开关电源与设计方案范文

导语：如何才能写好一篇开关电源与设计方案，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

常规设计方案中励磁装置的调节器等工作电源采用厂用电与直流电分别给开关电源供电，然后在开关电源输出侧隔离，通过二极管阻塞反向电压，再将同电压等级的输出电源并接在一起给调节器或其它设备供电，其供电模式为双电源热备，如图1所示。这样的设计方案虽然简单，有较高的可靠性，但是存在以下缺点：没有相应声光指示工作电源状态。四个开关电源中如有损坏时或直流系统或厂用电中的某一路供电出现故障后，这时励磁装置虽然能正常工作，但此时运行人员可能在较长时间不能及时发现问题。若此时再发生供电系统异常或开关电源损坏，就会造成发电机失磁的重大故障。工作电源出现故障后无法准确判断出是哪路电源出了故障，就无法在不停机的状态下更换开关电源，需停机检修更换，这样会对用户造成不必要的经济损失。

2改进后的设计方案

2．1系统原理

针对现有的设计方案暴露出的缺点，我们在2013年4月提出设计变更方案，进行了大量的试验工作，对新增的电源监测装置进行了长时间的烤机，最终于2013年6月完成成品。

2．2电源监测装置原理

开送电源监测装置的电路结构如图3。第一分压电路9包括串联连接的电阻R1和电阻R2，其的一端与基准电压（例如＋9V）连接，另一端接地，电阻R1和电阻R2的节点作为输出端输出第一参考电压至运放IC1D和运放IC1B的反相输入端。所述第二分压电路10包括串联连接的电阻R4和电阻R5，第二分压电路10的一端与基准电压（例如＋9V）连接，另一端接地，电阻R4和电阻R5的节点作为输出端输出第二考电压至运放IC1C和运放IC1A的同相输入端。运放IC1D的同相输入端和运放IC1C的反相输入端分别通过电阻R3接入电源1，运放IC1B的同相输入端和运放IC1A的反相输入端分别通过电阻R6接入电源2。运放IC1D、运放IC1C、运放IC1B、运放IC1A的输出端分别通过电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4的阳极连接。这样，由运放IC1C、IC1D等元件组成具有迟滞特性的电压比较电路，检测＋5V（Ⅰ）（即电源1）电压是否正常，假设＋5V电压升高至＋5．5V或降低至＋4．7V电压时，运放IC1C或IC1D输出高电平，驱动发光二极管LED1、LED2发出警示。＋5V（Ⅱ）（电源2）的电压检测由运放IC1A、IC1B等元件组成，原理同上。本装置还包括分别与电源3、电源4、电源5、电源6、电源7、电源8连接的光耦OC1A、OC1B、OC2A、OC2B、OC3A、OC3B，每一光耦的输入端与待测电源连接，光耦接收端的集电极接上拉电阻，发射极接地，所述上拉电阻的一端接直流电压，另一端与发光二极管的阳极连接。以光耦OC1A为例，光耦OC1A的输入端通过电阻R23接入电源3，光耦OC1A接收端的集电极通过上拉电阻R15接入直流电压（＋12V），光耦OC1A接收端的发电极接地，上拉电阻R15的另一端与发光二极管LED5的阳极连接。在上述电源3的电压正常时，光耦OC1A的集电极电平是零，若电源3的电压消失时，光耦OC1A的集电极输出高电平，发光二极管LED5亦被点亮。其它光耦的连接方式和工作原理与前述相同，在此不再赘述。发光二极管LED1～LED10的阴极与开关管T1的控制端连接，开关管T1的第一端通过继电器J1线圈接入直流电压（＋12V），二极管D5连接在线圈的两端，开关管T1的第二端接地。开关管T1为NPN三极管。由发光二极管LED1～LED10构成或门电路，任何一个发光二极管被点亮后其阴极均可输出高电平，开关管T1的控制端（即NPN三极管的基极）在得到高电平后导通，继电器J1动作，其动作接点输出故障信号。开关管T1的第一端与直流电压之间还连接一发光二极管LED11，用于总故障报警。电源检测单元内部工作电源：由双路＋24V（Ⅰ）、＋24V（Ⅱ）经D3、D4隔离后并联给DC－DC直流变换器P1供电，P1输出＋12V电压。电路中工作电源的＋12V亦由＋12V（Ⅰ）、＋12V（Ⅱ）经D1、D2隔离后并联提供。这样整个电路的工作电源就有四路电源共同供电，可提高本电路工作的可靠性。

2．3新方案实施后的效果

通过大量的模拟故障试验与长时间烤机试验后，证明该电源设计方案稳定可靠，并且在任意开关电源不正常时均可对外发出信号警示，由此得出新方案比传统方案更智能化、安全化，能使现场调试人员及运行人员及时发现故障问题，从而及时消除其故障，避免造成更大的损失。

3结论

篇2

1 引言

在发电厂和变电所中，为了给控制、信号、保护、自动装置、事故照明和交流不停电电源等装置供电，一般都要求有可靠的直流电源。为此，发电厂和110kV以上的变电所通常用蓄电池作为直流电源，但要求上述电源具有高度的可靠性和稳定性，并且其电源容量和电压能在最严重的事故情况下保证用电设备的可靠工作。

另外，目前由于半导体功率器件、磁性材料等方面的原因，单个开关电源模块的最大输出功率只有上千瓦，而实际应用中往往需用几十千瓦甚至几百千瓦以上的开关电源为系统供电，因此，要通过电源模块的并联运行来实现。大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联的形式，以满足负载的功率要求。在并联系统中，每个变换器应处理较小的功率以降低应力，还应采用冗余技术来提高系统的可靠性。电源并联运行是电源产品模块化、大容量化的一个有效方法，同时也是实现组合大功率电源系统的关键。

2 常用的均流方法

由于大功率电源负载需求的增加以及分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性也日益增加。但是并联的开关变换器在模块间通常需要采用均流（Current sharing）措施。它是实现大功率电源系统的关键，其目的在于保证模块间电源应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限（限流）状态。因为并联运行的各个模块特性并不一致，外特性好（电压调整率小）的模块可承担更多的电流，甚至过载，从而使某些外特性较差的模块运行于轻载状态，甚至基本上是空载运行。其结果必然加大了分担电流多的模块的热应力，从而降低了可靠性。

    开关电源并联系统常用的均流方法有：

（1）输出阻抗法

（2）主从设置法

（3）按平均电流值自动均流法

（4）最大电流自动均流法（又叫自主均流法）。

直流模块并联的方案很多，但用于电力操作电源，都存在着这样或者那样的缺陷，其主要表现在：输出阻抗法的均流精度太低；主从设置法和平均电流法都无法实现冗余技术，因而并联电源模块系统的可靠性得不到很好的保证；外加均流控制器法使系统变得过于复杂，不利于把这一技术转化成实际的产品。而自主均流法以其均流精度高，动态响应好，可以实现冗余技术等特点，越来越受到产品开发人员的青睐。

所谓自主均流技术，就是在n个并联模块中，以输出电流最大的模块为主模块，而以其余的模块为从模块。由于n个并联模块中，一般都没有事先人为设定哪个模块为主模块，而是通过电流的大小自动排序，电流大的自然成为主模块，“自主均流法”因此而得名。

3 220/10A整流模块

笔者设计了一个220V/40A高频开关电源，可用于发电厂、变电所、变电站等电力控制的直流屏系统。该设计方案采用4个220V/10A模块并联来实现模块间的自主均流，从而为电力系统提供了一种重量更轻、体积更小、效率更高、安全性更好的整流模块实现方案。由于篇幅所限，本文只介绍220V/10A整流模块的实现方法。

高频开关电源性能优于相控整流电源，它能否得到广泛工业应用的关键是其可靠性，特别是当输出直流电压较高时应能可靠工作。除元器件及生产工艺等因素外，开关电源的可靠性主要取决于其主电路拓扑结构及控制方法。在设计该电源模块时，笔者选用了可靠性很高的三相电流型PWM整流器来完成三相功率因数校正及移相全桥谐振拓扑，从而实现DC/DC转换；PWM控制则采用电流型控制方法来实现。

3.1 三相PWM整流器

图1所示是一种三相PWM整流器的主电路，该电路的每个桥臂均由2只IGBT和2只二极管组成。其中IGBT的驱动脉冲采用正弦PWM调制脉冲，这样，输入电流和输出调制电压Vd中就只含下式所示的谐波：

式中：Id为输出电感中的电流；Vl为输入线电压有效值：P为0～60°区间内的脉冲数；M为调制系数，M=Uo/Um。

PWM整流器具有输入功率因数高，输入电流的低次谐波电流含量少，PWM调制脉冲易实现以及成本低等优点。

3.2 全桥DC/DC变换器

a.主电路拓扑

根据该高频开关电源的输出功率较大(220V、10A)且工作频率较高(100kHz)等实际情况，笔者选用了全桥隔离式PWM变换器，图2是其电路图。

这种线路的优点有二：一是主变换器只需一个原边绕组，通过正、反向电压即可得到正、反向磁通，副边绕组采用全桥全波整流输出。因此变压器铁芯和绕组可得到最佳利用，从而使效率密度得到提高。二是功率开关可在非常安全的情况下运行。

b.控制与保护

DC/DC变换器采用峰值电流型PWM控制，并采用自主均流法实现多个模块并联运行时的均流控制。这种均流控制方法与电源模块数目无关，且任意1个模块发生故障或退出运行时，均不影响其它模块的均流功能，从而真正实现了N+1冗余运行。

PWM脉冲宽度调制开关变换器的控制芯片采用UC3875移相专业控制芯片，该芯片主要应用于全桥变换器电路。它有电压型和电流型控制模式可供选择。UC3875具有限流、输入过压、输出过压、输入欠压等保护功能。自动均流电路采用以最大电流自动均流法为原理的集成均流芯片UC3907，应用UC3907可以调节电源模块的电压并实现并联模块间的均流。

    用于电力系统中的高频开关电源可满足的技术指标如下：

输入交流电压：380V；

纹波系数：≤0.5%；

电网频率：50Hz；

功率因数：≥0.9；

输出直流电压：220V；

稳压精度：≤0.5%；

模块输出电流：10A；

稳流精度：≤0.5%；

整机输出电流：40A

均流不平衡度：≤0.5%。

篇3

关键词： 开关电源；井下电机；PWM；UC1525A

中图分类号：F407.61 文献标识码：A

井下智能钻井工具一般采用涡轮发电机作为电源，驱动井下电机控制执行机构工作，实现井下闭环控制。涡轮发电机输出的直流电压受泥浆脉冲影响，波动大，未经过开关稳压，导致电动机供电电压不稳定，在低速运行时不平稳，限制了电动机的低速性能，影响井下智能钻井工具正常工作。为此，设计了一种井下DC-DC开关电源，为井下电机提供稳定直流电压，确保电机在低速状态下平稳运行，进而提高井下智能钻井工具工作的可靠性及稳定性。

1 总体设计方案

1.1 总体电路设计

DC-DC电源工作在井下高温高压环境中，且靠近发电机及力矩电机震动源。在这种环境温度下，常规半导体电子器件及其组成的电路将难以可靠工作。本设计中输入电压高于输出电压，为尽可能减少所用器件以降低高温情况下因单个器件不稳定导致平均工作寿命减少的情况发生，对比其他电路结构及功率输出情况后，采用BUCK结构电路。开关频率定为3kHz，输入直流电压范围：90-220V，输出电压：48V±2V，输出电流：10A±2A，最大功；500W，最大外径：100mm，工作温度：125℃。

1.2 主电路设计

主电路中，输出滤波电感采用铁硅吕磁环，以适应井下振动环境，电感按临界模式计算，为：

式中Vo为输出电压，Dmin为占空比最小值，Iomin为输出电流最小值，T为周期。

单个电感采用五个77191A7铁硅铝磁环叠加共绕，采用了多个磁环叠加绕制后并联使用。

输出端滤波电容最小值满足：

PWM控制电路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，该控制器工作温度可到125℃，满足井下工作环境对器件的要求，输出级为两路图腾柱式输出，最大驱动电流200mA。

开关MOS管的源极是悬浮的，为形成相对的驱动电压Ugs，采用变压器隔离驱动，开关管采用MOSEFT，驱动功率相对较小，为加速MOSEFT快速导通和截止，减少开关损耗，输出端加入耦合电容和PNP型三极管。为防止由于变压器漏感带来的尖峰电压击穿MOSFET，采用钳位二极管。

考虑到井下高温强振的工作环境，高频变压器采用德国VAC公司超微晶磁材料VITROPERM 500F（居里温度为600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作开关电源功率变压器，铁损低，饱和磁通密度、磁导率高，可以抵抗强振动应力。

通过以上设计与计算，得到主电路电路设计图如图1所示。

1.3 单端正激式辅助电源设计

为保证主电路PWM控制器稳定工作，引入辅助电源，为开关管驱动电路及两个PWM控制器UC1525A供电。设计参数12V/400mA，即该电路可实现输入60～200VDC，输出12V/400mA。由于主电路采用的是BUCK非隔离结构，辅助电源设计时为简化电路采用非隔离式，如图2所示。

辅助电源中，考虑涡轮发电机整流后的电压容易超出三极管极限参数，为保证稳定，自启动电路设计采用两个三极管串联使用， Rb1，Rb2 ，Rc1为限流电阻。C13上的电压给辅助电源上的PWM控制器提供启动时间，随后当变压器输出端有稳定电压时，将由输出端提供能量。为防止输出端负载对充电回路的影响，加入二极管D14。采用该种方法设计可以减少限流电阻上的损耗，保证辅助电源稳定启动，为主电路PWM控制器提供相对稳定的电源做好铺垫。

单端正激式变压器磁芯材料采用德国VAC公司的超微晶材料磁环W373，由于辅助电源功率较小，故开关频率可以取得稍大，开关电源频率为50KHz。

整流滤波电路设计同BUCK结构设计类似。控制器同样采用TI公司的UC1525A，与BUCK结构设计方法相同。

1.4 开关电源热设计

本文所设计的开关电源在井下高温强振环境中工作，必须将发热器件产生的热量尽快发散出去，使温升控制在允许的范围之内，以保证可靠性。考虑工作环境特点，本设计采用散热片为开关电源散热。

MOS管采用IRFP460A，为尽可能好的散热，将功率管固定于散热片上，功率管和散热片之间加入导热系数好的散热硅脂。

2 开关电源性能测试

为确保所设计的开关电源能够满足系统性能需求，在实验室对样机进行性能测试。

2.1 开关电源基本功能测试

由于前端电压波动较大，为更好地看到效率与输出功率及输入电压波动情况，采用取样分别测量整流后电压70V、100V、145V、195V时效率随输出功率变化情况。测量输出功率时用直流档，测量整流前端输入功率时用有效值档，结果如表1所示。

2.2 开关电源可靠性测试

满额功率输出时，温度达到动态平衡时开关管最大温升约为15℃（采用点温仪测试）。电压及纹波参数均未出现异常现象，常温特性比较好。电源性能良好，输出电压误差小于1V。经过近800次开关通断电，电路工作状况未发生问题，电路输出电压不受影响。

长时间工作于150℃时，电路板及开关器件均正常，随着负载功率上升，输出电压有下降趋势。

3 结论

3.1 应用于钻井井下的开关电源，其主电路拓扑形式选用BUCK电路，所用电子器件少，结构形式简单，能够满足井下狭小空间对于工具尺寸的要求。

3.2 开关电源控制环路设计过程中需建立开关电源完整的小信号数学模型，并对其进行开环小信号分析，确保其稳定性。

3.3 主电路与辅助电路设计中对输出滤波参数的计算一方面采用理论计算，一方面采用经验值并考虑温度等特性，器件选型上有一定余量，保证其稳定工作。

3.4 在高温条件下，需要考察开关电源功率器件散热量和环境温度的平衡温度点以及功率器件在电源舱不同位置时的温升平衡点，确定功率器件最佳散热位置布局，实现开关电源温升最小化。

参考文献

[1]PRESSMAN A L.开关电源设计[M].王志强，译.北京：电子工业出版社.2005.

[2]周习祥，杨赛良.BUCKDC/DC 变换器最优化设计[J].电子设计工程，2010.

[3]赵负图.电源集成电路手册[M].化学工业出版社，2003.

篇4

关键词：建筑照明；夜景照明；电气节能设计；电气设备

在现代化社会发展过程中，城市建筑夜景照明工程得到了人们的高度重视。在夜幕降临之后，城市建筑夜景可以为人们带来良好的观赏效果，城市夜景不仅是城市风貌特征的重要体现，也是呈现城市整体形象的重要平台。城市建筑夜景照明要想获得良好的观赏效果，就必须开展合理的施工设计。在施工设计过程中以道路照明设计为主，需要营造综合点、线、面等的夜间景观，之后再对整个照明系统进行智能化管理。为了推动建筑行业的长远发展，需要在城市建筑夜景设计和电气设备优化过程中，将节能减排作为主要发展目标，以此满足当前我国建筑行业的可持续发展要求。

1建筑夜景照明电气节能设计概述

开展建筑夜景照明节能设计，实际上就是结合建筑结构的不同形态与建筑材料的使用要求，在满足建设单位基本需求的基础上，开展建筑夜景设计。通过分析建筑夜景照明设计的主要内容，做好电气节能设计工作，从而满足夜景照明电力能源供应条件，使建筑工程具备节能特征。在建筑夜景照明电气节能设计中，设计单位通常会采取多样化的节能技术，在建筑夜景照明设计的主体上完成电气节能设计[1]。

2建筑夜景照明电气节能设计优化策略

2.1照明电气设备优化

2.1.1采用新型照明材质和能源建筑夜景照明电气设备使用的合理性直接影响电力能源的消耗程度。为确保城市建筑夜景照明电气节能设计够稳定进行，必须选择合适的照明材质，提高照明设备的使用寿命与运行质量。通常，照明电气设备暴露在外界空气环境中，很容易发生腐蚀和损坏，必须选择能够适应多种环境条件的材质。在建筑夜景照明设计中，采用高效、长寿的灯具，能够保证城市建筑夜景照明系统的长期、稳定运行，从而获得更多的经济效益。目前，在建筑夜景照明电气节能设计过程中，可以采用新型材质和能源。例如，使用太阳能发电照明材质可以有效节省电力能源。白天，电气设备可以收集太阳能，将其以电能的方式储存起来，夜间为照明设备提供电源，从而获得良好的照明效果[2]。除此之外，在设计环节中应用节能灯具，可以减少电力能源的使用量。常用光源的技术指标如表1所示。2.1.2选取最优施工方案在施工过程，甲方关注的重点主要集中在以下几个方面。（1）幕墙外立面管线、电线及灯具不影响建筑白天的视觉观感效果。与龙骨无缝搭配组合可以解决灯具隐蔽问题；关于管线布置，灯具与灯具之间可以通过灯具自带的防水电缆接头连接，如图1所示；220V的线管由主电源引出开关电源，再由开关电源引出低压24V直流线管，通过幕墙设计公司预留的管洞与灯具连接，这样既方便更换开关电源，也方便更换灯具。（2）灯具接地安全。LED洗墙灯灯具型材外壳为铝型材，切面与建筑外玻璃幕墙龙骨相啮合，灯具金属外壳与楼体接地干线直接连接，可以确保灯具接地安全。（3）地面、楼顶景观泛光照明。因顶层有玻璃装饰墙，对于楼顶和地面景观的泛光照明，可以采用金卤灯或LED洗墙灯。通过对比两种灯具的成本、美观度、安装工序、能耗情况等，决定采用哪种灯具。安装效果对比：地面上装金卤灯，还需安装混凝土底座，再以30～45°的角度投射墙面，无论车辆还是行人，都容易被灯光刺眼，影响视觉效果；使用金卤灯需要另外装设焊接角铁架来固定金卤灯，角铁架易生锈，换成不锈钢支架不仅额外增加施工成本，安装时也会影响建筑美观。考虑到施工安全及后续更换拆卸安装方便，将LED洗墙灯安装于玻璃装饰墙内侧，因该玻璃装饰墙是不透明的毛玻璃，LED洗墙灯灯光投射上去会形成层次分明的暖色温内透效果。如果LED洗墙灯照度和光效达不到要求，需要更换成金卤灯。能耗对比：以顶层为例（顶层和底层工程量类似），顶层金卤灯方案共需安装78盏50W金卤灯，或者安装186盏LED洗墙灯。金卤灯安装功率为78×50=3.9kW，LED洗墙灯的安装功率为186×12=2.2kW。由此可知，LED灯具更节能。因为金卤灯能耗大，可以仅在建筑四角安装高压钠灯，用于投射大理石建筑立柱，其他部位均采用LED洗墙灯。根据以上分析，提出以下两种施工方案。方案1：某大楼泛光照明选用50W金卤灯，采取支架焊接固定安装，顶层玻璃装饰墙采用210W金卤灯。方案2：某大楼泛光照明选用12WLED洗墙灯，直接利用玻璃幕墙龙骨原有结构，顶层玻璃装饰墙采用12WLED洗墙灯。施工人员需要根据工程成本和照明节能效果选择最终的施工方案。工程成本分为主材成本与辅材成本两部分。其中，灯具主材成本，方案1＜方案2；工程辅材施工成本，方案1＞方案2。在照明能耗方面，方案1的能耗为方案2的三倍；中后期需要进行安装和维护，方案2的安装和维护效果优于方案1。最终决定选用方案2。2.1.3选取合适的安装方式（1）LED洗墙灯的安装。玻璃幕墙立面龙骨如图2所示，施工人员需要在玻璃幕墙龙骨架结构中原有的空隙位置安装灯具。灯具为大功率LED灯，色温为3000K，光通量为3250lm，单灯功率为12W，光效为270lm/W，灯具密封防护等级为IP65。斜面为2.5mmPC盖板，橡胶垫的主要作用是密封和防水，雨水会顺斜面向下流淌，从外观测观看不到灯具。光源利用反射原理投射在玻璃幕墙上，不会引起眩光，不会造成光污染[3]。LED洗墙灯电源安装于室内，由24V/220V专用直流、交流整流恒压器供电。开关电源功率因数为0.95，灯具金属外壳与楼体接地干线联结。LED洗墙灯安装剖面如图3所示。（2）开关电源的安装。用户防触电开关的额定漏电动作电流为30mA，额定漏电不动作电流为15mA。大部分室外泛光照明工程开关电源都用防水盒安装在室外，这样做的弊端是防水盒设计有散热通道，开关电源工作时的热量需要通过散热通道散热，如遇强对流天气不利于室外开关电源防潮，会加大开关电源腐表1常用光源的技术指标光源类型光效/（lm·W-1）显色指数（Ra）色温/K平均寿命/h应用场合LED＞100白光60～802700～6500白光或彩色＞25000应用范围广泛蚀损耗。将开关电源安装于室内，能有效解决这个问题，且便于更换维护。开关电源安装示意图如图4所示。

2.2配电箱位置优化

在建筑夜景照明电气设计中，必须精准设定配电箱的位置。为了降低线路阻抗，要注意以下方面。（1）考虑到导线截面积和线路阻抗之间的负相关16mm图2玻璃幕墙立面龙骨（未安装灯具剖面）（单位：mm）1.5mm2.5mm4mm图3LED洗墙灯安装剖面图关系，要重点分析导向长度这一要素，缩短导线实际供电距离。在配电系统设计环节中，要避免电路回供[4]。如果建筑夜景照明线路较长，必须加强保护措施，适当增加截流量，可挑选截面积较大的导线，减少线路抗阻带来的不利影响[5]。（2）考虑到电阻率和线路阻抗之间呈现正相关关系，要尽可能地选择电阻率较小的线路[6]。

2.3电能计量方式优化

在建筑夜景照明设计中，电能计量精准程度直接影响照明工程的经济效益，必须选择科学合理的电能计量管理系统进行管理[7]。电能计量管理系统的优势是能够智能化管理照明电能表和人员信息，还可以实现电能表在线监测，确保电能表的正常运行。同时，不同系统用户拥有不同的使用权限，可以有效保证系统运行的安全性。通常，施工设计人员会在建筑内部设置电能计量管理系统，然后精准打印电力应用统计报表，查询相关数据，从而远程监控电能表，确保电力用户管理和操作活动的顺利进行，以信息化的方式管理照明区域的电能表[8]。

3结束语

综上所述，开展建筑夜景照明设计优化不仅可以改善城市外在景观，还可以为人们提供更加便利的生活条件。将节能环保理念融入城市夜景照明设计时，必须重点落实电气节能设计，在具体设计中重点优化电气节能设计方案、照明电气控制系统、电能计量方式及配电箱位置等，以保证城市建筑夜景照明的稳定性。

参考文献

[1]李增勇,萧倩美,何秀娟.建筑夜景照明电气节能设计优化[J].机电工程技术,2021,50(8):257-259,318.

[2]唐明.建筑夜景照明的艺术营造方法研究[J].广西城镇建设,2021(5):29-31.

[3]黄彦,周波.LED在建筑玻璃幕墙夜景照明中的应用方法探讨[J].灯与照明,2020,44(4):47-51.

[4]陈龙.建筑夜景照明电气节能设计优化[J].江苏科技信息,2020,37(5):33-35.

[5]殷文荣,颜宏勇.浅析民用建筑夜景照明系统设计[J].现代建筑电气,2019,10(10):41-45,50.

[6]张文力,严永红.转型期中国城市夜景照明的空间生产过程与机制:以重庆市为例[J].资源开发与市场,2021,37(6):692-697.

[7]刘晨宇,孙颖,孙璐,等.基于城市文化的巩义市老城区街景改造研究[J].工业建筑,2019,49(12):69-74.

篇5

【关键词】同步降压；降压控制器；场效应管

【Abstract】A low voltage， high current Buck DC/ DC switching power supply with a synchronous buck controller LM5119 core and a low loss MOSFET and a forward topology is designed. It is composed of a filter circuit， a synchronous control circuit and a DC/DC Buck circuit. The filter circuit uses the parallel capacitor to reduce the ripple voltage. After testing， the efficiency of the power supply is greater than 92%， the ripple factor 0.063%-0.238%， the load effect of 0.0889%， the source effect 0.0056%-0.011%. The performance indicators are better than the marketed product level.

【Key words】Synchronous Buck； Buck Controller； FET

0 引言

随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用，人们对其需求量日益增长，并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的线性电源。随着电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而不断促进了开关电源技术的发展。

1 研究目的

现在，市场上的高精密开关电源普遍价格较高，一般均在数百及千元以上，而且性能指标并不算很高，且性能指标更高的价格昂贵。我们希望可以设计出一款成本较低、各方面性能可以和市场性能较高的产品相媲美的一款稳压电源，以借此机会来锻炼一下自己的动手能力，将自己所学到的知识运用到生产实践中。

2 方案论证

2.1 PWM控制方案

方案一：采用单片机产生PWM

单片机编程产生的方波信号，易于调节、纹波小、抗干扰能力强。但在完成相应要求的同时，因51单片机资源有限，在控制中需要用到PWM调制和A/D采样，用51单片机产生高频的PWM比较困难，而且会造成程序不稳定，况且A/D转换还需要外部器件，成本也较高。

方案二：采用TL494产生PWM

TL494是一个固定频率的脉冲宽度调节电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节。但电路较复杂，搭建困难。

方案三：采用LM5119炔康缏凡生PWM

LM5119 是一款双同步降压控制器，适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度，有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制。LM5119 的工作频率可以在 50 kHz 至 750 kHz 范围内设定。LM5119 可利用自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边 NMOS 功率开关管。用户可选的二极管仿真模式可实现非连续模式操作，提高轻负载条件下的效率。具有自动切换外部偏压功能的高电压偏置稳压器可进一步提高效率。其他功能包括热关断、频率同步、打嗝 （hiccup） 模式电流限制和可调输入欠压锁定。该器件采用有芯片连接焊盘的功率增强型无引线 LLP-32 封装，以帮助散热[1]。

采用LM5119内部电路产生PWM的优点是电路稳定性强，定时电阻Rt和AGND引脚之间连接的外部电阻可设定LM5119的开关频率，Rt可同步内部振荡器至外部时钟，使振荡器产生相应的PWM波。

通过比较上述三种方案及结合设计要求，可以看出方案三明显优于其他方案，所以采用方案三进行设计制作。

2.2 主回路拓扑方案

DC/DC主回路拓扑采用半桥Buck电路，通过LM5119的HO和LO端输出的PWM控制2个MOS管实现交替导通，通过电感Lo和电容Chb的充放电实现降压。减小了原边开关管的电压压力，电路结构简单，可适用较高频率电路。

3 产品（作品）设计与制作

3.1 输入输出电压设定

输入电压范围设定为12-20V，中心工作电压16V。输出设计为两路：一路输出9V、5A；另一路输出5V、9A。通过对芯片使能端的设置，可以实现任一路输出，也可以同时输出，并且两路可以各自独立工作，互不干扰。

3.2 滤波电容选用

（1）输入电容Cin：经过不断实验尝试，我们选择了6个2.2uF的陶瓷电容并联，实现梯级滤波。

（2） VIN滤波器Cvin：考虑到需防止注入到VIN引脚的高频开关噪声引起电源故障，我们选用了0.47uF的陶瓷电容。

（3） UVLO分压器Cft：考虑到为分压器提供滤波，我们选用100pF的陶瓷电容。

（4） VCC电容Cvcc：考虑到需要为HO驱动器和自举二极管提供峰值瞬态电流，并为VCC稳压器提供稳定性，我们采用了0.47uF的电解电容。

（5）输出电容Co：考虑到输出电容器需平滑电感纹波电流引起的输出电压纹波，并在瞬态负载条件下提供充电电源，我们选用了两个220uF的电解电容作为主输出电容，并加入两个22uF电容，进一步降低输出电压纹波和尖峰。

3.3 开关管选用

开关管一般采用IGBT或MOSFET，IGBT的优点是耐压高，但导通内阻大，损耗大；MOSFET优点是导通内阻极小，但耐压不高，但考虑到输入输出电压均不高，且要求损耗小、体积小，所以选用贴片式低损耗MOSFET[2]。

3.4 输出电感制作

进口贴片电感价格太高、采购耗时长，而且参数不可改变，所以我们采用自制电感，可以很方便通过改变电感线圈匝数而改变电感参数。

3.5 电路原理图设计

根据设计方案和芯片使用说明，我们自主设计了工作原图，由于在制作期间，需要多次调整参数，所以画的原理图未标出参数的具体数值，以便随时调整元件参数。原理图是使用ALTIUM DESIGNER软件设计的。原理图见图1。

3.6 PCB设计

为了使控制芯片元件布局紧凑且达到良好效果，PCB板采用四层设计，让电源和接地各占一层，并进行分区，避免信号地和模拟地之间的串扰。由于电源线、接地线不再占用顶层和底层板面资源，所以可以将元器件布置得更紧凑，芯片工作状态更好，可以获得极佳效果，PCB板图见图2

3.7 产品制作

根据设计要求，我们通过反复论证确定了元件参数、型号和数量，并选购所需材料。然后精心制作，虽然绝大部分元器件采用贴片封装，但我们都采取了手工焊接，实践证明效果很不错，作品实物图见图3。

4 总结

4.1 本产品（作品）的性能

本产品制作成本约为100元左右，而市场精密电源售价一般在数百甚或千元以上，我们的产品成本远远低于市场同类产品的价格，与我们同等价格的产品测出的性能指标比我们的产品性能指标相差一个数量级。纹波测试见图4

从表1可以看出，我们产品的成本低、效率高，性能要远远高于市场水平，具有较大的发展前景。

4.2 本产品（作品）的创新点

（1）采用四层PCB板设计、元器件布局紧凑合理，电源工作状态良好。

（2）自制电感线圈，替代了进口产品，不仅使电源综合成本降低20%以上，而且感参数可以自行调整。

（3）本产品制造成本低，而性能指标高（见表1），主要指标均高于市售产品水平。

（4）极高的效率，对于满载输出45-90W的电源（单路输出45W，双路输出90W）达到92.3%的效率，已差不多到了极限。

（5）采用节能设计，轻载时可以启用二极管仿真模式，可以实现高效输出；重载时，禁用二极管仿真模式，增强带负载能力。

【参考文献】

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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。开关稳压电源具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点，因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。本文介绍的是基于单片机的PWM型开关稳压电源，项目是本人在教学中的实际案例，经本人验证后，实现效果较好。该项目结构较为简单，稳定率高，实用性强，能够应用在较多场合。

【关键词】开关电源 单片机 DC-DC变换器

1 引言

本人是一名技工院校的教师，从事电子技术的教学工作。单片机技术对学生来说是一门比较枯燥且复杂的课程，多数学生在学习过程中缺乏兴趣，所以本人一直秉承项目教学的理念，通过项目来让学生更好的掌握单片机技术。基于单片机的PWM型开关稳压电源设计项目经本人与学生共同验证后，推广到教学层面上来。该项目中需要用到模拟电路、数字电路、电力电子技术、单片机技术、DXP绘图等多个科目的知识，对学生来说有一定的难度，但又不是高不可攀的，在老师的指导下，大多数学生均可以完成该项目。现本人把该项目的设计实现过程具体描述如下。

2 项目原理简述

开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地接通和关断。开关电源应具备整流电路、滤波电路和稳压电路。PWM稳压电源是利用脉冲宽度调制的方法来控制开关元件的接通时间与管断时间从而实现稳压输出。该项目采用单片机来作为控制核心，能对输出电压进行键盘设定和初步调整;同时具有输出电压，电流的测量和数字显示功能;具有过流检测和保护功能。

3 项目设计方案

开关电源从结构上包括主电路和控制电路，主电路又包括整流滤波电路和DC-DC变换器主回路。考虑到学生在学习过程中主要学习的是51系里单片机，且在学习过程中一直采用的是AT89S51单片机，故本项目采用AT89S51单片机作为控制电路的核心。项目整体结构框图如图1。

3.1 整流滤波电路

常见的单相整流电路主要有：半波整流、全波整流、桥式整流。本设计中，主回路采用了结构简单、效率高的降压型（Buck）DC-DC变换器。为提高主回路的输入电压UIN，整流滤波电路部分采用了三倍压整流电路，如图2所示。

3.2 DC-DC变换器电路

常见的PWM型DC-DC变换器主要有降压型（Buck）、升压型（Boost）、降压-升压型（Buck-Boost）和升压-降压型（Cuk）。后三种变换器均可使输出电压高于输入电压，但需要利用电感或电容作为传送能量的元件，这会使主回路制作复杂，降低变换器总体效率。为此，本设计采用了通过三倍压整流电路提高DC-DC变换器输入电压，而DC-DC变换器为降压型的总体方案，如图3所示。

本项目中，为了提高DC-DC变换器的效率，我们采用饱和导通压降小、开关速度快的IGBT作为开关元件，同时采用工作性能稳定，开关速度较高的M57962L驱动IGBT。

IGBT在关断瞬间是最易发生损坏的过程，所以我们需要保护电路。保护方法有两种：一是在集电极――发射极电压处于低值时，关断IGBT;二是IGBT关断时，集电极电压上升的同时，较快的减少集电极电流。本项目中采取了第二种方法，通过在IGBT的C、E两端添加RC缓冲器，减少关断瞬间的集电极电流。工作原理是：当IGBT关断时，电容C通过二极管D1充电到（VC-VD1）。这样集电极电流有了分路，集电极电流能较快的减小。当IGBT导通时，电容C通过电阻R和IGBT放电。

为保证开关元件工作可靠，IGBT额定工作电压，额定工作电流应为最大值的两倍以上，故选择GT40T101型IGBT作为开关元件。由于M57962L最高工作频率为20KHz，且工作在该频率时不易产生人耳能听到的噪声，故IGBT工作频率f=20KHz。

3.3 PWM控制模块

PWM控制部分我们采用开关电源集成控制器SG3525A，该芯片具有输出频率范围宽，工作电压范围广，基准电源精度高，死区时间可调等优点。SG3525A具有两个交替工作的输出端，本设计中只需控制一个开关元件，所以采用了两输出端经过4071同时驱动开关元件的方法。为避免上电瞬间对开关元件造成的冲击，利用电容C3使主回路软启动。R2与R3组成分压电路取样输出端电压，作为SG3525A的反馈电压。过流保护部分我们采用CHF-5P型霍尔电流传感器将输出电流转换为电压反馈信号，并与R6设定的过流值比较，如果反馈值较高则通过SG3525A的10脚，使其停止工作，并通过J1的2脚点亮报警LED，实现过流检测和保护功能。具体电路如图4所示。

3.4 键盘输入及显示部分

键盘输入部分，由于我们需要对开关电源直接设定电压，且需要步进1V的功能，所以我们需要0-9的数字、加1和减1，再加上确定和取消共14个按键，所以我们采用14按键的键盘设定。

显示部分我们采用数码管显示，因为我们只需要显示数字且没有什么特殊的要求，基于数码管的价格便宜，使用方便，易于控制等特点，所以该项目中我们采用八段LED数码管作为电压输出显示。DC-DC变换器输出电压检测及显示采用了ICL7107，该芯片可独立完成电压检测并驱动3支八段LED数码管，无需占用单片机资源。DC-DC变换器输出电流检测及显示同样采用了ICL7107，利用一只1欧姆的电阻可将电流信号转换为电压信号。

3.5 软件部分

单片机主程序流程图如图5所示。

4 调试遇到的问题及解决方案

（1）过流检测功能失效，经检查发现SG3525的10脚虚焊，重新焊接后正常。

（2）IGBT工作一段时间后过热影响电路的稳定性，考虑到IGBT散热量比较大，加装散热片后有所改善。

（3）三倍压整流电路中电容C1、C2工作正常，但C3爆炸，经仔细分析后，原因在与C3两端由于需要承受电压较高，50V的耐压值不够故而发生爆炸，为提高耐压，将两组电容串联后作为C3，故障解决。

（4）键盘出错，由于该项目中按键有14个，故而键盘程序较多，经仔细检查发现键盘编码错误，改正后故障解决。

5 结论

开关稳压电源的设计方法有很多种，市面上也有很多的成品可以参考。该项目是以教学为目的，并没有过多的考虑成本压力，故而采用的是现阶段比较成熟的集成芯片作为控制芯片，可能与企业实际应用还有一定的差距。经过实际参数测试，还发现该开关稳压电源效率不不是很高，经本人思考后，原因可能是IGBT导通和关断时集电极电流较大，损耗了较大功率，这也是本人在以后的教学中需要和学生共同努力去改进的。

参考文献

[1]王宜建，张桂玉.电力电子变流技术[M].北京：科学出版社，2009.

[2]裴云庆，杨旭，王兆安.开关电源的设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]常敏慧，申功迈.开关电源应用设计与维修[M].北京：科学技术文献出版社，2002.

篇7

[关键词]单片开关电源 复合式 AC/DC MAX8873

一、引言

电源是现代电力电子设备不可缺少的组成部分,其性能的优劣直接影响设备的性能。传统的电源由于笨重、效率低而逐渐被重量轻、体积小、效率高的开关电源所代替。复合式开关电源作为一种高效率的开关电源,是对线性稳压电源和开关稳压电源进行优化组合形成的一种电源设计方案,它即具有输出电压稳定程度高、纹波电压小、电源转换效率高等众多优点。本文介绍了一种新型复合式开关稳压电源,该电源采用了一种新型单片AC/DC单片开关电源作为前级稳压器,为低压差线性稳压器MAX8873提供直流输入电压,然后利用低压差线性稳压器MAX8873获得高质量的稳压输出,组成高效率、输出可调的复合稳压电源。实验证明该电路具有良好的性能,有很高的实用性。

二、AC/DC开关电源

本设计采用基于Trench DMOS工艺设计的一种AC/DC开关电源管理芯片。该芯片的工作方式为PWM即脉冲宽度调制方式;电路正常工作温度范围是-35℃至130℃;工作的开关频率为100KHz;占空比调节范围是3%～65%。其特点是宽压输入,输出电压纹波小,芯片效率高。该开关电源变换器集成了耐650V高压的功率开关管、电流限流比较器、振荡器、旁路调整器/误差放大器、高压电流源、基准源和过温、过压/欠压、过流及自动重启等保护电路,采用PWM调制模式达到在不同的负载下的高效率,采用隔离结构降低了芯片的EMI。开关电源控制集成电路的原理图如图1所示:

针对变压器原边绕组的漏感产生的高压毛刺,采用二极管D1与稳压管VR1并联接入原边绕组侧,用来吸收高压毛刺。光电耦合三极管U2的偏置电压由二极管D3与电容C3构成的整流电路提供。稳压管VR2、电阻R1、光电耦合三极管U2、电容C5组成电压反馈电路,用来确保电压稳定能都稳定输出。稳压管VR2和电阻R2保证了电源空载或轻载时输出电压的稳定性。利用电容C2降低输出直流电压的交流纹波。

电路工作原理:输入交流电先经过整流桥BR1整流,之后再经电容C1滤波,最后转变为脉动的直流电压。当MOSFET开关管导通时,电容C1两端的电压加到反激变压器的原边,流过原边绕组的电流线性增加,变压器储存能量。当MOSFET开关管关断时,电感原边电流由于没有回路而突变为零,此时稳压管VR1的击穿电压高于原边的感应电势而截止。

该AC/DC开关电源控制芯片结构示意图如图2所示,该集成电路的主要组成部分有旁路调整器/误差放大器、锯齿波/振荡发生电路、PWM比较器、基准电压源、软启动电路、上电复位电路及其它保护电路等。

从图2可以看出控制芯片的最大特色是把外置管脚数控制为三个。振荡器和功率管的内置使管脚数减少,功率管的内置还提供了启动偏置电压。控制引脚C不仅给内部供电,还提供了反馈电流信号,可用于控制电路的旁路电流和控制PWM占空比。此外,来利用功率管的导通电阻作为敏感电阻,来实现各个周期内的限流保护,这些都是该电路的特色。

三、低压差线性集成稳压器MAX8873

低压差集成稳压器是近年来应用广泛的高效率线性稳压集成电路。传统的三端集成稳压器普遍采用电压控制型,为保证稳压效果,其输入输出压差一般取2V~4V来保证正常工作。低压差稳压器采用电流控制型,选用低压降的晶体管作为内部调整管,能够把输入输出压差降低到0.6V以下,提高了电源的转换效率。产品主要有MAXIM公司生产的MAX8873系列,MICREL公司生产的MIC39500系列,TI公司生产的TPS767系列,LT公司生产的LT1528系列等。本文采用应用广泛的MAX8873芯片,MAX8873的典型工作电路如图3所示。

MAX8873是MAXIM公司生产的输出120mA的低压差线性稳压器。其中IN和OUT分别为电压输入端和输出端,GND为公共端,SET和SHDN分别为调整端和控制端。其主要特点有:组成电源元件最少,压差低,静态电流低,有关闭电源控制,输出电压固定,由外接电阻组成的分压器时输出电压可调,内部有输出电流限制、过热保护及电池反接保护等。

MAX8873有两种工作模式:工作在预置的电压模式下或工作在可调的电压模式下。在预置的电压模式下,内部电位器能够设置它的输出电压,我们通过连接SET端到地选择这种模式。在可调模式下,我们通过在SET端连上两个外部电阻作为分压器来选择输出电压,电压范围可从1.25V到6.5V。

为了减小寄生电容的影响,我们在电阻R1两端串上一个10PF到25PF的电容。而在预置电压模式下,SET端和地之间的阻值不能小于100K,否则SET端的电压将超过两种工作模式的门限值60mV。

四、新型复合式开关稳压电源的设计

本复合式开关稳压电源的原理图如图4所示。

电源输入交流宽输入电压85V-265V,双路输出电压+5V/1.5A,-5V/1.5A,输出功率15W。电路包括输入整流滤波,脉宽调制,高频变压器,电流反馈,低压差线性稳压,整流滤波输出等几部分。交流输入经整流滤波后,产生一个的直流电压加在变压器初级绕组的一端和控制芯片的源极,变压器初级的另一端由控制芯片内的高压功率管驱动。变压器两组副边经整流滤波后分别产生±5.5V的输出电压,该电压经LC滤波后输入到MAX8873中,经MAX8873输出后再通过下一级LC输出滤波得到±5V的高稳定输出。

在设计PCB板时要注意,电容C2负极应直接连反馈绕组,将反馈绕组上的浪涌电流直接返回到输入滤波电容,提高抑制浪涌干扰的能力。控制端附近的电容应尽可能靠近源极和控制端的引脚。控制芯片的源极采用单点接地法,即控制端旁路电容C12的负极、反馈电路的返回端、高压返回端应分开布线,最后在源极管脚处汇合。安全电容C13应通过宽而短的印制导线分别接至反馈绕组和次级绕组的返回端。尽量使用大尺寸的低电感引线。

五、实验结果

在市电输入下,当负载从0达到额定值时,电路的负载调整率为95%,输出电压纹波在40mV左右,输出纹波主要由变压器漏感的电压和整流管电压产生,可以通过进一步优化PCB版布局等方法来改善。

六、结束语

本文采用基于Trench DMOS工艺设计的一种AC/DC开关电源管理芯片和低压差线性稳压器MAX8873设计了一种新型通用的复合式开关稳压电源。该电源具有体积小,效率高,输出电压稳定,负载调整率好等优点,实验表明该电源是一种性能良好的高精度稳压源。

参考文献:

[1]黄俊,王兆安.电力电子变流技术.北京:机械工业出版社,1999.

[2]刘胜利.现代高频开关电源实用手册.北京:电子工业出版社,2001.

[3]沙占友.新型单片开关电源设计与应用技术.北京:电子工业出版社,2004.

篇8

关键词：电源电路；低噪声；光电检测；信号调理

中图分类号：TP391 文献标识码：A

在微弱光信号的检测中，利用光电倍增管（PMT）检测微弱信号仍然是一种主要方式。为此本文设计了一种基于光电倍增管（PMT）模块H10723-20的供电电路和信号调理电路，用于浮游植物粒径检测系统中微弱荧光信号的检测。由于需要检测的荧光信号比较微弱，背景噪声将对检测结果的精度和稳定性产生很大的影响，因此所设计的电路应必须具有较小的噪声和纹波。

1 系统设计方案

PMT模块H10723-20使用±5V的直流电压作为输入，为减小电源噪声，本文选择由输出为12V的开关电源通过DC-DC电压转换器转换而来的±5V电压作为PMT模块的输入电压。为方便后续电路对由H10723-20转化而来的电信号的传输和处理，本文设计了信号调理电路来调理、放大PMT模块的输出电压。由于检测到的光信号强度不同，为更加灵活的检测到光信号并防止强光对光电倍增管模块的损坏，本文为PMT模块设计了灵敏度调节电路，应对不同光强的光信号的检测。

电路主要由以下几部分组成：开关电源、DC-DC电压转换芯片、芯片电路、PMT模块、PMT灵敏度调节电路、信号调理电路，其总体结构框图如图1所示。图1中开关电源用来提供12V的电源电压；DC-DC电压转换芯片将开关电源提供的12V电压转换为±5V的电压供H10723-20使用，芯片电路用来降低±5V电压的噪声和纹波，提高输出电压的稳定性；灵敏度调节电路用来控制PMT模块的灵敏度；信号调理电路用来调理、放大PMT模块输出的电信号。

2 电源电路设计

2.1 DC-DC电压转换芯片的选择

经过各种DC-DC电压转换芯片的比较分析，本文最终选择MURATA公司的NMA1205DC芯片作为DC-DC电压转换器。该芯片标准输入电压为12V；输出为双路输出±5V，输出电流为±100mA。

该芯片内具有短路保护和热保护电路，且输入和输出相隔离，消除了直流路径，减小了开关噪声，使芯片具有较高的可靠性。芯片通过内部滤波电路平滑、滤波得到稳定的±5V大小的输出电压，使输出电压的纹波和噪声小于20mV。

2.2 芯片电路介绍

为更进一步减小输出电压的噪声，本文采用图2所示的芯片电路对芯片输入、输出电压进行调理，有效降低输出电压纹波和噪声。

图2中DC-DC电压转换芯片NMA1205DC的输入端加入电容的主要目的是为了降低来自上一级的纹波和噪声，较大的电容会使系统工作更加稳定，但考虑到PCB面积的损耗、其他器件的正常工作情况以及对应用系统中其余电路的干扰，本文的输入电容选用阻抗小的铝聚合物电解电容。考虑到输出电压噪声、转换器频率、输出电压纹波等因素，芯片输出端采用LC滤波电路平滑输出电压，减小输出电压纹波和噪声。由于大的电感可以降低输出电流和输出电压纹波且增大芯片的带负载能力，但却会耗费过多的PCB面积，综合考虑电路噪声、电压纹波、电感的尺寸、PCB面积等因素，本文选择22μH电感，电容C25、C26选择铝聚合物电解电容，C20、C22选择陶瓷电容，

3 PMT灵敏度调节电路

本文通过高精度旋转式电位器的滑动实现对PMT灵敏度的调节，具体原理为通过滑动电位器改变电阻值进而改变PMT模块H10723-20引脚Vcont IN和Vref OUT之间的电压值，不同的电压值决定了不同的灵敏度，从而实现了PMT的灵敏度的调节。为防止电位器在调节时滑至两端，出现短路的情况，在电位器两边分别加入电阻，以保护H10723-20模块，避免因短路导致PMT损坏。电路原理如图3所示。

4 信号调理电路设计

为满足后续电路对电压信号的要求，本文利用集成运算放大器AD823AN设计了放大电路来放大PMT模块的输出电压，电路原理图如图4所示。

放大电路输入级为放大级，主要用来放大PMT模块输出的电压信号，并利用电容和电阻构成有源低通滤波器，滤除高频噪声，提高电路性能。输出级为电压跟随器，输出电压近似输入电压幅值，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，使前、后级电路之间的相互影响很小，因而对前后级电路起到缓冲、隔离作用，并且具有很好的带负载能力。

5 结果分析

将本文设计的电路用在浮游植物粒径检测系统中，用来检测由波长445nm的激光激发产生的荧光光信号，系统设定波形经过10点移动平滑。所得荧光信号的波形如图5所示，整体波形具有较小的纹波和噪声，具有较高的信噪比，波形两边有较小的浮动是由于浮游植物粒径检测系统中波长为532nm的激光激发产生的少量荧光信号造成的，与本文所设计的电路无关，且不影响粒径的正确计算，本文的设计完全可以满足浮游植物粒径检测实验的要求，具有良好的效果。

结语

本文设计的电路应用在浮游植物粒径检测系统中，为该系统中的光电检测模块提供电源，并且对光电检测模块输出的信号进行调理和放大，有效地减小了电路噪声和纹波，得到了较好的荧光信号波形，有效的保证了检测结果的精度和整个检测系统的稳定性。

参考文献

[1]王霞，王吉晖，高岳，金伟其.光电检测技术与系统（第三版）[M].北京：电子工业出版社，2015.

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[3]刘洁.高效率电压模同步降压型DC-DC转换器的研究与设计[D].西安：西安电子科技大学，2012.

[4]脱立芳.降压型PMW DC-DC开关电源技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2008.

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关键词：电动汽车；充电电源；并联均流技术

电动汽车以电代油，可有效减少车辆环境污染，缓解交通运输行业对石油资源过度消耗。电动汽车环保节能，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要手段，当今世界面临资源不足、环境污染等问题，电动汽车由于其良好的性能和比肩传统汽车的驾驶体验而成为了当下汽车行业新宠。越来越多的国家、企业投入到了电动汽车的成长行列中，我国也加大了对电动汽车行业的投入和支持，尤其是纯电动汽车。国际上纯电动汽车技术日趋成熟，纯电动汽车已成为新型、适用、环保的代名词，也是将来我国汽车产业重点发展和加大投入的重要方向。

1 技术领域及背景

“充电电源模块并联均流”方案的采用，主要是由于单台充电电源模块的输出电流、功率不能满足电动汽车大容量电池快速充电的需求，因此在际使用中采用模块并联的构造方法，用一定规格的模块式电源并联来达到充电电源大的电流输出和功率输出的目的。一般情况就是电源模块输出之间的并联，必要的时候采用每个模块相等的负载电流，或者会出现一些并联的模块的轻载运行，有的甚至会过载的情况，输出的电源不但不能为其供电，还会成为电压输出模块的负载，也就很容易导致其损坏，所以对于电动充电电源之间模块需要进行统一处理，必须采用一定的均流技术，以此在增加电源输出功率的同时提高电动汽车充电电源的可靠性等各项性能。

2 充电电源并联系统不均流的原因分析

根据输出的类型，一般可以对电源分为恒压电源和恒流电源。对恒流电源进行并联，由于系统中电流很多的反馈没有及时有效的处理，所以对于系统输出电流将会因为反馈系数对相同的数据保持差别，也就不会采用恒压电源进行，但是在对处理的时候，系统并联设计需要进行及时的分析，全面的了解系统的设计方案，保证各个输出的恒压电流的性质，也就导致输出的电压之间存在很大的差距，所以需要采取一定的均流电源技术。根据使用的开关电源的结构和恒压电源的输出的特征进行分析，对输出的均流电源进行及时的总结，具体来说，对于引起系统不均流的原因主要包括以下三种，就是对反应系统和电源输出的电流的差异性、输入到负载的衔接电阻不匹配、外部寄生参数不一致。依据体系不均流缘故原由，则可以采用主动均流技术确保各模块间电流被主动平均分配，从而确保体系统各并联模块均处于同等功率输出状况。

3 充电电源并联均流技术的分析

3.1 输出阻抗法

在日常的工作中，电源模块的输出阻抗并联输出法也被称作电压调节率法，这种方法是通过调节开关变换器的外特性即调节输出阻抗，达到并联模块均流的目的。

输出阻抗法在实际工作过程中，是最容易实现多个模块电源均流输出的方法，这种方法的本质是采用开环控制，因此在小电流时很容易造成电流分配特性差、重载时不均衡等问题。在工作过程中，为很好的满足每个模块的使用要求，还要对个别的模块进行有效的调整，还要对出现的问题及时的指出，对很多的电流影响因素进行分析，对于元器件的容差、元件老化、物理条件改变使元件性能的变化有差别等。在用输出阻抗法实现均流的电源系统运行一段时间，电流分配又会不均匀了。

3.2 主从设置法

对主从设置法主要就是指电源在并联系统中n个电源模块的使用中，通过对每个电源模块的主电源的设置，对其他在电源模块的跟踪过程中，保证输出的电流。主从设置法适用于电流型控制的并联系统中，这种均流控制的精度很高，但主要缺点是一旦主控模块失效，则整个电源系统不能正常工作，因此这个方法不适用于冗余并联系统。

3.3 自动均流法

对于自动均流法就是根据温度的相应控制，保证并联系统的分率分配方法，对各个模板的电源之间进行不同的并联处理，同时根据模块自身的温度对现实的功率进行相应的调节，一般情况都是系统的电流控制的实现，所以需要对系统中各个模块的电源的所占比例的分析，采用温度控制的方法，各模块的功率是由该模块的温度决定的，而不是电流，从而使各模块内部温度趋于相等。这样，在最低成本下达到最高的可靠性。

3.4 强迫均流法

强迫均流是通过监控单元模块实现均流控制，一般通过软件控制来实现：并联电源系统监控软件通过计算和比较各并联电源模块的输出电流与系统平均电流，然后再调整个别电源模块输出电压，使其电流与平均电流相等。这种方式易于实现、均流控制精度高，但其瞬态响应比较差、调节时间长、成本高。

4 结束语

本文介绍和电动汽车充电电源并联均流问题的提出，详细地讨论了一些充电电源并联均流技术的原理及优缺点。随着电动汽车及其充电电源技术的发展，针对不同充电系统的要求，基于各种智能化的检测、运算和控制，可以更好地采用复杂的控制策略，实现均流冗余、故障检测、热拔插维修和模块的智能管理。

参考文献

[1]高玉峰.充电电源模块并联均流系统的研究[J].电源技术，2011，02.

[2]马骏.一种充电电源并联系统自动均流技术的研究[J].电源技术，2011，08.

[3]单晓宇.一种电流自平衡充电电源并联技术[J].电器与能效管理技术，2014，21.

[4]王新宽，魏殿杰.软开关自主均流智能直流电源装置的设计[J].电工技术，2004，3.

作者简介：张家贵（1987-），男，湖北荆门人，中级工程师，研究方向：嵌入式软硬件。

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