開關(guān)電源與設(shè)計方案精選(九篇)
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第1篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：AC-DC 開關(guān)電源 設(shè)計
中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）04-0142-01
本設(shè)計AC-DC的直流穩(wěn)壓可調(diào)的開關(guān)電源，它的性能優(yōu)越，電壓可調(diào)，體積小、重量輕、性價比高，將更加普遍使用于生活當中。
1 設(shè)計要求
（1）基本要求。輸入電壓：單相交流額定電壓有效值220V±20%。頻率：頻率范圍 45-65Hz。電流：在滿載運行時，輸入220V，小于8A；在264V時，沖擊電流不大于18A。輸出電壓U?？烧{(diào)范圍：30～36V。最大輸出電流IOMAX：2A。輸出噪聲紋波電壓峰―峰值Uopp≤1 V。DC―DC變換器的效率q≥70%。（2）性能拓展。進一步提高效率，使q ≥85%；排除過流故障后，電源能自動恢復為正常狀態(tài)。
2 方案總體設(shè)計
步驟如下：隔離變壓=>整流濾波=>高頻變換=>控制電路=>調(diào)整輸出。
說明：本電路主要采用3塊集成芯片實現(xiàn)對電路的控制，分別是IC1（NCP1050）、IC2（光耦合器SFH615）、IC3（可調(diào)式精密電壓調(diào)節(jié)器TL431）。
該方案的優(yōu)點：（1）電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率高穩(wěn)壓性能優(yōu)，并且轉(zhuǎn)換效率高；（2）性能優(yōu)越，電壓可調(diào)，體積小、重量輕、性價比高，可普遍使用于生活當中；（3）NCP1050，TL431等芯片器件功能強大，設(shè)計起來比較簡單。
3 電路的安裝與調(diào)試
圖1所示：
第2篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：直流開關(guān)電源 控制電路 TOP247YN 電路
中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A
引言
目前，各種各樣的開關(guān)電源以其小巧的體積、較高的功率密度和高效率正越來越得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高，特別是其保護裝置的微機化，通訊裝置的程控化，對電源的體積和效率的要求也在不斷提高?？梢哉f，適應(yīng)各類開關(guān)電源的控制集成電路功能正在不斷完善，集成化水平不斷提高，外接原件也是越來越少。開關(guān)電源的研制生產(chǎn)正在日趨簡化，成本也日益下降，而且集成控制芯片種類也越來越多。
針對開關(guān)電源，其中的控制電路部分發(fā)揮著很大作用，對于一個電路是否能夠輸出一個穩(wěn)定的直流電壓，反饋環(huán)節(jié)就顯得尤為重要。如今，在直流開關(guān)電源中，大都采用PWM控制方式來調(diào)整占空比從而進一步來調(diào)整輸出電壓[1]。在開關(guān)電源中，控制電路通常都是采用集成控制芯片來加以控制。
在本文設(shè)計中，考慮到小型、高效的設(shè)計初衷，控制電路部分決定采用集成化程度較高的單片開關(guān)電源芯片TOP247YN，通過它可把MOSFET和PWM控制電路較好地集成在一起，這樣可使得芯片電路更簡單而實用，從而使得設(shè)計出的開關(guān)電源更加小型化。
1、 TOP247Y的基本工作原理及主要工作過程
在本文設(shè)計中采用的TOP247Y就是屬于第四代開關(guān)器件。
其主要工作原理是：TOP247Y控制芯片是利用反饋電流IC來通過調(diào)節(jié)占空比D，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，屬于PWM控制類型中的PWM型電流反饋模式。當輸出電壓升高時，經(jīng)過光耦反饋電路使得IC增加，則占空比將減小，從而達到穩(wěn)壓的目的[3]。反之亦然。
TOP247Y控制芯片內(nèi)部主要工作過程：在啟動的過程中，當濾波后的直流高電壓加在D管腳時，MOSFET起初處于關(guān)斷狀態(tài)，在開關(guān)高壓電流源連接在D管腳和C管腳之間，C管腳的電容被充電。當C管腳的電壓VC達到5.8V左右時，控制電路被激活并開始軟啟動。在10ms左右的時間內(nèi)，軟啟動電路使MOSFET的占空比從零逐漸上升到最大值。如果在軟啟動末期，沒有內(nèi)部的反饋和電流回路加載管腳C上，高電壓電流源將轉(zhuǎn)向，C管腳在控制回路之間通過放電來維持驅(qū)動電流。
芯片自身消耗的過電流是通過內(nèi)部電阻RE轉(zhuǎn)到S腳。這個電流是通過內(nèi)部電阻RE控制MOSFT的占空比來提供閉合回路的調(diào)節(jié)。這個調(diào)節(jié)器有一個有限的低輸出電阻ZC，可設(shè)定誤差放大器的增益，被用在主要的控制回路。在控制回路中，動態(tài)變化的電阻ZC以及內(nèi)部的C管腳電容可以設(shè)定主極點。當出現(xiàn)錯誤的情況時，如開環(huán)或輸出短路時，可以阻止內(nèi)部電流進入C引腳。
C引腳的電容開始放電到4.8V，在4.8V時，自動重啟被激活，使得輸出MOSFET關(guān)斷，把控制回路鉗位在一個低電流的模式。在高電壓電流源打開，有繼續(xù)給電容充電。內(nèi)部帶遲滯電源欠壓比較器通過使高電壓電流源通斷來保持VC的電壓在4.8V到5.8V的區(qū)域內(nèi)。
2、開關(guān)電源芯片的電路選擇
TOP系列的控制芯片的控制引腳C的電路基本類似，在本文設(shè)計中，C6選擇0.1uF。電容C7選擇47uF/10V的低成本電解電容。而串聯(lián)電阻R8選擇為6.8Ω/0.25W的電阻?！?/p>
參考文獻
[1] 沙占友. 新型單片開關(guān)電源的設(shè)計與應(yīng)用[M] . 北京：電子工業(yè)出版社， 2001.
[2] 楊 旭，裴云慶，王兆安. 開關(guān)電源技術(shù)[M] . 北京： 機械工業(yè)出版社， 2002.
第3篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：平面變壓器；開關(guān)電源；集膚效應(yīng)
前言
現(xiàn)代的工作和生活對許多電子產(chǎn)品提出了小型化的要求。而作為電子產(chǎn)品工作的能源-開關(guān)電源是必不可少的。特別是功率較大的電子產(chǎn)品，電源部分占據(jù)了較大的體積和重量，。而在在開關(guān)電源中，磁性器件大概占到開關(guān)電源體積和重量的30%-40%。降低磁性器件的體積和重量就顯得尤為重要。平面變壓器具有體積小，功率密度高剛好能滿足這些要求。因此，平面變壓器取代傳統(tǒng)變壓器是開關(guān)電源發(fā)展的一個趨勢。
1 平面的繞組特點
平面變壓器繞線方式就是借鑒了印制電路板的形成方式，平面變壓器具有很多優(yōu)點。下面我們就對其特點進行分析，第一，平面變壓器繞線方式就是借鑒了印制電路板的形成方式，使用這種方式對其進行生產(chǎn)，實際效率相對較高；第二，平面變壓器的實際繞組參數(shù)是統(tǒng)一的，相對的離散性比較??；第三，平面變壓器使用的是高性能的絕緣材料，使壓層、線圈之間的保持良好的絕緣性；第四，其實際的引腳的位置可以根據(jù)實際需要進行自由分配，局限性相對較小，數(shù)量上也能夠隨之進行增減；第五，能夠?qū)⒓w效應(yīng)降到最低；第六，其相對的物理結(jié)構(gòu)相當密實，線圈的固化結(jié)構(gòu)也非常緊密、不需要使用支架進行繞線，自激振蕩性小，相對能量的損耗也較小；第七，還能與控制應(yīng)用模板進行統(tǒng)一的設(shè)計和裝配。由于平面變壓器是一種新型的技術(shù)，不管是在理論上、材料的性能上、電能的性能指標、實際體積等眾多方面有一定的提升和創(chuàng)新。
2 實際應(yīng)用
我們在平面變壓器電源中的可行性實驗里，使用文中提到的理論依據(jù)進行研究，從而進行了一系列工程化的工作，其平面變壓器的電源有很多種不同的設(shè)計。
以320VDC/12VDC 25A變換器為例，對比常規(guī)變壓器以及平面變壓器。將雙管反激電路作為主電路，將開關(guān)頻率黃蓉 胡陽
設(shè)置為100千赫，借助普通高頻變壓器的設(shè)計方案，聯(lián)合應(yīng)用兩個EI33型磁芯，設(shè)計30匝原邊，使用0.81毫米直徑的漆包線作為繞組，2匝副邊，0.3毫米銅皮的繞組，將2層使用并聯(lián)的方式。
EI-33型磁芯參數(shù)具體為：有效截面積（Ae）為118mm2；有效磁路長度（Le）為67.6毫米，磁芯有效體積（Ve）為7940mm3；磁芯重量（Me）為40克。
在磁芯不發(fā)生變化時，應(yīng)用PCB繞組，為使成本得以降低，就應(yīng)該采用多塊雙面板。在原邊繞組PCB每層放置3匝時，線寬就會變?yōu)?.5毫米，在每個PCB的上下兩面位置，設(shè)置繞組6匝，見圖1，以形成原邊繞組的5塊雙面板。當副邊繞組電流較大且匝數(shù)較少時，PCB每層需要設(shè)置1匝，每個PCB的上下兩面需要2匝，見圖2，將4塊進行并聯(lián)。
將傳統(tǒng)變壓器電源和平面變壓器電源進行對比，其對比結(jié)果如下：
通過對二者進行對比，清楚的知道平面變壓器電源的性能要優(yōu)于傳統(tǒng)變壓器電源。
3 結(jié)束語
隨之平面電壓器設(shè)計的逐漸完善，其本身具有的特點就會逐漸凸顯出來，現(xiàn)階段也已經(jīng)成為了人們關(guān)注和研究的重點，也逐漸成為主流發(fā)展目標。平面變壓器平面式的結(jié)構(gòu)有效的降低了實際能源的損耗，減小自身體積和自身重量，有效的提高了實際的使用效率和功率的密度，最大限度的完善了電源開關(guān)的實際使用性能。隨著科技手段的不斷發(fā)展，這中電源開關(guān)就會在電力行業(yè)中應(yīng)用，就會逐漸擴大，從而真正實現(xiàn)電源開關(guān)的小巧、輕薄的特點。
參考文獻
[1]王朕，史賢俊，肖支才，等.平面變壓器5V/12A高功率密度開關(guān)電源設(shè)計[J].船電技術(shù)，2012（12）：42-45.
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第4篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：仿真；課程設(shè)計；效果；效率
Comprehensive application for the simulation software in the course design and the measures for some problems
Xu Junyun
South China of agriculture university, Guangzhou, 441052, China
Abstract: Introduced a method for conducting students to apply the simulation software comprehensively to do course design about the power electronics system. Through analyzing the characteristics for two kinds of simulation softwares, guided students to use Matlab/Simulink to do power electronic main circuit design, and to use Orcad/Pspice to do the power electronic control circuit design, and give a useful measure for convergence problem in the simulation. The practices show that the comprehensive application of simulation softwares can effectively help students improve the effect and efficiency of the power electronics circuit design.
Key words: emulation; course design; effect; efficiency
高校實踐教學是一項需要不斷創(chuàng)新的工作，實踐課教師有必要探索新的實踐教學方法，改進實踐教學效果。因此，筆者在本校電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)課―電力電子技術(shù)的實踐教學的指導方法上做了改進，引導學生采用一種綜合應(yīng)用仿真軟件輔助電力電子電路課程設(shè)計的方法。
1 電力電子電路常用仿真軟件特點分析
目前在電力電子電路設(shè)計和分析上主要采用Matlab/Simulink和Orcad/Pspice這兩種仿真軟件。在Matlab/Simulink仿真平臺，電力電子器件模型使用的是簡化宏模型，它只要求元器件的外特性與實際元器件特性基本相符，而不考慮元器件的內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)，屬于系統(tǒng)級模型。 Orcad/Pspice是不同于Matlab/Simulink的仿真平臺，它構(gòu)建的元器件模型除了要求元器件的外特性與實際元器件特性相符，還要考慮元器件內(nèi)部的細微結(jié)構(gòu)，相比Matlab/Simulink的宏模型更詳細，更復雜，是屬于器件級的模型，用Pspice仿真可以細致地反映元器件的工作情況。雖然Matlab/Simulink的電力電子器件模型較為簡單，但是它占用的系統(tǒng)資源較少，因而在仿真時出現(xiàn)不收斂的幾率相比Orcad/Pspice要少。鑒于此，可以考慮將這兩種仿真軟件有機結(jié)合起來，取長補短，以提高仿真的效率。
下面以一種基于TL494控制的開關(guān)電源的設(shè)計為例，介紹在電力電子技術(shù)課程設(shè)計實踐教學中建議學生采用的綜合性設(shè)計方法。
2 基于TL494控制的開關(guān)電源設(shè)計舉例
本示例要求設(shè)計出一種以TL494為控制器件的開關(guān)電源，電源電壓范圍為0～12 V。要求該開關(guān)電源性能可靠，紋波電壓小，控制精度高。
2.1 設(shè)計步驟1―主電路的原理電路設(shè)計
主電路的原理電路設(shè)計方案利用所學知識，學生容易確定。如本設(shè)計中的主電路可采用常規(guī)的非隔離式Buck電路，開關(guān)管采用P溝道MOSFET，驅(qū)動采用“圖騰柱”電路，輸出電壓反饋電路由一個比例運放電路構(gòu)成(如圖1所示)。
圖1 主電路、驅(qū)動電路及電壓反饋原理電路
2.2 設(shè)計步驟2―控制電路原理電路設(shè)計
控制電路原理電路方案參照相關(guān)資料，并利用所學自動控制理論知識，學生也較容易確定。本部分要求以TL494作為控制芯片。
TL494控制原理電路(如圖2所示)，1和2腳前接上兩相同阻值的電阻，起到限流阻隔的作用，其中1腳接主電路輸出反饋電壓Vo，2腳接設(shè)定電壓Vset，當改變Vset的值時，Vo和Vset經(jīng)誤差比較后控制PWM信號的輸出；3腳經(jīng)一個PI比例積分回路串上2腳，起到反饋的作用；4腳接地；5腳經(jīng)一個電容接地，6腳經(jīng)一個電阻接地，5，6腳共同構(gòu)成振蕩回路；8，11腳與12腳共同接工作電壓；13腳接地，使9，10腳以并聯(lián)工作方式輸出。
圖2 TL494控制原理電路
2.3 設(shè)計步驟3―開關(guān)電源系統(tǒng)仿真預設(shè)計
這個環(huán)節(jié)是整個設(shè)計的重點和難點。對學生而言，設(shè)計原理電路并不難，難的就在于如何確定原理電路中具體的元器件參數(shù)，在這方面學生缺乏經(jīng)驗。
2.3.1 仿真軟件使用方案及問題對策
按常規(guī)設(shè)計方法，直接將Orcad/Pspice仿真軟件用于電力電子電路設(shè)計，對初學者特別是學生來說，往往困難較大。學生在使用該軟件的時候，很容易碰到仿真不收斂的問題，從而一籌莫展。
因此，在教學實踐中，引導學生首先利用Matlab中Simulink仿真平臺仿真快而不易出現(xiàn)收斂問題的優(yōu)勢進行主電路的仿真設(shè)計，較高效地確定出主電路中的電感、電容和電阻的最佳參數(shù)值。然后再利用Orcad/Pspice仿真軟件進行控制電路的仿真設(shè)計?？刂齐娐凡糠衷O(shè)計的難點在于PI參數(shù)的選擇，因此要引導學生采用Orcad/Pspice仿真軟件來進行。因為Orcad/Pspice是器件級仿真軟件，仿真精度高，輔助控制電路參數(shù)的確定最佳。
對Orcad/Pspice在電力電子電路整體仿真中容易遇到的收斂性問題，筆者通過和學生一起分析研究、查找資料，積累了一些解決問題的經(jīng)驗。實踐表明，這些經(jīng)驗對開關(guān)電源系統(tǒng)電路的仿真設(shè)計是有用的。下面給出一個對此問題有用的對策。
在用Orcad/Pspice進行仿真調(diào)試的時候，經(jīng)常出現(xiàn)ERROR -- Convergence problem in transient analysis at Time =？ Time step =？, minimum allowable step size =？這個問題。一個有效的解決方法就是修改參數(shù)。系統(tǒng)默認參數(shù)及參數(shù)修改的方法如圖3和圖4所示。
圖3 PSpice系統(tǒng)默認參數(shù)
圖4 參數(shù)修改圖
2.3.2 系統(tǒng)仿真輸出波形圖示例
通過對不同參數(shù)條件下仿真結(jié)果的比較，按照開關(guān)電源紋波電壓小，控制精度高等要求可確定原理電路參數(shù)。下面是利用仿真平臺方便的參數(shù)比較功能得出的主電路最佳仿真輸出波形圖及控制電路采用最佳PI參數(shù)值時系統(tǒng)的輸出電壓仿真波形(如圖5，圖6所示)。
圖5 主電路負載電壓仿真輸出波形(Simulink)
圖6 總電路負載電壓仿真輸出波形3(Pspice)
圖5是在開環(huán)狀態(tài)下選擇出的相對最優(yōu)電感、電容和電阻參數(shù)值下的負載電壓波形；圖6是在控制電路選用相對最優(yōu)比例系數(shù)和積分電容參數(shù)時的負載電壓波形。
2.4 設(shè)計步驟4―實際開關(guān)電源系統(tǒng)測試
依據(jù)仿真預定元器件參數(shù)構(gòu)建出具體的電路。在實驗室調(diào)試中，要求學生利用示波器等檢測儀器分析電路中的問題，幫助進一步確定最佳元器件參數(shù)。下面是對系統(tǒng)進行實際測試的一些數(shù)據(jù)(見表1，表2)。
表1 輸入設(shè)定電壓和輸出實際電壓
表2 輸入設(shè)定電壓和輸出實際電壓
實驗測試結(jié)果表明：本電路系統(tǒng)可以穩(wěn)定地輸出0～12 V的直流電壓。
實踐表明，引導學生將不同仿真軟件綜合應(yīng)用于電力電子電路的設(shè)計，不僅能有效地幫助學生提高電路設(shè)計的效率，而且對開拓學生思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力也是有益的。
參考文獻
[1] 許俊云.實驗設(shè)備的改進與使用[J].實驗室研究與探索,2010,8:337-339.
第5篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：二次電源； 開關(guān)電源； 接地； 線性穩(wěn)壓電源
中圖分類號：TN71034 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10013903
電源是一切電子設(shè)備的動力源，是保證電子設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)部件。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，電源故障約占電子設(shè)備征集故障率的40％～50％。為此，對電源必須提出一些基本要求，包括實用性能要求和電氣性能要求。對于彈載二次電源更是如此，一定要考慮細致，除了滿足供電能力以外還要考慮其接地方式、效率、開關(guān)電源與線性電源的取舍情況。
1 二次電源基本要求
1.1 高的可靠性
平均無故障時間MTBF是衡量電源可靠性重要指標，在通用標準中規(guī)定，可靠性指標大于等于3 000 h是最低要求。
1.2 高的安全性
設(shè)計制造出的開關(guān)電源，應(yīng)符合相關(guān)標準或規(guī)范中規(guī)定的安全指標要求，如散熱要求，抗電強度要求，防人身觸電要求等，以防止在極限狀態(tài)或者惡劣環(huán)境條件下，出現(xiàn)電源故障危及人身和設(shè)備安全。
1.3 好的可維修性
電源出現(xiàn)故障時，應(yīng)能及時診斷出故障現(xiàn)象及部位，并且可以有效地解決故障或者更換故障模塊。
2 二次電源設(shè)計思路
彈載電源由于其空間和系統(tǒng)性要求，需要二次電源設(shè)計的小型化、電磁兼容性好，DCDC效率高，可以滿足各個組件的用電需求，線性集成穩(wěn)壓電源的測試和調(diào)試相對簡單，如果兩者結(jié)合對產(chǎn)品的后續(xù)階段設(shè)計提供了方便［1］。綜合考慮線性穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源或者復合型設(shè)計等方案，分析各種方案的優(yōu)缺點和可行性后，此二次電源將采用線性集成穩(wěn)壓電源與DCDC結(jié)合進行設(shè)計，也就是復合型設(shè)計。采用該設(shè)計有比較高的效率，可滿足各組件的用電需求，對于紋波要求比較高的供電電路采用線性穩(wěn)壓電源。
3 二次電源具體設(shè)計分析
3.1 電源接地設(shè)計
設(shè)計電源還有個重點也是難點，就是接地。接地從字面來十分簡單，但是對于經(jīng)歷過電磁干擾挫折的人來說可能是一個最難掌握的技術(shù)。實際上，在電磁兼容設(shè)計中，接地是最難的技術(shù)。面對一個系統(tǒng)，沒有一個人能夠提出一個絕對正確的接地方案，多少會遺留一些問題。造成這種情況的原因是接地沒有一個系統(tǒng)的理論或模型，人們在考慮接地時只能依靠過去的經(jīng)驗或從書上看到的經(jīng)驗。但接地是一個十分復雜的問題，在其他場合很好的方案在這里不一定最好。關(guān)于接地設(shè)計在很大程度上依賴設(shè)計師的直覺，也就是他對“接地”這個概念的理解程度和經(jīng)驗［23］。接地的方法很多，具體使用那一種方法取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。
3.1.1 單點接地
單點接地有單元電路的、電路間的和設(shè)備間的單點接地。如圖1所示為單點接地示意圖\[45\]。其優(yōu)點是可以抑制傳導干擾。單點接地時，由于各電路和設(shè)備都接在一個接地點上，從而消了信號地系統(tǒng)中的干擾電流的閉合回路。設(shè)備地上的干擾電壓也不會通過接地電路進入信號電路。這樣的接地使用導線長，接地線本身的阻抗可觀，對于高頻信號接地效果不好。當接線長度達到1/4信號波長或其奇數(shù)倍時，地線阻抗變得很高，它就不是接地線而更像是輻射天線。
3.1.2 多點接地
在多點接地系統(tǒng)中，各電路和設(shè)備有多點并聯(lián)接地。因為可以就近接地，接地導線短，可以減少高頻駐波效應(yīng)。但這種接地方法出現(xiàn)了多個地回路。公共地中的50 Hz市電容易經(jīng)公共地回路耦合到信號回路中去。工程實踐表明，如能將電源和信號的回流線分開，強信號和弱信號的回流線分開，微弱信號和火工品信號等敏感信號采用單獨的回流線，就會大大減少的回路引起的干擾。圖2所示為多點接地示意圖。
圖1 單點接地示意圖 圖2 多點接地示意圖
3.1.3 混合接地
混合接地既包含了單點接地的特性，又包含了多點接地的特性。例如，系統(tǒng)內(nèi)的電源需要單點接地，而射頻信號又要求多點接地，這時就可以采用圖3所示的混合接地。對于直流，電容是開路的，電路是單點接地，對于射頻，電容是導通的，電路是多點接地。圖3所示為混合接地示意圖。
實際應(yīng)用中，信號頻率低于1 MHz時，采用單點接地；高于10 MHz時，多點接地；頻率在1～10 MHz之間時，如果接地線長度大于1/20波長，采用單點接地；否則，應(yīng)采用多點接地。該彈載二次電源是低頻電路，所以選擇單點接地，并且設(shè)計電路板時也要注意地線盡量寬并且走直線，保證接地干凈。
3.2 電源切換設(shè)計
因產(chǎn)品在工作時包括“預熱”與“準備”，正常工作時僅包括“預熱”，所以還要設(shè)計電源切換部分，見圖4。
圖3 混合接地示意圖 圖4 電源切換原理圖
電源在預熱狀態(tài)時，27 V電源的瞬態(tài)電流達到5.6 A；在準備狀態(tài)時，27 V預熱和28.5 V準備同時供電，電流達到5.25 A；在脫離載機后，電源為單一28.5 V準備供電，電流達到5.25 A。根據(jù)電壓和電流特性，選取的二極管應(yīng)滿足額定電流大，反向工作電壓高，滿足使用要求，其封裝容易安裝，并且安裝在放置艙殼體上利于二極管的散熱［6］。
3.3 線性穩(wěn)壓電源電路設(shè)計
第6篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
【關(guān)鍵詞】和諧型 電力機車 蓄電池 自行移車
1 HXD3、HXD3C型電力機車自行走裝置設(shè)計
1.1 設(shè)計原則
HXD3、HXD3C型電力機車自行走裝置設(shè)計，需充分考慮機車自走行的行車安全、機車主電路特點、主要部件知識產(chǎn)權(quán)、軟件著作權(quán)和機務(wù)段實際需要等各方面因素，應(yīng)遵循以下幾方面原則：
（1）在機車總風壓力足以保證機車制動距離的情況下才能進行自走行，以確保機車自走行的行車安全；
（2）機車在正線牽引時，裝置電路要與機車電路物理隔離，以確保不因裝置故障導致機車設(shè)備故障；
（3）裝置電路連至機車既有電路后，對機車既有主電路布局不改變，以避免機車主要部件質(zhì)保糾紛；
（4）對機車既有的TCMS、主變流器等軟件不進行軟件修改，以避免知識產(chǎn)權(quán)糾紛；
（5）自走行速度需要滿足機車出入檢修庫和整備場有電區(qū)向無電區(qū)轉(zhuǎn)線需求，走行速度能夠滿足效率需求；
（6）裝置可生產(chǎn)為車載型作為機車制式裝備，也可生產(chǎn)為便攜型作為機務(wù)段工裝設(shè)備；
（7）裝置升級改進后，可適用于HXD1、HXD2、HXD3B等其他型號電力機車，也可適用于既有交-直型電傳動電力機車和電傳動內(nèi)燃機車。
1.2 技術(shù)方案的確定
根據(jù)機車主電路結(jié)構(gòu)特點，可以通過以下三種技術(shù)方案實現(xiàn)設(shè)計功能：
方案一：將機車蓄電池DC110V電壓直接升壓逆變?yōu)槿郃C380V，采用VVVF方式驅(qū)動牽引一臺牽引電動機實現(xiàn)機車自走行。
方案二：將機車蓄電池DC110V電壓接入至機車主變流器（CI）直流中間電壓，修改機車TCMS軟件和主變流器（CI）軟件，使主變流器輸出三相AC380V，采用VVVF方式驅(qū)動牽引一臺牽引電動機實現(xiàn)機車自走行。
方案三：將機車蓄電池DC110V電壓直接升壓為DC600V后，通過主回路庫用開關(guān)接入至機車主變流器（CI）直流中間電壓，通過機車TCMS軟件和主變流器（CI）軟件預置的庫用位程序，控制主變流器功率元件輸出三相AC380V，采用VVVF方式驅(qū)動牽引一臺牽引電動機實現(xiàn)機車自走行。
通過對比分析，技術(shù)方案三作為設(shè)計方案，優(yōu)點更為突出，方案三符合設(shè)計原則。機車自走行速度為1km/h，在這種走行速度下，機車出入機車檢修庫一次走行時間約為3分鐘，效率能夠滿足機務(wù)段實際需要。在整備場自有電區(qū)向無電區(qū)轉(zhuǎn)線，僅需要在接觸網(wǎng)終點處（通常在道岔處）開始自走行，在這種走行速度下，機車通過道岔的時間約為1分鐘，進入股道后對整備場調(diào)車組織就不再影響，其效率也能滿足機務(wù)段整備場實際需要。
1.3 裝置的設(shè)計
1.3.1 裝置工作原理
將機車蓄電池DC110V電壓直接升壓為DC600V后，通過主回路庫用開關(guān)接入至機車主變流器（CI）直流中間電壓，通過機車TCMS軟件和主變流器（CI）軟件預置的庫用位程序，控制主變流器功率元件輸出三相AC380V，采用VVVF方式驅(qū)動牽引一臺牽引電動機實現(xiàn)機車自走行。
1.3.2 DC600V中間電壓的獲得
HXD3、HXD3C型電力機車控制回路裝有蓄電池（容量170AH），當機車正常工作時，蓄電池處于充電狀態(tài)，機車降弓后，蓄電池內(nèi)儲存有電能，電壓為DC110V。利用高頻開關(guān)電源，對蓄電池DC110V進行升壓-逆變-整流獲得DC600V電源。所以該裝置的技術(shù)主體就是一個高頻開關(guān)電源。
1.3.3 裝置的特性曲線
從以上可以看出，主變流器（CI）DC600V工作電壓自本裝置中獲得，通過主變流器逆變，驅(qū)動牽引電機，中間電壓最低電壓不得小于DC350V，實測主變流器（CI）內(nèi)部整流元件壓降約為50V。
從特定曲線的特性來看，在輸出電流小于30A時，輸出電壓范圍為DC600V-DC400V，以滿足主變流器工作。在輸出電流大于30A時，系統(tǒng)將工作在限流區(qū)。系統(tǒng)將自動停止電壓輸出，以保護蓄電池。
1.3.4 裝置的組成
裝置由功率模塊和單片機控制兩大模塊組成，其各單元的主要技術(shù)原理和作用分述如下：
（1）功率模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。
a.濾波單元。即濾波器電路，減少內(nèi)外電壓沖擊和干擾，增強電路的電磁兼容性，使其滿足要求。
b.電流、電壓控制單元。此單元是測量的關(guān)鍵控制部分。電壓控制采用慢給定技術(shù)，工作電壓從0緩慢增加，要完成輸出電壓的逐步升壓給定；當電壓達到600V時，進入鉗位，電壓不再生上升。如絕緣較低、輸出電流過大時，電流控制進入鉗位，按照設(shè)計的曲線，逐步降低電壓。通過電流電壓的控制，完成功率輸出。
輸出電壓慢給定技術(shù)：在系統(tǒng)工作時，由于需在主變流器（CI）工作前，向主變流器（CI）續(xù)流電容進行預充電，如果先給定600V電壓，在主變流器（CI）續(xù)流電容嚴重虧電或主變流器（CI）絕緣低的情況下，將有一個很大的沖擊電流，造成系統(tǒng)故障或蓄電池過渡放電。在本次設(shè)計中，重用電壓慢給定技術(shù)，輸出電壓從0V緩慢增加至600V，防止了沖擊電流的產(chǎn)生。同時，主變流器（CI）續(xù)流電容充電完畢后啟動時，也采用了輸出慢給定技術(shù)，牽引電機在轉(zhuǎn)動時初期不會產(chǎn)生很大電流。
c.高頻開關(guān)電源單元。這部分是本裝置的關(guān)鍵點，主要作用是把機車上現(xiàn)有的蓄電池110伏的直流電變?yōu)镈C600V的直流電源。其主要由PWM控制器、電子開關(guān)電路、高頻變壓器、整流濾波電路、保護電路等組成。
（2）工作原理為：110V直流電經(jīng)穩(wěn)壓濾波后變?yōu)?00V直流電，在400V-600V的電壓范圍內(nèi)保持性能，受電流、電壓控制單元，為主變流器提供足夠的功率。
（a）功率變換模塊的設(shè)計。模塊采用全橋PWM變換器和有限雙極性控制方法實現(xiàn)，見圖2-7。整個主電路和硬開關(guān)方案相比，僅增加了超前橋臂的兩個諧振電路，諧振電感取電壓器漏感，滯后橋臂的諧振電容利用的是功率管的輸出電容，既實現(xiàn)了軟開關(guān)工作方式，同時又保持了電路的簡潔。由于實現(xiàn)了ZVS，可以省去原方的吸收電路，副方吸收電路的功耗也變小。
（b）控制電路的設(shè)計。PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點：
①當流過開關(guān)管的電流達到給定值時，開關(guān)自動關(guān)斷；
②自動消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；
③多臺開關(guān)電源并聯(lián)工作時，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流力；
④具有更快的負載動態(tài)響應(yīng)。
電源采用美國Unitrode公司的UC1825A芯片，UC1825A是高性能的電壓電流型開關(guān)電源集成控制器，主要特點是：兼電壓型、電流型控制；開關(guān)頻率可達1MHz；50ns的傳輸延遲時間；大電流雙推挽輸出（峰值2A），寬頻帶誤差放大器；雙脈沖抑制邏輯電路；逐個脈沖電流限制；軟啟動/最大占空比控制；滯后的欠壓鎖定功能。
（3）單片機控制模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。在本次設(shè)計中，使用了單片機控制DC600V輸出和控制LED顯示輸出電壓和電流的大小，有較好的人機界面和安全保護功能。
設(shè)計的主要功能由：
a. DC600V輸出邏輯控制；
b. LED顯示。MCU使用目前性價比較高的STC51系列。此芯片功耗小，抗干擾力強，并可進行在系統(tǒng)編程，使用十分方便。作為控制單元的單片機完全可以滿足使用要求。通過軟件編程達到控制與測量的目的。
KM1、KM2為輸出接觸器，其閉合與斷開受單片機控制模塊的控制。當KM1、KM2斷開時，裝置從機車電路中切除。這樣，可以接好的防止裝置在待機時對機車電路造成的影響。當需要進行自走行時，KM1或KM2閉合。
保護邏輯單元電路是對機車庫用開關(guān)的聯(lián)鎖線、風壓開關(guān)聯(lián)鎖線進行判斷，如果風壓過低后或庫用開關(guān)沒有轉(zhuǎn)換，則本系統(tǒng)不能工作，即保證機車自走行有足夠的風壓用以制動，又保證受電弓在降弓狀態(tài)下，方可進行自走行。
LED燈使用矩形漢字覆膜燈，其具有亮度高、穩(wěn)定性好。通過漢字覆膜顯示。極大的方便了操作者的使用，觀察直觀。
AD轉(zhuǎn)換單元通過實時隔離采樣將功率模塊的輸出電壓傳入MCU，通過運算將輸出電壓換算為工作狀態(tài)進行顯示。
1.3.5 裝置的便攜化
根據(jù)裝置工作原理，將裝置進行簡化設(shè)計，去掉單片機控制模塊和輸入輸出接觸器，并進行裝置減重后，安裝與機車外部主回路庫用插座、蓄電池充放電插座適配的航空插頭，加裝磁力安裝座后，即可實現(xiàn)裝置便攜化。
2 機車自走行的操作和最大牽引總重
2.1 車載型裝置機車自走行的操作
裝置安裝在機車上后，司機首先確認總風缸壓力大于480Kpa，斷開受電弓開關(guān)，確認蓄電池電壓大于96V，然后將庫用開關(guān)轉(zhuǎn)換至庫用位，閉合電源開關(guān)，將換向手柄打向前位或后位，并將調(diào)速手柄置于“1”位，即可實現(xiàn)機車自走行。
2.2 便攜型裝置機車自走行的操作
將裝置磁力座吸附在機車主變壓器殼體上，連接主回路庫用插座和蓄電池充電插座后，按車載型裝置的操作方法操作即可。
2.3 最大牽引總重和速度
試驗證明，裝置在小于千分之三的坡道上，機車依靠自身動力自走行最大牽引總重約為280噸（即附掛牽引一臺機車的情況下自走行），最大走行速度為1km/h。
3 對機車蓄電池的影響
3.1 通過試驗對蓄電池的影響分析
目前HXD3機車使用170AH的蓄電池，通過試驗機車自走行時蓄電池放電情況，對比機車蓄電池放電特定情況如表3-1。
機車在依靠蓄電池自走行時下，機車起動時最大峰值電流僅120A左右，遠低于蓄電池允許峰值短路電流6100A；機車1KM/H恒速自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流為60A，小于蓄電池進行一小時制放電的最大允許放電電流。因此，裝置驅(qū)動機車自走行狀態(tài)下，蓄電池放電電流工作在蓄電池的理想范圍內(nèi)，不會影響蓄電池壽命。
另外，在蓄電池日常維護中，通常采用十時制放電（放電電流約17A）后進行蓄電池充電，當蓄電池性能下降后，進行治療性充放電時，通常采用一小時制放電（放電電流約170A）后進行蓄電池充電，以激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性，恢復蓄電池性能。裝置驅(qū)動機車持續(xù)自走行1小時后升弓對蓄電池進行充電，相當于對機車蓄電池按一小時制充放電進行了一次治療性充放電，可以進一步激活蓄電池內(nèi)部物質(zhì)活性。
第7篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：智能小區(qū)；可視對講系統(tǒng)；工程施工
一、樓宇可視對講系統(tǒng)的設(shè)計原則
樓宇可視對講系統(tǒng)要考慮到小區(qū)的安全性，用現(xiàn)代化的管理手段來實現(xiàn)管理的目標。在方案設(shè)計中，不僅要考慮到系統(tǒng)的可靠性、實用性、先進性以及擴展性，還要考慮到如下的原則：可行性：在系統(tǒng)的技術(shù)上要保證可行。經(jīng)濟性：系統(tǒng)應(yīng)該注重實效，堅持經(jīng)濟的基本原則。標準性：系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合行業(yè)標準等相關(guān)要求。穩(wěn)定性：考慮設(shè)備的性能以及維修的能力，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。易維護性：為了能夠適應(yīng)系統(tǒng)變化，要能夠用簡單的方式和低成本來維護系統(tǒng)設(shè)備。
二、樓宇可視對講系統(tǒng)方案設(shè)計
樓宇對講系統(tǒng)方案設(shè)計依據(jù)：主要設(shè)計性能的要求，用戶的要求；控制中心的要求；公共安全行業(yè)標準；公安部對安全防范工程管理的要求；達到中華人民共和國公共安全行業(yè)的標準 ――可視對講行業(yè)標準。
焦煤集團43#住宅樓為一幢16層（不含地下設(shè)備層）智能住宅樓，分A、B兩個單元，共64戶?？梢晫χv系統(tǒng)總體設(shè)計方案為：采用立林科技戶戶可視對講系統(tǒng)，實現(xiàn)圖像監(jiān)視、戶戶對講、密碼開鎖、刷卡開鎖等功能。
系統(tǒng)總體構(gòu)成有：小區(qū)管理機、單元門口主機、可視對講分機、視頻分配放大器、編碼隔離器、開關(guān)電源，UPS電源及蓄電池組，電源線，控制線、視頻線等。設(shè)備配置及功能如下：
小區(qū)管理機（JB-2400）為非可視管理機，也可根據(jù)需要選擇可視管理機，小區(qū)管理機安裝在地下層設(shè)備間。功能特點：能夠與門口主機、室內(nèi)分機及副管理機實現(xiàn)雙向呼叫對講；門口主機呼叫管理中心時，管理機在通話中可遙控開鎖；在任何狀態(tài)下均可接收各種報警信號并實時顯示報警類型、時間、日期；能隨時查詢歷次報警記錄；帶有RS232接口，可與電腦聯(lián)機；配合小區(qū)管理軟件可實現(xiàn)運程抄表、多路報警、門禁管理、信息等。
單元門口主機（JB-2000IIIMGLC），戶戶彩色可視聯(lián)網(wǎng)刷卡主機，A、B單元各安裝一臺，嵌裝在單元門內(nèi)。功能特點：可視、對講功能；可與小區(qū)管理中心實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，可利用管理中心遙控開鎖；鍵盤夜光顯示；攝像頭配有紅外線發(fā)光二級管，保證夜間圖像清晰；戶戶對講功能；一戶一密碼功能，利用密碼開鎖；可配置感應(yīng)卡讀頭實現(xiàn)刷卡開鎖；感應(yīng)卡的注冊/注銷方式可通過門口主機操作或電腦操作完成；通過配接隔離器，系統(tǒng)容量可擴充到431戶分機。
可視對講分機（JB-2002V），安裝在住戶房間內(nèi)。功能特點：免提彩色可視對講、戶戶對講功能；監(jiān)視、求助、遙控開鎖功能；人性化和弦音樂鈴聲，有11首曲目可供用戶自由選擇；多種顏色外觀，可供選擇。
視頻分配放大器（JB-2002F）,一進九出，每單元根據(jù)住戶數(shù)量設(shè)置4臺，安裝在樓層弱電設(shè)備間。功能特點：信號放大，提高圖像質(zhì)量；高頻補償，防止因線路長造成視頻信號質(zhì)量下降而影響整個系統(tǒng)。
編碼隔離器（JB-2002IIIG）,每臺可配接1-15臺分機，本系統(tǒng)每單元根據(jù)住戶數(shù)量設(shè)置4臺，安裝在樓層弱電設(shè)備間。
開關(guān)電源（JB-2701KD）,輸出電壓DC12V±10%,給單元門口主機、隔離器供電。帶電池，具有過壓、低壓、過流、過熱及短路保護，停電后延時供電。
開關(guān)電源（JB-2702KD）,輸出電壓DC18V±10%,給可視分機、視頻分配放大器供電。具有過壓、低壓、過流、過熱及短路保護。
UPS電源及蓄電池組安裝地下層設(shè)備間，給控制主機（臺式電腦）和小區(qū)管理機供電。確保設(shè)備電源穩(wěn)定可靠，停電后可延時供電，保證系統(tǒng)正常運行。
本系統(tǒng)中弱電豎井內(nèi)電源主線采用RVV2*2.5,可視分機至開關(guān)電源電源線采用RVV2*1.0，門口主機至編碼隔離器、編碼隔離器至可視對講分機的控制線均采用RVV5*1.0,小區(qū)管理機與門口主機的聯(lián)網(wǎng)線采用RVVP6*1.0,門口主機至視頻分配放大器、視頻分配放大器至可視對講分機的視頻線均采用同軸電纜SYV-75-5，所有線纜在地下層和設(shè)備間敷設(shè)在弱電橋架內(nèi)，設(shè)備間至住戶穿土建施工時預埋的PVC管道敷設(shè)。
三、樓宇可視對講系統(tǒng)工程施工
完成系統(tǒng)方案設(shè)計和材料設(shè)備采購后，在施工現(xiàn)場具備施工條件后就可以開始可視對講系統(tǒng)工程的施工工作。施工前要做好準備工作，首先工程施工組織設(shè)計和施工進度計劃要向現(xiàn)場監(jiān)理工程師和業(yè)主方代表報審，施工所用材料、設(shè)備和構(gòu)配件等完成進場驗收工作，同時還要注意協(xié)調(diào)好現(xiàn)場各方的關(guān)系以及用電、配合等相關(guān)工作，確保工程施工順利進行。
施工中要嚴格按設(shè)計圖紙和施工組織設(shè)計方案組織施工，根據(jù)工序安排首先安裝地下層橋架和弱電井道內(nèi)橋架，橋架安裝質(zhì)量要符合相應(yīng)驗收規(guī)范要求，不得偷工減料或安裝不牢固，以免給下步工作造成不利影響，影響整個工程施工質(zhì)量。橋架安裝完成后，弱電設(shè)備間內(nèi)定位安裝視頻分配放大器、編碼隔離器箱，房間內(nèi)整修安裝底座預留的孔洞，合格后安裝底座。
線路敷設(shè)前首先清理預埋的PVC管口、穿引線，線路敷設(shè)時要注意保護好線路不被管口或其它物品劃傷，線路兩端要預留足夠的接線冗余長度，并做好標記。橋架內(nèi)電源線和視頻線要分隔布放或保持一定的距離，避免視頻信號受到干擾。接線工作是本工程施工的重點，因為電源線、控制線、視頻線路接頭多，工作量大。接線過程中一定要按照技術(shù)人員繪制的接線圖進行，線路色譜要對應(yīng)、一致，不得出現(xiàn)錯接、漏接、接觸不好等現(xiàn)象，特別應(yīng)注意開關(guān)電源電壓等級要分清，否則會造成設(shè)備損壞并給系統(tǒng)調(diào)試工作帶來不便。
單元門口主機安裝，要提前給供貨廠商提供門口主機的開孔尺寸，并提醒供貨商預留好門內(nèi)電控鎖線路穿線孔。從土建預留穿線管口到單元門內(nèi)的線路必須注意要穿耐磨柔性導管保護，并留有合適冗余，避免單元門的開關(guān)造成線路損壞、拉傷。可視對講分機剪碼要正確，避免剪碼錯誤或未完全剪短連線，以免在系統(tǒng)調(diào)試時出現(xiàn)檢碼錯誤。
所有設(shè)備安裝完成經(jīng)檢測無誤后，方可進行系統(tǒng)調(diào)試工作。調(diào)試工作一般由廠商技術(shù)人員協(xié)助進行，施工人員要做好調(diào)試記錄，對操作程序、常見故障、解決方法都要做詳細記錄，為提交竣工資料和日后維護工作做準備。
調(diào)試工作完成后應(yīng)達到以下標準：室內(nèi)分機門鈴提示、訪客通話及管理員通話應(yīng)清晰，通話保密功能與分機開啟單元門電控鎖的功能應(yīng)符合設(shè)計要求；門口主機呼叫住戶分機和管理機的功能、夜間監(jiān)視功能、電控鎖密碼開鎖功能、感應(yīng)卡開鎖功能應(yīng)符合要求；管理機與門口機的通信與聯(lián)網(wǎng)功能，管理機與門口機、室內(nèi)分機互相呼叫和通話的功能應(yīng)符合要求；可視對講圖像應(yīng)清晰；市電掉電后，備用電源應(yīng)能保證系統(tǒng)正常工作8小時以上。
系統(tǒng)交付使用前，應(yīng)對業(yè)主管理人員和住戶進行操作培訓，使其掌握基本使用功能。樓宇可視對講系統(tǒng)基本使用功能有：門口主機呼叫分機、呼叫小區(qū)管理中心，分機接聽主機呼叫、監(jiān)視主機前情況，單元內(nèi)戶戶對講、跨單元戶戶對講，求助報警，鈴聲設(shè)置，刷卡開鎖，密碼開鎖、設(shè)置用戶密碼等。
參考文獻：
[1] 熊云，住宅小區(qū)樓宇可視對講系統(tǒng)方案設(shè)計[J].大眾科技,2005, (07)
第8篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：可靠性預計 開關(guān)電源
0 引言
產(chǎn)品可靠性的概念是指：產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，是產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標。在與眾多同行業(yè)產(chǎn)品的市場競爭中，產(chǎn)品的可靠性就是企業(yè)的口碑，提高產(chǎn)品可靠性對于提升產(chǎn)品質(zhì)量等級意義重大，并且這也是提高經(jīng)濟效益的可靠途徑。
可靠性預計是運用以往的工程經(jīng)驗、故障數(shù)據(jù)和當代的技術(shù)水平，尤其是以元器件、零部件的失效率作為參照的依據(jù)，預計產(chǎn)品（元器件、零部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)）實際可能達到的可靠度?？煽啃灶A計作為產(chǎn)品開發(fā)必做的基礎(chǔ)性工程，是產(chǎn)品可靠性從定性分析向定量分析過渡階段最重要的一個環(huán)節(jié)。及時、準確地評價預計系統(tǒng)、分析系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性，才能夠針對設(shè)計要求從多個個性化的設(shè)計方案中優(yōu)選最佳方案，并且實施“預計-改進設(shè)計”的循環(huán)，從而不斷提高產(chǎn)品的可靠性能。
在電子系統(tǒng)中，DND-[48]220/4.5型開關(guān)電源屬于重要元部件，它的可靠性決定了整個系統(tǒng)的可靠性，并且具有產(chǎn)量大、應(yīng)用面廣等特點，因此對其進行可靠性預計具有一定的代表性。
1 DND-[48]220/4.5型開關(guān)電源的工作原理
DND-[48]220/4.5型開關(guān)電源的工作原理方框圖，如圖1所示：
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工作原理：采用高頻鏈電路結(jié)構(gòu)設(shè)計，包含DC/HFACHFAC/DCDC/LFAC變換級。48V直流輸入通過輸入接口器件引腳引入，經(jīng)過高頻逆變電路（DC/HFAC）、高頻整流電路（HFAC/DC）、低頻逆變電路（DC/LFAC），通過插座引腳輸出4.5A/220V交流電壓，完成從直流到交流的逆變。
2 可靠性預計
可靠性預計的一般程序是：首先確定元器件的可靠性，進而預計出部件的可靠性，然后逐級進行預計，最后綜合出系統(tǒng)的可靠性。
2.1 元器件可靠性預計 元器件可靠性預計通常分為兩類：元器件計數(shù)法和元器件應(yīng)力分析法[1]。前者采用通用失效率，計算簡單。后者需要大量控制條件下的元器件試驗數(shù)據(jù)來確定工程變量和可靠性變量之間的失效模型，預計準確度較高。本文采用元器件應(yīng)力分析法進行元器件的可靠性預計。
元器件應(yīng)力分析法，即針對運行時產(chǎn)品各元器件所承受的電、熱應(yīng)力及選用元器件的質(zhì)量等級，承受電、熱應(yīng)力的額定值、結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)和應(yīng)用環(huán)境等利用MIL-HDBK-217F、GJB299B等可靠性預計手冊中所提供元器件失效率模型及相關(guān)數(shù)據(jù)來計算各類元器件的工作失效率[2]。
根據(jù)美國“MIL-HDBK-217F”，一般電子元器件適用的可靠性預計模型為：
λp=λb（πQ×πE×πR×πA×πS2×πC）（1）
其中，λp和λb分別表示“元器件應(yīng)用失效率”和“基本故障率”；πQ、πE、πR、πA、πS2、πC分別表示“通用質(zhì)量系數(shù)”、“環(huán)境系數(shù)”、“電流額定因子”、“應(yīng)力因子”、“電壓額定因子”和“配置因子”：
①元器件質(zhì)量水平：根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗標準，產(chǎn)品可靠性分為B1、B2和C三個等級。其中B1級主要針對質(zhì)量等級在A3，符合GJB597A質(zhì)量檢驗標準的部分進口元器件或軍品器件而設(shè)定的標準；B2級是出自正規(guī)大型生產(chǎn)廠家、質(zhì)量符合GB4589.1標準的國產(chǎn)件；C級則是未明確標準生產(chǎn)廠家且未通過質(zhì)量檢驗的產(chǎn)品。
②元器件的工作應(yīng)力：電路工藝決定溫度應(yīng)力系數(shù)的大小，可通過電路圖分析求得電流和電壓的應(yīng)力系數(shù)。
③工作環(huán)境：元器件主要用于室內(nèi)，環(huán)境類別為GF1，氣候條件正常，地面環(huán)境的機械應(yīng)力系數(shù)幾乎為零，有利于元器件的日常維護。
④由企業(yè)自主研制的零部件，根據(jù)現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)，大致估算該點的失效率。
2.2 系統(tǒng)可靠性預計 從可靠性角度分析DND-[48]220/4.5型開關(guān)電源為串聯(lián)系統(tǒng)，下圖2詳細闡釋了其可靠性邏輯：
■
針對以串聯(lián)形式構(gòu)建的可靠性模型，可根據(jù)公式（2）計算失效率：
λs=■N■λ■（2）
在式（2）中：λ■、Ni和N分別表示“第i種元器件的故障率”、“第i種元器件的數(shù)量”以及元器件種類數(shù)。
進口元件與國產(chǎn)元器件的預計模型分別為MIL-HDBK-217F以及GJB299B。驅(qū)動電路可靠性預計數(shù)據(jù)如表1所示[3][4]，其它電路均按此方法預計。
2.3 預計結(jié)果 整機失效率為：
λs=■N■λ=λ1+λ2+λ3+λ4+λ5+λ6+λ7+λ8=
84.06608（10-6/h）
整機平均無故障工作時間為：MTBF=1/λs=11895 小時
預計結(jié)果的點估計值于現(xiàn)場數(shù)據(jù)得出的點估計值MTBF=9810小時略有差距，其原因是預計中沒有考慮MOSFET、電解電容等器件失效率較高的因素，這些器件是可靠性分配的重點，是進一步改進質(zhì)量的對象。
3 小結(jié)
可靠性預計是一項重要的可靠性工程工作，目前關(guān)于可靠性預計的爭議也有很多[5]，應(yīng)該看到的是可靠性預計工作本身并不會提高產(chǎn)品可靠性，但高失效率單元可通過可靠性預計估計出來，從而深入分析電、熱應(yīng)力設(shè)計缺陷，為提高可靠性提供參考依據(jù)。在開展可靠性工程時，切忌將可靠性預計獨立于可靠性設(shè)計分析、可靠性試驗、可靠性管理等工作單獨進行分析，以免在產(chǎn)品設(shè)計階段制約可靠性的增長，使得可靠性分析脫離預期目標和相關(guān)要求。
參考文獻：
[1]陳曉彤，趙廷弟，王云飛，吳躍.可靠性實用指南[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[2]郭宗文，周真.電子產(chǎn)品可靠性預計方法的研究[J].黑龍江電子技術(shù)，1999（04）.
[3]MIL-HDBK-217F N2，美國軍用手冊《電子設(shè)備可靠性預計手冊》修訂通告[R].
第9篇：開關(guān)電源與設(shè)計方案范文
關(guān)鍵詞：CPLD；絕對式編碼器；通信
引 言
目前國內(nèi)數(shù)控機床中的伺服電機一般都是配套增量式編碼器，而增量式編碼器的精度并不太高且輸出的是并行信號，欲提高其精度就必然要增大編碼器的設(shè)計難度和增多并行信號的輸出，這樣就不利于伺服單元與編碼器的長距離通信。而采用絕對式編碼器，除了其精度比增量式編碼器高幾倍以外，其信號的輸入輸出都采用高速串行通信，節(jié)省了通信線路便于長距離的通信。在編碼器的另一端，采用CPLD與絕對式編碼器進行高速串行通信，CPLD再把收到的編碼器信息轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)送給伺服單元中的DSP進行運算控制。本文將給出CPLD與絕對式編碼器高速串行通信的軟硬件設(shè)計方案。
硬件設(shè)計
硬件主要由電源、CPLD及其電路和絕對式編碼器接口電路三個模塊組成。
電源模塊
電源模塊由開關(guān)電源電路和DC／DC電源芯片組成，如圖1所示。
圖中的開關(guān)電源將220V交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)變成+5V，+15V，-15V，開關(guān)電源可濾除電網(wǎng)中存在的各種干擾，并且開關(guān)電源中的變壓器將220VAC與輸出的+5V，+15V，-15V隔離開，內(nèi)部電路還采用了TL431調(diào)節(jié)開關(guān)管的導通脈沖寬度，因此開關(guān)電源的抗干擾、安全性、穩(wěn)定性及穩(wěn)壓程度都比較好。TPS7333是DC／DC芯片，它將+5V的直流電壓轉(zhuǎn)變成+3.3V穩(wěn)定直流電壓供給CPLD使用，TPS7333轉(zhuǎn)換效率、可靠性和穩(wěn)壓性都比較好，它在輸入電壓為+3.77V～+10V的電壓范圍內(nèi)都能轉(zhuǎn)換出+3.3V，使CPLD不受輸入電壓過高導致其燒壞。
CPLD及其電路模塊
CPLD及其電路模塊主要由CPLD、CPLD編程下載接口電路(JTAG接口)、DSP接口電路、有源晶振、電平轉(zhuǎn)換電路和ADM485及其電路(負責與編碼器通信的接口電路)組成(圖2)。
本設(shè)計CPLD采用Altera公司的EPM570T144C5，此芯片屬于Altera公司的MAXⅡ，MAXⅡ相對MAXI成本更加低，功耗更加小，而器件的宏單元數(shù)更加多，且器件延時控制在6nS以內(nèi)，具有很高的性價比。EPM570T144C5有570個宏單元數(shù)，芯片的引腳數(shù)目為144個，其中可用的I／O口有116個，因此此芯片的資源已經(jīng)足夠用。CPLD主要負責與絕對式編碼器的高速串行通信，并受控于DSP的命令把接收到編碼器數(shù)據(jù)和其他信息并行的轉(zhuǎn)送給DSP。
JTAG接口主要用于下載可執(zhí)行文件到CPLD，在PC機安裝Altera公司的開發(fā)環(huán)境－QUARTUS II，并在此開發(fā)環(huán)境中將編寫好的VHDL程序進行編譯，保證編譯不出錯并且保證功能已實現(xiàn)后，連接好下載電纜到JTAG接口，通過QUARTUS II提供的編程下載工具，對CPLD電路板進行下載。
DSP接口就是由8根數(shù)據(jù)線、3根地址線和1根控制線組成的，8根數(shù)據(jù)線負責轉(zhuǎn)送編碼器數(shù)據(jù)及其其他信息，3根地址線負責轉(zhuǎn)送DSP命令，在CPLD終端進行譯碼，CPLD根據(jù)譯碼得出的命令將編碼器數(shù)據(jù)或其他信息通過8根數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)送DSP，控制線主要是完成CPLD與DSP同步控制。
20M有源晶振主要是為CPLD提供基準時鐘，在時鐘信號的驅(qū)動下，供CPLD產(chǎn)生2.5Mb／s的波特率與編碼器進行通信，和產(chǎn)生10MHz時鐘供一些邏輯控制信號使用，此晶振提供20MHz的時鐘頻率，需要電源提供3.3V的直流電壓。
電平轉(zhuǎn)換電路主要負責將3.3V電壓轉(zhuǎn)換成5V或?qū)?V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V，因為CPLD的核和I／O口需要的供電電壓都是3.3V，而ADM485和絕對式編碼器所需要的供電電壓和I／O口驅(qū)動電壓都為5V，所以需要用電平轉(zhuǎn)換芯片LVC4245A將3.3V轉(zhuǎn)換成5V電壓或?qū)?V轉(zhuǎn)換成3.3V。
ADM485及其電路是CPLD與絕對式編碼器高速通信的硬件銜接。ADM485]2作電壓為5V，其最大通信速率為5Mb／s，采用2個ADM485芯片進行對接通信可提高通信線路上的抗干擾能力，最長的轉(zhuǎn)輸距離可達1.2km。其電路如圖3所示，虛線的右半部屬于絕對式編碼器的外部電路，上拉和下拉電阻都是1K歐姆，限流電阻則是220歐姆，ADM485的SDAT是數(shù)據(jù)輸出引腳，ADM485的SRQ是數(shù)據(jù)輸入引腳，ADM485的DE是外部控制引腳，該腳受CPLD控制，由于RS－485通信協(xié)議屬于半雙工，所以ADM485只能處在發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，當ADM485的DE為高電平時，ADM485處于數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)(即CPLD接收數(shù)據(jù))，當ADM485的DE為低電平時，ADM485處于數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)(即CPLD發(fā)送數(shù)據(jù))。
絕對式編碼器接口模塊
絕對式編碼器接口模塊是指絕對式編碼器內(nèi)部的電源及信號輸入輸出接口電路，其電路與上述的ADM485及其電路是一致的，同樣是采用ADM485芯片及一些上拉、下拉及限流電阻。如圖3所示，虛線的左半部就是絕對式編碼器內(nèi)部接口電路，它負責與外部ADM485(虛線的右半部)銜接，ADM485受編碼器內(nèi)部的控制芯片所控制，當編碼器收到CPLD發(fā)來的命令之后，控制芯片做出判斷后發(fā)送出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，同時控制ADM485的DE為高電平，即使ADM485處于發(fā)送狀態(tài)，當發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，控制芯片義使ADM485的DE處于低電平狀態(tài)，便于隨時接收CPLD發(fā)來的命令。
軟件設(shè)計
軟件是指CPLD的VHDL程序，其主要由分頻器、接收DSP控制命令、CPLD邏輯控制、波特率發(fā)生器、接收及發(fā)送數(shù)據(jù)和串并轉(zhuǎn)換及發(fā)送數(shù)據(jù)六個軟件子模塊組成(圖4)。
分頻器模塊
分頻器模塊主要是把20MHz的輸入時鐘頻率分頻為10MHz和2.5MHz的時鐘頻率，其中10MHz時鐘主要是供給CPLD邏輯控制模塊工作，2.5MHz時鐘主要是供給波特率發(fā)生器模塊工作。
接收DSP控制命令模塊
接收DSP控制命令模塊實際上是實時的采集DSP發(fā)來的控制信號并及時的將控制信號進行譯碼，譯碼完成后立即轉(zhuǎn)送給CPLD邏輯控制模塊。
CP／D邏輯控制模塊
CPLD邏輯控制模塊是整個CPLD軟件的核心，其接收到譯碼數(shù)據(jù)后，立即做出邏輯控制運算，并快速地控制接收及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和控制串并轉(zhuǎn)換及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊。
波特率發(fā)生器模塊
波特率發(fā)生器模塊主要是為接收及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊提供2.5Mb／s波特率。
接收及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊
接收及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊是整個CPLD軟件的重要組成部分，其主要負責與絕對式編碼器高速通信，由于其通信方式是異步串行通信方式，因此其波特率、通信的數(shù)據(jù)格式及RS-485通信協(xié)議都要與絕對式編碼器相同。
串并轉(zhuǎn)換及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊
串并轉(zhuǎn)換及發(fā)送數(shù)據(jù)模塊主要是將接收到的編碼器串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)鎖存在CPLD鎖存器內(nèi)，當CPLD邏輯控制模塊控制其發(fā)送數(shù)據(jù)時，就將鎖存在CPLD鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)以并行的方式放送給DSP，供DSP進行運算控制用。
