电源电路设计范文

电源电路设计篇1

关键词：恒流源 PSpice 集成运算放大器 仿真

中图分类号：TM933.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0118-02

恒流源，是一种能向负载提供恒定电流的电路，在电阻的测量、温度的测量、金属杨氏模量的测量等许多场合中得到了广泛应用[1]。目前，在国内常见的模拟电子技术实验教材中，少见有恒流源电路的实验内容，为此，有必要将一些典型实用的恒流源电路引入实验教学，以增进学生的理解。

1 负载悬浮式的恒流源实验电路设计

1.1 理论分析

1.2 负载特性分析

1.3 电路的温度特性分析

3 结语

本文介绍了两种简单实用的恒流源电路，分别是负载悬浮型与负载接地型，并在ORCAD/PSPICE16.3软件中分别举例实现了一个1A的电流源以及一个10 mA的电流源，并对电路的负载特性、温度特性进行了仿真分析，结果证明其在一定范围内精度较高，具有很好的通用性。由于恒流源的稳定性主要取决于集成运算放大器以及采样电阻，所以在实际应用当中要注意选择高精度的运算放大器芯片（如OP07等）以及温漂小的电阻（普通电阻的温漂系数大约在0.05%/℃以上，此电路中R可选取温漂系数为5×10-4%/℃的电阻），要根据电流的大小选择合适的晶体管或场效应管[3]。目前，该两种电路已分别在某工业控制产品中得到了应用，通过在实验项目中引入这两个电路，让学生得到了训练，了解了恒流源电路的原理及应用特点。

参考文献

[1] 凌向虎.自制恒压恒流电源在物理实验中的应用[J].物理与工程，2008，18（3）：17-19.

[2] 刘东梅，陈飞鸣，王晓媛.基于OrCAD/PSpice15.7的无损均匀线实验研究与实践[J].实验技术与管理，2011，28（4）：73-75.

电源电路设计篇2

关键词：波纹；开关电源；晶体管

引言

在用电控制的仪器设备中，都需要稳压电源，由于价格、功率等的要求，因此设计人员更倾向于使用开关电源，而很少使用线性电源。开关电源的优势在于转换效率高，最高可以达到将近97%，另外开关电源重量轻、体积小。开关电源最大的缺点是输出的纹波和噪声电压较大，而这一性能影响到仪器设备的运行，特别是对于需要处理小信号的仪器中，电源产生的噪声可能会干扰输入的信号，使得仪器无法正确运行。如何处理好电源的噪声，有很多方法[1][2]，本文通过一个典型电源电路分析开关电源产生纹波和噪声的原因及减小纹波和噪声的措施，并详细探讨了电源各部分电路的原理功能和实现的方法。

1干扰产生分析

电信号干扰分为：噪声（nois）和纹波（ripple）两种，其表现形式为图1形式。噪声的定义是指在直流电压或电流中，叠加了振幅和频率上完全无规律的交流分量。该分量会干扰电路的分析、逻辑关系，影响其设备正常工作。纹波是指叠加在直流电压或电流上的交流信号，会降低电源的效率，严重的波纹更有可能会损坏用电设备，另外波纹还会干扰数字电路的逻辑关系，影响设备工作状态。通常的开关电源输出的直流电压中叠加了由噪声和波纹引起的交流信号。波纹主要是由于开关电源的开关动作造成的，而波动的频率跟开关的频率是一致的，大小取决于输入、输出电容的参数。作为开关的元件都有寄生的电感与电容，当元件在电流流动变化工作时，会产生电压与电流的浪涌，这些浪涌信号都会在电源产生干扰信号。浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。该峰值电流远远大于稳态输入电流，这种瞬时过电流称为浪涌电流，是一种瞬变干扰。噪声电压主要跟电源的拓扑结构、电路中的寄生参数、工作的电磁环境以及印制电路板的布线有关。当信号较小的时候，会产生干扰的信号。图2（a）是实验信号波形，（b）是小信号上叠加了干扰的波形。干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声，干扰的产生来自多方面，电路设计不合理、器件使用不当、工作环境干扰、电源噪声等，其中电源产生的噪声是常见主要的原因，而这些干扰信号会造成后续电路一系列的处理误差，所以在要求较高的场合，这样的噪声是必须要解决的。

2解决措施

开关电源电路一般由整流平滑电路、集成开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路、次级侧整流平滑电路等构成。其工作原理：开关电路供应稳定电压和平滑的电流，是本电路的主要部分，开关晶体管的集电极电流决定电源的输出电流。纹波的解决措施[3][4]主要有：调整电感和电容参数、增加电容电阻缓冲网络。

2.1调整电感和电容参数

电流波动与电感参数、以及输出电容大小有关，通常电感值越小，波动越大，输出电容值越小，波纹越大。因此可以通过增大电感值和输出电容值来降低波纹。在这里以BUCK型开关电源为例，当开关电源工作时，提供的电压不变，但是电流会变化，为了稳定电源的输出电流，在如图4（a）的指示位置并联一个电容C+。通过增加电感值的方法来减小波纹的做法是受限的。因为电感越大，体积就越大。电感的取值可以这样计算：假定输入电压为Vin，输出电压为Vo，工作频率为f，输出电流为I，电感中电流的波动值为驻I的话，有：在电路调试过程中发现，随着C+不断增加，减小波纹的效果会越来越差，同时增加f，会增加开关损失。因此可以通过再加一级LC滤波器的方法来改善，如图4（b）所示。LC滤波器抑制波纹的效果较好，只要根据需要除去的纹波频率选择合适的电感电容即可。

2.2增加电容电阻缓冲网络

在二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻与电容取值要经过反复试验才能确定，一般选择电阻为10Ω-100Ω，电容取4.7pF-2.2nF。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。

3电路设计及实测

根据以上分析，设计出了一种开关稳压电源如图5所示，采用可控硅触发方式。通过整流放大后的波纹去触发可控硅的导通，当整流电压值为零时，可控硅自动关断。只要用输出电压的变化来控制触发信号的前沿，即可实现稳压。稳压电路主要由可控硅、4个晶体管和1个变压器等组成，如图5所示。我们在multisim环境下对该电路进行仿真，效果非常好。再用实际电路搭试，并加上30欧姆纯电阻阻抗后，选取了7个测试点，测试波形见图6所示。图中变压器T、二极管D1～D4和电容器C1-4组成整流滤波电路，测试点1电压纹波波形见图6中1的图像，显然是在全波整流后的纹波出现；电阻R2、R3和隔直电容C5组成取样电路，测试点2电压纹波波形见图6中2的图像；控制可控硅的纹波信号测试点3、4电压纹波波形见图6中的3、4的图像；隔直后的测试点5电压纹波波形见图6中的5的图像；线圈T2控制信号的初级波形见图6中7的图像；线圈T2次级控制可控硅信号见图6中6的图像。当电压没有纹波时，线圈T2不发挥作用，但当电压有波动时（纹波），则自动控制可控硅工作，抑制电压的波动。在电路中的电感对抑制电压的波动也起到了良好的作用，其电感值可以根据电压的大小和对纹波的要求进行适当的选择。该电路在最后的输出功率可以达到110W，当负载发生变化10-104欧姆时，电压变化的范围大约是1毫伏。

4结束语

本文对开关电源噪声与纹波的产生原因和抑制方法进行了分析和讨论，并设计出了一种晶体管开关稳压电源电路，观察仿真实验，可以得出该设计能够抑制一定的电源噪声与波纹。在实际中，需要依据产品的参数，如体积、成本等问题综合考虑，选择合适的设计方法。

参考文献：

[1]梁凯.开关电源的电磁兼容性设计[J].电源技术应用，2007，10（2）：18-23.

电源电路设计篇3

关键词:DC/DC直流升压;PMOLED;单色显示屏;驱动设计

中图分类号:TM320文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)21-0018-03

有机发光二极管显示器OLED是一种即将给显示器产业带来革命性变化的新兴自发光的显示技术,其发光原理是当电荷通过某种有机材料以后就会发光。与液晶技术相比,OLED具备面板厚度更薄、对比度更高、响应速度更快、更节能、更轻的特点,而且不存在可视角度的问题,最核心的优点是OLED采用一种自发光技术,因此不需要背光。

1DC/DC直流升压电源电路设计

目前,由于OLED被广泛应用于便携式产品,因此其功耗至关重要。电源IC必须能以最高的效率工作,并尽可能降低功耗,以便尽可能延长电池的工作时间,尤其是在显示器不工作时。

OLED驱动方式属电流驱动,以驱动方式可分为无源驱动PMOLED与有源驱动AMOLED两种。PMOLED无源方式的构造较简单,驱动电压仅为单路输出的正电源,驱动视电流决定灰阶,主要应用在小尺寸产品上,它的分辨率及画质表现较好。适合PMOLED应用的理想电源器件应该具有一个非常高效的升压转换器,能够在便携式应用中的电池电压下工作,或者在器件中的预整流供电下工作。输出负载断开和低待机电流等功能对减少显示屏不被照明时电池的漏电有很重要的作用。理想的电源器件必须具有外接元件少和封装尺寸小等特性,从而可以尽量缩小小型手持设备的显示器的尺寸。

ISL97702这种器件有一种突发模式以及双输出电压选择功能,用以在轻载电流下保持转换器的效率和电源的节约。它还具有浪涌电流限制、短路保护和关机期间负载隔离等功能。尽管具有这些功能,但设计中电路在开关电路中仅用到了两只电容器、三只电阻器和一个升压电感器,基于ISL97702的DC/DC直流升压电源电路图如图1所示。

1.1电感和电容的选择

升压电路在2.3～5.5V的电压范围内工作,这一范围覆盖了所有锂离子电池的输入电压范围,并且还能在预整流的3V或5V工作,此类应用所需的输出电压范围是2～30V。为使升压电路达到最佳工作状态,选择合适的元件非常重要。元件主要包括电感和输出电容,其将影响到升压控制环路的稳定性。升压转换器采用的外部补偿电路需要合理选择补偿元件。ISL97702带有内部补偿网络,设计要求电感和电容值在一定的范围内。ISL97702可与低至3.3μH的电感结合,以减小器件尺寸。但是,较低的电感值可能导致器件工作不连续,从而增加输出纹波,因此最好选择能保持连续工作模式的电感值,同时,选择的电感还必须能够满足应用要求的峰值和平均电流。

输出电容的选择原则是确保升压环路的稳定工作,输出电容的电容越高,输出电压的纹波就越小。具体选择时需要在纹波和元件数量/成本之间综合考虑。输入端电容用于将输入电流和经过电阻的开关电流隔离。

1.2双输出电压的选择

当OLED在暗淡模式下工作时,可以通过降低输出电压来显著地节省功耗,因此为OLED电源选择的最佳电源IC应包含能够提供这一功能的电路。使用两条独立的、以一个简单的逻辑输入信号进行选择的反馈电路,就可以实现这一功能。通过这种简单的方式,可以实现PMOLED所采用的“亮暗关”节能技术。

输出电压由连接在输出引脚和反馈参考引脚间的分压电阻进行设置,反馈电压与内部设置的参考电压比较后用于控制输出电压。输出电压的精度取决于反馈参考的精度和反馈网络中使用的电阻值。电路中反馈电压被设定为1.15V±2%。当选择引脚(SEL)被设定为低电平时,反馈引脚FB0就与参考电压进行比较,同时引脚FB1接地,用以提供反馈地参考;当引脚SEL为高电平时,引脚FB1被用作参考,引脚FB0接地。

2单色PMOLED显示屏驱动电路设计

OLED显示器是由众多的像素点组成,这些像素点按行、列排成矩阵,显示图像时,按行扫描或按列扫描,无源矩阵的基本结构框图如图2所示:

其中“行”是由公共驱动器PT6807依次选通,“列”则是由列选择器PT6808根据图形要求来开通。例如,图中假如第一行只有第一个OLED导通就只有大约0.3mA,而假如第二行是所有OLLED都选通,而每一行一共有100个OLED,则其总电流大约为33mA。也就是说,其总电流是由每一行中的OLED数,就是其象素数决定。因为OLED的亮度是由其电流决定的,所以保持电流的稳定是很重要的。列驱动通常采用P沟道器件作为电流源。为保证其工作于饱和区,至少需要有2伏电压,这样其输出电流随VDS的变化将会小于1%每伏。当某一行有很多OLED导通时,它的总电流就比较大。这时在连接电极上就会有较大压降,从而使VDS降低。而这种压降又取决于显示的图形,而且是不可避免的。所以必须将电流受VDS的变化而变化的灵敏度降至最低。同时输出电流的不均匀性也受到驱动器件的不一致性的影响,这种不均匀性可以靠提高VGS工作电压和版图匹配技术来减小。

128×128点阵模块驱动接口如图3所示:

2.1行驱动电路设计

PT6807是点阵OLED图形显示系统64路行驱动器,它利用CMOS技术,提供64个移位寄存器和64路输出驱动,PT6807自己产生时钟信号用来控制PT6808列驱动器。

PT6807可以设计为主,从两种模式,为OLED驱动显示提供方便;主/从模式选择由控制脚MS来控制,在主模式下,选择MS脚为高电平,输入/输出脚DIO1,DIO2,CL2只作为输出脚来用;在从模式下,MS脚被置为低电平,输入/输出脚CL2作为输入来用,而DIO1,DIO2的状态由SHL脚来决定。

晶振电路:主模式下,可由R、C、CR端来决定时钟频率;在从模式下,晶振电路的R,C端为悬空状态,CR端接高电平。

显示占空比选择:显示占空比靠输入脚DS1,DS2的状态来决定;在主模式下根据DS1,DS2脚的设置来选择占空比,有四种占空比1/48,1/64,1/96,1/128可供选择;在从模式下,DS1,DS2脚与电源VDD相连。

移位时钟和相位选择:PCLK2用来选择移位数据是在CL2时钟信号的上升沿,还是下降沿移出;数据移位方向的选择由MS,SHL脚来控制。

2.2列驱动电路设计

PT6808是点阵OLED图形显示系统64路列驱动器,它也利用CMOS技术,并提供显示RAM、64位数据锁存、64位驱动和解码逻辑,内部显示RAM用来存储由八位微处理器传来的显示数据,它根据存储数据产生点阵OLED驱动信号,与PT6807(行驱动器)配合使用。

输入缓存用来允许和禁止PT6808,当输入输出数据和指令被执行时,CS1B和CS3必须处于工作状态,不论CS1B和CS3处于任何状态,RSTB和ADC都可以正常操作,并且内部状态不会改变。

输入寄存器用来与MPU接口,并临时存储要写入显示RAM的数据,当CS1B和CS3处于工作状态时,输入寄存器通过R/W和RS来选定,数据通过MPU被写入输入寄存器,然后写入显示RAM中,数据在E信号的下降沿被锁入,通过内部操作自动写入显示RAM中。

输出寄存器:当CS1B和CS3处于工作状态,并且R/W和RS为高电平时,输出寄存器用来临时存储显示数据RAM,也即显示数据RAM中的存储数据被锁存到输出寄存器。当CS1B和CS3处于工作状态,R/W为高,RS为低时,状态数据(忙检测)可以被读出。

为了读出显示数据RAM中的内容,需要访问读指令两次,在第一次访问中,显示数据RAM中的数据被锁存到输出寄存器中,在第二次访问中,MPU读锁存数据。这就是说,在读显示数据RAM时需要一次假读,但是,在读状态数据时不需要假读。

为了克服在工作过程中当OLED亮度较高时的自动关屏问题,在写入数据之前应该查看该项,若关屏,则将其打开,以保证OLED屏的正常工作。其中判断是否关屏,若关闭则将其自动打开子程序如下:

Rs=0; // rs为数据/指令选择脚

r_w=1; // r_w为读/写输入脚

e =1; // e为允许信号输入脚

busy = P3; // P3接数据线端口

e = 0;

if(busy&0x20==0x00) // 若为真,表示已关屏

{com=0x3f; // com为形参

wr_command(com);} // wr_command()是写命令子程序

3结语

本文介绍了适用于便携式产品的128X128小尺寸PMOLED的DC/DC直流升压电源技术及显示屏驱动技术,并给出了详细的设计思想和具体电路。OLED电源及显示驱动技术将越来越多地应用在汽车音响、MP3、测量仪器仪表等产品中,期望本设计能向OLED电子产品设计者提供有价值的参考。

参考文献

[1]王兆国.数字电路技术[M].北京:清华大学出版社,1999.

[2] 孙余凯.稳压电源设计与技能实训教程[M].北京:电子工业出版社,2007.

[3] 赵亮,侯国锐.单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[4] Intersil公司.手持设备中的无源OLED显示供电方案[J].电子技术应用期刊,2008,(12).

电源电路设计篇4

关键词：电路 延续教学 Multisim

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0225-02

电路是高校电子与电气信息类的重要专业基础课。课程主要分析电路中的电磁现象，研究电路的基本规律和电路的分析方法。为学生学习后续的电子与电气信息类后续课程准备必要的电路知识，在整个课程体系中具有承前启后的重要作用。而随着课程教学改革的发展，在技术基础课程中也越来越强调对学生实验研究能力、动手操作能力、实践创新能力的培养。电路课程作为一门重要的技术基础课，在课程延续教学部分也应加强开展综合性复杂实验的教学。为此我们尝试将“多路直流电源设计”的综合性实验引入了电路课程延续教学中。

延续教学作为课程正常教学的有益补充，采用什么样的教学形式开展是教师们在设计教学方案时深深思考的问题。除了常规的通过习题课、答疑讲解加深对理论知识的理解，开展各种形式的实验教学也是十分有必要的。实验教学除了课内的基础实验、验证性实验，课后的延续教学部分进行一些电子设计制作，对锻炼学生的动手能力，提高学生的学习热情和积极性都是十分有好处的。

直流电源在原来的教学安排中我们是在模拟电子技术基础课程中介绍的。但实际上，学生对二极管的单向导电性在高中阶段就有所接触。在电路课程中学习过电容、电感特性，变压器原理后，向学生介绍直流电源的组成原理学生也比较容易接受。这时候在课后延续中引入多路直流电源设计的综合性实验，与实际联系紧密，在理论学习之后，将电路具体实现出来，学生兴趣比较大。电路课程与后续的模拟电子技术基础课程都属于电子电路，本就有着千丝万缕的联系。在电路课程中就开始学习Multisim软件仿真，对后续模电的学习也是十分有帮助的[1]。

1 原理介绍

在实验进行之前，教师需要对实验的理论基础即直流电压源的工作原理加以介绍。直流电压源通常由交流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组成，如图1所示。其中交流变压器负责降压，把220 V的交流电网电压降低到合适的交流电压值；整流电路的作用是将方向变化的交流电压变成方向单一的脉动直流电压；滤波电路则将脉动的直流电压转变为较为平滑的直流电压；最后的稳压电路负责清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压的稳定。教师可以重点讲解整流电路[2]。而整流电路的关键在于方向的变化，因此很容易引导学生想到利用二极管的单向导电性来实现整流。接下来主要介绍单相桥式整流电路的结构，讲解桥式整流电路4个二极管构成桥臂，两两交替导通的工作原理。滤波电路部分简单地使用电容元件进行滤波即可。稳压电路则采用三端集成稳压元件W7800和W7900系列来实现。

2 仿真

在学习完实验理论知识部分之后，学生还需要进一步熟悉实验使用的各种元器件，熟悉电路的工作原理和组成。电子分析的仿真软件在这里能够给我们带来极大的帮助。Multisim电路仿真软件是美国国家仪器（NI）有限公司推出的电路仿真软件，具有界面友好，元器件和测量仪器丰富，分析工具强大等优点，是进行电子设计分析的好帮手。学生通过在电脑上采用虚拟的电子元件连接电路，可以掌握常用电子元器件的功能作用、基本参数和测量方法。而且在软件中可以随时根据仿真结果调整电路参数，避免了实验失败带来元器件烧毁的风险。仿真软件提供了丰富的分析仪器，弥补了实验室可能缺少某些不常用仪器的不足。通过软件仿真，学生可以完成从电路设计、元件选取、测试优化、参数调整的一系列过程，锻炼了学生的动手能力和分析能力，也为实际电路的实现打下了良好的基础。多路直流电源的Multisim仿真电路如图2所示。

3 电路实现

学生在认真研究了电路原理并进行电路仿真之后，对每一个电路元件的作用、电路的组成结构都比较熟悉了，这时我们就可以进入实验室进行实物操作了。教师可以先向学生介绍一下面包板和各种电路元器件的使用注意事项。学生通过原理学习和电路仿真，对电路元件已经有了一个感性认识，通过实物操作，更增强了对电路的理性认识。电路逐级连接，逐级测试。遇到问题分析解决。哪一级电路不能出现仿真预计的结果，问题在哪里，需要通过学生自己动手分析解决，锻炼了学生分析问题解决问题的能力。而且由学生自己解决的问题，学生印象更为深刻。在解决各种繁琐问题的过程中，也培养了学生细致耐心的实验习惯。各种常用测量仪器，万用表、双踪示波器的使用，对学生后续电子课程会十分有帮助。原理学习、电路仿真、实物操作整个过程的完成，对培养学生的综合素质和创新意识、工程意识都会大有裨益。学生能够独立完成一个常用电路的制作，也是非常有成就满足感的，促进了学生对电路学习的兴趣。由学生自己连接的多路直流电源电路实物照片如图3所示。

4 结语

直流电源是模拟电子技术课程中很重要的一个知识点。我们在电路课程中开展多路直流电源设计的综合性实验，在电路课中就让学生对直流电源的基本原理和概念有所了解。而Multisim仿真的使用学习，早早接触电路仿真，对于学生后续课程模拟电子技术和数字电子技术课程的学习都很有好处。通过多路直流电源的综合性实验的原理学习、软件仿真、电路实现这样一个完整的过程，学生能够自己完成一个实用电路的制作，极大地激发了学生学习的热情和积极性，同时加深了学生对理论知识的理解，锻炼了学生的动手能力和操作能力，对理论教学也会起到良好的促进作用。

⒖嘉南

[1] 付扬.依托课后延续教学平台提升学生实践能力[J].实验技术与管理，2014（31）：262-264.

电源电路设计篇5

关键词：直流开关电源 控制电路 TOP247YN 电路

中图分类号：TN86 文献标识码：A

引言

目前，各种各样的开关电源以其小巧的体积、较高的功率密度和高效率正越来越得到广泛的应用。伴随着电力系统自动化程度的提高，特别是其保护装置的微机化，通讯装置的程控化，对电源的体积和效率的要求也在不断提高。可以说，适应各类开关电源的控制集成电路功能正在不断完善，集成化水平不断提高，外接原件也是越来越少。开关电源的研制生产正在日趋简化，成本也日益下降，而且集成控制芯片种类也越来越多。

针对开关电源，其中的控制电路部分发挥着很大作用，对于一个电路是否能够输出一个稳定的直流电压，反馈环节就显得尤为重要。如今，在直流开关电源中，大都采用PWM控制方式来调整占空比从而进一步来调整输出电压[1]。在开关电源中，控制电路通常都是采用集成控制芯片来加以控制。

在本文设计中，考虑到小型、高效的设计初衷，控制电路部分决定采用集成化程度较高的单片开关电源芯片TOP247YN，通过它可把MOSFET和PWM控制电路较好地集成在一起，这样可使得芯片电路更简单而实用，从而使得设计出的开关电源更加小型化。

1、 TOP247Y的基本工作原理及主要工作过程

在本文设计中采用的TOP247Y就是属于第四代开关器件。

其主要工作原理是：TOP247Y控制芯片是利用反馈电流IC来通过调节占空比D，从而达到稳定输出电压的目的，属于PWM控制类型中的PWM型电流反馈模式。当输出电压升高时，经过光耦反馈电路使得IC增加，则占空比将减小，从而达到稳压的目的[3]。反之亦然。

TOP247Y控制芯片内部主要工作过程：在启动的过程中，当滤波后的直流高电压加在D管脚时，MOSFET起初处于关断状态，在开关高压电流源连接在D管脚和C管脚之间，C管脚的电容被充电。当C管脚的电压VC达到5.8V左右时，控制电路被激活并开始软启动。在10ms左右的时间内，软启动电路使MOSFET的占空比从零逐渐上升到最大值。如果在软启动末期，没有内部的反馈和电流回路加载管脚C上，高电压电流源将转向，C管脚在控制回路之间通过放电来维持驱动电流。

芯片自身消耗的过电流是通过内部电阻RE转到S脚。这个电流是通过内部电阻RE控制MOSFT的占空比来提供闭合回路的调节。这个调节器有一个有限的低输出电阻ZC，可设定误差放大器的增益，被用在主要的控制回路。在控制回路中，动态变化的电阻ZC以及内部的C管脚电容可以设定主极点。当出现错误的情况时，如开环或输出短路时，可以阻止内部电流进入C引脚。

C引脚的电容开始放电到4.8V，在4.8V时，自动重启被激活，使得输出MOSFET关断，把控制回路钳位在一个低电流的模式。在高电压电流源打开，有继续给电容充电。内部带迟滞电源欠压比较器通过使高电压电流源通断来保持VC的电压在4.8V到5.8V的区域内。

2、开关电源芯片的电路选择

TOP系列的控制芯片的控制引脚C的电路基本类似，在本文设计中，C6选择0.1uF。电容C7选择47uF/10V的低成本电解电容。而串联电阻R8选择为6.8Ω/0.25W的电阻。■

参考文献

[1] 沙占友. 新型单片开关电源的设计与应用[M] . 北京：电子工业出版社， 2001.

[2] 杨 旭，裴云庆，王兆安. 开关电源技术[M] . 北京： 机械工业出版社， 2002.

[3] Brown M.开关电源设计指南[M].第2版，徐德鸿，等译.北京： 机械工业出版社， 2004.

电源电路设计篇6

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。

1 TOPSwitch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。

2 TOPSwitch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=1/4Im  ImIs1=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。

3.7 TOPSwitch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

电源电路设计篇7

关键词：SCT，逆变，电源

Abstract: This paper introduces a single-chip microcomputer as the core controller, to the output voltage of the inverter power supply system, and the realization of frequency change, providing convenience for different voltage requirements for electrical equipment.

Keywords: SCT, inverter, power supply

中图分类号： TN86文献标识码：A文章编号：

一、系统总体方案设计

本系统是以STC12C5A60S2单片机作为主控制芯片而实现的逆变电源，驱动元件使用的是IR2110，，单片机产生SPWM波的方法是采用等面积法，采用此方法可以实现正弦波的输出，频率可以调节是通过对程序的控制来实现的，进而最终可以设计出直流到交流的逆变过程。

1.1、脉宽调制器（SPWM）

用STC12C5A60S单片机，此单片机为新一代的51单片机，它的flash为64k，具有两路的PWM输出，脉宽可以通过软件的方式来调节，优点是：不仅具有较高的精度，而且具有不复杂，价格不高的电路。

1.2、SPWM控制方案

有两种SPWM控制的方案：单极性与双极性调制法。在单极性法中生成的SPWM信号有正、负和0三种电平，在双极性法中生成的却仅有正、负两种电平。通过对比二者产生的SPWM波可以得知：当二者的载波比相同时，双极性SPWM所生成的波中所含谐波量较单极性的要大；而且在正弦逆变电源控制当中，双极性SPWM波控制不够简单。所以最终选择了单极性SPWM波的控制方案。

1.3、驱动方案的选取

驱动MOS管的方式可以选择简单的电路，在简化电路的同时，稳定性也加强了。IR公司的IR2112芯片驱动能力较强，高边驱动电源可以通过非常简单的电路来获得，所以设计选取IR2112。

二、系统硬件电路方案设计

2.1、主控电路的硬件设计

本设计的主要控制芯片是STC12C5A60S2单片机, 通过控制逆变电路的关断导通来实现SPWM波的产生。

2.2、驱动电路的方案设计

使用IR公司的IR2110芯片来对功率管进行驱动。因为一个IR2110驱动一个半桥，所以全桥逆变器选用2片IR2110来进行驱动。采用MOSFET来作为输出侧逆变电路中开关管，它的耐压为100V，要重视自举电容跟自举二极管的选取，选取好之后，输出逆变的电路如下图所示:

2.3、逆变电路的方案设计

为了稳定的输出交流电压，设计选用了全桥逆变电路，此电路由双半桥组成，通过对比之后，发现该系统较为稳定的同时也易于控制，基于IR2112控制的全桥驱动电路，两片IR2112芯片组成全桥逆变电路如下图所示：

三、系统软件电路方案设计

3.1、逆变电源软件程序设计

本设计的电源软件选用模块化设计。单片机内部ROM 中固定了系统程序，也有一些子程序在里面。这些子程序具有时钟、初始化系统等的功能。

在主程序模块中，需要完成的工作有：初始化各芯片、设计中断向量等。

3.2、SPWM波生成方案软件设计

3.2.1、正弦脉宽调制技术SPWM

依据软件化方法的不同由单片机实现SPWM控制的方法有：自然、规则采样法等。规则采样法相比于其它方法在理论上谐波偏小，有较强的对谐波的抑制能力的同时实时控制也不复杂，这样对于软件的实现就很有利。综上，本设计实现SPWM控制的方法选用的是规则采样法。

为了达到采样法的效果与自然采样法的效果相接近的目的，所以选取规则采样法。选取的目的是能够使得SPWM波形的每个脉冲都与三角波中心线相对称，所以这样就大大简化了计算。在图中，三角波就是载波，要想使得输出的正弦波为调制波，那么每半个正弦波的载波数就得为a，载波的周期就得为。控制逆变电路的关断可以在在载波与正弦波的交点处实现，设导通时间为，依据公式：，其中正弦调制信号波为=，正弦波幅 值与载波幅值的比值为调制度b， SPWM脉宽表的特点是正弦表，它是通过上式计算得出的，对输出交流电压有效值的控制可以通过改变调制度b的值来实现。

3.2.2、驱动电路设计STC12C5A60S2单片机生成SPWM波软件设计

选用单片机产生SPWM波原理是：PCA模块l的16位捕获／比较模块寄存器CCAPlH和CCAPlL来获得载波周期的数值，通过将PCA定时器的值CH、CL与模块捕获寄存器的值进行对比之后，如果二者相等，那么PCA就会产生中断。在中断当中，脉宽调节模式将下一个SPWM波的脉宽装载到了CCAPOL中，无干扰的更新PWM就可以通过此方法来实现。具体的流程图如下：

不同的脉宽数值在每个固定的载波周期内形成了一个类似于正弦表格的形式。如果此路SPWM的输出采用模块O，那么应该先将模块0的PCA模块工作模式寄存器定义为8位的PWM模式，清零16位计数器定时器CH、CL，清零PCA PWM模式辅助寄存器O ，当然了前提是要能确保捕获的寄存器EPCOH、EPC0L为零，与PCA模块0的捕获寄存器CCAPOH、CC2APOL有关的仅仅是PWM波比较的数值，载波周期的高八位和低八位数值通过模块l的捕获寄存器CCAPlH、CCAPlL来获得，PCA比较／捕获模块寄存器1定义为使能比较功能，匹配产生中断是可以被允许的。在第一个脉宽值sin[0]装入CCAP0H之后， PCA模块中断打开以及低压检测中断也可以打开，开总的中断，将PCA计数启动。在16位计数器／定时器的与模块1中捕获／比较寄存器的数值相等时，一个CCF中断将会产生；在中断的程序当中，中断标志位清零，模块1的捕获寄存器CCAPlH、CCAPlL的载波周期的高八位和第八位数值将被重新载入，清零16位计数器定时器CH、CL，中断的次数i加1，下一个脉宽的数值sin[i]被装入CCAPOH以进行比较。此时应当对是否到达最大数值N进行判断，如果达到了，那么就清零中断次数i的同时将脉宽数的sin[i]值送入CCAP0H，从而形成了一个循环。如此下去，一次又一次的循环，随着正弦规律变化不断产生的脉宽将发生在P1．3的引脚上，进而最终可以准确的得到SPWM波。通过软件来实时计算好的一路单极性SPWM波形的脉宽的表示图如下图所示。

四、结束语

本文所设计的电源具有诸如用户操作简单、比较容易上手、比较敏捷的有点的同时也具有方便安装、比较智能的优点，现代的电力电子正在迅猛发展，很多领域都需要逆变电源，再加上逆变电源的诸多优点，相信逆变电源以及相关产品在随着现代人类文明的进步的同时会在一些领域得到很好的应用。

参考文献

[1] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展[M].北京：电子工业出版社，2009

[2] 钟睿.MCS-51单片机原理及应用开发技术；北京：中国铁道出版社，2006.7

[3] 杨欣等.51单片机应用实例详解[M].北京：清华大学出版社，2010

电源电路设计篇8

关键字:跳变 渐变 振荡 频率

引言:

随着人们生活水平的提高和城市基础建设的加快,灯的用途早已不只是用于照明,在城市的亮化工程和各种大、小型的广告招牌中大显身手。

1、八路流水灯控制器的设计

本控制器的主要功能是完成八路彩灯(包括桥梁灯、护栏灯以及各种大型广告招牌的霓虹灯)的控制。本控制器电路可分为5v电源、555振荡电路、计数器、程序存储器eprom、可控硅触发电流驱动电路。

555振荡电路如图所示,一个脉冲周期中高电平脉冲宽度t1=ln*(r1+r2)*c,低电平宽度t2=ln*r2*c,脉冲周期tw=t1+t2。

用npn型三极管9013放大可控硅的触发电流。d为高电平时9013饱和导通,电流经过可控硅的t1、g极和9013的集射极流向地端;低电平时9013截止,可控硅关断。为了使9013工作在开关状态,其基极限流电阻不宜取得过大,一般取100或200欧姆。为了减轻7805的负载,9013集电极电源vcc由变压器输出的9v电压经过4个二极管桥整提供,而不是由7805提供,集电极限流电阻为100欧,其消耗功率为p=(0.9*(文秘站:)v)*(0.9*v)/r=0.64w,驱动电流i为0.81a,v为变压器输出电压9v。

2、霓虹灯的7彩渐变控制器的设计

7彩渐变的主要原理是,三基色混色实现7种颜色的变化,渐变则采用输出波形的脉宽调制,即霓虹灯导通的占空比,在扫描速度很快的情况下利用人眼的惰性达到渐变的效果。

此电路的电源、计数、程序存储部分与前面的一样。由于可控硅的性能,即使在触发电压电流都变为零时,只有交变电压到来是才会关断,固输出控制开关采用n沟道的场效应开关管irf460,驱动也由原来的电流驱动改为电压驱动。如图,当d为高电平时,9013饱和导通,vce约为零伏,场效应开关管的栅源极电压也为零伏,场效应开关管关断;当d为低电平时,9013截止,vce等于vcc的电压,场效应开关管的栅源电压也为vcc,此时场效应开关管导通。