開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理精選(九篇)

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第1篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

關(guān)鍵詞 電源管理系統(tǒng)；PMS；安全生產(chǎn)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0211-03

流花11-1油田位于南中國(guó)海珠江口外海海域，距香港東南約220km，水深約310m左右。平臺(tái)電站由3臺(tái)進(jìn)口小功率機(jī)組和一臺(tái)大功率國(guó)產(chǎn)機(jī)組并網(wǎng)供電，對(duì)運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)，保持電站平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)具有很大的挑戰(zhàn)性。

流花11-1FPS電站電源管理系統(tǒng)（PMS）由發(fā)電機(jī)組PLC控制系統(tǒng)，與VSD PLC系統(tǒng)，鉆機(jī)SCR PLC和集成在FPS生產(chǎn)控制系統(tǒng)（FCS）的電源管理PLC組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)現(xiàn)有電源管理功能。

電站電源管理系統(tǒng)（PMS）要切實(shí)保障油田電站正常生產(chǎn)和生活用電的需求，所以必須滿足以下條件：

1）確保人身安全和設(shè)備安全。

2）確保持續(xù)供電和可靠性供電。

3）確保電能質(zhì)量和減少能源浪費(fèi)。

4）盡可能做到節(jié)能減排，提高能源效率。

油田電站安全可靠運(yùn)行、提供優(yōu)質(zhì)電能和提高電能經(jīng)濟(jì)性，是PMS系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的一項(xiàng)最基本任務(wù)。

1 設(shè)計(jì)原則

流花11-1FPS電站PMS系統(tǒng)按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1）符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格按照國(guó)家或者國(guó)際及行業(yè)最新規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求

2）性價(jià)比高，系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比，使管道以最低的運(yùn)行成本、最優(yōu)的工況正常運(yùn)行。

3）技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，系統(tǒng)采用羅克韋爾自動(dòng)化公司軟硬件產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其產(chǎn)品在工業(yè)應(yīng)用中已被證明是成熟的產(chǎn)品。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的人機(jī)對(duì)話能力，能滿足各種現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下的連續(xù)監(jiān)控的功能。

4）系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。PMS系統(tǒng)的PLC控制器、控制電源、I/O系統(tǒng)、HMI等都采用冗余的架構(gòu)，重復(fù)利用率可達(dá)到99.99%，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行切換，電站系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

5）可擴(kuò)展性強(qiáng)，硬件是模塊化的，允許將來(lái)在容量和功能上的擴(kuò)展。

2 硬件架構(gòu)（圖1）

流花11-1FPS電站PMS系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件采用A-BPLC的ControlLogix系統(tǒng)，ControlLogix系統(tǒng)封裝外形小，不僅可提供離散、驅(qū)動(dòng)、過(guò)程和安全控制，還具有可靠的通信功能和最先進(jìn)的I/O，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使開(kāi)發(fā)者能高效的進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)建和修改，從而大幅節(jié)省培訓(xùn)和工程設(shè)計(jì)成本。

2.1 過(guò)程信號(hào)采集

系統(tǒng)輸入信號(hào)：

1）發(fā)電機(jī)輸出功率。

2）發(fā)電機(jī)組出線斷路器狀態(tài)。

3）4160V A/B段母線頻率。

4）ESP，生產(chǎn)管匯及測(cè)試管匯運(yùn)行優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)。

5）鉆/修井工況時(shí)，SCR系統(tǒng)斜率控制和相位控制。系統(tǒng)輸出參數(shù)：

1）以百分比柱狀圖形顯示的發(fā)電機(jī)功率。

2）VSD/ESP運(yùn)行功率。

3）發(fā)電機(jī)組接入和停機(jī)提示信號(hào)。

4）系統(tǒng)錯(cuò)誤，事件及故障報(bào)警信號(hào)及打印。

5）鉆機(jī)SCR系統(tǒng)模擬相控信號(hào)。

6）ESP/VSD 速度降低至預(yù)設(shè)低頻信號(hào)。

2.2 軟硬件配置

PMS系統(tǒng)的硬件要求配置如下：

1）ControlLogix系統(tǒng)采用雙環(huán)ControlNet網(wǎng)絡(luò)。

2）CPU采用冗余配置。

3）各控制子站的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用冗余環(huán)網(wǎng)架構(gòu)。

4）由不間斷電源供電（即UPS），信號(hào)電源采用獨(dú)立的DV24V電源供電。

5）DO信號(hào)輸出的繼電器需確?？煽啃?。

6）HMI服務(wù)器由主服務(wù)器和備用服務(wù)器構(gòu)成。

7）PLC程序基于RSLogix5000開(kāi)發(fā)，上位機(jī)基于FactoryTalk View Studio開(kāi)發(fā)。

3 系統(tǒng)功能（圖2）

3.1 電源管理及負(fù)荷分配

PMS系統(tǒng)與5臺(tái)機(jī)組通過(guò)以太網(wǎng)通訊交換數(shù)據(jù)，包括有功功率、無(wú)功功率、頻率、電壓等。并根據(jù)不同的在線發(fā)電機(jī)配置，PMS系統(tǒng)可與發(fā)電機(jī)的調(diào)速器和AVR協(xié)調(diào)工作，并實(shí)現(xiàn)以下功能。

1）有功功率和無(wú)功功率分配控制：在電站中發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，為了防止個(gè)別發(fā)電機(jī)的頻率和電壓可能會(huì)接近其PQ圖的邊界，此時(shí)PMS系統(tǒng)將分配各發(fā)電機(jī)組之間的出力，以提高系統(tǒng)在擾動(dòng)下的穩(wěn)定性。

2）功率需量和功率因數(shù)控制：PMS系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)各發(fā)電機(jī)相對(duì)于母線的輸入/輸出功率，并計(jì)算功率差額。然后根據(jù)功率因數(shù)的范圍，在滿足發(fā)電機(jī)基本出力的前提下，調(diào)整AVR控制無(wú)功功率輸出，以維持系統(tǒng)的功率因數(shù)在合理范圍內(nèi)。

3）母線頻率和電壓控制：當(dāng)電站負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和無(wú)功功率，以維系電站的頻率和電壓穩(wěn)定。

3.2 負(fù)荷優(yōu)先脫扣

PMS系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電站電氣設(shè)備的狀態(tài)，如發(fā)電機(jī)的出力、負(fù)載消耗的功率以及斷路器的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)電機(jī)斷路器跳閘，則會(huì)根據(jù)預(yù)計(jì)算的能量平衡結(jié)果，如果超過(guò)了電站所能承受的最大出力，則切除部分負(fù)荷，以確保電站發(fā)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

優(yōu)先脫扣系統(tǒng)可設(shè)置多個(gè)優(yōu)先級(jí)，由運(yùn)行人員預(yù)先定義。在系統(tǒng)中針對(duì)不同的優(yōu)先脫扣觸發(fā)條件，形成一個(gè)優(yōu)先級(jí)別卸載表，當(dāng)優(yōu)先脫扣觸發(fā)后，將系統(tǒng)計(jì)算得到的卸載級(jí)別與優(yōu)先級(jí)別表對(duì)比后，發(fā)出卸載指令，卸載時(shí)間在80ms以內(nèi)。

3.3 重載啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷的保證及分配

一些重載設(shè)備（大負(fù)載）都可在HMI上設(shè)定額定負(fù)載及啟動(dòng)沖擊系數(shù)。系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組剩余功率、要啟動(dòng)的重載設(shè)備額定功率及啟動(dòng)沖擊系數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)電機(jī)功率余量，以判斷此重載能否啟動(dòng)。重載啟動(dòng)后，機(jī)組按照前述負(fù)荷分配模式自動(dòng)分配負(fù)荷。

3.4 斷路器的控制及自動(dòng)同步控制

斷路器與控制系統(tǒng)之間通過(guò)硬接線，連接斷路器狀態(tài)、手車位置、分合閘指令等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)包含基本的狀態(tài)監(jiān)視、控制等功能。當(dāng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)并車時(shí)，系統(tǒng)會(huì)判斷邏輯條件，發(fā)出發(fā)電機(jī)斷路器合閘指令，并最終由同期裝置完成并車。

3.5 備用發(fā)電機(jī)組自啟動(dòng)控制

當(dāng)在線機(jī)組發(fā)生故障停機(jī)，或過(guò)載，過(guò)流，過(guò)壓，低頻等極限情況時(shí)，處于備用狀態(tài)的機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)。

3.6 電站監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)

系統(tǒng)監(jiān)視整個(gè)電站主要電氣設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，會(huì)有多種報(bào)警提醒方式，包括蜂鳴器，指示燈，旋轉(zhuǎn)報(bào)警燈，同時(shí)HMI上會(huì)有詳細(xì)的報(bào)警信息文字。

4 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題介紹

4.1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制技術(shù)

發(fā)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)頻器的作用在于，當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，手動(dòng)或者自動(dòng)的操作調(diào)頻器，使發(fā)電機(jī)的靜態(tài)特性發(fā)生改變。如果負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)使原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，則稱之為無(wú)差調(diào)節(jié)（Isoch）；而如果負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷增大而降低，則稱之為有差調(diào)節(jié)（Droop）。多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其調(diào)節(jié)的有效性及避免系統(tǒng)震蕩，都會(huì)采用單機(jī)Droop模式運(yùn)行，調(diào)速系統(tǒng)完成部分調(diào)速任務(wù)，剩下的由機(jī)組控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)差調(diào)整。

4.2 發(fā)電機(jī)頻率調(diào)整策略

區(qū)域發(fā)電機(jī)組頻率調(diào)節(jié)時(shí)，可分為按頻率偏差調(diào)整、按交換頻率偏差調(diào)整和按頻率和交換功率偏差調(diào)整三種。按頻率偏差調(diào)整時(shí)，只能保證系統(tǒng)頻率不變，不能控制聯(lián)絡(luò)線上流通的功率；按交換功率偏差調(diào)整時(shí)，只能保證聯(lián)絡(luò)線上的交換功率不變，而不能控制系統(tǒng)的頻率。只有按頻率和交換功率偏差調(diào)整時(shí)，才可以保證區(qū)域范圍內(nèi)功率的就地平衡。在PMS系統(tǒng)，對(duì)影響發(fā)電機(jī)頻率的各個(gè)調(diào)整因素進(jìn)行邏輯排序，當(dāng)發(fā)電機(jī)的頻率和對(duì)電站的有功貢獻(xiàn)發(fā)生偏差時(shí)，便對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

5 結(jié)論

流花11-1FPS電站PMS系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，給整個(gè)電站提供了完整的安穩(wěn)策略，極大地減少了故障停產(chǎn)的損失，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為整個(gè)油田安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]高健.淺談海上電網(wǎng)優(yōu)先脫扣系統(tǒng)控制方法[J].通訊世界，2016（1）：174-175.

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第2篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)裝置；工作原理；故障分析；驗(yàn)證

本文從開(kāi)關(guān)電源的原理入手，以測(cè)試的角度，對(duì)兩種有故障的電源模塊通過(guò)試驗(yàn)再現(xiàn)其故障現(xiàn)象，并分析了其故障原因，最后對(duì)改進(jìn)后的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。

1開(kāi)關(guān)電源工作原理

用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪恍螒B(tài)，用閉環(huán)控制穩(wěn)定輸出，并有保護(hù)環(huán)節(jié)的模塊，叫做開(kāi)關(guān)電源。

高壓交流電進(jìn)入電源，首先經(jīng)濾波器濾波，再經(jīng)全橋整流電路，將高壓交流電整流為高壓直流電；然后由開(kāi)關(guān)電路將高壓直流電調(diào)制為高壓脈動(dòng)直流；隨后把得到的脈動(dòng)直流電，送到高頻開(kāi)關(guān)變壓器進(jìn)行降壓，最后經(jīng)低壓濾波電路進(jìn)行整流和濾波就得到了適合裝置使用的低壓直流電。

電源工作原理框圖如圖1所示。

圖1開(kāi)關(guān)電源原理圖

2故障現(xiàn)象分析

由于繼電保護(hù)用開(kāi)關(guān)電源功能要求較多，需考慮時(shí)序、保護(hù)等因素，因此開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的故障風(fēng)險(xiǎn)較高。另外供電保護(hù)裝置又較民用電器工作條件苛刻，影響繼電保護(hù)開(kāi)關(guān)電源的安全運(yùn)行。本文著重分析了兩種因設(shè)計(jì)缺陷而造成故障的開(kāi)關(guān)電源。

2.1輸入電源波動(dòng)，開(kāi)關(guān)電源停止工作

1）故障現(xiàn)象：外部輸入電源瞬時(shí)性故障，隨后輸入電壓恢復(fù)正常，開(kāi)關(guān)電源停止工作一直無(wú)輸出電壓，需手動(dòng)斷電、上電才能恢復(fù)。

2）故障再現(xiàn)：用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀，控制輸入電壓中斷時(shí)間，通過(guò)便攜式波形記錄儀記錄輸入電壓和輸出電壓的變化。控制輸入電壓中斷時(shí)間長(zhǎng)短，發(fā)現(xiàn)輸出存在如下三種情況：

a）輸入電源中斷一段時(shí)間（約100～200ms）后恢復(fù)，此后輸入電壓恢復(fù)正常，開(kāi)關(guān)電源不能恢復(fù)工作。（此過(guò)程為故障情況），具體時(shí)序圖見(jiàn)圖2所示。

圖2輸入電源中斷一段時(shí)間后恢復(fù)

b）輸入電壓長(zhǎng)時(shí)中斷（大于250ms）后恢復(fù)，+5V、+24V輸出電壓均消失，此過(guò)程與開(kāi)關(guān)電源的正常啟動(dòng)過(guò)程相同。具體時(shí)序圖見(jiàn)圖3所示。

c）輸入電壓短暫中斷（小于70ms）后恢復(fù)，+5V輸出電壓未消失，而+24V輸出電壓也未消失，對(duì)開(kāi)關(guān)電源正常工作沒(méi)有影響。具體時(shí)序圖見(jiàn)圖4所示。輸入電壓消失時(shí)間短暫，由于輸出電壓未出現(xiàn)欠壓過(guò)程，電源欠壓保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。

圖3輸入電源長(zhǎng)時(shí)中斷后恢復(fù)

圖4輸入電源短時(shí)中斷后恢復(fù)

3）故障分析：要分析此故障，應(yīng)先了解該開(kāi)關(guān)電源的正常啟動(dòng)邏輯和輸出電壓保護(hù)邏輯。

輸入工作電壓，輸出電壓+5V主回路建立，然后由于輸出電壓時(shí)序要求，經(jīng)延時(shí)約50ms，+24V輸出電壓建立。

輸出電壓欠壓保護(hù)邏輯為：當(dāng)輸出電壓任何一路降到20％Un以下時(shí)，欠壓保護(hù)動(dòng)作，且不能自恢復(fù)。

更改邏輯前，因輸入電壓快速通斷而引起的電源欠壓保護(hù)誤動(dòng)作，其根本原因是延時(shí)電路沒(méi)有依據(jù)輸入電壓的變化及時(shí)復(fù)位，使得上電時(shí)的假欠壓信號(hào)得不到屏蔽，從而產(chǎn)生誤動(dòng)作，如圖2所示。

4)解決措施：采取的措施是在保護(hù)環(huán)節(jié)上增加輸入電壓檢測(cè)電路，并在延時(shí)電容上并接一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，只要輸入電壓低于定值（開(kāi)關(guān)電源停止工作前的值），該電子開(kāi)關(guān)便閉合，延時(shí)電路復(fù)位，若輸入電壓重新上升至該設(shè)定值，給保護(hù)電路供電的延時(shí)電路重新開(kāi)始延時(shí)，電源重啟動(dòng)時(shí)的假欠壓信號(hào)被屏蔽，徹底解決了由于輸入電壓快速波動(dòng)所產(chǎn)生的電源誤保護(hù)。從而避免了圖2的情況，直接快速進(jìn)入重新上電邏輯，此時(shí)的輸出電壓建立過(guò)程見(jiàn)圖3所示。邏輯回路見(jiàn)圖5所示。

圖5增加放電回路后原理圖

5)試驗(yàn)驗(yàn)證：用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀狀態(tài)序列模擬輸入電源中斷，用便攜式波形記錄儀記錄輸出電壓隨輸入電壓的變化波形。調(diào)整輸入電壓中斷時(shí)間，發(fā)現(xiàn)調(diào)整后的電源僅出現(xiàn)b）、c）兩種情況，不再出現(xiàn)a）即故障情況。

2.2啟動(dòng)電流過(guò)大，導(dǎo)致供電電源過(guò)載告警

1）故障現(xiàn)象：電源模塊穩(wěn)態(tài)工作電壓為220V，額定功率為20.8W，額定輸出時(shí)輸入電流約為130mA。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸入電壓緩慢增大時(shí)，導(dǎo)致輸入電流激增，引起供電電源過(guò)載告警。

2）故障分析：經(jīng)查發(fā)現(xiàn)輸入電壓為60V時(shí)，電源啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)瞬態(tài)電流約為200mA，穩(wěn)態(tài)電流為600mA，啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為600±200mA，造成輸出電流激增。而由于條件限制，此電源模塊的供電電源輸出僅為500mA，因此造成供電電源過(guò)載。

由于開(kāi)關(guān)電源工作需要一定的功率，設(shè)計(jì)中由于未考慮到電源啟動(dòng)時(shí)，輸出回路的啟動(dòng)需要一定的功率，而啟動(dòng)電壓比較低，所以功率的突增，必然帶來(lái)開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)瞬態(tài)電流的激增，電流的激增對(duì)供電電源有較大的沖擊。

3）解決措施：?jiǎn)?dòng)需要的功率一定，如果要減小啟動(dòng)電流，可以考慮增加啟動(dòng)電壓的門檻。將開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電壓提高到130～140V。

4）試驗(yàn)驗(yàn)證：調(diào)整開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電壓后，通過(guò)試驗(yàn)儀模擬輸入電壓緩慢啟動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源在滿載情況下，試驗(yàn)中緩慢上升輸入電壓（上升速率5V/s或10V/s），從0～130V啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流降低到200～220mA，穩(wěn)態(tài)電流大約為200±100mA，因而啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為400±100mA，啟動(dòng)電流較改進(jìn)前減小300mA，不會(huì)對(duì)供電電源造成太大的沖擊?？捎行П苊廨斎腚妷核查g降低時(shí)，給整個(gè)供電回路造成較大的電流沖擊。

3結(jié)束語(yǔ)

從以上問(wèn)題分析可知，開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)注電能變換的各個(gè)環(huán)節(jié)，開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓建立和消失時(shí)序和電源的保護(hù)功能，是緊密聯(lián)系的，當(dāng)其中的某一環(huán)節(jié)存在缺陷時(shí)，開(kāi)關(guān)電源就不能正常工作。因此在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)前，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行兩種工作：

1)考慮諸如此類的問(wèn)題，如啟動(dòng)功率一定時(shí)，啟動(dòng)電壓門檻過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生輸出電流瞬態(tài)突增的現(xiàn)象。

第3篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

關(guān)鍵詞：PWM；OP227Y；開(kāi)關(guān)電源;高頻變壓器

Design of Pulse witch Power upply Based on OP227Y

ZANG Yuanmin,U Wanqiang

(College of Electrical and Information Engineering,Xuchang University,Xuchang,461000,China)[J12/3]

Abstract：A pulse switch power supply based on OP227Y is introduced in the paper,after analsing its working principle,the whole structure of switch power supply is also designed,the main design content consists of the high frequency trans[CD2]former,the main circuit and the control circuit,then the working principle and the main action of each function module of OP227Y are introduced in the paper,finally the whole circuit of system is designed

Keywords：PWM;OP227Y;switch power supply;high frequency transformer[J12/3]

脈沖電源是各種電源設(shè)備中比較特殊的一種，它的電壓或電流波形為脈沖狀。其實(shí)質(zhì)上是一種通斷的直流電源，其基本工作原理是首先經(jīng)過(guò)慢儲(chǔ)能，使初級(jí)能源具有足夠的能量，然后向中間儲(chǔ)能和脈沖成形系統(tǒng)放電（或流入能量），能量經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、壓縮形成脈沖或轉(zhuǎn)化等復(fù)雜過(guò)程之后，形成脈沖電源。

隨著開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展,電源的小型化、模塊化、智能化越來(lái)越受到人們的關(guān)注。各種電源控制芯片如雨后春筍紛紛涌現(xiàn)，美國(guó)電源集成（PI）公司相繼推出OP系列芯片，這些芯片集脈沖信號(hào)控制電路和功率開(kāi)關(guān)器件MOEF于一體，具有高集成度、最簡(jiǎn)電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，能組成高效率無(wú)工頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源。所以，本文設(shè)計(jì)基于OP227Y芯片控制的開(kāi)關(guān)電源。

1 總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的脈沖開(kāi)關(guān)電源總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，輸入220 V交流電流，先由4個(gè)二極管的全橋整流，然后通過(guò)OP227Y開(kāi)關(guān)和高頻變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)二次整流、電容濾波和電感平波，輸出10 W的直流電。高頻變壓器二次側(cè)有3個(gè)繞組，2路輸出功率，另一路為反饋回路提供電源。反饋回路從輸出端進(jìn)行電壓取樣，通過(guò)光耦來(lái)控制脈沖控制開(kāi)關(guān)的通斷，調(diào)節(jié)輸出功率。

第4篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

關(guān)鍵詞： 直流開(kāi)關(guān)電源；開(kāi)關(guān)電源；設(shè)計(jì)

1 直流穩(wěn)壓電源概述

直流穩(wěn)壓電源在一個(gè)典型系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。從某種程度上可以看成是系統(tǒng)的心臟。電源的系統(tǒng)的電路提供持續(xù)的、穩(wěn)定的能源，使系統(tǒng)免受外部的干擾，并防止系統(tǒng)對(duì)其自身產(chǎn)生的傷害。如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應(yīng)造成系統(tǒng)的故障，而確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。因此，人們非常重視系統(tǒng)直流電源的設(shè)計(jì)或選用。直流穩(wěn)壓電源通常分為線性穩(wěn)壓和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓兩種類型。

1.1 線性穩(wěn)亞電源

線性穩(wěn)壓電源是指起電壓調(diào)整功能作用的器件始終工作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源，期工作原理如圖1。

它由50 工頻變壓器、整流器、濾波器以及串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。

線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。但同時(shí)存在以下缺點(diǎn)：輸入采用50 工頻變壓器，體積龐大且和很重；電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，損耗大，效率低；過(guò)載能力差。

線性電源主要應(yīng)用在對(duì)發(fā)熱和效率要求不高的場(chǎng)合，或者要求成本及設(shè)計(jì)周期短的情況。線性電源作為板載電源廣泛應(yīng)用于分布電源系統(tǒng)中，特別是當(dāng)配電電壓低于40V時(shí)。線性電源的輸出電壓只能低于輸入電壓，并且每個(gè)線性電源只能產(chǎn)生一路輸出。線性電源的效率在百分之三十五到百分之五十之間，損耗以熱的形式耗散。

1.2 PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

一般將開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源不同，它是起電壓調(diào)整功能作用的器件，始終工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源主要采用脈寬調(diào)制技術(shù)。

開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)；

1）功耗小、效率高。電源中開(kāi)關(guān)器件交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，這使得開(kāi)關(guān)管的功耗很小，電源的效率可以大幅度提高，可達(dá)到百分之九十到百分之九十五。

2）體積小、重量輕。開(kāi)關(guān)電源效率高，損耗小，則可以省去較大體積的散熱器；隔離變壓用高頻變壓器取代工頻變壓器，可大大減小體積，降低重量；因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率高，輸出濾波電容的容量和體積大為減小。

3）穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓由占空比來(lái)調(diào)節(jié)，輸入電壓的變化可以通過(guò)調(diào)節(jié)占空比的大小來(lái)補(bǔ)償，這樣在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍然能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。

4）電路形式靈活多樣。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源。

開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是：存在開(kāi)關(guān)噪聲大。在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采用一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重影響整機(jī)的正常工作。此外，這些干擾還會(huì)串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備、和家用電器收到干擾。因此設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，必須采取合理的措施來(lái)抑制其本身產(chǎn)生的干擾。

PWM開(kāi)關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活等特點(diǎn)。因此，在便攜式產(chǎn)品、航空和自動(dòng)化產(chǎn)品、儀器儀表以及通訊系統(tǒng)等，要求高效率、體積小、重量輕和多組電源電源輸出的場(chǎng)合，得到了廣泛的應(yīng)用。但是開(kāi)關(guān)電源的成本高，而且需要開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。

2 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理

開(kāi)關(guān)電源主要采用直流斬波技術(shù)，即降壓變換、升壓變換、變壓器隔離的DC/DC變換電路理論和PWM控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具有輸入、輸出隔離的PWM開(kāi)關(guān)電源工作原理框圖，如圖2所示。

50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)EMI防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波；然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十千赫或數(shù)百千赫的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離并降壓（或升壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路；最后輸出直流電壓。通過(guò)取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開(kāi)關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。在直流斬波控制中，有定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)頻調(diào)寬3種控制方式。定頻調(diào)寬是保持開(kāi)關(guān)頻率（開(kāi)關(guān)周期T）不變，波形如圖3所示。

通過(guò)改變導(dǎo)通時(shí)間高。而定寬調(diào)頻則是保持導(dǎo)通時(shí)間T on不變，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率，來(lái)達(dá)到改變占空比的一種控制方式。由于調(diào)頻控制方式的工作頻率是不固定的，造成濾波器設(shè)計(jì)困難，因此，目前絕大部分的開(kāi)關(guān)電源均采用PWM控制。

2.2 開(kāi)關(guān)電源的主要性能指標(biāo)

開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量好壞主要由其性能指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)者或使用者來(lái)講，都必須對(duì)其內(nèi)容有一個(gè)較全面的了解。一般性能指標(biāo)包括電氣指標(biāo)、機(jī)械特性、適用環(huán)境、可靠性、安全性以及生產(chǎn)成本等。這里僅介紹常見(jiàn)的電氣指標(biāo)。

2.2.1 輸入?yún)?shù)

輸入?yún)?shù)包括輸入電壓、交流或直流、頻率、相數(shù)、輸入電流、功率因數(shù)以及諧波含量等。

1）輸入電壓：國(guó)內(nèi)應(yīng)用的民用交流電源電壓三相為380V，單相為220V；國(guó)外的電源需要參出口國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)。目前開(kāi)關(guān)電源流行采用國(guó)際通用電壓范圍，即單相交流85～265V，這一范圍覆蓋了全球各種民用電源標(biāo)準(zhǔn)所限定的電壓，但對(duì)電源的設(shè)計(jì)提出了較高的要求。輸入電壓范圍的下限影響變壓器設(shè)計(jì)時(shí)電壓比的計(jì)算，而上限決定了主電路元器件的電壓等級(jí)。輸入電壓變化范圍過(guò)寬，使設(shè)計(jì)中必須留過(guò)大裕量而造成浪費(fèi)，因此變化范圍應(yīng)在滿足實(shí)際要求的前提下盡量小。

2）輸入頻率：我國(guó)民用和工業(yè)用電的頻率為50Hz，航空、航天及船舶用的電源經(jīng)常采用交流400Hz輸入，這時(shí)的輸入電壓通常為單相或三相115V。

3）輸入相數(shù)：三相輸入的情況下，整流后直流電壓約是單相輸入時(shí)的1.7倍，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的功為3～5kW時(shí)，可以選單相輸入，以降低主電路器件的電壓等級(jí)，從而可以降低成本；當(dāng)功率大于5kW時(shí)，應(yīng)選三相輸入，以避免引起電網(wǎng)三相間的不平衡，同時(shí)也可以減小主電路中的電流，以降低損耗。

4）輸入電流：輸入電流通常包含額定輸入電流和最大電流2項(xiàng)，是輸入開(kāi)關(guān)、接線端子、熔斷器和整流橋等元器件的設(shè)計(jì)依據(jù)。

5）輸入功率因數(shù)和諧波：目前，對(duì)保護(hù)電網(wǎng)環(huán)境、降低諧波污染的要求越來(lái)越高，許多國(guó)家和地區(qū)都已出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用電裝置的輸入諧波電流和功率因數(shù)做出較嚴(yán)格的規(guī)定，因此開(kāi)關(guān)電源的輸入諧波電流和功率因數(shù)成為重要指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)之一。目前，單相有源功率因數(shù)校正（FPC）技術(shù)已經(jīng)基本成熟，附加的成本也較低，可以很容易地使輸入功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，輸入總諧波電流小于5%。

2.2.2 輸出參數(shù)

輸出參數(shù)包括輸出功率、輸出電壓、輸出電流、紋波、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、輸出特性以及效率等。

1）輸出電壓：通常給出額定值和調(diào)節(jié)范圍2項(xiàng)內(nèi)容。輸出電壓上限關(guān)系到變壓器設(shè)計(jì)中電壓比的計(jì)算，過(guò)高的上限要求會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的設(shè)計(jì)裕量和額定點(diǎn)特性變差，因此在滿足實(shí)際要求的前提下，上限應(yīng)盡量靠近額定點(diǎn)。相比之下，下限的限制較寬松。

2）輸出電流：通常給出額定值和一定條件下的過(guò)載倍數(shù)，有穩(wěn)流要求的電源還會(huì)指定調(diào)節(jié)范圍。有的電源不允許空載，此時(shí)應(yīng)指定電流下限。

3）穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度：通常以正負(fù)誤差帶的形式給出。影響電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度的因素很多，主要有輸入電壓變化、輸出負(fù)載變化、溫度變化及器件老化等。通常精度可以分成。3項(xiàng)考核：① 輸入電壓調(diào)整率；② 負(fù)載調(diào)整率；③ 時(shí)效偏差。同精度密切相關(guān)的因素是基準(zhǔn)源精度、檢測(cè)元件精度、控制電路中運(yùn)算放大器精度等。④ 電源的輸出特性：與應(yīng)用領(lǐng)域的工藝要求有關(guān)，相互之間的差別很大。設(shè)計(jì)中必須根據(jù)輸出特性的要求，來(lái)確定主電路和控制電路的形式。⑤ 紋波：開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓紋波成分較為復(fù)雜，通常按頻帶可以分為3類： 高頻噪聲，即遠(yuǎn)高于開(kāi)關(guān)頻率 的尖刺；開(kāi)關(guān)頻率紋波，指開(kāi)關(guān)頻率 附近的頻率成分； 低頻紋波，頻率低于的 成分，即低頻波動(dòng)。

對(duì)紋波有多種量化方法，常用的有紋波系數(shù)、峰峰電壓值、按3種頻率成分分別計(jì)量幅值以及衡重法。⑥ 效率：是電源的重要指標(biāo)，它通常定義為η=Po/Pi×100%。式中，Pi為輸入有功功率；Po為輸出功率。通常給出在額定輸入電壓和額定輸出電壓、額定輸出電流條件下的效率。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，效率提高就意味著損耗功率的下降，從而降低電源溫升，提高可靠性，節(jié)能的效果明顯，所以應(yīng)盡量提高效率。一般來(lái)說(shuō)，輸出電壓較高的電源的效率比輸出低電壓的電源高。

2.2.3 電磁兼容性能指標(biāo)

電磁兼容也是近年來(lái)備受關(guān)注的問(wèn)題。電子裝置的大量使用，帶來(lái)了相互干擾的問(wèn)題，有時(shí)可能導(dǎo)致致命的后果，如在飛行的飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)使用無(wú)線電話或便攜式電腦，就有可能干擾機(jī)載電子設(shè)備而造成飛機(jī)失事。電磁兼容性包含2方面的內(nèi)容：

電磁敏感性、電磁干擾分別指電子裝置抵抗外來(lái)干擾的能力和自身產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度。通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)，使每個(gè)裝置能夠抵抗干擾的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各自發(fā)出的干擾強(qiáng)度，則這些裝置在一起工作時(shí)，相互干擾導(dǎo)致工作不正常的可能性就比較小，從而實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

因此，標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)電磁兼容問(wèn)題來(lái)說(shuō)十分重要。各國(guó)有關(guān)電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)很多，并且都形成了一定的體系，在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟

開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)一般采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，其設(shè)計(jì)步驟是：

1）首先從明確設(shè)計(jì)性能指標(biāo)開(kāi)始，然后根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)要求選擇一種開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開(kāi)關(guān)工作頻率確定設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，依據(jù)輸出功率的要求選擇半導(dǎo)體器件的型號(hào)；

2）變壓器和電感線圈的參數(shù)計(jì)算，磁性材料設(shè)計(jì)是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理的設(shè)計(jì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的性能指標(biāo)以及工作可靠性影響極大；

3）設(shè)計(jì)選擇輸出整流器和濾波電容；

4）選擇功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制方式，最好選用能實(shí)現(xiàn)PWM控制的集成電路芯片，也可利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制；

5）設(shè)計(jì)反饋調(diào)節(jié)電路；

6）根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)過(guò)電壓、過(guò)電流和緊急保護(hù)電路；

7）根據(jù)熱分析設(shè)計(jì)散熱器；

8）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的PCB板和電源的結(jié)構(gòu)，組裝、調(diào)試，測(cè)試所有的性能指標(biāo)；

第5篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源節(jié)能 現(xiàn)網(wǎng)節(jié)能改造 通信

一、前言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)成就舉世矚目，但環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，引起大家的高度重視 ，2007年世界經(jīng)濟(jì)論壇《全球風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告》 中指出：21世紀(jì)全球面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一就是氣候變化。2014年11月12日中美兩國(guó)在京共同《中美氣候變化聯(lián)合聲明》，中國(guó)計(jì)劃到2030年將非化石能源比重提高到20%左右。十一五 期間，中國(guó)政府在節(jié)能減排上要求國(guó)內(nèi)能耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%。同樣在嚴(yán)峻的節(jié)能減排壓力下，各通信行業(yè)運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越重視設(shè)備的節(jié)能，將節(jié)能作為首要的發(fā)展方向。在這個(gè)背景下，對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了極高的節(jié)能要求，努力開(kāi)發(fā)節(jié)能的產(chǎn)品和尋找現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)能改造方法。

二、開(kāi)關(guān)電源節(jié)能原理分析

（一）開(kāi)關(guān)節(jié)能的原理

通信開(kāi)關(guān)電源節(jié)能的關(guān)鍵是要提高系統(tǒng)的整體效率。通常開(kāi)關(guān)電源的節(jié)能主要在兩個(gè)原理：第一個(gè)最直接的節(jié)能原理是提高整流器的效率。通過(guò)技術(shù)改進(jìn)提高整流模塊的整體效率特性、降低模塊功耗等措施，從最初至今，整流器的效率已經(jīng)在原有的基礎(chǔ)之上提高了百分之十，達(dá)到96%。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和器件成本的下降，相信不久以后，規(guī)模應(yīng)用將成為現(xiàn)實(shí)。開(kāi)關(guān)電源節(jié)能的另一個(gè)節(jié)能原理是通過(guò)電源模塊的休眠管理，提高運(yùn)行模塊的負(fù)載率可以提升系統(tǒng)實(shí)際的工作效率。

（二）開(kāi)關(guān)節(jié)能的具體方法

如今，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始廣泛應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源，其具體發(fā)展要求是，輕量化、小型化、高頻化等。但是，隨著開(kāi)關(guān)電源的頻率迅速提高，所產(chǎn)生的損耗也逐漸加大，因此需要考慮相關(guān)節(jié)能的方法。首先應(yīng)該對(duì)開(kāi)關(guān)電源的損耗進(jìn)行系統(tǒng)的分析，要想達(dá)到上述發(fā)展要求，需要將開(kāi)關(guān)電源的工作頻率由低頻轉(zhuǎn)向高頻。例如采用硬開(kāi)關(guān)技術(shù)，這種技術(shù)損耗量小于線性電源采用串聯(lián)電阻改變電壓的方式，但隨著工作頻率的提高，相應(yīng)的損耗依然會(huì)增加。其次，采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，能有效提高開(kāi)關(guān)電源的頻率，也能降低開(kāi)關(guān)電源的損耗，提高整體效率。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是使用電感諧振及電容，將變壓器中的開(kāi)關(guān)器件中電壓按照準(zhǔn)正弦規(guī)律進(jìn)行變換，讓開(kāi)關(guān)管在電流為零的情況下立即關(guān)斷，在電壓為零的情況下立即開(kāi)通的方法。最后，采用零開(kāi)關(guān)技術(shù)，其主要在電路中增加電容或電感等相關(guān)儲(chǔ)能元件，具體分為零電流、零電壓開(kāi)關(guān)。零電流開(kāi)關(guān)指的是當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷或開(kāi)通的時(shí)候，讓電流為零。零電壓開(kāi)關(guān)指的是當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷或開(kāi)通的時(shí)候，讓電壓為零。這樣可以最大程度降低開(kāi)關(guān)損耗，起到節(jié)能的作用。

二、現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備節(jié)能的必要性

隨著世界經(jīng)濟(jì)特別是發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球能源消耗總量不斷攀升。根據(jù)全球能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，近些年來(lái)，全球能耗高達(dá)82%，造成二氧化碳排放量高達(dá)80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)想的估計(jì)，因此，節(jié)能是現(xiàn)階段的主要任務(wù)。如何采取有效的方法使現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備最大程度的節(jié)能非常必要。能源的消耗一方面導(dǎo)致了溫室效應(yīng)和一系列的自然災(zāi)害，另一方面其與制造業(yè)、工業(yè)等成本的價(jià)格息息相關(guān)。所以，環(huán)境問(wèn)題及氣候變化問(wèn)題成了人類面臨的重要的挑戰(zhàn)，全社會(huì)也越來(lái)越重視節(jié)能。從全球范圍來(lái)看，通信行業(yè)與煤炭、有色、鋼鐵等行業(yè)相比，雖然不是能耗、排放問(wèn)題最突出的行業(yè)。但一些數(shù)據(jù)顯示，一些通信行業(yè)的能耗也很大，某些運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)企業(yè)能耗排行榜中排名靠前。政府在國(guó)際組織上的節(jié)能承諾，社會(huì)、公眾的重視形成對(duì)運(yùn)營(yíng)商的節(jié)能壓力越來(lái)越大。由于全球資源價(jià)格持續(xù)上漲，新的市場(chǎng)逐漸開(kāi)闊繼而大大提高了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容性。而我國(guó)通信企業(yè)整體仍處于發(fā)展階段，在增大網(wǎng)上運(yùn)行設(shè)備容量的時(shí)候必然導(dǎo)致能耗需求也擴(kuò)大，給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了長(zhǎng)期的財(cái)務(wù)壓力。為了應(yīng)對(duì)氣候及能耗的挑戰(zhàn)，電信行業(yè)各主流運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商先后啟動(dòng)節(jié)能減排計(jì)劃。近10年來(lái)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，技術(shù)的進(jìn)步與產(chǎn)品的更新?lián)Q代使單位能耗持續(xù)下降，領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)商取得了超過(guò)50%的節(jié)約。

三、現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備節(jié)能手段

（一）通信網(wǎng)絡(luò)中基站設(shè)備節(jié)能

基站設(shè)備分基帶、射頻和饋線三部分，其中能源消耗量占首位的是射頻部分，超過(guò)能源消耗量的百分之八十。但是，在射頻部分中，功放耗能幾乎占射頻部分的一半，因此，提升基站設(shè)備能效的關(guān)鍵點(diǎn)就是提高功放效率。而提高功放效率的方式有多種，比如，有智能減壓、智能匹配、新型高效功放等，但多載波技術(shù)是提高功放效率的最直接的辦法之一。

（二）通信網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)節(jié)能

一般來(lái)說(shuō)，通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能主要是站點(diǎn)的節(jié)能。站點(diǎn)的節(jié)能可以從兩方面來(lái)分析：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)元。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓?jié)能就是通過(guò)減少站點(diǎn)來(lái)提升單位話務(wù)量能效。以下為通信領(lǐng)域中減少站點(diǎn)兩個(gè)有效的手段：⑴規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，降低無(wú)效的系統(tǒng)開(kāi)銷，以最少的站點(diǎn)服務(wù)最多的用戶來(lái)提高覆蓋效率。⑵使用Transmitting Diversity、High Receive Sensitivity及 PBT等關(guān)鍵技術(shù)增加設(shè)備本身的覆蓋半徑提高，從而提升基站設(shè)備本身的覆蓋能力。在現(xiàn)實(shí)中，將適宜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和較強(qiáng)覆蓋能力的設(shè)備配合使用通常能大幅度實(shí)現(xiàn)廣覆蓋場(chǎng)景下四分之一以上的能源消耗節(jié)約，無(wú)疑不是一種進(jìn)步。

（三）通信網(wǎng)絡(luò)中新能源節(jié)能

減少碳排放最直接方法就是開(kāi)發(fā)新能源。如：太陽(yáng)能、核能、風(fēng)能、潮汐能、生物能源等。企業(yè)減少碳排放的最有效途徑就是選擇無(wú)排放能源或者低排放能源。通常在一些邊遠(yuǎn)地區(qū)，風(fēng)能、光能資源比較豐富，可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩亟ㄒ恍╋L(fēng)、光能源的小型站點(diǎn)。這些新能源小型站點(diǎn)也可能在市電不穩(wěn)定的城區(qū)作為補(bǔ)充能源使用。而對(duì)于這些偏遠(yuǎn)的小型站點(diǎn)來(lái)講，通常面臨的問(wèn)題有以下三個(gè)方面：第一是引電困難；第二是電網(wǎng)公司引電價(jià)格可能過(guò)高；第三是小型站點(diǎn)本身的能耗不高，因此，通信運(yùn)營(yíng)商往往使用油機(jī)系統(tǒng)來(lái)解決能耗問(wèn)題。

只有重視開(kāi)關(guān)電源節(jié)能及現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備節(jié)能的改造，才能有效的利用固有的能源材料，開(kāi)創(chuàng)新的可再生能源。才能與環(huán)境和諧相處，共同促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。繼而帶動(dòng)了通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能開(kāi)拓，發(fā)展新用戶、開(kāi)拓新市場(chǎng)。使用新領(lǐng)域的節(jié)能設(shè)計(jì)補(bǔ)充帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求，減少開(kāi)關(guān)電源、現(xiàn)設(shè)備帶來(lái)的排放壓力。同時(shí)設(shè)備廠商及運(yùn)營(yíng)需要積極的投入到可持續(xù)發(fā)展、高效節(jié)能的研究當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭忠銀.一種綠色模式開(kāi)關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)[D].南華大學(xué)，2010.

第6篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

開(kāi)關(guān)電源是一種高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)電源。然而在電子設(shè)備工作過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的電磁干擾。本文根據(jù)高中物理所學(xué)知識(shí)，在與老師的溝通和指導(dǎo)下，研究開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因，并從屏蔽、濾波、接地以及電路等方面簡(jiǎn)要分析了干擾抑制措施。

【關(guān)鍵詞】高中物理 開(kāi)關(guān)電源 電磁干擾 抑制

開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用十分廣泛，其小型化和高頻化雖然為電子設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了很多便利，但所產(chǎn)生的電磁干擾也愈發(fā)嚴(yán)重，對(duì)功能發(fā)揮的影響越來(lái)越大。因此，必須采取有效的電磁干擾抑制措施，削弱甚至消除電磁干擾，保證電子設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

1 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因

根據(jù)高中物理的知識(shí)學(xué)習(xí)，我們知道在電子設(shè)備的工作過(guò)程中通電電流的傳導(dǎo)會(huì)出現(xiàn)一些無(wú)用信號(hào)或電磁噪聲等，會(huì)對(duì)電路器件設(shè)備、傳輸通道以及系統(tǒng)的性能造成干擾，這種干擾就是電磁干擾。電磁干擾的出現(xiàn)有很多可能的原因，電磁干擾的的干擾源一般都是電壓電流變化比較大的元器件，包括開(kāi)關(guān)管、二極管及變壓器等。

通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并學(xué)習(xí)資料，開(kāi)關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的主要因素包括下面一些內(nèi)容：

1.1 開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生電磁干擾

開(kāi)關(guān)電源中原邊主電路的開(kāi)關(guān)管大多采用MOSFET功率管，這種開(kāi)關(guān)管具有小電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，開(kāi)關(guān)速度快，在開(kāi)通、斷開(kāi)時(shí)，電磁干擾易于產(chǎn)生。對(duì)于這種電磁干擾，通常的做法是通過(guò)吸收電路進(jìn)行削弱，但加裝吸收電路會(huì)對(duì)電源效率造成一定影響。

1.2 高頻變壓器產(chǎn)生電磁干擾

在開(kāi)關(guān)電源的功率變換電路中，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻電壓器的初級(jí)線圈，呈感性，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的瞬間，初級(jí)線圈中會(huì)出現(xiàn)很大的電流，相應(yīng)的線圈會(huì)產(chǎn)生很高的電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)的瞬間，初級(jí)線圈的部分能量停留在初級(jí)線圈中，無(wú)法導(dǎo)入次級(jí)線圈，這部分能量會(huì)在原邊電路中的電容和電阻上產(chǎn)生衰減震蕩。如果高頻變壓器兩端的濾波電容容量不夠大，或者高頻特性較差，電容上的高頻阻抗就會(huì)導(dǎo)致高頻電流以差模的方式傳導(dǎo)到交流電源中，從而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

1.3 整流電路產(chǎn)生電磁干擾

工頻交流電需要通過(guò)整流變成單向脈動(dòng)電流，轉(zhuǎn)換的結(jié)果除了直流分量外，還存在著一些高頻諧波分量，這些高頻諧波分量會(huì)導(dǎo)致輸入功率因數(shù)變小，同時(shí)還會(huì)附帶較大的THD，這不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很嚴(yán)重的干擾，還會(huì)通過(guò)電源線造成射頻干擾。

2 開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制措施

2.1 屏蔽技術(shù)

屏蔽是我們?nèi)粘Ｉ钪卸寄芙佑|到的物理原理，包括中央一套《加油！向未來(lái)》的節(jié)目中驗(yàn)證了特斯拉線圈的實(shí)驗(yàn)。電磁屏蔽的原理是通過(guò)加裝屏蔽體來(lái)削弱甚至完全阻擋電磁能量。在開(kāi)關(guān)電源的電磁屏蔽中，分為兩個(gè)部分：

（1）對(duì)產(chǎn)生電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽；

（2）對(duì)容易受到電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽。

開(kāi)關(guān)電源中，產(chǎn)生電磁干擾的元器件一般是變壓器、電感器以及各種功率器件，對(duì)于這些元器件的電磁屏蔽，可以使用銅板或者鐵板圍繞起來(lái)，從而削弱其產(chǎn)的電磁干擾。對(duì)于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進(jìn)行屏蔽。另外，還可以通過(guò)整體屏蔽的方法，使用強(qiáng)導(dǎo)電性的材料把開(kāi)關(guān)電源整體都圍繞起來(lái)，從而防止其中產(chǎn)生的電磁干擾向外擴(kuò)散。在應(yīng)用整體屏蔽時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn)問(wèn)題：

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

（2）整體屏蔽需要將開(kāi)關(guān)電源整體圍繞在屏蔽體中，這就會(huì)導(dǎo)致散熱出現(xiàn)阻礙，相應(yīng)的，設(shè)備成本也會(huì)增加。

2.2 濾波技術(shù)

通過(guò)《整流和濾波》部分的學(xué)習(xí)，我們可以知道濾波技術(shù)可以應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)干擾的抑制中。通過(guò)學(xué)習(xí)其他資料了解到開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾包括共模干擾和差模干擾兩種，共模干擾出現(xiàn)在相線和地線以及中線和地線之間，共模干擾的電流會(huì)在相線和中線內(nèi)部同時(shí)出現(xiàn)，大小和方向都相同。差模干擾出現(xiàn)在相線和中線之間，差模干擾的電流同樣會(huì)在相線和中線內(nèi)容同時(shí)出現(xiàn)，大小相同，但是方向相反。濾波技術(shù)無(wú)論是對(duì)差模干擾還是共模干擾都有很好的抑制作用，由于共模干擾和差模干擾一般會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)干擾中，所以在加裝濾波器時(shí)一般會(huì)將共模濾波和差模濾波同時(shí)考慮在內(nèi)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對(duì)于內(nèi)阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計(jì)低值，對(duì)于內(nèi)阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計(jì)高值；負(fù)載電阻高時(shí)，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計(jì)低值，負(fù)載電阻低時(shí)，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計(jì)高值。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)是廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)物理技術(shù)，同時(shí)也是漏電保護(hù)中很常用且效果很好的一種技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源中的接地屬于屏蔽接地。在設(shè)計(jì)屏蔽接地時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面。

（1）開(kāi)關(guān)電源的接地包括交流接地和直流接地，必須將兩者嚴(yán)格分離，一般采用浮地技術(shù)將開(kāi)關(guān)電源的直流地和交流地分隔開(kāi)，從而來(lái)屏蔽交流電源地線所產(chǎn)生的干擾。

（2）功率地和弱電地要分開(kāi)。功率地應(yīng)用于是負(fù)載電路或者功率驅(qū)動(dòng)電路，電流和電壓都很大，因此很容易產(chǎn)生干擾，必須和其他弱電地分隔開(kāi)。

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

2.4 電路措施

開(kāi)關(guān)電源干擾抑制中的電路措施包括吸收電路、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)以及器件選擇。

（1）開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生主要是憂郁電壓和電流的短時(shí)間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時(shí)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)吸收電路，分散能量，降低電路中的電壓和電流變化幅度。

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

（3）在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，盡量選擇不容易產(chǎn)生、傳導(dǎo)以及輻射電磁干擾的元器件。

開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾一直是影響電路性能的一大問(wèn)題。通過(guò)資料的學(xué)習(xí)和分析，在開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制中可以結(jié)合實(shí)際情況綜合使用多種電磁干擾抑制措施，這樣才能發(fā)揮最大的作用，有效保證電子設(shè)備的正常工作。

參考文獻(xiàn)

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

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

第7篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

關(guān)鍵詞：LM2596 STM32 反饋閉環(huán) 數(shù)控開(kāi)關(guān)電源 遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：Tp302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）04-0080-02

1 數(shù)控開(kāi)關(guān)電源的方案設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的數(shù)控開(kāi)關(guān)電源[1，2]主要為了輸出1.2～24V，負(fù)載電流不低于3A，并且實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確可調(diào)，調(diào)整分辨率不低于0.1V。通常，一個(gè)開(kāi)關(guān)電源需要接入220V交流電，并通過(guò)變壓器AC/DC整流轉(zhuǎn)換，以輸出低壓直流電，然后再利用反饋型降壓穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)芯片進(jìn)行控制和電壓調(diào)整。由于市場(chǎng)上現(xiàn)有的220V轉(zhuǎn)24V技術(shù)已經(jīng)非常成熟，比如常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源和電源適配器，因此本設(shè)計(jì)中將著重設(shè)計(jì)后端數(shù)控降壓部分，前段整流部分將用常用開(kāi)關(guān)電源替代。為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字控制，必須使用單片機(jī)來(lái)控制降壓穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)芯片，單片機(jī)再通過(guò)串口跟PC主機(jī)通信。單片機(jī)將使用目前較為流行的32位單片機(jī)STM32。

1.1 反饋腳的數(shù)控設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)主要完成的工作是對(duì)比功能，即將LM2596的輸出電壓值與所需值對(duì)比，然后進(jìn)行相應(yīng)的反饋腳控制，因此，可以使用運(yùn)放來(lái)替代這部分工作。可以使用運(yùn)放減法器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)比做差。由于一般單片機(jī)的DAC輸出不會(huì)高過(guò)工作電壓，如5V或3.3V，因此在運(yùn)放減法器前，還必須進(jìn)行線性放大，也可以使用運(yùn)放搭建。

1.2 LM2596與運(yùn)放[4]構(gòu)成的電路

其中，LM2596引腳1接24V開(kāi)關(guān)電源輸入，右端端子JP2的1，2分別接單片機(jī)DAC輸出以及開(kāi)關(guān)OFF控制。

1.3 STM32最小系統(tǒng)

系統(tǒng)中的STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)包括STM32單片機(jī)芯片、復(fù)位電路、石英晶振時(shí)鐘電路。

除此之外，最小系統(tǒng)中還包含JTAG仿真、下載電路，用于程序測(cè)試仿真以及下載；4個(gè)LED燈電路，用于顯示STM32運(yùn)行狀態(tài)，或者其他需要顯示的用途。

2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的下位機(jī)STM32所需完成的功能主要為以下幾個(gè)：

（1）與PC主機(jī)串口通信[3]；

（2）控制LM2596輸出的開(kāi)和關(guān)；

（3）控制LM2596輸出的電壓值；

（4）保存和讀取設(shè)定的電壓值，以便下一次啟動(dòng)后默認(rèn)輸出電壓為關(guān)機(jī)前的輸出電壓；

（5）由于電源需要很高的可靠性，而STM32也有可能會(huì)死機(jī)，因此需要加入看門狗，讓它死機(jī)自動(dòng)重啟[5]。

對(duì)于功能1，采用MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，然后用串口轉(zhuǎn)USB線轉(zhuǎn)為USB接入PC機(jī)。單片機(jī)通過(guò)該串口即可進(jìn)行通信。由于串口屬于底層的通信方式，因此單片機(jī)軟件中需要做串口數(shù)據(jù)的校驗(yàn)、格式對(duì)準(zhǔn)、自動(dòng)應(yīng)答等功能。

對(duì)于功能2，采用一個(gè)單片機(jī)IO管腳和一個(gè)開(kāi)關(guān)三極管來(lái)控制LM2596的ON/OFF管腳，即可實(shí)現(xiàn)輸出控制。

對(duì)于功能3，根據(jù)前一章電路設(shè)計(jì)的原理，單片機(jī)只要改變相連DAC的電壓輸出，即可直接改變LM2596的輸出電壓。這里需要注意，并不是所有STM32都有DAC輸出，需要選擇具體的型號(hào)。本設(shè)計(jì)中，使用的是STM32F103RC，帶有兩個(gè)DAC輸出。

對(duì)于功能4，由于沒(méi)有外接片外EEPROM芯片，因此只能利用STM32片內(nèi)的FLASH進(jìn)行數(shù)據(jù)掉電保存。同時(shí)，F(xiàn)LASH中也會(huì)保存有程序本身，因此必須要將兩塊數(shù)據(jù)區(qū)域隔離開(kāi)，否則會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)覆蓋。通常，程序數(shù)據(jù)從FLASH的低段開(kāi)始寫(xiě)入，因此保存的數(shù)據(jù)可以寫(xiě)入在FLASH最高段，這樣就不會(huì)互相覆蓋。同時(shí)，燒錄程序時(shí)，也需注意不要將整個(gè)FLASH擦除，否則燒錄前保存的數(shù)據(jù)也會(huì)被擦除。

對(duì)于功能5，可以打開(kāi)STM32的獨(dú)立開(kāi)門狗，并設(shè)置喂狗時(shí)間，超時(shí)后自動(dòng)重啟。

當(dāng)DAC的參考電壓為VREF的時(shí)候，DAC的輸出電壓是線性的從0～VREF，12位模式下DAC輸出電壓與VREF以及DORx的計(jì)算公式如下：

DACx輸出電壓=

3 測(cè)試結(jié)果與分析

由上述分析可得VOUT與數(shù)字量DA中間的關(guān)系表達(dá)式：

實(shí)際輸出電壓如圖4所示，為20.5V，與理論值很接近。

證明該電路設(shè)計(jì)輸出電壓精度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

關(guān) 鍵 詞 開(kāi)關(guān)電源；有源功率因數(shù)校正；單周期控制

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671—7597（2013）022-040-1

開(kāi)關(guān)電源廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、通信、電力、軍事、生活等各個(gè)領(lǐng)域。隨著越來(lái)越多的開(kāi)關(guān)電源接入電網(wǎng)，其對(duì)電網(wǎng)的諧波危害日益嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，降低電源的使用效率。采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)（Active Power Factor Correction，APFC），實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的“綠色化”，降低電源對(duì)電網(wǎng)的諧波污染是電源接入電網(wǎng)的必要前提。

采用單周期控制的有源功率因數(shù)校正技術(shù)，能夠?qū)⑤斎腚娏鞯牟ㄐ涡Ｕ秊榕c輸入電壓同相的正弦波，提高整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電源對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。

1 單周期控制的APFC技術(shù)

APFC技術(shù)的基本原理為在不可控整流橋與濾波電容之間加入一個(gè)合適的功率變換電路，常用的為BOOST變換電路或者BUCK電路，通過(guò)控制變換電路中開(kāi)關(guān)管的通斷，來(lái)控制電感電流的大小，進(jìn)而控制交流側(cè)輸入電流的大小，將輸入電流校正成為與輸入電壓同相的正弦波。

采用單周期控制技術(shù)，通過(guò)設(shè)置輸出濾波電容大小，可以使得輸出電壓基本保持不變。圖1為采用單周期控制的Boost型APFC電路的原理框圖。

2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

電路的實(shí)驗(yàn)條件如下：額定功率250 W，輸入單相交流電壓120 V～250 V，頻率50 Hz，輸出直流電壓400 V，開(kāi)關(guān)頻率50 KHz。以下為電源中關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)。

2.1 升壓電感設(shè)計(jì)

在BOOST電路中，升壓電感主要起到儲(chǔ)能作用。在Ton期間，L上的電壓為Ui，電流增量為 ，在Toff期間，L上的電壓為Uo-Ui，電流減少量為IL（-），其中：

2.2 輸出濾波電容設(shè)計(jì)

輸出電容的選擇應(yīng)考慮以下因素：輸出電壓的大小及紋波值等效串聯(lián)電阻的大小，容許溫升等眾多因素。此外，在輸入交流電斷電的情況下，電容容量足夠大以保證一定的放電維持時(shí)間。在這些需要考慮的因素中，電容維持放電的時(shí)間需要的電容值最大，即電容只要滿足放電時(shí)間，就能滿足其他的要求。

考慮到電解電容存在ESR的作用，因此采用多只電解電容并聯(lián)使用。

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

使用MATLAB/Simulink對(duì)上述設(shè)計(jì)的電源電路進(jìn)行仿真分析，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，可以看出，由于BOOST變換器前端采用不控整流加大電容濾波電路設(shè)計(jì)，只有當(dāng)電源電壓絕對(duì)值高于電容電壓時(shí)二極管才能導(dǎo)通，從而有電流流過(guò)，其他時(shí)間二極管截止，電容放電，輸入電流為零。因此，當(dāng)輸入電流為尖峰狀，其中含有大量的奇次諧波，且與輸入電壓不同相，此時(shí)電源對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染，且電源的功率因數(shù)很低。而采用單周期控制技術(shù)，迫使輸入電流跟隨輸入電壓變化，使二者均為正弦波，且二者同相位，輸入電流中含有的諧波大多為幅值較小的高次諧波，低次諧波的含量很少，大大減少了電源對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，電源的功率因數(shù)可以達(dá)到0.99以上，提高了電能的利用率。

4 結(jié)論

基于單周期控制技術(shù)，對(duì)BOOST型APFC電路的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并使用MATLAB/SIMULINK完成了電路的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用單周期控制的有源功率因數(shù)校正技術(shù)，可以有效的將開(kāi)關(guān)電源中輸入電流的波形校正為與輸入電壓同相的正弦波，大大減少了電源對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。電路具有響應(yīng)快、控制效果好、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，具備很強(qiáng)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

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第9篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源 可靠性 三防設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)應(yīng)用于人們生活的方方面面，人們對(duì)開(kāi)關(guān)電源的的可靠性要求也在不斷的提高，開(kāi)關(guān)電源的可靠性是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。為此如何設(shè)計(jì)出可靠性性能高的開(kāi)關(guān)電源成為相關(guān)研究者重點(diǎn)研究的方向。

1 開(kāi)關(guān)電源可靠性設(shè)計(jì)

1.1 供電方式的選擇

集中式供電系統(tǒng)和分布式供電系統(tǒng)是開(kāi)關(guān)電源主要兩種供電方式，其中集中式供電系統(tǒng)會(huì)由于輸出間和傳輸距離不同的偏差，容易造成壓差，給整個(gè)供電的質(zhì)量造成影響，另外，集中式供電系統(tǒng)采用一臺(tái)電源集中供電，一旦該電源發(fā)生故障就會(huì)影響整個(gè)供電系統(tǒng)，分布式供電系統(tǒng)相比集中式供電系統(tǒng)供電質(zhì)量具有一定的優(yōu)勢(shì)，其供電電源和負(fù)載距離比較近，能夠有效改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，除此之外，還具有能源損耗小，傳輸效率高，節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，因此分布式供電星相比集中式供電具有一定的可靠性。在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，出于可靠性的考慮，通常都應(yīng)用分布式供電系統(tǒng)，

1.2 電路拓?fù)溥x擇

開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)非常多，有推挽式、半橋、全橋、單端正激式，單段反激式，雙管正激式，雙單端正激式、雙正激式等八種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雙橋或者半橋正激式電路開(kāi)關(guān)能夠滿足電源最大的輸入電壓，所以在選擇開(kāi)關(guān)管時(shí)比較容易，單端反激式、單端正激式、推挽式雙端正激式、電路拓?fù)洌溟_(kāi)關(guān)管的承受電壓大約是2倍的輸入電壓，給開(kāi)關(guān)管選擇帶來(lái)很大的困難。全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)單向偏磁飽和現(xiàn)象，容易造成開(kāi)關(guān)管損壞，半橋電路本身具有自動(dòng)抗不平衡的特點(diǎn)，可以有效改善開(kāi)關(guān)管損壞的現(xiàn)象。所以根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為了保證開(kāi)關(guān)電源的可靠性通常選用雙管正激式電路或者半橋電路。

1.3 控制策略

電流型PWM控制主要是中小功率電源中應(yīng)用的方法，其在電壓控制方面具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）比電壓型控制速度快，并且不出出現(xiàn)電流過(guò)大損壞開(kāi)關(guān)管的現(xiàn)象，降低了短路故障和過(guò)載現(xiàn)象；

（2）比電壓型紋波穩(wěn)定；

（3）容易補(bǔ)償，環(huán)路穩(wěn)定；

（4）快速的瞬態(tài)響應(yīng)和優(yōu)良的電網(wǎng)電壓調(diào)整率。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明50W開(kāi)關(guān)電源采用電流控制，輸出紋波大約為25mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比電壓控制型優(yōu)良。

硬開(kāi)關(guān)技術(shù)往往會(huì)受到開(kāi)關(guān)損耗的影響，一般情況下，其開(kāi)關(guān)頻率都在350kHZ之下，利用諧振原理的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，可以將開(kāi)關(guān)的損耗降低到零。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)具有諧振變換器和PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于大功率帶能源中。

1.4 元器件

元器件能夠直接影響開(kāi)關(guān)電源的可靠性，通常開(kāi)關(guān)電源中元器件失效主要有以下幾種原因。

1.4.1 質(zhì)量問(wèn)題

制造質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，解決的方法只有一個(gè)就是嚴(yán)格的選擇元器件，避免不成熟、劣質(zhì)的元器件投入使用，選擇有知名度的廠家，最大限度的避免因元器件質(zhì)量問(wèn)題影響開(kāi)關(guān)電源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性問(wèn)題

器件可靠性是常見(jiàn)的基本失效問(wèn)題，主要和元器件的工作應(yīng)力水平有關(guān)，因此需要選擇可靠性良好的元器件，在選擇元器件時(shí)將早期失效。密封性能不合格。穩(wěn)定性差、電參數(shù)不合格、外觀不合格的元器件剔除。在應(yīng)用元器件之前進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)進(jìn)行篩選，通過(guò)非破壞性試驗(yàn)可以明顯降低元器件可靠性的問(wèn)題，在進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)時(shí)需要讓普通電容器和電阻在室溫條件下，嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)試。

1.4.3 設(shè)計(jì)問(wèn)題

為了有效降低設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致的元器件失效，因此在選擇元器件時(shí)最好選用硅半導(dǎo)體，盡量少用褚半導(dǎo)體或者避免使用褚半導(dǎo)體，；最好使用集成電路，盡可能降低分離器件的數(shù)目；盡量使用玻璃封裝或者金屬封裝、陶瓷封裝的器件，杜絕使用塑料封裝的器件；設(shè)計(jì)的原則一般是不使用電位器，但是如果無(wú)法避免，就需要對(duì)電位器最好封裝措施，對(duì)于在惡劣環(huán)境下。例如潮濕、煙霧等，在設(shè)計(jì)時(shí)不要選用率電解電容，由于鋁電解電容自身的特性，導(dǎo)致其容易在惡劣的環(huán)境中發(fā)生腐蝕，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。在航天設(shè)備中應(yīng)用的元器件因?yàn)槌３Ｊ艿娇臻g粒子的影響，容易導(dǎo)致鋁電解電容發(fā)生分解。因此在選擇時(shí)盡量不要選用率電解電容。

1.4.4 能源損耗問(wèn)題

能源損耗問(wèn)題和元器件的工作應(yīng)力沒(méi)有關(guān)系，主要和元器件的工作的時(shí)間有關(guān)，例如鋁電解容易如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，鋁電解電容的電容液就會(huì)會(huì)被破壞，相應(yīng)的電電容容量就會(huì)降低，電解液沒(méi)損失40%，電容量就會(huì)下降20%。如果點(diǎn)容易的芯子出現(xiàn)干涸，就無(wú)法在繼續(xù)運(yùn)行，因此為了避免這種情況的發(fā)生，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，最好注明率電解電容的更換時(shí)間，在使用達(dá)到更換時(shí)間時(shí)，強(qiáng)制對(duì)其進(jìn)行跟換。

1.5 安全設(shè)計(jì)和三防設(shè)計(jì)

安全性是開(kāi)關(guān)電源重要的一項(xiàng)性能指標(biāo)，如果開(kāi)關(guān)電源不具有安全性就不可能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，還特別容易發(fā)生安全事故，從而導(dǎo)致發(fā)生無(wú)法挽回的重大損失。因此開(kāi)關(guān)電源必須要具有很高的安全性，那么在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，需做好防止觸電燒傷的措施，對(duì)于防觸電可以將輸出端設(shè)計(jì)為空，對(duì)于防燒傷控制其暴露在外面的機(jī)殼以及散熱性等零件不要讓去其溫度超過(guò)60度。在開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，密封的要求也非常高，因此對(duì)于要求密封的器件做好相應(yīng)的密封措施了對(duì)于暴露在空氣中的結(jié)構(gòu)，不要設(shè)計(jì)凹陷的結(jié)構(gòu)，做好防潮防腐蝕措施，對(duì)于開(kāi)關(guān)的電源結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用密封或者半密封的形勢(shì)隔絕不利的因素，在組建表面涂覆準(zhǔn)用的防潮、防霉菌、防鹽霧氫氣，避免任何對(duì)開(kāi)關(guān)電源不利的因素，保證開(kāi)關(guān)電源的可靠性。

2 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)關(guān)電源的可靠性和開(kāi)關(guān)電源設(shè)備的性能息息相關(guān)，因此保證開(kāi)關(guān)電源的可靠性保證開(kāi)關(guān)電源的設(shè)備的正常運(yùn)行，選擇合適的元器件，合適的拓?fù)潆娐窙](méi)做好安全設(shè)計(jì)和三防設(shè)計(jì)可以有效提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性。

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