单片开关范文10篇

单片开关范文篇1

关键词：单片开关电源快速设计

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。

TOPSwitch－II独立于Ui、PO的电源参数值，见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。

表3独立于Ui、PO的电源参数值

独立参数典型值

开关频率f(kHz)100

输入保护电路的箝位电压UB(V)200

单片开关范文篇2

关键词：单片开关电源快速设计

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

η/％(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

单片开关范文篇3

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。

TOPSwitch－II独立于Ui、PO的电源参数值，见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。

单片开关范文篇4

关键词：单片开关电源快速设计

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。

TOPSwitch－II独立于Ui、PO的电源参数值，见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。

表3独立于Ui、PO的电源参数值

独立参数典型值

开关频率f(kHz)100

输入保护电路的箝位电压UB(V)200

输出级肖特基整流二极管的正向压降UF(V)0.4

初始偏置电压UFB(V)16

（3）输入滤波电容的选择

参数TOP221TOP222TOP223TOP224TOP225TOP226TOP227

高频变压器初级电感LP(μH)86504400220014751100880740

高频变压器初级泄漏电感LPO(μH)175904530221815

次级开路时高频变压器的谐振频率fO(kHz)400450500550600650700

初级线圈电阻RP（mΩ）50001800650350250175140

次级线圈电阻RS（mΩ）20127543.53

单片开关范文篇5

关键词：单片开关电源快速设计

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

η/％(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

单片开关范文篇6

该自动切换系统主要在一个机箱内实现，在机箱内有一个主控模块作为主要控制电路，有三个转换开关可以自动切换调频。主板上设置了一些通信接口，包括RS485网络通信接口、RS232串行通信接口、F头无线信号接口。还有多种类型的电源接口，主要包括220V主板供电输入口、220V发射机供电输入口、主备机电源供电接口等。另外还包括主机RF信号输入接口、备机RF信号输入接口、负载输入输出接口、合路输入输出接口等。电源输入接口连接到主控模块，通过主控模块的控制电路，然后得到控制电源输出和发射机电源输出。主控模块通过控制电路给主机和备用机进行供电，通过供电接口进行连接。F头天线接收信号后，通过接口模块，把信号传送给主控模块。三路转换开关在主控模块电路的控制下实现了调频信号的双向通讯开关，网络通讯接口、串行通信接口和网口主要是用来和主控模块进行通讯，并且根据实际情况安排具体通信通道，实现双向实时通讯。根据具体主机频率和自动切换通道，三个转换开关的接口分别和3个主机RF信号输入接口、3个备机RF信号输入接口进行连接，实现主备机自动切换连接。最后把3个转化开关电路的两个输出接口分别和3个合路器、3个假负载连接，完成转换功能电路连接。以上是系统的主要设计结构，如图1所示。

2主备机自动切换系统设计

单片控制模块是系统的主要控制模块，系统有两个电源、电流开关检测模块，有两个电源、电流控制模块。另外两个模块是调频调制接收模块和音频滤波检测模块。220V的供电电源接口连接到开关电源电路，开关电源电路受单片机控制模块控制。220V的控制电源接口连接到其中一个电压电流检测回路后，电路经过电源开关控制器，然后又连接到第二个电压电流检测回路，作为并联输出。这两路输入信号，通过两路检测回路后，分别并联到主、备机供电电源接口上。这样，通过电压电流检测回路模块与单片机控制模块电路的连接，实现了双向的冗余通信。三个转换开关，控制着通信回路的自动切换。三个不同通信接口，RS485网络接口、RS232串行通信接口及网口在单片机控制电路下，实现了不同通信方式的自动切换，并且保证是双向通信方式。F头天线接收到音频信号后，传输给FM接收模块，然后FM接收模块给出两路信号，这两路并联信号经过音频模块的检波处理后，送给单片机控制回路，单片机处理模块得到要处理的通信信号。STM32F103芯片作为主要控制芯片来完成控制工作。发射机的状态信号通过网口和通信电路传送给单片机，单片机判断发射机的发射功率大小，如果小于一定的阀值，就判断为该信息为故障原因。初始默认状态是，主备机都能正常工作，信号传输正常。三路主机信号传输到调频多功能器后，传送给天线发射出去，而三路备机则连接到假负载上。如果系统一旦发生故障，则意味着发射的信号功率就会低于规定值，信号传输给交换机，通过网口把故障信息传送给控制模块，控制模块就会切断相应开关，并进行频点自动切换和故障发射主机标记。如果单片机控制模块，在发现故障信号后，备用机如果没有被标记为故障信息，则可自动切换到备用机。如果备用机有故障标记，则不进行自动切换工作，并发出警告信息，提醒故障的发生。本自动切换系统的供电是12V直流供电，由开关电源模块进行把220V的交流电转换成所需的12V直流供电。主控制模块通过控制继电器，从而实现对电源控制模块的通断电。具体的就是控制弹片的吸附和松开，分别控制主机和备机的电源供电问题。电压和电流检测模块主要是用来检测电压和电流是否达到标注需要值。当220V交流电通过电源控制模块供电后，得到的直流电压要经过电压检测模块，检测供电电压是否正常。电流检测模块主要是通过可变电阻转化电压后，检测传输到单片机控制模块的电流是否是正常的。F接收调频信号模块，在接受到信号后，传送给音频检测模块进行滤波检波。检波电路实现交流信号到直流信号的转换，最后传送给单片机控制模块，控制模块根据所得信号判断是否正常，从而控制电路自动切换和主备机自动切换。通过网络接口通信把相关信息状态回馈给本地监控服务器，实现故障信息的监控和记录工作。

3结束语

单片开关范文篇7

关键词：微控制器；晶闸管开关；电路板

1引言

在日常生产与生活中，大量电动机都以规定的速度和功率去拖动各种机械。而在军事上，很多应用往往要求旋转天线在各种条件下都要保持匀速转动,这就要求在不同的情况下，电动机能相应调整工作速度，以保持恒定的速度。要实现这一功能，最常用的方法是对电动机的转速进行调节。改变直流电动机的电枢或交流电动机的定子电压，都可以在一定的范围里改变转速；也可用双向晶闸管交流开关或直接选用模拟控制的通用电动机驱动器来取代笨重的电动机、发电机组以及饱和电抗器。本文介绍一个直接由110／240V电源供电的通用电动机驱动电路和一个MCU以及一个双向晶闸管开关来实现控速的设计方法。其中单片机选用Microchip公司的PIC12F675。与用户接口的方式有三种一个是接触传感器；一个是按钮；一个是电位器。笔者在该仿真实验中采用的是电位器。辅助电源从电源电压中变压整流获得。

2设计方案和结构

2．1电路结构

电动机的调速系统是一个闭环系统，其结构图如图1所示。使用时，可通过设置电位器的电阻大小，并经A／D输入单片机来预设速度；单片机通过同步电路与220V交流电源同步，并通过输出脉冲控制晶闸管的通断，从而控制电动机的速度，同时将电动机的速度通过速度检测装置（霍尔开关）反馈给单片机以形成闭环。

2．2单片机电路的功能原理

该设计中单片机电路的功能原理图如图2所示。它由5V直流副电源和220V交流主电源、单片机、双向晶闸管开关和电机整流电路和霍尔开关组成。其中，单片机的脚1（Vdd）接＋5V脚8（Vss）接地，其它引脚的功能与设计如下：

（1）GP3用于上电复位。在通电的瞬间，C3通过R2充电GP3以经延迟后低电平触发。延迟的大小和CPU的频率有关，对于PIC12F675单片机，延迟只要大于72ms就可以了。GP3外的电阻可以选1kΩ电容应大于0．1μF。二极管D2的作用是在电源快速反复通断时，保证C3电容能及时放电。

图2

（2）GP4主要用于速度信息的输入。该脚外的电位器R1用于为GP4输入一个电平（GP4在这里的功能是10位A／D转换器）。该输入电平通过A／D转换后，用于给单片机输入一个预设速度。将该速度和实际速度进行比较，并计算出速度的偏差，然后查表或通过算法便可以得到延迟Td。电位器R1的阻值应较大（在100kΩ左右），以减少5V副电源的负载压力。

（3）通过GP2可输入同步信号。由于220V的交流电源频率不是很稳，因此，为了保证延迟Td的精确，应通过R5输入交流信号进行同步。GP2在这里的功能也是A／D转换器，它可将通过R5输入的交流信号转化成数字信号。R5的阻值要大约在1MΩ左右。因为R5直接接在220V的交流电源上，而单片机的输入电流不能太大。

（4）通过GP0可输入霍尔器件产生的电动机转速信号。

霍尔开关是用于磁场检测的半导体传感器，霍尔开关的实际接线图如图3所示，PIC12F675的1脚接5V直流电源，2脚接地，3脚输出频率脉冲给单片机的GP0脚。

在正常工作时，霍尔开关被放置在电动机内按周期强度和方向发生变化的磁场中。其输出电压的大小随着垂直通过霍尔开关半导体薄片的磁场的强度变化，霍尔开关有电流式和开关式两种。电流式霍尔开关输出的是模拟信号，可完全包含磁通量的变化情况；而开关式霍尔开关则由于集成了比较器，因而可直接输出数字信号。本设计采用数字式无疑是最方便的。如果采用电流式，由于选用的是功能全面的自带比较器的PIC12F675单片机，它的GP1脚上输入的一个门限电平（由两个电阻分压得到）通过单片机内部的比较器和GP0脚的转速模拟信号进行比较，也可以实现信号检测。

由于实际的霍尔开关要接在电动机的线圈附近，手工改造电动机相对比较困难。因此，该设计为了方便演示，可以使用一个由555定时器设计的多谐振荡器产生的频率脉冲信号来替代霍尔开关的输出信号。

（5）GP5脚输出的低电平脉冲用于触发双向晶闸管开关，其脚输出低电平脉冲的时间是由延迟Td决定的，要保证和主电源同步才能使相位平稳的前后移动。GP5脚的低脉冲可以使双向晶闸管开关保持导通，直到220V电源反向。

此外，在实际应用中，双向晶闸管开关对触发电路的要求如下：

（1）双向晶闸管开关从截止到完全导通需要一定的时间（一般在10μs下），所以触发脉冲的宽度要在10μs以上，最好为20～50μs。如果是感性负载，由于电流上升比较慢，实际上还需要更宽的脉冲宽度。

（2）触发电路要有足够大的电压和电流。电压应在4～10V，电流要大于10mA，所以可使用5V的副电源。在双向晶闸管开关和GP5之间应接一个0．2kΩ的电阻。

（3）不触发时的电压应小于0．15～0．2V。触发脉冲的前沿要尽量陡，应在10μs以下。

3软件的实现

图4是该设计中转速和检测信号的波形时序图，图5是本设计方案的软件程序流程图。该程序的主要步骤是复位、初始化、设置GP2上升沿中断、设置A／D通道GP4、读取电位器设定的速度值n（n经过A／D）和读取Td预先设定值等。当交流电源变为负半周期时，设置GP2下降沿触发和延迟Td即可输出宽度为Tg的脉冲，同时设置GP0接收中断源请求等。一般当霍尔开关输入为上升沿时中断，计数器计数，而当霍尔开关再输入一个上升沿中断时，计数器停止，并记下数值a，最后在通过比例积分调节算法计算出延迟Td后清除n和a。当交流电源变为正半周期时，在设置GP2上升沿触发、设置A／D通道GP4、等待中断、补偿延迟T0、延迟Td以及触发脉冲Tg后，便可通过GP4读取设置速度n。设计时正负周期的程序循环进行。通过计数器的数值a计算转速s的算式如下：

s＝f／a

其中，f是十六位计数器1的频率，为1MHz。

实际上，通过n和a由单片机计算延迟td需要一个准确的算法。数字调节算法一般选择PI算法，这是在工业过程控制中应用最广泛的一种控制形式。其作用在于能够集比例调节的快速和积分调节的清除静差作用于一体，从而使系统的静、动特性都有所改善。

单片开关范文篇8

随着科学技术的发展，人们不断把目光投向中小型水电综合自动化的实现，这一新课题已得到广泛的研究，小水电的综合自动化经过多年的研究和实践，它们的可靠性、灵活性、快速性已得到一致的认可。我国的中小型水电厂大多分布在山区，容量小，设备简单，所以对它实现自动化已成为必然的要求。但是，目前我国的小水电自动化技术尚未完善，它们的计算机监控多沿用大型水电站的控制模式，设备复杂，软件也相应复杂，因此本文介绍了一种新的实现中小型水轮发电机组综合自动化的设计。

2硬件设计

图1为此次设计的硬件结构框图：

此次设计分上位机和下位机两部分，用一台计算机模拟上位机，两片单片机模拟下位机。用A片做从片，B片做主片。A片主要承担对模拟量、开关量、V／F量的采集和处理，而B片则用来进行通信。B比A多了一个IBM－PC机通信的功能。

1）数据采集电路首先对V／F的数据进行采集，V／F量从20针的JP3的8针输入，这8针又接在CD4051的X7－X0上，由A、B、C的输入决定哪一路的V／F量送给CPU8031的T0。开关量的采集，开关量是由26针JP1的前24针引入，经过3片74LS244将数据放在数据总线上，由可编程译码器GAL承担选择74LS373芯片，进行开关量采集。模拟量采集，通过P1．4、P1．7置位使AD7506、CD4051、AD574开始工作，JP2上的16个模拟量经过十六选一开关，JP3的8个模拟量经过八选一开关，接于12位A／D转换器。

2）单片机系统包含单片机80C31、外部存储器的扩展电路等。单片机80C31是核心部分，完成单片机之间、下位机与上位机之间的数据的传输及命令的传送等功能。

3）其它电路看门狗电路由74LS393、7406等组成，在单片机异常时，可对单片机80C31进行复位。时钟采用晶振频率为6MHz。采用RS－232C接口来实现PC机与下位机之间的通讯。

单片开关范文篇9

关键词：无功补偿；复合开关

1动态无功补偿复合开关的工作原理和主要技术特点

目前电力系统通用的无功补偿方案有接触器投切电容器、复合开关投切电容器、晶闸管投切电容器这三种。复合开关投切电容器无功补偿装置，其投切开关是晶闸管和接触器并联的复合开关，其主要作用是用晶闸管控制电容过零投切，以降低传统接触器投切的电流冲击，电容器投入后再由接触器旁的路晶闸管，使电容运行。

动态无功补偿复合的主要技术特点有：

实现动态补偿，可对频率和大小都变化的无功功率进行补偿，对补偿对象有极快的响应。动态补偿不容易和电网阻抗发生谐振，且可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。

（1）过零投切：断口电压为零时，开关接通；电流过零时，开关分断。由于采用了过零触发技术，因此可使射频干扰降低到最低程度。

（2）功耗小：由于采用了磁保持继电器，控制装置只在投切动作瞬间耗电，平时不耗电且磁保持继电器的接触电阻小，不需要外加散热片或风扇，降低了成本。

（3）无谐波：磁保持继电器吸合后，没有非线性电阻，不会产生谐波。

（4）抗干扰：具有低阻抗的特点，可以抑制干扰，消除噪声。

（5）保护功能：欠压保护，当系统电压低于160V时开关自动分闸；缺相保护，当系统电压缺相时，开关拒合闸（适用于三相△连结的开关）；停电保护，系统停电后开关自动分闸，当系统恢复供电后开关不会自动合闸。

开关合闸波形图：

2动态无功补偿复合开关在实际运行中存在的主要问题

（1）由于国内大多数的动态无功补偿复合开关采用的接触器都是普通的机械触点开关，因此动作速度较慢，在负荷动态变化特别频繁，要求响应速度和投切精度很大的场合，常常不能满足补偿要求。

（2）当用户同时使用大量三相用电设备时，必须投入三相电容补偿，而复合开关的接触器很难达到三相同时投切的质量要求。

（3）由于零点检测出现误差或电网、线路及其他因素的干扰，打乱动态无功补偿控制器及复合开关正常的工作程序甚至导致其失控。

3影响动态补偿复合开关稳定工作状态的主要因素

3.1电源因素

由于电子电路通过电源电路接到电网，所以电网的噪声通过电路干扰进入电子线路，这是影响复合开关工作稳定的主要原因之一。电源因素可以从以下三种情况来详细考虑。

（1）通过电源变压器的耦合。变压器是电源电路中最常见的元件，它的初级接在电网电源，次级则按设计要求得到各种交流电压，然后再经过整流滤波和稳压等电路，得到供线路工作所需要的直流电压。在研究电网高频尖峰脉冲如何穿越变压器而传播时发现，变压器初、级的交流电磁耦合并不是这种噪声的主要传播途径。事实上，这个传播途径是由变压器初次级间分布电容所造成的。由于变压器的初级线圈靠得很近，这两部分间的分布电容通常有数百PF。这种分布电容不仅电容量大，而且有良好的频率特性，对高频噪声的阻抗很低。

（2）电源本身的过压、欠电压、停电等故障引起的电源噪声。任何电源及输电线都存在内阻，正是这些内阻引起电源的噪声影响了复合开关的稳定工作。如果没有内阻存在，无论如何噪声都会被电源电路吸收，在电路中不会产生干扰电压。

（3）浪涌、下陷、尖峰电压与其他电源干扰因素。用户本身大功率设备的不断接通和断开，特别是大功率电动机，接通瞬间需要很大的启动电流，并可持续几百毫秒，从而在输电线路内阻上将产生很大的压降，这是电网中产生电压瞬变（浪涌、下陷）的主要原因。这些噪声叠加在正弦交流电压上沿线路传输，在所到之处引起干扰，如果幅度过大，会毁坏系统。

另外，设备接地不良，输电线、汽车打火、无线电发射以及电弧等幅射源、地线过长等等，都会使复合开关无法正常工作。3.2线路及其他因素

如果动态无功补偿控制器线路板设计不合理，使元件的排列不合理，或者线路中元件之间的布局不合理，就有可能出现线路本身的干扰源，使单片机系统误动作。

4动态无功补偿复合开关优化探讨

针对以上存在的问题，我们提出几点优化方案：

（1）采用晶闸管和交流低压真空接触器并联组成动态无功补偿复合开关的主体，以取代普通的机械型接触器。

因为真空接触器具有接通、分断能力大、电气和机械寿命长、在恶劣条件下工作可靠性高等优点，适合于电力系统中，供远、近距离接通和分断电路以及在重任务条件下的频繁启动和控制。

CKJ12型(EVS)系列交流低压真空接触性能参数：

（2）对接触器的触头系统进行改进，通过控制中间相触头的分断时刻，可达到三相触头均在电流过零点前分断电路，实现三相电路的同步分断。实现同步分断的关健是要有性能良好的电流传感器，用来检测主电路的电流。这种电流传感器与传统的电流传感器相比具有更强的抗干扰性能，在强大的电磁干扰（包括电弧干扰和电动力干扰）的影响下，要能够准确的反映主电路的电流变化情况，尤其能够检测到准确的电流零点。

（3）复合开关硬件部分。

①改良动态无功补偿控制器的单片机系统复位电路设计。通常单片机都有一个复位引角，用于系统的复位。但复位电路易受电源波动的影响，当单片机电源受到干扰后，电压下降至低电平时，复位端电位也随之下降至低电平，使单片机无法正常工作。

②动态无功补偿复合开关采用光电隔离的电路。光电隔离的目的是割断两个电路之间的联系。复合开关的控制回路采用美国摩托罗拉公司最新推出的光电新器件——光电双向可控硅驱动器，作为其主要控制元件。

此元件由输入、输出两部分组成。输入级是一个砷化镓红外线发光二极管（LED），该二极管在5-15mA正向电流作用下，发出足够的红外光，触发输出部分。输出级为具有过零检测的光控双向可控硅。当红外发光二极管发射红外光时，光控双向可控硅导通，发出控制信号触发主控零件。由于采用了光电隔离，并且能用TTL电平驱动，它很容易与单片机接口进行自动工控设备的适时控制。提高了线路的稳定性。

③接地技术。一种是为了保证人身或设备安全，而把设备的外壳接地，这种接地称之为外壳接地或安全接地；另一种是为电路工作提供一个公共的电位参考点，这种接地称之为工作接地。

复合开关电路采用工作接地，电流传感器则采用外壳接地系统。为了减少电流信号回路的电磁干扰，送入单片机的信号采用了带屏蔽的双绞线，双绞线的屏蔽层连接到机壳上。

④屏蔽技术。电源变压器采用初级间加屏蔽层接地以解决电网干扰问题。以金属板、金属网或金属盒构成的屏蔽体能有效对付电磁波幅射的影响。

（4）控制器软件部分。

除了在硬件采取必要的抗干扰措施外，在单片机程序设计中，充分挖掘软件的抗干扰能力，采取一定的措施，将干扰的影响抑制到最小程度。

①使用监视定时器。程序在运行过程中，有时由于某种噪声干扰的影响，会出现程序“乱飞”现象，影响系统正常工作。这种情况可采用PLC单片机内部具有的监视定时器WDT来监视系统。因为在系统正常工作时，程序每隔一定的时间清除计数器，而计数器按时针脉冲加法计数。当这一时间短于监视定时器的溢出时间时，计数器永远不会溢出。但如果系统受到干扰时，程序的正常执行顺序被破坏，便不能在计数器溢出之前清除计数器，从而不会发生计数器溢出的情况。所以可把计数器溢出作为系统受到干扰的标志。

动态无功补偿控制器通过设置状态寄存器可设置定时器溢出时间，在程序执行期间利用CLRWDT指令清除定时器，从而防止程序正常执行时的定时器溢出，并使系统复位，可有效地消除干扰的影响。

②软件陷阱。通常CPU的ROM存储区存在着大量的未用空间，而当程序受到干扰后，经常会跳到这些地址上。为了捕捉到这种干扰，可在这些区域设置陷阱——引导程序片段，一但程序落入这片区域时，就将其引导到特定的处理程序上而恢复正常。这种措施的优点是抗干扰、处理简单，缺点是其与CPU未用的存储数量有关，未用的空间越多，则捕捉到干扰的概率越大，故具有一定的局限性。

③软件抑制电源干扰。实际运行中会有一部分电源噪声窜入系统，造成软件复位，扰乱程序的正常执行顺序。为了抵御这种干扰，在程序的开始位置安排了一段程序，此程序可以决定复合开关的投切动作。

系统在初始化后，进入条年审查状态，根据电压、电流检测单元所测的电压、电流信号决定系统当前的工作状态，保证系统的可靠运行。

④数字滤波。控制器单片机计算吸合电压、释放电压时采用数字滤波的方法，可以消除由于电子、电磁干扰造成的采样信号不准确导致误动作的问题。

参考文献

［1］王建元,纪元超.一种自动无功功率补偿模糊控制策略的研究［J］.中国电力，2002.

［2］韦巍.智能控制技术［M］.北京：机械工业出版社，1997.

单片开关范文篇10

关键词：单片机；汽车；自动熄火；自动控制

近年来，随着经济的快速增长，人们的生活越来越富有，很多家庭都开始以汽车作为主要的交通工具。但是随之而来的，除了汽车出行的方便快捷，还存在着一些安全问题。经常在驾驶员停车下车的时候发生汽车安全事故，主要表现为车辆溜车。虽然在车辆使用时，一般要求驾驶员打开车门离开车辆时发动机要熄火，但生活中经常会发生人们未将发动机熄火便开门下车，这样会造成安全隐患且浪费燃油。这种由于驾驶员的疏忽离车不熄火的行为，仅仅依靠制度管理和驾驶员自觉往往无法完全杜绝，所以可以设计开发一种能在驾驶员打开车门离开驾驶室时自动熄火的自动控制系统。

1熄火系统设计方案

这个车辆自动熄火系统的设计思路是依托汽车已有的电气系统和液压系统，增加一个合成了电气和液控的自动控制安全系统，这个车辆自动熄火系统主要包括几大部分，分别是感应信号采集部分、单片机信号处理部分、电子阀控制部分、液压执行机构。感应信号采集部分主要是通过压力传感器采集压力信号，再将监测信号发送到单片机信号处理部分进行信号的判断、处理与输出，单片机信号处理部分输出信号控制电子阀控制部分的工作状态，液压执行机构在电子阀控制部分的控制下进行动作，执行设定的熄火操作。这个车辆自动熄火系统主要由单片机、感应器、熄火油缸、熄火开关、延时阀、熄火控制阀、电磁控制阀、蓄能器、报警器、车门、油箱等组成。系统原理如图1所示。图1中的序号分别代表：1是蓄能器，2是报警器，3是单片机，4是感应器，5是车门，6是熄火开关，7是熄火油缸，8是延时阀，9是熄火控制阀，10是电磁控制阀，11是油箱。车辆自动熄火系统中感应器与车门相接触，感应车门的压力进行判断是否发送高电平信号给单片机；感应器连接在单片机上，单片机连接着一个报警器和一个电磁控制阀的换位控制口；该电磁阀的进油口A口接连到蓄能器，执行口P口连接到熄火控制阀的换位控制口，回油口T口连接到油箱；熄火控制阀的进油口A口接连到蓄能器，执行口P口连接到延时阀，回油口T口连接到油箱；延时阀连接到一个熄火油缸，熄火油缸的推杆连接到汽车发动机熄火开关。

2系统设计原理

车辆自动熄火系统的具体原理是：当车辆行驶中车门关闭时，状态如图1中所示，感应器在车门的压力下紧闭，单片机不会收到从感应器发来的高平信号，单片机不会发送换位信号给电磁控制阀，电磁控制阀的执行口P口和进油口A口不相通，蓄能器中的压力油无法通过电磁控制阀的执行口P口进入熄火控制阀的换位控制口；此时，熄火控制阀不会换位，执行口P口和进油口A口也不相通，蓄能器中的压力油也无法通过熄火控制阀的执行口P口进入熄火油缸，熄火油缸自然就不会运动，无法拉动汽车发动机上的熄火开关。当驾驶员需开门下车时，车门打开，感应器压力释放，发出高平信号给单片机，单片机收到信号经过处理之后，控制报警器发出语音警告提醒，同时发出电信号控制电磁控制阀进行换位，电磁控制阀换位之后，执行口P口和进油口A口连通，蓄能器中的压力油通过电磁控制阀的执行口P口进入熄火控制阀的换位控制口；此时，熄火控制阀换位，熄火控制阀的执行口P口和进油口A口连通，蓄能器中的压力油通过熄火控制阀的执行口P口进入延时阀，经过延时阀设定的延时时间之后，液压油通过延时阀进入熄火油缸，熄火油缸在液压作用下做直线运动，拉动汽车发动机上的熄火开关熄灭汽车发动机。系统中的熄火控制阀可选用常见的液控二位三通阀，电磁控制阀可选用常见的电控二位三通阀。车辆自动熄火系统还包括一个延时阀，这个延时阀设置在熄火控制阀和熄火油缸之间。这个延时阀的作用是当驾驶员只是打开车门，并没有离开车辆时，暂时先不执行熄火操作，系统会延时一段时间，同时，报警器会提醒驾驶员车辆自动熄火系统将关闭汽车发动机。这样就可以避免误熄火，给驾驶员操作带来不便，提高系统的实用性。这个延时设定的时间可以自定义。车辆自动熄火系统还包括一个报警器。这个报警器连接在单片机上，通过单片机控制。在单片机得到传感器的高电平信号后，控制该电子阀控制部分、液压执行机构工作的同时发出语音报警信号，提醒驾驶员自行主动熄火或者将于设定的延时时间后熄火。如果考虑可以手动关闭车辆自动熄火系统，就需要另外增加一个手动开关。这个手动开关可以连接在单片机上，当这个手动开关关闭时，单片机根据信号进行设置，使车辆自动熄火系统不工作。

3结束语