的电解电容。电容的耐压值应大于它实际工作时所承受的最大电压，耐压值一般取所接工作电路电压的1.5-2倍。为了降低输出直流电压的纹波系数（输出电压中交流分量占额定输出直流电压的百分比），正、负电源的滤波电路均采用一个1000μF/50V的电解电容。
滤波电路的输出电压虽已变得平滑，但输出电压随负载变化较大，后面需接稳压电路。稳压电路的作用是当交流电源电压波动、负载及温度变化时，维持输出稳定的直流电压。稳压电路的类型有分立元件稳压和集成稳压器稳压，分立元件稳压时，电路稳定性不好，而集成稳压器稳压具有体积小、电路简单、稳压精度高，可靠性高等优点，被广泛采用。选择集成稳压器时应先确定稳压器的类型，是固定式还是可调式，是正压输出还是负压输出，然后根据其额定电压和额定电流选择具体型号。
三、LM317、LM337正负连续可调的双电源的仿真分析
运行Multisim10，在绘图编辑器中选择变压器、整流二极管、电阻、电容、电位器、三端可调稳压块LM317、LM337等元件，组成LM317、LM337正负连续可调的双电源电路。
调整电位器R5、R6，可以连续调节输出电压的大小。
其仿真的电路用波形如下图所示。
四、结束语
应用Multisim10仿真软件进行仿真教学，设计的双直流稳压电源的电路具有结构简单、电源利用效率高、输出电压噪声小、稳定精度高、可靠性高等特点，可以满足高精度形状测量仪的电感测头信号处理电路中运算放大器的高稳定性的双电源需求，增强整个测量系统的工作稳定性，最大限度地减小电源引起的测量误差，提高测量精度。在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活，更贴近工程实际，达到帮助学生理解原理，更好地掌握所学的知识的目的。尤其适用于综合设计性实验项目，可有效克服传统实验与实验室开放的局限。通过对双直流稳压电源的分析设计、仿真测试可以看出，利用Multisim的虚拟电子实验平台，能实时直观地反映电路设计的仿真结果，验证电路正确性，可缩短设计周期，提高设计成功率。
学生可据所学知识和能力，自选实验内容，自行设计电路方案，进行电路分析，从而掌握电子电路的设计与仿真分析过程，对提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力、综合设计能力和创新能力，具有重要的意义。
参考文献：
电源纹波的测试方法范文第7篇
关键词：数控直流电源；稳压电源；电压源；电流源
中图分类号：TM461文献标识码：A文章编号：10053824（2013）04006707
0引言
数控直流稳压电源应用非常广泛，是学习电子信息工程、通信工程、机电一体化、电气自动化等电类专业学生必然涉及到的一个电工电子课程设计项目。全国大学生电子设计竞赛曾于第一届A题、第二届A题和第七届F题（电流源），全国首届高职院校技能竞赛样题以及省级院校竞赛都有涉及，用来检验学生的电子设计能力，可见其普遍性。
虽然较多论文都涉及，但电路设计的多样性以及制作经验篇幅鲜少，不足以使读者完成作品并举一反三。笔者参阅数十篇关于数控直流电源系统的设计，发现许多很难读懂的问题。例如，给出参数设计输出达20 V电压，但运放直接驱动达林顿管明显无法输出达22 V以上。又如，通篇无关紧要的内容，唯独缺少比较放大环节设计及关键电路的完整连接，也就是说DAC输出到调整管之间内容匮乏，这也是本文解决问题的初衷。
直流稳压电源按照功率管工作状态，分为线性稳压电源、开关稳压电源2种。鉴于电类专业课程设计的需要，本文重点解析线性稳压电源之关键设计，如与OP放大器设计联系密切的部分，希望对读者制作该项目或写论文有所帮助。
1设计要求的性能指标与测试方法
1）输出电流IL（即额定负载电流），它的最大值决定调整管（三端稳压器）的最大允许功耗PCM和最大允许电流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）
2）根据输出电压范围和最大输出电流的指标，U/I可计算出等效负载阻值。例如，输出电压要求达30 V，最大输出电流1 A，因此模拟负载应满足从几Ω到30 Ω之间，调整管耗散功率应满足30 W以上，考虑加散热片。
1.2质量指标
纹波电压：是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。在额定输出电压和负载电流下，用示波器观测其峰一峰值，Uo（p-p）一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值。纹波系数是纹波电压与输出电压的百分比。设计中主要涉及滤波电路RLC充放电时间常数的计算。一般在全波式桥式整流情况下，根据下式选择滤波电容C的容量：RL・C=（3-5）T/2，式中T为输入交流信号周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压变化对输出电压的影响[2]，因此只需测试其中之一即可。电源输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响[2]，因此也只需测试其中之一即可，具体操作参照指标的定义来实施。
2.2DAC接口电路的设计
2.3调整管控制电路、电压采样与电流采样电路的
2.4ADC接口电路的设计、同时具备电压源与电流源功能的设计
2.6具备电压预置记忆存储部分的设计
2.7保护电路的设计
2.8.2滤波电路的设计
3结语
曾经查阅数十篇类似稳压电源电路图，深感模拟电路设计的重要性。本文将电压源与电流源的设计方案同时罗列，便于读者理解设计要领。重点解析DAC输出后的电路设计，图中电压、电流数据全部基于proteus交互式仿真完成。电路设计的连贯性、采样电路取值、运放电路与驱动电路设计等，是同类论文较少论述的环节，可以有效解决目前存在的诸多问题，有助于读者提高电路解析能力。仅此抛砖引玉，希望本文的设计能对读者在实际工作中有所帮助，不当之处请多指教。
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电源纹波的测试方法范文第8篇
关键词：直流；在线监测系统；应用
中图分类号：TN86 文献标识码：A文章编号：
目前对蓄电池进行监测及状态评估主要以蓄电池内阻为主要参考依据，由于大容量蓄电池内阻极小，仅为数十至数百微欧，并且蓄电池在线工作时，由于高频开关电源纹波有蓄电池工作电流和影响，要对蓄电池内阻进行精确测量是极为困难的。美国密特、日本日置采用交流注入法测量蓄电池内阻，该方法抗干扰能力弱，只适用于离线电池的测量，而对工作蓄电池的在线监测误差较大。美国阿尔伯采用直流放电法测量蓄电池内阻，但需要70～150A的测试电流，对蓄电池产生电流冲击，造成蓄电池极板变形、活性物质脱落，对蓄电池的寿命产生严重影响。
以高精度运算放大器为基础的信号可控带通滤波、自动增益放大技术，超高速同步信号采样技术，FFT、小波分析为基础的现代数字信号分析处理技术，神经元算法为基础的模式识别技术等一系列高新技术近年来取得了突破性的进展，多频点交流放电法蓄电池内阻测试技术采用了以上最新的科技成就，实现了对在线工作蓄电池真实内阻的精度测量，测量电流仅为3～5A，在存在高频开关电源纹波及蓄电池工作电流强干扰条件下，蓄电池内阻测试精度优于2%，重复精度优于1%，可以有效识别出蓄电池内阻微小的变化，以此为基础建立专家系统，实现了对蓄电池状态评估，及时找出蓄电池组中的个别落后蓄电池，提高了直流系统的安全性和可靠性，确保了供安全。
当前变电站直流电源系统存在以下不足之处：
1) 电力系统推广无人值班变电站后，调度或直流专责维护人员无法及时了解现场直流设备和蓄电池组的工作状态、运行性能，发现直流电源系统的隐患，直到出现直流故障时才去处理,此时,事故已经扩大。
2) 蓄电池组各单体电池的电压不均衡，有些电压过高、有些则过低，蓄电池组的使用寿命严重缩短。
3) 蓄电池核对性放电试验费时、费力，难以按时保质保量完成，且无法实时反映蓄电池的平时运行状态及其性能变化趋势。
4) 目前，现场直流设备的控制和维护，容易误操作，安全隐患较多。
过去，电力系统的各个变电站都有人值守，可以对直流设备的运行状态进行定期检查，因而可以及时发现并处理其出现的异常现象，保证变电站的安全稳定运行。目前，电力系统推广无人值班变电站，虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息，但是对于直流部分只能得到少量的重要信息（包括：遥信量——充电机交流电源故障，充电机故障，直流绝缘接地，直流电源电压异常；遥测量——控母电压）。它不能反映直流系统运行的详细信息，特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况，直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度，此时，事故已经扩大。目前，对直流设备运行控制和维护也是由维护人员现场进行，容易误操作，安全隐患较多；核对性放电费时、费力，变电站多，维护人员少，显然无法保证按期按量完成，且无法实时反映蓄电池的平时运行状态及其性能变化趋势。另外，现有蓄电池组运行，从技术上讲也存在一些缺陷，直流系统的蓄电池组一般由几十只至一百多只单体蓄电池串联而成，串联状态下的蓄电池组虽然充放电电流是一致的，但由于电池的参数、外部环境及单体自放电的差异，使得蓄电池组各单体电池的电压实际并不均衡，有些电压过高、有些则过低，造成蓄电池组中某些单体蓄电池出现过充或欠充，容量减少，而且随着时间的推移，将进一步加深蓄电池参数的不一致性，正是这种恶性循环极大地缩短了蓄电池组的使用寿命。
因此，直流电源远程监控系统的应用十分必要。该系统可以实时采集直流充电机运行状态、电池的单体电压及内阻、母线电压、电流、绝缘监视,馈线开关状态检测等重要电源特性参数，将各变电站的直流设备信息上送到监控中心，实现直流设备远程监控、直流设备运行历史查询和设备运行异常的情况上报等功能，及时发现设备运行的不正常状态，及时处理，而不等其发展演变成事故；实现远程蓄电池组容量试验、电池内阻测试及在线均衡，直流母线远程控制及状态切换、充电机均/浮充转换远程控制、充电机参数的远程设置等功能，能极大减轻维护人员的工作量，降低维护成本，减少现场操作所带来的种种隐患。
同时，系统还对充电装置稳压精度、稳流精度、纹波系数进行监测，保证充电装置可靠运行，并不对蓄电池产生不利的影响。
本直流电源及蓄电池在线监测系统代表了当今的科技水平，技术水平处于国际先进水平。项目技术成熟，产品适用于在电力变电站、通讯基站、通讯机房、及多个行业的大型UPS电源的直流系统及蓄电池在线监测，并已经得到了应用。
一、主要措施
本直流电源及蓄电池在线监测系统对直流电源系统进行在线监测，可以及时发现系统中存在的隐患，保障供电系统的安全，极大地提高变电站的安全性和可靠性，逐步实现系统的状态检修，提高系统的运行维护管理水平。大大减轻变电站维护检测的工作量，显著提高蓄电池的使用奉命，产生巨大的经济效益和社会效益，具有很好的推广应用前景。
二、系统组成
直流电源远程监控系统由电压采集内阻均衡模块、开关量模块、放电负载、监控终端装置、服务器软件、系统监控软件几部分组成。每个变电站端的监控终端通过RS485总线将采集均衡模块，开关量模块，放电负载连接到一起，将它们所有的信号收集到一起统一管理，并且可以通过局域网将采集到的所有信息传送到中心服务器软件，服务器软件将信息存储管理并分发信息到每个相关管理岗位的计算机，并使其在局域网上每个计算机均可浏览到所有信息，提供分级的管理口令可对任意一个变电站的信息及参数进行更改并能提供相关的远程控制。
1、电压采集内阻均衡模块
电压采集器主要用于电池单体电压、内阻测量，并解决电池均衡问题；采用下放式安装结构（如图2），利用485总线构成传感器网络,与监控装置通讯，每个采集器监测6只电池(2V,4V,6V,12V均可),并且自动切换挡位,不影响精度,接线采用插拔式接线端子,便于更换和维护,带有自恢复保险丝不会烧毁模块和导致短路,使系统维护风险降低到最低限度。为了提高性能，提高采样精度，采集器采用TI 公司MSP430系列单片机作为主控制器，带有16位高精度A/D转换器，16M时钟频率。
2、开关量监测模块
开关量模块主要用于母线及各馈线开关状态的采集，采用下放式安装结构，利用485总线与监控装置通讯，每个模块可同时监测8路开关量,每路开关量均通过光电隔离,隔离电压4000V,开关量判断最小时间1ms,可设置软件抗抖动处理,具有硬件抗干扰措施,由通信电源提供主工作电源。
3、监控终端装置
监控终端装置负责采集电压采集模块,开关量模块,放电内阻单元等模块数据,并把采集到的数据传送到监控中心（远端）,同时负责本地数据的存储、实时显示、设置、表格、查询、报警等人机操作界面控制,并可通过通讯方式控制充电机状态转换及参数修改。
监控装置采用32位ARM 处理器作为主控制器芯片,该芯片片内资源丰富,具有60M时钟频率,带有4个UART,2个I2C,2个SPI,10/100网卡等资源, UART1和UART2为RS485接口，用于采集2组电池的电压,其中UART2可用来连接其他智能通信装置(如充电机等), 10/100网络通信接口用于本地调试或调度上传。
4、放电负载
放电负载是直流电源远程监控系统的主要组成部分，可以对两组电池进行核对性放电试验，配有7路控制输出，可以完成电池组虚脱机，电池组放电，电池组切换，母线并列等远程控制操作；通过通信口与监控装置连接，可实现远程放电，远程控制电池组切换等控制操作。具有以下功能：
(1) 具有可遥控放电试验功能
(2) 可以设定放电的终止条件，包括电池组终止电压、单体电池电压、电池组放电容量、放电时间。
(3) 负载采用新型功率材料，无红热及明火现象，强制风冷。
(4) 可以设置采样的时间间隔，以达到分析数据的最佳效果。
(5) 可将放电过程的全部电压数据及相关参数值上传监控中心。
5、服务器软件
服务器软件负责与每个变电站的监控终端通信,接收监控终端发来的所有数据,并且存储每个子站发来的报警数据和需要保存的历史数据,查询、更改每个装置的设置.
6、系统监控软件
系统监控软件负责监控和浏览所有监控终端发送来的数据,可设置每个变电站的直流系统模拟图,并可在模拟图上直接显示出控制母线电压,合闸母线电压,每个空开的运行状态及电池组温度等信息,可以用表格形式查看每节电池的当前电压,也可以用曲线或表格的形式进行对比,查看历史运行曲线等功能,查看和远程更改现场采集模块的相关设置等远程控制信息。
三、关键技术问题及技术创新点
1、微欧级微小电阻的精密测量；
2、蓄电池内阻测试不得有大电流冲击，测试电流小于10A，不对蓄电池组及直流系统运行和产生任何影响，不对蓄电池产生损害；
3、抗干扰性强，直流系统的数十安至数百安的工作电流、高频开关电源的纹波不对测试精度产生任何影响，以适应于各种苛刻条件下对直流系统的在线监测；
4、充电装置稳压精度、稳流精度、纹波系数的在线监测；
5、可以对蓄电池连线电阻进行测量，实现对蓄电池断线、接头松动、接头生锈等故障隐患的监测；
6、可以对蓄电池充放电全过程进行监测；
7、可以控制放电仪，对蓄电池进行核容放电，并自动生成核容报表；
8、绝对保证安全：
（1）不得在直流工作回路增加任何器件；
（2）测试线全部采用高阻设计，即使测试线短路也不对直流系统运行产生任何影响；
（3）采用阻燃设计；
9、SDH、以太网、GPRS、RS485、RS232、USB等多种通讯方式，实现多种方式灵活组建大范围远程监测网络。
10、以多服务器为基础的大型数据库管理分析系统，实现数十至数百个变电站的监测、数据存贮、统计分析、生成报表。
11、B/S结构的监控软件，便于软件的维护管理和升级；
12、专家系统，实现对直流电源、蓄电池的状态评估。
13、系统达到的技术经济指标：
（1）电压测试精度：0.5%；
（2）电流测试精度：1.0%；
（3）蓄电池内阻及连线电阻测试精度：2.0%；
（4）蓄电池内阻测试电流：≤5A；
（5）可以监测变电站数量：1024个。
四、应用情况
对原直流电源蓄电池系统进行改造，实现对其远程监控，提高变电站直流电源系统的自动化水平、完善其功能，增强直流系统运行的安全性和稳定性；本次建设5个变电站的直流电源系统，每个变电站各安装一套站端设备，共5套，在远端共用1台数据服务器和3个远程监控终端，实现直流电源蓄电池在线均衡维护监控。
五、经济效益分析
直流电源蓄电池在线均衡维护系统能实时采集直流充电机运行状态、电池的单体电压及内阻、母线电压、电流、绝缘监视,馈线开关状态检测等重要电源特性参数，并上送到监控中心，实现直流设备远程监控，及时发现设备运行的不正常状态，及时处理，而不等其发展演变成事故；实现远程蓄电池组容量试验、电池内阻测试及在线均衡，直流母线远程控制及状态切换、充电机均/浮充转换远程控制、充电机参数的远程设置等功能，能极大减轻维护人员的工作量，降低维护成本，减少现场操作所带来的种种隐患，全面提高变电站综合自动化技术水平。根据站内蓄电池投运6年以上需进行每年一次、6年以内需进行两年一次充放电维护的相关管理规定，目前，蓄电池站内维护一般采用配备2~3人、驻守3~7天的维护模式，其人工及车辆费约2万元左右；实现蓄电池在线均衡可有效延长蓄电池使用寿命三分之一以上，按每套8万元计算，每年每个变电站可以节约蓄电池采购费用（25000元人民币/年），合计每站年节约成本约四万五千元人民币左右，间接的经济及社会效益就更大了。
1）、节省了大量的人力物力，提高了工作效率，有利于减人增效
该系统可把各变电站的直流设备信息上送到监控中心，供其查询，同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样，维护人员在监控中心就可对直流设备进行远方监控，减轻了运行维护人员工作量，提高了工作效率，有利于变电站实现无人值守和少人值班，对供电企业的减人增效意义重大。
2）有利于安全生产
直流电源远程操作及维护系统把分散的直流电源蓄电池信息上送到监控中心，在监控中心就可实时监控设备的运行状态，特别是在直流设备发生运行异常时，运行维护人员能及时收到报警信号，及时处理，而不等其发展演变成事故；另外，本系统在对蓄电池组充放电等都经过了微机防误逻辑判断，严格遵守直流系统操作规程，避免了人为误操作；实现了电池在线均衡，不但延长了电池使用寿命，而且提高了电池及直流系统供电的安全性。
3）满足了智能电网及数字化变电站的发展要求。
目前,电力系统中发电厂，特别是变电站正朝着数字化、无人值守型方向发展, 各种电气设备已逐渐实现远方监控，而直流电源系统本身的远程在线维护却无完善的实施方案和技术手段；应用该系统，可实现直流系统由计划定时检修向状态检修维护的过渡，大大提高了直流电源现有技术水平，满足智能电网及数字化变电站的发展要求。