直流稳压电源的设计方法十篇

直流稳压电源的设计方法篇1

【关键词】电子 线路实验 分析

一、电源的应用背景

电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220V、50HZ电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电电源，如收音机、电视机、带微控制处理的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两种：一类是能直接供给直流电流或直流电压，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压，这类变换电路统称为直流稳压电路。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作。220V、50HZ的单向交流电源变压器降压后，再经过整流滤波可获得低电压小功率直流电源。然而，由于电网电压可以有+10%变化。为此必须将整流滤波后的直流电压由稳压电路稳定后再提供给负载，使负载上直流电源电压受上述因素的影响程度达到最小。直流电源电压系统一般有四部分组成，他们分别是电源变压器、整流电路，滤波电路、稳压电路。

二、总体设计

（一）设计的目的和任务

1、设计目的

（1）了解整流、电容滤波电路的工作原理；（2）掌握集晶体管稳压电源设计方法；（3）掌握仿真软件EWB使用方法；（4）掌握稳压电源参数测试方法。

2、设计任务

（1）稳压电源的主要技术指标：① 电网供给的交流电压为220V，50Hz；② 输出电压为6～12V；③ 输出电阻《0.4Ω；④ 最大允许输出电流2A； ⑤ 稳压系数S《8*10-?；⑥ 输出纹波电压《10mv（当Io=2A）；⑦ 具有限流保护功能，输出短路电流

（2）设计要求：① 根据设计要求确定直流稳压电源的设计方案，计算和选取元件参数。② 完成各单元电路和总体电路的设计，并用计算机绘制电路图。③ 完成电路的安装、调试、使作品能达到预期的技术指标。④ 给出测试各项技术指标的方法，撰写测试报告。

（二）设计原理

1.设计原理

电子线路在多数情况下需要用直流电源供电，而电力部门所提供的电源为220V、50HZ交流电，故应首先经过变压，整流，然后在经过滤波，和稳压，才能够获得稳定的直流电稳压电路稳定后再提供给负载，框图如下：

2.串联型晶体管稳压电路

晶体管串联稳压电源的组成，220V交流市电经过变压，整流，滤波后得到的是脉动直流电压Vi，他随市电的变化或直流负载的变化而变化，所以，Vi是不稳定的直流电压，为此，必须增加稳压电路。稳压电路取样电路，比较电路，基准并电压，和调整元件等部分组成

（三）总体设计方案

1.变压环节

通电为电压220V，频率为50Hz，为了保证后面可调范围为6～12V，选择初次级线圈匝数比为2000：141的pq4-10

2.整流、滤波环节

实验选择4个IN4002的二极管作为整流电路

因为市电频率是50Hz为低频电路，选择RC滤波电路。本实验选择的电容为1200μF

3.稳压环节

（1）调整元件。作为一个理想的电源，其内阻应该尽量小才能保证具有稳压的效果，根据晶体管放大器的知识可知：共集电极电路的输出阻抗最小。所以选择共集电极电路来实现，且尽量选择β值较大的晶体管，但是后来会发现并不是如此。由于电流和功耗等的影响，所以最好采用复合管来实现该要求，且有一个大功率管就可，本实验该电路选择的晶体管型号为2N3414（早期电压为51V，测试前高电流拐点为4.6A，功率很大），其它两管为小功率管MRF9011

（2）取样电路。这部分由两个电阻和电位器来实现，通过调整电位器的使输出电压的可调范围从6V到12V。

4.参数计算

输出电压 V0=5.982～12.15V

最大输出电流2A

R0计算：Ro=ΔVo/ΔIo*Vo

RL=50 Vo=7.177V，Io=143.5mA

RL=100 Vo=7.181V，Io=71.82mA

R0=0.35

稳压系数：s=0.038

Ro=ΔVo/ΔIo*Vi/V0

当vi=23.16v时候，v0=7.176

当vi=20.86v时候，v0=7.146

通过计算可得S=0.038

符合要求

纹波电压20.1mv

输出电流=3.016A

三、结束语

通过这次课程设计，我对于模电知识有了更深的了解，尤其是对串联直流稳压电源方面的知识有了进一步的研究。在电路的仿真过程中也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了对模拟电路设计方面的兴趣，理论与实践得到了很好的结合，加深自己对实用价值和理论的统一的了解，但对于理论和实际应用的统一和对于器件在实际中的使用还有很大的不足，不能在使用器件时选择合适的参数的器件，不能根据器件的编号知道器件的基本功能。在这方面需要很大的提高。

直流稳压电源的设计方法篇2

关键词：Multisim12.0 电子线路 实验教学 设计初探

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0170-03

当前由于部分学生创新意识弱、知识掌握不牢固和缺乏毅力，导致他们创新能力偏低，学习的效果不尽人意[1]。为改变这一状况，引入Multisim12.0仿真软件模拟实际电路，将多媒体及屏幕广播应用于电子线路课程设计教学中，充分激发学生学习的兴趣，调动他们的主观能动性，使学生了解到模拟电子技术这门课程并不抽象，而是与工程实际紧密联系着的，有着十分重要的实用价值。

电子线路课程设计是为配合模拟电子技术基础课程的教学而开设的。首先采用EDA（电子设计自动化）技术中的Multisim12.0软件来对模拟电路进行仿真运行，让学生完成EDA技术方面的初步训练，然后搭接出实际电路[2]。通过这一环节，对培养学生的创新思维、综合能力素质与工程实践能力等方面均能进行全面的检验[3]。

1 Multisim12.0软件简介

电子线路课程设计所用的Multisim12.0是美国NI（国家仪器有限公司）推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作，12.0是目前该软件的最高版本。它具有更加形象直观的人机交互界面，包含了Source库、Basic库、Diodes等15个元件库，提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如：电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。采用图形方式创建电路，再结合软件中提供的虚拟仪器：数字万用表、函数信号发生器、四踪示波器等对电路的工作状态进行仿真和测试，设计者可以轻松地拥有一个元件设备非常完善的虚拟电子实验室。

2 Multisim12.0软件应用实例

为了培养学生在电子线路课程设计中对电路的分析能力、发现规律并验证结果的综合创新实践能力，使学生掌握科学的学习方法，选择了一些既实用又有代表性的课题：常用波形转换发生器、双电源共射极耦合差分放大电路（动、静态分析）、微积分运算电路等。下面以直流串联型稳压电源仿真为例，说明 Multisim12.0软件的具体应用。

2.1 直流串联型稳压电源总体结构

当前绝大多数设备及装置都需要直流电源进行供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。直流串联型稳压电源原理框图如图1所示。

直流串联型稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。电网供给的交流电压（220 V，50 Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压，再通过滤波电路滤去交流分量，得到比较平直的直流电压，但这样的电压会随着交流电网电压的波动或负载变化而变化，故在对直流供电要求较高的场合，还需要稳压电路，使输出电压更加稳定。

2.2 直流串联稳压电源原理图输入

利用Multisim12.0软件友好的操作界面，建立新文件，新建项目，创建电路图，连接电路。直流串联型稳压电源仿真电路如图2所示，图中虚框标注了四部分模块组成。采用桥式整流，电容滤波电路，稳压电路是一个闭环的负反馈控制系统。

（1）原理分析。

假设由于负载电阻的变化（输入电压不变）引起输出电压瞬时降低时，通过R4、R5，调节的取样电路，引起三极管基极电压（）B成比例下降，由于三极管的，所以发射结电压（）BE将减小，于是与构成的复合管的基极电流（IQ1）B减小，发射极电流（I）E随之减小，管压降（UQ1）CE增加，由于输入电压不变（），这样输出电压就上升，反之，输出电压则下降。通过以上的负反馈控制，最终使输出电压稳定，达到稳压效果。

2.3 输出电压调节范围

调节取样电路中的值可改变输出电压。输出电压的最大值为：

输出电压的最小值为：

通过计算可以看出，调节的阻值就可以控制输出电压的范围。这里，以保证调节到合适的阻值时，稳压输出6 V。

3 仿真验证

在Multisim12.0 软件右侧栏的仿真仪表中选择Multimeter（万用表）XMM1和XMM2分别测量三极管的集电极与发射极管压降VCE和输出电压，选择四踪示波器XSC1方便测试各点输入输出波形。

3.1 负反馈稳压仿真

改变负载阻值，分别调整为330、100和1K，万用表XMM1和XMM2测量三极管的集电极与发射极管压降VCE和输出电压的值如表1所示。

由表1中的测量值可以看出，当负载变大时（330调整为1000），引起输出电压瞬时降低，三极管的集电极与发射极管压降VCE变大（39.12 V变为39.25 V），导致输出电压由6.097V增至6.099V；当负载变小时（330 调整为100 ），引起输出电压瞬时升高，三极管的集电极与发射极管压降VCE变大（39.12 V变为38.68 V），导致输出电压由6.097 V降至6.089 V，稳压6 V得以验证。

3.2 稳压系数测量

衡量稳压电源稳压的主要质量指标有输出电阻，稳压系数和纹波系数。这里选取了稳压系数进行动态测试。在输出端接入负载=330 ，当负载不变时，输出电压和输入电压的相对变化之比，即（式1），调节电源输出值，模拟电网电压波动10%，测得数据和如表2所示。将数据带入（式1），得，可见输出电压相对稳定。

3.3 仿真值与理论值对比

当电源电压为220 V时，将仿真电路图2中的滑头调整为0%，用数字万用表测量，得=3.628 V（理论值=3.77 V）；滑头调整为100%，用数字万用表测量，得=8.546 V（理论值=8.87 V）。与理论计算值对比，相对误差为0.038%。

3.4 仿真波形

在仿真仪表中选择四踪示波器XSC1，测得直流稳压电源电路各点电压波形如图3所示。电源电压正弦波经整流桥整流输出为，再经滤波得到纹波，最后在负反馈稳压电路作用下输出比较平滑的直流电压。通过观测仿真波形，比较直观地验证了直流串联稳压电源原理的正确性。

4 结语

模拟电子技术是电力工程类包括电子信息专业的一门技术基础课，它是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科，只要与电子行业有关的都要用到模拟电路，晶体管，集成运放，反馈，直流稳压电源是我们常用的器件和电路。通过Multisim12.0 仿真软件在电子线路实习中的应用，使概念原理多、理论性强、比较抽象、学生理解起来很费劲的模电课程学起来更轻松，学生能够获得成就感，提高了学生的学习兴趣，对后续课程的学习打下了良好的基础。

参考文献

[1] 苑广军，孙继元.工程对象教学法培养创新能力的应用研究[J].实验技术与管理，2014，31（2）：21-22.

直流稳压电源的设计方法篇3

关键词：线性稳压器；开关稳压器；电源

中图分类号：TP303+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）11-2656-04

Abstract： Analyzes the basic principles and characteristics of the DC-DC regulator， analyzes and compares the performance and structure of the principle of linear regulator and switching regulator， and provides a variety of important factors in the actual situation of the DC-DC design. Describes to the basic method of power chip selection， and provides a reference for the DC power circuit design.

Key words： linear regulator； switching regulator； power supply

电源的应用无处不在，所有的电子系统都需要恒压电源或者恒流电源的支持。输出直流称为直流电源，由前端直流转后端直流的称为DC-DC变换器，而直流转交流的变换器称为逆变器。所以，DC-DC变换器是用于提供DC电源的电路或模块。

1 DC-DC变换器的主要分类

1.1 线性型（Linear）

线性型变换器：可以从电源向负载连续输送功率的DC-DC变换器。线性型变换器通过在线性区域内运行的晶体管或场效应晶体管（Field Effect Transistor或FET），电路的输入电压中减去超额电压，调节从电源至负载的电流流动，从而产生经过调节的输出电压。

1.2 开关电源型（Switcher）

开关电源型变换器：以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率。其特点是开关器件的周期性开通和关断（定频型、变频型、定变混合型）。将原直流电通过脉冲宽度调制PWM（Pulse Width Modulation）或脉冲频率调制PFM（Pulse Frequency Modulation）来控制有效的直流输出。PWM调制稳定电压的方式是，在开关频率不变化的前提下，依靠脉冲宽度的增大或缩小改变占空比例，进而调节电压达到稳定，它核心部件是脉宽调制器。在PFM调制方式运作的时候，脉冲宽度是固定的，开关频率的增加或减少控制了占空比，使得电压保持稳定，脉频调制器是它的核心部件[1]。

2 线性稳压器（Linear Regulator）

线性稳压器如78XX系列三端稳压器等，是一种无需使用开关元件而能提供恒定电压恒定电流输出的DC-DC转换器。

2.1 线性稳压器的工作原理

线性稳压器和输出阻抗形成了一个分压网络。线性稳压器等效于受控的可变电阻器，可根据输出负载自行调解以保持一个稳定的输出。输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样，误差放大器的同相输入端连接到一个参考电压Vref。误差放大器试图使其两端输入相等2.2 线性稳压器的类型

线性稳压器中的元件是双极型晶体管或场效应管MOSFET。双极型线性稳压器具有较高的压降电压，并能支持较高的输入电压并拥有更好的瞬态响应。MOSFET低压差线性稳压器LDO（Low Dropout Regulator）能支持非常低的压降，低静态电流，改善噪声性能和低电源抑制。为使线性稳压器处在正常工作状态之下，Vin和Vout之间最小压差称为压降电压（Drop-out Voltage），不同的稳压器结构会产生不同的压降电压，这也是几种线性稳压器的最大区别。如LM340和LM317这些稳压器使用NPN达林顿管，称其为NPN 稳压器（NPN Regulator）。然而低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（Quasi-LDO）为新型电源设计提供了更高性能[2]。

2.3 LDO的应用选择

开关稳压器是一种采用开关组件与能量存贮部件（电容器和感应器）一起输送功率的DC-DC转换器，它提高了电源转换效率和设计灵活性。开关稳压器主要分为以下两类：电感储能开关稳压器和无电感型开关稳压器（充电泵）。

3.1 电感储能开关稳压器的工作原理

电感用于储存能量及向负载释放储能，电感在开关管开通状态下从Vg获得能量。

4 DC-DC变换器的应用选择

5 结论

通过分析比较最常见的两类三种直流稳压电源，了解了直流稳压电源的结构及构成原理，提出了电源电路环路控制的设计方案，为直流稳压电路正确合理的设计提供了参考方案。根据不同的实际设计需要和参数选用不同类型直流稳压电源，有利于整个系统平稳安全的工作。

参考文献：

[1] 杨建伟.谈开关电源的原理和发展趋势[J].科技与企业，2012（22）：359.

[2] Tulte D.Low-V in buck regulator toggles fast-switching/very low-dropout modes[J]. Electronic Design，2005，53（21）：27.

[3] Oliver N. Charge pump versus boost converter the great battle between white LED driver solutions[J].Global Electronics China.2005（9）：49-50.

[4] 王学智.开关电源的原理和发展趋势[J].黑龙江科技信息，2007（11）：21.

[5] 严惠琼，都思丹.新型National系列半导体电源芯片分析综述[J].南京大学学报，2007（43）：35-46.

直流稳压电源的设计方法篇4

【关键词】变压器冲击；励磁涌流；预防性试验；剩磁；消磁

0 前言

某电厂有两台9FA燃气-蒸汽联合循环发电机组，发电机（390H）采用美国GE公司设备，220KV升压站采用SF6气体绝缘组合电器（GIS），为双母线带母联方式。GIS和主变压器的联络采用220KV高压电缆连接并采用直埋的方式，主变正常运行变比为236KV/19KV，容量为480MVA，发电机出口带开关，作为单元机组与系统的并网点。主变在每次检修工作后，需倒送电正常，给机组辅机供电后，机组才具备启动条件。

#1机组检修过程中，主变做了预防性试验，试验内容包括：介质损耗、直流电阻测量等项目。机组检修后，按照GE9F燃气机组的开机方式，主变首先合闸受电。在#1主变合闸时，主变差动（A相）保护动作，合闸失败。

对变压器进行全面检查，包括油样化验、瓦斯继电器检查、检修试验数据复审，均未发现异常。于是重点对故障录波器录取的波形进行了分析。故障录波器录取波形如下：

分析波形分析，波形出现明显的间断，是很典型的励磁涌流。调看发变组保护G60的分析报告，其中二次谐波含量为0.12，而变压器差动保护的二次谐波闭锁设定值是0.13，二次谐波含量没有达到闭锁值，没有闭锁差动保护出口。初步判断是励磁电流，造成的保护误动。

经过仔细回顾检修过程，我们发现试验人员因为天气原因，首先进行了变压器的其他试验项目，最后进行的是变压器直阻测量，并且试验后，未进行消除剩磁的处理。我们认为变压器试验后的剩磁是造成此次变压器励磁涌流大幅增长的原因。

1 直流电阻测试产生剩磁的原因

由于电力变压器绕组的电感很大为数百亨至数千亨，而直流电阻很小最小至数百微欧，用稳压电源给大型变压器绕组充电达到稳定的时间可能长达数十分钟至数小时，为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，现在普遍使用的是采用稳压稳流电源充电的方法。此次变压器直阻测量使用的测量仪器是保定市金达电力科技有限公司生产的BZC-3391（带助磁）恒流式测试仪。该仪器可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，此次测试选择的是稳流状态下。其工作原理如下：RN为电流取样电阻，E为稳压稳流电源的最大稳压电压，I为仪器设定的稳流电流，开关K合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态。E越高充电速度越快，I越大铁芯磁通密度饱和程度越高，可有效降低电感L以缩短稳定的时间、I越大测量信号Vx越大，数据更准确稳定，为了节省测试时间，获得更准确的测试数据，试验中，选用的是恒流模式，稳定电流选择的是10A。

快速准确测量五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻测量难度相对较大，依据目前解决该难点均是采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。

为了更好的达到助磁效果，实际采用的高低压绕组串联助磁方法，其高低压绕组的电流方向一致，由于高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，l0A的励磁电流即可满足所有容量变压器的要求（五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组低压绕组采用四端法测试时，达到铁心饱和的励磁电流需几十安以上）。

综上所述，由于以上测试方法，主变铁芯可能出现大幅度饱和，而较长的测试时间（低压绕组测试时间约为每相30min）会造成较大的剩磁存在。

2 目前现场消除剩磁的方法

2.1 直流法消除剩磁

按电工理论，正反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。

E―蓄电池（12V）；R―可变电阻（0―100Ω，5A）；A、A1―直流电流表（5～10A）；K―双刀双投刀闸；K1、K2、K3―小刀闸；R1―固定电阻（200Ω）。

在被试变压器高压绕组（三相变压器可分别在AB和BC端）通入直接电流，例如为5A，其方向应与测试绕组直流电阻时的电流方向相反；合K1，断开K，使A1电流降至“零”；通入相反方向电流4.7A；依次类推，每次电流值降低5%～6%，直至电流为0.05A以下时，直流去磁结束。具体操作步骤如下：

1）K开，K1开，K3合，K2合，合K至“正”，电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，至电流A1接近“零”，K1开；

2）K开，K1开，K3合，K2合，合至“负”电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，电流A1接近“零”，K1开；

如此往复，试验电流不断减小，可消除剩磁。

2.2 交流法消除剩磁

在被试变压器低压侧（ac，ab和bc之间）分别施加50Hz交流电压，高压中性点接地。视电源容量，调节补偿电容器C，使电源电流减少，被试变低压侧以反映平均值电压表Va读数为准，逐渐升高电压至50%额定电压，并停留约5min，将电压缓慢降至“零”再重新缓慢升高电压至100%额定电压，直到完全去磁。

判断完全去磁的方法：

1）在电压上升和下降过程中，同一电压下的励磁电流值相同；

2）励磁电流的波形上下对称，无偶次谐波分量。

3 消除剩磁的实例

用直流和交流方法对一台750MVA、500kV三相变压器进行了去磁。本来，其中的一种方法均足以去磁，但为了检验直流法的效果，特增加了交流法。

在AB和BC端间，分别进行直流去磁，耗时约7h。同时接线，进行交流去磁，在第一次升电压至50%额定电压时，即尚未开始交流去磁，励磁电流中已无偶次谐波，说明直流去磁的效果很好，我们已对7台（相）500kV变压器进行过直流去磁，并用交流法的励磁电流无偶次谐波判别方法，予以验证，均取得满意效果。

4 结论

1）绕组直流电阻的测试，会在变压器铁心中残留剩磁，建议现场220～500kV变压器高压绕组的测试电流，以不大于5A为宜。

2）当剩磁产生较大影响时，应考虑剩磁的消除。交流消磁法由于使用的设备较复杂，不利于现场使用。现场消磁应优先考虑直流法消磁剩磁。

3）工程实际中，无需将剩磁消除到完全消失，可使用1A电流，多次放电，理论上可以降低剩磁值，降低变压器涌流值。

4）在试验顺序中，采用先直流后交流试验顺序，可以减少剩磁的存在，例如，先做直阻测试，后做交流介损试验。

直流稳压电源的设计方法篇5

[关键词]直流微电网 燃料电池 超级电容 蓄电池 控制

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）46-0067-02

分布式电源DGs（Distributed Generations）由于污染小、安装灵活等多方面优点近年来得到快速发展，但大量的DGs 接入电网中产生了一些不良影响。作为新能源接入的一种解决方案，21 世纪初提出了微电网概念。微电网分为直流微电网和交流微电网。直流微电网不仅可以连接直流微电源，如光伏阵列PVA（PhotoVoltaic Array）、燃料电池FC（Fuel Cell）和超级电容SC（Super-Capacitor）， 而且可以随时增大线路传输容量，提高供电可靠性，降低系统线路损耗。随着直流负载的不断增多，如电动汽车、电子负荷等，为直流微电网的应用提供了发展机遇。直流微网已引起国内外学者的广泛关注。

文献讨论了直流配电在商业办公和居民住宅应用的可行性，认为在有直流微电源接入的情况下，采用直流可以有效地降低系统损耗。提出了基于直流模块的建筑集成光伏系统的电气结构，论述了直流变换器拓扑的设计原则，研究了光伏直流建筑模块与集中逆变模块的协调控制策略，但没有涉及多种分布式能源的互补应用。探讨了直流微电网的稳定性问题，重点讨论了变换器控制参数的影响，但没有计及DGs 特性。] 建立了光伏阵列和燃料电池的模型，验证了模型的有效性，但没有涉及储能装置和微电网能量管理控制策略。研究了直流微电网运行模式切换控制策略，通过控制汽轮机的工作个数维持网内功率平衡，但没有涉及微电源数学建模。目前对DGs 的研究主要在交流微电网下进行，大多探讨单一类型微电源的并网控制，含有储能装置的混合发电系统在直流微电网中的研究并不多。通过探讨DGs 在直流微电网中的应用，研究考虑DGs 特性的孤立直流微电网运行控制策略， 在MATLAB / Simulink 下验证控制策略的有效性。主要内容包括：建立光伏阵列、超级电容、燃料电池和蓄电池的数学模型；跟踪光伏阵列最大功率。

1 系统结构

图1为系统总体框图。直流微电网主要由微电源、变换器、直流配电网、储能装置和直流负荷组成。对超级电容进行充放电管理，防止过充或过放，并维持直流母线电压稳定；对蓄电池充放电管理进行优化；对燃料电池输出功率变化率进行控制，保持网内功率平衡；提出以直流母线电压为控制信号，根据储能的特性将不同储能设立优先级，用下垂法设置各储能的阈值电压，优化能量分配，从而达到稳定直流母线电压的目的。

2 储能模型

2.1 超级电容的数学模型

对超级电容建立数学模型，超级电容模型主要有德拜极化模型、传输线模型和经典等效模型。图2（a）为经典等效模型，图中是等效串联电阻，代表电容器内部发热所消耗的功率，对电容器的充放电过程影响较大；是等效并联电阻，代表超级电容的漏电流，影响电容的长期储能性能；是理想电容。在实际应用中，电容器通常处于较快和频繁的充放电循环过程，的影响可以忽略[11]，电容器可进一步简化为一个理想电容与等效电阻串联的模型，如图2（b）所示。根据式（1）-（3）确定超级电容的容量[12]：

2.2 蓄电池的数学模型

3 直流母线电压控制策略

直流微网仅需考虑有功功率的平衡，无需考虑无功功率流动，因此直流母线电压为衡量系统稳定的唯一指标，控制直流微网中的电压稳定，就可以控制系统稳定运行。直流母线电压下垂法是一种可以自动实现最优化的控制方法，直流微电网中的各个变换器会随着直流母线电压的跌落逐个/组的投入系统中。这种能量优化控制策略实施的第一步就是对每个变换器设定一个门槛电压，门槛电压的设置应该从优先级别最高的电源控制器开始，优先级最高的电源的电压就是系统工作的额定电压；然后依次设定下一个优先级的门槛电压，下一级的门槛电压的设定需要用到上一个门槛电压值；变换器的门槛电压设定遵循如下的公式：

为了降低系统的运行的成本，可再生能源作为系统中优先级别最高的单元模块，始终以最大功率输出，可以提供给系统的功率为由负载决定，通常为负载的平均功率。蓄电池，和超级电容作为系统的能量缓冲单元工作，当系统中的负载功率比较小的时候需要给蓄电池充电以防止母线电压升高，当系统中的负载的功率增加时，光伏电池不能够满足负载的需求时蓄电池对外放电以保证母线电压的相对稳定，因此将充放电速度快，寿命长的超级电容为系统能量优化的第二级的电源模块其次是蓄电池；燃料电池作为系统中备用的电源，只是在系统能量极其不足的情况下才投入运行，因此将燃料电池作为系统中优先级别最低的电源模块。

设置了七个参考电压，并且保证->>>>>，这也从另一方面反映了系统中的供电单元的优先级，优先级最高的是光伏电池，其次超级电容和蓄电池，最后是燃料电池，这样的一种电压设定的方法也体现系统运行成本的优化。按照母线下垂法可以分为以下的几个工作状态。考虑到系统运行的成本问题，燃料电池的以最小恒功率功投入运行控制。并且保证工作在燃料电池的经济运行带上。

4 仿真研究

根据图 1 所示的直流微电网的结构搭建了直流微电网的仿真平台，并采用的基于母线电压下垂法，对整个系统进行了系统能量控制的仿真。

从仿真的结果中，可以看出仿真结果与理论的分析基本一致，不论系统工作在那一个状态，变换器的端口电压都可以稳定工作在设定的电压阀值上。对于电和负载的功率冲击，母线电压都可以稳定在一个相对稳定的范围内。

5 结论

本文以直流微电网为研究对象，建立了微电源的数学模型，设计了简单直观的控制策略，以直流母线电压稳定为控制目标，实现了微电源间的协调控制。仿真结果表明：

a. 下垂控制可以实现能量的合理分配；

b. 该控制策略实现经济最优化；

c.能够稳定直流母线电压，暂态时电压波动在可接受范围内。

参考文献

直流稳压电源的设计方法篇6

关键词：电源模块 保护电路 应用

中图分类号：TN4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0045-02

随着微电子技术的发展，要求计算机的性能更加安全可靠，而计算机电源系统是否稳定，关系到整个计算机的工作状态及性能，为了确保计算机电源系统输出电压稳定和计算机电源自身的安全，计算机电源设计中保护电路的应用设计日趋重要。

1 保护电路介绍

1.1 保护电路构成

保护电路一般由故障检测电路、电压翻转电路、保护执行电路三部分组成，有的包含有保护显示电路[1]。故障检测电路对保护电路的电压或者电流进行检测，并将检测结果送到翻转电路，当检测到的电压或者电流超过设定值时，故障检测电路将检测到的故障信息送到翻转电路。产生保护控制电压，驱使保护执行电路动作，使保护电路退出工作状态或进入相应的保护状态，达到保护目的。常用保护电路构成如图1所示。

1.2 保护电路种类

保护电路种类划分方法较多，根据故障检测电路的检测方式分为过流检测保护电路、过压检测保护电路、失压检测保护电路及IC内部检测保护电路；根据保护电压翻转电路的类型可分为三极管电压翻转保护电路、可控硅电压翻转保护电路、模拟可控硅翻转保护电路和IC内部电压翻转保护电路；根据保护执行方式可分为待机处理保护电路、小信号处理保护电路、电源震荡驱动保护电路、稳压处理保护电路和保护电路直接执行保护的保护电路。

2 电源模块保护电路设计

某计算机电源设计可利用空间较小，在230 mm×200 mm的印制板上需要将220 V交流电转换成+5 V、+12 V、-12 V等多种稳压直流电源。为了避免因电源故障造成对其他部件损坏，需要电源保护电路设计。（如图2）

2.1 输入电源检测电路设计

输入～220 V的保护电路分三种，选用压敏电阻并接输入电源零火线两端，当输入电压超出压敏电阻的耐压值时，压敏电阻击穿短路，导致保险丝烧断而起到保护作用，选用热敏电阻串入输入电源火线上，因短接等原因导致电流过大超出热敏电阻指标时，热敏电阻烧断而切断电源，起到保护其他组件的作用；采集交流整流滤波后的直流300 V，将300 V分压后送人比较器MAX973输入断，和比较器MAX973另一输入端的基准电源进行比较，在电压要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

2.2 输出电源检测电路设计

采集+5 V输出直流电源，分压后送人比较器输入端，和比较器输入的基准电源进行比较，+5 V电源在要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

采集+12 V输出直流电源，分压后送人比较器输入端，和比较器输入的基准电源进行比较，+12 V电源在要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

采集-12 V输出直流电源，分压后送人比较器输入端，和比较器输入的基准电源进行比较，-12 V电源在要求范围之外时，比较器翻转，最终使DC/DC模块的输入电源断开而起到过压和欠压保护作用。

2.3 翻转电路设计

将MAX973输出端接入光电耦合器一端，光电耦合器输出端和+5 V、+12 V、-12 V检测比较器电路的输出端并接到比较器负端，和接在比较器正端的基准电源进行再次比较，输入电源和三路输出电源检测电路中任何一个电源电压值超出预定范围，则翻转电路输出电压开始翻转，将翻转后的电平送到执行电路输入端。

2.4 执行电路设计

该电源模块借用DC/DC直流稳压模块自身具有的软启动保护功能，当输入端保护端管脚为低时，DC/DC直流稳压模块停止工作。翻转电路送出电平为0～5 V，而DC/DC直流稳压模块输入电源为300 V，为了防止模块损坏对翻转电路造成逆向损坏，在翻转电路输出端和DC/DC直流稳压模块输入保护端之间增加光电耦合器进行隔离。

3 应用效果

该计算机电源模块完成设计、生产、调试后，对其保护电路的各项保护功能进行测试，均达到预定目标，满足了使用要求。

参考文献

[1] 孙铁强.进口彩电保护电路原理与维修[M].中国水利水电出版社，2010.

直流稳压电源的设计方法篇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法篇8

关键词：信号地 模拟地 数字地 电源模块

中图分类号：TM9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0043-02

电子产品的设计包括两个层次上的概念：功能设计和性能设计，二者缺一不可。接地设计的优劣不但影响到产品的性能，还可能影响到设备的功能实现，因此，在设计时需要从信号接地的角度处理产品的各种信号的布局走线。

1 接地定义

“接地”指的是为了设备和人身的安全，将电力设备、输变电设备、电子设备、电气设备、建筑物和构筑物等用金属导体与大地进行电气上的连接[1]。后来也指电子设备通过接地线直接接到大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生压降。

2 接地种类

弱电系统中，地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可设为电路系统中的某一点、某一段或者某一块等[2]。为防止各种电路在工作时产生互相干扰，使之正常工作，根据电路性质，将工作接地分为不同的种类，比如：交流地、直流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地、屏蔽地等。

3 接地方式

电子设备的接地方式主要包括单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地接地。

3.1 单点接地

整个电路中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这个点上，此接地方式适用于工作频率小于1MZ的电路系统。分为串联式单点接地、并联式单点接地及混合式单。

（1）串联式单点接地。

串联式单点接地也叫干线束单点接地，即用同一条公共地线接到电位基准点，需要接地的部分就近接到该公共接地线上。此种接地方式的接地点应选在低电平电路的输入端，使该端最接近基准电位，减少干扰。适用于设备机柜的接地，优点是接地方式简单，各个电路的接地引线比较短；缺点是抗干扰性差。

（2）并联式单点接地。

并联式单点接地也叫放射式单点接地，即将需要接地的各个部分分别以接地导线直线连到电位基准点。适用于低频信号处理电路的接地。优点是抗干扰性能强；缺点是接地线多，会造成设备体积增大、重量增加、成本提高。

（3）混合式单点接地。

混合式单点接地方式就是将同类型电路接地系统进行串联式单点连接，然后将不同类型电路接地系统进行并联式单点连接。这样既减少了部分分解的难度，也尽可能降低了地线之间的电磁干扰。

3.2 多点接地方式

工作频率高的电路（大于10 MHz）采用多点接地（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。因为接地引线的感抗与频率和接地引线的感抗与频率和长度成正比。工作频率高时将增加供地阻抗，也会增大供地阻抗的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最近的低阻值接地面接地。

3.3 混合接地方式

工作频率介于1和10 MHz之间的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于0.15倍系统最高工作频率的波长时。采用单点接地式，否则采用多点接地式，即每隔0.15个信号波长接一次地。

3.4 悬浮地方式

悬浮地也叫浮地，即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能影响；其缺点是电路容易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动造成对模拟电路的感应干扰。

4 电源模块接地设计

某电源模块是舰载电子设备中的一个部件。需要在有限空间内将220 V交流电源转换成+5 V1、+12 V、-12 V1、+5 V2、+9 V等多种稳压直流电源供电源模块自身保护电路和电子设备内其他部件使用。

基于该电源模块在电子设备中所占空间较小，输入电源为交流电源、需要输出5种低压大电流直流电源，且需要进行输入、输出电源保护电路等功能设计，所以从几个方面考虑接地设计：交流输入电源接地、输出低压电源接地设计、保护电路接地设计及电源模块的屏蔽设计。

4.1 输入交流电源接地设计

电子设备供电为220 V交流电源，220 V火线、零线和地线通过机箱插头及机箱内单独布线线束接到电源模块插座，电源模块的220 V接地线插针、电源滤波器地通过印制板边缘大面积网格状方式布线。

4.2 输出直流电源接地设计

电源模块将220 V交流电源整流、滤波成直流电源，然后经过不同的DC/DC直流稳压、降压模块转换成+5 V1、+12 V、-12 V等直流压电源，通过插头、母板送出，供其他部件使用。为了提高设备性能，防止电源地线相互干扰，将三类电源的地和电源插头之间单独布线，且尽可能双面、加粗布线以满足需求。

4.3 保护电路接地设计

电源模块将输入的220 V交流电源通过小型变压器降压、整流、直流稳压器稳压后产生保护电路所需的+5 V2、+9 V直流稳压电源。由于保护电路为数字翻转电路，对脉冲、尖峰很敏感，受到干扰会产生错误控制，因此，此路电源的地线采用串联并地法，即所有保护电路的地和+5 V2直流稳压电源输出地就近互相连接最终将5 V2直流稳压电源地线通过接线柱接至电源模块屏蔽层。

4.4 电源模块屏蔽层接地设计

由于该电源模块上具有交流电源、小变压器等，存在干扰其他电路的因素，因此，就需要进行屏蔽层的接地处理。出于各种考虑，采用金属壳体全面覆盖，通过接线柱和螺钉固定等将金属壳体和交流地线连接，电源模块装入机箱后，金属屏蔽层和机箱壳体连接。因此，电子设备和外部供电系统保持同一零电位。

5 结语

该电源模块设计、投产加工出样品后，调试一次性通过，装入机箱，进行整机电磁兼容、抗干扰等试验，也顺利通过，说明了电源模块合理的接地设计对整个电子设备的抗干扰性起着重要作用。

参考文献

[1] 赵家升.电磁兼容原理及技术[M].电子工业出版社，2012.

直流稳压电源的设计方法篇9

【关键词】列车电源；供电系统；车载视频监控

1.引言

由于列车的特殊环境关系，许多用电设备正是因为电源部分的原因无法在列车上正常工作，车载监控仪虽然有着宽电压输入但是由于输入电压低也无法工作。针对此种情形，必须用可靠的系统来完成电源的转换管理工作。本文提供的电源的系统主要用于列车车载视频监控，对于其它类似的产品设备也有一定的适用性。

国内列车都采用DC110v辅助供电系统(如图1所示)为列车上的设备供电，该供电系统同时用于对蓄电池进行充电。国内自行研制开发的电力机车和内燃机车的蓄电池是列车的辅助供电系统的主要组成部分，机车没有从电网取电前，采用蓄电池为机车辅助回路供电，完成各种辅助回路机构的动作，如控制和保护装置的运行[1]。由于供电系统的复杂性，列车上的用电设备多，电路复杂，所以对电设备对可靠性、稳定性要求比较高，因此设别的电源系统必须提供稳定、可靠的电压、电流。

2.设计原理

视频监控仪从列车辅助供电系统取电经过处理后给电源模块VI-JT1供电，该模块输出稳定的12V电源。12V电源分为两部分，一部分供给车载的摄像头，另外一部分供给主板。主板上的12V经过变压处理后得到可以的到5V电源，用于供给一部分芯片和经过变压处理后可以得到3.3V、1.8V、1.2V的电压后给主板上各个芯片进行供电(如图2所示)。

在电力机车上，供电品质比较差，表现在两个方面：电力机车供电电网电压波动大，气额定电压为单相交流25kv，而实际电压在18-31kv范围波动；电网电压有机车内变压器降至单相交流220V，相应的波动范围为160v-270v。220v的交流电经过降压整流处理后为110V直流电源，该直流电源的波动范围70v-160v。列车的供电并不是持续的，当列车由一个供电区域到另一供电区域之间，期间可能会有数秒种的中断供电。该期间的供电是由列车内的蓄电池进行供电，而蓄电池的的空载电压为104V(52只铅酸蓄电池)[3]。多数用电设备无法在这样的用电环境下工作。

本文介绍的系统包含两级对电源的稳压处理，经试验前一级可以稳住60V-160V的电压稳定的输出12V的电源，后一级的输入电压范围是8V-60V。

3.前级稳压

如图3所示为前一级稳压电路。核心部件为美国VICOR电源模块VI-JT1，该模块的主要功能是隔离输入与输出的电压，完成DC110V向12V的转换。为了保护电路的安全，瞬态电压抑制管D1用于吸收110V电网超过440V左右的50ms的瞬态高电压以保护后续电路的不受高压冲击。对于低于440V左右的电压后续电路必须进行处理以达到VI-JT1转化模块规定的电压。稳压管D2，D9会在电源电压低于440V高于175V的情况下被击穿，此时D2的两端电压为160V而D9的电压为15V，分压电阻R1和R2会承担剩余的的电压。由于PCB设计采用的是贴片电阻，对于R1以及R2的功耗要小于该封装的最大功耗以保证电路的正常工作。稳压管D9于电阻R3并联使用，根据欧姆定律可知经过R3的电流为15ma，功率场效晶体管Q2导通。稳压管D10的两端电压为160V，其余的电压分压到电阻R4上，进行限流以免烧毁稳压管与场效晶体管。由于稳压管D10的导通致使功率场效应管漏极与栅极产生电压差，从而使Q1导通。Q1的源极与栅极有一定的压差，高速开关二极管D5、D4导通，对电容C1、CE1及CE2进行充电，同时对VI-JT1模块供电。如果电压低于175V不足以让Q1导通时，CE1、CE2的电压为两端电压为400V，可让D5、D4、D10导通，此时Q1可以导通对模块开始进行供电。电容C1控制模块的输出端。由于采用了自举升压电路，导致模块的前级电路出现高频电源信号，滤波电容C2、C3、C4、C5用于滤掉此过程中的高频杂散波。经过一系列的处理后电源模块输出的12V可经过电解电容CE3、CE4滤波、退耦后供给用电设备。

视频频监控的摄像头需要在夜间工作，因此必须有足够的功率保证红外灯正常工作，尤其是在列车上需要高功率的满足其可视距离的要求。视频监控器的主板理论上至少需要10W的功率来保证正常的工作需要。由于模块可提供90W的功率，完全可满足日常的用电设备。

4.后级稳压

接入主板的电源给车载视频监控的整个系统进行供电，该电源经过图4所示的电路再次进行降压稳压。该电路的降压主要是由款分为同步降压控制器LM5116完成，可以输入的电压为7-100V，本电路设计输入为7-60V以适应恶劣换的电源环境。本系统设计了两路降压稳压电路，一路输出电压为5V，另外一路的输出电压为12V。

4.1 5V、12V输出电路

以输出电压为5V为例，该降压电路最大负载电流为2A，开关频率为250kHz。其中定时电阻RT用于设置振荡器的开关频率，该设计中采用250kHz的开关频率同时满足了小体积以及高效能。

输出电感的计算是通过开关频率(fsw)、脉冲电流(Ipp)、最入电压(VIN(MAX))以及输出电压值得到的：

电流大小的限制是通过设置电流检测电阻(Rs)，。对于5V的输出，其最大的电流检测电阻是在最小的电压输入测得的。

所以：

对于该电路中的斜波电容的计算是依赖于电感和检测电阻的值，其仿真的斜波电容值是：

其中L的值是输出电感，gm斜波发生因子，A是电流电流检测放大增益。纹波电流是电流中的高次谐波成分，会带来电流或电压幅值的变化，可能导致击穿，由于是交流成分，会在电容上发生耗散，如果电流的纹波成分过大，超过了电容的最大容许纹波电流，会导致电容烧毁。输出电容可以是电感纹波电流变的平滑同时也可以提供一个瞬态的工作电源。对于本设计选用了5个100的陶瓷电容陶瓷电容可提供等效串联电阻，但是明显的减少了DC的偏置电容。等效串联电阻在250kHz时是2/5=0.4，在5V的时候可以减少36%的电容。输出纹波电压的计算如下：

该稳压电源有一个很大的源阻抗在较高的开关频率，当VIN引脚提供了大部分开关电流时，高质量的输入电容可以限制在VIN引脚上纹波电压。当模块开始工作，流入降压模块的电流转化为电感电流波形的波谷，然后迅速的上升到波峰后，然后下降到零。输入电容应该的选择必须满足有效的电流和最小纹波电压。

最好的逼近所需要的纹波电流的额定功率是IRMS>IOUT/2。选用高质量低等效串联电阻的陶瓷电容进行对输入电压进行滤波。输入纹波电压的接近于：

各项参数的设置即可以影响到输出电压，以上参数的选择可为后续电路提供稳定的5V电压。对于输出电压为12V的电路采取了类似于本级电路，只是在元器件的参数上有所区别。该12V也可以独立给模拟摄像头独立供电也可以并联与上一级12V电路同时给摄像头供电。

4.2 3.3、1.8、1.2输出电路

经过以上步骤的整流稳压后系统给新华龙的C8051单片机进行供电，以对整个系统电源进行管理。C8051从供电一直处于运行状态，将完成接收遥控器的指示进行开机、关机，对Hi3512主控芯片进行复位等功能。C8051控制的电源使能端口高电平有效，后续的整流降压

芯片开始工作。本是设计采用的同步整流降压稳压芯片MP1482，集成输入电压定从4.75v到18v下降到了输出电压低至0.923v供应高达2A的负载电流，最高有93%的转换效率。其中3.3V的降压电路如图5所示。MP1482的反馈电压跟参考电压比较好得到COMP端电压，COMP端电压决定了上管分支电流以及占空比，而占空比控制输入电压变化，从而达到负反馈控制目的。输入电压的设置是通过在电压输出端到FB引脚间加一个分压电阻。电压分频器的输出电压降至反馈电压的比例是：

，其中是反馈电压是输出电压。所以输出电压为。在输入电源是开关电源的情况下，电流的恒定输出是依赖于电感的使用。使用较大的电感可以使纹波电流变小，同时也将获得较低的输出纹波电流，但却有着更大的等效串联电阻更低的饱和电流。因此电感的值是：

其中是开关频率，是电感峰值纹波电流。该3.3V为主控芯片以及4路模拟转换芯片TW2835等提供电压，以供主板正常工作。本设计中的整流压至1.8V的电路同样用MP1482进行降压，只是根据实际需要进行参数调整即可稳定的输出1.8V的电压，该电压是为Hi3512芯片以及TW2835芯片提供1.8V的核心电压。

由于Hi3512芯片正常工作同时需要3.3V、1.8V、1.2V的电源，因此本设计为了满足供电要求(如图4、图5所示)，采用了MP2104芯片稳压。该芯片是1.7MHz固定频率PWM降压稳压器，有95%的最高转换效率，2.5V到6V的宽电压输入，最低输出电压为0.6V。输入电压的值可根据外部电阻分压器来设定。反馈电阻R271以及内部补偿电容用来决定了反馈环路带宽。输出电压。对于大多数设计电感的计算是通过以下公式计算：

其中：是电感纹波电流，设计的电感纹波电流接近最大负载电流的30%。所以电感的最大峰值电流是：

本设计提供的电源系统经过实际的实验、测试与应用均满足各项要求，可以稳定的输入5V、3.3V、1.8V、1.2V的电压，保证列车车载视频监控的正常运行

5.总结

本文提供了一种切实可行的降压整流方案。该方案适用不仅适用列车上极其复杂恶劣的环境，也同样满足于各种载运车辆上对电压严格需求，有着宽范围的输入电压，稳定高负载的输出电压。第二级的整流稳压电路可单独使用，同样可满足车辆上的宽电压输入要求。尽管各种车辆的输入电压有12V与24V两个模式，以及在起车辆起步阶段电压可能低至7V左右，在充电时电压会出现不稳定情况，本设计均可以满足，为车载的嵌入式设备提供一个稳定可靠的电源环境。

参考文献

[1]白锡杉,张全柱,王磊,史雪明.机车蓄电池组充电路结构的研究[J].应用天地,2007(9).

[2]刘亚龙,高玉峰,王志国.基于PFC的电力机车110V直流电源的设计[J].电气应用,2008(11).

[3]李国平.国内外高速列车辅助供电系统[J].机车电传动,2003(5).

[4]吴强.客运列车供电系统[J].机车电传动,2003(5).

直流稳压电源的设计方法篇10

通信电源在通信系统中地位极其重要，在通信站设计时,正确设计和配置电源系统，使电源运行稳定可靠是保证通信系统正常运行的基础。文章介绍了通信工程设计中整流器、蓄电池、UPS、交流电源线、直流电源线的选择配置方法。

关键词：

通信电源；蓄电池；整流器；UPS；直流电源线；交流电源线

通信电源的运行质量直接关系着电力通信网络的安全和可靠运行。它是最重要的通信基础设施，是保障所有通信设备正常运行的基本条件。在电力系统通信技改、大修工程中，常会遇到电源更换，机房设备容量计算等，如何正确选择配置电源容量，是保证电源运行可靠、通信设备稳定运行乃至机房防火以及人身安全的关键。

1高频开关电源及整流器的选择及配置

电力系统中通信电源一般包括高频开关电源、UPS电源、直流配电屏、交流配电屏、蓄电池组等。电力系统对通信高频开关电源设备的选择应满足通信设备运行要求，通信电源应具备高可靠性、输出稳定、智能化程度高、效率高、便于维护等特点。整流器是高频开关电源的重要组成部分，一般在通信工程中，电源更换及机房容量设计时，大都会考虑整流模块的容量计算。通过计算当前机房内通信设备的最大工作电流和，再加上蓄电池组的充电电流以及将来要扩容或增加设备的备用容量。例如：某通信站要进行通信电源更换，通信设备总工作电流50A，采用两组500AH的免维护蓄电池供电，试计算直流整流器容量。备用容量按20%考虑，蓄电池充电按10小时率计算。500A两组蓄电池所需的充电电流=(500/10)*2=100A；整流器的总电流为：50+100=150A；备用容量＝150*20%=30A。整流器的总容量＝150+30=180A。故直流整流器容量应选大于180A的整流器。若果考虑单体输出为30A的整流模块，整流模块至少需要6个。为了增加可靠性，电源模块可以按N+1考虑。

2蓄电池组的选择及配置

在通信系统中，当交流电源中断时，蓄电池组是支持通信设备不间断工作的唯一后备电源。因此蓄电池的正确选择配置极其重要。通信蓄电池目前均采用免维护蓄电池，是因为免维护蓄电池具有体积小、重量轻、自放电低、寿命长、安全可靠、少维护、对环境无污染等优点。免维护阀控式铅酸蓄电池的额定容量一般是以10小时率放电容量为准。因此我们应根据负载电流、放电时间等多种因素来选择合适容量的蓄电池。明确了负荷的电流大小，确定蓄电池应满足的放电时间，电池容量可通过下式计算。例如镜泊湖发电厂通信站，负载工作电流为30A，根据电力有关规程规定发电厂通信蓄电池单独供电时间应能达到6小时。

3交流不间断电源UPS的选择及配置

为了保证重要设备的交流不间断供电，例如计费系统、交换机及传输设备的维护终端、网络服务器等在市电中断的情况下能正常使用，UPS电源的正确选择和配置必不可少。电力通信系统一般选择在线式单进单出的UPS，这种UPS的输出功率一般在10KVA以下。运行于通信系统中UPS电源除了要求具有较高的可靠性之外，对其的可用性、功能性、故障容限、电气指标都有一定的要求。要求系统设备可靠并应尽量简单，将单点故障减到最小；能够保护负载免受所有市电干扰的影响；输入电压允许范围合理，具有较强的过载能力等。

4交流电源线径的计算与选择

为了保证通信设备及机房防火安全，避免由于电缆线径设计不合理，导致压降过大或电缆过热而使设备不能正常运行或发生火灾。因此通信电源设计、安装及维护人员必须了解电缆线径的选择方法和原则。具体选择线径时应考虑环境温度、允许温升、敷设方式等。交流电源线径的选择在工程上常用两种方法。即经济电流密度或电压降法选择截面积。

4..1经济电流密度法通信电源线一般选择铜芯电缆，铜电缆经济电流密度为2～4A/mm2，铜电导率为57。当电缆较细时，较经济；当电缆较粗时，投资成本高。如果电缆温度超过允许值时，就会发生危险。不同线径的电缆对应相应的安全载流量，选择电缆时导线载流量应小于其安全载流量。

4.2电压降法。线路具有一定的阻抗，在电流流经线路时，必然产生电压降。例如某单相交流负载最大电流不超过18A，选用4mm2铜芯电缆，负载距离为90m，计算电缆上的电压降。上例压降达到14.22/220=6.5%，超过设备线路上压降小于等于5%的要求。需要选用更粗的电缆，重新计算电压降，以满足设备回路工作要求。

5直流电源线径的计算与选择

直流配电屏到通信设备的电源线一般按被接机架设备的最大负荷容量计算。直流电源线径的选择原则一是满足回路电压降，二是满足导线的额定电流大于设计电流。直流电源线径的计算常用两种方法，分别是电流矩法和固定压降分配法。

5.1电流矩法。电流矩法是按照直流供电回路所允许的电压降来计算导线截面积的方法。一个直流供电回路可能是由多段连接线组成，因此全程线路压降是由设备和多段线路的分压降的和组成。电力通信设备工作电压一般在-40V～-57V范围内，全程允许压降为3V。

5.2固定压降分配法。固定压降分配法就是根据经验每一段回路分配一个固定值，然后分别计算导线的截面积。一般情况下最后一段分配的电压降按0.4～0.6V考虑。这种方法要使从蓄电池到通信设备的导线截面积从前到后逐级合理，使得前级导线截面积等于或大于后级导线截面积。

6结语

在通信工程设计中，对通信基础电源设备及其配套设施的正确选择及配置，是保证通信设备安全稳定运行的基础。通过合理计算配置，不仅能提高设备的使用寿命，保证机房安全，提高经济效益，还能给运行维护人员带来极大的便利。

参考文献：

[1]通信电源设备安装工程设计规范(YD/T5040-2005)[S]通信行业标准

[2]朱雄世.通信电源设计及应用[M].中国电力出版社,2006