稳压电源的设计与制作范文

稳压电源的设计与制作篇1

【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<0.1欧；（5）输出最大纹波电压<10mv。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：

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[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）.

稳压电源的设计与制作篇2

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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：

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[5] 李建仁，章治国，吴限，王强. 直流变换器软开关技术综述[J].微电子学， 2012，（01）

稳压电源的设计与制作篇3

【关键词】列车电源；供电系统；车载视频监控

1.引言

由于列车的特殊环境关系，许多用电设备正是因为电源部分的原因无法在列车上正常工作，车载监控仪虽然有着宽电压输入但是由于输入电压低也无法工作。针对此种情形，必须用可靠的系统来完成电源的转换管理工作。本文提供的电源的系统主要用于列车车载视频监控，对于其它类似的产品设备也有一定的适用性。

国内列车都采用DC110v辅助供电系统(如图1所示)为列车上的设备供电，该供电系统同时用于对蓄电池进行充电。国内自行研制开发的电力机车和内燃机车的蓄电池是列车的辅助供电系统的主要组成部分，机车没有从电网取电前，采用蓄电池为机车辅助回路供电，完成各种辅助回路机构的动作，如控制和保护装置的运行[1]。由于供电系统的复杂性，列车上的用电设备多，电路复杂，所以对电设备对可靠性、稳定性要求比较高，因此设别的电源系统必须提供稳定、可靠的电压、电流。

2.设计原理

视频监控仪从列车辅助供电系统取电经过处理后给电源模块VI-JT1供电，该模块输出稳定的12V电源。12V电源分为两部分，一部分供给车载的摄像头，另外一部分供给主板。主板上的12V经过变压处理后得到可以的到5V电源，用于供给一部分芯片和经过变压处理后可以得到3.3V、1.8V、1.2V的电压后给主板上各个芯片进行供电(如图2所示)。

在电力机车上，供电品质比较差，表现在两个方面：电力机车供电电网电压波动大，气额定电压为单相交流25kv，而实际电压在18-31kv范围波动；电网电压有机车内变压器降至单相交流220V，相应的波动范围为160v-270v。220v的交流电经过降压整流处理后为110V直流电源，该直流电源的波动范围70v-160v。列车的供电并不是持续的，当列车由一个供电区域到另一供电区域之间，期间可能会有数秒种的中断供电。该期间的供电是由列车内的蓄电池进行供电，而蓄电池的的空载电压为104V(52只铅酸蓄电池)[3]。多数用电设备无法在这样的用电环境下工作。

本文介绍的系统包含两级对电源的稳压处理，经试验前一级可以稳住60V-160V的电压稳定的输出12V的电源，后一级的输入电压范围是8V-60V。

3.前级稳压

如图3所示为前一级稳压电路。核心部件为美国VICOR电源模块VI-JT1，该模块的主要功能是隔离输入与输出的电压，完成DC110V向12V的转换。为了保护电路的安全，瞬态电压抑制管D1用于吸收110V电网超过440V左右的50ms的瞬态高电压以保护后续电路的不受高压冲击。对于低于440V左右的电压后续电路必须进行处理以达到VI-JT1转化模块规定的电压。稳压管D2，D9会在电源电压低于440V高于175V的情况下被击穿，此时D2的两端电压为160V而D9的电压为15V，分压电阻R1和R2会承担剩余的的电压。由于PCB设计采用的是贴片电阻，对于R1以及R2的功耗要小于该封装的最大功耗以保证电路的正常工作。稳压管D9于电阻R3并联使用，根据欧姆定律可知经过R3的电流为15ma，功率场效晶体管Q2导通。稳压管D10的两端电压为160V，其余的电压分压到电阻R4上，进行限流以免烧毁稳压管与场效晶体管。由于稳压管D10的导通致使功率场效应管漏极与栅极产生电压差，从而使Q1导通。Q1的源极与栅极有一定的压差，高速开关二极管D5、D4导通，对电容C1、CE1及CE2进行充电，同时对VI-JT1模块供电。如果电压低于175V不足以让Q1导通时，CE1、CE2的电压为两端电压为400V，可让D5、D4、D10导通，此时Q1可以导通对模块开始进行供电。电容C1控制模块的输出端。由于采用了自举升压电路，导致模块的前级电路出现高频电源信号，滤波电容C2、C3、C4、C5用于滤掉此过程中的高频杂散波。经过一系列的处理后电源模块输出的12V可经过电解电容CE3、CE4滤波、退耦后供给用电设备。

视频频监控的摄像头需要在夜间工作，因此必须有足够的功率保证红外灯正常工作，尤其是在列车上需要高功率的满足其可视距离的要求。视频监控器的主板理论上至少需要10W的功率来保证正常的工作需要。由于模块可提供90W的功率，完全可满足日常的用电设备。

4.后级稳压

接入主板的电源给车载视频监控的整个系统进行供电，该电源经过图4所示的电路再次进行降压稳压。该电路的降压主要是由款分为同步降压控制器LM5116完成，可以输入的电压为7-100V，本电路设计输入为7-60V以适应恶劣换的电源环境。本系统设计了两路降压稳压电路，一路输出电压为5V，另外一路的输出电压为12V。

4.1 5V、12V输出电路

以输出电压为5V为例，该降压电路最大负载电流为2A，开关频率为250kHz。其中定时电阻RT用于设置振荡器的开关频率，该设计中采用250kHz的开关频率同时满足了小体积以及高效能。

输出电感的计算是通过开关频率(fsw)、脉冲电流(Ipp)、最入电压(VIN(MAX))以及输出电压值得到的：

电流大小的限制是通过设置电流检测电阻(Rs)，。对于5V的输出，其最大的电流检测电阻是在最小的电压输入测得的。

所以：

对于该电路中的斜波电容的计算是依赖于电感和检测电阻的值，其仿真的斜波电容值是：

其中L的值是输出电感，gm斜波发生因子，A是电流电流检测放大增益。纹波电流是电流中的高次谐波成分，会带来电流或电压幅值的变化，可能导致击穿，由于是交流成分，会在电容上发生耗散，如果电流的纹波成分过大，超过了电容的最大容许纹波电流，会导致电容烧毁。输出电容可以是电感纹波电流变的平滑同时也可以提供一个瞬态的工作电源。对于本设计选用了5个100的陶瓷电容陶瓷电容可提供等效串联电阻，但是明显的减少了DC的偏置电容。等效串联电阻在250kHz时是2/5=0.4，在5V的时候可以减少36%的电容。输出纹波电压的计算如下：

该稳压电源有一个很大的源阻抗在较高的开关频率，当VIN引脚提供了大部分开关电流时，高质量的输入电容可以限制在VIN引脚上纹波电压。当模块开始工作，流入降压模块的电流转化为电感电流波形的波谷，然后迅速的上升到波峰后，然后下降到零。输入电容应该的选择必须满足有效的电流和最小纹波电压。

最好的逼近所需要的纹波电流的额定功率是IRMS>IOUT/2。选用高质量低等效串联电阻的陶瓷电容进行对输入电压进行滤波。输入纹波电压的接近于：

各项参数的设置即可以影响到输出电压，以上参数的选择可为后续电路提供稳定的5V电压。对于输出电压为12V的电路采取了类似于本级电路，只是在元器件的参数上有所区别。该12V也可以独立给模拟摄像头独立供电也可以并联与上一级12V电路同时给摄像头供电。

4.2 3.3、1.8、1.2输出电路

经过以上步骤的整流稳压后系统给新华龙的C8051单片机进行供电，以对整个系统电源进行管理。C8051从供电一直处于运行状态，将完成接收遥控器的指示进行开机、关机，对Hi3512主控芯片进行复位等功能。C8051控制的电源使能端口高电平有效，后续的整流降压

芯片开始工作。本是设计采用的同步整流降压稳压芯片MP1482，集成输入电压定从4.75v到18v下降到了输出电压低至0.923v供应高达2A的负载电流，最高有93%的转换效率。其中3.3V的降压电路如图5所示。MP1482的反馈电压跟参考电压比较好得到COMP端电压，COMP端电压决定了上管分支电流以及占空比，而占空比控制输入电压变化，从而达到负反馈控制目的。输入电压的设置是通过在电压输出端到FB引脚间加一个分压电阻。电压分频器的输出电压降至反馈电压的比例是：

，其中是反馈电压是输出电压。所以输出电压为。在输入电源是开关电源的情况下，电流的恒定输出是依赖于电感的使用。使用较大的电感可以使纹波电流变小，同时也将获得较低的输出纹波电流，但却有着更大的等效串联电阻更低的饱和电流。因此电感的值是：

其中是开关频率，是电感峰值纹波电流。该3.3V为主控芯片以及4路模拟转换芯片TW2835等提供电压，以供主板正常工作。本设计中的整流压至1.8V的电路同样用MP1482进行降压，只是根据实际需要进行参数调整即可稳定的输出1.8V的电压，该电压是为Hi3512芯片以及TW2835芯片提供1.8V的核心电压。

由于Hi3512芯片正常工作同时需要3.3V、1.8V、1.2V的电源，因此本设计为了满足供电要求(如图4、图5所示)，采用了MP2104芯片稳压。该芯片是1.7MHz固定频率PWM降压稳压器，有95%的最高转换效率，2.5V到6V的宽电压输入，最低输出电压为0.6V。输入电压的值可根据外部电阻分压器来设定。反馈电阻R271以及内部补偿电容用来决定了反馈环路带宽。输出电压。对于大多数设计电感的计算是通过以下公式计算：

其中：是电感纹波电流，设计的电感纹波电流接近最大负载电流的30%。所以电感的最大峰值电流是：

本设计提供的电源系统经过实际的实验、测试与应用均满足各项要求，可以稳定的输入5V、3.3V、1.8V、1.2V的电压，保证列车车载视频监控的正常运行

5.总结

本文提供了一种切实可行的降压整流方案。该方案适用不仅适用列车上极其复杂恶劣的环境，也同样满足于各种载运车辆上对电压严格需求，有着宽范围的输入电压，稳定高负载的输出电压。第二级的整流稳压电路可单独使用，同样可满足车辆上的宽电压输入要求。尽管各种车辆的输入电压有12V与24V两个模式，以及在起车辆起步阶段电压可能低至7V左右，在充电时电压会出现不稳定情况，本设计均可以满足，为车载的嵌入式设备提供一个稳定可靠的电源环境。

参考文献

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[5]李伟,王小波,翟伟峰.一种车载开关电源的设计[J].电源技术应用,2008(4).

稳压电源的设计与制作篇4

关键词：电流控制方式；PWM；开关电源；设计

随着国家政策的倾斜，我国电力的发展越来越快，对开关电源性能的要求也越来越高。基于电流控制方式的PWM开关电源是一种高精度控制的形式，利用该设计形式可以保证配电系统输出电压、电流的稳定性，由此确保整个供配电系统具备相对较好的动态响应性和输出稳定性。下面，主要针对基于电流控制方式的PWM开关电源设计展开讨论，以便可以实现更好的开关电源设计。

1 开关电源的控制方式

开关电源的实质是完成DC-DC变换过程的一套系统，其构成部件主要涉及主电路和控制电路两个方面。由于PWM电流控制开关电源使其开关动作始终受到固定脉冲波控制，所以它的脉宽也将根据负载与输入电压值的变化而变化。基于电流控制方式的PWM开关电源的电路控制须依仗开关控制通断，从而实现利用输出电压调节并控制主电路的整体工作。究其控制的参数而言，开关电源控制的方式主要涉及电路模式和电压模式两种。电流模式则涉及平均电流模式和峰值电流模式两种，且电流模式在实现高精度跟踪电流设定值方面具有良好效果，且对电流放大装置具有增益效果，并能在任何一套电路中实现拓扑应用。与此同时，平均电流模式不需要斜坡补偿，因而在PWM开关电源设计中可以优先考虑选用平均电流控制模式。

2 基于电流控制方式的PWM开关电源的设计

2.1 设计思路

基于电流控制方式的PWM开关电源设计根本是将电压电流的平均值设定为电流控制内涵的控制信号，然后利用控制信号实现对整个开关电源的控制。在开关周期内，电感电流的积分值和电流的平均值呈正比关系。因此，利用控制电流积分值可以有效控制电感电流的平均值。比如，于Buck型开关电源内设定恒定的输入电压，也就是说明它可以完全忽略输出电压纹波。利用电流控制环路可增加部分调解积分的电流误差放大装置，即可完成对平均电流的控制。于某个开关周期中，也可利用电流误差放大装置对电路输入端电压并确定平均电流值，利用对电阻电压信号的检测取样又可取得电感电流的实际值。然后，将以上取得的电感电流实际值输送到电路误差放大装置，使得电感引起的高频达到极点，从而实现电流高频噪声的有效抑制。与此同时，计算比例积分，且选用适宜的电路参数，即可保障整个电路具备良好的稳定性。

2.2 系统建模

基于电流控制方式的PWM开关电源的设计应以维持输出电压或输出电流的稳定为前提条件，利用负反馈控制和Buck型电路作为建模基础。与采用峰值电流模式的PWM开关电源相比而言，平均电流模式还需在开关电源中配置一套电流调节装置。另外，电路系统功率控制应构建一种功率级模型，该模型包括多组输出变量与输出变量，其主要目的在于获取占空比于输出电压或电感电流之间的相互控制关系，也能掌握输入电压于以上二者参数之间的相互作用关系。当前，不同种开关电源的主电路连接形式有所不同，不同物理量的相互关系于功率级电路内仍然维持原状。因此，可利用开关级等效电路嵌入PWM开关电源拓扑结构的方式构建功率级模型。然后，又可在功率级模型的基础之上对控制回路予以建模。控制回路则主要由电流检测部件、电流调节装置、电压调节装置、电阻分压装置和占空比调制装置组成。电流检测部件则由电流检测放大装置和电感元件以串联方式构成，可实现闭环变压的放大功用。电流调节装置则由电阻电容网与运放系统构成，可接收电流检测部件两组输入信号，且同时又能利用电流信号运算实现调节电流的作用。控制回路内仍需通过占空比调制装置来接收调节装置运算数据并得到输出电压值和斜坡输入电压值，最后可以获知占空比变量和电压信号二者之间的联系。在该环节中，电流的斜率与幅度将发生较大的变化，因而可以完全实现对电流的有效控制。同时，利用运算获得的模块传递函数便可构建起平均电流控制模型下的PWM开关电源系统模型。

另外，若电压环处于开路状态下，可应用Ti（s）来定义电流环开环环路电流的增益传递函数。在分析电流增益函数以后，可为系统电流调节装置的整个回路提供有价值的参数依据，从而保证电路系统的稳定性和高效性。电压负反馈环在断开状态下，电流环路的增益可由Ti（s）=TpiR1GCL（s）Fm公式计算。电压环处于断开或电流环处于闭合状态下，输入信号则为控制电压V0，输出信号则为负载电压V0，且控制电压则为控制负载电压。由已构建的系统模型可实现电流环路的低频增益、相位裕度和截止频率的具体反映，也可提升整个电路系统的高精度控制。同时，在设计实际电路系统中，通过对应实际电路的构造结构与模型环节便能确保整个电路系统设计的高精度控制。

2.3 仿真分析

本节仿真分析的主要目的在于对已构建系统模型的精度控制予以验证，利用Matlab数学模型绘制系统控制电压于输出电压的传递函数Bode图形。利用以上方式，即可设计出一组30V/50全桥开关电源，其开关的频率则为20kHz，而输入电压的变化率可保证处于±10%范围内。同时，开关电源滤波电容约为1000Μf，滤波电感则为1Μh。通常情况下，开关电源的相角不小于45°，因而可以保证电路系统的良好稳定性。与此同时，电路系统在穿越频率方面较高，因而保证了电路系统具有良好的高效性。另外，电路系统外部存在干扰电压，整个电路系统的输出电压将继续维持稳定。最终，我们所设计的基于电流控制方式的PWM开关电源是一种兼具稳定性与高效性的元件，只有具备良好的系统稳定性和高效性才能确保整个电路系统具有应有的动态响应特征。

3 结束语

随着我国电力需求日益增加以及电力市场不断完善，开关电源设计工作逐步趋于完善。基于电流控制方式的PWM开关电源设计可获取一种以平均电流PWM开关电源建模方案，在其设计过程中通过功率级传递函数构建与之相应的数学仿真模型，并通过Matalb对响应的数学仿真模型予以验证，并根据该模型完成系统设计。经系统建模、仿真分析两个重要步骤得出的平均电流PWM开关电源具备良好的系统稳定性和动态响应特征，可以满足各类电路系统的需求，希望借此论文为广大同行朋友提供一些可供参考的依据。

参考文献

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稳压电源的设计与制作篇5

关键词：智能型矿用本安电源；STM32F103；CAN总线；电路设计；煤炭开采 文献标识码：A

中图分类号：TD611 文章编号：1009-2374（2017）05-0222-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.05.108

随着煤矿现代化程度的不断提高，对煤矿供电的可靠性、安全性提出越来越高的要求。本安电源是煤矿井下的重要电气设备，它的安全运行是现代化煤矿中其他矿井下各类电气设备高效率、高质量运转的保证。但是由于矿井下特殊的工作环境和其他原因，目前，煤矿井下本安电源的管理还存在若干问题：首先，矿井下本安电源种类繁多、独立性强，若不在现场很难检测它们的工作状态；其次，这些电源的功能参数各不相同，电源的维护管理也不统一。如果矿井下现场设备的供电情况不能在第一时间获取，一旦发生电源故障，不仅影响设备运行，还可能导致重大事故的发生。

近年来，数字矿山的提出使得本安电源已经由独立的外部设备产品发展成为整个通信系统不可分割的一部分。这不仅要求本安电源具备传统的供电、防爆等功能，而且应该通过CAN通信接口、以太网通信接口或458总线等具备智能通讯的能力，以实现本安电源可方便快捷的接入数字通信系统中。基于此，本文提出了一种智能型矿用隔爆兼本安型直流稳压电源的设计，能够解决当前电源独立、管理不规范、供电情况不明以及电源故障情况等，实现本安电源的网络化、智能化。

1 智能型本安电源结构

本安型电路是指在规定的试验条件下正常工作或在规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物的电路。智能本安型电源的设计目的是保证操作者的人身安全、防止出现事故后电源故障、电源不正常时能够自我修复或及时断电报警、通过网络控制与监测电源工作情况等。因此，智能本安电源的设计采用降压、整流、稳压、过流过压保护、充电及快速切断模块、CAN通信接口模块、微控制器模块。本文设计的本安电源原理框图如图1所示。

交流电通过隔爆电磁开关直接控制整个电源的交流输入，再将交流电输入变压器降压，经整流、滤波、稳压电路1输出直流电，给蓄电池充电。用过整流、滤波、稳压电路2输出的直流电给负载供电，经过切换电路，所选择的一路输出电压经过稳压、多重过流和过压保护电路输出可靠的本安电源。微控制器STM32F103模块主要采集的备用蓄电池电压值、本安输出电压值以及各种报警状态等参数。CAN通信接口模块将微控制器STM32F103模块采集的数据传输至网络，通过上位机对各种数据进行分析统计，给出当前电源的运行情况，监控室也可以通过网络控制电源的输出状态，实现电源的智能化、网络化管理。

2 电源硬件原理与实现

该本安电源由交流变压及整流滤波电路、直流稳压电路、多重保护电路、充电及切换电路、微控制器系统电路、CAN接口电路等组成。

2.1 交流变压及整流滤波原理

由于是煤矿井下电网供电的本安型电气设备，则降压所用的变压器采用R型隔离变压器，其输入侧采用变压器抽头方式。变压器输出24V和25V两组交流电压，整流滤波后输出直流电压，其中一路给本安输出，另一路给蓄电池充电。如图1所示，上面一路从变压器25V输出侧引出，经整流滤波电路1，通过稳压充电电路，为蓄电池充电；下面一路从变压器24V输出侧引出，经整流滤波电路2，输出约32V的直流电压，与蓄电池的输出电压通过切换电路进行比较后选择一路经LM2576HV稳压开关电路，为本安输出提供电源。

2.2 直流稳压开关电路

稳压电路核心器件采用可调的LM2576HV-ADJ开关稳压集成电路，解决了传统的固定式稳压器和电位器调压时精度不足的问题。LM2576HV内置有完善的保护电路，包括电流限制和热关断电路等，利用该器件只需很少的器件便可构成高效稳压电路，此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚，该引脚的电平受微控制器STM32F103控制。

2.3 过压、过流保护电路

由于井下存在众多可燃性气体，当出现电路因过压、过流而导致负载短路或者火花时，严重影响到煤矿的安全。故本安电源的设计中必须通过多重的过流、过压保护电路，防止事故发生，该设计性能的好坏将直接影响整个系统是否具有实用的价值。如图2所示，本安电源输出电路整体思想是控制MOS管Q5和Q6的导通或关断来实F的，电源过压过流时，三极管Q4导通，集电极输出18V，使得P沟道MOS管Q5截止；同时，N沟道MOS管Q6的G极电平为0，使Q6截止从而切断负载的输出。

当电路出现过流或短路故障时，如图2所示，电阻R32的电流增大，导致过流检测点VIN_I的电压大于阀值 [ ]，经过图3中比较器LM393（U3）的处理，使得输出端（U3的第7脚）呈低电平，再经过比较电路LM393（U6）的处理，使得U6的第7脚输出为低电平，这个低电平信号直接控制图2中的三极管Q4，使Q4导通，Q5截止，切断本安电源的输出，起到过电流或短路保护作用。另一路过流或短路保护电路控制MOS管Q6，原理与其一致。

当电路出现过压时，如图3所示，直流稳压开关电路输出电压大于18V，电压采样点VIN_V大于阀值

稳压电源的设计与制作篇6

【关键词】双折射测试仪；UC3842；高压逆变；差动输出

1.引言

双折射率是表征各向异性晶体光学特性的一个重要的光学参数，它决定于材料的成分结构以及生成条件等多种因素，并且与波长有关[1]。测量双折射率的方法多样，电光调制法就是其中一种。这里的双折射测试仪便是基于电光调制的原理测量双折射率的一台仪器。

本文对北京大学无线电厂在1982年生产的一台双折射率测试仪的可调直流电压源部分进行了改进，用开关电源代替了原来的高压逆变电路，电路结构简单，成本低、体积小、易实现。

2.双折射率测试仪的原理

该双折射测试仪采用激光—电光调制的方法[2]，即：

这里代表待测样品的双折射率，和分别代表半波电压和调制电压，代表样品厚度，对一个电光调制器来说，它的半波电压在温度不变的情况下是一个确定值，而此时光程差和的比值可看做一常数，因此双折射率只和这里的调制电压有关。

双折射率测试仪是一种测量双折射率的仪器。其本身是由氦-氖激光管及电源、光具座、电光调制器等光学部分和光电调制器的交、直流调场电源、调制信号检测、显示及直流电压测试等电路部分组成。其核心器件是电光调制器。经高压电路生成的可调直流电压上加载一个同步载波信号，两者共同输入电光调制器用以对通过电光调制器的入射光的光程差进行控制，如图1所示。

其中可调直流电压电路部分如图中虚线框中所示，主要包括高压逆变、整流滤波、稳流控制、差动输出四部分[3]。高压逆变、整流滤波电路采用晶体管和高频变压器等器件构成单管自激式直流变换器。将稳压电源供给的-18V电压逆变成20KHz左右的方波，经变压器升压，得到建立高压电场所需的+1KV电压，以及信号显示部分示波管所需的+1150V、-400V、-450V，共四组电压，分别经高压硅堆整流、滤波送至各部。稳流控制电路实际上就是一个电压-电流转换器，通过控制震荡管的基极电流，使变换器的输出电压保持稳定。差动输出电路采用高压的差分对，以差分管两个集电极作为输出端，用三极管接成恒流源的形式，电位器W用来调节两支路的平衡对称，使得在输出为零时，两管的工作电流相等。

经分析，原电路的高压逆变电路具有分立元器件过多、输出不稳当等缺点，这里可以对其重新设计。

3.可调直流电压电路设计

新的设计思路主要对高压逆变部分进行设计，其设计方法采用开关电源的思想。

3.1 脉冲宽度调制（PWM）控制芯片UC3842

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源[4]。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。其工作原理框图如图2所示。

UC3842是美国Unitorde公司生产的一种高性能单端输出电流控制型脉宽调制器芯片，可直接驱动双极型晶体管、MOSFEF和IGBT等功率半导体器件，并具有管脚数量少、电路简单、安装调试简便、性能优良等诸多优点，故广泛应用于计算机、显示器、便携式电子产品等系统电路中作开关电源控制芯片[5]。

3.2 高压逆变电路设计

改进后的高压逆变电路如图3所示。220V市电由C1、L1滤除电磁干扰，负温度系数的热敏电阻R1限流，再经VC整流、C2滤波，电阻R1、电位器W1降压后加到UC3842的供电端（7脚），为UC3842提供启动电压，电路启动后变压器的付绕组3、4脚的整流滤波电压一方面为UC3842提供正常工作电压，另一方面经R3、R4分压加到误差放大器的反相输入端2脚，为UC3842提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。4脚和8脚外接的R6、C7决定了振荡频率，其振荡频率的最大值可达500KHz。R5、C5用于改善增益和频率特性。6脚输出的方波信号经R8、R10分压后驱动BG1功率管，变压器原边绕组1、2脚的能量传递到付边各绕组，经整流滤波后输出各数值不同的直流电压供负载使用。电阻R11用于电流检测，经R9、C9滤波后送入UC3842的3脚形成电流反馈环。所以由UC3842构成的电源是双闭环控制系统，电压稳定度非常高，当UC3842的3脚电压高于1V时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。

3.3 差动输出电路设计

差动输出电路基本上沿用原来的思想.由直流变换器得到的+1KV高压，还不能直接送到电光调制器上，必须将其变成极性可变，电压连续可调的电压源，供给调制器。根据使用要求，这里采用的是高压的差分对，以差分管T5、T9的两个集电极作为输出端，电位器W1用来调节两支路的平衡对称，使得在输出为零时，两管的工作电流相等。输出电压的连续调整由设置在面板上的多圈电位器W2、W3实现。由+12V和-12V稳压电源经过两稳压管D2、D4做二次稳压，分别接到W2、W3的两端，使电位器在整个调节范围内，输出端电压由+1KV至-1KV连续可调。电位器W2做为电压细调，W3做为电压粗调。设计后的电路图如图4所示。

整个电路用到一些常用压值的电压如+12V、-12V。因此电源的设计可以采用传统的变压、整形、滤波、稳压的方法得到。由于这两电源输出的电流都小于1A，所以+12V电压的获得可以利用稳压芯片7812，而单片机所需要的-12V电压同理可采用7912电源模块得到。

4.双折射率测试仪改进后实施与调试

双折射测试仪测量玻片双折射率时，除了必须读取电压表的数值外主要需要观察示波器波形的变化。

先将改进后的直流电压电路连接至原仪器的其他电路，然后调试。

如图5所示。调试时先打开开关，调节面板，使示波器波形呈标准正弦波。然后加上样品，并转动放玻片的转盘450，这时波形发生变化，不再是标准正弦波。最后打开电压输入装置，并调节输入电压，使波形重新变为正弦波。这时用电压表测量出直流电压电路接入电光调制器的电压便可计算出样品的双折射率。经过多次试验表明改进后该仪器效果良好。

5.结束语

经过长时间使用，改造后的可调直流电压源工作稳定、可靠性高、成本低等优点，可在测量仪器中推广使用。

参考文献

[1]周文平.晶体材料折射率的测量方法研究[D].曲阜师范大学，2007.

[2]马玲，沈小丰，王杰.电光调制系统设计[J].电子工程师，2007，33（3）：38-39.

[3]北京大学无线电厂.SZY-1型双折射测试仪说明书[S].

[4]路秋生.开关电源技术与典型应用[M].北京：电子工业出版社，2009：1-2.

[5]朱俊林，刘细平，许伦辉.基于UC3842的电流控制型脉宽调制开关稳压电源的研究[J].现代电子技术，2003（9）：23-25.

稳压电源的设计与制作篇7

关键词：控制策略；直流充电；微电网；DC-DC变换器

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.142

0 引言

随着全球指资源危机，微电网越来越受到全世界关注，但微电网因为其不确定性，真正做到稳定运行，需要其储能系统发挥作用，而储能系统投资比例较大。电动汽车的发展带来了新的契机，让闲置的电动汽车作为电源稳定微网的电压频率的稳定，降低储能成本。本文为实现这一目标，设计了双向直流充电装置，即可以让其作为移动式微网储能系统，对微电网的电压频率波动进行平抑。又可以作为负载充电，为汽车提供电能。

1 电路拓扑结构

直流侧的控制基于双向DC/DC电路的电流环控制[1]，起到传递能量的作用。首先对双向半桥变换器数学模型进行分析。如图1所示。 此电路工作有两个状态，工作于BUCK模式下的数学模型[3]：

（1）

工作于BOOST模式下的数学模型[3]：

（2）

式中 D分别为、的占空比。

2 控制策略

2.1 双向导通策略

该充电桩要做到当电动汽车作为储能装置时，可以电流双向流动，而作为负载时单向流动。对于双向流动的闭环系统，本装置采用外环电压控制内环电流控制的双环控制策略。

利用式（1）、（2）可设计控制策略如图2，直流母线额定电压与实际检测电压的差值经PI补偿得到参考电流值，与实际测量电感电流值做差，经PI补偿得到信号，经斩波所得开关信号通过功率放大控制DC-DC。利用此策略能稳定直流母线的电压，稳定微电网交流侧的电压频率。

2.2 单向导通策略

当汽车作为负载时S2处于关断状态，电路处于降压状态，根据式（2）设计单电压环控制策略，电池端额定值与实际测量值的差值经过PI补偿，信号通过PWM得到信号改变S2导通关断占空比控制输出电压。

3 充电装置的设计

3.1 模块选择

如图3所示，电压采样双向导通时，该装置首先分别利用电压、电流采样电路，对直流母线侧的电压、电感电流采样，经A/D转换后得到数字信号送到单片机。经过运算得到的信号经驱动电路把数字信号转换成模拟信号，控制DC-DC变换器的开断。当电池作为负载时，电压采样电路对电池端的电压采样，经单片机的运算得到开关信号来控制输出电压大小。

本文采用霍尔传感器LAH25-NP对直流电流进行采样，不仅检测的信号失真对小，而且主电路跟控制电路之间实现隔离。

3.2 主电路元件参数设计

电感L参数设计，当充电装置工作于Buck充电状态时，应尽量让电感L工作在连续状态：

（3）

（4）

电容以减少直流母线电压纹波：

（5）

其中是电感电流纹波系数，是直流母线电压纹波系数。

4 仿真验证

为验证设计的合理性，搭建了基于matlab/simlink 的仿真。电池采用电池端口360V，充电电压380V，容量85Ah ，微网直流母线电压500V。（1）电源作为负载充电时的仿真。单向导通时，直流母线500V，经过变压，电压至384V。图4为电池充电时状态曲线。在380 V慢充过程中，可以看出开始时端电压曲线爬升，逐渐平稳。此时的电压值是由单相控制策略参考电压值大小决定，当参考值改变时，通过单片机运算改变脉宽信号的占空比，将输出电压调节至参考值。（2） 电池作为微网电源时仿真。在蓄电池作为电源时，对微电网直 流母线电压进行稳压，由仿真对比图5可以知，在没有电池对微网充放电是电压波动相对剧烈，当加入电池作为电源对微电网平抑功率时，直流母线电压震荡幅度大幅减小，因此对微电网交流端可以提高电能质量，从而维持微电网稳定运行。

5 结论

微电网作为解决能源危机的主要，其发展也是势在必行，储能系统起到调控作用，电动汽车的发展为微电网的储能带来了新的发展思路。本文为此设计一套双向充放电的充电系统，该系统包括主电路，采集电路，单片机，驱动电路组成，通过策略的切换，分别工作在两种模式下，让电动汽车成为微网的移动式储能成为可能。

参考文献：

[1]李立，刘刚.多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制[J].电力系统保护与控制，2011，39（03）：90-94.

[2]李朝东.微电网混合储能系统控制策略[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[3]张方华.双向DC-DC变换器的研究[D].南京：南京航空航天大学，2004.

[4]柳雪松.直流微电网储能系统双向DC/DC变换控制策略研究[D].太原：太原理工大学，2014.

稳压电源的设计与制作篇8

关键词：电动机；控制保护系统；全自动化；设计

我国最早的电动机生产在1917年，发展到现在，已经有将近100年的历史了，我国的电动机研究人员不断开展对电动机的研究工作，使其在性能与转化机械能的稳定性上有了很大的提升，我国的制造电动机的产业也呈现出生机勃勃的图景，虽然在全球性的金融危机爆发时，其销量受到影响而下滑，但是走出金融危机的阴影后，仍旧有着较高的产量与质量，我国的电动机也在传统的电动机的保护器系统上进行不断地改进与更新，开发出了全自动化的控制保护检测系统，本文对其新型的控制保护检测系统进行分析。

1 进行检测的基本要求以及项目

电动机的新型全自动化的控制保护系统，与在过去生产活动中使用的普通电动机相比，有了更高的可靠性以及精准度，同时包括保护、通信、测量、控制四项强大功能，因为电动机的运行程序比较复杂，对于支持的生产活动影响比较大，因此每一台电动机在出厂的时候必须经过严格的检测程序，然而在进行电动机的检测工作时，容易受到一些外部环境因素的影响，除了电网的电压波动状况不稳定，还会受到一些人为操作的上的失误的影响。因此，在对电动机的内部系统进行检测时，必须分别使用不同的测试台来对其四个功能进行检测。然而我国的电动机种类齐全，数量庞大，且有上升的趋势，所以就逐渐加大了检测量，因此研发人员为了控制检测量以达到更高的检测质量，研发出这种全自动化的检测系统，能够同时对5台电动机进行检测。但是这个检测系统有着极高的检测要求。

为了确保检测的精准度，对电参数的测试有一定的要求，在进行三相电压及电流，有无功率校检工作时，要将这个控制保护器的实际测量数值与全自动化的检测系统的数值进行对比，还要注意自动标度控制保护器，注意控制保护器达到1.5级的测量精度，测试系统达到最多0.5级的测量精度，达到这个要求才能在同一个测试界面同时显示与测试5个产品的电参数。

进行保护功能的检测工作时，可以对电流不平衡、功率欠缺、剩余电流情况、接线间的故障等情况实时两种测试，即低端以及高端测试，测试产品的保护器能否依据出厂的指定要求进行报警与脱扣。

在进行产品的控制性能的检测时，要检测出其产品的控制保护系统的二次电路能否依据要求进行动作。进行通信性能的检测主要注意到其遥测、遥信、遥控、遥调等功能进行检测。

在进行完以上四项检测后，产品的检测结果都会呈现出清晰的表格的形式被存进检测的最终表单，可供相关人员随时打印与查看。

2 系统检测的方案设计

测系统由测试台、交流稳流源、可控交流电压源与固定在测试台上的气动夹具、定位装置、压紧装置、合分闸装置、控制装置等组成。以工业控制计算机为检测系统的控制核心，控制交流稳流源、交流电压源，实现过 （ 欠） 载、堵转、三相电流不平衡、缺相、过 （ 欠） 压、欠功率、逆序、剩余电流、接地故障等保护功能测试，并全部自动完成。其中，全自动交流稳流源的稳流范围0. 2 ～ 500 A、误差小. 5% ； 可控交流电压源的调幅范围为80 ～ 300 V、分辨率为0. 1 V，调相范围为0 ～ 360°、分辨率为0. 1°。通过RS485实现工业控制计算机与电动机控制保护器的通信，可对电动机控制保护器进行读写数据、修改运行方式及大小标度的校准。采用条形扫描仪将产品条形码数据传输给工业控制计算机，识别产品规格、型号，自动设定测试所需的电流或电压，测试完毕后将测试数据以表单形式保存。

由于检测系统所需的测试电流、电压范围大、精度高及时间记录精确，因此，对硬件设计基本要求为具有高精度、宽范围的交流稳流源和高精度的可控（ 调相调幅） 交流电压源作为信号源，外设功能多样，检测效率高，安全、可靠。

2. 1 交流稳流源

三相交流稳流源由自行设计的补偿式电子调压装置、多抽头自耦变压器、升流变压器、电流互感器、采样变换电路和工业控制计算机构成闭环控制系统。

补偿式电子调压装置由粗调和细调两个部分组成，粗调电压U1的范围为0 ～ 250 V，细调电压U2的范围为±10 V作为补偿调节，在 U1和 U2的共同作用下确保电流的调节精度。多抽头变压器T1分档作用是扩电流调节范围，以满足电流在0. 2～500 A范围内的调节； 升流变压器用于提升输出电流； 电流互感器采样主回路电流形成反馈信号，送变换调理电路转换成0～5 V的直流信号，经12位A/D 转换后在工业控制计算机的控制下实现闭环控制、稳流输出。在稳流调节过程中，粗调的作用是把输出电流调到设定值的 95% 范围以内，然后再由细调来保证输出电流精度高于1%。

2. 2 交流控制电压源

可控三相 交 流电压源 由 直接数字频率合成器（ DDS） 、功率放大电路、升压变压器、采样变换电路、12位A/D 转换器、锁存器和工业控制计算机构成交流控制电压源。

工业控制计算机中扩展的数据采集卡输出12位数字量一路经锁存器 1 控制 DDS 产生的正弦波信号的相位，另一路经锁存器2送12位的 D/A 转换器控制DDS产生的正弦波幅度，以实现调相和调幅。经滤波后送功率放大器和升压变压器，输出电压经变换调理电路形成负反馈，稳定输出电压[1-2]。最大输出电压为 300 V，并有足够的带负载能力

2. 3 系统检测原理

检测台以工业控制计算机为核心实现人机对话，控制整个测试系统。启动测试时，首先将电动机控制保护器三相主回路闭合，同时由压紧装置将 200 根顶针与 5 个被测产品的控制端、二次端、通信线等连通，整个过程是由工业控制计算机控制气缸实现自动定位、合闸、压紧完成的。条形扫描仪通过 RS232 与工业控制计算机构成接口读取被测的产品编号，同时 RS485 接口读取控制保护器内部参数，自动识别产品的型号和规格。根据产品型号自动执行相应测试程序，根据产品规格结合测试内容自动施加相应的测试电流和电压。

3 结语

电动机的全自动化检测系统带给电动机新的生命力，提高了检测的效率与测试的准确度，不但解决了测量不稳定的问题，还能够进行自动调节，节省了人力，对产品的型号与规格都能进行有效识别，这个自动化系统虽然功能强大，但是成本却比较低廉，可信度强，检测的操作简便，相关人员应当在这个自动化系统的基础上进行创新，减少现存的微小误差问题，使其自动化操作的程度更高。将电动机的全自动化检测系统推广到更多领域。

参考文献：

[1] 高琴妹，顾启民，季绍陵，张水平，谢启. 基于LabVIEW的电动机软⒍器测试系统的实现[J]. 仪表技术与传感器. 2004（12）