电源设计论文范文

时间:2023-03-03 05:24:29

电源设计论文

电源设计论文范文第1篇

关键词:三端离线PWM开关;正激变换器;高频变压器设计

引言

TOPSwitch是美国功率集成公司(PI)于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片,是三端离线PWM开关(ThreeterminalofflinePWMSwitch)的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上,构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片,使外部电路简化,其工作频率高达100kHz,交流输入电压85~265V,AC/DC转换效率高达90%。对200W以下的开关电源,采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比,体积小、重量轻,自我保护功能齐全,从而降低了开关电源设计的复杂性,是一种简捷的SMPS(SwitchModePowerSupply)设计方案。

TOPSwitch系列可在降压型,升压型,正激式和反激式等变换电路中使用。但是,在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中,所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式:完全能量转换(电感电流不连续)和不完全能量转换(电感电流连续)。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的,动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化,和(或者)负载电流在较大范围内变化时,必然跨越两种工作方式,因此,常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是,要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式,在设计上是较为困难的。而且,作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计,由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用,在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难,对于初学者来说很难掌握。笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路,实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法,以供探讨。

1TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题

TOPSwitch的交流输入电压范围为85~265V,最大电压应力≤700V,这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。

图1是典型的单端正激变换器电路,设计时通常取NS=NP,Dmax<0.5(一般取0.4),按正激变换器工作过程,TOPSwitch关断期间,变压器初级的励磁能量通过NS,D1,E续流(泄放)。此时,TOPSwitch承受的最大电压为

VDSmax≥2E=2Vmax=742V(1)

大于TOPSwitch所能承受的最大电压应力700V,所以,TOPSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。

2TOPSwitch在单端正激变换器中的应用

由式(1)可知,TOPSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题,是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值,如果能降低关断期间的电压应力,使它小于700V,则TOPSwitch仍可在单端正激变换器中应用。

2.1电路结构及工作原理

本文提出的TOPSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即NS=2NP。

TOPSwitch关断时的等效电路如图2所示。

若NS与NP是紧耦合,则,即

VNP=1/2VNS=1/2E(2)

VDSmax=VNP+E=E=1.5×371

=556.5V<700V(3)

2.2最大工作占空比分析

按NP绕组每个开关周期正负V·s平衡原理,有

VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T](4)

式中:VNPon为TOPSwitch开通时变压器初级电压,VNPon=E;

VNPoff为TOPSwitch关断时变压器初级电压,VNPoff=(1/2)E。

解式(4)得

Dmax=1/3(5)

为保险,取Dmax≤30%

2.3去磁绕组电流分析

改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后,变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡,初级绕组最大励磁电流为

im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT(6)

式中:Lm为初级绕组励磁电感。

当im(t)=Ism时,B=Bmax,H=Hmax,则去磁电流最大值为

Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)

式中:lc为磁路长度;

Ipm为初级电流的峰值。

根据图2(b)去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为

下面讨论当NP=NS,Dmax=0.5与NP=NS,Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等,即两种情况下励磁绕组的安匝数相等,则有

Im1NP1=Im2NP2(10)

式中:NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数;

NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数;

设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感,则有

Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流;

Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。

由式(10)及Lm1,Lm2分别与NP12,NP22成正比,可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为

(NP1)/(NP2)=0.5/0.3

及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)

当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为

Ism1=Im1=Im(13)

Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im(14)

将式(10)~(14)有关参数代入式(8)~(9)可得到,当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为

Is1=1/4ImImIs1=0.408Im(Dmax=0.5)

Is2≈0.29ImIs2=0.483Im(Dmax=0.3)

从计算结果可知,采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。因此,在选择去磁绕组的线径时要注意。

3高频变压器设计

由于电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。

3.1磁芯的选择

按照输出Vo=15V,Io=1.5A的要求,以及高频变压器考虑6%的余量,则输出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯,实际选取能输出25W功率的磁芯,根据有关设计手册选用EI25,查表可得该磁芯的有效截面积Ae=0.42cm2。

3.2工作磁感应强度ΔB的选择

ΔB=0.5BS,BS为磁芯的饱和磁感应强度,由于铁氧体的BS为0.2~0.3T,取ΔB=0.15T。

3.3初级绕组匝数NP的选取

选开关频率f=100kHz(T=10μs),按交流输入电压为最低值85V,Emin≈1.4×85V,Dmax=0.3计算则

取NP=53匝。

3.4去磁绕组匝数NS的选取

取NS=2NP=106匝。

3.5次级匝数NT的选取

输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降,设输出电流为2A时的线路压降为7%,则空载输出电压VO0≈16V。

取NT=24匝。

3.6偏置绕组匝数NB的选取

取偏置电压为9V,根据变压器次级伏匝数相等的原则,由16/24=9/NB,得NB=13.5,取NB=14匝。

3.7TOPSwitch电流额定值ICN的选取

平均输入功率Pi==28.12W(假定η=0.8),在Dmax时的输入功率应为平均输入功率,因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12,则IC=0.85A,为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控,实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值,即ICN>1.7A。所以,我们选择ILIMIT=2A的TOP225Y。

4实验指标及主要波形

输入AC220V,频率50Hz,输出DCVo=15(1±1%)V,IO=1.5A,工作频率100kHz,图3及图4是实验中的主要波形。

图3中的1是开关管漏源电压VDS波形,2是输入直流电压E波形,由图可知VDS=1.5E;图4中的1是开关管漏源电压VDS波形,2是去磁绕组电流is波形,实验结果与理论分析是完全吻合的。

5结语

电源设计论文范文第2篇

1)实际导通时栅极偏压一般选12~15V为宜;而栅极负偏置电压可使IGBT可靠关断,一般负偏置电压选-5V为宜。在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰,最好在栅射之间并接两只反向串联的稳压二极管。

2)考虑到开通期间内部MOSFET产生Mill-er效应,要用大电流驱动源对栅极的输入电容进行快速充放电,以保证驱动信号有足够陡峭的上升、下降沿,加快开关速度,从而使IGBT的开关损耗尽量小。

3)选择合适的栅极串联电阻(一般为10Ω左右)和合适的栅射并联电阻(一般为数百欧姆),以保证动态驱动效果和防静电效果。根据以上要求,可设计出如图1所示的半桥LC串联谐振充电电源的IGBT驱动电路原理图。考虑到多数芯片难以承受20V及以上的电源电压,所以驱动电源Vo采用18V。二极管V79将其拆分为+12.9V和-5.1V,前者是维持IGBT导通的电压,后者用于IGBT关断的负电压保护。光耦TLP350将PWM弱电信号传输给驱动电路且实现了电气隔离,而驱动器TC4422A可为IGBT模块提供较高开关频率下的动态大电流开关信号,其输出端口串联的电容C65可以进一步加快开关速度。应注意一个IGBT模块有两个相同单管,所以实际需要两路不共地的18V稳压电源;另外IGBT栅射极之间的510Ω并联电阻应该直接焊装在其管脚上(未在图中画出),而且最好在管脚上并联焊装一个1N4733和1N4744(反向串联)稳压二极管,以保护IGBT的栅极。

2实验结果及分析

在变换器的LC输出端接入两个2W/200Ω的电阻进行静态测试。实验中使用的仪器为:Agi-lent54833A型示波器,10073D低压探头。示波器置于AC档对输出电压纹波进行观测,波形如图5所示。由实验结果看,输出纹波可以基本保持在±10mV以内,满足设计要求。此后对反激变换器电路板与IGBT模块驱动电路板进行对接联调。观察了IGBT栅极的驱动信号波形。由实验结果看,IGBT在开通时驱动电压接近13V,而在其关断时间内电压接近5V。这主要是电路中的光耦和大电流驱动器本身内部的晶体管对驱动电压有所消耗(即管压降)造成的,故不可能完全达到18V供电电源的水平。

3结论

本文首先按照带有缓冲电路的反激变换器模型建立了DCM模式下反激变换器各种参数的计算方法,利用各类关系推演了反激变压器储能转换率的表达式。该方法简洁且物理意义明确,适用于单片开关电源为基础的小功率反激变换器计算。美中不足的是未能将次级线圈的铜损考虑在内。若将此作为考虑因素,则反激变压器的电感将是一个反复迭代的计算过程。作为工程实践,本文提出的方法是可操作的。另外,本脉冲激光电源的IGBT驱动电路仅仅满足了最基本的逆变开关要求。若要构建完善的驱动电路,还需要加入欠压锁定、过流告警乃至过热保护等功能,以保护作为脉冲激光电源核心的IGBT模块。

电源设计论文范文第3篇

本设计是DC/DC直流开关电源设计,首先将开关电源与线性电源进行对比,总结了开关电源的优点,并对其当前的发展以及在发展中存在的问题进行了描述,然后在对开关电源的整体结构进行了介绍的基础上,对开关电源的主回路和控制回路进行设计:在主回路中整流电路采用单相桥式、功率转换电路采用单端正激功率转换电路、采用增加副边绕组的方法实现多路输出,其中功率转换电路(DC/DC变换器)是开关电源的核心部分,对此部分进行了重点设计;控制电路采用PWM控制,控制器采用开关电源集成控制器GW1524、设计了过压保护电路、电压检测电路和电流检测电路,对各个部分的参数进行了计算并进行了元器件的选型。

【关键词】DC/DC变换器、PWM控制、整流、滤波。

Abstract

Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.

Keyword:DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.

1概述

电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。

1.1开关电源的基本原理

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比调整输出电压,开关电源的基本构成如图1-1所示,DC-DC变换器是进行功率变换的器件,是开关电源的核心部件,此外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。反馈回路检测其输出电压,并与基准电压比较,其误差通过误差放大器进行放大,控制脉宽调制电路,再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间,从而调整输出电压。

1.2开关电源与线性电源的比较

是先将交流电经过变压器变压,再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压,要达到高精度的直流电压,必须经过电压反馈调整输出电压。它的缺点是需要庞大而笨重的变压器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,而且电压反馈电路是工作在线性状态,调整管上有一定的电压降,在输出较大工作电流时,致使调整管的功耗太大,转换效率低,还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要,将逐步被开关电源所取代。

1.3开关电源的发展与应用

当前,开关电源新技术产品正在向以下"四化"的方向发展:应用技术的高频化;硬件结构的模块化;软件控制的数字化;产品性能的绿色化。由此,新一代开关电源产品的技术含量大大提高,使之更加可靠、成熟、经济、实用。

开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),这样缩小了整机的体积,方便了整机设计和制造。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件间不再有传统的引线相连,这样的模块经过严格、合理的、热、电、机械方面的设计,达到优化完善的境地。

开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳定电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。而当我们把开关电源的研究扩大到可调高电压、大电流时,以及将研究新技术应用于DC/AC变换器,即开拓了大功率应用领域,又使开关电源的应用范围扩大到了从发电厂设备至家用电器的所有应用电力、电子技术的电气工程领域。作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础的开关电源,它的产品展现了广阔的市场前景。例如,发电厂的贮能发电设备、直流输电系统、动态无功补偿、机车牵引、交直流电机传动、不停电电源、汽车电子化、开关电源、中高频感应加热设备以及电视、通讯、办公自动化设备等。

1.4开关电源当前存在的问题

当我们对该技术进行深入研究后却发现它仍然存在着一些问题需要解决,而且有的问题还带有全局性:采用定频调宽的控制方式来设计电源,都以输出功率最大时所需的续流时间为依据来预留开关截止时间的,则负载所需的功率小于电源的最大输出功率时就必然造成了工作电流的不连续;"反峰电压"是开关导通期间存入高频变压器的励磁能量在开关关断时的一种表现,而励磁能量只能在、也必须在开关关断后的截止期间处理掉,既能高效处理励磁能量又能有效限制反峰电压的办法是存在的,那就是要及时地为励磁能量提供一个"低阻抗通道",并且为励磁能量的通过提供一段时间,但"单调"控制方法不具备这一条件;高频变压器的磁通复位问题;传统的电流取样方法是在功率回路中串联电阻,效率不高,这个问题向来是电源技术,尤其是以小体积、高功率密度见长的开关电源技术发展的"瓶颈";高频开关电源的并联同步输出问题。

以上的问题看似彼此独立,其实它们之间存在着一定的关联性解决这些问题,也许还是一条艰难而漫长的路。

2整流电路的设计

整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。

2.1整流电路的选择

单相整流电路有两种:电容输入型电路和扼流圈输入型电路

电容输入型的基本电路如图2-1:(a)为半波整流电路(b)为中间抽头的全波整流电路(c)桥式整流电路(d)倍压整流电路。

扼流圈输入型基本电路,用于负载电流I0较大的电路,扼流圈L的作用是抑制尖峰电流。

两种基本电路的比较如下:(1)开关电源多采用脉宽调制方式,空载时开关晶体管的导通时间非常短。其导通时间随开关电源的设计方法不同而异,也有采用控制开关晶体管电路的延时进行的间歇开关工作,这时,若采用扼流圈输入型整流电路,接近空载时,扼流固变为临界值,逆流电路由扼梳阂输入型变为业为电容输入型。为此,从满载到空载变动时,整流输出电压变动较大,空载时有可能进入间歇开关领域。(2)开关电源的特点是效率高而体积小,若使用扼流圈时,为提高负载调整率需要接入扼流圈以及阻尼电阻。(3)扼流圈可能与次级侧滤波回路产生谐振。

电源设计论文范文第4篇

但我的朋友又披露了另一个统计数字:他设计的典型电路板上有约30个独立的电源网络。每个电源网络都有不同的标称电源电压、精度以及调整率;在有些情况下,这些标称电压只相差十分之几伏。再则,每个电源网需要有自己的稳压器以及一系列去耦电容器,以便控制从近乎直流直至几百千赫带宽内的旁路阻抗。设计师必须分析并实现每个电源网络的供电与返回路径,以及大量的PCB板走线。在最终设计中,直流电源子系统的走线与电容器要占去电路板面积的一大部分。设计师必须精心建立所有这些因素的模型,以确保电流路径得当,以及IR压降很小。在达到这些电流电平时,这可不是件简单的工作。

然而,高质量电源子系统与其配电系统之间却存在一个难题。尽管供电在任何系统中都是一种不可或缺的功能,但它却无法获得用户的直接赞赏或认同。用户需要的是额外的特性、功能和性能;供电被看作设计中固有的部分。增加特性有利于营销宣传,并获得更多的利润,而电源网络的元件成本和占板面积却没有这些好处。事实上,有些人会把电源子系统占用的电路板面积看作没有意义的负担,就像财务部门或邮件收发室一样。

我希望,你作为系统设计师或电路设计师能对物料清单上的元器件的选择产生重大影响。我的这位朋友指出,为最大限度地减小电源网络的负担,你可以做几件基本工作。首先,要帮助电源子系统设计师开发设计一组基本的稳压器(可以使用线性稳压或开关稳压技术),这样,你就可以在电路板上重用这些设计。为了使这项工作有价值,你还应该根据每一个标称电压来平衡电流负载,使之处于同一范围内,因为你找不到一种经济实惠设计能支持10mA和1A两种负载。

其次,你还必须律已。面对浩瀚的IC世界,切忌贪婪心态。要选择那些共同使用标称电压较少的元件。要努力寻找符合数据表规格的部件,尽管其电源调整率为5%,因为更严格的规格会限制电源的灵活性。要使用标准的多输出电源的电压组合(最好来自多个厂家),这样就可以成对地选择不同的输出电流和调整率,以支持多个IC,而不是仅仅支持一两个IC。

电源设计论文范文第5篇

关键词:防腐电源监控节点单片机

金属发生腐蚀的现象随处可见。腐蚀给金属材料造成的直接和间接损失是巨大的,以至造成灾难性的破坏事故,引起严重的环境污染。研究表明,因腐蚀造成的损失一般占国民生产总值的3%~4%,其中约有15%是可以通过现有的防腐技术避免的,而阴极保护技术的发展又是与防腐技术的进步分不开的。

防腐电源是阴极保护技术中最为关键的设备。由于易腐蚀的金属构件大部分分布在野外或者地下,并且分布范围广,如石油管道、输电线路、海上平台等,所以必然要求发展可靠性高、智能化的新型防腐电源,并且要求通过工业网远程采集现场数据,进行计算分析,实现远程控制,从而提高现场设备的可靠性,实现无人管理。

1防腐电源系统的结构组成

阴极保护技术简单地说就是测量被保护金属构件的电位(即管地电位),并根据其大小变化,调节补偿保护电流大小,起到对金属构件的保护作用。图1是远程监控防腐电源系统示意图。

很显然,防腐电源是阴极保护系统中最核心的设备,其监控系统要能对其电位、电流、电压等运行参数进行检测与控制,实现网络化监控,满足实时、快速响应的要求。

2监控节点的硬件设计

系统硬件由两块电路板组成。一块为模拟板,主要对来自防腐电源的测量信号进行滤波、放大、采样保持,以及自动选择放大倍数等;一块为数字板,主要完成采样信号的模/数转换、计算(消除噪声并还原信号)、参数设置和数据传输[1]等。监控系统的总体框图如图2所示。

监控系统直接测量的是防腐电源现场的电信号,包括电压信号和电流信号。防腐电源的现场环境恶劣,待测信号中夹杂着诸多干扰信号。前置调理电路包括差模放大电路和有源滤波电路,用来抑制现场信号中的共模干扰信号和高频干扰信号。系统通过485总线与上位机进行通讯,使用约定的协议交换数据。

2.1模拟电路设计

模拟电路框图如图3所示,其中Vinl、Vin2、Iinl、I-in2为从防腐电源现场采集的信号。由于待测信号比较微弱,现场环境又比较恶劣,待测信号中叠加了很多干扰信号,为了从噪声中提取出有用的信号,采用差模调理电路和有源滤波电路相结合的调理电路对输入信号去干扰,然后通过电压分档电路估算信号的范围,提供给单片机。单片机根据给定的信号计算出合适的放大倍数,进而控制可编程放大器AD526的放大倍数,将已调理的信号放大到有效范围,输入到数字板上的AD574进行模/数转换。

2.1.1信号调理设计

通过试验对现场信号进行分析,发现干扰信号主要来自电源线的耦合干扰、电源的瞬态电压干扰和外部电磁辐射干扰。因此,这部分电路的作用有两个:一是根据干扰信号的频率特点设计滤波电路,有效地滤除干扰信号;二是对输入信号适当放大,完成阻抗转换。

2.1.2自动增益调节电路的设计

调理好的信号通过多路模拟开关进行逐一选定和处理。信号通过模拟开关后,一路进入分档电路测定范围,另一路进入放大单元放大到合适的工作范围。

AD526是专用五级变增益运放,增益级数为G=1、2、4、8、16,增益控制输入脚有三个。设计中将两个AD526串联,这样就构成了1~256增益的放大单元,变增益放大电路如图4所示。

该电路由8个电压比较器构成分档电路,单片机读取其输出信号,根据得到的分档信号设定合适的放大倍数,控制放大单元的工作,实现自动调整增益,保证每路信号都能放大到A/D的最佳工作范围,满足高精度、宽范围的设计要求。

2.2数字电路设计

数字电路框图如图5所示。单片机80C51是本系统的核心,通过扩展ROM增加系统的数据存储容量。A/D为数据采集模块,D/A为标准电流控制信号输出模块,MAX485是与上位机进行通讯的模块,Vin为模拟部分的输出信号。

2.2.1通讯接口设计

系统通过485通讯接口与上位机通讯,交换数据。RS-485采用的是一对平衡差分信号线,为半双工通讯方式。RS-485对于多站连接是十分方便的,其标准允许最多并联32台驱动器和32台接收器,这足以满足一个中型构件的多点防腐系统的要求。总线两端接匹配电阻,提高了抗干扰能力。RS-485传输速率最高为10Mbit/s,最大电缆长度为1200m。考虑到现场工作环境的恶劣性,使用TVS管实现了防雷功能,保护系统不受瞬间高压破坏,提高了运行的可靠性。

2.2.2标准控制电流输出设计

上位机将接收到的数据进行处理,运用一定的控制算法得出所需要的反馈控制信号。由于防腐电源为模拟器件电路,无法直接接收数字控制信号,因此必须通过单片机转换成模拟信号,才能控制电源工作。

系统中采用的AD421是一种单片高性能数/模转换器。它由电流环路供电,16位数字信号以串行方式输入,5~20mA电流输出,可实现远程智能工业控制。其数字输入信号通过光电隔离保证信号的准确有效,输出为标准的电流信号,具有较强的抗干扰能力,可以直接驱动相关的模拟器件。

3监控节点的软件设计

为了提高程序编写效率,采用了目前广泛使用的MCS-51单片机高级语言C51作为软件开发工具[4]。

监控系统的整个程序主要由主程序、三个中断处理程序、两个计算程序组成。完成的主要功能是:系统复位后的初始化、控制采样、进行A/D转换、根据采样值进行信号处理、选择放大倍数(量程)、控制通讯接口传送数据等。主程序流程图如图6所示[5]。

电源设计论文范文第6篇

配电系统的基本单元是馈线。馈线的首端经过高压降压变压器与高压配电网相连接,末端经低压降压变压器与用户相连。我国馈线电压等级大多是10kV,每条馈线上线路成树状分布,以辐射形网络连接若干台配电变压器。馈线的不同位置分布有若干负荷,这些负荷种类繁多,随机性大,要准确地描述比较困难。为方便研究,文章采用静态恒功率模型来表示各节点的负荷。考虑到配电网电压较低,线路长度较短,设定以下假设条件:各节点负荷三相对称,三相线路间不存在互感。然后将所有线路阻抗均折合到系统电压等级,得出馈线模型。分布式电源的接入可以提高系统的整体电压水平,其接入位置与节点电压幅值密忉相关。相同容量的分布式电源接在配电线路的不同位置,对线路的电压分布产生的影响差别很大,接入点越接近线路末端节点对线路电压分布的影响越大,越接近系统母线对线路电压分布的影响越小。因此,在配电网规划及分布式电源接入系统设计时,需要根据分布式电源的性质、容量确定合理的接入点,确定合理的控制方式,只有这样才能改善线路的电压质量,提高供电可靠性。

2分布式电源接入系统

2.1分布式电源的分类

一般可以根据分布式电源的技术类型、所使用的一次能源及和与电力系统的接口技术进行分类。按照技术类型可分为小型燃气轮机、地热发电、水力发电、风力发电、光伏发电、生物质能发电、具有同步或感应发电机的往复式引擎、燃料电池、太阳热发电、微透平等,按照一次能源可分为化石燃料、可再生能源;按照与电力系统的接口可分为直接相联、逆变器相联;按照并网容量分,可分为小型分布式电源和大、中型分布式电源。小型分布式电源主要包括风力发电、光伏发电、燃料电池等;大、中型分布式电源主要包括微型汽轮机、微型燃气轮机、小型水电等。

2.2微网技术简介

微网是一个小型发配电系统,由分布式电源、相关负荷、逆变装置、储能装置和保护、监控装置汇集而成,具有能量管理系统、通讯系统、电气元件保护系统,能够实现自我调节、控制和管理。微网既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。从其内部看,微网是一个个小型的电力系统。从外部看,微网是配电网中的一个可控的、易控的“虚拟”电源或负荷。微网系统如图3所示。

2.3将分布式电源组成不同类型的微网

目前,比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式。在城镇配电网中,风力发电、燃料电池、光伏发电发电容量远小于配网负荷,对于这些小容量的分布式电源,采用与附近负荷组成微网的形式并入配网系统,通过技术措施使微网内的发电功率小于其负荷消耗的功率,使这些“不可见”的分布式电源完全等效为一个负荷。针对发电出力达到最大、负荷功率最小的工况,根据发电出力与负荷消耗功率的差值及持续时间计算出需要存储的电量,该电量作为储能装置容量的一个约束条件,再考虑其他的约束条件,为微网配置容量合理的储能装置。当出现发电出力大于负荷消耗功率时,将这部分电量存到储能装置中,在负荷功率高于发电出力时,再将这部分电量释放掉。大型的微型燃气轮机多用于需要稳定的热源、冷源的工商企业,以实现热、电、冷三联供,这些企业的负荷稳定,易于预测。微型燃气轮机的发电功率由用户对供热和供冷的要求决定,发电功率也易于预测。这样,以这些微型燃气轮机为分布式电源的微网是可控、易控的。将分布式电源纳入到微电网,并将其分为纯负荷性质的微网和发电、负荷可控的微网两种,有效的解决了分布式电源潮流不可控的难题,给配电网的调度、运行带来的极大的方便。

2.4微电网接入系统方案

纯负荷性质的微网在配网中是一个内部带有电源的负荷,将其接入到配网馈线的中间至末端,可有效地改善配电网电压分布,降低配电网网损。当微网内分布式电源突然故障或者失电时,由配电网对微网内的负荷进行供电,此时配电线路潮流增大,微网内的电压会发生跃变,如电压幅值变化超过用电设备允许值,将会对用电设备造成损坏。针对这种情况,可以利用微网内的储能装置将存储的能量进行逆变,有效地支撑电压,避免产生电压跌落,减少电压波动,有效的保护用电设备。当配电网失电时,微网自动脱网孤岛运行,孤岛的运行方式由微网内部自行控制,对配电网的故障分析、检修、试验不产生影响。对于发电、负荷可控的微网,尤其是容量较大的,在配电网规划及接入系统设计时,需统一考虑中接入位置对配电网电压、继电保护、安全自动装置的影响,需要进行充分的论证,必要时可采用专线接入系统,以确保配电的安全、可靠运行,充分发挥分布式电源的经济效益和社会效益。

3结束语

文章分析了分布式电源接入配网后对电压的影响,并根据分布式电源的不同性质,利用微电网技术,将分布式电源纳入到纯负荷性质的微网和发电、负荷可控的微网,解决了分布式电源潮流不可控的难题,并在配网规划中,对这两类微网接入配网馈线的位置提出建议,达到了改善配电网电压分布、降低网损的作用。影响分布式电源接入系统的因素很多,比如短路电流、继电保护、安全自动装置等,需要在今后继续研究。另外大容量储能技术不成熟是制约分布式电源应用的关键因素,待大容量储能解决后,分布式电源将更加广泛的应用。

电源设计论文范文第7篇

摘要:小康住宅电源插座设置数量选用布置供电回路

电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备,也是住宅电气设计中使用较多的电气附件,它和人们生活有着十密切的关系。现在居民搬进新房后,普遍反映电源插座数量太少,使用极不方便,造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板,经常引起人身电击和电气火灾事故,给人身财产平安带来重大隐患。所以,电源插座的设计也是评价住宅电气设计的重要依据。笔者根据国外以及我国有关住宅规范及标准,结合多年来的实践提出住宅电源插座的数量及布置要求,供参考。

1电源插座设置数量的规定

(1)国家标准《住宅设计规范》(GB50096-1996)第6.5.4条规定,电源插座的

数量应不少于表1的规定;

(2)小康住宅电气设计《设计导则》中第4.3.5条规定,小康住宅中设置的插座数量不少于表2中的规定;

(3)《上海市工程建设规范》(DGJ08-20-2001)12.2.2条规定,电源插座设置数量应不少于表3的规定;

(4)“江苏省住宅设计标准”(DB32/380-2000)中规定,每套住宅内电源插座的设置,应符合表4中的规定;

(5)香港非凡行政区政府机电工程署1997年版《电力(线路)规例工作守则》家庭用途的装置及用具中规定,电源插座数量应不少于表5中的规定;

(6)美国国家电气法规NEC的第210-52(a)条对电源插座的布置作了更量化的规定。其中两个电源插座间的距离不得超过3.6m,因为美国规定家用电器电源线长达1.8m,一个家用电器如不能自左侧接电源插座,定能自右侧接电源插座,如图所示;

(7)小康住宅是由建设部在各大城市指导建设,面向21世纪的大众住宅,其定位标准是“科技先导,适度超前”。这将是我国住宅产业未来发展的方向。很显然,国家标准“住宅设计规范”中的电源插座数量偏少,参照国内外住宅电源插座设置数量标准,根据目前使用和超前发展的要求,建议住宅内电源插座的设置数量应不少于表6的要求。

2电源插座的选用和设置要求

2.1电源插座的选用

(1)电源插座应采用经国家有关产品质量监督部门检验合格的产品。一般应采用具有阻燃材料的中高档产品,不应采用低档和伪劣假冒产品;

(2)住宅内用电电源插座应采用平安型插座,卫生间等潮湿场所应采用防溅型插座;

(3)电源插座的额定电流应大于已知使用设备额定电流的1.25倍。一般单相电源插座额定电流为10A,专用电源插座为16A,非凡大功率家用电器其配电回路及连接电源方式应按实际容量选择;

(4)为了插接方便,一个86mm×86mm单元面板,其组合插座个数最好为两个,最多(包括开关)不超过三个,否则采用146面板多孔插座;

(5)对于插接电源有触电危险的家用电器(如洗衣机)应采用带开关断开电源的插座。

2.2电源插座设置位置要求

电源插座的位置和数量确定对方便家用电器的使用。室内装修的美观起着重要的功能,电源插座的布置应根据室内家用电器点和家具的规划位置进行,并应密切注重和建筑装修等相关专业配合,以便确定插座位置的正确性。

(1)电源插座应安装在不少于两个对称墙面上,每个墙面两个电源插座之间水平距离不宜超过2.5m~3m,距端墙的距离不宜超过0.6m。

(2)无非凡要求的普通电源插座距地面0.3m安装,洗衣机专用插座距地面1.6m处安装,并带指示灯和开关;

(3)空调器应采用专用带开关电源插座。在明确采用某种空调器的情况下,空调器电源插座宜按下列位置布置摘要:

①分体式空调器电源插座宜根据出线管预留洞位置距地面1.8m处设置;

②窗式空调器电源插座宜在窗口旁距地面1.4m处设置;

③柜式空调器电源插座宜在相应位置距地面0.3m处设置。

否则按分体式空调器考虑预留16A电源插座,并在靠近外墙或采光窗四周的承重墙上设置。

(4)凡是设有有线电视终端盒或电脑插座的房间,在有线电视终端盒或电脑插座旁至少应设置两个五孔组合电源插座,以满足电视机、VCD、音响功率放大器或电脑的需要,亦可采用多功能组合式电源插座(面板上至少排有3个~5个不同的二孔和三孔插座),电源插座距有线电视终端盒或电脑插座的水平距离不少于0.3m;

(5)起居室(客厅)是人员集中的主要活动场所,家用电器点多,设计应根据建筑装修布置图布置插座,并应保证每个主要墙面都有电源插座。假如墙面长度超过3.6m应增加插座数量,墙面长度小于3m,电源插座可在墙面中间位置设置。有线电视终端盒和电脑插座旁设有电源插座,并设有空调器电源插座,起居室内应采用带开关的电源插座;

(6)卧室应保证两个主要对称墙面均设有组合电源插座,床端靠墙时床的两侧应设置组合电源插座,并设有空调器电源插座。在有线电视终端盒和电脑插座旁应设有两组组合电源插座,单人卧室只设电脑用电源插座;

(7)书房除放置书柜的墙面外,应保证两个主要墙面均设有组合电源插座,并设有空调器电源插座和电脑电源插座;

(8)厨房应根据建筑装修的布置,在不同的位置、高度设置多处电源插座以满足抽油烟机、消毒柜、微波炉、电饭煲、电热水器、电冰箱等多种电炊具设备的需要。参考灶台、操作台、案台、洗菜台布置选取最佳位置设置抽油烟机插座,一般距地面1.8m~2m。电热水器应选用16A带开关三线插座并在热水器右侧距地1.4m~1.5m安装,注重不要将插座设在电热器上方。其他电炊具电源插座在吊柜下方或操作台上方之间,不同位置、不同高度设置,插座应带电源指示灯和开关。厨房内设置电冰箱时应设专用插座,距地0.3m~1.5m安装;

(9)严禁在卫生间内的潮湿处如淋浴区或澡盆四周设置电源插座,其它区域设置的电源插座应采用防溅式。有外窗时,应在外窗旁预留排气扇接线盒或插座,由于排气风道一般在淋浴区或澡盆四周,所以接线盒或插座应距地面2.25m以上安装。距淋浴区或澡盆外沿0.6m外预留电热水器插座和洁身器用电源插座。在盥洗台镜旁设置美容用和剃须用电源插座,距地面1.5m~1.6m安装。插座宜带开关和指示灯;

(10)阳台应设置单相组合电源插座,距地面0.3m。

3电源插座供电回路

(1)住宅内空调器电源插座、普通电源插座、电热水器电源插座、厨房电源插座和卫生间电源插座和照明应分开回路设置;

(2)电源插座回路应具有过载、短路保护和过电压、欠电压或采用带多种功能的低压断路器和漏电综合保护器。宜同时断开相线和中性线,不应采用熔断器保护元件。除分体式空调器电源插座回路外,其他电源插座回路应设置漏电保护装置。有条件时,宜按分回路分别设置漏电保护装置;

(3)每个空调器电源插座回路中电源插座数不应超过2只。柜式空调器应采用单独回路供电;

(4)卫生间应作局部辅助等电位联结;

(5)厨房和卫生间靠近时,在其四周可设分配电箱,给厨房和卫生间的电源插座回路供电。这样可以减少住户配电箱的出线回路,减少回路交叉,提高供电可靠性;

(6)自配电箱引出的电源插座分支回路导线截面应采用不小于2.5mm2的铜芯塑料线。

参考文献

1香港非凡行政区政府机电工程署编.《电力(线路)规例工作守则》1997

2北京市建筑设计探究院编.《建筑电气专业设计技术办法》中国建筑工业出版社,1998

3《住宅设计规范》(GB50096-1999).中国建筑工业出版社,1999

4李天恩主编.《小康住宅电气设计》北京中国建筑工业出版社,1999

5全国建筑电气设计技术协作及情报交流网编.建筑电气设计通讯.2001;1

6国际铜业协会(中国)编.《住宅建设应满足电气平安和远期负荷增长的要求》2000

7《江苏省住宅设计规标》(DB32/390-2000)

电源设计论文范文第8篇

监控系统的硬件是系统运行的保障。在本设计中,底层数据采集层采用了各种温度、湿度及电压电流传感器来采集数据,为了将所采集的数据及时地传送至现场数据汇总节点,采用了基于ZigBee技术的无线传感网技术。传统监控系统的底层数据传输大多采用类似于CAN的总线结构,这种方式可靠性强且速度快,但是不太适用于经常有所变化的场合。而无线传感网可以很好地解决这一问题。图2所示是每一个监控节点的结构,主要由传感器单元、处理器单元、无线通信单元来组成,每个电源模块的数据采集后,首先在这里进行简单的处理,然后传至汇节点。在每一个数据采集现场,都会设置一个数据处理中心,这个数据处理中心由嵌入式系统来担任。本设计选择了Atmel公司的AT91SAM9G45处理器,该处理器频率可达400MHz,结合了通常需要用到的用户界面功能与高速数据传输接口,包括一个7寸LCD显示屏和一个触摸屏、摄像头接口、音频、10/100M以太网以及高速USB以及SDIO,拥有极高的性能以及网络带宽,足以满足系统的应用。操作系统选用嵌入式Linux。该处理器接受来自于底层数据采集模块的数据,对数据进行相应的处理并上传至控制中心,而同时接受来自于控制中心的命令,对现场电源模块的运行进行控制。系统通过CGI(commongatewayinterface)接口完成WEB客户端与WEB服务器的连接,从而使操作人员可以从任何一个浏览器上实现系统数据的查询与控制命令的下达。CGI接口原理图如图3所示,Web服务器把接收到的有关信息放入环境变量,然后再去启动所指定的CGI脚本以完成特定的工作,CGI脚本从环境变量中获取相关信息来运行,最后以HTML格式输出相应的执行结果返回给浏览器端。由于用户能传递不同的参数给CGI脚本,所以CGI技术使浏览器和服务器之间具有良好的交互性[2]。

2监控系统软件系统设计

监控系统的软件部分采用模块化开发方式。整个系统共分为初始化、数据采集管理、控制与维护、人机界面、通信、系统维护等六个模块。在这六个模块中,数据采集管理模块及控制维护模块是整个监控系统的核心模块。数据采集模块可以分为模拟量采集与处理模块、数字量采集与处理模块、报警处理模块三个部分,分别负责系统模拟量和数字量的采集、汇总、处理、存储、转发等工作,同时在分析数据的基础上对系统的运行状态进行分析和判断,如果系统运行状态存在发生故障的可能性,就相应发出报警信号。系统的控制和维护模块的主要功能是接收来自于数据采集模块的数据及初判结果,并根据结果进行电源运行状态的管理,其中包括对系统的自检、故障自诊断、程序复位、系统安全等方面的功能。除此之处,还要完成对其他模块的调度。

3总结

本文所设计的通信电源监控系统分为三层。第一层为数据采集层,采用以ZigBee技术为核心的无线传感网来作为数据采集和短距离传输的媒介,具有灵活性强且传输速度快的特点。但是由于无线传感节点的工作稳定性不高,因此,在设计时应该加大数据的冗余度,以保证数据的可靠性。在数据采集层设置现场数据融合中心,由基于AT91SAM9G45处理器的嵌入式系统担负,负责接受来自于无线传感网数据的收集、融合、初步处理、上传,以及接受来自于上层的指令,完成远程控制功能;第二层为数据传输层,本设计利用了3G网络来构建远程通信网,具有工作范围广、传输速率高及可靠性好的优点,如果通信基站是建在了没有3G信号的地方,则可以利用当地的公共通信网,如2G或者Internet网络来构建通信层;第二层为远程控制中心,在远程控制中心设置大型服务器,其上运行应用程序,完成数据的汇总、处理、分析、显示等功能,同时根据相应结果进行故障判断及发出报警信号。为了加强远程控制功能,系统还利用CGI接口与WEB服务器相连,以实现只要是有浏览器的地方,就可以进行远程监控的功能。

上一篇:医疗市场论文范文 下一篇:地质学教学论文范文

友情链接