驱动电源范文

导语：如何才能写好一篇驱动电源，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。

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2013年是大众照明灯具进入蓝海前的准备之年，由于技术创新，多年来LED照明灯具的高温和散热的死结正在解开，创新的关键技术助推LED照明灯具快速发展。HVLED s的诞生，采用高电压、小电流来点亮LED灯珠，使LED照明灯具的高温源正在步步降温：高导热塑包铝散热器技术，使LED灯具内高低电压隔离的复杂技术瞬间简单化了。因而，高效率的非隔离恒流驱动电源成为LED照明灯具的主流电源。

HVLEDs解困光源板高温

HVLEDs即高压LED模组，采用多颗LED管芯封装和多颗串联，VF电压在DC35.140V，甚至更高，IF电流在10-60mA；相对于低压LED的VF3.2V，IF150=700mA而言，就是高压LED了。对于LED光源的功率设计而言，可以有高电压、小电流和低电压、大电流二种设计方法，不同的电路设计可以达到相同的功率，但是光源板的发热程度大不一样：LED光源在一个相对小的单位面积里，通过额定电流发光时，产生的热量是巨大的。LED光源在通过额定电流时，大约有30%的电能转换成光能，70%的电能转换成热能，如不能做到快速而有效的散热，热量会很快地聚积在灯具腔体内产生高温，尤其是低电压、大电流的低压LED光源，散热就成了技术瓶颈：HVLEDs采用多芯封装和光源板多颗均布技术，每颗灯珠周边都留有一定的散热空间，加上小电流驱动，本身的发热量甚少，因此，HVLEDs是解困光源灯板高温的有效方法。采用多芯封装HVLEDs和光源板多颗均布技术如图1所示，每颗芯片上的红点是LED工作时的发热标志，从中可见这块光源灯板的均布技术使发热点分散，每颗灯珠间的空间有利于自身散热。

塑包铝散热器隔离技术简单好用

技术创新的高导热塑料包铝散热器在灯具内的使用使隔离技术简单而好用。

塑包铝散热器是一种导热塑料外壳铝芯的散热器。导热塑料与铝散热芯在注塑机上一次成型，适合大批量自动化生产，铝散热芯做埋件，需要预先进行机械加工。LED灯珠的热量通过铝散热芯快速传导给导热塑料，导热塑料利用它的多翼形成空气对流散热，利用它的表面辐射部分热量。塑包铝散热器一股利用导热塑料本来的颜色白色和黑色，黑色塑料的塑包铝散热器的辐射散热效果更好一点（图2）。正是塑包铝散热器简单而好用的解决了LED照明灯具内部的高低电压的隔离。

非隔离恒流驱动电源已成主流

基于HVLEDs光源降低了发热，塑包铝散热器简单地解决了LED灯具内的高低电压隔离。驱动电源的选择就以恒流精度、电源效率、功率因数的补偿（PFC）为主考虑，隔离的开关叵流电源因使用变压器而总体效率一股在70-88%，功率因数补偿小于0.9：非隔离的恒流电源恒流精度可达3-5%，功率因数补偿大于0.9，电源效率大于92%，因此成为LED照明灯具的首选。非隔离的恒流电源有非隔离的开关恒流电源和高压线性恒流电源二种。

1）非隔离开关恒流驱动电源

非隔离开关恒流驱动电源芯片的设计已经高度集成化了，将LED驱动电源需要的功能，如宽电压输入高精度恒流输出、过流保护、过压保护、LED短路和开路保护、CS电阻短路保护、芯片供电欠压保护等必须的功能已集成在其中，功率输出的MOS管和恒流控制都集成在一个芯片上了，应用电路十分简洁，周边零件一般可控制在15个以下，也就是为终端客户有效的控制材料成本和生产成本。

如图3所示使用非隔离的开关恒流源芯片BP2831A设计的5W LED球泡灯电源，输出DC80V、60mA，整个电路应用的元器件连主芯片共计15个，电源效率在AC220V、满载时达92%，电源可过EMc测试。图4是该电源的实物照片，PCB的直径小至φ18mm。

2）高压线性恒流驱动电源

高压线性恒流驱动电源芯片能在650V高压下工作，它的应用电路是Buck电路，它工作电路中没有变压器、电感器和电解电容器，它可以与LED灯珠、整流桥堆一起表贴在灯板的同一面上，适合于自动化大批量生产。

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关键词：大功率　LED路灯　驱动电源　设计

引　言

所谓“绿色照明”是指通过可行的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，改善提高人们的生活品质。完整的“绿色照明”内涵包括高效、节能、安全、环保等四项指标，不可或缺。作为“绿色照明”之一的半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，它具有高效、节能、安全、环保、寿命长、易维护等显著特点，被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型第四代“绿色”学源。2003年6月17日，我国正式启动“国家半导体照明工程”。随着“绿色照明”理念的提出和推广，以半导体材料制作的LED光源被逐渐的应用到了景观照明方面，与此同时大功率的LED路灯引起了人们的广泛关注。大功率LED路灯的工作原理是，通过直流低压对大功率LED组进行点亮，从而满足人们的照明需求。大功率LED路灯不仅具有亮度高和显色性好的优势，并且因为LED路灯的需要输入的电能是低压直流，所以对电能的要求少。随着太阳能光伏发电技术的不断成熟，由于大功率LED路灯对电能的要求少，使得太阳能LED路灯作为未来道路的照明方式成为可能。在目前的LED应用过程中，由于大功率LED所需要的必须是低压直流电源，所以普通的家用交流电无法满足大功率LED的要求，即使经过了普通降压和稳压的电源也必须通过重新改良过后才能用于为大功率LED驱动电能。本文通过对大功率LED的工作特性深入探析理解，并对目前常用的一些驱动电源进行简要分析，对高效的发挥出大功率LED的优势驱动电源必须具备的哪些条件提出了多个设计要素。

一、LED驱动电路研究的意义和价值

LED路灯是低得罟、大电流的驱动器件其发光的强度由流过LED的电流决定电流过强会引起LED的衰减电流过弱会（dian4　liu2　guo4　ruo4　hui4）影响LED的发光强度因此LED的驱动需要提供恒流电源以保证大功率LED使用的安全性同时达到理想的发光强度。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC（功率因素校正）和恒流问题还需有比较高的转换效率有较小的体积能长时间工作易散热低成本抗电磁干扰和过温、过流、短路、开路保护等。本文设计的PFC开关电源性能良好、可靠、经济实惠且效率高在LED路灯使用过程中取得满意的效果。

LED由于节能环保、寿命长、光电效率高、启动时间按短等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展迅速。由于LED独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。因此为防止LED的损坏，这些都要求所设计系统能够精准控制LED输出电流。目前采用的稳压驱动电路，存在稳流能力较差的缺点，从而导致LED寿命大为缩短。

当前，直流输入LED驱动电源已经发展了较长的一段时间，电路已比较成熟，而用于市电输入照明的LED驱动电路，很多采用交流输入电容降压及工频变压器降压，电源体积过大，输出的电流稳定性差，性能很低。目前针对市电输入的降压驱动电路是当前LED驱动市场的难点和热点。LED照明时一种绿色照明，其驱动电源的输出功率较小，在此情况下实现电源的高效率是另一大难点。同时，由于LED的使用寿命理论上长达10　万小时，这要求驱动电源很高的可靠性。

二、设计方案

HV9910　应用恒定频率峰值电流控制的脉宽调制（PWM）　方法，采用了一个小电感和一个外部开关来最小化LED驱动器的损耗。不同于传统的PWM控制方法，该驱动器使用了一个简单的开/　关控制来调整LED的电流，因而简化了控制电路的设计。

2.1　电路的特点

1）无需电解电容及变压器，这样增加了电源的使用寿命。如果LED驱动器理有电解电容，那寿命主要取决于电解电容，电解电容的使用寿命有一个大家公认的近似计算法则：即温度每下降10　度使用寿命增加一倍。比如说标称105　度2000　小时的电解电容，在65　度下使用寿命大约是32000　小时。

2）高效率。这款灵活简单的LED驱动器IC效率超过93%，可减少相关元件的数量，从而降低了系统成本。HV9910　可将调整过的85V至265Vac　或8V至450Vdc　电压源转换为一个恒流源，从而为串连或并联的高亮LED提供电源。

3）电路简单，仅需一个芯片HV9910　的实现就能实现所有的功能，没有用到变压器，提高了功率的效率，减少了空间，增加了系统的可靠性。

2.2　电磁兼容，高PFC、过EMI

采用高PFC　功能电路设计的室外LED　路灯电源，内置完善的EMC电路和高效防雷电路，符合安规和电磁兼容的要求。再用电压环反馈，限压恒流，效率高，恒流准，范围宽，实现了宽输入，稳压恒流输出，避免了LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED得亮度稳定。整机元件少，电路简单。

2.3　电源的PCB设计

本文在PCB　布局过程中，将易受干扰的元器件、输入与输出元件、具有较高的电位差的元器件或导线间距离尽可能加大，提高电路的抗干扰能力。

本文遵守以下原则进行PCB布线：

1）尽量避免相邻的线平行排列，平行走线的最大长度小于3cm，避免线间电容使电路发生反馈耦合和电磁振荡；

2）为避免高频回路对整个电路的影响，尽可能减小其面积，并使用较细的导线；

3）合理设计PCB导线的宽度，电源进线线宽1.5mm，开关电源输入线的相线与中线间距3.5mm，电源地与输出地间距、变压器的初级与次级间距均大于8mm；

三、可靠性设计

要在照明领域中大量使用大功率白光LED，只有保证大功率白光LED驱动电源安全可靠地工作，才能保证大功率白光LED的长寿命和发光亮度稳定。

3.1过压过流保护

在实际使用中，会出现负载短路或者空载的情况，会造成整个驱动电源的破坏，所以在驱动电源设计的时候，需要增加过压与过流保护。

3.2隔离保护

LED是低电压的产品，当驱动电源的开关损坏时，也不能有危及负载的高电压出现。所以要求电路的负载电路做到隔离保护。

3.3浪涌保护

在实际应用中，电网很不稳定，尤其是雷雨季节，会有浪涌电压存在，所以在驱动电源设计时，要考虑到整个产品的防雷，尽量避免在异常时造成永久性的破坏。

3.4散热设计在大功率LED应用中，LED能承受的电流与温度有一定的关系，所以在驱动电源设计时，需要考虑大功率白光LED的散热问题和驱动电源本身的散热问题。

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    DougBailey指出由于双极型功率器件比MOSFET便宜,一般是2美分左右一个,所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件,这样会严重影响电路的可靠性,因为随着LED驱动电源电路板温度的提升,双极型器件的有效工作范围会迅速缩小,这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性,正确的做法是要选用MOSFET器件,MOSFET器件的使用寿命要远远长于双极型器件。

    二、尽量使用MOSFET器件

    如果设计的LED灯具功率不高,那么建议可以使用集成了MOSFET的LED驱动器产品,因为这样做的好处是集成MOSFET的导通电阻少,产生的热量要比分立的少,另外,就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起,一般都有过热关断功能,在MOSFET过热时会自动关断电路达到保护LED灯具的目的,这对LED灯具非常重要,因为LED灯具一般很小巧且难以进行空气散热。

    三、尽量使用单级架构电路

    Doug表示有些LED电路采用了两级架构,即“PFC(功率因数校正)+隔离DC/DC变换器”的架构,这样的设计会降低电路的效率。例如,如果PFC的效率是95%,而DC/DC部分的效率是88%,则整个电路的效率会降低到83.6%!“PI的LinkSwitch-PH器件同时将PFC/CC控制器、一个725VMOSFET和MOSFET驱动器集成到单个封装中,将驱动电路的效率提升到87%!”Doug指出,“这样的器件可大大简化电路板布局设计,最多能省去传统隔离反激式设计中所用的25个元件!省去的元件包括高压大容量电解电容和光耦器。”Doug表示LED两级架构适用于必须使用第二个恒流驱动电路才能使PFC驱动LED恒流的旧式驱动器。这些设计已经过时,不再具有成本效益,因此在大多数情况下都最好采用单级设计。

    四、MOSFET的耐压不要低于700V

    耐压600V的MOSFET比较便宜,很多认为LED灯具的输入电压一般是220V,所以耐压600V足够了,但是很多时候电路电压会到340V,在有浪涌的时候,600V的MOSFET很容易被击穿,从而影响了LED灯具的寿命,实际上选用600VMOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价,所以,“不要选用600V耐压的MOSFET,最好选用耐压超过700V的MOSFET。”他强调。

    五、尽量不要使用电解电容

    LED路灯电源电路中到底要不要使用电解电容?目前有支持者也有反对者,支持者认为如果可以将电路板温度控制好,依次达成延长电解电容寿命的目的,例如选用105度寿命为8000小时的高温电解电容,根据通行的电解电容寿命估算公式“温度每降低10度,寿命增加一倍”,那么它在95度环境下工作寿命为16000小时,在85度环境下工作寿命为32000小时,在75度环境下工作寿命为64000小时,假如实际工作温度更低,那么寿命会更长!由此看来,只要选用高品质的电解电容对驱动电源的寿命是没有什么影响的!

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关键词 LED；电源驱动；节能高效

中图分类号TM91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0011-01

1 LED路灯的电源驱动原理

近些年随着大功率的LED发光技术的升级，大功率的白光LED进入了照明市场，越来越多的被应用于通用照明领域。因为LED本身具有高光效、寿命长、抗浪涌能力差等特点，以此LED路灯的电源控制和驱动系统就成为了保证其功能和高效的重要基础。

为了设计出更加安全可靠的电源驱动器，必须对其工作原理进行了解。本文对LED路灯电源驱动器的基本工作原理进行简要的介绍：主要的系统设计是处采用隔离变压器、PEC控制电源开关，并保证输出为恒定的电压，完成对LED路灯的驱动。因为实际中LED的抗浪涌的能力较差，尤其是对反向电压更为敏感。所以在电源控制中应当注意对这方面的保护效果的提高。同时，LED路灯主要的工作状况是户外，因此要增加对防浪涌的措施。因为对其供电的电网容易受到雷电的干扰，从而产生感应电流而涌入电网，从而导致对LED的破坏。所以电源的驱动也应当具备抑制浪涌的功能，达到保护LED的效果。此时采用的EMI滤波电路就起到了这种防止电网谐波串入的模块，以此保护路灯的电路正常工作。

2 LED路灯的电源驱动器的设计

2.1 驱动器设计简述

针对LED路灯系统的电源控制器的设计需要考虑到其特地和基本要求才能达到目的。具体的情况如下：此系统中的每个路灯的功率在 100W以内；为了提高路灯的实用性，路灯的LED被分为若干小组，每组LED则是串联驱动，组与组之间为隔离驱动，保证单组损坏而不影响整个LED的工作；为了提高路灯的安全性，输入和输出系统需要有电气隔离；电源的公因数必须维持在较高的水平。

在设计中为了满足以上的基本需求，通常采用的是AC/DC恒压电源和多路控制的DC/DC恒定流动驱动级联的方式完成对多路的LED驱动。AC/DC部分采用的是反激形式拓扑，输出的功率可以满足LED的功率；DC/DC的部分采用国半德尔LED恒定电流芯片。其中在AC/DC部分所采用的反激式的电源所产生的损耗将影响电源的效率，其损耗主要有：一次场效应晶体管的损耗，主要是导通和开关损耗；二次侧的整流二极管造成的功率损耗；高频变压的固有的铁损、铜损、漏感损耗等，为了提高整个电源的高效率就应当对上面三种情况进行控制。

2.2控制形式和零电压设计

在提高效率的设计中，如采用ST所生产的L6562作为控制芯片，此芯片是一种较为经济的功率因数校正控制元器件。反激方式电源工作是在不连续导电的模式下进行工作的，通过前端的滤波其进行自动调整实现高功率。为了减小场效应晶体管损耗，利用与芯片相适应的器件，这样可以有效的降低在导通时出现的损耗，同时还可以利用准谐振的技术实现场效应晶体管的零电压导通，完成对开关损耗的控制。

2.3 同步整流设计

通常的反激式开关在利用中二次侧的整流二级管也会形成较大的损耗，为了实现高效率可以利用具有低导通降压的二极管来缓解高损耗的问题，但是实践中看，此种改进的效果并不明显，同时一些设计中输出的电压较高，而肖特基二极管的反向耐压性能并不理想，所以其不能满足高效率需求。

实践证明较好的方法是采用同步整流技术对功率进行调整，利用导通电阻较低的场效应晶体管代替整流二极管。同步整流方式可以分为外驱动和内驱动两种，工作原理也可分为电压型和电流型、谐振型驱动等。这些同步驱动的方式各自有其优势和不足。其中一种较为实用的是电流同步的控制驱动方案，但是因为驱动中选择了场效应晶体管门极驱动电压钳位在输出电压上，而门极穿电压通常较低，因此要采用此种方法就要降低输出电压。

所以可以采用混合型的同步整流方法，其工作的原理为在两个变压器上的两个绕组为T3、T4，其中T3设计为二次绕组主要负责能量的传递，T4则为辅助绕组。在T4上的电压随着T3电压的升高而升高，用于开启同步整流用场效应管。此时的电流互感器中的两个绕组也起到不同的作用，初级绕组是串联在主电路中，是检验流经的场效应管的电流 ，当该绕组中的电流下降到0的时候，另一个绕组则将场效应管断开。所以此种方案可以利用电压信号来控制场效应晶体管的导通，电流信号泽尔负责其关闭，不仅仅提高了效率还可以稳定的工作，控制了无开通的情况。

2.4 变压器的高效率设计

高频率变压器是隔离形式的电源中不可或缺的器件，在提升效率的方面也有着重要的作用。变压的损耗主要来自铜损、铁损、漏感损耗，此三者的损耗可以通过必要的手段进性损耗的控制，但是控制的措施不能完全达到综合高效的目标效果。因此，新型的变压器技术将高频率供电系统进行了升级。此种变压器的技术日趋成熟，主要特点是高度低，利用底部面积大的平面磁芯。此种变压器采用的绕着是螺旋印制线构成。和以往的变压器相比此种平面型的变压效果更高，工作效率也得到了提升，且体积小、漏感小、导热性好、一致性强等。虽然其距离应用还有一段时间，但是可以成为高端应用领域的替代产品。

3结论

LED路灯系统的高效率电源驱动器的设计，其首要的目的就是保证路灯的高频率工况，同时防止供电系统中的干扰侵入到路灯系统中而造成损坏。其次，利用多种复合电路和晶体管来提高供电过程中的各种线路损耗，提高供电的效率，以此达到安全、高效的目的。

参考文献

[1]魏大为.大功率LED路灯驱动电源的设计[J].电工技术，2009(5).

[2]张国隽.城市路灯照明节能方案的设计[J].广东科技，2007(S2).

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关键词：半导体激光器；驱动电路；慢启动

中图分类号：TM1 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0045-010引言

随着半导体在通信、测控、医疗、集成光学等技术领域的广泛应用，它越来越受到人们的关注，为其设计一款精度较高、性能可靠、经济、耐用的驱动电源成了我们当前最为紧要的问题，由于半导体激光器“娇贵”的特点，所使用的电源必须要在性能与质量上严格把关。

1半导体激光器转移特性

在一定温度下，当驱动电流低于阈值电流时，激光器输出光功率P近似为零，半导体激光器只能发荧光。驱动电流高于阈值时输出激光，并且光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加并呈线性关系。在实际应用中必须对激光二极管提出两个要求，一是较低的门限电流，二是稳定的P-I曲线。从原理上来讲，在工作物质一定的情况下，半导体激光器输出的激光频率应当由谐振腔长度和激励源的强度有关，换句话说，半导体激光器的输出频率取决于：PN结的温度和注入电流的大小。另外，由于半导体PN结相当脆弱，稍有电流冲击就会造成损害。所以在具体使用半导体激光器时，我们对其供电电路和调制电路的要求相当严格。

我们用异质结来代替同质结就可以将门限电流降低两个数量级，而对于稳定性问题目前只有通过外加恒温和光反馈等来加以改善。对一般的半导体激光器来说，激光二极管是正向结法，光电二极管是反向结法。受光后转换的光电流在电阻上以电压形式反映出射光功率的大小，添加控制电路就可以达到控制发光功率的目的。

2电路设计

试验中所用激光二极管型号为HT670T5，该管波长为650nm，额定功率为30mW。

2.1 电流源电路线性电源具有精度高、稳定度高但是效率较低的特点，但考虑到半导体激光器对电源精度的苛刻要求，而且我们设计的电源是一种小功率电源，效率低的缺点就显得不是特别重要，所以我们设计方案选择线性电源。

为了实现精度和稳定度的要求，实现抑制纹波和降低噪声的要求。设计了两级调整模块，前一级使用稳压芯片，通过扩流，输送到后一级调整模块。

市电通过电网滤波器进入变压器，降至21V（峰值），经过整流滤波（具体电路省略）后通过由稳压集成块与扩流电路组成的一级调整电路；之后，通过后级的串联—取样—反馈—调整，最后输出。

在具体恒流源电路设计中，负载不是加在它的输出端，而是加在调压器LM317T的输入端。对于实际负载来说，调压器LM317T的输入起恒流源作用。因为调压器输出端接的是虚假负载R1，所以不论实际负载两端电压的真实值是多少，它都消耗一个恒定不变的电流。调压器和虚假负载R1上的电压使电路总允许电压下降。负载电流由R1设定，其值等于1.25A/Ω×R1。

2.2 纹波调零电路为了减小稳流电源的纹波电压，需要为电路增设纹波调零电路，在正常工作中，调节纹波调零电位器可使输出纹波电压非常小。纹波成分通过电容耦合至运放的反相输入端，在具体的纹波调零电路中，它经放大后加至调整管的基极。因此，可达到上述的效果。

2.3 保护电路实际应用中，激光器很容易受到同电路其它电器干扰产生的浪涌电流的伤害，为保护激光器不受到浪涌电流的冲击，我们可以在电路中加入慢启动电路。此外，为更好的保护激光器，我们可选用2SA1015和2SC1815等类型的吸流管，在电压源的制作过程中基本可保护激光器的安全运行。加上电压源中电网滤波器的作用，将电路制作成简单的限流型保护电路。

3实验结果

本文所设计的驱动电源，通过慢启动、纹波调零等电路，在实验室中的应用效果良好，较好的解决了半导体二极管在使用中输出功率不稳定的问题，测量结果如下：

考虑示波器的带宽限制，修正为：

电流源：

电流纹波及噪声：?燮0.1uA

电压源：

纹波：?燮0.01mV

电流纹波及噪声：?燮0.5uA

调整范围：0－500mA

参考文献：

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关键词： 动态光调节； 数字式LED驱动电源； 嵌入式设计； C8051F021

中图分类号： TN86?34； TP303.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）10?0103?04

Abstract： The adjustment of LED controlled by dynamic light can′t achieve the expected effect due to the imperfect design of digital LED driving power supply adjusted by dynamic light， but the embedded system can improve the performances of LED driving power supply effectively. An embedded system based digital LED driving power supply controlled by dynamic light was designed. The A/D acquisition module performs the acquisition， rectification， filtering and A/D conversion of data of digital LED adjusted by dynamic light to get the A/D sampling data， and transfer it to the driving circuit. The embedded design is adopted in the driving circuit to optimize the A/D sampling data， so as to control the LED lighting reasonably and regulate the digital LED with dynamic light effectively. The C8051F021 chip is the "manager" of the embedded system based digital LED driving power supply under dynamic light control. Its management flow chart is given in the third part of this paper. The data acquisition language of A/D acquisition module was design also in the third part. The experimental results show that the designed digital LED driving power supply has strong driving performance and high power conversion efficiency.

Keywords： dynamic light control； digital LED driving power supply； embedded design； C8051F021

0 引 言

现如今，数字式LED以其低耗、显示清晰、寿命长等优点，在家用电器的显示配件方面占据了主导地位。动态光调节是一种能够有效缩减数字式LED显示屏漏光现象、增强显示效果的方法，但由于动态光调节下的数字式LED驱动电源的设计不完善，使动态光对LED的调节无法达到预期效果，这已成为科研组织的研究难题[1?4]。嵌入式是一种以应用为核心、以电子信息技术为根基的计算机系统，其能够调控软硬件的灵活性，进而提升LED驱动电源的各项性能[5?6]。为此，利用嵌入式系统，设计动态光调节下的数字式LED驱动电源，增强数字式LED驱动电源的驱动性能和转换效率，实现动态光对数字式LED的调节效果。

科研组织对动态光调节下数字式LED驱动电源的设计成果均存在一些不足之处。如文献[7]提出的能耗密度分配模型方法。这种方法能够将动态光调节下数字式LED驱动电源的多余能耗合理分配出去，达到增强电源转换效率的目的；但这种方法过于受限于电源传送功率配对，故其驱动性能较低。文献[8]提出基于阻抗模型构建动态光调节下数字式LED驱动电源的方法，阻抗模型能够较为合理实现电源驱动的高性能；但这种方法的耗能较大，电源转换效率不高。

从以上动态光调节下数字式LED驱动电源的设计成果中可看出，我国科研组织对基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计迫在眉睫。

1 数字式LED驱动电源嵌入式设计

1.1 LED驱动电源整体设计

基于嵌入式系统的犹光调节下数字式LED驱动电源的工作原理如图1所示。

由图1可知，在基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计中，A/D采集模块对数字式LED数据进行整流、滤波、A/D采样，其对数字式LED驱动电源有着过渡作用，是数字式LED驱动电源的基础组成部分。驱动电路是实现数字式LED驱动电源对动态光调节控制的基础，高性能的驱动电路能够给予数字式LED驱动电源较高的驱动性能。控制芯片是数字式LED驱动电源的控制核心，其管理着整个数字式LED驱动电源的工作流程。

1.2 A/D采集模块设计

在A/D采集模块中，整流是将采集到的动态光调节下的数字式LED的交流电近似转化为直流电的过程；滤波是将近似直流电中的交流波形去除，最终输出标准直流电的过程。图2是滤波器电路图。

滤波是排除电力干扰的一项重要手段，其能够避免电源损伤、使电路元件维持在正常状态下工作。由图2可知，A/D采集模块选用低通滤波器为动态光调节下的数字式LED进行滤波，其能够进行50 Hz电力信号的滤波，对高频干扰的衰减效果较强。所设计的低通滤波器拥有2个输入、输出端口，并配备1个电源接地端。C，C1代表差模滤波电容，C2，C3代表共模滤波电容，L1，L2代表电感，T代表共模电感。如果出现干扰信号，电感则会高速增长，阻止干扰信号通过，进而实现对动态光调节下数字式LED的滤波。整流滤波之后，A/D采集模块将对其获取到的数据进行A/D采样，图3是A/D采样电路图。

由图3可知，A/D采集模块主要由对比器、寄存器和A/D转换器组成，其最重要的组成元件是A/D转换器。A/D采集模块将其最初采集到的动态光调节下的数字式LED数据，利用对比器提高数据分辨率，并暂存在寄存器中。用户可对寄存器处理流程进行编程，A/D转换器会对寄存器中的数据进行依次调用，进行模/数转换。

模/数转换的方式采用高速形式，以增强基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能和电源转换效率。A/D转换器的输出结果会经由对比器与最初采集数据进行比较，如果对比器的对比结果是负数，A/D采集模块将把寄存器状态调至高效位；反之，则调至低效位。

寄存器的效位状态会对A/D采集模块的效率产生影响，通过不断调整寄存器效位状态，能够提高数字式LED驱动电源的工作效率。最后，A/D采集模块利用控制与定时逻辑原理，将其获取到的A/D采样数据输出到驱动电路。

1.3 驱动电路嵌入式设计

受限于我国的科技能力，数字式LED的单颗发光物质功率过低，在实际应用中，只有将多颗发光物质连接起来使用才能够实现LED的肉眼可视发光，连接方式主要采用串联和并联的混合连接。为此，必须通过特定的驱动电路才能够令动态光调节下的数字式LED完成正常显示功能，所设计驱动电路采用嵌入式。

反激式转换器是一种拥有简单拓扑结构的电源开关，其能够为驱动电路提供较高水平的电压升降和多路输出。为此，基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的设计中，将反激式转换器纳入到驱动电路，并利用隔离式转换器维持数字式LED的正常发光。图4为驱动电路电路图。

由图4可知，所设计的驱动电路有着成本低、效率高的特点，能够实现对LED发光的合理控制。驱动电路能够容纳的输入电压范围是[170 V，280 V]，LED发光物质的连接方式是15颗串联、5颗并联，电流、电压和功率的极大输出值分别为350 mA，DC 60 V和20 W。A/D采集模块会将其获取到A/D采样数据输入到驱动电路，驱动电路的输出接收元件是单片机。基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源为驱动电路的连接设计成嵌入式连接，驱动电路对数字式LED发光的控制并非只有简单的开启和关闭，而是能够合理调节数字式LED的发光亮度，以提高其使用寿命、增强动态光对数字化LED的调节效果。

1.4 控制芯片O计

控制芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的“管理者”，故在控制芯片的选择上应绝对符合数字式LED驱动电源的设计初衷，这就要求所选择的控制芯片应具有高集成度和处理效率。因此，选择某公司出产的C8051F021芯片作为数字式LED驱动电源的控制芯片，此芯片的性能较高且能够独立进行高效的控制工作。

C8051F021芯片是一种拥有CIP?51 内核的芯片，是对8051系列芯片的优化成果。CIP?51 内核拥有高兼容性和流水线结构，能够通过803x/805x编码器对其进行开发。CIP?51 内核配备了5个16位定时器、2个通用异步收发传输器、1个256 B随机存取存储器以及1个特殊功能的寄存器，可实现对控制指令的完美操作。

C8051F021芯片的内部组成并不简单，这为其自身功能的完善提供了较为有利的元件支持。C8051F021芯片内置看门狗计时器、电源监听监控设备、视频存储设备以及时钟振荡器，其中的视频存储设备可对基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源进行再编码和更新。但由于经再编码后的数据容易丢失，故在使用此功能前必须对数字式LED驱动电源的数据类型进行检测。

2 数字式LED驱动电源嵌入式软件设计

2.1 C8051F021芯片管理流程设计

基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的软件部分为C8051F021芯片的管理流程进行了设计，如图5所示。

图5中，C8051F021芯片所需进行的初始化包括看门狗计时器参数重置、接口输出配置以及编程单元参数设定，软件也会同时对A/D转换器进行初始化。如果控制信号不存在，用户则可手动切换控制模式，否则将默认为自动调光模式；如果控制信号存在，初始化后的C8051F021芯片将会自动接收控制信号，并进行LED发光控制模式的设定。在C8051F021芯片进行管理工作的过程中，用户如果需要切换控制模式，应在设定控制模式后选择切换模式，否则只能选择在基于嵌入式系统的动态光调节下和数字式LED驱动电源未工作的情况下进行切换。这样设计有助于维持数字式LED驱动电源的工作连贯性，提高驱动性能。

2.2 数据采集语言设计

3 实验验证

3.1 驱动性能验证

对本文设计的基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能的验证，可通过验证其驱动效率和数字式LED输出特性实现。驱动效率是影响数字式LED光效的最主要原因，通过数字式LED输出特性数据则能够看出数字式LED电源驱动设计的成功与否。

实验对6种不同规格的数字式LED进行驱动，先利用万用表对本文数字式LED驱动电源驱动中整流滤波后的电压进行了测量，随后将C8051F021芯片的输出信号频率调至30 kHz，并利用特定电源为C8051F021芯片供电。实验室的温度恒定在20 ℃，湿度控制较为严格，此时的驱动效率曲线如图6所示，数字式LED输出特性如表1所示。

由图6、表1可知，本文所设计的数字式LED驱动电源的驱动效率维持在89%左右，而市面上的数字式LED驱动电源的驱动效率一般为80%；在数字式LED输出特性统计表中，实际输出的电流和电壕在正常范围内波动，且电流变化对电压输出的影响不大。当电流小于300 mA时，数字式LED驱动电源会停止对数字式LED进行驱动。以上结果能够证明，基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的驱动性能较强。

3.2 电源转换效率验证

对本文设计的基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的电源转换效率进行验证，其结果如图7所示。

由图7可知，本文所设计的数字式LED驱动电源的电源转换效率范围在[80%，88%]之间，且波动较为稳定，未产生尖峰脉冲现象，可见其对数字式LED功率的矫正水平较高，能够实现动态光对数字式LED的有效调节，验证了基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的电源转换效率较高。

4 结 论

本文设计基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源。其中的A/D采集模块对动态光调节下的数字式LED数据进行采集、整流、滤波和A/D转换，得到A/D采样数据并传输到驱动电路。驱动电路采用嵌入式设计对A/D采样数据进行优化，进而实现对LED发光的合理控制和动态光对数字式LED的有效调节。C8051F021芯片是基于嵌入式系统的动态光调节下数字式LED驱动电源的“管理者”，其管理流程图于软件中给出。软件还对A/D采集模块的数据采集语言进行了设计。实验结果表明，所设计的数字式LED驱动电源驱动性能强、电源转换效率高。

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[6] 徐超，张淼.基于LLC谐振的大功率LED驱动电源的研究[J].电力电子技术，2014，48（5）：42?44.

篇7

关键词：电梯；振动；噪音；解决对策

中图分类号：TU857 文献标识码：A

随着电梯技术的革新和城市规模集中化，现代电梯的运行速度及提升高度都在快速提升。上海某高层建筑的电梯速度达到18m/s，总高度超过500m。高层高速的电梯隐藏着安全风险隐患和振动、噪音等负面问题，振动和噪音恰是被人体直接感受到的运行舒适性指标。曳引驱动电梯由于提升高度大、速度高和简单、可靠等优点而被广泛应用于各种建筑，目前我国大部分电梯为曳引式驱动方式，本文仅讨论此类电梯。

国家标准GB/T10058-2009《电梯技术条件》中第3.3.5 项要求：“乘客电梯轿厢运行在恒加速度区域内的垂直（Z轴）振动的最大峰峰值不应大于0.30m/s2，A95峰峰值不应大于0.20m/s2。乘客电梯轿厢运行期间水平（X轴和Y轴）振动的最大峰峰值不应大于0.20 m/s2，A95峰峰值不应大于0.15m/s2”。

《电梯技术条件》中第3.3.6项要求见表1。

研究表明，人体垂直方向上在4Hz-8Hz存在一个可引起胸腔共振的最大共振区，对胸腔内器官危害最大；在10Hz 附近另有一个可引起腹腔共振的小共振峰区，对腹部内器官危害大。而人体对水平振动的敏感度比垂直振动高，1Hz-2Hz的水平振动影响尤为明显。电梯由于机械联接、电气控制、乘客重心分布等因素相互作用，产生振动、加速度、噪音问题。人体对于加速度、振动和噪音的感受极其敏感，电梯的舒适性主要以加减速度、加速度变化率、振动频率及噪音等为参考指标。电梯起动/制停过程加速度（或变化率）大或振动加速度大、振动频率在人体的共振区内，人体会有头晕、恶心、心慌甚至休克。因此，有必要通过分析电梯振动和噪音产生原因，采用科学手段，抑制电梯运行振动和降低运行噪音，提高电梯乘坐舒适感，也为安装、维保、检验工作提供参考。

1 振动和噪音的来源分析及相应解决对策

电梯是机械和电气组合的机电产品。从设计、安装到调试、日常保养过程入手，电梯的振动和噪音是可采取措施给予消除或降低的。

1.1 导轨的安装质量

导轨的安装质量包括强度与刚度，工作表面粗糙度和垂直度、平行度以及轨距偏差、接头台阶高度差等，其中导轨的强度、刚度、垂直度、平行度等与安装状况关系尤为密切。井道土建圈梁的质量、垂直偏差、设置间距，或钢构井道的联接固定质量、精度都直接影响导轨的刚度（尤其高速重载、偏载等不利情形）。安装过程的缺陷，如导轨对中误差、垂直度误差、导轨接头台阶高度差、轨距偏差过大、导轨支架松动等，均会引起电梯轿厢垂直、水平振动，且运行速度越快，影响越明显。

严格施工，定好基准样线，避免导轨轨距、垂直度与平行度等背离设计要求值，安装后，验证确认，如用校轨尺校正轨距、用激光校准仪器校正导轨垂直度和平行度等。对土建部分，重点做好土建验收确认（支撑间距和施工质量等），高强度螺栓要用扭矩扳手预紧和其他螺栓要有防松措施。

1.2 曳引机的安装质量

曳引机自身的缺陷或者安装质量等产生的振动和噪音，会通过曳引钢丝绳或者扁平钢带传递给轿厢。电动机-减速箱-曳引机的机座或者永磁同步曳引机的机座安装了性能优良的减振垫/缓冲垫等从设计上降低了运转振动与噪音。

驱动主机机座与承重工字钢的固定以及该工字钢与土建承重墩的固定是否牢靠，工字钢承重梁的水平度与刚度等等因素都有可能增加或者放大曳引机运转时的振动与噪音。当机座与承重工字钢组合体或者轿厢的某几阶固有频率与驱动主机的转动频率接近时，会产生共振。安装后的检测评估，通过载荷试验检验曳引性能和测量振动、加减速、噪音等数据，根据检测结果调整参数，避开共振区。

1.3 曳引钢丝绳或者扁平钢带组合的安装质量

曳引钢丝绳组合或者曳引扁平钢带组合等称为柔性悬挂连接装置，在理想状态下，每根钢丝绳或者扁平钢带应均匀受力，张紧力一致或者相差很小，绳头组合的减振弹簧刚度一致，否则，由于悬挂装置的受力不均，将会产生剧烈的晃振现象，导致轿厢振动和噪音加剧。

安装调试时，调整悬挂绳张紧度一致；例行保养应注意检查调整悬挂绳的张紧度。

1.4 电梯起动/制停运行过程的加减速冲击负荷

电梯的工作特点是频繁的起动和制停，在这些过程中，柔性悬挂装置除了承受轿厢、对重、轿厢内载荷等静载荷外，还承受加减速产生的惯性载荷。由于柔性悬挂装置的自身弹性作用，电梯系统中会出现按一定频率变化的振动载荷，惯性载荷与振动载荷组合而成的动载荷，会使柔性悬挂装置出现抖动现象，进而导致轿厢出现抖动现象。

电梯安装后自动按程序选择最佳运行曲线运行，由于安装现场情况不同，电梯公司应选派调试员到场根据实际的运行状况进行细调，避免运行过程的加减速冲击负荷超过设计要求。

1.5 井道内的气流和建筑物自振对电梯系统的激励作用

运行速度越高的电梯井道中会产生不可忽视的“活塞效应”，产生的振动噪音随着运行速度的提高而成正比增加。高层高速电梯一般采用共用井道，借助于共通井道，增大井道内空气的快速疏散通道，减轻轿厢高速运行时井道内空气一端被急剧压缩，另一端被迅速抽空而出现轿厢运行受阻和瑞流激振，导致轿厢和柔性悬挂装置剧烈振动。有的还在机房地面和底坑侧面设置减压孔，以利于进一步消除井道高速气流对电梯的激振激励。

1.6 轿厢壁板、护脚板、防护板等薄板固定质量

轿厢与层门以及护脚板和井道内表面防护板的薄板结构是振动与噪音产生的激发源。如果薄板固定不牢靠导致刚度不足，轿厢高速运行时产生的高速气流激振薄板会产生很大的运行振动与噪音，进而来回反射传递到轿厢内。

1.7 补偿绳/补偿链的安装质量

大提升高度的电梯，当轿厢处于最低和最高层站时，由于轿厢与对重侧曳引绳的重量差大导致两侧重量不平衡，破坏曳引性能，增加运行不平稳，加剧振动和噪音。注意补偿绳/链的安装位置，确保与轿底随行电缆及配重块在安装后保持平衡，做好防松防扭，避免运行扭振。

1.8 测速回馈信号的因素

在电梯测速闭环回路中，测速信号不正确或者不稳定，会造成控制输出信号的不正常甚至是紊乱，系统振荡，乃至于出现机械系统的共振。

避免以下这些情形：旋转编码器不可靠、偏移、不对中等；旋转编码器变形、卡阻等；旋转编码器输出信号的屏蔽线未接而遭受干扰等，引起馈送信号失常。

1.9 供电系统的电压问题

电压过高或者过低（波动应在±7%额定值内）、三相电压不平衡等会造成电动机产生谐波力矩产生脉动振动并通过柔性悬挂装置传递给轿厢，加剧振动与噪音。

使用符合相应电流额定值的电缆供电，电源从供电箱直接引接，主电源开关后不接其他用电设备。

2 工程实例应用

某住宅电梯：额定载荷1000kg，额定速度1.75m/s，18层18站18门，为蜗轮蜗杆减速箱的曳引式客梯。

问题描述：电梯在上下运行时，1-14层之间的电梯井道周围的套房各房间没有明显可辨的主机运行噪音，但到了15层往上的各个楼层，电梯运行时，与电梯井道壁相邻的房间里有明显的“嗡嗡嗡”噪音，越往高的楼层，与井道壁相邻的套房房间墙壁周围的噪音测量值越大。经现场测量，电梯运行时机房内和轿厢内的噪音值分别为74dB（A）和52 dB（A）。测量轿厢内X轴和Y轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.18m/s2和0.13 m/s2，而Z轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.25m/s2和0.16m/s2。

经检查，发现驱动主机机座下的两根承重梁（工字钢）横向水平度误差约2.5mm，纵向水平度误差小于0.5/1000。曳引轮的垂直度误差，空载时，曳引轮向外侧偏斜0.5mm，满载时，该偏斜量达3mm。主机机座的减振橡胶垫存在老化龟裂现象。

检查发现，工字钢承重梁下方的槽钢在二次回填混凝土时并未完全填实，致使工字钢下方的槽钢内存在一个空腔，当驱动主机及其机座和承重工字钢的振动频率与土建承重墩的固有频率接近时，由于槽钢内空腔具有类似共鸣箱作用，驱动主机的振动及噪音就得到加强，并通过井道的土建梁传递给靠近电梯机房的各个楼层的房间，所以电梯运行时最上几个楼层与井道相邻的房间振动和噪音表现明显。

处理措施：更换老化的减振橡胶垫，并再加装一组高性能减振复合材料，通过加装垫片降低主机机座的横向水平误差，将该误差减至0.5mm以内，消除钢丝绳在曳引轮槽壁上周期性斜滑入轮槽产生的冲击。重新填充主机工字钢承重梁与混凝土承重墩上槽钢内的空腔，消除空腔产生类似共鸣箱作用而增强运行噪音。改进后检测，电梯运行时机房内和轿厢内的噪音值分别为70dB（A）和50dB（A）。测量轿厢内X轴和Y轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.15m/s2和0.11 m/s2，而Z轴振动的最大峰值和A95峰值分别为0.18m/s2和0.12m/s2。运行时，最高几个楼层与井道相邻的各个房间内“嗡嗡嗡”声明显降低，人体不舒适感明显减轻。由此可判定这些措施的减振降噪效果明显（图1）。

结语

本文通过对电梯振动和噪音产生的潜在源进行分析讨论，并提出相应的部分可行处理意见，为电梯的安装、维保、检验等过程中可能遇到的问题提供参考借鉴。安装调试的整体质量对电梯整个寿命周期的舒适感有着直接和持续的影响，更应加以重视。对于电梯的振动源和噪音源进行讨论分析，采取合理措施加以控制，是可以有效改善乘坐舒适感的。

参考文献

[1]刘希花.曳引电梯机械振动系统的固有特性与动力学响应[D].山东：山东大学，2010.

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[关键词]车窗电机结构及原理设计 定子 转子 电刷板 齿轮箱等4部分结构 设计及生产 及未来车窗电机发展方向

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0043-02

1 汽车天窗驱动电机结构及原理设计

一般汽车在行驶时若车内无新鲜空气补充，就会使空气中二氧化碳量增加、氧气量降低引起其大脑缺氧，产生疲劳困倦的感觉。虽然有时候驾乘者会通过侧窗进行换气，但是侧窗打开后，吹到人们身上的漩涡气流会让架乘着感觉风很大，又由于其上部的不通风，车内也会产生巨大的噪音，引起其耳鸣分散其注意力，最终导致无法安全行车的后果。特别是驾乘者在高速行驶时风带着灰尘等杂质直接冲撞到司机身上，更容易降低驾驶者的舒适感和注意力，引起事故。因此现在汽车多采取车内加装天窗的设计，既改善司机驾驶的安全性，又能通过天窗玻璃的自然采光给车室内营造出光明浪漫的气氛。

驱动车窗的工作是一项间断性工作，作为核心部件的驱动电机在其传动机构运行过程中起着非常重要的作用。其通过电机的转速及电流变化自由的驱动车窗玻璃沿滑槽前后移动、倾斜启闭。伴随着ECU科技的迅速发展，实现车窗远程精准停留功能也成为易事。本设计的驱动电机就是配合天窗ECU设计的一款直流永磁带传感的有刷电机。

它是一种机械能与电能相互转换的强驱动装置，其在整个运行过程中实现了电能产生、变换、传输、分配、使用、控制等循环作用。根据载流转子与主磁场定子互相作用产生电磁扭矩带动转子不停旋转最终产生机械运动的工作原理。将本设计电机分为定子、转子、电刷板、齿轮驱动等四大组立部分。

整个电机像人体一样各尽其责互相配合，精准完成天窗各部分驱动要求。首先定子作为“身躯”起着主磁场和支撑转子的作用。其次转子作为“心脏”起着切割磁力线产生感应电动势实现电能与机械能之间转换的作用，而带有ECU的电刷板作为“大脑”起着连接转子与外部电路的作用，最后齿轮箱作为“大手”起着调试控制天窗的运行及定位的作用。由于本设计为直流永磁带传感的有刷电机，其工作原理便是所谓的弗莱明左手定则原理。

即在磁场B[T]中，向垂直于磁场的导体L[m]中通上电流为I[A]的电时， 则通电导线在磁场中产生力F[N]的公式为：

F= B*L*I

若磁场中铁芯半径为R[M]，则在磁场中扭矩T[Nm]公式为：

T=2 *R*F=2 *R*B*L* I

若卷线匝数为Z[n]，则在磁场中整体产生扭矩T[Nm]的公式为：

T=2* Z*R*B*L* I

通过力与扭矩公式换算后，最终结论得出设计的卷圈匝数Z、磁场B、导体长度L。

电机旋转设计直接影响天窗应用模式，因此第一阶段先假设直流电机的转子不应用原动机拖动，而是把电刷A、B接在电压为U的直流电源上，让电刷A为正电位，B为负电位，则在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。那么根据弗莱明左手定则判断出载流导体ab边受的电磁力的方向是向左，cd边所受的电磁力方向则是向右，又由于磁场是均匀的，导体中又流过相同的电流，所以ab边和cd边所受电磁力的大小也是相等的，此时线圈在受到相同的电磁力作用时会按逆时针方向进行转动。第二阶段是当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流和电磁力都等于零，但是由于惯性的作用线圈会继续转动。第三阶段是当线圈转过半周后，虽然ab与cd的位置调换了，但是由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了（从d流向c），在S极下的ab边中的电流方向也变了（从b流向a），此时电磁力F的方向仍然不会改变，所以线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见若N、S极范围内的导体中的电流方向不变，那么线圈两个边的受力方向也不变，这样线圈就可以按照受力方向不停的旋转下去。

2 汽车天窗电动机定子结构及原理设计

正如上述功能描述一样，定子作为电机的“身躯”起着主磁场和支撑转子的作用。一般定子结构分为永磁式和励磁式两种，永磁式是永磁体与电枢导磁体形成闭合磁路的形式。励磁式则是在磁极上绕线圈后，在线圈通电形成电磁铁的形式。虽然励磁式的定子有寿命长，在“空载”条件下噪音小的优点，但是车窗的应用环境很难预测，在寒冷、大风等阻力环境中经常遇上持久负载，易导致励磁电机电气原件烧毁引起“短路”等故障，因此天窗电机一般都选择永磁式定子。

而永磁式定子若磁性弱或磁路未饱和时，经常会引起电流增大、温度升高、噪音及振动等不良现象。因此在成本允许条件下，选择铁氧体永磁材料时，首先考虑高磁通密度（Br）和矫顽力（Hc）的磁性材料。其次由于该电机额定转速为40-50RPM，配合电枢铁芯长度定子设计长48mmX宽34.2mm且Br大于420mT的对称磁瓦结构是非常合适的。定子一般由机壳、永磁石、叶型弹簧等三部分组成，机壳根据客户放置电机的空间，应用直径为38mm扁圆筒结构。为了保证主磁体磁场稳定、装配位置误差小的功能，设计选择了比胶粘式更稳定的叶型弹簧支撑式结构。以上永磁设计大大改善电机噪音及振动的风险。永磁材料由于材质坚硬很难进行机械加工，因而一般来说永磁式电动机的制造成本比电磁式高。而电磁式比永磁式多了一项激磁损耗。因此许多工业在生产线性高精度产品时都多应用永磁式电机。

3 汽车天窗电动机转子结构及原理设计

转子作为电机的“心脏”起着切割磁力线产生感应电动势实现电能与机械能之间转换的作用。其主要结构由轴、铁芯、卷线、换向器、绝缘套筒、轴承及锥垫等七大部分组成。轴作为驱动转子旋转核心部件，其材质应用了 SAE/AISI 1144钢。铁芯应用了斜槽设计，即由厚度为1.0mm SPCC-SD硅钢片上下16片依次错开叠加槽位而成的，该设计即保证了电动机转动均匀平稳，又提高了电机输出功率，是现在高端电机常用的设计。换向器通过焊接方式连接转子铁芯铜线与换向器及碳刷电源正负极导通达到电机换向的作用。轴承作为连接齿轮箱和机壳桥梁，起着支撑和运动协调作用。由于本设计电机要配合天窗中的ECU按指令停留在任意位置处，因此在电枢转子处特别增加了4瓣感应磁环的设计。

转子设计重点在于铁芯的卷线，它决定了电机电流方向及转速、扭矩等功能参数，不同的卷线会影响到客户不同的应用效果。因此为了避免卷线时换向器与铁芯之间的误差，在设计及卷线时必须首先确认换向器与铁芯的角度问题，只有明确角度基准电机特性才可以稳定。本设计换向器角度为0°+/-1.5°，因此根据客户的应用条件考虑后，将铁芯槽数及换向器片数统一设计为8槽，铜线种类选择日立1 KMK-20E耐绝缘高等级的铜线，线径选择为4.75mm，其中每槽内匝数为24匝。

电机系列品种规格繁多，其质量水平及工艺差异对此类产品的影响起着至关重要的作用。从工程的角度本公司为保证工程质量，使用双飞叉高端日式卷线机，该工艺即保证了电枢两侧铜线快速的进入铁芯槽中，又能降低转子的两侧不平衡量。同时为了有效的防止铜线与轴之间、铜线与铁芯之间绝缘损伤、匝间短路和绝缘不良，断线，脱钩，反嵌，圈数差，绝缘击穿等故障的发生，选择绝缘涂层和绝缘套筒双重保护的设计。

4 汽车天窗电动机电刷板结构及原理设计

电刷板是电机机械固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置。其工作过程是将外部恒定电流通过电刷输入加载到转动转子上，配合换向器改变电流方向维持马达持续旋转的过程。同时它还有将大轴上的静电荷经过电刷引入大地静电的保护作用。

本设计的电刷板是由M型碳刷架及端盖、弹簧及碳刷、连接板及接地片、电容及扼流线圈等四部分组成。各部分作用如下，M型碳刷架及端盖部分有固定机械和转动的作用。弹簧及碳刷组立品有改变电流方向与换向器配合对电机起换向的作用。而连接板及接地片则起着电刷板输入外部电流的桥梁及静电保护的导体作用。电容及扼流线圈部分有减少直流电机损耗，提高使用寿命、电机运转稳定性以及降低直流电机的噪声和电磁干扰得作用。只有各部分同时有效而且配合偏差减少时，电机才能更顺畅有效的换向，同时还可以有效地减少电机刺耳的电刷噪音。

电机转动的时候，将电能通过碳刷及换向器输送给线圈，其碳刷越长则电机使用寿命就越长。因此本设计根据使用空间选择长为12±1mm SAE/AISI 1144材质的碳化物质。由于碳刷作用在换向器表面的压入力大小直接影响马达噪音及寿命，因此本设计通过不断的实验和验证将压入力设计在1.4+/-0.3N范围内，以便调整马达在合适的噪音水平中。最好选择弹簧支撑的材质为SPCC-SD。

因为转子滚动时，电刷始终与换向器进行摩擦，而且在换向的瞬间还会产生电火花灼蚀，所以电刷是直流电机里的易损件。因此伴随着设计经验的增多，在选择材质和部品配合时一定要多考虑产品的使用寿命、尽量通过合理的电路设计降低电机噪声和电磁干扰等不良影响，提高电机的品质能力。

5 汽车天窗电动机齿轮箱结构及原理设计

当汽车行驶速度过快时有可能造成天窗吹落，或是由于风阻产生

汽车的耗油量增大，降低车速等不良现象。因此天窗核心动力电机部分的加速或减速通常选择变速齿轮箱实现。本齿轮箱力方向变更过程便是通过大齿咬合电枢蜗杆来实现垂直转换成水平方向的过程。其减速的过程则是通过大齿旋转带动小齿配合天窗机械结构输出来控制整个产品前后、开闭的移动的过程。一般电机在同等功率条件下，转速越快的齿轮，轴所受的力矩就越小。因此为了减少力矩又能快速降低转速，选择了大齿轮与电枢蜗杆配合结构。由于大小齿轮的齿数比就是马达转速的传速比，为满足该电机转速要求，设计了转速比2：1的齿轮咬合结构。但要特别注意若设J为减速机的效率，设一级齿轮啮合的效率中心值为95%，那么2级减速的J=95%*95% ，3级减速的J=95%*95%*95% ，以此类推。齿轮减速等级越多减速效率越小。

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一是强化对法律援助办案质量的监督管理。并将回访情况与补贴发放相结合，督促法律援助工作人员不断提升服务标准。

二是进一步降低法律援助门槛。将法律援助经济困难标准调整至市最低工资标准以内，努力实现“应援尽援”，在继续做好“资深律师点援制”、“法律援助进社区‘双百’服务”等活动的同时，开展“法律援助走基层”主题实践活动，扩大法律援助受援覆盖面，做好特殊人群的法律援助工作。

三是创新宣传形式，拓宽宣传渠道。不断提升区法律援助工作的知名度和影响力。首先，创建区法律援助微博平台，利用微博开展“微服务”，定期更新法律知识，随时解答群众咨询。其次，设立便民服务自助终端，方便群众查询法律援助相关信息。另外，拓展电视、广播宣传专栏，策划法律援助专版专题报道；制作法律援助申请指南和相关法律知识的宣传材料，开展持续、多样的宣传活动。

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【关键字】电动机；绝缘电阻；绝缘材料；环境因素；测量

引言

测量电机的绝缘电阻是检测电机绝缘性能最常用、最简便且比较有效的方法。如果测量中所使用的方法不当，测得结果将无法成为评估电机绝缘性能并确定其能否安全运行的判断依据。下面针对电机绝缘测量中的五种误区，进行分析讨论。

误区一：万用表测量低压电机绝缘电阻。

从表1可知，万用表欧姆档虽然是测量电阻，但其表内的工作电压相当低，如FM500型万用表的低电阻档1.5V，高阻挡为9V；MASTECH MY68数字万用表工作电压为9V。显然，如此低的电压（万用表表笔上的测试电压比工作电压更低）用于低压电机绝缘电阻的测量，根本无法正确反映其在额定工作电压或更高电压条件下的绝缘电阻，所以用万用表或直流低压电桥所测的值根本不是低压电机的绝缘阻值。因此，测量低压电机绝缘阻值只能用绝缘电阻表。

误区二：绝缘测试仪检查低压电机短路情况。

绝缘的好坏与是否短路是两个不同的概念，电机的绝缘水平差并不代表电机内部绕组发生了短路情况，而短路则表示绝缘损坏或电机绕组或其他部件对电路短接的故障。当使用手摇式兆欧表测量绕组的绝缘电阻时，若出现了“0MΩ”时，并不意味这电机绕组或其内部已发生接地或短路，因为从0MΩ起始刻度的绝缘表就很难辨认100kΩ以下的数值。即便使用FLUKE 1508绝缘测试功能，在其测量范围（0.01MΩ～10GΩ）内，也无法辨认10kΩ以下的数值。判断电机绝缘的优劣应当用绝缘测试仪测量，判断电机绕组是否短路应用带有欧姆档的绝缘电阻测试仪或万用表欧姆档测量。

误区三：忽略影响绝缘电阻的因素。

在进行绝缘电阻测试时，绝缘材料的状况、环境相对湿度、温度等会对测量结果产生重大影响。

1）绝缘材料的老化与击穿。我厂绝大多数低压电机的绝缘等级为F，该绝缘材料系统采用热固性环氧或聚酯粘合形成，在长期的氧化、聚合、分解、挥发等化学过程作用下，造成绝缘弹性丧失、变脆、吸潮性能增加、电导增大等，导致绝缘性能下降。绝缘材料的击穿可分为热击穿和纯电击穿两种情况，热击穿是绝缘材料所加的电压与材料发热使绝缘性能变劣所引起的。纯电击穿是在电场力作用下，造成绝缘材料结构直接破坏引起的。

2）潮湿的影响。不考虑绕组表面是否污秽的情况下，绕组绝缘对环境的相对湿度是很敏感的，只要相对湿度足够大，如多雨天或长时间的雨雪天气，绝缘表面就会形成潮气膜，使表面绝缘电阻变小，由公式（3）可知，绝缘电阻将降低。若绕组表面被污染或有绝缘裂缝存在，当相对湿度足够大，污染物中的电导性物质和吸水性物质会使绕组绝缘的电导性和吸潮性能大大增加，导致绝缘电阻大幅降低。

3）温度的影响。一般情况下，对于给定系统在任意时间点的绝缘电阻，随绕组温度呈指数规律相反变化，由于温度提高提供了热能，使额外的离子获得释放，在电场作用下，做定向移动的离子数量及其移动的速度都将增加，从而降低绝缘阻值。对于露点以下的电机，在检测其绝缘时，绝缘阻值可能不随绕组温度相反变化，在低温下，绝缘阻值反而降低。这是由于电机绕组表面受潮使其表面绝缘电阻下降速度远大于体积绝缘电阻上升速度所致。

误区四：忽略绝缘电阻的测量时间。

绝缘电阻反映绝缘材料在一定的直流电压作用下通过的泄漏电流大小。特别是测量具有等效电容性较大的高压电机时，还可明显的看到绝缘电阻值与加压时间有关。加压时间越长，绝缘电阻值就越高。这是由于绝缘材料的吸收现象所引起的。绝缘材料（电介质）在直流电压的作用下发生极化过程与电导过程，电介质所在的回路中将产生从大到小随时间而衰减并最终稳定在一定数值的电流。该电流有三个分量组成：①快速极化过程中产生的极化电流（几何电容电流），它在电介质加压后存在的时间极短，很快就衰减为零。②有损极化时产生的夹层式极化和偶极子式极化的电流，即吸收电流。它随时间衰减，衰减速度取决于电介质的材料和结构等因素。对于等效电容性较小的低压电机而言，通常在一分钟左右的时间便衰减至零。③泄漏电流，由公式（2）可知，它不随加压时间而变化。上述三种电流分量在每个时刻叠加起来，即为流过电介质的总电流。

误区五：忽略吸收比K的测量。

在低压电机绝缘测量的过程中，某一时刻的绝缘电阻值有时难以全面反映电机绝缘性能的优劣，尤其是在油腻环境和潮湿环境特别明显。其原因有两点：①绝缘电阻的大小与泄漏电流流经路径的面积成反比，与泄漏电流流经路径的长度成正比。因此绝缘电阻不仅与绝缘材料材质有关，而且与其形状、尺寸等诸多因素有关，往往难以给出一定的绝缘电阻判断标准，而只能与该绝缘的过去测量值进行比较。②绝缘材料加上测试电压后均存在对电荷的极化过程。

基于以上分析可知，在油腻环境和潮湿环境的里，对于等效电容性较小的低压电机，利用绝缘电阻的吸收比K（极化指数P.I.的派生）更有利于判断绝缘状况的优劣。即绝缘介质加压60s与加压15s时的直流电阻的比值：

（4）

由绝缘电介质的吸收现象、公式（4）以及表2可知，K值低于1.3表明绝缘存在问题。在实际工作中，使用FLUKE 1508测试吸收比K，只需选择吸收比档和适合的测试电压即可。

结 论

绝缘材料电气性能的好坏，直接影响到低压电机设备运行的可靠性和安全性。因此，电气绝缘测量是电气技术工作的重要内容，也是安全生产和经济效益的重要保证，这对于电气工作者在工作责任心和专业素质等方面的要求很高。以上对于低压电机设备绝缘测量方面的五种误区的分析讨论，是从事电气技术工作的一些认识和探索。在实际工作中，还有一些值得重视的知识要点需要讨论，如对被测对象在测量前的适当处理和测量操作的规范要求等。

参考文献

[1]GB/T 20160-2006 旋转电机绝缘电阻测试[S].

[2]屠志健、张一尘. 电气绝缘与过电压[M]. 北京：中国电力出版社，2005.