電源設計范文

導語：如何才能寫好一篇電源設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】供電電壓；負荷；電源

前言

當前我國煤礦供電電壓等級最高是110kV。礦井的供電系統，如果沒有一個全面的規劃，往往會造成資金浪費、能耗增加等不合理現象。因此，供配電系統設計，應結合礦井的特點全面規劃，分析有關因素的內在聯系，在網絡結構中統籌綜合考慮，優化組合方案，做到遠近期結合，以近期為主。

設計實例

以新疆伊犁二號井為例（考慮篇幅，文中某些章節具體論述及計算部分只做簡略說明或不提及）。

一、礦井負荷

礦井投產：

礦井裝機容量： 34354.8kW；

礦井工作容量： 26056.3kW；

礦井有功功率： 14003.0 kW （考慮同期后）；

年耗電： 82300MW?h；

噸煤耗電： 16.5kW?h；

礦井有功容量（含選煤廠）： 17156.8kW；

礦井達產：

礦井有功容量（含選煤廠）： 25135.92kW；

二、礦井所在地區電力系統現狀及發展規劃情況

㈠電源現狀

本礦位于新疆察布查爾縣南部，北距察布查爾縣城和伊寧市分別為45km和65km，距烏魯木齊市約710km。行政區劃屬新疆維吾爾自治區察布查爾錫伯自治縣管轄，在伊犁地區電網的覆蓋范圍內。其周圍電源敘述如下：

1.寧遠220kV變電站：位于礦井北偏東約40km處，規模為2×120MVA，站內設220kV及110kV兩個電壓等級，其220kV側采用雙母帶旁母接線，110kV側采用雙母線接線，目前該站220kV側共有5回進出線分別與青年220kV變電站、尼勒克水電站、靖遠220kV變電站、西郊220kV變電站聯網，故電源可靠。

2.靖遠220kV變電站：位于本礦東北側約22km處，設計規模為2×180MVA，現有規模為180MVA，站內設220kV及110kV兩個電壓等級，目前該站220kV側共有，2回進出線分別與寧遠220kV變電站和西郊220kV變電站聯網，故電源可靠。

3. 伊犁二電廠：位于礦井北偏東約25km處，裝機容量為3×25MW，兩臺發電機同時工作，發電機出口電壓為6.3kV，廠內設110kV升壓站，站內設兩臺31.5MVA三卷變壓器，三側電壓分別為110kV、35kV和6kV，其110kV側采用雙母線帶旁母接線；35kV側采用雙母線接線；6kV側采用單母線分段接線，目前其35kV側共4回出線，2回工作2回備用。伊犁二電廠距礦區中心居住區約2km，居住區的用電可取自伊犁二電廠。伊犁二電廠現用電負荷約56，備用電負荷約為19MW，不能滿足用礦井電負荷的要求。

4. 察縣110kV變電所：該站位于礦井北側約23km處，一次電壓110kV，電源引自伊犁二電廠，所內2臺變壓器，容量分別為20MVA和40MVA，其電壓為110/35/10kV，該變電所三側母線均采用單母線接線。

5. 伊寧縣110kV變電所：該站位于礦井北側約45km處，一次電壓110kV，電源分別引自伊犁二電廠及托海水電站，故電源可靠。所內設有2臺容量為20MVA的變壓器， 2臺變壓器的電壓均為110/35/10kV，其中110kV側為單母線分段帶旁路接線，35kV及10kV側母線均采用單母線分段接線。

6.伊寧市中心110kV變電所：該站位于礦井北側約40km處，一次電壓110kV，電源分別引自伊犁一電廠及西郊110kV變電所（該變電所與伊犁二電廠聯網），電源可靠。所內設有2臺容量為16MVA的變壓器， 2臺變壓器的電壓均為110/35/10kV，其中110kV側為單母線分段帶旁路接線，35kV及10kV側母線均采用單母線分段接線。

7. 新汶礦業集團伊犁能源公司一號井110kV變電所：位于本礦西北方向約8.2km處，現有規模為2×40MVA，站內設，110kV及10kV兩個電壓等級，兩側均采用單母線分段接線，目前該站僅有一回引自靖遠220kV變電站的110kV電源線路，線路規格為LGJ-120，長度為24m。

㈡礦區周邊建設和規劃中的電源情況

1. 新疆伊犁州礦區總體規劃確定在本礦所在礦區北部的煤電化工業園區建設一座火電廠，新疆電力設計院于2011年3月完成的《新疆華電伊犁火電廠一期（2×660MW）工程可行性研究報告》即為該電廠，目前該電廠的可行性研究報告已通過新疆維吾爾自治區發改委組織的初審，并上報國家發改委核準，可研確定，新疆華電伊犁火電廠位于伊南煤田北側（距礦井北側約18km處），一期規模為2×660MW，將以2回LGJ-6×400/75km 750kV電源線路接入伊犁750kV變電站（該站已開工建設，計劃與2013年中投運），從而與新疆主電網聯網。

目前新汶礦業集團伊犁能源公司已與華電新疆發電有限公司簽署了《新汶礦業集團伊犁能源公司和華電新疆發電有限公司煤電開發合作協議》， 協議規定待華電火電廠建成后，將為新汶礦業集團伊犁能源公司所屬提供110kV電源。

2. 新汶礦業集團伊犁能源公司規劃，由靖遠220kV變電站的110kV引一回電源線路至伊犁一號井（該線路已建成），再由華電火電廠110kV升壓站引一回電源線路至伊犁二號井，同時在一號井與二號井之間建一回110kV聯絡線為伊犁一號井和二號井供電。

三、礦井供電電源

本礦井投產規模為5.0Mt/a，達產規模為10Mt/a，按照《煤炭工業礦井設計規范》、《煤礦安全規程》對煤礦電源的要求，礦井應有兩回電源線路，當任一回路發生故障停止供電時，另一回路應能擔負礦井全部負荷。

本設計根據煤礦附近的電源狀況、礦井前后期用電負荷和礦區總體規劃、確定本礦采用110kV供電，并結合新汶礦業集團伊犁能源公司規劃及新汶礦業集團伊犁能源公司與華電新疆發電有限公司簽署了《新汶礦業集團伊犁能源公司和華電新疆發電有限公司煤電開發合作協議》，對本礦的供電電源選擇，提出如下三個方案：

方案一：在礦井工業場地建一座110kV變電所，2回110kV電源分別引自新疆華電伊犁火電廠升壓站和靖遠220kV變電站110kV側，為避免重復投資，電源線路規格按本礦后期達產10Mt/a時的負荷選擇，確定為LGJ-120，長度分別約為19km和22km，兩回電源線路同時工作，分列運行，當一回電源線路故障時， 另一回電源線路能保證煤礦全部負荷的需要。

該方案的優點是供電可靠性高、接線簡單、管理方便，投資及運行費用低，缺點是礦井投產受華電伊犁火電廠建設時間限制。

方案二：在礦井工業場地建一座110kV變電所，2回110kV電源分別引自新疆華電伊犁火電廠110kV升壓站和新汶礦業集團伊犁能源公司一號井110kV變電所，為避免重復投資，電源線路規格按本礦后期達產10Mt/a時的負荷選擇，確定為LGJ-120，長度分別約為19km和2×11km（在一號井與二號井之間的聯絡線必須為兩回才能滿足兩回線路同時工作分列運行或一回線路工作一回線路熱備用的要求），兩回電源線路同時工作，分列運行，當一回電源線路故障時， 另一回電源線路能保證煤礦全部負荷的需要。

該方案的優點是供電可靠性高、投資及運行費用較低（相對方案一，一號井和二號井需多建一個110kV出線間隔，相對方案三少將21km 110kV電源線路），引自一號井的電源線路可以兼做礦井施工電源，缺點是接線較復雜、運行管理稍繁瑣，投資及運行費用稍高，礦井投產受華電伊犁火電廠建設時間限制。

方案三：在礦井工業場地建一座110kV變電所，2回110kV電源分別引自靖遠220kV變電站110kV側和寧遠220kV變電站110kV側，為避免重復投資，電源線路規格按本礦后期達產10Mt/a時的負荷選擇，確定為LGJ-120，長度分別為22km和40km，兩回電源線路同時工作，分列運行，當一回電源線路故障時， 另一回電源線路能保證煤礦全部負荷的需要。

該方案的優點是供電可靠性高、接線簡單，管理方便，礦井投產不受華電伊犁火電廠建設時間限制，缺點是投資及運行費用高。

綜上三個方案的優缺點比較，設計確定采用方案一作為本礦供電電源方案，為保證本礦開工建設，前期由新汶礦業集團伊犁能源公司一號井110kV變電所10kV側引一回10kV電源線路，為本礦提供施工電源。

需要說明的是，新疆華電伊犁火電廠雖已完成可行性研究設計，并通過新疆維吾爾自治區發改委組織的初審，但還未取得國家發改委核準，故該電廠的具體建設時間未定，因此設計請建設單位盡早與新疆華電伊犁火電廠及當地政府協商，加快該電廠的建設。

兩回110kV電源分別引自新疆華電伊犁火電廠升壓站和靖遠220kV變電站110kV側，110kV線路導線規格均為LGJ-120，長度分別約為19km和22km，兩回電源線路同時工作，互為備用。兩回線路全線采用復合絕緣子，要求絕緣子大小傘間隔，無均壓環，且全線架設避雷線（GJ-35+OPGW光纜），地線采用直接接地方式，線路每基鐵塔均敷設人工接地裝置，接地裝置按土壤電阻率分別采用環形和環形加放射形淺埋水平布置接地型式與桿塔基礎自然接地相結合的方式，接地體采用Φ12熱鍍鋅圓鋼，引下線采用熱鍍鋅圓鋼；全線直線桿以18m 帶拉線雙桿為主，直線跨越處及重要轉角處采用自立式鐵塔，直線耐張以拉線雙桿為主。本線路砼桿基礎為預制件，鐵塔基礎采用現澆砼，所有基礎砼標號不低于C20級。全線桿塔基礎應采取防腐措施。

篇2

隨著電子設備對電源系統要求的日益提高，研究廉價的具有監視、管理供電電源功能的開關電源愈來愈顯得必要。本文在綜合考慮電源各種技術性能和對自身的安全要求以及開關電源性能的基礎上，設計出了一種新型實用的帶有過電壓檢測和保護裝置的智能化電源。它具有以下幾個特點：

（1）實際了對過電壓的檢測，并能記錄每次過電壓的瞬時值和峰值，可啟動備用電源供電，實現對電子電路的保護作用。

（2）具有抗沖擊能力強、使用壽命長、帶液晶屏數字監視的特點，同時通過RS485通信接口與管理計算機通訊能實現“透明”電源的工作和保護等功能。

（3）能實時顯示輸出電壓、電流的大小，過電壓的次數、大小以及必要的參數設置信息。

（4）通過接口與后臺或遠端PC機實現數據傳送。

智能化電源的核心由顯示板、CPU板、通信板、備用電源板、過電壓檢測板、鍵盤、通信轉接板組成。裝置的關鍵是實現電壓的峰值檢測，尤其是過電壓的檢測。本文提出了一種基于單片機的過電壓檢測和峰值電壓檢測方法，實驗證明它滿足了對檢測的快速性和精確性的要求。

2系統硬件設計

系統硬件框架如圖1所示。在正常的情況下，220V的交流輸入電壓經過整流、濾波、DC/DC變換、穩壓電路后可得到一個穩定的輸出電壓，基本上是一個開關電源；當有過電壓時，過電壓信號經過過電壓檢測電路檢測和峰值電壓保持電路保持，控制電源回路，斷開正常工作的交流電路，同時通過計算機啟動備用電源工作，以及完成對過電壓的瞬時值和峰值的測量。

2.1過電壓檢測電路

過電壓對于電源來說是一個非常有害的信號，雷電等引起的瞬時高電壓如果不加遏制，直接由電源引入RTU（遠程終端設備）則會影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高而工作不正常，嚴重時會損壞模塊，燒壞元器件（IC）。典型過電壓形成的沖擊電壓脈沖如圖2所示。

過電壓保護的基本原理是在瞬態過程電壓發生的時侯（微稱或納秒級），通過過電壓檢測電路對這個信號進行檢測。過電壓檢測電路中主要的元件是壓敏電阻。壓敏電阻相當于很多串并聯在一起的雙向抑制二極管。電壓超過箝位電壓時，壓敏電阻導通；電壓低于箝位電壓時，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應時間在納秒級。

過電壓檢測電路原理圖如圖3所示。當有過電壓信號產生時，壓敏電阻被擊穿，呈現低阻值甚至接近短路狀態，這樣在電流互感器的原級產生一個大電流，通過線圈互感作用在副級產生一個小電流，再通過精密電阻把電流信號轉變為電壓信號；這個信號輸入到電壓比較器LM393后，電壓比較器LM393輸出高電平，經過非門A輸出的控制脈沖1控制電源回路，斷開開關電源電路，啟動備用電源。控制脈沖2送到單片機的中斷中，單片機控制回咱啟動A/D轉換，采樣過電壓的瞬時值。

2.2峰值電壓采樣保持電路

峰值電壓采樣保持電路如圖4所示。峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過LM311進行比較，當Vi>V0時，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控制端8腳，使LF398處于采樣狀態；當Vi達到峰值而下降時，Vi<V0，電壓比較器LM311輸出低電平，LF398的邏輯控制端置低電平，使LF398處于保持狀態。由于LM311采用集電極開路輸出，故需接上拉電阻。由過電壓檢測電路輸出端送來的脈沖控制電路開關的導通，沒有過電時采樣電容放電，否則采樣電路一直跟蹤峰值的變化。

2.3單片機控制回路

單片機控制回路如圖5所示。它的主要功能是完成對過電壓的瞬時值和峰值的檢測、過電壓次數的檢測、電源輸出電壓和電流的檢測，并通過鍵盤的操作顯示出各個檢測值的大小；同時通過485接口和上位機實現通訊，在有過電壓的時候通過控制回路啟動備用電源，實現對電源本身的保護。

3軟件設計

系統軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。圖6是主程序流程圖。

主程序由初始化、看門狗置位、鍵盤掃描子程序、中斷子程序組成。主程序主要進行分配內存單元、設置串行口等器件的工作方式和參數，為系統正常工作創造條件。在主程序運行的過程中，通過按鍵可以顯示檢測的各個量的值；同時在系統過電壓和干擾信號產生時，液晶顯示屏會顯示提示信息，使電源實現“透明”，便于電源的管理。在本系統中，鍵盤采用的是由P1口組成的3×3行列矩陣式鍵盤。由于鍵盤程序的技術已經相當成熟，所以具體過程不做介紹。

圖5

篇3

關鍵字：直流穩壓 整流 濾波 變壓器

市電220V AC經過變壓、整流、濾波、穩壓四個過程后形成了所需要的直流穩壓電源，實現了市電220V向直流電壓的轉換如圖1所示。設計直流穩壓電源的過程恰好和上述過程相反，應先從最右邊的直流電壓穩壓輸出部分開始，向左邊推導、設計電路。

現直流穩壓電源設計步驟歸納如下：

1、確定電源的輸出電壓UOUT、最大電流IOUT

首先應先確定電源的電壓和電流，同時能夠確定負載電路的功率。設計直流穩壓電源最終是為了給負載供電，所以在設計之前就要搞清楚負載到底需要多大的電壓和電流。負載的工作電壓一般都可以通過分析電路獲得。例如負載可能是一只燈，也可能是一臺收音機或者電視機等電子設備。作為負載一般都有額定工作電壓，即電壓是一個某一固定值或一定范圍的值，為分析問題方便我們一般選擇電壓固定輸出，即UOUT確定。負載的電流往往不是一個恒定值，大部分負載所需電流會隨著狀態的改變而變化，如負載電流會隨著音量的升高、顯示器畫面亮度的增加而增加。在電源設計時我們要計算出電流可能出現的最大值，這個值我們記為IOUT。

2、穩壓電路設計

假設負載工作電壓為UOUT = 5V DC，最大電流為IOUT = 500mA。電流和電壓78系列三端穩壓器所能承受的最大電流，故考慮使用78系列三端穩壓器進行穩壓。7805三端穩壓器能夠提供5V穩定電壓和最大1.5A的輸出電流，故選之。

3、整流濾波設計

整流選擇橋式整理，整流管選擇常見的1N4007。

濾波可以選擇用大容量點解電容進行濾波，理論上濾波電容容量大濾波效果好，一般選取時根據電路的功耗來估算，負載功耗小一般取1000μF；負載功耗大，或對電源要求質量高的電路，例如音頻功率放大器，電容取值一般較大，有時取值在10000μF以上，本電源中取1000μF電容即可。

確定電容容量的同時要注意其耐壓值不能小于施加在其兩端的電壓，否則電解電容可能會因為電壓過高發生爆裂。本設計中選取耐壓值要考慮變壓器副線圈電壓的大小，在此先選擇耐壓為25V的點解電容，濾波電容確定為1000μF/16V的電解電容。

在濾波電容和穩壓器之間為克服導線的電感效應而加一只小電容，該電容的容量為0.1μF～1μF之間，本設計中選擇0.1μF/16V電容。

在穩壓器輸出端加濾波電容以穩定輸出電壓，該電容不用太大，選擇470μF/16V。

4、變壓器選擇

變壓器能通過原副線圈的匝數比來改變輸出電壓。在該設計中我們選擇能將市電220V AC電壓值變小的降壓變壓器，到底變壓器副邊線圈輸出電壓多大才合適呢？

首先考慮78系列三端穩壓器輸入端IN電壓至少要比輸出端OUT 高出3V，所以整流濾波之后電壓應大于5V+3V = 8V。

其次假設變壓器經變壓之后副邊線圈電壓有效值為U2則U2 = 8/1.2 = 6.7V，所以變壓器選擇副邊線圈電壓為8V的比較合適，

變壓器的最大功率應該考慮負載的功耗，負載的最大功耗為POUT = = UOUT ×IOUT = 5×0.5=2.5W，考慮一定的余量應該選擇的變壓器功率大于3W，所以本次設計的變壓器功耗為3VA，這樣表示指的是變壓器的視在功率為3VA。

再回頭看一下7805輸入端電壓為8V，我們選擇電容的耐壓值都是16V，能滿足條件。

至此，我們已經確定了直流穩壓電源的各個部分，該電源的原理圖如圖所示：

參考文獻：

[1]模擬電子技術基礎，華成英，高等教育出版社.

[2]電子設計從零開始，楊欣，清華大學出版社.

[3]模擬電路項目教程， 張杰，韓敬東，北京交通大學出版社.

作者簡介

王然升（1980年3月），男，漢族，山東諸城人，講師，煙臺師范學院，學士，主要從事電子電路方面的教學工作。

篇4

當我們發現智能家電與工業4.0與我們漸行漸近的時候，我們卻發覺社會的基礎設施并沒有完全準備好接納這個數字化的世界，在下文中我們將對智能用電器的核心適配設施進行研究實踐。作為智能用電器，本身具備較高的應變能力，這種情況的已通過兩種方法實現：一、自身植入各種應變模塊化程序；二、通過信源信號與云網連接，將自身拾取的環境信息交給云端服務器解決，云端再將處理意見與執行代碼發送給智能用電器。這里第一種解決方式從20世界60年代以后就已在全球得到應用，但也存在較大的缺陷，其中最突出的問題是產品升級與信息存儲量的局限性，這也直接導致了電器在“智能”方面的局限性。而第二種途徑是在云物聯發展的今天，我們期待它能被廣泛應用。通過云端信息處理的物聯網技術，我們可以將“地球大腦”時刻與用電器相連通，將社會的地理信息、歷史文化、金融趨勢、科技程序等時刻傳輸給用電設備，讓設備的智能程度得到巨大提升。作為用電器本身，電源是最基本的能量來源，類似給養生命的血液；而各種信源信號，類似各種神經脈沖，通過各種弱電的傳輸，用電器才實現了多功能化與智能化。由于品牌廠商與第三方運營的云平臺神經中樞般的處理信息功能，用電器將僅僅需要實現傳感器與效應器的功能。要達到這種穩態，我們需要有穩定電源與信源傳輸，雖然電源傳輸在上世紀30年代就已經穩定，但信源傳輸的一直采用多種適配接口，或靈活簡易如WIFI、ZigBee等無線方式，而由于傳統強電與弱電容易產生電磁干擾的原因，電源與信源的集成傳輸與適配的發展一致嚴重滯后。由于各種集成或靈活的信源在用戶安全及信號穩定性方面有著較大的缺陷，試想一個醫用的機器人在工作期間由于WIFI信號的不穩定，導致云端的醫生通過遠程視頻操縱手術刀失誤，這可能產生以生命為代價的后果。至此，電源與信源的集成穩態傳輸與適配連接，是用電器智能化發展的基礎設施工程，而電源與信源Unite模塊化產品是其中對于趨勢化的實踐之一。電源與信源Unite模塊化產品是指將電源與多種信源信號通過電磁屏蔽導線集成混合傳輸，并可以提取對應電源與指定信源的適配端產品。由于電網與電信行業的業務在各國分屬不同的利益集團，電源與信源的同步傳輸一直未得到大規模推廣使用。就目前技術水平而言，通過電磁屏蔽材料包裹住弱電傳輸的導線，之后與強電共載傳輸已達到推廣使用的階段，而隨著美元升值的預期，大宗商品的價格逐級下降，銅線及合金屏蔽材料的價格降幅巨大，產品成本已適合量產。

2設計需求

在傳輸端的協同效應方面，目前的量產技術已成熟，沒有實現的原因在于電網與電信的利益分配。而目前對于適配端的研究在國際上還處于初級階段。雖然如USB接口、1394接口等能夠實現電源與信源共載的適配方式已被廣泛應用，但這些產品僅僅實現了小功率直流電的適配，大功率的用電器更本無法使用。基于目前的實際條件，在傳輸端共載，而在適配端實現分流是符合目前實際的方法。電源與信源Unite適配端產品的主要功能是將原有集成混合電源與各種信源提取出來，并可以互換卡槽位置，實現適配。因此產品具有以下特點：一、具有電磁屏蔽材質將弱電與強電進行屏蔽后集成傳輸。二、產品將集成導線中的信源、電源提取出來。三、產品將信源與電源對應傳輸到各種電器常用的標準接口。

3功能定位

根據方法總結，采取如下的實踐方案：提供了一種新型的信源適配器與電源適配器結合及局部替換系統，使用者可以拆下任何適配端進行替換，也可以將多個電源適配端替換信源端口進行并聯，該產品可以集成家庭及企業中目前所需的多種信源與電源。其中電源為220V的民用交流電，信源可以包括多種，目前為了便于實施，暫定為網絡信號、電話信號和有線電視信號，在未來的推廣過程中，可以用各種信源X代替，如信源1、信源2，其中X屬于正整數。

4方案構思

電源與信源Unite模塊化產品的具體方案將是滿足使用者對電源與信源的集成適配，相互之間可以拆裝互換各種信源卡槽位置需求的一種電源與信源Unite適配端。產品要包括網絡信號適配端、電話信號適配端、有線電視適配端、電源適配端，所述網絡信號適配端、電話信號適配端、有線電視適配端與電源適配端一起插在電源與信源Unite適配端的基座上，并通過縱向固定分隔檔、橫向固定分隔檔與適配器開關后的圓柱進行位置固定。

5結構圖

本產品包括電源與信源Unite適配端功能器：1、網絡信號適配端2、電話信號適配端3、有線電視適配端4、電源適配端5、適配器開關6、適配器外殼7、適配卡槽8、縱向固定分隔檔9、橫向固定分隔檔10、網絡信號接口11、電源接口12、電話信號接口13、有線電視信號接口14、適配器基座接口15、適配端上有線電視適配接口卡槽16、適配端上電源接口卡槽17、適配端上電話信號接口卡槽18、適配端上網絡信號接口卡槽19、分適配器側面；網絡信號適配端是產品從集成源中提取出網絡信號的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；電話信號適配端是產品從集成源中提取出電話信號的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；有線電視適配端是產品從集成源中提取出有線電視信號的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；電源適配端是產品從集成源中提取出電源信號的分適配器，可以插拔并與其他適配端互換位置；適配端開關可以控制整個適配端開始/停止工作的換檔按鍵；適配器外殼采用ABS材料；適配卡槽將用于將各個適配端插入縱向與橫向分割檔的框內，與適配器開關后的圓柱主體部分一同起到的固定各個適配端的作用；網絡信號接口是適配器基座上構成中心對稱的四組突出銅線的網絡接口；電源接口是適配器基座上構成中心對稱的四組突出銅線的電源接口；電話信號接口是適配器基座上構成中心對稱的四組突出銅線的電話信號接口；有線電視信號接口是適配器基座上構成中心對稱的四組突出銅線的有線電視信號接口，內部線路包裹設屏蔽網；適配器基座接口放大圖是上圖的細節放大圖，將產品基座放大，描述各接口位置及細節；適配端上有線電視適配接口卡槽，在每個適配端上都有有線電視適配接口卡槽，但只能在有線電視適配端內部能夠實現通路，這樣既能實現效果，又能實現適配端替換裝配；適配端上電源接口卡槽，在每個適配端上都有電源接口卡槽，但只能在電源適配端內部能夠實現通路，這樣既能實現效果，又能實現適配端替換裝配；適配端上電話信號接口卡槽，在每個適配端上都有電話信號接口卡槽，但只能在電話信號適配端內部能夠實現通路，這樣既能實現效果，又能實現適配端替換裝配；適配端上網絡信號接口卡槽，在每個適配端上都有網絡信號接口卡槽，但只能在網絡信號適配端內部能夠實現通路，這樣既能實現效果，又能實現適配端替換裝配。

6總結

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關鍵詞：線性穩壓器；開關穩壓器；電源

中圖分類號：TP303+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2656-04

Abstract： Analyzes the basic principles and characteristics of the DC-DC regulator， analyzes and compares the performance and structure of the principle of linear regulator and switching regulator， and provides a variety of important factors in the actual situation of the DC-DC design. Describes to the basic method of power chip selection， and provides a reference for the DC power circuit design.

Key words： linear regulator； switching regulator； power supply

電源的應用無處不在，所有的電子系統都需要恒壓電源或者恒流電源的支持。輸出直流稱為直流電源，由前端直流轉后端直流的稱為DC-DC變換器，而直流轉交流的變換器稱為逆變器。所以，DC-DC變換器是用于提供DC電源的電路或模塊。

1 DC-DC變換器的主要分類

1.1 線性型（Linear）

線性型變換器：可以從電源向負載連續輸送功率的DC-DC變換器。線性型變換器通過在線性區域內運行的晶體管或場效應晶體管（Field Effect Transistor或FET），電路的輸入電壓中減去超額電壓，調節從電源至負載的電流流動，從而產生經過調節的輸出電壓。

1.2 開關電源型（Switcher）

開關電源型變換器：以脈寬方波的形式從電源向負載輸送功率。其特點是開關器件的周期性開通和關斷（定頻型、變頻型、定變混合型）。將原直流電通過脈沖寬度調制PWM（Pulse Width Modulation）或脈沖頻率調制PFM（Pulse Frequency Modulation）來控制有效的直流輸出。PWM調制穩定電壓的方式是，在開關頻率不變化的前提下，依靠脈沖寬度的增大或縮小改變占空比例，進而調節電壓達到穩定，它核心部件是脈寬調制器。在PFM調制方式運作的時候，脈沖寬度是固定的，開關頻率的增加或減少控制了占空比，使得電壓保持穩定，脈頻調制器是它的核心部件[1]。

2 線性穩壓器（Linear Regulator）

線性穩壓器如78XX系列三端穩壓器等，是一種無需使用開關元件而能提供恒定電壓恒定電流輸出的DC-DC轉換器。

2.1 線性穩壓器的工作原理

線性穩壓器和輸出阻抗形成了一個分壓網絡。線性穩壓器等效于受控的可變電阻器，可根據輸出負載自行調解以保持一個穩定的輸出。輸出電壓通過連接到誤差放大器反相輸入端的分壓電阻采樣，誤差放大器的同相輸入端連接到一個參考電壓Vref。誤差放大器試圖使其兩端輸入相等2.2 線性穩壓器的類型

線性穩壓器中的元件是雙極型晶體管或場效應管MOSFET。雙極型線性穩壓器具有較高的壓降電壓，并能支持較高的輸入電壓并擁有更好的瞬態響應。MOSFET低壓差線性穩壓器LDO（Low Dropout Regulator）能支持非常低的壓降，低靜態電流，改善噪聲性能和低電源抑制。為使線性穩壓器處在正常工作狀態之下，Vin和Vout之間最小壓差稱為壓降電壓（Drop-out Voltage），不同的穩壓器結構會產生不同的壓降電壓，這也是幾種線性穩壓器的最大區別。如LM340和LM317這些穩壓器使用NPN達林頓管，稱其為NPN 穩壓器（NPN Regulator）。然而低壓差（Low-dropout）穩壓器（LDO）和準LDO穩壓器（Quasi-LDO）為新型電源設計提供了更高性能[2]。

2.3 LDO的應用選擇

開關穩壓器是一種采用開關組件與能量存貯部件（電容器和感應器）一起輸送功率的DC-DC轉換器，它提高了電源轉換效率和設計靈活性。開關穩壓器主要分為以下兩類：電感儲能開關穩壓器和無電感型開關穩壓器（充電泵）。

3.1 電感儲能開關穩壓器的工作原理

電感用于儲存能量及向負載釋放儲能，電感在開關管開通狀態下從Vg獲得能量。

4 DC-DC變換器的應用選擇

5 結論

通過分析比較最常見的兩類三種直流穩壓電源，了解了直流穩壓電源的結構及構成原理，提出了電源電路環路控制的設計方案，為直流穩壓電路正確合理的設計提供了參考方案。根據不同的實際設計需要和參數選用不同類型直流穩壓電源，有利于整個系統平穩安全的工作。

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篇6

【關鍵詞】機電設備；開關電源；設計

1.機電設備中開關電源的工作原理

1.1 原理簡介

在節電設備的開關電源中，開關元件主要是利用電子技術通過半導體等相關的元器件對開關的打開以及關閉進行控制，從而有效的保證電壓能夠穩定的輸出。通過開關電源能夠使得晶體管能夠實現接通與關閉，晶體管導通的情況下，電壓比較低，電流比較大；晶體管關閉時，電壓比較高，電流比較小。半導體元件中電壓與電流的成績就是該元件的損耗量，所以說此類開關電源能夠在損耗比較低的情況下能夠提供多種直流電源。

在PWM工作的時候其首先是將輸入電流的電壓進行斬波，從而將其轉換為與輸入電壓幅值相同的脈沖電壓。對于機電設備開關電源的調節主要是通過脈沖的占空比進行控制的，通過PWM將其斬波為交流方波之后，就可以通過變壓器等設備對幅值進行控制。想增加電壓的組數，只需對變壓器的繞組數目的增加就可以實現。通過整流濾波的作用，就能夠獲得我們所需要的直流電壓。

在對機電設備開關電源的設計中，輸入能夠從母線出獲取，這是對于變頻器的特點進行分析得出的結論。在開關電源的設計中主要包括以下幾個方面：輸入電路、功率因數的校正以及轉換、輸出電路和頻率振蕩器等部分。

若想實現電能的轉換主要是靠高頻的電子開關實現的，根據數據分析可知若接通占空比的高地決定著負載電壓的高地。

1.2 UC3842的反激式原理簡介

對開關電源的分類通常有反激式變換器以及正激式變換器兩種，在本文中筆者將對反激式變壓器進行著重討論。反激式變換器主要指的是變壓器的初級性與次級性時不同的，而正激式變換器則與之相反。

對于反激式變換器的工作原理介紹：在打開的時候，Q1為導通的狀態，在LP的兩側對其加以電壓U0，此時的電流就會呈線性增加的方式進行升高，反激式變換器則進行儲能作用；反激式變換器的此時的電壓為N0/N2與Vm以及D的乘積，在這個時候位于L5兩側的電壓上方的為負電壓，下方的為正電壓，但是D0由于反偏的作用就會停止。在其關閉的時候，Q1處于關閉狀態，此時其中的電流為0，但是在原邊中的電壓的極性則呈反向，相應的副邊電壓也會發生調換，這時候之前所儲存在變壓器中的磁能就會轉變為電能進行釋放。

對于單端的反激式變換器來說，在其開關導通的時候能夠進行電能的儲存，在將開關關閉的時候能夠將之前所儲存的電能進行釋放，所以說高頻變壓器不僅具有變壓、隔離的作用，同時還是一種能夠進行能力儲存的元件。

2.關于開關電源的設計細節

2.1 所選用的器件介紹

通過UC3842能夠產生PWM波形，能夠對電流方式進行很好的控制。在這種電路中不但具有振蕩器，而且具有能夠為溫度補償提供參考等作用，若想有效的驅動MOSFET，就必須選用大電流圖騰柱輸出。

在UC3842中，首先要在其引腳的電路的1腳要求與定時電阻和電容之間進行連接，其作用是控制震蕩頻率；2腳與阻容元件之間進行連接，其主要作用就是對誤差放大器的頻率進行補償；其3腳要與反饋電壓的輸入端之間進行連接，這樣才能夠實現其電壓轉向反響輸入端的功能；與4腳進行連接的則是電流的檢測輸入端；；7腳的作用為基準的電壓輸出。

在TL431電路中的電壓基準與齊納管的運行為同種原理，利用外部電阻能夠實現對其電壓編程為40V，通常將其坎作為能夠維持電壓穩定的二極管，在其兩端的輸出電壓主要是由它外部所連接的電阻所決定的。當TL431的輸出電壓提高的時候，就會使得其中的晶體管VT能夠導通，其輸出電壓相應的就會降低。

由于在開關電源的輸入端的電源大多都是從直流的母線中所取得的，在反激變換功率關斷的時候就會使得電壓出現頂峰，為了對電路進行保護就必須對其采取相應的措施以抑制。通過RCD能夠有效的緩解存在于元器件兩側的過電壓。通過RCD電路的設計，根據楞次定律的相關知識可以知道，當關斷MOS的時候，能夠在變壓器的原邊中形成一個非常高的瞬時電壓，由此可見在設計選擇MOS的時候要保證其能夠承受的電壓在實際電路輸入電壓的1.5倍以上。

2.2 關于電路

在機電設備的開關電源的設計主要是為了實現對于功率開關管的控制以及IC的控制，其電源的供給主要是通過直流母線，之后再設計各種電壓的開關電源。在本文中筆者將對10V的開關電源的設計過程進行闡述，向大家講解機械設備的開關電源設計中的關鍵。

UC3842這種芯片能夠很好的實現對電流控制的功能，這種芯片主要是通過對頻率的調節從而實現對輸出電壓的有效控制。在其工作的狀態中在濾波器的作用下，能夠對開關的噪音以及諧波等進行濾除。交流電壓之間形成一個能夠抗串膜的干擾電路，主要就是為了能夠對噪聲實現其抑制的作用。

電路中的交流電源能夠在經其處理之后進去到整流器之中，從而獲得我們所需要的電壓。也就是說通過濾波電容的輸入將輸入電壓中所存在的一些干擾因素進行去除，從而得到一個穩定的輸出電壓。

對于啟動電路中主要包括電阻以及電容，若想保證其在啟動之后能夠正常工作，首先要保證其功率能夠達到2W，在電容中所存儲的能量要保證能夠滿足開關電源啟動時的需求，不能夠低于150uF。

由于此電源開關中有很多電路輸出，不能夠單純的對其中的某一路進行反饋，所以說要在電路中設計一個反饋線圈來進行對電壓的反饋，由此實現對沒路輸出進行很好的控制。通過整流濾波的作用能夠為人們提供一個相對較為穩定的電壓反饋。

在通過UC3842對電路進行保護的時候，如果輸入端出現短路的情況，就會導致過流的現象，從而導致漏極電流明顯的提高，其中的電壓也會有明顯的提高。

如果引腳中的電壓超過2V的時候，比較器中就會輸出比高電平，這樣就會使鎖存器復位，輸出也就會隨之而關閉。在這種情況下芯片的引腳中是沒有輸出電壓的，從而達到了保護電路的目的。如果電路中的電壓太高，不能夠很好的實現對占空比的調整，就會導致變壓器中的電壓升高，從而輸出也會關閉。

在電路短路的情況下，電流的突然增大所產生的熱量就會使電阻值增大，實現斷路的作用，經過技術解決之后，自恢復開關便能夠恢復其阻抗值。

根據示波器的顯示我們可以發現，在直流母線的上電過程中電壓不夠穩定，但是在芯片的調解下，能夠有效地保證電壓輸出，由此可見其抗干擾的能力是非常強的，所以在一些比較復雜的環境中也能夠正常的工作。

在機電設備開關電源的設計中要實現電源通道之間的相互隔離，只需在原基礎之上加入一些新的元器件就能夠達到我們的目的，投資不高，能夠更好的對變頻器進行利用。根據機電設備中開關電源的使用調查情況可以發現，此電路系統是非常安全的。

3.變壓器的設計細節

3.1 變壓器參數

變壓器的工作頻率為50kHz，變壓器的工作周期為30us，其工作效率η為0.87；變壓器的電壓為220v±50%，所以其范圍為110v—330v，該變壓器的輸出功率為120w。

3.2 變壓器設計過程

在變壓器的設計過程中首先要按照整流管的損耗選擇合理的刺心，變壓器的輸入功率通過計算式計算為率P輸入=P輸出/η=120/0.87=138W。變壓器的磁芯一般都是選用鐵氧體的磁芯，主要原因是由于這種磁芯的電阻率比較高，而且價格比較便宜。

UC3842能夠有效的對電流的峰值進行控制，在其正常運轉的情況下，該芯片的占空比要小于0.6，在變壓器的設計過程中占空比按照0.5進行計算，所以說在變壓器的工作過程中開關管的導通時間為12.5微秒，變壓器的輸入電壓為180v。

變壓器工作過程中的磁通密度也非常重要，在其溫度處于100攝氏度的時候其磁感應強度為400mT，將此時變壓器的振幅折中計算，此時交變電流的磁通密度為0.238T。

對于邊緣線的匝數的計算時，首先要掌握變壓器中磁芯的有效面積，不同的變壓器的型號可以找出其中的固定數值等方面進行計算。變壓器的電源輸出端與負載之間連接的時候通常都會使得電壓降低，在變壓器的設計中就要在設計基礎之上對每個輸出電路多設計出一匝，這樣能夠得到一個要高一些的電壓，自后再由穩壓器的轉換得到我們所需要的電壓。

4.結語

對于機電設備開關電源的設計具有非常高的要求，在對于開關電源的設計中只有很好的把握好其中的技術關鍵才能夠保證設計成功。

由于機電設備經常性的開啟和關閉，所以在設計開關電源的時候要保證能夠在電磁干擾比較低的情況下為其提供穩定的電源，通過選取合理的電容值，避免波紋的出現對機電設備的供電產生影響。由于機電設備開關電源在性能方面比較優越，在未來的機電設備中的應用會變得越來越廣泛，所以對于此類問題的研究還要不斷的深入。

參考文獻

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篇7

（1.中航工業西安航空計算技術研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京100191）

摘要：針對某型號光纖陀螺老煉測試需要長時監控、數據存儲和故障保護等需求，采用工控機與MC9S12XEP100MAL單片機相結合的方案，設計光纖陀螺供電電源監控系統。該系統可以實時監控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數據存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護功能，達到了預期的技術指標，可以滿足光纖陀螺老煉測試的要求。

關鍵詞 ：光纖陀螺；電源監控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中圖分類號：TN86?34；TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金項目：航空科學基金：機載電子芯片熱模型研究（20100231001）

0 引言

某型號光纖陀螺在老煉測試時往往是多個陀螺成組進行測試，每一個陀螺都由線性隔離電源獨立供電。由于對光纖陀螺的老煉測試一般都在幾十小時，甚至上百小時不間斷，這就要求供電電源連續可靠地工作。反之，一旦電源過壓、欠壓或者過流就會損壞待測陀螺，造成巨大的經濟損失。因此，對光纖陀螺供電電源進行監控，不僅可以實時記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態，而且在電源出現過壓、欠壓或過流時，可以自動切斷供電電源，從而起到保護光纖陀螺的作用。

本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機作為上位機，基于LabVIEW 設計了12路陀螺電源數據監控界面及數據存儲程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機作為下位機監控電路的主控芯片，實現了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實時采集，以及過壓、欠壓和過流等故障保護。采用Modbus協議的RTU 模式，實現了上位機與下位機的數據傳輸。基于上述技術，實現了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實時監控。

1 光纖陀螺供電電源監控系統方案

1.1 技術要求

光纖陀螺供電電源監控系統要求能夠監控12個光纖陀螺供電電源。這12 個電源均采用朝陽4NIC?X20線性電源，各電源獨立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。

具體的技術要求如下：

（1）同時監控12個光纖陀螺供電電源；

（2）每一個陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；

（3）一旦某個電源出現過壓、過流或欠壓故障，電源監測系統立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時進行聲音報警（只有排除故障后，供電系統重新上電才可以恢復供電）；

（4）上位機實時顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實時記錄各電源的輸出電壓、電流。

1.2 系統方案設計

根據光纖陀螺供電電源監測系統的技術要求，光纖陀螺供電電源監測系統方案[1?2]設計如圖1所示。

在圖1中，AC 220 V交流電通過繼電器組控制后為12個光纖陀螺電源供電。監控電路分為3組，每組監控4個電源，共同檢測12個電源的輸出電流和電壓，一旦檢測到某個電源出現過壓、過流或欠壓等故障，則可以通過控制相應的繼電器實現AC 220 V交流供電的自動切斷，起到保護光纖陀螺的作用。

3組監控電路再通過RS 485網絡連接至上位機，實現陀螺電源輸出電壓、電流數據的上傳。RS 485 串行數據通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機，實現陀螺電源電壓、電流數據的接收、顯示、報警和存儲。

2 監控電路設計

光纖陀螺供電電源監控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構成，如圖2所示。

在圖2 中，每一組監控電路可以監控4 個陀螺電源。由于每個陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監控電路需要對8路電壓信號和8路電流信號進行隔離采樣。

2.1 單片機選型

選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機作為監控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機是飛思卡爾16位單片機，最高總線頻率可達50 MHz，具有16個模擬量輸入通道，轉換精度為12位，可以滿足監控電路對8路電壓信號和8路電流信號進行A/D轉換的需要。

2.2 隔離采樣電路設計

電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。

ISO124 為精密變壓器隔離運放，放大倍數為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。

電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進行電流信號的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。

LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測量頻率為150 kHz。

在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計算出當原邊輸入電流為2 A時，輸出電流信號If1為4 V。

2.3 RS 485通信電路設計

為了提高系統的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉換芯片，設計好的隔離通信電路如圖5所示。

2.4 保護電路設計

為了確保光纖陀螺安全可靠地運行，設計了如圖6所示的過壓、過流和欠壓保護電路。

在圖6中，輸出電壓的過壓值設置為+5.5 V，欠壓值設置為+4.5 V，過流值設置為2 A。

當監控電路檢測到某個陀螺電源出現過壓、過流或欠壓等故障時，單片機將對應的I/O端口輸出信號IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點JDQ1 斷開，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實現陀螺電源出現過壓、過流或欠壓等故障保護。一旦陀螺電源保護，只有整個陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復供電。

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括上位機監控軟件及監控界面設計、通信協議設計和下位機軟件設計三部分。

3.1 上位機軟件設計

采用LabVIEW 2013 來設計測控軟件的上位機界面以及與下機位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，提供了很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面，快速輕松采集實際信號、進行分析以確定有用的數據、通信或存儲結果[3?4]。設計好的上位機光纖陀螺供電電源監控界面如圖7所示。

在圖7中，系統可以同時監控12個光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當前工作狀態，是否出現過壓、過流和欠壓等故障；一旦出現故障，相應的指示燈會由綠色變為紅色。

3.2 通信協議

工控機與下位機單片機之間的通信協議采用Mod?bus 協議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機作為主機，光纖陀螺供電電源監控電路1~3為從機[5?6]。

3.3 下位機軟件設計

下位機軟件設計主要包括系統上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數據發送/接收中斷子程序三部分。

（1）上電初始化子程序。系統上電后，首先需要進行系統的初始化設置，包括MC9S12XEP100MAL單片機處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。

（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個陀螺電源的8個電壓信號和8個電流信號的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。

在圖9中，當10 ms中斷產生進入中斷子程序，單片機對16 個A/D 通道順序進行轉換，并對轉換后的電壓電流數據進行處理，然后將其存入對應的數據緩沖區，等待上位機請求數據時通過串口發送返回。電流電壓數據處理主要包括將A/D 轉換結果變換成對應的實際電流電壓值，以及進行電壓的過壓、欠壓判斷，電流的過流判斷。一旦出現過壓、欠壓或過流等故障，單片機立即啟動保護電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。

（3） 串口數據發送/接收中斷子程序。工控機與3 路監控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機向3路監控電路發送數據請求命令，監控電路在響應主機請求時返回8路電壓信號數據、8路電流信號數據和陀螺電源的工作狀態數據。為了減少串口數據發送/接收對單片機資源的占用，提高處理的效率，系統采用中斷的方式完成串口數據的接收和發送。串口中斷服務程序流程如圖10所示。在圖10中，當串口中斷產生時，串口中斷服務程序首先判斷串口中斷的來源，進入串行數據接收或串行數據發送子程序。發送數據時，從系統的發送緩存區讀取數據，寫入相應的串口寄存器發送；接收數據時，從相應的串口寄存器讀入數據，寫入系統的接收緩存區。

3.4 數據存儲

工控機接收到監控電路返回的電流電壓數據后，除了將數據顯示在監控界面中，還定時將數據以Excel文件的格式存儲到工控機的硬盤中，以備陀螺電源運行數據的查詢。其中，數據存儲時間為10 s。

4 結論

本文采用工控機與MC9S12XEP100MAL 單片機相結合的方案，基于LabVIEW編程技術、隔離信號采樣技術，以及RS 485串行通信等技術，實現了光纖陀螺供電電源監控系統的設計。該系統可以同時監控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數據存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護功能。現場實際應用表明，該光纖陀螺供電電源監控系統電流、電壓采樣精度高，數據采集和顯示實時性好，故障保護功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測試需要長時間監控、數據記錄分析和故障保護的要求，達到了預期的技術指標。

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篇8

關鍵詞：開關電源；軟開關；硬件設計

0 引言

開關電源是一項電子化技術，其使用功率轉換器實現電能間的轉換，轉換后的電能用來滿足各方面用電的需要。其較線型電源重量更輕、體積更小、效率更高，在計算機、電視機、自動化控制設備、通信設備等各領域得到廣泛的應用。

1 開關電源基本工作原理

開關電源有許多種形式，尤其是以調制型脈沖的寬度（PWM）最盛行，目前以該種形式開關電源的工作原理進行介紹。

主回路指由電網把能量傳給負載的一種回路，其他回路則被稱為控制類回路。

電網的交流電經濾波整流電路的輸入，進而獲得直流高波紋電壓，此后經過變換功率電路，轉換成滿足要求的波脈動電壓，再經整流形成連續直流低波紋電壓。

控制類回路在將開關高壓T動脈沖提高的同時，要實現電壓穩定輸出的控制，此外還要保護負載和電源元件。其通常是由檢測放大型電路、震蕩時鐘電路、電壓脈沖轉換V/W電路及自用的電壓等電路組合而成。

2 軟開關相關技術

目前的電力電子設備發展主要趨勢為輕量化。小型化，且對于裝置效率和電磁的兼容問題要求更高。通常，變壓器、濾波電感及電容在裝置重量和體積中所占比例較大。所以，要達到裝置的小型化、輕量化，就必須想辦法降低他們的體積與重量。由“電路”的相關知識可知，工作效率的提高可以使變壓器繞組間匝數減少，同時還可以使鐵心體積減小，從而讓變壓器往小型化發展。因此高頻化電路是設備輕量化、小型化的有效途徑。然而在提高開關頻率的同時，增加了開關的損耗，使電路運行效率降低，增大了電磁的干擾，可以知道簡單提高電源開關的頻率并不能從根本上解決問題。

軟開關相關技術的出現能夠使這些問題得到解決，其主要利用諧振輔助轉換電流的手段，解決了電路中開關的損耗及噪聲等問題，大幅度提高了開關頻率。

3 高壓軟開關充電電源硬件設計

3.1 主電路的選型

在開關諧振技術中適合于電容脈沖充電的是諧振串聯電路，其輸出結果近似看做恒流源（等臺階充電），其優點為充電的效率較高，且可以保護固有的短路。因為電源的功率過大，全橋電路且高頻變壓器副邊采取整流橋二極管整流。

3.2 電路工作方式與原理

直流（經過市電整流的）電壓經電路而逆變成頻率較高的交流方波電，該種高頻交流方波電經過高頻的變壓器升壓，經過二極管的整流橋進而得到穩定的電流，給電容充電。

設：IGBT開關的頻率為fs， 諧振的頻率為fr。

諧振串聯變換器工作方式以fs的大小主要有三種方式：

（1）第一種方式（fsfs>fr/2） 電流處于連續的工作狀態，實現電流為零切斷。但在開通過程中，同一個橋臂的兩開關有強制換流現象，所以開關的損耗和干擾較大；（3）第三種方式（fr

現對圖3-1負載串聯DC-DC變換器三種工作方式進行分析。

由圖得出，Cr與Lr形成串聯型諧振，同負載相互串聯，經諧振后的電流于負載一端被整流。在輸出端濾波的Cf足夠大，可以認為Cf兩端的電壓為直流無波紋電壓。若簡單進行分析則可忽略諧振電路損耗過小的電阻，輸出電壓V0反射至整流橋輸入端，用VCB表示，若IL為正值，VCB=V0，IL為負，VCB=-V0。

如果開關T加導通，當IL電流為正，電流流過T+，否則，流過D-二極管；

同上，當IL電流為負，若T-導通，流過T+；否則流過D+二極管。所以，圖1（a）有以下四種情況：

1.當IL>0時

T+導通： VAB=+Vd/2，VAC=Vd/2-V0；

D-導通： VAB=-Vd/2，VAC=-Vd/2-V0。

2.當IL

T-導通： ：VAB=-Vd/2，VAC=-Vd/2+V0 ；

D+導通： VAB=+Vd/2，VAC=Vd/2+V0。

諧振槽上的電壓VAC由IL電流方向和哪一開關導通來決定。上面的方程表達的4種情形可由圖1（b）的等效電路表示。要引起高度的重視，采用這一電路要根據不同時間的間隔進行計算。各間隔內，應確定初始狀態條件，且要把VAB和VCB看做同一直流型電壓。

當處于穩定對稱的工作狀態時，兩開關處于相同的狀態，同樣，兩個二極管也處于相同的狀態，所以，只需要對運行的半個周期進行分析即可計算得到整周期運行狀態，這是因為另外半個周期運行的狀態和這前一半周期運行狀態是相互對稱的。

4 結語

本文結合當前開關電源的發展趨勢，在系統學習開關電源原理的基礎上，了解開關電源的主要設計過程及其相關方法；并爭取在電源的設計和制造等工作中加以應用，希望能給同行提供借鑒意義，促進高壓軟開關充電電源硬件設計的良好發展。

參考文獻：

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關鍵詞 加油站;防雷;隱患;接地;靜電防護

中圖分類號 TM7 文獻標識碼 A文章編號 1674-6708(2010)16-0073-02

0 引言

靖西縣地處桂西南邊陲,南與越南接壤,靖西縣屬亞熱帶季風氣候,夏天無署,冬無嚴寒,年平均氣溫19.1℃,中國是世界上氣象災害最嚴重的國家之一。隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的提高,機動車輛和汽車加油站急速增加,伴隨的加油加汽站的雷電事故呈現逐年上升趨勢,直接威脅到國家財產和周圍人民生命安全,削弱了其作為城市能源樞紐的功能,因此,這些易燃易爆場所的雷電安全防護就顯得尤為重要。本文通過對加油加氣站所處環境、防雷裝置特點和檢測資料,分析、總結出了常被人忽視的潛在隱患,其綜合防雷應從建筑物的防雷、油罐的防雷、電源系統防雷、接地這幾個方面考慮依據國家技術規范要求,明確了針對性的全面防護措施,提出了系統的解決方案和辦法。

1 加油站常見特點與隱患

1.1 防直擊雷裝置

加油加氣站通常設在城區開闊位置或郊區、道路干線、高速公路等開闊地帶,占地面積不大,但所屬環境為雷電高風險地區。建筑物一般都有罩棚、營業室、值班室等,至少應按3類防雷設計,油罐區應按一類建筑物雷電防護要求。

金屬罩棚大多符合防雷技術要求,但緊鄰的站房多數無防雷裝置,安裝的金屬牌或射燈也無接地,存在防雷隱患。近年來,隨著國家對石化系統防雷的重視防雷檢測的深入,防雷狀況逐步有所改善。

1.2 防雷電電磁脈沖裝置

加油站的電源和通信線路通常都是架空到站區附近再埋地引入建筑物,部分是架空接入變壓器后再地埋引入,山區和鄉村加油站有時根本沒有地埋措施;河南省石化系統推廣的信息監控網絡才剛剛起步,引入加油站的ISDN等通信線路通常也是由戶外架空明線引入的;油庫的液位、溫度等信息線路外露安裝或無護套屏蔽接地措施;這些電源和信息線路絕大多數都未安裝電涌保護器(SPD)防護措施;因此非常容易遭受雷電電磁脈沖和過電壓襲擊。

雖然有的加油站在供電線路安裝了一級SPD,但往往由于級數不夠、人工接地體阻值過大、接地線太長或連接不可靠等原因不符合規范,必然嚴重影響防雷效果,實際上防雷保護器形有實無。

1.3 電源系統裝置

加油站的380V交流供電線路是架空明線接入至站區附近再地埋引入建筑的,部分加油站是由10KV電力線架空接入,經變壓器后再地埋引入建筑的。在鄉村和山區有時根本沒有地埋措施,因此非常容易感應雷電電磁脈沖。

1.4 通信網絡系統裝置

引入加油站的ISDN等通信線路通常也是由戶外架空明線引入的,并且通常未安裝專用電涌保護器(SPD)做雷電防護措施。 火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者”。此時,應定為二類防雷建筑物。

1.5 防雷技術規范

隨著科技的進步,加油加氣站的電子設備也越來越多,越來越精密,承受電磁干擾能力就越低,受雷電過電壓襲擊的機會必然大大增加。可見,從雷電防護角度來看,加油站和油庫運行于雷害高風險環境中,即對于雷害風險的“暴露程度”很高。例如,2008年6月24日17時~20時,百色靖西縣受850hPa切變線影響,部分鄉鎮有強雷暴和大雨以上的強對流天氣過程,龍某住宅區南面距龍潭河約50m,東北面約150m有座30多米高的小山峰,此地帶易遭受雷擊幾率較大。當天有雷暴時,17時40分左右該小區已斷電,至20時間該小區住戶電器陸續有遭雷擊事故,經調查:8臺電腦(靠窗5臺)、調制解調器7臺、電視機3臺、電視機頂盒3臺,太陽能熱水器2臺受不同程度損壞。據受災住戶反映:有4位住戶電腦電源已全部拔出,但網絡線未拔出。其余用戶電源及網絡線均未拔出。

2 防雷技術措施

2.1 直擊雷保護

加油加氣站的金屬罩棚為第二類防雷建筑物,金屬外露罩棚最好平頂,不宜過高、過大,避雷網不應大于l0m×10m或12m×8m,其引下線間距不應大于18m,應利用每個支撐柱子作為引下線,保證至少兩根鋼筋上下可靠焊接,在地面合適的位置留出檢測試端子;其外部包裹塑鋼版應注意可靠接地,以防止靜電聚積。站房應采用避雷帶(網)防雷裝置,并利用站房柱筋和金屬罩棚接地系統。

2.2 公用接地系統與等電位連接

加油加氣站的防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統的接地等宜共用一組接地裝置,且接地電阻值應不大于4Ω(當采用單獨設置接地裝置時,要求各接地裝置之間要保持一定的距離)。接地系統應圍繞建筑物作環形閉合接地裝置,每組接地體設置2~3根垂直接地極,垂直接地極長2.5m、埋深超過0.7m;接地網應在基建時把油罐、管道加油口等多處位置可靠焊接,并為卸車地、加油機、配電盤等支線接地提供方便。

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關鍵詞：水情測報;太陽能;負載特性;功耗;容量;輸出功率

中圖分類號： TK511 文獻標識碼： A

第一節 大陽電池簡介

(一)太陽電池簡單原理

當太陽光(或其它光)照射到太陽電池上時，電池吸收光能，產生光生電子――空穴對。在電池內建電場作用下，光生電子和空穴被分離，光電池兩端出現異性電荷積累，即產生光生電壓――“光生伏打效應”。若在內建電場兩側引出電極，并接上負載，則負載中就有光生電流通過，從而獲得電功率輸出。這樣，太陽光能就變成了可實用的電能。

(二)太陽電池的負載特性

作為太陽電池的用戶，我們最關心的是太陽電池的外指標，除了看結構外型外，主要關心的是其負載特性――輸出電壓和電流的關系曲線。當負載RL由零變到無窮大時，即可繪出太陽電池的負載曲線。

曲線上任一點都稱為工作點，工作點和原點O的連線為負載線，其斜率的倒數即為負載RL，與工作點對應的橫、縱座標即為工作電壓和工作電流。調節負載電阻RL 到某―值Rm時，在曲線上的工作點為M，對應的工作電流Im和工作電壓Vm之積最大

Pm=Im?Vm

M點為該太陽電池的最佳工作點(最大功率點)，Im為最佳工作電流，Vm為最佳工作電壓，Rm為最佳負載電阻，Pm為最大輸出功率。

(三)太陽電池的填充因數F

Pm與(V∞×I∞)之比稱為填充因數F。

F=Pm/ V∞×I∞=Vm×Im/ V∞×I∞

用F可判斷太陽電池輸出特性的優劣。在一定光強下，F越大，負載特性曲線越接近“方”形，輸出功率也就越高。

它的充電電流為：

I=V-E/R1+R2

式中：V――太陽電池輸出電壓；

E――蓄電池本身電壓；

R1、R2――太陽電池和蓄屯池內阻。

由(3)式可知，充電電流I與蓄電池反電動勢E相關。當正大于V時，會形成反充電(加了反充二極管后不會反充電，但存在二極管反相飽和電流)。

第二節 蓄電池簡介

(一)蓄電池

蓄電池又稱二次電池。它與原電池(又稱一次電池)不同，原電池經放電后，不能使用充電方法使其活性物質復原。而蓄電池經放電后，可用充電方法泛其活性物質復原，再放電，故能以充電、放電方式循環多次使用。

(二)蓄電池主要(使用)參數

1、起動功率，也即特定起動電流下的輸出功率。在遙測系統中，主要表現在當電臺發射(約7～8A)時，蓄電池電壓不應下降太多(―般不能超過0.1～0.2v)。

2、蓄電池容量

蓄電池容量是指在一定放電電流、溫度、放電終止電壓等條件下，完全充電的蓄電池所能對外釋放的電量，它用安培小時(Ah)計量。在不同的使用條件下，有不同的含義，不同的容量。故有理論容量、額定容量、結構容量，表現容量之分。

在遙測系統的運用中，主要關心的是額定容量和表現容量。

額定(標稱)容量：是指在給定的設計條件下使用時，蓄電池必須保證達到的最低限度的電量輸出標準，廠家一般給出的是該指標(放電率在5～10小時)。

表現容量：在個別條件下，蓄電池實際表現出來的容量稱之為該條件下的表現容量。在高倍率放電或低溫下使用，蓄電池對外輸出的電量將比低倍率放電和常溫下使用時輸出的電量小得多。

在遙測系統中，雖然電臺發數時電流較大，但時間很短(一般每次不會超過4秒)，平均仍是低倍率放電使用條件，因此，在設計中采用額定容量為依據是足夠了。

在自報式測站中，一般選用10―20Ah蓄電池，雖然在電臺發送數據日蓄電池放電電流大到7一8A，但每次發射時間很短，一般不超過4秒鐘，值班時間遠大于發數時間，故平均仍是低倍率放電，只要該電池起動功率足夠，―般是沒有問題的。不過，若長時間發話時，則為高倍率放電，對于一個15Ah的蓄電池，在發話(發射電流約7～8A)時，相當于兩小時放電率，表現容量就顯得突出了。這也是我們把發話時間限制在每月不超過十分鐘(大部分集中時間使用)的原因之一。

3、絕緣電阻：主要指電池組相應單節極柱之間的絕緣電阻，它的漏電比其蓄電池內部自放電要大得多。所以蓄電池表面一定要保持清潔、干燥。

4、壽命和可靠性，該指標只有通過大量試驗(大的樣群或長時間)才能取得。

第二章

太陽電池――蓄電池供電方式設計

第一節 設計任務

設計的主要任務是：在設備所處的環境(地理位置、地形、地物、氣象、太陽能輻射等)和設備的使用條件(電壓、耗電量)下，設計出最經濟、最可靠的太陽電池――蓄電池供電系統，為系統正常工作提供足夠的電能。

第二節 蓄電池容量

蓄電池是太陽電池的蓄能裝置，在無日照時，它對負載供電。另外，當負載短時間大電流“脈沖”功耗時，只靠太陽電池不能滿足負載所需的全部電能，這時蓄電池將起補充作用。蓄電池還能起到一定的穩壓作用和確定太陽電池工作點的作用。

考慮到蓄電池老化、漏電、自放電以及容量參數的離散性，為了可靠地長期對設備供電，蓄電池容量應大于設備的平均電耗。故系統中的蓄電池容量用下式計算：

C＝負載平均電耗×連續無日照時間/容量修正系數

容量修正系數―般取0.7―0.8。那么：

對于自報站蓄電池容量取

C自=0.02（A）×30(d)×24(h/d)/0.7≈21(Ah)

對于應答站蓄電池容量取

C應=0.03（A）×7(d)×24(h/d)/0.7≈79.2(Ah)

第三節 太陽電池輸出功率w

太陽電池的輸出功率需根據使用現場的太陽總輻射能量、太陽電池組件的光電轉換效率以及負載耗電情況來確定。

考慮到太陽電池的輸出功率與日照條件緊密相關，因此，設計時必須考慮經過―個連續陰雨周期后能迅速補充設備所消耗的蓄電池電能，以便在緊接著的下―個連續陰雨周期內能可靠地對設備供電。為此太陽電池的平均輸出功率應比設備的平均功耗大得多，大的倍數可稱其為“保證系數K”。K值的大小與設備所在地的日照條件有關，具體取值可參閱K值與設備所在地的日照的曲線。則太陽電池的輸出功率為：

W太＝設備平均功耗W平×K

以湖南為例，年平均基本為2000小時，查曲線得K＝12.2，那么對于自報站太陽電池的輸出功率為：

W太=W月平×K＝0.24(W)×12.2≈3(W)

對于應答站太陽電池的輸出功率為：

W太=W’周平×K=3.96(W)X12.2 ≈48(W)

第四節 中繼站太陽電池―一蓄電池供電方式設計

可參照上述辦法計算。計算時注意下述兩點：

1、中繼站接收和發射的時間是下屬各測站發射時間的總和。

2、對于模擬中繼，接收和發射是同時進行的；對于再生中繼，接收和發射是分時進行的。

第五節 中心站供電方式設計

中心站值班部分(包括電臺、中心控制儀、值班機)的供電，也可采用太陽電池――蓄電池方式供電。計算方法可參照測站計算方法進行。但是由于中心站交流電源比較穩定，所以目前中心站設備均采用交流――蓄電池方式供電。

參考文獻:

1.孫增義等編著《水情自動測報技術基礎及應用》，北京：中國水利水電出版社