直流稳压电源的设计方案十篇

直流稳压电源的设计方案篇1

关键词：单片机直流稳压电源A/D LCD1602

中图分类号：F42文献标识码：A 文章编号：

前言

随着电力电子技术的迅速发展， 直流电源应用非常广泛， 其性能好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。不同的电子设备，要求的电压值、电流也有所不同。所以将常用的符合规格的直流供电模块集成到一个供电电源上是具有广泛的应用价值的。

1、设计方案

选用全波桥式整流电路进行整流。然后要对输入的电压进行调节。在调节方面。可选用可调节三端正电压稳压器进行调节（LM317）。通过整流后得电流幅值变化很大，所以需要用电容对电流进行滤波。用ADC0832对滤波后的电压进行采集转换,传入单片机进行处理,然后让单片机控制的LCD1602将处理后的电压显示即可。图1为方案流程图

图1 方案流程图

2、设计要求

一种基于STC89C52单片机的数控直流稳压电源应满足输入电压为220V AC50HZ输出为直流电压 ；.电压变化范围：0~27V；连续可调 。采用直流电压源为核心，通过滑动变阻器来调节直流电源的输出电压，经过A/D转换器ADC0832采集并转换数据，再经STC89C52单片机进行处理，并由LCD1602显示实际输出电压值。输出电压范围0-27 V ，输出电流为1A。图2为可控直流稳压电源整体电路

图2可控直流稳压电源整体电路

3、结论

随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，向智能化方向发展。

参考文献

[1]《电子电路》（第五版）高等教育出版社

[2]康华光.《电子技术基础》模拟部分（第五版）高等教育出版社

[3]康华光.《电子技术基础》数字部分（第五版）高等教育出版社

直流稳压电源的设计方案篇2

电源是一切电子设备的基础，没有电源就不会有如此种类繁多的电子设备。中职学校电工电子专业的同学作为初学者首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。

【关键词】

直流稳压电源 设计 优化 测评

【正文】

电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。另外，很多中职学校的电工电子专业初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。下面我们就直流电源的基本设计问题进行探索。根据中职学生在校学习阶段的实际需要，提出以下的设计任务和要求：

一、设计要求

1．输出电压可调：Uo= +3V ～ +9V

2．最大输出电流：Io max= 800mA

3．输出电压变化量：ΔVop_p≤5mV

4. 稳压系数：SV≤3×10-3

二、设计方案和论证

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，基本设计：

方案一：单相半波整流电路

传统单相半波整流简单，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，只要横轴上面的半波或者只要下面的半波，所以整流效率不高，而且整流电压的脉动较大，无滤波电路时，整流电压的直流分量较小，Vo=0.45Vi，变压器的利用率低。

方案二：单相桥式整流电路

使用的整流元件较全波整流时多一倍，整流电压脉动与全波整流相同，每个元件所承受的反向电压为电源电压峰值。根据实际情况，综合3种方案的优缺点:决定选用方案二。

三、各电路设计和参数估算

整流电路采用桥式整流电路，电路所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

在设计时，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流输出电流：

（I2是变压器副边电流的有效值。），稳压电路可选集成三端稳压器电路。

3．1集成三端稳压器的选择

三端可调式集成稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和lM337系列的引脚功能相同。

输出电压表达式为:

在式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压 ，此电压加于给定电阻 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 ，电阻 常取值 。电路加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。

LM317其特性参数：

输出电压可调范围：1.2V～37V

输出负载电流：1.5A

输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：3～40V

能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。

3．2电源变压器的选择

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：

由于LM317的输入电压与输出电压差的最小值 ，输入电压与输出电压差的最大值 ，故LM317的输入电压范围为：

即

，取

变压器副边电流： ，取 ，

因此，变压器副边输出功率：

由于变压器的效率 ，所以变压器原边输入功率 ，为留有余地，选用功率为 的变压器。

3．3整流二极管和滤波电容的选用

由于： ， 。

IN4001的反向击穿电压 ，额定工作电流 ，故整流二极管

选用IN4001。

3．4滤波电容

根据，

和公式

可求得：

所以，滤波电容：

电容的耐压要大于 ，故滤波电容C取容量为 ，耐压为 的电解电容。

四、 原理图和元件清单

1． 使用DXP2004设计总原理图，然后由软件自动生成的元件清单。

2． 元件需要三极管、二极管、电解电容、电阻、稳压管、电位器若干。

五、安装与调试(使用Multisim10调试)

按PCB图，制作好电路板。安装时，先安装小元件，这样方便元件的摆放，因此先安装整流电路，再安装稳压电路，最后再装上滤波电路。软件如果没有LM317元件，用LM117代替。模拟实验中：

1. 电位器R2取最大值时，Uo=9.088V

2. 同理电位器R2取最小值时,Uo=2.983V

3. 电位器在0到10K之间，输出电压连续可调：约为3V~9V。

六、测试性能与分析

1．输出电压与最大输出电流的测试

一般情况下，稳压器正常工作时，其输出电流I0要小于最大输出电流，Iomax，取 ，可算出RL=20Ω，工作时 上消耗的功率为：

故 取额定功率为10W，阻值为20 Ω的电位器。

测试时，先使 ，交流输入电压为220V，用数字电压表测量的电压值就是Uo。然后慢慢调小 ，直到Uo的值下降5%，此时流经 的电流就是 ，记下 后，要马上调大 的值，以减小稳压器的功耗。当R5（RL）=20欧姆，Uo=8.78V, Io=438.979mA，同理Uo下降5%（8.332V）时，Io=846.644mA,即Iomax=Io.

2．纹波电压的测试

用示波器观察Uo的峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量ΔUop-p

的值（约几mV）。由示波器得出：ΔUop-p=106。845uV

3．稳压系数的测量

按实际连接电路， 在 时，测出稳压电源的输出电压Uo。然后调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源对应的输出电压Uo1 ；再调节自耦变压器使输入电压 ，测出稳压电源的输出电压Uo2。则稳压系数为：

因为，在调试中，无法得到自耦变压器，所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui):

U1=198V,Ui=10.8V,U1=220V,Ui=12.0V,U1=242V,Ui=13.2V

Ui=10.8V时，Uo=8.72V Ui=13.2V时，Uo=8.740V

所以，稳压系数： =0.0022

结论：误差在允许的范围内，本设计已达到要求。

直流稳压电源的设计方案篇3

关键词： 电子负载； 负载调整率； 自动测试； 小功率直流稳压电源

中图分类号： TN710?34； TP274 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0159?03

0 引 言

电子负载具有体积小，调节方便，工作方式灵活，性能稳定，精度高等优点，被广泛应用于电源类产品和各类电子元器件的实验、测试、检定和老化环节[1]。该方案基于51单片机，设计了一种智能电子负载，与其他同类设计[1?7]相比，具有直流稳压电源负载调整率自动测试功能。

1 系统原理

整个智能电子负载系统由单片机、恒流控制电路、功率负载器件、电压电流检测电路、过压保护、供电电源等构成，系统原理框图如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 恒流及电压电流检测电路

2.2 模/数、数/模转换电路

为了使系统达到一定的精度，且节省单片机I/O口资源，分别选用12位串行模/数、数/模转换器，分辨率达[212=4 096]。[U1]，[U3]分别为模/数、数/模转换器提供稳定的参考电压。模/数转换器选用TCL2543[8?9]，数/模转换器选用TCL5618[10?11]。

2.3 过压保护电路

3 系统程序设计

系统程序采用模块编程、主程序调用各模块的方式实现。主要由定电流、被测电源输出电压检测、被测电源输出电流检测、负载调整率自动测试、按键检测、显示驱动等模块组成。

4 结 语

以51单片机为主控芯片设计了一种新型智能电子负载，使运算放大器工作在深度负反馈条件下实现功率负载恒流，选用12位串行的模/数和数/模转换器，设计过压过流保护电路，通过软件编程实现直流稳压电源负载调整率自动测试功能。实际设计与制作表明，该方案满足设计要求。

参考文献

[1] 丁锐霞，马秀坤.基于Atmega16的智能电子负载设计[J].山西师范大学学报：自然科学版，2008，22（2）：24?27.

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[4] 王子剑，孔峰.基于DSP的数字电子负载控制器设计[J].计算机技术与发展，2012，20（2）：241?244.

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[7] 朱金刚.智能电子负载的设计[J].实验技术与管理，2006，23（6）：26?29.

[8] 鲁成杰，惠力，杨英.C51环境下TLC2543的软件设计[J].山东科学，2010，23（5）：100?106.

[9] 叶钢.基于TLC2543数字电压表的设计[J].数字技术与应用，2011（10）：59?62.

直流稳压电源的设计方案篇4

【关键词】单片机；直流稳压；数模转换

一、数字式可调稳压电源原理介绍

1.方案分析与选择

方案一：数控部分用单片机带动数模转换芯片提供线性稳压电压的参考电压。

优点：对于单片机，系统工作在开环状态，对数模转换的精度要求较高，设计成本低。

缺点：功耗较大，LED数码管输出显示不是系统的精确输出电压，须对它进行软件补偿。

方案二：数控部分用AVR单片机的PWM组成开关电源，再利用AVR的AD转换对输出电压进行实时转换，利用软件进行电压调整以达到稳压。

优点：硬件简单，稳压的大部分工作由软件完成，对单片机的运行速度要求很高，利用手头的ATmaga16L单片机最高8MHz工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高，功耗小。

缺点：输出纹波电压较大，对软件的要求很高。

方案二简单的电路结构起初对设计者很吸引，但是后来了解到AVR单片机的PWM的精度用于开关电源比较勉强，而且开关电源有个通病：纹波电压大，考虑到设计目标对电源的功耗要求不是很严，同时为了保证纹波足够小也鉴于自身对于51单片机和线性电源较为熟练，故选择方案一。

2.总体设计原理

本设计采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，利用4×4键盘输入数字量，通过控制单元输出数字信号，再经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，最后经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。

二、数字式可调稳压电源硬件电路设计

本系统的硬件电路设计主要围着AT89S 52单片机作为整机的控制单元用PROTEL 99SE设计软件来布线的，其中还用到了模数转换芯片DAC0832、外部存储芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩阵式键盘、数码管等其他器件。总体框图考虑到各个元件的电气特性，例如元器件之间的干扰问题，接地问题，布线问题等，本系统将硬件电路设计分为数字部分和模拟部分。

（一）稳压电源数字部分电路

稳压电源数字部分电路即单片机接口电路主要包括：DAC0832数模转换电路、EEPROM接口电路、键盘接口电路、扬声器接口电路、复位电路、晶振电路及数码管显示部分电路。

1.单片机接口总电路

单片机AT89S52与器件的接口总电路如图1所示，下面将各部分电路介绍，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接数码管输出显示部分电路，其中P0口用来输出字段码；P2.5-P2.7用来输出数码管选通位信号；P2.0、P2.2分别接外部存储芯片24C01的数据线（SDA）和时钟线（SCL）；P2.3接扬声器电路，为执行内部程序指令，EA/VPP必须接VCC。

AT89S52的P1口与数模转换芯片DAC0832相连接，用来输出数字量信号；RST为复位脚，用来输入复位信号，同时它还与P1.5-P1.7一起用作ISP下载端口；P3口用做键盘信号输入端口，XTAL1、XTAL2接晶振电路。

2.单片机电路接口电路

主要有：24C01与单片机AT89S52接口电路、4×4矩阵键盘接口电路、扬声器电路、AT89S52单片机复位电路及外部晶振电路、数码管显示部分电路。下面简单介绍一下存储芯片。

稳压电源设计中利用它存储电压输出值，实现掉电保存当前电压值的功能。它的引脚1、2、3、4、7接地；8脚接+5V；5脚与6脚分别接单片机的P2.0、P2.2的同时接5.1K上拉电阻后再接+5V（因连接总线的器件的输出端必须是集电极或漏极开路，以具备线“与”功能）。

3.数字部分电路PCB设计

本系统中，数字部分电路PCB采用Pro-tel99se软件进行设计。如图2所示：

（二）稳压电源模拟部分电路

稳压电源模拟部分电路主要包括电源部分电路，由运放LM324、达林顿管TIP127等构成的输出电压控制单元电路。另外，模拟部分电路属于高压部分，稳压管和达林顿管发热量比较大，要带散热片；同时须将它与5V低压工作的数字部分电路分开，这样可有效地防止元件的损坏，这也是系统为什么将电路设计分为数字部分和模拟部分的原因。

1.电源部分电路

在系统设计中考虑到单片机及其他器件的电源供电问题，采用一个变压器将220V交流电降压再经电桥整流，获得25V左右的平稳电压，然后用稳压管78L24、78L12、78L05进行三次稳压，分别获得24V、12V和5V的稳定电压，24V提供的是运算放大器LM324和达林顿管TIP127的工作电压，5V是AT89S52单片机和DAC0832的工作电压。图3所示。

2.输出电压控制单元电路

系统中，矩阵键盘输入数字信号经AT89S52处理后输出给DAC0832，数字信号经过数模转换后输出的是电流量，因此必须将电流量接电阻后接反馈放大电路以实现稳压输出。本设计的模拟部分利用了LM324作为放大器，采用二级放大电路，第一级为同相比例放大电路，第二级为闭环反馈放大电路。

本设计实际用到的数字式可调稳压电源模拟部分输出电压控制单元电路，其中用电位器和微调电阻作为校准电压值硬件补偿；用达林管TIP127作为调整管，由于其工作时发热量较大，须外加散热装置。

三、数字式可调稳压电源软件设计

本系统软件设计要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，处理后的数据送4位共阳数码管，再送到8位数模转换芯片（DAC0832），以实现数字量对电压的控制。系统中的主程序主要完成键盘扫描、判断、处理和数码显示。

1.编程语言及输入

C语言在单片机的应用中，由于其逻辑性强，可读性好，比汇编语言灵活简练，目前越来越多的人从普遍使用汇编语言到逐渐使用C语言开发，市场上几种常见的单片机均有其C语言开发环境。因此，在本系统中，考虑到汇编语言的这些缺点，采用了C语言作为软件设计语言。

2.软件补偿编程

由于系统采用DAC0832进行模数转换线性稳定度不够好，因此系统实际输出电压值与输出显示值存在误差，必须用软件补偿的办法来消除误差。为此通过测试多组实际输出电压值与输出显示值对比，然后进行软件补偿，所以程序中调用软件补偿函数对输出电压值的补偿，从而消除误差。

四、结束语

本系统的不足之处就是不能对输出电压进行实时采样，为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，系统通过加入模数转换模块（ADC0809芯片）进行模数转换，间接用单片机实时对电压采样，然后进行数据处理及显示。这样一来使系统输出误差更小，效果更好，这也是系统将来的一种功能扩展。

单片机实现的数字式可调稳压电源由于原理简单、稳定性好、精度高、成本低、易实现等诸多优点而受到越来越广泛的重视。其性能优于传统的可调直流稳压电源，操作方便，非常适合一般教学和科研使用。

参考文献

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

直流稳压电源的设计方案篇5

关键词：气保焊 控制板 单片机控制

教学仪器设备改造与设计是长期的多方有利的工作，主要介绍以下几方面：主控电路达到最简，主控器件使用单片机最小系统，简化了电路的设计，使主控系统达到最优。

1 系统简述

1.1 NBC系列抽头式焊机简述

图1 NBC-250/350结构简图

由NBC-250/350结构框图（如图1所示）可见，该系列气体保护焊机主电路由三相动力电经交流接触器接通后，由三相主变压器降压后，再经三相全桥整流，滤波电路滤波后，提供焊接电源。而控制电路板要控制交流接触器、送丝装置，使整机系统协调工作。

本文围绕此控制板进行分析、设计、改进。

1.2 改进前的焊机控制板简述

原控制板主要由电源电路、PWM产生电路、逻辑判断电路、功率驱动电路、交流控制电路等组成。

电源电路为常见的三端稳压电路，24 VAC电源，经整流、滤波后，经7812稳压、滤波后，形成稳定的直流电源，给主要控制部分提供持续可靠的电源。

控制板驱动直流电机欠稳定，造成吐丝不匀、丝红热等现象。硬件复杂，故障率较高。控制板成本较高。软件升级困难。鉴于控制板的以上不足，决定调整其结构。

1.3 改进、设计、调整后的方案概述

调整后的控制板，主要由电源电路、主控器件、驱动电路、开关控制电路等组成。

电源电路与原控制板方案相似，都是采用78系列三端稳压形成直流电源，主控器件采用AVR芯片—ATtiny26，ATtiny26是基于增强AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。数据吞吐率高达 1MIPS/MHz，从而解决了系统在功耗和处理速度之间的矛盾。具有一整套的编程与系统开发工具，包括：宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。

驱动电路选用的场效管，具体型号为IRFP250，IRFP9140，正常工作情况下，IRFP250接受主控芯片ATtiny26送来的PWM信号而决定自身的通断，IRFP250饱和导通时直流电机吸收能量加速，IRFP250截止时直流电机释放能量减速。当焊机停止送丝时，IRFP250截止，而IRFP9140导通，以短路直流焊机，起到刹车作用。IRFP9140的驱动信号由主控芯片ATtiny26经内部运算给出。

开关控制电路采用交流固态继电器代替原系统电磁继电器，使其工作更稳定、寿命更长。

1.4 方案比较及确定（见表1）

由表1可见，调整后方案所用的硬件数量要比原系统少很多，这就大大简化了控制板的硬件电路，降低了成本，而且实现了硬件的可再升级功能。

注：R代表电阻，C代表电容，D代表二极管，V代表三极管，IC代表集成电路

驱动控制部分，改进、调整前采用达林顿对管，这样造成其需要的驱动信号大，给逻辑判断电路带来不必要的负载，抗干扰能力也差。驱动部分由达林顿管改为IFR系列开关场效管，驱动电路直接与单片机接口，进一步简化了硬件电路。

把改进、调整前复杂的逻辑判断电路功能交给主控芯片ATtiny26完成，其内含11路单通道AD、两路高速PWM、2K的Flash存储器等资源，可以完成系统所需的功能。

开关部分采用固态继电器，可与单片机直接接口，最大优点就是没有机械触点、寿命长、可靠性高、响应快。可以解决此部分故障率高的缺陷。

综合改进、调整前控制板，分析及实验可得出调整、设计后方案有以下优点：

（1）硬件电路简单，开发成本低；

（2）维护、维修方便，可利用软件升级产品；

（3）器件可靠性提高，各部分故障率降低；

基于以上优点，最终确定了改进、设计后控制板方案。

2 硬件电路设计部分

系统的组成如图2所示：

2.1 主控芯片、交流开关驱动器件的选取及介绍

ATtiny26有一个片内的10位AD转换器，可以实现7路AD输入，片内有一个PLL可以产生64 MHz的高频PWM时钟频率，有ISP口支持在线编程，是精简指令集处理器，选定ATtiny26作为主控器件。

原系统采用的普通电磁继电器故障率高，选用交流固态继电器控制。

设计中此部分控制器件要用单片机控制，固态继电器可以用单片机直接控制，输入、输出隔离，抗干扰能力较强。最终选定交流固态继电器GTJ11-1，参数见表2。

2.2 电机驱动器件的选取及设计

原系统采用达林顿对管组成直流电机驱动电路，而本设计的选型为IRF系列大功率场效应管。

根据开关管数据手册，选择了IRFP250，IRFP9140。其中IRFP250为N沟道场效应管，IRFP9140为P沟道场效应管，由输出特性曲线可知，此两种型号的场效应管以作开关为主要用途，开关特性非常好，自身功耗较低，最大的优点是可以直接与单片机接口，驱动速度快，信号稳定，可以与主控芯片协调工作。

其中焊机附带的直流电机的参数为65 W，24 VDC，通过比对得到结论，该选型符合要求，选型合理。

2.3 电源电路的设计

设计中采用的电源稳压电路为常见电源电路，采用常见的7805三端集成稳压电路，外加较少的器件，用合成的全桥整流器，经其整流后，电容滤波，送入7805输入端，再经电容滤波，最终输出稳定的5 V直流电源。

2.4 控制板总体布局设计

本设计布局原则为“强弱隔离，减少干扰”。尽量减少信号之间的干扰，减少电路板上打孔的数目，使制作成形的电路板布局合理，外观简单，原控制板的PCB面积为192 cm2，调整后PCB面积为110 cm2，减小了82 cm2，大大降低了设计成本。

3 软件部分

本设计采用结构化程序设计，这种程序便于编写、阅读、修改和维护，减小了程序出错的几率，提高了程序的可读性，保证了程序的质量。实施方法为：自顶向下；逐步细化；模块化设计；结构化编程。程序流程图如图3所示。

4 实验部分结果及分析

调整前控制板理论频率为1 kHz，实验结果是低速、高速时频率较稳定，但中速波动较大，频率跳跃到10 kHz左右。

调整后控制板频率稳定在20 kHz，误差较小。

由实验结果得出：调整后的控制板驱动电机性能较好（如图4a和图4b所示）。

5 结束语

主要介绍了教学仪器改进与设计，包括硬件、软件以及重要的布局处理。

在硬件方面，充分考虑各方面因素，选型时将安全系数适当提高，保证硬件的可靠持续运行，在程序方面，采用结构化程序设计，自顶向下，逐步细化，模块化设计，结构化编程。这样的程序便于编写、阅读、修改和维护。减少了程序出错的几率，提高了程序的可读性，保证了程序的质量。教学仪器设备的改进使教学实验设备各项性能得到了较大的提升，应用于实验教学中，提升了实验教学水平和教学质量，效果良好。

参考文献

[1] 梁合庆.增强核闪存80C51教程[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] 邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京：清华大学出版社，2004.

直流稳压电源的设计方案篇6

关键词：红外遥控；延时电路；继电器；开关控制

中图分类号：TM56,TN710 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1803503

Principle and Design of a Simple Infrared Remote Control Switch

SHAO Sifei1,YANG Yanning1,2,LIU Genju2,SU Pengfei3,MIAO Xiaofeng2,WANG Haijun2

(1.Xi′an Innovation College,Yan′an University,Xi′an,710100,China;2.Information College,Yan′an University,Yan′an,716000,China;

work Center,Yan′an University,Yan′an,716000,China)

Abstract：An infrared remote control switch is designed with analog components such as relays resistors,capacitors,transistors and so on,its power supply systems using capacitance DC buck regulator auxiliary power supply.Opening and shutting is resolved through the different time with capacitor charging and discharging.It introduces the work that the unit circuit theory in paring with digital remote control switch,it is simple in structure,small size,light weight,as well as the advantages of safe and reliable,can be widely used in electrical equipment shortdistance switch control.It has been applied in the laboratory,and made good use of effects.

Keywords：infrared remote control;delay circuit;relay;switch control

电源开关广泛应用于汽车、通讯、电脑、家用电器、玩具工厂、仓库、家庭居室以及办公室等场所。传统的机械式电源开关存在接触电阻大、易磨损、可靠性低以及寿命短等缺点，而红外遥控开关可以解决这一问题。红外遥控开关是无触点电子开关，不产生电火花，安全、方便、在可燃气体等场所使用尤为安全；用电视机的遥控器就可以实现开关操作，安装和代换都很方便，可以用它代换家居中非常普及的墙壁开关，在小家电领域具有广泛的实用价值；将它用于石油存储、液化气、天然气等化工设备中，大大提高了设备的工作安全性与可靠性。

1 设计总体方案

红外遥控开关电路由红外接收头(实现红外接收、放大、整形)、信号延时形成电路、继电器控制电路和电源电路等组成，原理框图如图1所示。

红外线作为短距离的控制信号有其自身优点：易于编码，信号传输过程不易产生干扰等，所以采用红外线作为控制信号。遥控开关系统由红外接收、信号放大、积分平滑电路、继电控制以及电源部分组成。要想对各种电器实现遥控，那么控制信号一定要稳定、安全。在传输过程中要使信号足够强，就不能衰减太多，这就要求电路的电源能够独立给电路各部分供电。电源供电部分可选择用干电池和直流稳压电源2种方案。方案一：干电池供电。其电流稳定，是纯直流电，调试过程会比较容易，不会因电压不稳或电流波动而出现调试不成功的现象。但考虑到此开关可以广泛应用在家电领域，控制对象多为220 V电压，一般固定安装在某个位置更换电池不方便，且由于控制器件一般耗电较多，经济上也不划算。所以不宜采用。方案二：采用220 V电压供电。由于此开关部件多数采用了耐压值不高的电子元器件，要用220 V，电源部分要经过处理才能给电路供电。这里主要有个高压变低压的问题，采用电容直接降压再加上桥式整流器是不错的选择，然后用7805三端稳压器对整流过的电压进行串联调整式的稳压，可以达到设计所要求的效果。如果可以直接加在220 V电源上工作，此开关就能够得到更加广泛的应用。比较2种方案的利与弊，选用方案二。

2 电路设计

红外发射可以直接采用国内很多电视机的飞利浦遥控器。接收与控制电路如图2所示。

2.1 红外信号接收及放大电路

RI为一体化红外线接收头，其外型如图3所示。1脚信号输出、2脚接地、3脚接电源。在未接收到红外信号时，1脚输出高电平，当RI接收到遥控器发射出的红外线后，经内部放大、整形、滤出载波后从1脚输出不同的编码信号的脉冲串［1］；每按一下发射器，就会产生这样的一组脉冲串，由C1耦合到Q1放大、D1整流后，再去触发后续电路。

直流稳压电源的设计方案篇7

关键词：单机片；升压电路；设计与仿真

前言

三项逆变电源在设计阶段需要注意升压电路的设计，一般而言应该在直流电源与逆变电路之间放置相应的升压电路，而最常用的是DC/DC模式，其功能的发挥在于将蓄电池组合体升压到DC540V。但是实际应用过程中会出现电压波动情况，因此应该保证整个输入电压应该保持在108V左右，输出电压则应该保持在540V左右。Boost升压电路的整个结构相对比较简单，整个结构系统中一般只有一个开关管，这种设计方案可以解决传统设计电路对电源功效的损耗，该种结构体系的体积相对较小。

一、设计模式

整个电路的设计电压应该经过严格调试后直接传送到STC12C54010AD单片机，这是因为该种单片机具有八个通道，并且可以持续性的保证输出PWM驱动信号，可以满足一般电路动能的需求，因此该种电路的设计并不需要增加A/D转换电路，也不需要额外增加PWM信号路径，只需要调试PI计算方法就可以严密的控制电路信号传输模式与信号内容，从而让信号传输形成一个完整的循环模式，保证电压的稳定输入与输出。在此过程中需要借助单片机I/O接口，并在此基础之上建立A/D转换口，在DC2DC升压系统的维护下保证整个设计电路系统的完整性，从而最大程度的改善系统功能是设计的关键所在[1]。

二、硬件设计方案

在单机片电路中，如果开关管的通态时间为ton，则电路连通阶段的电能感应量值为L上的积蓄能，可以表示为EIiton。如果断电持续时间为toff，那么在断电阶段的电感L释放能量的积蓄能可以表示为（U0-E）Iitoff。如果整个电路的运行相对稳定，那么一个周期T内的电感L释放的积蓄能量与最终积蓄能量是相等的，那么可以最终表述为：

其中 表示电路的输出电压高于电源实际电压，因此此种电路被称之为升压电路，英文称之为Boost变换器。它也直接表示升压的比值，可以通过相应的方法进行调节，以此来改变整体电压的输出量。如果将升压比的倒数记为β，那么β就表示输出的电压量小于电源的电压。升压电路的输入电压高于电源电压主要是因为L电路储备电压能具有调节电压的作用，此外，电容也可以保持整体电路电压保持稳定。如果将电路中的电能损耗忽略不计，那么电源的供电能量仅仅是由电压负载消耗的，而升压电路则可以被直接当作直流变压器。

整个电路的系统的组成要见还包括二极管，它的最大直流电量可以表述为 。一般电路的电压都有承载度，因此，如果考虑电路的电压、元器件的成本等，那么应该选择RM200HA224F规格的。

电路的电容设计应该以电路的电感电流连续模式为基础，考量电容器内部二极管的电流承载力Id，应该维持整个电流流向为平直电流，因此，在指定的电压限制中，应该设置电容的电压为： 。其中 为波纹电压，规定取值为10V，因此C=31.69（μF）。在电路通电以及充电的阶段内，一般电容的规定容量必须可以进行负载供电，因此所要求的电容也相对较小，而实际选择的电容一般取值为50μF，耐压值应该保持在900V。

对隔离驱动电路进行设计的方法一般是直接驱动法、隔离驱动法和集成模块驱动电路、该逆变电源采用FXB系列集成模块EXB841来驱动IGBT模块。集成模块驱动电路与分立元件的驱动电路相比，有体积小、效率高、可靠性高的优点。EXB841适用于开关频率为40kHz以下的开关操作，可以用来驱动400A，600V或300A，1200V的IGBT。它采用单电源工作，供电简单，内置高速光耦实现输入、输出的隔离，同时，芯片内部设有过电流保护电路，且过电流保护后在封锁自身输出的同时，由专门的故障信号输出端发出故障信号[2]。

电路整体设计完成后应该对电路进行保护系统设计，直流电源中的功率器件IGBT是系统的主要部件，也是最昂贵的部件。由于它工作在高频、高压、大电流的状态，所以也是最容易损坏的部件[3]。因此IGBT的保护工作显得十分重要。该系统中具有较为完备的保护电路及保护程序，保护电路主要有以下几个部分：输出过压保护电路；输入过压、欠压保护电路；IGBT短路保护电路；温度保护电路。

结论：综上所述，在现代物理学发展的推动下，对升压电路的相关研究也随之提高，尤其是在单片机应用基础之上对其相关技术与仿真的研究推动我国电力系统的发展，更成为实现我国工业现代化的强有力保障。

参考文献：

[1]薛俭雷，田春华，万永刚.太阳能电池升压电路的设计与仿真[J].微型机与应用，2012，13：22-24.

直流稳压电源的设计方案篇8

方针和原则。文章根据单项电力工程设计的特点，论述了电力系统规划设计在电力工程设计中的应用，并对如何开展电力系统规划设计

工作提出经验总结。

关键词 电力系统规划设计 电力工程设计 电力电量平衡 接入系统方案 电气计算 系统专业提资

电能作为国民经济各个领域的基础能源，在社会发展中起着举足轻重的作用。电力工业的先行建设，是保证经济发展的先决条件。作为电力工程前期工作的重要组成部分，合理的系统规划是电力系统安全、可靠、经济运行的前提，也是具体单项电力工程设计建设的方针和原则。

一、电力工程中所涉及系统规划设计的主要内容

系统规划设计相关工作可分为长期的电力系统发展规划、中期的电力系统发展设计。其对单项电力工程设计具有指导性的作用，也是论证工程建设必要性的重要依据。

在进行单项电力工程设计时，其涉及到的系统规划设计主要内容包括：(1)工程所在区域的电力负荷预测和特性分析；(2)近区电网电源规划情况及出力分析；(3)根据负荷预测和电源规划结果，进行电力和电量平衡；(4)提出电力工程接入电网系统方案；(5)对所提方案进行电气计算；(6)分析计算结果，并进行方案技术经济比较；(7)为电力设计其它专业提供系统资料。

(一)电力负荷预测和分析

对拟建电力工程附近片区进行电力负荷预测和分析，是电力系统规划设计的基础。在电力工程设计时，主要进行10年以内的中短期负荷预测。

中短期负荷预测，主要围绕国民经济的运行和发展而进行。在总结历年经济数据的基础之上，结合社会经济的发展规划，对中短期的近区最大负荷进行逐年预测；同时，根据已建、在建和规划的大项目情况，对负荷的特性进行必要的研究分析，并确定其对电网供电的影响。

负荷预测的方法多种多样，即有传统的序列预测法，也有模糊理论、专家系统等新方法。对具有重要意义的电力工程，如枢纽变电站、输送大量潮流的电力线路、或大容量发电机组，可采取多种方法预测负荷，分析负荷增长因素及其发展趋势，并从中选出一般可能出现的负荷水平进行分析。

(二)电源规划情况及出力

电源规划是电力系统规划设计的核心内容。对拟建工程周边电网的电源规划进行统计，并分析电源的出力情况，是论证单项电力工程建设必要性的重要依据。

电力电源分为统调电源和地方电源，其中统调电源是指归电网调度统一调度的各类大型发电厂；地方电源则包括各类小水电站，以及企业自备发电机组。每种电源在不同的水文期的出力各不相同，同时新建电源机组会出现在规划期间逐年投产的情况，因此，需对电源出力情况进行详细的分析统计，以利于下一步工作开展。

(三)电力电量平衡

电力电量平衡在电力系统规划设计中起约束条件的作用。根据电力负荷预测和电源出力分析，进行项目所在地区、供电区域进行电力、电量平衡计算，并对平衡结果进行分析，从而确定电力工程的布局和规模。

通过负荷预测确定各水平年的系统最大负荷，结合各类电源的出力分析，得出电力电量盈亏，从而确定电力系统所需的发电、变电设备容量。该容量应满足负荷需求的工作容量加上系统需要的备用容量。此外，在进行电力电量平衡时，还需考虑分区间的电力电量交换，并根据情况增减设备容量。

(四)接入系统方案

根据工程所在地原有网络特点、负荷分布和电网发展规划等情况，说明项目工程在电力系统中的地位和作用，按照电网规划，以及政府部门的审批意见，提出项目接入系统比较方案。

在论述项目接入系统方案时，应远近结合、综合考虑节约用地、节能降耗、电网新技术的应用。与此同时，需提出项目工程各方案的布局和规模，投产年及终期近区的电网结构、运行方式和供电电压等内容。

(五)电气计算

电气计算是电力系统规划设计的主要内容，包括：潮流计算，稳定计算，短路电流计算和无功补偿计算。

第一，潮流计算主要是对电力网络中的功率和电压的分布进行计算，通过潮流计算可确定系统运行方式，检查各元件是否满足运行要求，并为系统继电保护和稳定计算提供依据和初值。

潮流计算作为电力系统设计中最基本的计算，是比较电力工程各接入系统方案最直观的方法。通过潮流计算得出的电网各节点电压、各网络元件电力损耗、以及电力潮流的分布情况，可直接用于分析各接入系统方案的可靠性、合理性和经济性。

第二，稳定计算是指根据要求，对电力系统的各种故障情况进行模拟计算和分析，从而确定电力系统稳定问题的主要特征和稳定水平。

稳定计算多是基于潮流计算结果的基础之上，在单项工程设计中常用到的稳定计算包括电力系统暂态稳定计算、电压稳定计算、以及频率稳定计算等。通过进行各种稳定计算，可校验各接入系统方案的运行参数能否满足稳定运行的要求，在必要的情况下提出安稳策略和保障措施。

第三，短路电流计算主要是验算在给定的网架中，由于故障短路而在电气元件上产生的不正常电流值。计算项目工程接入系统节点处的各种短路电流，能为电气设备的选型提供依据。

直流稳压电源的设计方案篇9

1高压直流输电和FACTS技术的发展

1.1±800kV及以上电压等级特高压直流输电技术

中国专家介绍了向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程的最新进展,本工程于2009年12月通过了单线运行试验。专家阐述了已通过长期运行试验验证的向家坝—上海工程中对于±800kV特高压直流输电系统所获得的运行经验,并重点介绍了换流变压器、穿墙套管及外绝缘。印度专家介绍了NER/ER-NR/WR互联工程,该工程用于将水电机组发出的电能输送至印度东北部的主要负荷中心。通过位于Assam州和WestBengal州的2个整流站,使用1条1728km的直流线路将电能送至新德里附近的Agra逆变站,从而构成一个多端直流输电系统。专家重点介绍了多端直流输电结构的运行和控制策略,例如:并联运行、正常和保护解列运行、直流线路故障清除、不同换流站之间的协调配合,以及系统的故障处理措施等。与会专家还介绍了±1000kV及以上电压等级直流输电系统的技术可行性和研究开发需求,其主要观点包括:1000kV特高压直流输电系统在传输容量超过7000MW、输电距离超过1500km时才能体现出经济优势;南桥—广东和向家坝—上海2条±800kV输电线路的运行记录应该作为开发±1000kV设备和新的工程是否选用±1000kV电压等级的重要参考资料;研发±1000kV换流站设备存在的主要挑战包括绝缘问题、直流套管设计、开关设备和支撑绝缘子等;为减小工程投资,在设计直流架空线和杆塔时应认真考虑现有±800kV系统在电磁场、可听噪声、无线电干扰、闪络特性等方面的设计与运行经验。

1.2基于新型拓扑结构的VSC-HVDC系统

世界上首个基于模块化多电平换流器(MMC)的直流输电工程———TransBay工程,用于从匹兹堡向旧金山市提供电力,其额定参数为400MW/±200kV。由于具有电压支撑能力,工程的投运将使得旧金山市电网的运行稳定性得以提高。专家介绍了MMC拓扑的基本原理、不平衡工况及故障下的交流系统运行特性,以及基于MMC的直流输电系统的接地和换流站布局设计方案。有专家介绍了适用于FACTS的MMC的特性和优点,并讨论了适用于VSC-HVDC的多种MMC拓扑。其中包括级联两电平换流器,其基本结构与普通MMC相同,但桥臂上的每个子模块均由串联的压装式绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成,开关频率为150Hz。专家认为使用此拓扑可以将每个换流器的损耗通过协调控制降低1%左右。有学者提出了一种用于电压源换相系统的新型换流器拓扑,由串联半导体器件构成的阀与MMC共同组成。混合拓扑的基本思路是充分利用两电平换流器和MMC结构各自的优点,其中,两电平换流器承担主要的能量传输功能,MMC提供必要的交流输出波形。这种混合结构的一个主要优势在于只需要较少的MMC子模块,因此每个换流器的体积和重量都可以大大减小,有利于实际工程的应用。

1.3多端高压直流输电网络

魁北克水电局的专家作了一个关于从魁北克到新英格兰之间的多端直流输电系统运行经验的介绍。此系统目前大约有40%~50%的时间运行在多端模式下。工程为包含多个换流器的直流电网的运行和保护提供了丰富的经验,也是直流输电系统应用的一个良好拓展。专家认为,有迫切需要时,直流断路器会得到非常快的发展。同时,需要确定一个直流电压的标准以避免直流电网中含有过多等级的电压。因此,对于如何建立较大的直流电网还需要完成大量的工作。根据电压源换相直流输电网络的潮流控制需求,阿根廷学者提出了一种可行的控制方案。该方案采用有差调节控制策略,这种控制策略与交流频率控制比较类似。专家提出了有功平衡控制和稳态潮流计算的基本原则,同时还指出直流电压是多端直流输电系统功率平衡的一个重要指标。通过案例分析,得出高压直流输电网络中采用直流电压控制的换流站对与其相连的交流系统影响较大,因此,在大规模直流输电系统(如高压直流网络)中,新型潮流控制策略的设计对系统的稳定运行十分重要。

1.4利用FACTS技术提高系统输送能力

利用FACTS技术提高系统运行效率的典型实例为挪威ViklandetTunnsjφdal静止无功补偿器(SVC)工程。该工程于2008年安装完成,用于增加送往挪威中部地区的功率,使用了2台±250MvarSVC装置和9台100Mvar并联电容器组。挪威学者介绍了该工程的设计、建设和第1年的运行经验,以及主要设计参数、SVC阀、控制和保护系统。同时对工程中应用的特殊技术也进行了介绍,包括功率振荡阻尼和环境污染保护系统等。静止同步串联补偿器(SSSC)在西班牙已得到实际应用。相关专家介绍了电网对功率控制系统的需求,特别是用来缓解过载对电网带来的危害,同时说明了在SSSC的规格和相关设计中都必须考虑到系统参数。该工程的额定容量为47MVA,可以满足其所连接的340MVA线路的控制要求,并且在前期研究论证阶段已通过潮流和短路电流的仿真分析验证了设计的正确性。

2高压直流输电和FACTS工程的运行经验及新工程

2.1通过陆地或海底电缆实现电网互联

罗慕洛项目是一条连接着西班牙半岛和马略卡岛的长达243km的海底高压直流输电线路,是西班牙单个项目投资最高、世界上海底深度最大(1485m)的第2大电缆系统,也是西班牙计划建设的第1条高压直流输电线路,计划于2011年投入运行。工程采用金属回线,其传输容量为2×200MW,直流电压为250kV。另一个互联工程位于巴西西部,在里约马代拉河的水电站与圣保罗附近的负荷中心之间计划建立2条3150MW/±600kV的直流连接线路。该工程的一个突出特点是采用了2个不同供货方提供的大容量换流器,而且彼此在同一个接入点连接到500kV的交流母线上,因此,在前期系统分析中需要从无功交换、谐波、控制特性等方面验证2个换流站彼此之间不会产生不利影响,且需保证2个换流站在同时运行时其控制不能相互影响和干扰,在任何工况下都能够稳定运行。

2.2在交流网络中增加FACTS

有专家介绍了在配电系统中使用的有源滤波器的拓扑结构比较,以及这种装置的一种应用。因为直流输电和FACTS设备产生的大量谐波,以及系统中现有电容带来的谐振,都会导致滤波器需求的增加。专家对于滤波装置的拓扑结构和特性进行了描述,并给出了相应的解释。2009年初,在芬兰的400kV输电系统中安装了+200Mvar/-240Mvar的SVC。该SVC的主要目的是在从芬兰南部向北部甚至更远的瑞典传输较大功率的情况下,有效衰减区域间的机电振荡。因此,该SVC在输出情况下的功率振荡阻尼控制仅采用了有功控制模式,以确保系统严重故障引起大幅度区域间振荡时可用的无功容量。Joetsu热电厂属于日本关中电力公司,主要为日本中部地区提供电力。距离该厂最近的500kV主环网约300km,在重负荷条件下单相故障可能会导致电厂从系统中失步,且线路故障还会引起过电压,故有必要安装静止同步补偿器(STATCOM)以解决稳定性问题和过压问题,为此,关中电力公司计划在2013年配备450MVA的STATCOM。

2.3可再生能源应用

对于水电是否是一种可再生能源,一直有人存在着疑问。对于工程人员来说其作为可再生能源是显而易见的,但是对于部分政府人员和公众来说这个答案则不是那么容易接受的。巴西、印度和中国的电力能源发展严重依赖于水电(正在规划的有22GW)。为了充分利用这些能源,采用直流输电是一个重要的技术手段。在过去10年间风电技术的发展使得大量的风电场接入电网,并且其容量还在持续增加。在保证电力系统的安全可靠以及供电质量的前提下,将风电接入电网存在诸多的挑战,而电力电子技术的发展已经成为解决这些问题的关键。目前的电力电子技术已经使得风电的安全性、可靠性和灵活性不低于任何现有其他类型的发电方式。有学者介绍了澳大利亚和新西兰风力发电的发展情况,澳大利亚和新西兰可能是世界上风电接入电网比例最高的地区,其使用FACTS装置将风电场接入电网,其中涉及到在电网连接点的SVC和STATCOM、少量小型静止无功补偿涡轮发电机、双馈感应电机和连接发电机的交—直—交转换等相关技术。关于非可计划性能源(如风力发电和光伏发电)对于系统稳定性和电压控制的影响也进行了讨论。丹麦的经验表明了风电场可以为交流系统提供惯性控制,以及有功和无功功率控制。但是,在2006年的欧洲大停电事故中,相对较小的功率(大约7GW)却导致了大规模(17GW)的甩负荷问题。因此,对于将可再生能源作为常规能源来使用,还需要一个很长的过程。

3高压直流输电和FACTS工程技术问题

3.1工程的视觉污染、接地电流、可听噪声、电磁干扰等环境问题

随着环境保护要求的日益提高,电力工程设施对于其周围环境的影响也越来越受到关注。接地电流和电磁干扰等问题已经得到了较多的重视并有了良好的解决方案。而各种电力设备所产生的噪声对周边群众日常生活的影响,以及工程设备和建筑与周围环境协调的问题,目前也逐渐受到重视。通过在建筑内使用各种吸音材料和在设备周围布置隔音屏蔽等措施来对噪声进行抑制,已经取得了良好的成效。而在工程设计时充分考虑工程建筑与周围环境的视觉协调设计,并对工程设备进行必要的遮挡,是解决视觉污染问题的有效措施。卡普里维高压直流输电联网工程提供了从纳米比亚到赞比亚电网之间的输电走廊。该工程使得纳米比亚电网能从水电资源丰富的国家得到充足的电力供应。目前,该工程已经在单极模式下使用金属物回路和大地回路进行了试验,针对未来的双极扩展也已开展了可行性研究。对于使用大地回路的方案在不同运行模式下进行论证,需要综合考虑地表特征、地下金属结构物、输电走廊内地下构造等多方面因素。有学者对SCB4文章中相关但不经常涉及的方面进行了深入的探讨,如考虑土壤电气和热应力特性及土壤深度而进行的接地极选址研究、用来评估选址结论的不同调查结论,以及接地极对环境的影响等。从而指导直流输电换流站址选择、地理位置调查、接口的影响和接地极的设计,同时还给出了工程特征和应用情况概述。

3.2含高压直流输电的交流系统特性

有关专家对于使用电压源换相直流输电进行电网互联和可再生能源发电接入问题进行了研究,并主张在控制中引入直流电压斜率控制。这种控制方式是对交流系统中发电机间功率分配技术的延伸,同时在处理不同干扰和功能边界时进行了改进。提出采用闭环直流电压控制与直流弯曲特性联合的方式进行直流电网管理,以确保系统操作的平滑控制并在不同换流站间合理分配,同时采用多端直流输电系统进行近海输电网络支撑来提供动态频率控制和功率振荡阻尼。在多馈入直流输电系统的相互影响强度指数方面,专家解决了中国南部电网多馈入的相互影响问题。目前该区域内已有4条完全投入运行的高压直流输电线路,第5条高压直流输电线路也已经在试运行。目前,已经对相互影响指数进行了评估,并正在提出一个新的指数。

3.3工程方案选择、监管、许可、资金和技术风险问题

有学者针对日本北海道—本州岛的直流输电线路,介绍了满足电力系统运行需要的控制方法及运行特性,提出了增加直流输电系统灵活性的方法,以便使系统在功率降至0.1(标幺值)以下时仍能正常运行。这种方法在零功率附近避免了多次极性翻转并减小了电缆的绝缘应力。该学者认为这些技术同样可以应用于任何一个直流输电工程。巴西学者介绍了马德拉群岛直流输电系统的设计及其实现的过程,其连接了圣•安东尼奥和吉拉乌水电站。在考虑稳态运行、动态性能和经济评估的基础之上,设计人员对多种不同的输电方案进行了可行性研究,最终提出了直流输电方式、混合型输电方式和交流输电方式3种方案。直流输电方式由2个双极直流输电和2个局部负载连接背靠背系统组成;混合型输电方式由1条直流线路和2条500kV交流线路组成;交流输电方式则选择了3条相并联的750kV交流线路。在经过深入分析之后,最终交、直流混合型输电方案因报价低在投标过程中胜出。从这个过程中可以看到,马德拉工程的确定方式是由经济、技术和在其他事项上具有影响力的因素综合决定的。

直流稳压电源的设计方案篇10

关键词：变频器恒压补水节能

中图分类号： TE08 文献标识码： A

前言

供暖系统在我国北方的冬季是必不可少的，暂且不论冬季供暖带来的环境污染，但它确实给严寒中的人们带来了温暖和方便，并且人们越来越关注供暖质量的稳定。这其中，热水锅炉压力的稳定就直接关系到供暖系统的供热质量。传统的人工补水的方法，难以保证补水的实时性，管网的压力波动较大不利于系统的安全运行，而且浪费能源。变频调速恒压补水很好地保证了供暖热网的稳定，节约能源要想保持供暖系统压力的稳定，补水系统的压力稳定是关键。恒压补水是指在小区供暖系统中用水量发生变化时，始终保持回水压力不变，这样既保证了供水能力，使系统管网压力稳定，又使供暖质量大大提高。介绍了供暖热网恒压补水控制的基本原理，设计了变频恒压补水系统的控制方案。进行了变频恒压补水系统的性能分析和经济效益分析。实际运行表明，系统运行稳定、可靠、节能。

1.变频恒压供水系统的工作原理

当用户将系统压力恒定为HA时，水泵对应的运行工况点为A，流量为QA，压力为HA，当系统流量由QA降为QB时，水泵扬程升为HB时，这时变频控制器收到信号，将水泵转速由NA降为NB，使水泵扬程控制在QA，点B为变转速后的运行工况点。同理，如流量从QB降为QC时，转速变为NC，C点为变转速后的运行工况点，且C点处水泵扬程维持为HA。这样水泵在运行过程中节省了BB’、CC’这段不必要的扬程，这就是恒压供水的节能原理。从上述的节能原理分析可以看出，水泵的运行工况点始终维持在扬程为HA的水平线上。这样使整个系统在运行过程中，始终维持了最不利点所需压力，保证了系统的安全运行，节约了部分能耗，但根据水泵相似定律的特例―比例律的相似条件，变频恒压供水系统中，水泵的运行工况点不是相似点，因为所有工况点为一条水平直线，而非一条以原点的相似工况抛物线。如图1所示。

变频恒压补水系统采用一个压力变送器（输出信号为4～20mA）检测供暖热网的压力，压力变送器的输出信号作为系统的反馈信号。系统的控制目标是换热站补水的压力，系统设定的给水压力值与反馈的压力实际值进行比较，其差值输入PID 调节器回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制水泵转速，完成补水压力的闭环控制，从而实现管网流量变化时达到稳定补水压力和节约电能的目的。

2.变频恒压补水控制方案设计

该系统是为了满足某小区集中供暖的供暖质量而设计的。有两台60kW 电机作为循环泵用（一备一用），两台3.7kW 电机作为补水泵用（一备一用），这里假设循环泵工作正常，经测算和实验表明，一台3.7kW 电机足以满足补水的需要。现用一台富士变频器FRN-400V 系列的产品FRN -3.7G -11S -4CX 来实现补水热网的恒压（0.4MPa）。压力变送器选用YGS-3（选用0~1.0MPa 量程）两线制仪表。由于YGS-3 两线制压力变送器本身不带电源，因此，需要外加一+24V电源串接到压力变送器回路中。变频器使用外部操作方式。由于要用PID 调节和4～20mA 电流信号输入，因此，需将变频器的RT 和AU 端子置为有效。

2.1 主回路控制方案。系统有手动和自动两种运行方式。1QF 为手动（工频）回路，2QF 为自动（变频）回路。手动时加过载热保护，自动时由变频器参数设定过流保护。

2.2 控制回路控制方案。当控制方式打到手动时，即进入手动运行方式，此时可通过控制柜的按钮1ST 或2ST 直接工频启动任一电机。此工作方式在变频器损坏或水泵巡检时使用，这时无法使用变频功能。当控制方式打到自动时，即进入自动运行方式，此时通过控制柜3ST 按钮启动变频器，变频器将根据设定实现自动恒压补水。

2.3 参数设定。变频器的参数设定在调试过程中是十分重要的，如果参数设定不当，不能满足生产的需要，导致起、制动失败或工作时常跳闸，严重时会烧毁功率模块富士变频器参数达几百个以上，调试时，大多数参数可不变动（按出厂值不动即可），只要把使用时原出厂值不合适的予以重新设定就可。如外部端子操作、最高频率、上下限频率、起动时间、过流保护、过压保护、PID 参数等必须要调整，当运转不合适时，再调整其他参数。根据该系统的实际需要，对变频器的参数做如下设定：

1）根据用户对运转指令要求，选择外部启停，选F01=2。2）由于使用4～20mA 反馈信号，设定端子FWD 输入选择F02=1。3）根据补水的实际需要，设定上限频率F03=50Hz。4）由于加速过快时容易引起过流保护，设定加速时间F07=10s。5）停泵时宜长不宜短，快速制动易产生“水锤”，设定减速时间F08=15s。6）根据3.7kW 电机额定电流的匹配，设定过电流保护F11=9A。7）PID 控制自动模式切换，设定F20=1。8）PID 反馈动作选择，设定F21=1（4～20mA）。9）比例带，设H22=80%。10）PID 积分时间，设H23=0.5s。11）PID 目标设定H24=50%。

3.性能分析与节能效果分析

水泵是按工频运行设计的，同步转速为n=60f/p，其中磁极对数p 在厂家制造出来时已经是固定的，只有通过改变频率f 来改变转速n。通过变频技术来改变补水泵的流量，水泵消耗功率与转速的三次方成正比，即N=Kn3，其中N 为水泵消耗功率，n 为水泵运行时的转速，K 为比例系数。事实证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能效率可达30%～40%。

结语

变频恒压供水控制技术逐渐成为我国供水行业的发展趋势。恒压控制技术的提高，可以加强供水控制系统的稳定性和提高节能效率，功能全面，操作方便，有利于数据的快速传输，对经济效益和社会效益起到了一定的促进作用。恒压补水技术因采用变频器改变电动机电源频率，与通过调节阀门开度控制水泵出口压力的方式比较，具有降低管道阻力、大大减少截流损失的效果。而且由于工作在变频工况，在水泵出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。另外，因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，工作正常时，可实现无人值守，降低了人员的劳动强度，节省了人力。该系统的实际运行效果表明，采用这种设计方案全面提高了小区供暖补水系统的可靠性、动态性能指标和经济技术指标。

参考文献

[1] 5000G11S/P11S 一般工业用标准系列.富士变频器说明手册[S].

[2] 孙长玉，袁军.供热运行管理与节能技术[M].北京：机械工业出版社，2008.