开关电源的设计与原理范文

关键词：中水处理站；设备电源；改造

1系统简介

皖能合肥发电有限公司目前的中水处理站区域只有一路380V电源，取自#5机汽机MCCⅡ段，接入循环水加药总电源箱，另外在中水区域就地配置有一台15kVA隔离变箱，提供380V变220V电源，中水区域所有设备均由这两个电源箱供电。由于此区域设备的工作电源与检修照明电源交织在一起，单路电源不利于安全，加上#6机组设备投产又增加了部分设备，使各分路电源接入混乱，因此需对其进行改造，使工作电源与检修照明电源分开，保证该区域电源可靠。

2改造前系统状况

在进行改造设计前，先对目前中水处理站设备电源进行梳理如下：

2.1中水处理站设备现有电源布置：

（1）中水隔离变总电源容量15kVA；（含就地检修电源箱容量D100A；路灯照明箱容量25A）

（2）中水采样装置房间电源容量63A；（含热控采样柜电源25A，一台空调电源16A）

（3）二氧化氯装置电源20A；（含热控二氧化氯发生器程控电源10A及区域内小负荷）

（4）循环水加药间总电源160A；（含循环水卸盐酸、卸阻垢剂控制箱40A；循环水阻垢剂加药泵控制箱80A；循环水卸硫酸、增效计量泵控制箱16A）

2.2中水处理站现有设备及电源的统计（如表1所示）

3改造方案

3.1中水处理站电源改造总体方案

中水处理站区域设备电源设计2路380/220V供电（一用一备），电源分别取自#6机化水PCA段#4柜#4-1备用间隔（开关容量250A）、#6机化水PCB段#4柜#4-3备用间隔（开关容量250A）。电缆采用3*95+1*50mm2铜芯钢铠电缆。就地配置一面电源柜，布置2个进线电源开关，18个分路开关，将中水各处设备接入开关间隔，预留部分开关做备用；中水处理站检修照明电源拟从#5高厂变处检修动力箱电源开关上口并接；拆除原中水处理站取自#5机汽机MCCⅡ段的电源。改造后，中水处理站区域共三路电源，1路检修照明电源，2路设备工作电源。

3.2针对目前设备及电源分布，中水处理站新装就地电源柜配置及安装地点如下

3.2.1就地电源柜采用两路进线，安装2个进线开关（NSX-250A），配置18个分路开关（开关容量按统计负荷配置），预留几个备用电源开关。

3.2.2经过对中水区域设备布局的观察，考虑到如果就地柜在室内安装由于酸碱气体不流通容易导致柜体腐蚀，计划将就地电源柜安装在中水酸碱罐大棚内的西侧，将中水处理站所有运行设备电源接入该就地配电柜。

3.2.3检修照明电源接入现中水处理站检修动力箱及照明箱。

3.3中水处理站电源改造施工步骤

3.3.1首先设备不停电安装就地电源柜，完成电源柜静态调试工作。

3.3.2从#6机化水PCA、B段分别施放两根3*95+1*50mm2铜芯钢铠电缆至就地电源柜，对电缆进行电气试验合格后送电。

3.3.3施放从#5高厂变处检修动力箱至中水处理站检修动力箱电缆，对电缆进行电气试验合格后送电。

3.3.4施放从就地电源柜至中水各处设备的分路电缆，完成调试工作。

3.3.5视设备运行情况，申请将中水区域所有各处设备电源接入就地电源柜，核对定值并送电。

3.3.6拆除不用的原中水各处电源电缆。

3.4中水处理站设备电源改造设备材质如表2

3.4.1电源柜部分（如表2所示）

3.4.2电缆部分

（1）电源改造所需材料（如表3所示）

（2）电缆路由

a.就地电源柜电源1、2电缆：自化水PC段开关室沿电缆沟、电缆竖井、电缆桥架至综合PC段西侧电缆沟，沿此电缆沟向南至#5机仓库北侧电缆沟，一直向东并下穿主马路至#5机厂房西侧电缆竖井，由此竖井进入#5机汽机房电缆桥架，沿#5机汽机房电缆桥架一直向东，至#5机工作段开关室下电缆桥架转向南，经电缆竖井进入#5机凝泵变频小室东侧电缆沟，沿此电缆沟一直向南并下穿主马路至#6机冷却塔西北侧电缆井，经预埋电缆管道至#6机冷却塔西侧电缆井，经电缆沟下穿中水处理站马路至中水处理站电缆沟，并沿此沟一直向南至中水处理站。全程约500米。b.中水处理站检修动力箱电源电缆：拟从#5高厂变处检修动力箱电源开关上口并一路电源电缆，经#5高厂变南侧电缆沟向东至#5机凝泵变频小室东侧电缆沟，沿此电缆沟一直向南并下穿主马路至#6机冷却塔西北侧电缆井，经预埋电缆管道至#6机冷却塔西侧电缆井，经电缆沟下穿中水处理站马路至中水处理站电缆沟，并沿此沟一直向南至中水处理站。全程约100米。c.示意图如图所示。

开关电源的设计与原理范文篇2

关键词：现代建筑电气；节能技术；绿色低碳

中图分类号：TU855文献标识码：A文章编号：

一、简析现代建筑电气节能技术

近年来，随着社会经济的发展，对学科体系的划分也越来越细，经过广大设计人员和从业人员的不懈探索与努力而发展起来的具有综合性质的工程学科，建筑电气。现代建筑电气主要运用电气技术手段（如电力技术、信息技术和数字化智能化技术）进行建筑工程的建设，利用有限的空间，创造人性化的生活环境。简言之，就是在建筑物中，利用现代先进的科学理论知识及电气技术手段创造一个人性化的生活环境的电气系统，统称为建筑电气。

二、简析现代建筑电气节能技术的现状及问题

1.简析现代建筑电气的现状

随着我国的工农业迅速发展，伴随能源消耗日益严重，各类能源呈现供不应求状态。而近年来兴建的一系列的建筑，特大型建筑和生活住宅小区，由于未意识到节能的重要性而造成了巨大的能源消耗和资源浪费。据有关部门统计，目前，现代建筑能耗占我国一次总能源消耗的27.8%，是同纬度国家的3倍，而建筑存量约130多亿m2（其中大型公共建筑约占5亿m2）。一般住宅耗电为10°～30°电/m2年，大型公共建筑耗电量是住宅用电量的10～15倍，约为100°～300°电/年，占据了大量的耗电份额。加之民用公共建筑，使用空调等耗电设备，如空调用电占建筑用电的40%～50%，水泵等设备用电占10%～15%，照明用电占15%～25%，其他设备用电占10%～15%左右。在此，现代建筑电气节能就显得非常紧要和必要。

2.简述建筑电气设计常见的问题尽管许多人意识到节能的重要性，也有许多机构在全面展开对节能技术和节能管理的探讨，随着现代建筑节能研究理论的不断深化，现代建筑的节能设计标准日趋合理，但因现代建筑电气涉及的专业和领域的广泛与深入，需要对其设计进行全面系统的分析，现对其电气设计常见的问题作以简要概括：(1)TT系统配电线路接地故障保护；(2)负荷计算；(3)用电设备接地；（4)漏电开关极数选择；(5)住宅插座选择；(6)设计和系统不合理；（7）运行制度(控制方式)不合理等。

三、浅谈现代建筑电气节能设计的原则和方法

1.简析现代建筑电气节能设计的原则

（1）适用性原则设计要根据用电设备对负荷容量、电能质量、供电可靠性等方面的要求，基于满足在建筑物内创造良好人工环境提供的必要能源及为建筑设备运行提供必需的动力的要求，对供配电设计方案进行优化，保障电能能够充分合理的利用。

（2）节能性原则建筑电气设计对整个建筑工程设计具有重要的意义，设计过程要密切配合有关建筑结构、给排水、暖通、动力、工艺等工种的要求，协调好各方面的要素。以节能为原则，尽量避免或减少与建筑物无关的电气电能的耗费，规划好哪些地方的能耗与发挥建筑物功能无关，并采取相应的节能措施对其耗能严重的环节进行调整、改造，运用先进的科技达到降能的目，将科技与具体的实际情况相结合，做到因地制宜，并要保证电气技术的生产安全、节约能源、降低能耗、保护环境，全面考虑施工管理和设备材料的维护等方面的要求。

浅析现代建筑电气节能的方法

既然节能工作如此重要，尤其是建筑物的节能工作对整个能源是否能够有效合理利用起到了重要作用。目前，建筑电气节能应用比较多的方法有：导光管法，采光搁板，反射高窗，棱镜窗等。这些方法对建筑电气节能具有一定的作用，但还有一些新的节能方法有待发现和使用，以下就对这些方法做以简要介绍：

(1)充分合理的利用天然光源

天然节能的方法是合理充分的利用光源，随着“节能减排，低碳环保”口号的提出，人们越来越注重充分利用天然的光源来节约建筑物的照明，并制定了一系列的建筑物采光标准，采光方式，将采光与照明充分的融合起来，白天可充分的利用自然光照条件，建筑物内引入阳光，以求降低电气能耗，使建筑物内获得较为稳定的光照条件。通过合理的利用天然光源对于降低建筑的能耗和保护环境具有十分重要的意义。

设计高效的照明控制系统照明控制与灯具、光源一样是照明节能不可或缺的要素，对照明设计及其基础理论的应用具有重要的意义，通过设计高效的照明控制系统并将其运用于实际中，既能营造良好的光环境，利用控制光环境划分出不同的环境氛围，保障照明环境的舒适性；又能达到节能的目的，使用者在照明时无需花费太多的时间和过高的照度，根据照明控制来合理使用光照(3)科学合理地利用太阳能照明技术与产品太阳能是天然的光照能源，是取之不尽，用之不竭的清洁能源，利用太阳能能够节约电能，减少环境污染和资源的消耗与浪费，科学合理的使用太阳能照明对保护地球环境具有重要意义，同时利用科技将入射的太阳辐射能转化为化学能、电能，能够提高资源的利用率，发挥太阳能的最大效益。

（4）对建筑电气设备进行节能改造

建筑电气设备包括空调系统、给排水系统、电动机、电梯、电动门窗。主要内容包括：优化控制冷冻水与冷却水系统、冰蓄冷系统、热交换系统温差与流量、变风量系统等控制技术。同时对电梯、电动机等设备进行正确合理的选型，对电动门窗、遮阳系统的自动控制和相关的节能控制等进行考虑。通过综合利用能源，太阳能光伏电源系统，冰蓄冷系统等节能方法，还可以通过减少变压器的功率损耗、合理选择负载率，减少线路能耗，减少照明系统的光能损失（合理规划建筑电气设计和合理选择照明工具和配光曲线）等方法，提高变压器的功率因数和照明利用系数。参考文献：

[1]浅析现代建筑工程的节能技术应用周汉强

开关电源的设计与原理范文1篇3

【关键词】开关型直流稳压电源探究电路设计

【中图分类号】G64【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2016）04-0163-02

在电力电子技术的不断发展与技术革新下，开关型直流稳压电源以其自身的工作表现与其可靠性成为我国电力系统中广泛使用的一种设备。在实际应用中，开关型直流稳压电源自重轻，工作内故障低，工作效率高，且其性价比占优势，并具有功耗晓得良好表现。相比于其他开关型电源，开关型稳压电源应用范围广，竞争力强，特别是对于粒子加速器等电源应用范围来说，开关型稳压电源具有着良好的专业性与稳定性。通过对于开关型稳压电源的技术标准研读与相关的影响因素分析，目前此类技术研究区域人员都是采用移相控制桥来对DC/DC变换小信号模式进行开关型稳压电源的电路设计。

1.对于动态小信号模型的相关阐述

对于动态小信号模型来说，不同的模型选取进而得到的设计结果都会存在差异。所以，在模型的选取上，应根据其实际情况进行分析与配置。对于开关电源来说，其本质是作为一个非线性的控制对象在进行工作，如果要对其进行成功的设计与分析，那么在进行指导建模时，应以近似建立在其稳态时的小信号扰动模型为依据。这一思路一方面取决于小信号扰动模式稳态时具有与设计目标相近的工作表现；另一方面也是由于这样的模型对于大范围扰动时的拟态不够精准，会造成相应结论的误差或偏差。基于此，以小信号扰动模型来进行开关型稳压电源的电路设计是保证其最终设计结果满足设计要求的必要条件。

2.开关型稳压电源的相关性能指标

2.1性能指标之稳定性。通过相关数据与实践结果研究表明，在不同的开关型稳压电源系统设计下，会产生不同程度的鲁棒性。而在暂态特性方面，其表现也会相应提高。但对于直流新稳压电源来说，其系统下对于增益余量的要求是大于或等于40dB，对于相位余量的要求则是大于或等于30dB。

2.2性能指标之瞬间响应指标。当开关电源处于非稳定状态下，由于其所受的干扰，输出量会出现相应的抖动现象。且其抖动量会随着其干扰而变化，当干扰停止时，则其最终也会回到稳定值，基于此，在对开关型稳压电源进行这方面的性能指标确定时，是以过冲幅度与动态恢复时间的长短来衡量其系统的动态特性的。在此定义下，瞬态响应指标内容主要是表现为，如果穿越频率越高，则其系统恢复到动态平衡点的时间就越短，另一方面，系统在干扰情况下所表现的过冲幅度与其相位余量呈相关性。

2.3性能指标之电源精度。在电源精度方面，其控制要求严格，一般其最终的电源精度误差需要控制在设计目标的1‰以下，且其纹波不得在1‰以上。考虑到纹波自身的分类有高频与低频两种，而这两种纹波是基于开头频率表现的。如高频纹波就是受到开头频率的影响，必须通过滤波器进行控制。而低频纹波则是受到电网波动的影响，必须通过系统的负反馈来进行控制。

3.关于开关型稳压电源的电路设计

3.1关于系统下的补偿网络与相关相关设计应用。目前来说，对于开关型直流稳压电源系统来说，其补偿网络是通过PI或者PID的算法来设计与制作的。也就是说，PI调节器的主要作用是对抗高频纹波影响，也就是提高系统对于高频干扰能力的抵抗性，但对于PI调节器来说，动态性差的缺点是无法忽视的。目前来说，实际应用中通过引入微分算法后可以有效提高系统的响应速度。但其缺点也显而易见：一方面是由于零点的大量引入直接造成系统对于高频信号的敏感度大幅度提高，放大器在此情况下，很容易产生堵塞现象；另一方面则是当开关纹波的放大倍数得到增大时，放大器也会随之进入非线性区，这结果只会造成整个系统的不稳定。目前来说，对于这些缺陷是以超前滞后的方法来进行补偿的。

3.2关于开关型稳压电源的电路设计原理

3.2.1理想性技术指标如下：（1）输入交流：电压220V（50―60Hz）；（2）输出直流：电压5V，输出电流3A；输入交流电压在180―250V区间变化时，输出电压相对变化量应小于2%；（4）输出电阻R0

3.2.2关于开关型稳压电源的基本工作原理。当线性自流稳压电源处于低频率工作状态下时，那么调整管的工作由于其体积大，则其效率相应低，但当其调整管工作处于开关状态下时，那么其的工作表现就为体积小，效率高。

3.3开关型稳压电源的电路设计探究。从以上论述可以看出，开关型直流稳压电源系统其低功耗的特点是由于晶体管位于开关工作状态下时，对于功率调整管的功耗要求低。特别是对于理想状态下的晶体管来说，当其处于一种截止状态时，晶体管所经过的电流为0，相应的功耗也就为0；另一方面，由于开关型稳压电源系统的穿越频率较高，所以对于电路的动态响应速度得以提高，而且整个系统的响应速度不受低通滤波器的影响；另外，相对于直流470V的电压来说，并环穿越频率远未达到这一频率，输出只为48V，特别是其电压稳定性方式，经过测试，其低频纹波稳定率都在0.996以上，完全满足了设计要求。

4.结语

综上所述，在进行开关型稳压电源的电路设计时，小信号的模型选择是关键点。为了进一步提高开关型稳压电源系统的稳定性，超前滞后网络补偿原理有效地弥补了精度电源的纹波限制高的问题。通过实践也表明，开关型稳压电源的适用性非常强，必将为人们生活提供更好的服务。

参考文献：

[1]汤世俊.浅谈高性能开关型直流稳压电源[J].学术探讨，2011，（10）.

[2]樊思丝.高性能开关型直流稳压电源的设计探究[J].企业技术开发，2011，（03）.

[3]王滔.开关型稳压电源[J].科技风，2012，（11）.

开关电源的设计与原理范文篇4

关键词：电力电子；教学改革；应用人才培养；工程能力

作者简介：茅靖峰（1976-），男，浙江宁波人，南通大学电气工程学院，副教授；顾菊平（1971-），女，江苏南通人，南通大学电气工程学院，教授。（江苏南通226019）

基金项目：本文系江苏省高校“青蓝工程”基金项目、南通大学教学研究基金项目（项目编号：2011B50、2010B10）的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）33-0032-02

近20年来，电力电子技术受计算机技术、控制技术与材料科学等关键技术的推动，得到了快速发展，其工程应用领域得到了迅猛扩张。由现代电力电子技术支撑的新型产业和对传统行业的技术改造，如新能源、绿色交通、智能电网、先进伺服驱动、极端环境探索、节能减排等，都取得了巨大的技术经济效益与社会效益，展现出了良好应用前景。[1，2]

为了适应电气信息类工程应用学科的发展，保持教学内容的新颖性，跟踪电力电子技术的最新热点，自2006年以来，南通大学电气工程学院开设了“现代电力电子技术”课程，在传统“电力电子技术”课程学习的基础上，结合地方经济发展特色和技术需求，讲授现代电力电子技术高级原理、新器件与新型工程应用，以此提高学生理论联系实际的工作能力，培养市场应用型人才。本文从该课程的教学目标、教学内容、实践教学和网络教学等方面，介绍了课程教研组对这门课程的教学改革和实践情况。

一、传统教学存在的问题分析

1.装置与系统级的概念不突出

传统的“电力电子技术”课程教学，侧重于器件级的理论分析，强调基于电力电子器件的电路拓扑解算，即以电力电子器件为核心，在器件基本结构、原理和特性学习的基础上，针对典型电力电子拓扑原理电路，从电力电子器件的通和断两个状态入手，对电力电子电路换流的物理过程、波形特性、电参数之间的数量关系进行分析和计算。

该教学结构的优点是概念清楚、体系完备、机理分析透彻，但也存在诸多弊端。例如，学生将电力电子学过多地关注在了电力电子器件上，弱化了从装置级和系统级的角度对电力电子电路进行理解和认知；割裂了电力电子功率电路与基于反馈原理的数模电控制电路、自动控制原理、工程实际应用电路之间的关系；大篇幅的基于晶闸管器件的理论分析和计算，降低了学生学习的兴趣；单一和过少的工程应用实例，减少了学生对课程实用性的认同感等等。

2.实践教学环节薄弱

电力电子技术作为工程技术需要有一定量的实验和实践环节才能保障学习效果。但在传统的“电力电子技术”课程实验项目中，基础性和简单验证性实验较多，不能很好地与当前的工程实际应用相联系，致使许多新技术、新方法无法通过实验来直观的体验。

而且电力电子实验设备的常用形式为基于挂件结构的实验台和实验箱，基本上与实验内容相关的重要元器件、电路和系统都被封闭于内。实验过程中，学生们无法看到功率元器件、配件及电子仪表的外观和关键连线。学生依照原理图机械地连接主电路、记录实验数据和波形，即使不了解电路的工作原理，也能较顺利地完成实验。因此，无法发挥学生的主观能动性，没有探索学习的动力，锻炼创新思维和动手能力的教学内容和平台也不足。

二、课程教学改革措施

1.以服务地方经济发展为导向，确立教改思路和目标

作为地方综合性高校，南通大学的电气工程及其自动化专业的定位是培养应用型工程技术人才，为区域经济发展提供智力支撑和人才支持。因此，本课程作为电气工程及其自动化专业的主干专业课程之一，其教学目标的确立需结合本区域的产业分布与发展特点，同时又紧紧围绕本专业的学科方向。

形成了以帮助学生从装置和系统角度理解和掌握电力电子技术，培养理论与实践能力兼具的创新型电力电子应用技术人才为目的，以新能源、运动控制、电源技术、柔流输配电等应用领域为背景，以讲授电力电子技术在实际工程应用中所需要处理的相关问题为主要内容的课程教学思路和培养目标。

2.整合教学内容，突出应用能力培养

根据培养目标，在学院学科特色和现有教学资源的基础上，对课程体系和内容进行了合理调整。舍弃了传统的以大篇幅晶闸管半控器件分析为主线的教学内容体系，建立了“以基于全控器件的实际应用为主线，以电力电子主拓扑电路结合系统级的自动控制原理及其实现电路分析为主要技术内容，培养学生从整体的角度认识和设计电力电子电路的能力”的课程教学体系。

整合后的教学内容由三部分组成：功率器件、典型电路、应用及其系统。功率器件是基础，重点讲授开关全控器件及其驱动电路；典型电路是主体，重点讲授基于全控器件的直直、逆变和整流三种变换电路及其控制机理；应用及其系统是提升，重点讲授电力电子在新能源发电、运动控制、电源和柔流输配电技术中的应用原理及其典型系统设计案例。三者层次明晰，但学时又有所侧重。即前两部分作为前续“电力电子技术”课程内容的回顾与拓展，讲授学时占总理论学时的近一半，第三部分作为工程应用与系统提升的重要部分，需着重讲授，以逐次勾勒出一个电力电子技术及其工程应用的整体全貌。

在教学内容的组织与讲授中，凝炼理论教学的内容，在原理的讲授中注意培养学生面向工程的意识和思维，并及时动态地将教学团队获得的最新科研成果以及科研项目的最新进展融合到相关的课程内容中去，让学生接受到来自科研和工程研发第一线的新知识、新技术。

另外，针对基于电力电子技术应用的电气工程及其自动化专业发展的趋势和前沿内容，以及课程中被压缩掉或被取消的专业知识，设置为系列课外专题讲座，聘请对专题内容有深入研究和独特造诣的教师及企业的科技人员讲授，以开拓学生的知识面、培养学生理论联系实际的思维及能力。

3.加强课内实验环节教学，注重理论联系实际

课内实验是在课堂教学的基础上，巩固理论知识，培养动手能力和初步设计技能，增强解决问题和分析问题的能力的必要教学一环。为了突出课程的工程实用性，采取了优选验证性实验，增加了设计型和综合型实验项目的课内实验设置方法。

注重电路的工作机理分析与工程实际问题是验证性实验项目的选择标准。优选的该类实验项目包括：常用PWM控制器件及特性、不控整流的谐波与抑制、SPWM/SVPWM/方波PWM逆变策略的实现电路及特性等。

注重工程实用性是设计型和综合型实验项目的选择标准。我们要求学生们对该类型的实验项目遵循“理论设计计算—>计算机仿真验证—>硬件实验电路测试—>波形数据分析总结”的顺序开展路线，以强化学生对知识点的掌握和实验内容的理解，并促进学生形成理论联系实际的科学实验作风。

增设的实验项目包括：各型升/降压直直变换器设计、有源功率因数校正器设计、谐振软开关设计、三相高频PWM整流器设计，以及他们的复合系统设计等。

课内实验项目设置为必修和开放式的选修两类，以弥补实验授课学时不足的矛盾，同时采取“案例讲解法”、“实物演示法”等不同的教学方法，在实验课上认真讲解实验内容、步骤和注意事项，以激发学生兴趣，调动其积极性。

此外，应改革课内实验成绩的评定方式，突出对实验过程的考核，鼓励探索性的设计型实验。具体措施包括增加课内实验在课程总成绩中的权重，增加实验预习报告、实验操作测评、实验过程问辩三方面的成绩考核项等，通过确立科学合理的考核方法，调动学生自主学习的积极性，形成务实的学习风气。

4.优化课程设计环节，培养工程设计能力

课程设计是对学生工程设计和应用能力、创新意识和创新精神培养的重要环节，其课时安排在全部理论课程讲授完毕后进行。

该实践环节依托于以现代电力电子技术与运动控制实验室为主体，以工程训练中心、控制电机、虚拟仪器、风力发电动模实验室等其他专业实验室为辅助的课程设计开放式创新训练实验平台。[3，4]课程设计内容以学生熟悉并感兴趣的热点工程为背景，从南通大学电气工程学院专业与学科特色以及科研项目中，提炼出其中典型的技术问题，设计出合理的课程设计项目。可选的背景包括：风力发电、光伏发电、精密电机伺服驱动、电力无功与谐波控制、磁悬浮控制、特种电源等。其中的典型技术问题包括：整流、正弦逆变、直直变换、Delta逆变、闭环自动控制、检测技术等。

针对少部分优秀学生采用“导师制”的课程设计教学方法，通过细致的指导，紧密的设计过程跟踪，来进一步提高课程设计质量，并促进这部分学生研究性论文、专利、小制作等方面成果的形成。

针对大部分学生采用“项目驱动教学法”的课程设计教学方法。学生以小组为单位，在选题库中自由选题，利用书刊、网络查找相关资料，自主形成完成项目的各种设计思路，以培养学生独立思考问题、解决问题的能力。

通过课程设计的锻炼，使学生将书本上的理论知识和实践经验真正融入了自己的知识链，提高了其综合能力以及自主创新和团队协作能力。

5.注重网络教学资源建设，提高自主性学习能力

网络教学是弥补课堂教学学时局限，开拓课程学习的知识面，引导学生开展自主性学习，提高人才培养质量的重要途径。课程组以校Blackboard网络教学平台为基础，通过长期投入、持续积累、动态跟踪的建设方式，建立了课程的网络辅助教学平台。

网站的教学材料提供了与课程相关的丰富的资源，内容包括教学资源库（课程教学大纲、多媒体课件、实验指导书、数值仿真实验例程、实验设备操作视频等文件）、参考资源库（经典学术论文、典型芯片和模块的使用手册、常用仿真软件说明、典型应用设计案例、产业趋势和研究热点等信息）、复习思考题库等版面区。

此外，课程组充分利用Blackboard网络平台的交互功能，完成诸如教学信息、在线电子试卷测试、远程答疑和讨论等教学工作，提高了教学的效率和效果。

三、结语

通过上述教学改革措施，同学们在课程学习的主动性、系统级的分析设计能力、实践动手能力以及理论联系实际的工程应用能力等方面均得到了提高，培养的学生在近年来的挑战杯、机器人和电子设计大赛等学科竞赛中均取得了良好成绩。

显然，基于应用型人才培养的课程改革是一项持续而动态的工作，课程教学中需依据卓越工程师教育培养思想，以实现人才培养需求与区域经济社会发展需求的无缝对接为导向，明确树立学生的主体观，合理安排理论和实践教学内容，运用合理的教学方法和手段以及科学的评价体系，以切实提高教学效果和人才培养质量。

参考文献：

[1]陈坚，康勇.电力电子学：电力电子变换和控制技术[M].第三版.北京：高等教育出版社，2011.

[2]刘晋，牛印锁，文俊.国内外“电力电子技术”课程教学研究[J].中国电力教育，2012，（6）：64-65.

开关电源的设计与原理范文篇5

1引言

随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源得到了广泛的应用，以往开关电源的设计通常采用控制电路与功率管相分离的拓扑结构，但这种方案存在成本高、系统可靠性低等问题。美国功率集成公司?POWERIntegrationInc?开发的TOPSwitch系列新型智能高频开关电源集成芯片解决了这些问题，该系列芯片将自启动电路、功率开关管、PWM控制电路及保护电路等集成在一起，从而提高了电源的效率，简化了开关电源的设计和新产品的开发，使开关电源发展到一个新的时代。文中介绍了一种用TOPSwitch的第三代产品TOP249Y开发变频器用多路输出开关电源的设计方法。

2TOP249Y引脚功能和内部结构

2．1TOP249Y的管脚功能

TOP249Y采用TO－220－7C封装形式，其外形如图1所示。它有六个管脚，依次为控制端C、线路检测端L、极限电源设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。各管脚的具体功能如下：

控制端C：误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，利用控制电流IC的大小可调节占空比，并可由内部并联调整器提供内部偏流。系统关闭时，利用该端可激发输入电流，同时该端也是旁路、自动重启和补偿电容的连接点。

线路检测端L：输入电压的欠压与过压检测端，同时具有远程遥控功能。TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA。若L端与输入端接入的电阻R1为1MΩ，则欠压保护值为50VDC，过压保护值为225VDC。

极限电流设定端X：外部电流设定调整端。若在X端与源极之间接入不同的电阻，则开关电流可限定在不同的数值，随着接入电阻阻值的增大，开关允许流过的电流将变小。

源极S：连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点和电源回流基准点。

开关频率选择端F：当F端接到源极时，其开关频率为132kHz，而当F端接到控制端时，其开关频率变为原频率的一半，即66kHz。

漏极D：连接内部MOSFET的漏极，在启动时可通过内部高压开关电流提供内部偏置电流。

2．2TOP249Y的内部结构

TOP249Y的内部工作原理框图如图2所示，该电路主要由控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器／误差放大器、脉宽调制器（PWM）、门驱动级和输出级、过流保护电路、过热保护电路、关断／自动重起动电路及高压电流源等部分组成。

3基于TOP249Y的开关电源设计

笔者利用TOP249Y设计了一种新型多路输出开关电源，其三路输出分别为5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，电路原理如图3所示。该电源设计的要求为：输入电压范围为交流110V～240V，输出总功率为180W。由此可见，选择TOP249Y能够满足要求。

3．1控制电路设计

该电路将X与S端短接可将TOP249Y的极限电流设置为内部最大值；而将F端与S端短接可将TOP249Y设为全频工作方式，开关频率为132kHz。

图2

在线路检测端L与直流输入Ui端连接一2MΩ的电阻R1可进行线路检测，由于TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA，因此其欠压保护工作电压为100V，过压保护工作电压为450V，即TOP249Y在本电路中的直流电压范围为100～450V，一旦超出了该电压范围，TOP249Y将自动关闭。

3．2稳压反馈电路设计

反馈回路的形式由输出电压的精度决定，本电源采用“光耦＋TL431”，它可以将输出电压变化控制在±1％以内，反馈电压由5V／12A输出端取样。电压反馈信号U0通过电阻分压器R9、R11获得取样电压后，将与TL431中的2．5V基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变TOP249Y的控制端电流IC，再通过改变占空比来调节输出电压U0使其保持不变。光耦的另一作用是对冷地和热地进行隔离。反馈绕组的输出电压经D2、C2整流滤波后，可给光耦中的接收管提供电压。R4、C4构成的尖峰电压经滤波后可使偏置电压即使在负载较重时，也能保持稳定，调节电阻R6可改变输出电压的大小。

3．3高频变压器设计

由于该电源的输出功率较大，因此高频变压器的漏感应尽量小，一般应选用能够满足132kHz开关频率的锰锌铁氧体，为便于绕制，磁芯形状可选用EI或EE型，变压器的初、次级绕组应相间绕制。

高频变压器的设计由于要考虑大量的相互关联变量，因此计算较为复杂，为减轻设计者的工作量，美国功率公司为TOPSwitch开关电源的高频变压器设计制作了一套EXCEL电子表格，设计者可以方便地应用电子表格设计高频变压器。

3．4次级输出电路设计

输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管选用肖特基二极管可降低损耗并消除输出电压的纹波，但肖特基二极管应加上功率较大的散热器；电容器一般应选择低ESR?等效串联阻抗?的电容。为提高输出电压的滤波效果，滤除开关所产生的噪声，在整流滤波环节的后面通常应再加一级LCC滤波环节。

3．5保护电路设计

本电源除了电源控制电路TOP249Y本身所具备的欠压、过压、过热、过流等保护措施外，其控制电路也应有一定的保护措施。用D3、R12、Q1可构成一个5．5V的过压检测保护电路。这样，当5V输出电压超过5．5V时，D3击穿使Q1导通，从而使光耦电流增大，进而增大了控制电路TOP249Y的控制端电流IC，最后通过内部调节即可使输出电压下降到安全值。

图3

为防止在开关周期内，TOP249Y关断时漏感产生的尖峰电压使TOP249Y损坏，电路中设计了由箝压齐纳管VR1、阻断二极管D1、电容C5、电阻R2、R3组成的缓冲保护网络。该网络在正常工作时，VR1上的损耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承担；而在启动或过载时，VR1即会限制内部MOSFET的漏极电压，以使其总是处于700V以下。

4电源性能测试及结果分析

根据以上设计方法，笔者对采用TOP249Y设计的多路输出开关电源的性能进行了测试。实测结果表明，该电源工作在满载状态时，电源工作的最大占空比约为0．4，电源的效率约为90％，纹波电压控制、电压调节精度及电源工作效率都超过了以往采用控制电路与功率开关管相分立的拓扑结构形式的开关电源。

开关电源的设计与原理范文篇6

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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）

开关电源的设计与原理范文篇7

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学习心理学、心理咨询原理与技术（含实践）、学校心理学、心理诊断、行为改变技术（含实践）小学教育专科两年大学语文、教育原理、科学技术社会、小学教育心理学、小学科学教育、小学教育科学研究、小学语文教学论、小学数学教学论、小学班主任、素质教育导论本科两年英语（二）、心理卫生与心理辅导、课程与教学论、发展与教育心理学、中外教育简史、中小学教育管理、比较教育、小学艺术教育、现代教育测量与评价、中小学教育信息技术、学校管理心理学、教学设计、德育原理、基础教育课程改革研究、毕业实习、毕业论文学前教育学专科两年学前教育学、学前发展心理学、学前卫生学、儿童文学、学前教育心理学、幼儿园组织与管理、学前儿童数学教育、学前儿童语言教育、学前儿童科学教育、科学技术社会本科两年英语（二）、教育学原理、学前游戏论、幼儿园课程论、学前比较教育、中外学前教育史、幼儿园活动设计、学前教育科学研究、家庭教育学教育技术学本科两年英语（二）、教学设计、教育电视系统、教育电视节目制作、计算机辅助教育、多媒体教学系统、高级语言程序设计、教与学的基础原理、教育传播方法研究、教育电声系统及软件制作、信息技术课程教学论、教育管理本科两年英语（二）、教育管理原理、教育评估与督导、教育经济学、教育统计与测量、教育法学、教育预测与规划、中外教育管理史、管理心理学、高等教育管理

开关电源的设计与原理范文篇8

关键词开关电源；有源功率因数校正；单周期控制

中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1671—7597（2013）022-040-1

开关电源广泛的应用于工业、通信、电力、军事、生活等各个领域。随着越来越多的开关电源接入电网，其对电网的谐波危害日益严重，严重影响了电网的安全运行，降低电源的使用效率。采用有源功率因数校正技术（ActivePowerFactorCorrection，APFC），实现开关电源的“绿色化”，降低电源对电网的谐波污染是电源接入电网的必要前提。

采用单周期控制的有源功率因数校正技术，能够将输入电流的波形校正为与输入电压同相的正弦波，提高整个系统的功率因数，降低电源对电网的谐波污染。

1单周期控制的APFC技术

APFC技术的基本原理为在不可控整流桥与滤波电容之间加入一个合适的功率变换电路，常用的为BOOST变换电路或者BUCK电路，通过控制变换电路中开关管的通断，来控制电感电流的大小，进而控制交流侧输入电流的大小，将输入电流校正成为与输入电压同相的正弦波。

采用单周期控制技术，通过设置输出滤波电容大小，可以使得输出电压基本保持不变。图1为采用单周期控制的Boost型APFC电路的原理框图。

2关键参数设计

电路的实验条件如下：额定功率250W，输入单相交流电压120V～250V，频率50Hz，输出直流电压400V，开关频率50KHz。以下为电源中关键参数的设计。

2.1升压电感设计

在BOOST电路中，升压电感主要起到储能作用。在Ton期间，L上的电压为Ui，电流增量为，在Toff期间，L上的电压为Uo-Ui，电流减少量为IL（-），其中：

2.2输出滤波电容设计

输出电容的选择应考虑以下因素：输出电压的大小及纹波值等效串联电阻的大小，容许温升等众多因素。此外，在输入交流电断电的情况下，电容容量足够大以保证一定的放电维持时间。在这些需要考虑的因素中，电容维持放电的时间需要的电容值最大，即电容只要满足放电时间，就能满足其他的要求。

考虑到电解电容存在ESR的作用，因此采用多只电解电容并联使用。

3仿真实验分析

使用MATLAB/Simulink对上述设计的电源电路进行仿真分析，对电路参数进行优化与改进，可以看出，由于BOOST变换器前端采用不控整流加大电容滤波电路设计，只有当电源电压绝对值高于电容电压时二极管才能导通，从而有电流流过，其他时间二极管截止，电容放电，输入电流为零。因此，当输入电流为尖峰状，其中含有大量的奇次谐波，且与输入电压不同相，此时电源对电网造成严重的谐波污染，且电源的功率因数很低。而采用单周期控制技术，迫使输入电流跟随输入电压变化，使二者均为正弦波，且二者同相位，输入电流中含有的谐波大多为幅值较小的高次谐波，低次谐波的含量很少，大大减少了电源对电网的谐波污染，电源的功率因数可以达到0.99以上，提高了电能的利用率。

4结论

基于单周期控制技术，对BOOST型APFC电路的关键参数进行了设计，并使用MATLAB/SIMULINK完成了电路的仿真实验。实验结果表明，采用单周期控制的有源功率因数校正技术，可以有效的将开关电源中输入电流的波形校正为与输入电压同相的正弦波，大大减少了电源对电网的谐波污染，提高了系统的功率因数。电路具有响应快、控制效果好、容易实现等优点，具备很强的实用性。

参考文献

[1]胡宗波，张波，胡少甫，邓卫华.Boost功率因数校正变换器单周期控制适用性的理论分析和实验验证[J].中国电机工程学报，2005，25（21）：19-23.

开关电源的设计与原理范文篇9

关键词:嵌入式系统;硬件低功耗;软件低功耗;集成电路工艺

中图分类号:TP274;TP3680

引言

经过近几年的快速发展,嵌入式系统(EmbeddedSystem)已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分支。随着手机、PDA,GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用,嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增(IDC预测),嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。

在嵌入式系统设计中,低功耗设计(LowPowerDesign)是许多设计人员必须面对的问题。其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中,而这些产品不是一直都有充足的电源供应,往往是靠电池来供电的;而且大多数嵌入式设备都有体积和质量的约束。另外,系统部件产生的热量和功耗成比例,为解决散热问题而采取的冷却措施进一步增加了系统的功耗。为了得到最好的结果,降低系统的功耗具有下面的优点:

(1)电池驱动的需要。在强调绿色环保时期,许多电子产品都采用电池供电。对于电池供电系统,延长电池寿命,降低用户更换电池的周期,提高系统性能与降低系统开销,甚至能起到保护环境的作用。

(2)安全的需要。在现场总线领域,本安问题是┮桓霆重要话题。例如FF的本安设备,理论上每个网段可以容纳32个设备,而实际应用中考虑到目前的功耗水平,每个网段安装10个比较合适。因此降低系统功耗是实现本安要求的一个重要途径。

[JP2](3)解决电磁干扰。系统功耗越低,电磁辐射能量越小,对其他设备造成的干扰也越小。如果所有的电子产品都能设计成低功耗,那么电磁兼容性设计会变得容易。[JP]

(4)节能的需要。特别是对电池供电系统,功耗与电压的平方成正比即:P=V2fC+P┆static,б虼私谀芨为重要。

1功耗产生的原因

[BT3]1.1集成电路的功耗

目前的集成电路工艺主要有TTL和CMOS两大类,无论哪种工艺,只要电路中有电流通过,就会产生功耗。通常,集成电路的功耗主要有4个:

(1)开关功耗。对电路中的电容充放电而形成,其表达式为:

(2)静态功耗和动态功耗。当电路的状态没有进行翻转(保持高电平或低电平)时,电路的功耗属于静态功耗,其大小等于电路电压与流过电流的乘积;动态功耗是电路翻转时产生的功耗,由于电路翻转时存在跳变沿,在电路翻转瞬间,电流比较大,存在较大的动态功耗。目前大多数电路都采用CMOS工艺,静态功耗很小,可以忽略。起主要作用的是动态功耗,因此从降低动态功耗入手来降低功耗。

(3)短路功耗。因开关时由电源到地形成的通路造成的,其表达式为:

(4)漏电功耗。由亚阈值电流和反向偏压电流造成。目前大多数电路都采用CMOS工艺,故漏电功耗很小,可以忽略。

1.2电阻的功耗和有源器件的功耗

通常为负载器件和寄生元件产生的功耗。有源开关器件在状态转换时,电流和电压比较大,将引起功率消耗。另外,CMOS电路中最大的功耗来自于内部和外部的电容充放电产生的功耗。

2硬件低功耗设计

[BT3]2.1选择低功耗的器件

选择低功耗的电子器件可以从根本上降低整个硬件系统的功耗。目前的半导体工艺主要有TTL工艺和CMOS工艺,CMOS工艺具有很低的功耗,在电路设计上尽量选用,使用CMOS系列电路时,其不用的输入端不要悬空,因为悬空的输入端可能存在感应信号,它将造成高低电平的转换。转换器件的功耗很大,尽量采用输出为高的原则。

嵌入式处理器是嵌入式系统的硬件核心,消耗大量的功率,因此设计时选用低功耗的处理器;另外,选择低功耗的通信收发器(对于通信应用系统)、低功耗的访存部件、低功耗的电路,目前许多通信收发器都设计成节省功耗方式,这样的器件优先采用。

2.2选用低功耗的电路形式

完成同样的功能,电路的实现形式有多种。例如,可以利用分立元件、小规模集成电路,大规模集成电路甚至单片实现。通常,使用的元器件数量越少,系统的功耗越低。因此,尽量使用集成度高的器件,以减少电路中使用元件的个数,减少整机的功耗。

2.3单电源、低电压供电

一些模拟电路如运算放大器等,供电方式有正负电源和单电源两种。双电源供电可以提供对地输出的信号。高电源电压的优点是可以提供大的动态范围,缺点是功耗大。例如,低功耗集成运算放大器LM324,单电源电压工作范围为5~30V。当电源电压为15V时,功耗约为220mW;当电源电压为10V时,功耗约为90mW;当电源电压为5V时,功耗约为15mW。可见,低电压供电对降低器件功耗的作用十分明显。因此,处理小信号的电路可以降低供电电压。

2.4分区/分时供电技术

一个嵌入式系统的所有组成部分并非时刻在工作,基于此,可采用分时/分区的供电技术。原理是利用“开关”控制电源供电单元,在某一部分电路处于休眠状态时,关闭其供电电源,仅保留工作部分的电源。

2.5I/O引脚供电

嵌入式处理器的输出引脚在输出高电平时,可以提供约20mA的电流,该引脚可以直接作为某些电路的供电电源使用,如图2所示。处理器的引脚输出高电平时,外部器件工作;输出低电平时,外部器件停止工作。需要注意,该电路需满足下列要求:外部器件的功耗较低,低于处理器I/O引脚的高电平输出电流;外部器件的供电电压范围较宽。

2.6电源管理单元设计

处理器全速工作时,功耗最大;待机状态时,功耗比较小。常见的待机方式有两种:空闲方式(Idle)和掉电方式(ShutDown)。其中,Idle方式可以通过中断的发生退出,中断可以由外部事件供给。掉电方式指的是处理器停止,连中断也不响应,因此需要进入复位才能退出掉电方式。

为了降低系统的功耗,一旦CPU处于“空转”,可以使之进入Idle状态,降低功耗;期间如果发生了外部事件,可以通过事件产生中断信号,使CPU进入运行状态。对于ShutDown状态,只能用复位信号唤醒CPU。

2.7智能电源设计

既要保证系统具有良好的性能,又能兼顾功耗问题,一个最好的办法是采用智能电源。在系统中增加适当的智能预测、检测,根据需要对系统采取不同的供电方式,以求系统的功耗最低。许多膝上型电脑的电源管理采用智能电源,以笔记本电脑为例,在电源管理方面,Intel公司采取SpeedStep技术;AMD公司采取PowerNow技术;Transmeta公司采取LongRun技术。虽然这三种技术涉及到的具体内容不同,但基本原理是一致的。以采用SpeedStep技术的笔记本电脑为例,系统可以根据不同的使用环境对CPU的运行速度进行合理调整。如果系统使用外接电源,CPU将按照正常的主频率及电压运行;当检测到系统为电池供电时,软件将自动切换CPU的主频率及电压至较低状态运行。

2.8降低处理器的时钟频率

处理器的功耗与时钟频率密切相关。以SAMSUNGS3C2410X(32bARM920T内核)为例[8],它提供了四种工作模式:正常模式、空闲模式、休眠模式、关机模式,各种模式的功耗如表1所示。[HJ1][HJ]

由表1可见,CPU在全速运行的时候比在空闲或者休眠的时候消耗的功率大得多。省电的原则就是让正常运行模式远比空闲、休眠模式少占用时间。在类似PDA的设备中,系统在全速运行的时候远比空闲的时候少,所以可以通过设置,使CPU尽可能工作在空闲状态,然后通过相应的中断唤醒CPU,恢复到正常工作模式,处理响应的事件,然后再进入空闲模式。因此设计系统时,如果处理能力许可,可尽量降低处理器的时钟频率。

另外,可以动态改变处理器的时钟,以降低系统的总功耗。CPU空闲时,降低时钟频率;处于工作状态时,提高时钟频率以全速运行处理事务,实现这一技术的方法。通过将I/O引脚设定为输出高电平,加入电阻R1,将增加时钟频率;将I/O引脚输出低电平,去掉电阻R1,可降低时钟频率,以降低功耗。

2.9降低持续工作电流

在一些系统中,尽量使系统在状态转换时消耗电流,在维持工作时期不消耗电流。例如,IC卡水表、煤气表、静态电能表等,在打开和关闭开关时给相应的机构上电,开关开和关状态通过机械机构或磁场机制保持开关的状态,而不通过电流保持,可以进一步降低电能的消耗。[JP]

3软件低功耗设计

3.1编译低功耗优化技术

编译技术降低系统功耗是基于这样的事实:对于实现同样的功能,不同的软件算法,消耗的时间不同,使用的指令不同,因而消耗的功率也不同。对于使用高级语言,由于是面向问题设计的,很难控制低功耗。但是,如果利用汇编语言开发系统(如对于小型的嵌入式系统开发),可以有意识地选择消耗时间短的指令和设计消耗功率小的算法来降低系统的功耗。

3.2硬件软件化与软件硬件化

通常的硬件电路一定消耗功率,基于此,可以减少系统的硬件电路,把数据处理功能用软件实现,如许多仪表中用到的对数放大电路、抗干扰电路,测量系统中用软件滤波代替硬件滤波器等。

需要考虑,软件处理需要时间,处理器也需要消耗功率,特别是在处理大量数据的时候,需要高性能的处理器,这可能会消耗大量的功率。因此,系统中某一功能用软件实现,还是用硬件实现,需要综合计算后进行设计。3.3采用快速算法

数字信号处理中的运算,采用如FFT和快速卷积等,可以大量节省运算时间,从而减少功耗;在精度允许的情况下,使用简单函数代替复杂函数作近似,也是减少功耗的一种方法。

3.4软件设计采用中断驱动技术

整个系统软件设计成处理多个事件,在系统上电初始化时,主程序只进行系统的初始化,包括寄存器、外部设备等,初始化完成后,进入低功耗状态,然后CPU控制的设备都接到中断输入端上。当外设发生了一个事件,产生中断信号,使CPU退出节电状态,进入事件处理,事件处理完成后,继续进入节电状态。

开关电源的设计与原理范文篇10

【关键词】整车电气原理设计；电源分配设计；接地分配设计；回路匹配设计；压接点设计

【Abstract】Theschematicisusedtoindicatethevehicleelectricalsystemofthevehiclewiringharnesstoeachelectricalpowerandsignaltransmissionconnectionbetweencircuits.Vehicleelectricalschematicdesign，allrelatedtothevehicle’selectricalfunctionstoachieve，isanimportantbasisfortheanalysisofelectricalcircuits，troubleshootelectricalfaults.

【Keywords】Vehicleelectricalschematicdesign；Powerdistributiondesign；Grounddistributiondesign；Matchingcircuitdesign；Splicesdesign

0引言

整车电气原理，是整车电气系统的核心，它表明了整车线束系统为实现各用电器的功能，一方面通过导线将电源及用电器连接构成回路，为用电器传导电流，另一方面通过导线回路实现相连接的用电器之间的信号传递，从而使各电器件能够按照操作者的意图正常工作。整车电气原理设计是否合理，直接关系到汽车电器件能否正常工作以及全车的安全性、可靠性、经济性和舒适性，它是整车开发过程中的一个重要环节。

整车电气原理设计的主要内容包括电源分配设计、接地分配设计、回路匹配设计、INLINE的选型以及回路压接点设计。

1整车电气原理的设计输入文件

整车电气原理的设计输入阶段，应获得以下文件：①整车配置表；②各电器子系统信息，包括子系统工作原理图、接口定义及负载特性等；③各电器件在汽车上的布置信息。

2整车电气原理设计

2.1电源分配设计

电源分配主要是基于整车各用器的工作原理，在满足各子系统工作原理的前提下，确定采用何种方式给用电器供电，同时对线路保护进行设计。

整车电源类型大致可分为以下三种：①蓄电池直接供电系统（常电或30电）；②点火开关控制的供电系统（IG电或15电）；③发动机起动时卸掉负载的电源（ACC电）。根据车型的电气系统组成情况，给与合理的电源分配。

电源分配设计一般要遵循以下原则：①所有电源回路都需要进行回路保护；②考虑负载的重要等级以及行车安全，对于重要的安全件，需要单独的熔断器来保护，如近光灯回路；③考虑不同系统的功能关联性和失效模式，减少不同系统和功能之间的相互影响；④区分负载类型是扰动负载还是稳态负载；⑤就近原则，靠近负载的实际安装位置分配电源。

电源分配设计的步骤如下：首先，根据整车蓄电池、起动机、发电机的相关参数，以及子系统负载信息，进行电源类型的分配，以及保险丝、继电器的种类及个数确定。然后，结合车内空间、可扩展性、成本、平台化等因素，对电器盒进行选型并确定其个数。一般车型主要有前舱电器盒和仪表板电器盒，外加蓄电池处的前端保险丝盒，有的车型可能会增加后行李箱电器盒。最后，根据就近原则及负载布置信息，进行电器盒内的负载电源分配。如前舱电器盒主要对前舱的电器件进行供电，仪表板电器盒主要对驾驶舱内的电器件进行供电。

2.2接地分配设计

在整车电路中，一般会使用导线与车身、发动机或变速箱连接在一起，这样可以车身、发动机、变速箱实现共地。这种实现接地的做法，称为“搭铁”。

为避免接地导线过长，造成不必要的电压降，一般采用就近接地。另外，接地分配也需要考虑到以下三种接地要求：①发动机ECU、ABS/ESP、EPS、SRS等对整车性能及安全影响大，且易受其他用电设备干扰，所以这些件需要单独接地。尤其对于安全气囊系统SRS，其接地点不仅应单设，而且为了确保其安全可靠，最好设计两个及两个以上接地点。其目的是其中一个接地失效，系统可通过另一接地点搭铁，确保系统安全工作。②音箱系统为避免电磁干扰，也要单独接地；弱信号传感器的接地最好独立，接地点最好是在离传感器较近的位置，以保证信号的真实传递。③有些电器件必须共用接地点，以防止不同接地点之间的电位差影响到电器件之间功能的正常实现。

其他电器件可根据具体布置情况相互组合共用接地点。蓄电池负极线、发动机搭铁线等因导线截面较大，因此一定要控制好线长和走向，减小电压降。为增加安全性，发动机、车身一般要单独连到蓄电池负极搭铁。

2.3回路匹配设计

回路匹配设计，主要是根据负载信息，设定熔断器的型号和容量，从而确定匹配的回路线径。

2.3.1负载信息确认

根据收集到的整车子系统信息，确认负载类型、负载电流特性曲线。负载类型、负载电流特性曲线如下图1所示：

2.3.2设定熔断器的型号和容量

熔断器的作用是保护导线，其类型分为快熔型熔断器和慢熔型熔断器。小电流负载和短时间脉冲电流负载，一般选择快熔型熔断器，大电流负载和锁电流负载一般选择慢熔型熔断器。

熔断器的容量设定主要遵循以下原则：一般来说，熔断器负荷电流不超过熔断器额定电流的70%。同时，还要考虑以下因素。①快熔型熔断器容量：需要考虑负载额定电流值、负载类型、环境温度影响、继电器盒类型、暂态电流波形；②慢熔型熔断器容量：需要考虑和区分连续负载、间歇性负载、特殊负载。

2.3.3确定回路线径

根据已确定的熔断器来选择与之匹配的回路线径。此过程要综合考虑回路所在的环境温度、回路导线的容许温度、通电时回路导线的温升以及成捆线束容许电流的折减系数。总的原则是要求发生短路时熔断器的熔断时间短于导线发烟时间。如图2，橙色线代表熔断器的熔断时间，粉色线代表导线的发烟时间，回路导线与熔断器的匹配判定左图是可取的，右图则是不可取的。

2.4INLINE选型

INLINE即线对线连接器。INLINE的选型，需要考虑以下三点：第一，INLINE的端子线径压接范围要与所接回路的线径匹配；第二，INLINE连接器的孔位数要满足所接回路的总数；第三，回路走向要与INLINE所在车上的安装位置匹配，一般采用就近原则。特殊回路如安全气囊系统回路对端子镀层有特殊要求，一般不与其他回路共接同一INLINE。

2.5回路压接点设计

整车电气原理回路的压接点设计，需要遵循以下三点：第一，单边回路数最多不超过7根，总回路数最多不超过12根；第二，压接的所有回路中，最小回路线径与总回路线径之比必须大于或等于5%；第三，各回路之间的线径匹配须满足导线的压接工艺要求。

3整车电气原理设计校核验证

整车电气原理需与子系统信息作进一步的校核，并通过以下相关试验进行验证其设计的合理性：①过载试验；②堵转试验；③短路保护试验；④整车配电工作电流测试；⑤供电及接地回路电压降测试；⑥熔断器熔断情况下的功能故障测试；⑦接地不良情况下的功能故障测试；⑧整车搭载耐久试验。

4结束语

整车电气原理，是整车电气系统的核心。整车电气原理设计得合理，才能保证汽车各用电器能按照操作者的意图来实现其功能，也才能保证汽车的安全性、可靠性、经济性以及舒适性。

【参考文献】

[1]李元胜.汽车电路系统设计与Multisim仿真[D].青岛大学，2014.

[2]吴建刚.目前汽车电路存在的问题与对策[J].汽车电器，2007.

开关电源的设计与原理范文1篇11

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开关电源的设计与原理范文

[关键词]开关电源；PWM；UC3875；驱动电路

中图分类号：TM743文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）26-0257-01

0引言

开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。以功率晶体管（GTR）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零；当开关管截止时，其集电极电流为零[1]。所以其功耗小，效率可高达70%-95%。而功耗小，散热器也随之减小。开关型稳压电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻、体积小等优点。

1开关电源的类型

按驱动方式分类有：（1）自激式开关电源其借助于变换器自身的正反馈控制信号，实现开关自持周期性开关。开关管起着振荡器件和功率开关的作用[2]。（2）他激式开关电源其电源内部备有专门独立的振荡电路，与振荡器同步的控制信号驱动开关管[3]。

按能量转换过程的类型分类有：（1）直流～直流（DC～DC）。（2）逆变器（DC～AC）。（3）开关整流器（AC～DC）。（4）交流～交流变频器（AC～AC）。

2开关电源设计

在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。

在设计制作的1.2kW（48V/25A）的软开关直流电源中，其主电路为全桥变换器结构，四只开关管均为MOSFET（1000V/24A），采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS，电路结构简图如图1。VT1～VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，以实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T为主变压器，副边由VD5～VD8构成的高频整流电路以及L1、C3、C4等滤波器件组成。

图11.2KW软开关直流电源电路结构简图

其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定的移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。

由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。

当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。

关断VT4以后，经过预先设置的死区时间后开通VT3，由于电压器漏感的存在，原边电流不能突变，因此VT3即是零电流开通。

VT2、VT3同时导通后原边向负载提供能量，一定时间后关断VT2，由于C2的存在，VT2是零电压关断，如同前面分析，原边电流这时不能突变，C1经过VD3、VT3、Cb放电完毕后，VD1自然导通，此时开通VT1即是零电压开通，由于VD3的阻断，原边电流降为零以后，关断VT3，则VT3即是零电流关断，经过预选设置好的死区时间延迟后开通VT4，由于变压器漏感及副边滤波电感的作用，原边电流不能突变，VT4即是零电流开通。

3UC387构成的驱动电路设计

UC3875是美国Unitrode公司针对移相控制方案推出的PWM控制芯片，实用于全桥变换器中驱动四个开关管，四个输出均为图腾柱式结构，可以直接驱动MOSFET或经过驱动电路放大，驱动大功率MOSFET或IGBT。由于该期间设计巧妙，是一种应用前景较好的控制芯片。

本电源的主功率管选用的MOSFET，是电压型驱动方式，驱动功率要求比较小。采用脉冲变压器将功率管的驱动端和控制电路隔离。UC3875的驱动端具有2A的电流峰值，但为了提高电路的可靠性，防止UC3875因为功率太大而损坏，所以采用达林顿驱动的晶体管组成输出电路来驱动脉冲变压器的原边。超前桥臂的驱动电路如图2所示，之后桥臂的驱动电路也一样。

图中，D1、D2和D3、D4是肖特基二极管，用于防止驱动管的电压由于低于或高于电源电压而损坏。R21和R22是限流电阻，DW1、DW2和DW3、DW4是齐纳稳压管，用来限制脉冲变压器的输出电压，防止功率管损坏。T1和T3选中TIP122，T2、T4选用TIP127，T1？T4是达林顿驱动的晶体管，耐压为100V，持续电流为5A，峰值电流可达8A，其开启时间和关断时间分别为1.5μs和2.5μs，而开关电源的设计的频率为70KHZ，即14μs>1.5μs+2.5μs，满足设计要求。

图2功率管驱动电路

除了输出电流限制外，本电源还设置有五个保护功能：输入过电压保护、输入过流保护、输出过压保护、输出过流保护、过热保护。五种保护都是通过一个或门UC3875的电流检测端C/S+（5脚），使其电压高于2.5V，导致UC3875关断输出。输入、输出电流分别取自串联在输入、输出回路中的分流器上的信号（0-75mV）。

4结束语

本文介绍了由UC3875芯片作为控制电路的1.2KW移相控制全桥变换软开关电源，由于开关管在ZVS条件下运行，可实现高频化，而且控制简单，性能可靠，适用于大功率场合。且能保持恒频运行，就不会同时出现大电压、大电流，减少了开关所受的应力，实现了高效化。大大减小了电源的体积。

参考文献

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[3]杨恒.开关电源典型设计实例精选[M].中国电力出版社.2007.