驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)范文

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篇1

1）實(shí)際導(dǎo)通時(shí)柵極偏壓一般選12～15V為宜；而柵極負(fù)偏置電壓可使IGBT可靠關(guān)斷，一般負(fù)偏置電壓選－5V為宜。在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射之間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管。

2）考慮到開通期間內(nèi)部MOSFET產(chǎn)生Mill－er效應(yīng)，要用大電流驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極的輸入電容進(jìn)行快速充放電，以保證驅(qū)動(dòng)信號(hào)有足夠陡峭的上升、下降沿，加快開關(guān)速度，從而使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。

3）選擇合適的柵極串聯(lián)電阻（一般為10Ω左右）和合適的柵射并聯(lián)電阻（一般為數(shù)百歐姆），以保證動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)效果和防靜電效果。根據(jù)以上要求，可設(shè)計(jì)出如圖1所示的半橋LC串聯(lián)諧振充電電源的IGBT驅(qū)動(dòng)電路原理圖。考慮到多數(shù)芯片難以承受20V及以上的電源電壓，所以驅(qū)動(dòng)電源Vo采用18V。二極管V79將其拆分為＋12．9V和－5．1V，前者是維持IGBT導(dǎo)通的電壓，后者用于IGBT關(guān)斷的負(fù)電壓保護(hù)。光耦TLP350將PWM弱電信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路且實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，而驅(qū)動(dòng)器TC4422A可為IGBT模塊提供較高開關(guān)頻率下的動(dòng)態(tài)大電流開關(guān)信號(hào)，其輸出端口串聯(lián)的電容C65可以進(jìn)一步加快開關(guān)速度。應(yīng)注意一個(gè)IGBT模塊有兩個(gè)相同單管，所以實(shí)際需要兩路不共地的18V穩(wěn)壓電源；另外IGBT柵射極之間的510Ω并聯(lián)電阻應(yīng)該直接焊裝在其管腳上（未在圖中畫出），而且最好在管腳上并聯(lián)焊裝一個(gè)1N4733和1N4744（反向串聯(lián)）穩(wěn)壓二極管，以保護(hù)IGBT的柵極。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在變換器的LC輸出端接入兩個(gè)2W／200Ω的電阻進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中使用的儀器為：Agi－lent54833A型示波器，10073D低壓探頭。示波器置于AC檔對(duì)輸出電壓紋波進(jìn)行觀測(cè)，波形如圖5所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，輸出紋波可以基本保持在±10mV以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。此后對(duì)反激變換器電路板與IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路板進(jìn)行對(duì)接聯(lián)調(diào)。觀察了IGBT柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，IGBT在開通時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓接近13V，而在其關(guān)斷時(shí)間內(nèi)電壓接近5V。這主要是電路中的光耦和大電流驅(qū)動(dòng)器本身內(nèi)部的晶體管對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓有所消耗（即管壓降）造成的，故不可能完全達(dá)到18V供電電源的水平。

3結(jié)論

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關(guān)鍵詞：TFT液晶顯示；驅(qū)動(dòng)電路；電源優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

自從信息技術(shù)在人們生活中出現(xiàn)，并且得到了越來越多人們的青睞和應(yīng)用，利用電子設(shè)備進(jìn)行顯示的技術(shù)便得到了長足的發(fā)展，并且在人們的生活中起到了不可缺少的作用。液晶顯示技術(shù)，即是信息技術(shù)在人們生活中的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。近幾年來，隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，薄膜晶體管的出現(xiàn)，更是彌補(bǔ)了傳統(tǒng)液晶顯示上存在的不足，例如，功耗高，工作電壓高，輻射強(qiáng)，并且還不能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)，極大程度的限制了液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，而薄膜晶體管，俗稱TFT卻正好相反。它對(duì)于工作條件有著非常溫和的要求，并且其體積相對(duì)來說也是大為縮小。在薄膜晶體管在液晶顯示中得到應(yīng)用時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)其工作亮度大，清晰度較高，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行更為深入的研究。

二、概述液晶顯示技術(shù)

液晶顯示技術(shù)，即是一種為了應(yīng)對(duì)越來越多的動(dòng)態(tài)視頻播放的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，和以往的顯示技術(shù)相比，將液晶顯示技術(shù)應(yīng)用到大型的顯示設(shè)備，甚至是一些便攜式的小型設(shè)備中去，可以實(shí)現(xiàn)較好的響應(yīng)度，能夠在一定程度上滿足人們對(duì)于播放的需求。在通信技術(shù)的不斷推動(dòng)下，液晶顯示技術(shù)更是以一種前所未有的速度發(fā)展著。

基于TFT即薄膜晶體管的液晶顯示技術(shù)在繼承了傳統(tǒng)的液晶顯示技術(shù)的不足的同時(shí)，更是彌補(bǔ)了傳統(tǒng)液晶顯示技術(shù)存在的不足，能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)的動(dòng)態(tài)圖像的播放，并且其分辨率更是大為增加。因此，可以看出，基于TFT上的液晶顯示技術(shù)擁有者一般的液晶顯示技術(shù)所沒有的發(fā)展空間。隨著智能手機(jī)得到普及，TFT的液晶顯示技術(shù)更是在很大程度上擴(kuò)展了其生存空間。并且已經(jīng)被應(yīng)用到智能手機(jī)的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路上，成為顯示的主流技術(shù)。不僅如此，TFT的液晶顯示技術(shù)不僅能夠應(yīng)用于手機(jī)的顯示屏，還能夠用于相機(jī)，MP3等多種電子設(shè)備的顯示屏，具有極其廣闊的發(fā)展前景。從驅(qū)動(dòng)電路的原理上對(duì)于TFT液晶顯示技術(shù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)這種驅(qū)動(dòng)電路完全體現(xiàn)了電路集成化的思想，即將所有的控制電路包括液晶驅(qū)動(dòng)電源的控制、電路，以及時(shí)序控制電路等控制電路集中到一塊芯片上，體現(xiàn)了微型化的思想，減小了制造的成本，以及芯片所占用的面積，這種電壓的制造工藝主要是，采用混合電壓的制造工藝，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的電信號(hào)的傳遞。

三、TFT液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)

TFT的液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路有著以下幾種明顯的優(yōu)勢(shì)。

（1）實(shí)現(xiàn)了單片集成化

正如上面所說，TFT的液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路過將時(shí)序控制電路以及液晶顯示電路集中到一個(gè)芯片中去，使得電路更為簡(jiǎn)捷化，便于電路工作人員對(duì)其實(shí)現(xiàn)一定的修理及維護(hù)，因此，加強(qiáng)了電路在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性，使得電路實(shí)現(xiàn)更高效的工作。

（2）有利于編程的實(shí)現(xiàn)

編程技術(shù)指將外界的控制指令發(fā)個(gè)硬件，硬件按照相應(yīng)指令開始工作。通過將不同的電路控制系統(tǒng)集中到一個(gè)芯片上，并且采用多級(jí)控制的曲線矯正方法，實(shí)現(xiàn)芯片能夠在各種不同特點(diǎn)的液晶顯示屏幕上得到應(yīng)用。

（3）提高了驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用范圍

驅(qū)動(dòng)是指用軟件對(duì)硬件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)揮硬件的實(shí)際功效，讓整個(gè)液晶顯示器進(jìn)行正常工作。通過在系統(tǒng)的工作電路中采用細(xì)化的工藝并且植入RAM，在一定程度上提高了系統(tǒng)的工作頻率以及顯示的質(zhì)量，通過這種工藝的使用，擴(kuò)大了驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，使得顯示的畫質(zhì)更加的清晰。

四、對(duì)于電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究

為了使得TFT的驅(qū)動(dòng)電路能夠更好地應(yīng)用到顯示設(shè)備中去，現(xiàn)在需要對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路的電源進(jìn)行進(jìn)一步研究，并且實(shí)現(xiàn)更低的能耗，以下將從幾個(gè)主要方面來對(duì)于電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并且提出其具體的研究方向。

（1）分析驅(qū)動(dòng)原理

對(duì)于電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)必須最終要回歸到對(duì)于TFT電路的顯示原理的研究上，只有對(duì)于組成電路的各種元器件的工作環(huán)境以及工作條件達(dá)到一定的熟悉程度，才能夠?qū)τ陔娫吹膬?yōu)化研究進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行電源優(yōu)化設(shè)計(jì)所不可缺少的一步就是采用校正電路以及行列控制電路對(duì)于整體的電路工作結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并且要在建模的后期，對(duì)于模型的工作效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，必要的時(shí)候可以通過一定的仿真系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證的操作。

（2）對(duì)于控制信號(hào)進(jìn)行處理

信號(hào)是液晶顯示質(zhì)量的內(nèi)在因素，其強(qiáng)弱可以決定顯示中的花屏、雪花，以及清晰度，所以加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的控制，可以從傳輸方面提高畫質(zhì)質(zhì)量。同時(shí)，信號(hào)會(huì)受到外界干擾，需要進(jìn)行相應(yīng)的控制和加強(qiáng)。在對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路的各個(gè)部件的功能進(jìn)行了解的基礎(chǔ)上，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路的寄存器以及控制信號(hào)進(jìn)行處理，保證系統(tǒng)的工作效率。

結(jié)語

隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對(duì)液晶顯示的要求越來越高，并成為一種社會(huì)需求。液晶顯示質(zhì)量的提高主要依賴于兩個(gè)方面，一方面是顯示驅(qū)動(dòng)電路，另一方面是顯示電源。兩者的有效優(yōu)化，可以大幅提升液晶顯示效果。本文通過對(duì)于TFT的液晶顯示技術(shù)進(jìn)行探討，并且對(duì)于建立在其工作原理上的液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在一定范圍內(nèi)提升顯示畫面質(zhì)量。通過對(duì)于TFT的液晶顯示的原理進(jìn)行分析，提升了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，推動(dòng)了液晶顯示技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)控制；單片機(jī)；CPLD；壓電陶瓷

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.055

1 引言

壓電陶瓷式噴墨頭具有可控制，精度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于數(shù)字噴墨印刷系統(tǒng)噴印質(zhì)量的提升以及打印速度的加快具有重要意義。壓電式噴墨頭噴出的墨滴大小以及噴射速度和均勻性都會(huì)對(duì)噴印質(zhì)量產(chǎn)生影響，壓電陶瓷形變的大小和頻率是決定輸出墨滴性能的主要影響因素，而驅(qū)動(dòng)電源輸出激勵(lì)脈沖電壓的大小決定了壓電陶瓷片的形變量；激勵(lì)脈沖的頻率影響著陶瓷片的形變速度，因此驅(qū)動(dòng)電源的性能決定了噴墨的質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)和CPLD的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，其中單片機(jī)和CPLD是核心處理芯片，基于DDS原理產(chǎn)生的數(shù)字可控低壓脈沖激勵(lì)波形，經(jīng)集成放大模塊放大后以驅(qū)動(dòng)。

2 驅(qū)動(dòng)電源的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以宏晶科技生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī)，Altera公司的MAX II系列的EPM240T100C5N CPLD芯片和基于DDS原理的波形生成電路為核心。圖1是驅(qū)動(dòng)電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

在系統(tǒng)中，單片機(jī)作為主要控制器，基于DDS波形生成技術(shù)，由單片機(jī)和CPLD共同生成控制波形。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，CPLD和DAC在單片機(jī)控制下生成低壓的激勵(lì)脈沖，經(jīng)過二階有源低通濾波器濾波后，由PA84放大器將其脈沖放大，按照時(shí)序控制要求將高壓脈沖傳送到噴頭接口芯片控制噴頭工作。

2.1 STC89C52RC單片機(jī)和EPM240T100C5N CPLD

選用STC89C52RC單片機(jī)作為系統(tǒng)核心控制元件，其處理和存儲(chǔ)能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，可為控制系統(tǒng)提供良好的硬件平臺(tái)。STC89C52RC單片機(jī)是基于8051的內(nèi)核發(fā)展起來的，主要特性是加密性強(qiáng)不可解密；超強(qiáng)的抗干擾技術(shù)；功耗低；具有ISC在線編輯功能。

EPM240T100C5N CPLD芯片具有192個(gè)邏輯宏單元，可以滿足我們的開發(fā)要求；每一個(gè)芯片都內(nèi)置8Kb的Flash存儲(chǔ)器，其中配置數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器內(nèi)部，可進(jìn)行在線編輯，使得當(dāng)整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，計(jì)算機(jī)還可以通過ISP接口對(duì)CPLD進(jìn)行重新配置。

2.2 基于DDS原理的波形生成電路

DDS指的是直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。DDS具有超高頻率的分辨率；可以根據(jù)不同的波形數(shù)據(jù)形成任意波形。基于DDS原理，使用CPLD進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的波形生成電路是驅(qū)動(dòng)電源的核心。圖2所示DDS的波形發(fā)生電路。由單片機(jī)向波形生成電路提供頻率控制字K，通過在一定的范圍內(nèi)改變K的大小，進(jìn)而改變脈沖頻率的大小。CPLD模塊生成地址累加器，通過頻率控制字K的變化來改變地址。程序存儲(chǔ)器ROM是用來儲(chǔ)存波形數(shù)據(jù)的波形存儲(chǔ)器，ROM中存儲(chǔ)著波形的查找表，查找表中的對(duì)應(yīng)地址隨著K值的變化而變化，查找表將地址信息所對(duì)應(yīng)的波形幅度信息傳送到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，DAC就可以將CPLD所生成的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成模擬波形，之后再經(jīng)過濾波生成低壓的激勵(lì)脈沖。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為了獲取滿足噴墨頭工作要求的激勵(lì)脈沖，需要設(shè)計(jì)完整的驅(qū)動(dòng)電源硬件。驅(qū)動(dòng)電源硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)控制單元；波形生成單元；振幅控制單元；液晶顯示單元；濾波單元；高壓放大單元；串口轉(zhuǎn)換單元；噴墨頭的接口單元。前七個(gè)單元組合是為了實(shí)現(xiàn)振幅頻率數(shù)字可控的高壓激勵(lì)脈沖的輸出；最后一個(gè)單元可以完成數(shù)據(jù)信號(hào)與高壓脈沖激勵(lì)的匹配，處理有關(guān)于激勵(lì)脈沖的電信號(hào)；噴墨頭噴嘴的時(shí)序控制。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，主控電路由單片機(jī)控制CPLD和DAC生成低壓的激勵(lì)脈沖，低壓脈沖經(jīng)過二階有源低通濾波器進(jìn)行濾波后，由PA84放大器將其高壓線性放大成高壓脈沖，并送至噴頭驅(qū)動(dòng)芯片，由驅(qū)動(dòng)芯片控制噴墨頭的工作。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與仿真

驅(qū)動(dòng)電源的軟件設(shè)計(jì)包括在KeliuVison4中使用C語言對(duì)單片機(jī)的控制；在QuartusII環(huán)境中使用硬件描述語言VHDL對(duì)CPLD進(jìn)行控制，以及使用Matlab軟件對(duì)CPLD進(jìn)行數(shù)字波形的仿真。

4.1 單片機(jī)C語言主程序

單片機(jī)程序包含在頭文件#include中，其中包括了單片機(jī)的寄存器定義，引腳定義等功能。初始化程序void init（）包括變量和常量的幅值和初值定義；定時(shí)中斷的初始化；串口初始化和液晶初始化。液晶顯示函數(shù)void display（）是為了在LCD1602顯示振幅和頻率。主程序void main（）是函數(shù)的主體。定時(shí)中斷函數(shù)是為了精準(zhǔn)的定位。

4.2 基于VHDL語言的程序流程

圖3為VHDL生成梯形波的程序圖。在使能端有效時(shí)，程序執(zhí)行。當(dāng)需要的信號(hào)都有效時(shí)，累加器工作，累加器判斷是否達(dá)到規(guī)定值M，如果達(dá)到，計(jì)數(shù)值清零，如果沒有，則計(jì)數(shù)值加上步長K。之后ROM表根據(jù)累加器的值對(duì)應(yīng)給出波形數(shù)據(jù)，并將其傳送到寄存器中，在下一個(gè)數(shù)據(jù)到來時(shí)將數(shù)據(jù)輸出到DAC。

4.3 使用Matlab軟件對(duì)CPLD進(jìn)行數(shù)字波形的仿真。

由于QuartusII進(jìn)行功能仿真后形成的波形不易看出波形的形狀，所以使用Matlab語言將仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換成Matlab中的波形曲線。利用QuartusII的表格文件（.tbl文件）仿真，即在功能仿真結(jié)束時(shí)，將波形文件另存為.tbl文件，然后再使用Matlab編寫程序進(jìn)行調(diào)用。

5 結(jié)束語

本文介紹了基于DDS原理，在單片機(jī)和CPLD的基礎(chǔ)上的壓電陶瓷噴墨頭電壓驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)方案開發(fā)周期短，硬件連接簡(jiǎn)單，可控行比較好，能夠基本實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷噴墨頭電源驅(qū)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞:LED背光;DC-DC;脈寬調(diào)制;反饋

中圖分類號(hào):TN312+.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

A Design of Wide Color Gamut Direct LED Backlight Driver Circuit

ZHANG Zhi-rui1, LIU Wei-dong1,2, QIAO Ming-sheng2

(1. Dept.of Electrical Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China; 2. Hisense Electric Co., Ltd., Qingdao Shandong 266071, China)

Abstract: This paper presents a wide color gamut LED backlight driver circuit, introduces the process of hardware design in detail, briefly shows the process how the FPGA control the LED driver.

Keywords: LED backlight; DC-DC; PWM; feedback

引言

LED背光源液晶電視以其特有的高性能獲得越來越多地關(guān)注,目前市場(chǎng)上的LED背光源液晶電視大多以白光LED為主,對(duì)比CCFL背光電視,白光LED背光電視無論在色域、對(duì)比度還是安全、綠色環(huán)保方面都有其無法比擬的優(yōu)勢(shì)[1]。直下式背光模組的LED安裝在背光模組底面,其出光可以高效率地耦合到液晶面板,在大尺寸LCD應(yīng)用中能保證均勻的亮度分布。而以紅、綠、藍(lán)三色LED按一定比例構(gòu)成白光時(shí),雖然能夠大幅改進(jìn)液晶電視的顏色與亮度性能,但由于過高的價(jià)格和難以克服的色衰不一致問題,一直未得到長足的發(fā)展[2]。本文討論以獨(dú)特雙色管芯白光LED光源作為液晶電視背光源,其采用三合一封裝,由一個(gè)紅色管芯和兩個(gè)紅色互補(bǔ)色管芯組成,實(shí)驗(yàn)證明其色域能達(dá)到NTSC(national television system committee)標(biāo)準(zhǔn)90%以上,但價(jià)格卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于RGB LED,且性能更加穩(wěn)定。

相比普通白光LED背光源,本文討論的大尺寸寬色域直下式LED背光源兩倍于相同數(shù)量的白光LED通路數(shù)量,需要更多的驅(qū)動(dòng)芯片以適應(yīng)其需要,因此16通路的驅(qū)動(dòng)芯片在性價(jià)比方面有很大優(yōu)勢(shì)。文中以16通路驅(qū)動(dòng)芯片配合雙路升、降壓DC-DC控制芯片來實(shí)現(xiàn)雙管芯LED背光控制,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且控制方便。

1整體設(shè)計(jì)

整個(gè)背光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由DC-DC電路、LED驅(qū)動(dòng)電路、反饋電路組成。FPGA對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行前端控制,設(shè)計(jì)中DC-DC為LED陣列提供穩(wěn)定的電壓,驅(qū)動(dòng)芯片使LED陣列保持恒流,以達(dá)到LED燈串亮度的高度一致,并保證在整體電流不變的情況下,利用FPGA對(duì)輸入圖像信號(hào)進(jìn)行亮度提取,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)占空比的PWM方波控制LED點(diǎn)亮或者熄滅,對(duì)LED進(jìn)行亮度控制[3]。驅(qū)動(dòng)電路的反饋電路能使輸出電壓根據(jù)每串燈電壓的數(shù)值進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié),使其輸出電壓保持在最佳值,并保證驅(qū)動(dòng)芯片的高效率。整體框圖如圖1所示。

2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1電源驅(qū)動(dòng)模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)電源提供24V電壓,由于雙色管芯白光LED需要兩個(gè)不同的電壓驅(qū)動(dòng),因此DC-DC控制器的選擇尤為重要,考慮到DC-DC控制器的簡(jiǎn)易性,選擇雙路DC-DC以實(shí)現(xiàn)升、降壓輸出,簡(jiǎn)化了電源模塊(DC-DC)的設(shè)計(jì),將24V電源轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需電源。由于雙色管芯白光LED燈不同顏色芯片的前向壓降和驅(qū)動(dòng)電流不同,因此需要不同的驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

由于LED的光特性通常都描述為電流的函數(shù),而不是電壓的函數(shù),而且Vf的微小變化會(huì)引起較大的If變化,從而引起亮度的較大變化。所以,采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性,而且影響LED的可靠性、壽命和光衰,因此本設(shè)計(jì)中LED燈串采用恒流驅(qū)動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)芯片整體電路主要分為電流調(diào)節(jié)電路和數(shù)字邏輯控制電路兩部分,加上其它輔助電路實(shí)現(xiàn)完整的電路功能。電流調(diào)節(jié)電路主要用于通過外部調(diào)節(jié)電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流大小的控制和調(diào)節(jié),在保證LED燈可靠性與安全性的前提下,達(dá)到液晶電視背光模組的亮度需要。數(shù)字邏輯控制電路部分主要用于外部數(shù)據(jù)的接收、鎖存以及使能控制功能,結(jié)合時(shí)間延遲電路,芯片內(nèi)部集成8位PWM寄存器,實(shí)現(xiàn)對(duì)LED陣列256級(jí)亮度控制。

2.2DC-DC電路控制芯片的選擇與特性

本方案設(shè)計(jì)的液晶電視背光模組,每個(gè)燈串有9顆LED串聯(lián)組成,雙色管芯白光LED燈由于各自的前向壓降不同,經(jīng)測(cè)試在各自不同的驅(qū)動(dòng)電流下,每串分別需要18.7V、29.8V電壓。雙路輸出DC-DC控制器原理圖如圖2所示。

整個(gè)系統(tǒng)輸入電壓為24V,綜合考慮,選用ROHM9011轉(zhuǎn)換芯片,該DC-DC控制器采用電感式開關(guān)結(jié)構(gòu),運(yùn)用電流/電壓雙路反饋控制、PWM調(diào)制以及同步整流控制,電流模式PWM控制采用雙閉環(huán)控制,提高了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速度,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同步整流技術(shù)采用功率NMOS管替代肖特基整流二極管,消除了二極管死區(qū)電壓的功耗影響,可以提高芯片的工作效率[4],優(yōu)化芯片的性能,滿載效率達(dá)到90%以上。而且單顆芯片可以實(shí)現(xiàn)雙路輸出,以滿足不同顏色芯片對(duì)電壓的需求,簡(jiǎn)化了PCB布局,具有很高的集成度。表1為同步整流和之前非同步整流兩種方式的效率比較,由數(shù)據(jù)可知,同步整流極大提高了系統(tǒng)的效率,對(duì)系統(tǒng)的功耗降低和系統(tǒng)的穩(wěn)定有著積極意義。

2.3DC-DC控制器工作過程

2.3.1降壓電路VR

當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí),在電感L3中感應(yīng)出左“+”右“-”的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),續(xù)流二極管VD5關(guān)閉。LED的供電電壓通過電感L3后,經(jīng)過LED燈串,經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部MOSFET后接地,形成回路。當(dāng)Q1關(guān)閉時(shí),由于電感電流不能突變,在電感L3中感應(yīng)出左“-”右“+”的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);Q2導(dǎo)通,電流經(jīng)電感L3,Q2內(nèi)部寄存二極管,LED燈串形成回路。輸出電壓由Q1的導(dǎo)通時(shí)間決定,二極管VD5的作用主要為防止芯片誤操作,即當(dāng)Q1關(guān)閉后Q2沒有導(dǎo)通,從而引起Q2毀壞。

2.3.2升壓電路VB

當(dāng)Q3導(dǎo)通時(shí),電流通過L2經(jīng)Q3到地,電源對(duì)電感進(jìn)行充電,在電感線圈未飽和之前電流線性增加,電能以磁能形式存儲(chǔ)在電感線圈L2中。由于開關(guān)管導(dǎo)通,二極管承受反向電壓,此時(shí)電容C2向LED燈串放電。當(dāng)晶體管Q3關(guān)斷時(shí),由于線圈L2中的磁場(chǎng)將改變線圈L2兩端的電壓極性以保持電流不變,這樣線圈L2磁能轉(zhuǎn)化成的電壓與電源串聯(lián),同時(shí)向電容C2、負(fù)載供電。L2電流是連續(xù)的,但流經(jīng)二極管VD2的電流是脈動(dòng)的,且由于C2的存在,LED燈串上仍具有穩(wěn)定連續(xù)的負(fù)載電流。

本設(shè)計(jì)采用電流控制模式,它是一種固定時(shí)鐘開啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法,電流控制模式把變換器分成電流、電壓兩條控制環(huán)路。輸出電壓Vout經(jīng)過反饋電路分壓電阻R14、R15分壓后送入誤差放大器的反相輸入端,而放大器的同相輸入端為精密溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓VREF,兩者之差被放大后與電感電流的采樣信號(hào)相比較,決定是否關(guān)斷開關(guān)管。DC-DC反饋電路是保證在輸入電壓發(fā)生變化或者負(fù)載變化的情況下使電路輸出電壓保持穩(wěn)定。

2.4驅(qū)動(dòng)芯片特性

本方案中驅(qū)動(dòng)芯片選用MSL3162,共有16通道,內(nèi)部每個(gè)通道亮度寄存器的長度是8位,每個(gè)通道可以通過PWM方式根據(jù)內(nèi)部亮度寄存器的值進(jìn)行256級(jí)亮度控制。另外,驅(qū)動(dòng)電流的最大值可通過片外電阻設(shè)定,在4.5～5.5V的輸入電壓范圍內(nèi),可實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的恒流驅(qū)動(dòng),每通道最大驅(qū)動(dòng)能力為100mA,可根據(jù)需要自由調(diào)節(jié)。電路擁有典型值為3%的各通道間的電流匹配精度,整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路相當(dāng)于恒流源,可消除因溫度和工藝引起的正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化。MSL3162相比以往常用的8通道LED恒流驅(qū)動(dòng)器,具有更強(qiáng)的多通道驅(qū)動(dòng)能力、更優(yōu)的輸出電流調(diào)節(jié)精度以及更高的電流匹配精度,同時(shí)還擁有較小的芯片面積,有利于大尺寸直下式LED背光電視驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。1MHz I2C接口用于數(shù)據(jù)傳輸和錯(cuò)誤偵測(cè),在串行總線上可最多帶16個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片,其物理地址可通過AD1、AD0引腳進(jìn)行硬件配置。實(shí)際應(yīng)用原理圖如圖3所示。

本文LED驅(qū)動(dòng)芯片電流通過一個(gè)連接在ILED管腳的外部電阻來調(diào)節(jié)。RSET管腳被內(nèi)部調(diào)節(jié)到350mV,使得流出該管腳的電流IILED=0.35V/RILED,LED電流控制電路將流入LED管腳的電流ISTR調(diào)節(jié)為ISTR=6000×IILED=6000×0.35V/RILED,因此RILED= 2100/ISTR。本設(shè)計(jì)中,紅色管芯需要20mA電流,紅色互補(bǔ)色管芯需要40mA電流,由上述公式可知電阻R11、R4分別選擇105kΩ和52.5kΩ。再通過輸出電流反饋環(huán)路來調(diào)節(jié)PWM占空比,從而使負(fù)載LED的電流ISTR在穩(wěn)態(tài)時(shí)等于設(shè)定值,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電流的控制,以驅(qū)動(dòng)不同管芯的LED負(fù)載。

2.5驅(qū)動(dòng)芯片與DC-DC反饋連接方式

本文驅(qū)動(dòng)芯片采用級(jí)聯(lián)方式,第一顆驅(qū)動(dòng)芯片的FBIN接地,其FBO與后一顆驅(qū)動(dòng)芯片的FBIN相連,最后一顆驅(qū)動(dòng)芯片的FBO與DC-DC控制器的分壓電阻相連,輸出將反饋引入外部DC-DC控制器,以此來控制輸出電壓,以減少加在驅(qū)動(dòng)芯片的電壓,提高了系統(tǒng)效率。具體的MSL3162級(jí)聯(lián)方式和FBO與DC-DC分壓電阻之間的連接方式如圖4所示。

FBO信號(hào)非常敏感,因此在閑置不用的情況下,要接地而且要盡可能靠近GND,當(dāng)FBIN/FBO信號(hào)穿過電路板時(shí),應(yīng)縮短走線長度,如有大電流信號(hào)應(yīng)盡可能避開反饋信號(hào)或?qū)⒎答佇盘?hào)包地線,以屏蔽噪聲信號(hào)。FBO輸出反饋電流到外部DC-DC,但一旦MSL3162關(guān)斷,FBO不僅不能為電源提供驅(qū)動(dòng)電流,反而使DC-DC負(fù)載和輸出電壓增加,為防止這種情況發(fā)生,在本設(shè)計(jì)中將FBO與DC-DC控制器分壓電阻之間接入肖特基二極管。

2.6各種控制信號(hào)

FPGA通過SCL、SDA、GSC、PHI接口控制驅(qū)動(dòng)IC,從而控制LED陣列。SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出,SCL為時(shí)鐘輸入,GSC為FPGA輸入到驅(qū)動(dòng)芯片的基準(zhǔn)頻率,PHI為調(diào)光頻率,該驅(qū)動(dòng)芯片采用I2C協(xié)議與前端的FPGA進(jìn)行通信。具體工作過程為:系統(tǒng)上電后,首先對(duì)MSL3162進(jìn)行初始化,驅(qū)動(dòng)芯片的E2PROM數(shù)據(jù)根據(jù)初始設(shè)定值自動(dòng)寫入相應(yīng)的寄存器,包括輸入/輸出端口定義、時(shí)鐘初始化以及定時(shí)器和中斷的初始化設(shè)置,然后由FPGA將提取的亮度信號(hào)數(shù)據(jù)通過I2C接口送至MSL3162的內(nèi)部寄存器。其中占空比數(shù)值分別寫入寄存器PWM0至PWMF,PWM0至PWMF為8位寄存器,芯片內(nèi)置計(jì)數(shù)器,當(dāng)來一個(gè)GSC上升沿即計(jì)數(shù)一次,每次計(jì)數(shù)結(jié)束后即與寄存器PWM0至PWMF內(nèi)部數(shù)據(jù)相比較,若計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)小于寄存器數(shù)據(jù)則保持低電平,計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù),直至計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)等于寄存器數(shù)據(jù),則輸出高電平,使LED燈串關(guān)斷,此周期數(shù)據(jù)輸出完畢后,PHI的電平上升,使整個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片復(fù)位,進(jìn)入下一周期數(shù)據(jù)讀取。FPGA通過寫入寄存器的數(shù)值控制LED開啟的脈寬,來實(shí)現(xiàn)對(duì)每串燈的亮度控制。

3結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種寬色域、直下式LED背光源驅(qū)動(dòng)電路,針對(duì)所選取的背光源特性,解決了驅(qū)動(dòng)部分的電路設(shè)計(jì),并在所開發(fā)的背光系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了PWM調(diào)光。實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)單通道電流精確可控,光學(xué)效果非常優(yōu)異,極大提高了液晶電視的色域。在此基礎(chǔ)上,如何在保證LED燈的可靠性、散熱性與光均勻性的前提下,降低LED背光模組的厚度,并進(jìn)一步完善LED動(dòng)態(tài)背光控制算法成為下一步工作的重點(diǎn),以使直下式LED背光液晶電視能在顏色表現(xiàn)力與超薄設(shè)計(jì)方面均有突出表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3] Seyno Sluyterman. 動(dòng)態(tài)掃描背光使LCD電視呈現(xiàn)活力[J]. 現(xiàn)代顯示,2006,63:18-21.

篇5

Abstract: Through discussion and research on design features of the secondary school building in recent years in Dongguan area, the author hopes to explore a train of thought on campus architecture design which meets the need of secondary schools in Dongguan area, to solve the situation that education idea is suitable for education building under the new era, realizing the sustainable development of the campus, and promoting education buildings develop in a reasonable and sound way.

關(guān)鍵詞: 中學(xué)校園;開放空間;嶺南特色

Key words: secondary school campus;open space;characteristics of Lingnan

中圖分類號(hào):G63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)26-0200-01

1建筑空間的多樣性

1.1 校園開放空間的設(shè)計(jì)特點(diǎn)眾所周知,校園活力來源于各種交往活動(dòng),校園開放空間存在的目的就是為了承載這些活動(dòng)。換言之,對(duì)開放空間的控制應(yīng)從人的使用要求出發(fā),考慮不同層次的交往活動(dòng)的可能性,盡量滿足使用者對(duì)公共與秘密的不同程度的需求。東莞近幾年中學(xué)校園對(duì)開放空間的設(shè)計(jì)比較注重,有以下幾個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及重點(diǎn)(圖1):

1.1.1 校園級(jí)開放空間這一層次的開放空間主要包括那些容納全校多數(shù)師生進(jìn)行交往活動(dòng)的空間,如校園入口廣場(chǎng)、中心廣場(chǎng)、共享生態(tài)區(qū)等。這類開放空間都是校園的形象標(biāo)志,控制重點(diǎn)是它的尺度、圍合界面、不同的空間限定。校園入口廣場(chǎng)歷來是我們關(guān)注的重點(diǎn),它是校園面對(duì)社會(huì)的第一個(gè)“窗口”,是功能性的,是要解決人流和車輛的集散,同時(shí)也是禮儀性的人們進(jìn)入校園的一個(gè)暗示性的心理過渡空間。共享生態(tài)區(qū)從性質(zhì)上說屬于自然景區(qū),尤其在工業(yè)化程度高的東莞,生態(tài)型和自然性更加重要,可以體現(xiàn)校園豐富的內(nèi)涵,加上適宜的植物配置和水的處理方式,體現(xiàn)出嶺南水鄉(xiāng)的特點(diǎn)。

1.1.2 組團(tuán)級(jí)開放空間組團(tuán)級(jí)開發(fā)空間,顧名思義就是建筑群所合圍形成的空間。它的尺度相對(duì)于校園級(jí)開放空間要小,適合于中小型集體活動(dòng)。它的重點(diǎn)是合理進(jìn)行功能分區(qū),組織好交通流線。這種類型的空間聯(lián)系各個(gè)建筑組團(tuán),交通性質(zhì)較強(qiáng),但同時(shí)也能為人們提供進(jìn)行交往、休憩、思考等多種活動(dòng)的場(chǎng)所。

1.1.3 內(nèi)部級(jí)開放空間這是相對(duì)內(nèi)向的開放空間,較為安靜靜止,主要分布于建筑周圍,在體現(xiàn)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的今天,它的處理也極其重要,例如建筑物入口庭院、建筑內(nèi)庭院等。由于使用者對(duì)空間具有心理認(rèn)同的勢(shì)力范圍,能令使用者感到歸屬感和占有感,在這樣的空間里更容易發(fā)生明顯的交往行為,能為使用者創(chuàng)造輕松、安靜、適宜交流的空間環(huán)境。

1.2 架空層和連廊――地面步行系統(tǒng)和空中步行系統(tǒng)為提高效率,方便使用,在教學(xué)區(qū)、生活區(qū)往往設(shè)置不少架空層及空中連廊。因此架空層及空中步行系統(tǒng)日益成為校園規(guī)劃設(shè)計(jì)中重要的一項(xiàng),且具有一定特殊性。

東莞地區(qū)的中學(xué)一般首層都做成架空層,使之空氣流通較好,也不會(huì)有首層教室光線不足及潮濕等問題。同時(shí),架空層也是學(xué)生活動(dòng)、交往的好地方,可以成為有趣的交往空間。連廊在空間形態(tài)上呈線形,導(dǎo)向性明確。適度引入的光線和宜人的尺度會(huì)讓本來僅是單調(diào)線性導(dǎo)向的“通道”空間具有促進(jìn)偶然交往的品質(zhì),這樣的品質(zhì)可以由墻報(bào)、休息椅、欄桿等設(shè)施來獲得。同時(shí),建筑間的連廊還是解決建筑空間轉(zhuǎn)換的有效方法,也可成為建筑空間的趣味點(diǎn)所在。架空層及連廊作為地面步行系統(tǒng)和空中步行系統(tǒng)的重要元素,在東莞地區(qū)中學(xué)校園規(guī)劃中的地位極其重要,設(shè)計(jì)者需要合理布置架空層及連廊,使之達(dá)到錦上添花的作用。

2建筑風(fēng)格及細(xì)部處理

2.1 建筑風(fēng)格總體而言,東莞近幾年的中學(xué)校園設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出中國古典風(fēng)格與現(xiàn)代簡(jiǎn)約風(fēng)格交融的設(shè)計(jì)思路。具體到東莞地區(qū)就是對(duì)嶺南園林建筑設(shè)計(jì)加以提煉及發(fā)揚(yáng)。嶺南建筑非常注意通過庭院、天井等院落式的布局形成一種活動(dòng)空間,達(dá)到庭院與山水的有機(jī)結(jié)合。東莞近幾年的中學(xué)校園設(shè)計(jì)充分吸取了嶺南地區(qū)的建筑特點(diǎn),對(duì)嶺南園林的精髓進(jìn)行提煉,結(jié)合現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理念,營造出具有相對(duì)自由開放、強(qiáng)烈水鄉(xiāng)文化感染力的共享空間。近幾年東莞地區(qū)的中學(xué)校園設(shè)計(jì)很好地體現(xiàn)了嶺南園林通透、小巧、精致的設(shè)計(jì)精神,營造出舒適的廣場(chǎng)及精致的中庭空間,同時(shí)水的運(yùn)用大大提高了共享空間的環(huán)境質(zhì)量,為校園的使用者提供出一個(gè)安靜、精致、高雅的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.2 建筑細(xì)部處理所謂的“細(xì)部”應(yīng)該是以小見大的地方,每個(gè)學(xué)校的細(xì)部處理有很多類型,但是每個(gè)細(xì)部是否做得“得當(dāng)”,成為設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素。下面的圖片為近幾年東莞地區(qū)中學(xué)校園細(xì)部的處理手法,從中可以看到其細(xì)部處理的特色。

①嶺南園林的通透空間與現(xiàn)代的灰空間處理(圖2)。②嶺南傳統(tǒng)建筑元素和符號(hào)與現(xiàn)代建筑材料的結(jié)合(圖3)。③嶺南地區(qū)氣候特點(diǎn)與細(xì)部處理(圖4)。

不同的細(xì)部風(fēng)格會(huì)呈現(xiàn)不同的建筑特點(diǎn),設(shè)計(jì)出古典符號(hào)并不難,但更重要的是它的內(nèi)涵,真正一個(gè)好的建筑不單是在乎它的形式如何,更主要的是它表現(xiàn)的思想,好的建筑也是有思想的,是會(huì)說話的,它體現(xiàn)一種文化的內(nèi)涵。

3結(jié)語

本章通過對(duì)東莞地區(qū)近年來中學(xué)校園建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)的介紹,指出了東莞地區(qū)中學(xué)校園的建筑設(shè)計(jì)在各方面的特點(diǎn),并闡述了其背后的設(shè)計(jì)理念,希望能對(duì)東莞地區(qū)中學(xué)校園設(shè)計(jì)的思路有所幫助。

參考文獻(xiàn):

[1]林玉蓮,胡正凡.環(huán)境心理學(xué).中國建筑工業(yè)出版社,2006,8,第二版.

篇6

關(guān)鍵詞：山區(qū)；化工園；道路；設(shè)計(jì)；路基處理。

Abstract: Through the summary of the experience of planning, design and costruction of the road network project in the eastern chemical industrial park of Zibo city, this paper analyzes the design points of the road network planning, road flat, longitudinal design, subgrade treatment and pipeline design and coordination when construct a large-scale chemical industrial park in the mountainous area.

Key words: mountain area; chemical industrial park; road; design; subgrade treatment.

中圖分類號(hào)：U212.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

1.1項(xiàng)目背景

作為傳統(tǒng)工礦城市，化學(xué)醫(yī)藥工業(yè)在淄博經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。隨著城市化進(jìn)程加快，原本位于城郊的一些企業(yè)被圍困在了市中心。企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水、氣味和噪音，對(duì)城區(qū)居民生活造成嚴(yán)重影響。

為著力打造生態(tài)、和諧、宜居的現(xiàn)代化區(qū)域中心城市，推動(dòng)淄博化工產(chǎn)業(yè)布局結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，2009年初，淄博市委、市政府確定，對(duì)老城區(qū)內(nèi)所屬化工企業(yè)進(jìn)行整體搬遷改造，利用三年左右的時(shí)間，基本完成淄博東部化工園區(qū)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整。園區(qū)定位于以醫(yī)藥原料藥產(chǎn)品和精細(xì)化工產(chǎn)品為主的特色精細(xì)化工園區(qū)，園區(qū)的建設(shè)是市委市政府為深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整做出的重大戰(zhàn)略部署，是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)布局與城市建設(shè)、生態(tài)建設(shè)相和諧的一項(xiàng)重大的舉措。

1.2工程概述

在市發(fā)改委的牽頭下，市、區(qū)各相關(guān)部門及省內(nèi)外專家深入調(diào)查研究，廣泛聽取意見，綜合考慮各種因素，最終確定的園區(qū)搬遷新址距中心城區(qū)12公里，遠(yuǎn)離居民生活區(qū)，緊鄰102省道和309國道，運(yùn)輸便利，發(fā)展空間廣闊，不僅有利于搬遷企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展，也能吸引新的關(guān)聯(lián)企業(yè)入園。

園區(qū)建設(shè)以政府為主導(dǎo)、企業(yè)為主體的原則，化工園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全部由政府承擔(dān)，政府負(fù)責(zé)做好園區(qū)內(nèi)水、電、路等“七通一平”，企業(yè)只負(fù)責(zé)自家廠區(qū)建設(shè)。新園區(qū)占地約10平方公里，而此園區(qū)一旦與東臨規(guī)劃面積42平方公里的齊魯化工區(qū)聯(lián)接成片，未來淄博東部化工區(qū)將超過南京、上海等石化強(qiáng)市的園區(qū)面積。一個(gè)現(xiàn)代化的大型化工園區(qū)展現(xiàn)在人們面前。

1.3自然與水文地質(zhì)條件

擬建項(xiàng)目地處山東省中部、淄博市東部，位于山東半島魯北山地的北緣部位，地貌類型較為復(fù)雜，主要為低山丘陵及山前平原，上部覆蓋第四系沖積、洪積物，主要由沖洪積成因的粘性土組成，基巖地層為奧陶系石灰?guī)r。整個(gè)園區(qū)地形大致呈南、北高，中間部位低，地勢(shì)起伏較大（區(qū)域內(nèi)自然地形高差約120m），土層厚度變化較大，屬山區(qū)地形。

2道路工程設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

由于本園區(qū)產(chǎn)業(yè)屬性的特殊性，所處山區(qū)地理環(huán)境的復(fù)雜性，使得該區(qū)路網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)既具有一般工業(yè)園區(qū)的交通特點(diǎn)，同時(shí)也具有山區(qū)道路的工程特點(diǎn)。區(qū)別于一般平原城區(qū)內(nèi)工業(yè)園區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主次干道優(yōu)化布局、路線平面選線比選、道路橫斷面規(guī)劃設(shè)計(jì)等內(nèi)容以外，主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)體現(xiàn)以下幾個(gè)方面。

2.1園區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃的豎向規(guī)劃

路網(wǎng)豎向規(guī)劃是整個(gè)園區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要部分，尤其對(duì)處在山區(qū)地形內(nèi)的園區(qū)路網(wǎng)設(shè)計(jì)更顯得尤為突出。沒有一個(gè)科學(xué)合理完善的路網(wǎng)豎向規(guī)劃，具體某條道路的合理縱斷設(shè)計(jì)就無從談起，相交道路豎向設(shè)計(jì)之間也不能較好協(xié)調(diào)，周邊規(guī)劃地塊的豎向設(shè)計(jì)也不能達(dá)到最佳優(yōu)化。可以說，路網(wǎng)豎向規(guī)劃更是直接影響整個(gè)園區(qū)項(xiàng)目的工程建設(shè)投資和運(yùn)行功能。

在山區(qū)地形下，路網(wǎng)豎向規(guī)劃時(shí)需特別注意以下幾個(gè)方面的問題：

（1）掌握清楚各道路沿線的地形地勢(shì)、地質(zhì)情況，縱斷設(shè)計(jì)時(shí)盡可能地避免大的填方和挖方，盡可能地減小和平衡路線全段的土石方量，盡可能地避開特殊困難地質(zhì)結(jié)構(gòu)，得到較穩(wěn)定的地基環(huán)境。

（2）注意相交道路縱斷設(shè)計(jì)上的相互銜接，不要過分保全某條路線的線形從而忽略了與其相交的其他道路豎向條件，路網(wǎng)內(nèi)各路線縱斷條件應(yīng)盡量協(xié)調(diào)互補(bǔ)。

（3）注意交叉口前后一段距離內(nèi)的縱斷坡度不要過大，盡量不要突破3%，主要交通干道路段縱坡不要超過5%，否則極不利于雨雪天氣時(shí)機(jī)動(dòng)車尤其是貨運(yùn)車輛的啟動(dòng)、制動(dòng)及通行。

（4）要特別注意路線周邊地塊大環(huán)境內(nèi)的平均自然高程及其規(guī)劃高程，注意盡可能地與其協(xié)調(diào)順接，路段局部可適當(dāng)增加填（挖）方工程量，以減少周邊用地場(chǎng)平時(shí)的土方量，最終有利整個(gè)園區(qū)開發(fā)建設(shè)。

（5）注意與管線專業(yè)對(duì)接，根據(jù)自然地形地勢(shì)特點(diǎn)及管網(wǎng)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)，盡量與雨水排向統(tǒng)一協(xié)調(diào)充分利用道路縱坡設(shè)計(jì)，更加有利匯水和排水。

2.2路線平面設(shè)計(jì)

（1）條件允許時(shí)，應(yīng)盡可能的采用較大半徑，不能過分遷就地形條件而使用短而頻繁的曲線。關(guān)于緩和曲線的取值長度確定，除了參考規(guī)范里數(shù)值，建議其與圓曲線的長度比例關(guān)系為1：1：1；至于其最大最小長度的規(guī)定，考慮小于3s車程時(shí)駕駛員反應(yīng)不及，大于10s車程駕駛員需不斷調(diào)整方向盤易造成疲勞心燥，故控制平曲線內(nèi)緩和曲線長度在該路段設(shè)計(jì)車速的3s~10s車程之間。

（2）對(duì)于小半徑曲線要合理設(shè)置內(nèi)側(cè)加寬車道以及合理確定超高值、超高緩和段。關(guān)于確定超高值i時(shí)，不要盲目選取規(guī)范要求的下限或上限，而應(yīng)該根據(jù)具體路段實(shí)際運(yùn)行車速、橫向摩阻系數(shù)的關(guān)系來從分析抗滑移、抗傾覆方面驗(yàn)算、推算才更有針對(duì)性和實(shí)際意義。

（3）當(dāng)開挖上邊坡和加寬外側(cè)路基兩者工程量相差不多時(shí)，應(yīng)盡可能選用開挖上邊坡方案，防止因新老路基的不均勻沉降導(dǎo)致路面交界處產(chǎn)生縱向裂縫。

2.3路線縱斷設(shè)計(jì)

（1）具體到某道路的縱斷設(shè)計(jì)，在路網(wǎng)豎向規(guī)劃階段的原則仍需貫徹。

（2）要特別注意平、縱曲線的相互協(xié)調(diào)。條件困難達(dá)不到協(xié)調(diào)時(shí)，竟可能改善縱向的線形條件。

（3）要特別重視路線范圍內(nèi)的工程地質(zhì)勘察，合理避讓及有針對(duì)性的處理不良地質(zhì)，可通過縱斷高程設(shè)計(jì)，有針對(duì)性地控制道路路床部分的位置坐于某一深度范圍（例如較穩(wěn)定的原狀土層內(nèi)或原狀基巖之上），已得到較為穩(wěn)定或便于處理的地基環(huán)境，大大提高路基穩(wěn)定性條件。

（4）注意避免出現(xiàn)長大坡直線，注意保證緩坡段的設(shè)計(jì)。

（5）要特別注意對(duì)已確定高程的橋涵、障礙物及重要構(gòu)筑物高程控制順接。

（6）注意結(jié)合雨、污水等重力流管線設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)路段的最低收水點(diǎn)和最高分水嶺。

2.4路基設(shè)計(jì)

篇7

關(guān)鍵詞 LED 驅(qū)動(dòng)電源 LED燈 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 LED驅(qū)動(dòng)電源定義

LED驅(qū)動(dòng)電源把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下，LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。LED電源核心元件包括開關(guān)控制器、電感器、開關(guān)元器件（MOSfet）、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器件等等。根據(jù)不同場(chǎng)合要求，還要有輸入過壓保護(hù)電路、輸入欠壓保護(hù)電路，LED開路保護(hù)、過流保護(hù)等電路。

2 LED驅(qū)動(dòng)電源研究現(xiàn)狀

從LED驅(qū)動(dòng)器供電可以將其分成DC/DC和AC/DC兩類。DC/DC驅(qū)動(dòng)器一般由電池、電瓶或穩(wěn)壓電源供電，主要用于便攜式電子產(chǎn)品、礦燈、汽車等用電設(shè)備。AC/DC驅(qū)動(dòng)器直接由市電供電，現(xiàn)階段主要用于裝飾，景觀照明的LED燈。當(dāng)前，DC/DC驅(qū)動(dòng)器主要有兩種設(shè)計(jì)方案：電容式電荷泵電路和電感式DC/DC電路。AC/DC驅(qū)動(dòng)器有工頻變壓降壓，電容降壓，buck降壓電路以及單片開關(guān)電路幾個(gè)設(shè)計(jì)方案。

3 LED燈照明的優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)行照明設(shè)備比較，LED照明有眾多突出優(yōu)點(diǎn)。①發(fā)光效率高，耗能少，LED的光效預(yù)計(jì)可達(dá)到200lm/W以上，而且光的單色性好、光譜窄。在同樣的照明效果下，LED的耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。②使用壽命長，LED的使用壽命可以長達(dá)近十萬小時(shí)，而白熾燈一般為1000～2000小時(shí)，熒光燈為6000～8000小時(shí)。③安全環(huán)保，LED為全固態(tài)發(fā)光體，耐震、耐沖擊，而且發(fā)熱量低，無熱輻射，無污染。④啟動(dòng)時(shí)間短，LED的響應(yīng)時(shí)間只有幾十納秒，因此適合用在一些需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合。⑤體積小，LED具有小型化、平面化、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以使我們從傳統(tǒng)的點(diǎn)、線光源局限中解放出來，實(shí)現(xiàn)照明的隨意布置。

4 LED電源和驅(qū)動(dòng)電路主要技術(shù)概況

4.1電壓變換技術(shù)

電源是影響LED光源可靠性和適應(yīng)性的一個(gè)重要組成部分，必須作重點(diǎn)考慮。目前我國的市電是220V的交流電，而LED光源屬半導(dǎo)體光源，通常是用直流低電壓供電，這就要求在這些燈具中或外部設(shè)置AC-DC轉(zhuǎn)換電路，以適應(yīng)LED電流驅(qū)動(dòng)的特征。目前電源選擇的途徑有開關(guān)電源、高頻電源、電容降壓后整流電源等多種，根據(jù)電流穩(wěn)定性，瞬態(tài)過沖以及安全性、可靠性的不同要求作不同選擇。

4.2電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本

LED壽命方面，雖然單顆LED本身的壽命長達(dá)10萬小時(shí)，但其應(yīng)用時(shí)必須搭配電源轉(zhuǎn)換電路，故LED照明器具整體壽命必須從光電整合應(yīng)用加以考慮。但對(duì)照明用LED，為達(dá)到匹配要求，電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命必須超過10萬小時(shí)，使其不再成為LED照明系統(tǒng)的瓶頸因素。在考慮長壽命的同時(shí)又不能增加太多的成本，電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本的通常不宜超過照明系統(tǒng)總成本的三分之一，在LED照明燈具產(chǎn)品發(fā)展的初期，必須平衡好電源與驅(qū)動(dòng)電路的壽命與成本的關(guān)系。

4.3驅(qū)動(dòng)程序的可編程技術(shù)

LED用作光源的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是在低驅(qū)動(dòng)電流條件下仍能維持其流明效率，同時(shí)對(duì)于R.G.B.多晶型混光而形成白光來說，通過開發(fā)一種針對(duì)LED的數(shù)字RGB混合控制系統(tǒng)，使用戶能夠在很大范圍內(nèi)對(duì)LED的亮度，顏色和色調(diào)進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，給人以一種全新的視覺享受。在城市景觀亮化應(yīng)用方面，LED光源可在微處理器控制下可以按不同模式加以變化，形成夜晚的多姿百態(tài)的動(dòng)態(tài)效果，在這方面將體現(xiàn)LED相對(duì)于其它光源所具有的獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

4.4電源與驅(qū)動(dòng)電路的效率

LED電源與驅(qū)動(dòng)電路，既要有一定的供LED所需的接近恒流的正向電流輸出，又要有較高的轉(zhuǎn)換效率，電光轉(zhuǎn)化效率是led照明的一個(gè)重要因素，否則就會(huì)失去LED節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，目前商業(yè)化的開關(guān)電源其效率約為80%左右，作為led照明用電源，其轉(zhuǎn)換效率仍須進(jìn)一步提升。

5 LED驅(qū)動(dòng)電源發(fā)展趨勢(shì)

LED由于在經(jīng)濟(jì)環(huán)保、壽命時(shí)間長、光電轉(zhuǎn)化效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，今年來在各行各業(yè)的應(yīng)用得以快速發(fā)展和研究，LED的驅(qū)動(dòng)電源也成了最近的關(guān)注熱點(diǎn)。但由于驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)方式選擇不當(dāng)，使得LED燈極易損壞。未來LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展方向?yàn)橄群銐海倬€性恒流整合方式。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳鵬.大功率全彩色LED驅(qū)動(dòng)電路的研制[D].江西師范大學(xué)，2009.

篇8

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：屏蔽門；電源；UPS；蓄電池

中圖分類號(hào)：TP39    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：

1.概況

    地鐵屏蔽門是一項(xiàng)集建筑、機(jī)械、材料、電子和信息等學(xué)科于一體的高科技產(chǎn)品，屏蔽門系統(tǒng)是將站臺(tái)和列車運(yùn)行區(qū)域隔開，通過控制系統(tǒng)控制其自動(dòng)開啟，可有效地減少空氣對(duì)流造成的站臺(tái)冷熱氣的流失，保障乘客進(jìn)出車廂時(shí)的絕對(duì)安全，降低列車運(yùn)行產(chǎn)生的噪音對(duì)車站的影響，為乘客提供舒適安全的候車環(huán)境，具有節(jié)能、安全、環(huán)保、美觀等功能。根據(jù)專家測(cè)算,可以使空調(diào)設(shè)備的冷負(fù)荷減少35%以上,環(huán)控機(jī)房的建筑面積減少50%,空調(diào)電耗降低30%,現(xiàn)已廣泛使于地鐵站臺(tái)。

2. 屏蔽門系統(tǒng)后備電源問題的引出

    屏蔽門系統(tǒng)的正常運(yùn)營與否直接關(guān)系到地鐵運(yùn)營的服務(wù)水平和乘客安全，要求在正常供電系統(tǒng)故障或車輛在區(qū)間阻塞或區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，屏蔽門系統(tǒng)必須能使處于地鐵區(qū)間的司乘人員能順利通過屏蔽門進(jìn)入站臺(tái)、站廳疏散到地面的安全區(qū)域，故屏蔽門系統(tǒng)的用電負(fù)荷可納入特別重要負(fù)荷。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-95）要求，對(duì)于特別重要負(fù)荷必須采用一級(jí)負(fù)荷供電，即輸入電源應(yīng)為兩路相互獨(dú)立的三相AC380V/50Hz電源，同時(shí)還需配備第三電源，故國內(nèi)所有地鐵工程的屏蔽門系統(tǒng)都配備了蓄電池作為第三電源。因此，在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2003）和《城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門》（CJ/T236-2006）中對(duì)后備電源都作了明確規(guī)定：

    《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)屏蔽門的驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)時(shí)，其電源為一級(jí)負(fù)荷，且備用電源的容量，能使屏蔽門控制系統(tǒng)在1h內(nèi)對(duì)每側(cè)滑動(dòng)門開/關(guān)操作5次。

    《城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：備用？電源宜作為獨(dú)立的一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行配置，應(yīng)采用一級(jí)負(fù)荷供電。驅(qū)動(dòng)電源和控制電源應(yīng)分別獨(dú)立設(shè)置，驅(qū)動(dòng)備用電源的儲(chǔ)能應(yīng)能滿足30min內(nèi)至少完成開/管滑動(dòng)門的一次循環(huán)，控制備用電源儲(chǔ)能至少應(yīng)滿足負(fù)載持續(xù)工作30min。

    截至目前為止，國內(nèi)各地鐵工程屏蔽門系統(tǒng)后備電源容量的實(shí)際執(zhí)行情況是，有的項(xiàng)目考慮1 h內(nèi)對(duì)每側(cè)滑動(dòng)門開/關(guān)操作至少5次，有的項(xiàng)目采用30min內(nèi)對(duì)每側(cè)滑動(dòng)門開/關(guān)操作至少3次。

由于UPS及其備用蓄電池在應(yīng)急狀態(tài)下使用頻率極低，目前市場(chǎng)上有人提出取消后備電源以減少投資，持這一觀點(diǎn)者認(rèn)為：①屏蔽門系統(tǒng)的用電等級(jí)為1級(jí)負(fù)荷，即它與車輛、信號(hào)等同屬最高級(jí)別的供電，理論上來說，屏蔽門的供電故障也意味車輛等的供電故障，出現(xiàn)此種情況時(shí)列車應(yīng)已停運(yùn)，因此屏蔽門的繼續(xù)供電已無必要性。②從國外的以往工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)來看，有的項(xiàng)目未采用UPS和蓄電池供電，對(duì)運(yùn)營未產(chǎn)生任何影響，因此亦提出取消UPS及后備蓄電池方案。

3. 屏蔽門系統(tǒng)后備電源的既有設(shè)計(jì)方案與取消后備電源設(shè)計(jì)方案的比較

3.1 既有設(shè)計(jì)方案

    在既有設(shè)計(jì)中，屏蔽門系統(tǒng)電源系統(tǒng)包括控制電源和驅(qū)動(dòng)電源兩種。兩種電源設(shè)計(jì)方案如下：

1) 控制電源

    由于控制電源為屏蔽門系統(tǒng)的控制主機(jī)、監(jiān)視主機(jī)、接口繼電器等提供電源，故其電源的重要性和穩(wěn)定性要求較高。雖然各廠家依據(jù)其產(chǎn)品內(nèi)部特點(diǎn)略有不同，但控制電源的供配電原理和涉及部件/內(nèi)容基本相似。其中一種方案主要如下：

    UPS輸出220V，50HZ的純凈正弦交流電，經(jīng)24V整流模塊整流后輸出DC24V控制電源為PSC柜內(nèi)的繼電器、監(jiān)控主機(jī)等元器件供電。

    UPS輸出一路AC220V直接給PSC柜，在PSC柜內(nèi)經(jīng)過變壓、整流和濾波后輸出DC60V供與信號(hào)專業(yè)接口的電氣回路（即與信號(hào)系統(tǒng)接口繼電器）使用。在信號(hào)回路中，可通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，使得當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)，繼電器線圈上的電壓在允許范圍內(nèi)。參見圖2所示。

 

                                圖2  屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口電路示意

    由于UPS的特點(diǎn)是無論市電輸入是否存在波動(dòng)，輸出總為穩(wěn)定的AC220V電源，從而可保證與信號(hào)接口回路的DC60V/DC24V電源的穩(wěn)定性，因此在屏蔽門系統(tǒng)控制電源供電回路中一般都采用了UPS。

    同時(shí)由于設(shè)置一定容量的蓄電池，可保證在市電停電后的一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)視主機(jī)仍可持續(xù)工作一段時(shí)間，從而完成內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)工作，滿足運(yùn)營的需要。

2) 驅(qū)動(dòng)電源

    屏蔽門系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均為直流電機(jī)，主要有DC48V、DC110V兩種，其驅(qū)動(dòng)電源部分的供電方式主要有兩種：直流供電方式（即在設(shè)備室進(jìn)行集中整流然后再分配到各門機(jī)的用電）或交流供電方式（即在每個(gè)門單元處進(jìn)行分散整流）。具體采用哪種方案除個(gè)別項(xiàng)目明確要求以外，絕大部分項(xiàng)目主要取決于各屏蔽門系統(tǒng)供貨商的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而不同。在國內(nèi)外主要的四家屏蔽門系統(tǒng)供應(yīng)商中，英國Westinghouse習(xí)慣于采用交流供電方式，而法國Faiveley公司、瑞士KABA公司和日本Nabco公司則多采用直流供電方式。

   ①屏蔽門系統(tǒng)電源包括門機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和控制電源，分開配電。

   ②針對(duì)本工程每輛車5樘車門的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電源的輸出回路數(shù)至少為5路，即對(duì)應(yīng)每節(jié)車廂五道車門的5樘滑動(dòng)門分別采用不同的輸出回路，以保證對(duì)應(yīng)一節(jié)車廂的其中一個(gè)回路電源故障時(shí)，對(duì)應(yīng)該車廂其余4個(gè)車門的滑動(dòng)門能夠正常工作；

   ③屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)配有UPS和蓄電池組作為備用電源。當(dāng)事故停電時(shí)，由UPS和蓄電池組對(duì)屏蔽門系統(tǒng)供電。其容量應(yīng)保證在事故停電時(shí)，能使屏蔽門控制系統(tǒng)在1h內(nèi)對(duì)每側(cè)滑動(dòng)門開關(guān)操作至少5次。

    在屏蔽門系統(tǒng)的供電中，UPS/蓄電池還同時(shí)作為整流器功能接入屏蔽門系統(tǒng)配電回路中，從而避免外電源波動(dòng)對(duì)屏蔽門系統(tǒng)的影響。

    采用此種方案，設(shè)備柜一般由4~5面組成，包括PSC柜+電源柜。如果配電柜（PDP）單獨(dú)設(shè)置，則電源部分一般包括一個(gè)PDP+控制電源+驅(qū)動(dòng)電源+蓄電池。如果PDP不單獨(dú)設(shè)置，則電源部分的設(shè)備柜將由控制電源+驅(qū)動(dòng)電源+蓄電池組成。其設(shè)備室大小要求宜為6m×4m，困難情況下不小于5.2m×3.2m（凈）。

3.2 取消UPS和蓄電池的變更方案

    仍分控制電源和驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行分析。

3) 控制電源

    控制電源如取消UPS和蓄電池后，則直接進(jìn)行整流和電源分配滿足PSC、信號(hào)接口等的用電需求。

4) 驅(qū)動(dòng)電源

    驅(qū)動(dòng)電源如取消蓄電池，則直接由外電源進(jìn)行整流、分配后提供屏蔽門單元用電。

采用此種方案，設(shè)備柜一般由3~4個(gè)（最緊湊情況下2面，但電源柜可能比較擁擠）組成， 包括PSC柜+電源柜。如果配電柜（PDP）單獨(dú)設(shè)置，則電源部分一般包括一個(gè)PDP+控制電源+驅(qū)動(dòng)電源+蓄電池。如果PDP不單獨(dú)設(shè)置，則電源部分的設(shè)備柜將由控制電源+驅(qū)動(dòng)電源+蓄電池組成。其設(shè)備室大小要求宜為4m×4m，困難情況下不小于3.5m×3.2m（凈）。

設(shè)置與取消UPS和蓄電池后的電源系統(tǒng)配電方案的比較參見圖3所示。

 

                                                  設(shè)置UPS和蓄電池                     取消UPS和蓄電池

                                                         圖3  設(shè)置和取消UPS、蓄電池對(duì)照?qǐng)D

    設(shè)置UPS和蓄電池的方案是目前國內(nèi)屏蔽門系統(tǒng)項(xiàng)目普遍采用的。但是從圖中也可看出，如果“交流輸入”的供電質(zhì)量（包括電源波動(dòng)、供電可靠率等）能完全滿足屏蔽門系統(tǒng)的需求，同時(shí)在雙路外電源均停電后如果車站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營管理能跟上，則取消UPS和蓄電池從理論上來說也是可以的。

4. 取消UPS和蓄電池可能存在的問題分析探討

4.1 如果控制電源取消UPS和蓄電池

    如果控制電源取消UPS，即AC220V電源不從UPS取，而直接取自市電一級(jí)負(fù)荷，那么如果市電出現(xiàn)波動(dòng)（超過一定允許范圍），將直接影響信號(hào)（PSD－SIG）回路電壓的穩(wěn)定性，有可能使得相關(guān)繼電器不能工作在允許的電壓范圍內(nèi)，影響信號(hào)的穩(wěn)定性。

    如果控制電源取消UPS和蓄電池，則一旦市電停電，則監(jiān)視主機(jī)立即停止工作，可能會(huì)丟失一定的數(shù)據(jù)，不利于后期運(yùn)營管理。

    另外屏蔽門的控制系統(tǒng)一般為一臺(tái)工控機(jī)，如果突然斷電有可能會(huì)造成其軟件的損壞導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

4.2 如果取消UPS和蓄電池增加告警功能

    雖然可以在設(shè)計(jì)中要求實(shí)現(xiàn)一路或兩路外電源失電時(shí)配電盤具備告警功能，但是兩路交流電源失電的情況下，即使有告警功能也對(duì)屏蔽門有比較大的影響。因?yàn)橐粋€(gè)車站兩路交流電源都失電時(shí)，嚴(yán)重的狀況為本站降壓變電所退出運(yùn)行，整個(gè)車站（特別是地下站）處于應(yīng)急照明狀態(tài)，公共區(qū)照度只有正常照明的1/10，此時(shí)應(yīng)疏散站內(nèi)旅客；如果列車在區(qū)間阻塞（如牽引供電中斷或火災(zāi)狀況），勢(shì)必要進(jìn)行乘客疏散，乘客需通過屏蔽門進(jìn)入站臺(tái)，從而由車站疏散到地面，這種情況下需要及時(shí)打開屏蔽門，否則勢(shì)必造成人員恐慌反而不能及時(shí)疏散乘客，惡劣情況下有可能造成嚴(yán)重后果。雖然屏蔽門具備手動(dòng)解鎖功能，但該功能應(yīng)是在其它開門功能都失效的不得已的情況下才考慮使用。而且乘客在慌亂之下不一定能及時(shí)解鎖開門疏散，同時(shí)站臺(tái)值班人員也不一定能確保在任何情況下均可在站臺(tái)側(cè)解鎖打開屏蔽門，因此可能影響安全疏散。

(1) 如果取消后備電源屏蔽門失電時(shí)全開啟

    如果取消屏蔽門后備電源，考慮在雙路外電源都失效的情況下屏蔽門自動(dòng)全部開啟，我們認(rèn)為存在安全隱患。因?yàn)樵诠こ淘O(shè)置屏蔽門后，乘客已經(jīng)適應(yīng)了有屏蔽門的乘車方式，在此情況下屏蔽門關(guān)閉應(yīng)屬于安全狀態(tài)，否則開啟將是不安全的。這種狀況的全開門功能與工程本身并未設(shè)置屏蔽門時(shí)的安全標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有所不同。

    因此，從上述分析，鑒于目前國內(nèi)一級(jí)負(fù)荷供電不能完全滿足屏蔽門系統(tǒng)的需要（影響供電可靠性的因素比較多，如元器件、各處供配電開關(guān)等均可能存在故障，而且國內(nèi)地鐵系統(tǒng)或多或少地發(fā)生過雙路外電源停電而用后備電源的情況），因此在屏蔽門電源系統(tǒng)中取消UPS和蓄電池存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，還是有必要存在的。

    對(duì)于后備電源的容量可以根據(jù)運(yùn)營需求等因素適當(dāng)調(diào)整。如果必須考慮降低后備電源容量，可以根據(jù)運(yùn)營的要求采取小容量的蓄電池。如從停電后控制電源可在1h內(nèi)每側(cè)滑動(dòng)門開關(guān)操作5次減少為30min內(nèi)可對(duì)每側(cè)滑動(dòng)門開關(guān)操作1次，保證停電后至少可保證整列門開啟和關(guān)閉一次滿足疏散后再關(guān)閉，除非人為手動(dòng)開啟。

5. 結(jié)論

    綜上所述，我們認(rèn)為屏蔽門系統(tǒng)UPS和蓄電池能否取消主要取決于市電（一級(jí)負(fù)荷）的供電質(zhì)量和可靠性以及停電故障時(shí)運(yùn)營的應(yīng)急處理措施和對(duì)故障的接受程度。也就是說在滿足以下條件的情況下才可考慮取消UPS和后備電源：

(1) 電源波動(dòng)情況能夠滿足屏蔽門控制系統(tǒng)的要求；

(2) 可靠性比較高，能避免兩路電源均停電；

(3) 外電源停電后，運(yùn)營部門能夠加強(qiáng)車站現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急開門功能，即可提前將門打開，迎接區(qū)間疏散乘客。

    但是根據(jù)國內(nèi)地鐵工程的實(shí)際應(yīng)用情況，以及地鐵外市政供電反饋情況，由于市電供電環(huán)節(jié)較多，外電源停電和電源波動(dòng)有可能超過屏蔽門系統(tǒng)的要求都存在可能，故為確保屏蔽門系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，應(yīng)仍然保留UPS和蓄電池。

    如果從降低投資和設(shè)備室發(fā)熱量等因素考慮，可以考慮采用UPS配備小容量蓄電池作為屏蔽門電源系統(tǒng)的后備電源，在兩路交流電源失電的情況下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)屏蔽門可以開啟和關(guān)閉至少一次滿足疏散后再關(guān)閉的功能，以保證安全。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞 智能汽車競(jìng)賽；電源管理模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2015）09-0032-02

全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽是以“立足培養(yǎng)、重在參與、鼓勵(lì)探索、追求卓越”為宗旨，鼓勵(lì)創(chuàng)新的一項(xiàng)科技競(jìng)賽。以飛思卡爾半導(dǎo)體公司的微處理器為核心，通過自主設(shè)計(jì)傳感器、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和編寫控制程序，制作一個(gè)能按照比賽規(guī)則自動(dòng)識(shí)別賽道完成比賽的模型汽車。

硬件是智能車的基礎(chǔ)，其影響著車模系統(tǒng)穩(wěn)定性。基于此，本文主要提出一套電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的可行設(shè)計(jì)方案。

1 電源管理模塊

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，直流穩(wěn)壓電源分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源通過采樣、反饋等方式來控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，其輸出電壓文波比較小、工作噪聲小、反應(yīng)速度快；調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，效率比較低，發(fā)熱量大。在開關(guān)穩(wěn)壓電源中，開關(guān)管工作飽和或者截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)應(yīng)開、關(guān)兩個(gè)狀態(tài)；效率高，功耗小，存在比較嚴(yán)重的開關(guān)干擾。

電源管理模塊為車模系統(tǒng)的各個(gè)模塊供電，其供電穩(wěn)定性是車模穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中，不僅要考慮各個(gè)模塊的正常工作電壓、電流，還要做好各個(gè)模塊的隔離，減小模塊之間的噪聲干擾。總的來說，通過三端集成穩(wěn)壓芯片來給各個(gè)模塊來供電。競(jìng)賽中，常用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源（LM2941、TPS系列等）和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（LM2596、LM2575、AS1015等）兩大類。

車模電源是7.2V2000mAh的鎳鎘可充電電池，其對(duì)車模的各個(gè)模塊供電。系統(tǒng)的供電示意圖如圖1所示，7.2V電壓給不同電壓的模塊供電，主要的模塊電壓有12V、5.5V、5V和3.3V。用電池給電機(jī)供電，將電源電壓經(jīng)升、降壓再給其他模塊供電。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片IR2104的供電電壓為12V，S-D5舵機(jī)的供電電壓為5.5V，線性CCD的供電電壓為5V，單片機(jī)的供電電壓為5V，調(diào)參模塊等供電電壓為5V和3.3V。

MC9S12XS128單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，其工作的穩(wěn)定性直接影響車模運(yùn)行。為了減少其他模塊對(duì)其干擾，采用低壓差線性穩(wěn)壓電源供電。TPS7350具有過流、過壓和電壓反接保護(hù)電路，可以有效地保護(hù)單片機(jī)；最大輸出電流500mA，大于單片機(jī)工作電流；穩(wěn)壓線度相對(duì)比較好。所以選用TPS7350對(duì)其單獨(dú)供電。線性CCD工作條件電源電壓為-0.3V-6V，考慮到單片機(jī)的AD采樣轉(zhuǎn)化精度和線性CCD推薦工作條件等原因，選其最佳工作電壓5V。VDD最大連續(xù)電流為40mA，在比賽中一般需要用到2-4個(gè)線性CCD，最大電流一般不超過200mA。線性CCD是模擬傳感器，其供電電源的波動(dòng)將影響其性能， TPS7350穩(wěn)壓后電壓波動(dòng)較小，用其對(duì)線性CCD單獨(dú)供電。

S-D5是數(shù)字舵機(jī)，工作電壓4.5V-5.5V，正常工作電流200mA，堵轉(zhuǎn)電流是800mA；工作電壓在5.5V下，帶有堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能。舵機(jī)在實(shí)時(shí)控制時(shí)存在滯后性，滯后時(shí)間的大小主要由舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比決定。在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比不變時(shí)，舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間與供電電壓有關(guān)；舵機(jī)的工作電壓越高，響應(yīng)越快，同時(shí)扭矩力越大。選擇5.5V供電，既可提高舵機(jī)響應(yīng)速度，又可以保護(hù)舵機(jī)。LM2941S是低壓差線性穩(wěn)壓芯片，原理圖如其輸出電壓，在輸出電流時(shí)，。選用為，為，計(jì)算得。

常用的調(diào)參模塊主要有藍(lán)牙、SD卡、OLED顯示屏和按鍵等。不同調(diào)參模塊的電壓不同，SD卡供電電壓為3.3V，藍(lán)牙、OLED顯示屏可以接3.3V或者5V，按鍵一般接5V。測(cè)速模塊一般供電5V。這些模塊電流一般較小，可以根據(jù)PCB設(shè)計(jì)的需要調(diào)整各模塊的電壓分配。

2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

在競(jìng)賽中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式一般有兩種方式：集成芯片、柵極驅(qū)動(dòng)芯片和N溝道MOSFET。常用的集成驅(qū)動(dòng)芯片有BTN7970、BTN7971等；常用的柵極驅(qū)動(dòng)芯片有IR系列的IR2104、IR2184等；常用N溝道MOSFET型號(hào)多樣。

集成驅(qū)動(dòng)芯片在過流、短路、過溫和欠壓時(shí)，芯片自動(dòng)關(guān)斷輸入。為了防止車模在運(yùn)行過程中因?yàn)樾酒Ｗo(hù)而停止工作，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮過流保護(hù)、散熱等情況并采取措施。而B型車模電機(jī)功率比較大，正常工作電流都要大于1A，在啟動(dòng)或者堵轉(zhuǎn)的情況下，電流會(huì)更大，很容易造成驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)熱；如若散熱不好，會(huì)影響芯片正常工作，進(jìn)而影響車模運(yùn)行。所以采用半橋驅(qū)動(dòng)芯片IR2104驅(qū)動(dòng)4個(gè)LR7843型N溝道MOSFET H橋的方式來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

首先了解一下H橋驅(qū)動(dòng)原理，電機(jī)和4個(gè)N溝道MOSFET共同構(gòu)成一個(gè)類似于字母H的驅(qū)動(dòng)橋，如圖4所示。當(dāng)Q1、Q4導(dǎo)通時(shí)，直流電機(jī)中通過從左到右的電流；當(dāng)Q2、Q3導(dǎo)通時(shí)，直流電機(jī)中通過從右到左的電流；流經(jīng)電機(jī)電流方向的改變就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。但是，在控制4個(gè)N溝道MOSFET導(dǎo)通時(shí)，同一橋臂的Q1和Q2、Q3和Q4不能同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)通會(huì)造成源地的短路；在兩次狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中可能出現(xiàn)瞬時(shí)短路，需要在轉(zhuǎn)換時(shí)插入“死區(qū)”。在這里，采用一片柵極驅(qū)動(dòng)芯片IR2104來驅(qū)動(dòng)同一橋臂上下兩個(gè)NMOS管導(dǎo)通。IR2104內(nèi)部集成升壓電路，一個(gè)自舉二極管和―個(gè)自舉電容便可完成自舉升壓。IR2104內(nèi)部設(shè)置死區(qū)時(shí)間，存在于在每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以保證同一橋臂上、下兩管的狀態(tài)相反。

NMOS管是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，柵極電壓高于源極電壓即可實(shí)現(xiàn)NMOS的飽和導(dǎo)通。電壓通斷MOS管時(shí)，要比大10V以上，而且開通時(shí)必須工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)。IR2104工作電壓為10-20V，采用B0512S隔離電源升壓模塊來供電，IR2104輸出達(dá)到15V左右，可以驅(qū)動(dòng)NMOS管。NMOS管柵源極之間是容性結(jié)構(gòu)，柵極回路存在寄生電感，合適的柵極電阻可以迅速衰減柵極回路在驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)脈沖的激勵(lì)下要產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩。LR7843型N溝道MOSFET，。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電路圖如圖4。

3 結(jié)論

本文的電路方案經(jīng)過測(cè)試，證明了其可行性與可靠性。在車模系統(tǒng)中，各個(gè)模塊能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

篇10

關(guān)鍵詞：不間斷交流電源；過流保護(hù)；SPWM

不間斷交流電源[1]正常是用于在有交流輸入時(shí)交流電供電，當(dāng)交流電斷開或者交流電不正常時(shí)用電池來供電。在電池饋電交流電供電時(shí)，開機(jī)后輸出接的容性負(fù)載太大，則負(fù)載的瞬間啟動(dòng)電流就很大，電源檢測(cè)到峰值電流關(guān)斷后，輸出恢復(fù)時(shí)間太長，從而會(huì)導(dǎo)致輸出斷電故障。

1 故障分析

造成輸出斷電故障原因是在負(fù)載在開機(jī)瞬間，內(nèi)部的開關(guān)電源對(duì)濾波電容器充電會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的浪涌電流，比系統(tǒng)正常工作電流大幾倍乃至幾十倍。因此電源會(huì)在負(fù)載上電瞬間出現(xiàn)斷電問題。采用加大電源的輸出功率余量和提高電源的過流保護(hù)措施可以解決這個(gè)問題。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖見圖1：

將主控芯片產(chǎn)生SPWM脈沖[2]作為電源的控制信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)和保護(hù)IGBT開關(guān)管，另外電流檢測(cè)電路檢測(cè)到過流信號(hào)，短時(shí)間關(guān)斷SPWM脈沖信號(hào)，一旦沒有過流信號(hào)，將立刻打開SPWM脈沖信號(hào)。

產(chǎn)生兩路帶死區(qū)的SPWM脈沖作為電源的控制信號(hào)，其幅值為3.3 V，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)管，驅(qū)動(dòng)波形很平滑不會(huì)有共態(tài)導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)主控芯片檢測(cè)到過流時(shí)快速關(guān)斷IGBT，起到保護(hù)IGBT的作用；當(dāng)無過流信號(hào)時(shí)，快速恢復(fù)控制信號(hào)，使得負(fù)載不會(huì)斷電。

電源的主開關(guān)器件IGBT遇到短路和過流時(shí)，若不加保護(hù)或者保護(hù)不當(dāng)，就會(huì)失效，其主要原因有：超過熱極限、發(fā)生擎住效應(yīng)和超過器件耐壓三種。為了避免這三種失效的發(fā)生，必須對(duì)驅(qū)動(dòng)電路采取適當(dāng)?shù)拇胧Ｍǔ２捎玫拇胧┯熊涥P(guān)斷和降柵壓兩種。軟關(guān)斷是指過流和短路時(shí)，關(guān)斷IGBT；降柵壓是指在檢測(cè)到器件過流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍能維持導(dǎo)通，前者抗干擾能力差。一旦檢測(cè)到故障就關(guān)斷器件，很容易發(fā)生誤動(dòng)作，因而為增加保護(hù)電路的抗干擾能力，往往在得到故障信號(hào)與啟動(dòng)保護(hù)電路之間加一個(gè)固定延時(shí)，然而故障電流會(huì)在這固定延時(shí)內(nèi)急劇上升，從而大大增加了故障時(shí)器件的功率損耗，同時(shí)故障電流的增加，還會(huì)使器件故障關(guān)斷時(shí)的di/dt增大，它們之間的參數(shù)設(shè)計(jì)很難折中，因此軟關(guān)斷保護(hù)的驅(qū)動(dòng)電路，在故障發(fā)生時(shí)，往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，但器件仍然損壞。后者，抗干擾能力強(qiáng)。將柵壓后設(shè)定一個(gè)固定延時(shí)，若延時(shí)后故障信號(hào)依然存在，則關(guān)斷器件。故障電流在這一個(gè)延時(shí)內(nèi)將被限制在一個(gè)較小值。故障電流的限制，降低了故障時(shí)器件的功率損耗，延長了器件抗短路的時(shí)間，而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的di/dt，對(duì)器件的保護(hù)十分有利，在延時(shí)中，若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了電路的抗干擾能力。從上述的分析可以看出，降柵壓是一種很好的IGBT故障保護(hù)方法，但在以往的降柵壓電路中，往往只考慮了柵壓與短路電流大小的關(guān)系，忽略了降柵壓的速度。在實(shí)際過程中發(fā)現(xiàn)，降柵壓的速度直接決定了故障電流下降的速率di/dt，控制di/dt，必須采用慢降柵壓技術(shù)，以通過限制降柵壓的速度來控制故障電流下降的速率di/dt，從而抑制器件的dv/dt和uc的峰值。

實(shí)現(xiàn)慢降柵壓的具體電路選用新型IGBT驅(qū)動(dòng)集成芯片作為驅(qū)動(dòng)電路，芯片采用自舉供電技術(shù)，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，具有電源欠壓及功率IGBT過流軟關(guān)斷功能，只需幾個(gè)分立元件，就可直接驅(qū)動(dòng)IGBT。模塊過流時(shí)，通過Vce飽和壓降檢測(cè)電路，采用兩步法軟關(guān)斷技術(shù)，有效抑制dv/dt，降低EMI。在系統(tǒng)中，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路之間通過SY-FLT和FAULT/SD引腳連接組成“局域網(wǎng)”。該引腳具有輸入輸出功能。一旦有某一路發(fā)生故障，驅(qū)動(dòng)芯片的故障管理系統(tǒng)立即同步封鎖，同時(shí)向控制器送出報(bào)警信號(hào)。短路保護(hù)迅速有效，可大幅提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)下管發(fā)生過流時(shí)，即下管的Vce探測(cè)點(diǎn)電壓超過其7V門限值，SY-FLT由高變低，系統(tǒng)封鎖驅(qū)動(dòng)輸出，啟動(dòng)軟關(guān)斷過程，經(jīng)測(cè)量時(shí)間約9.6微秒，同時(shí)向單片機(jī)發(fā)出功率模塊短路故障報(bào)警。軟關(guān)斷結(jié)束后，SY-FLT恢復(fù)高電平，同時(shí)在該路SY-FLT由高變低的下降沿，與此相連的另一路驅(qū)動(dòng)芯片同時(shí)封鎖輸出，能夠有效防止相間短路。另外驅(qū)動(dòng)芯片有一個(gè)故障清除信號(hào)，當(dāng)無過流信號(hào)時(shí)，可通過單片機(jī)快速恢復(fù)控制信號(hào)，使得負(fù)載不會(huì)因?yàn)槎虝r(shí)間保護(hù)而斷電。在帶大的容性負(fù)載時(shí)輸出電壓只是降低了一些，不會(huì)導(dǎo)致輸出斷電故障。

3 結(jié)論

本文提出的慢降柵壓技術(shù)和快速開關(guān)SPWM脈沖信號(hào)的方式對(duì)電源的主開關(guān)管進(jìn)行雙重保護(hù)，有效地抑制了不間斷交流電源帶容性負(fù)載易出現(xiàn)斷電或損壞的問題，解決了輸出斷電故障。我們研發(fā)的產(chǎn)品使用此設(shè)計(jì)提高了質(zhì)量，降低了維護(hù)成本，得到了用戶的好評(píng)。

[參考文獻(xiàn)]