開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)精選(九篇)

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第1篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

[關(guān)鍵詞] 開(kāi)關(guān)電源 設(shè)計(jì)

圖1是一個(gè)普遍應(yīng)用的反激式（或稱(chēng)為回掃式）開(kāi)關(guān)電源工作原理圖，50Hz或60Hz交流電網(wǎng)電壓首先經(jīng)整流堆整流，并向儲(chǔ)能濾波電容器C5充電，然后向變壓器T1與開(kāi)關(guān)管V1組成的負(fù)載回路供電。圖2是進(jìn)行過(guò)電磁兼容設(shè)計(jì)后的電氣原理圖。

圖1 圖2

1、對(duì)電流諧波的抑制

一般電容器C5的容量很大，其兩端電壓紋波很小，大約只有輸入電壓的10%左右，而僅當(dāng)輸入電壓Ui大于電容器C5兩端電壓的時(shí)候，整流二極管才導(dǎo)通，因此在輸入電壓的一個(gè)周期內(nèi)，整流二極管的導(dǎo)通時(shí)間很短，即導(dǎo)通角很小。這樣整流電路中將出現(xiàn)脈沖尖峰電流。

這種脈沖尖峰電流如用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，將被看成由非常多的高次諧波電流組成，這些諧波電流將會(huì)降低電源設(shè)備的使用效率，即功率因數(shù)很低，并會(huì)倒灌到電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，即交流電源閃爍。脈沖電流諧波和交流電源閃爍測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為：IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。一般測(cè)試脈沖電流諧波的上限是40次諧波頻率。

解決整流電路中出現(xiàn)脈沖尖峰電流過(guò)大的方法是在整流電路中串聯(lián)一個(gè)功率因數(shù)校正(PFC)電路，或差模濾波電感器。PFC電路一般為一個(gè)并聯(lián)式升壓開(kāi)關(guān)電源，其輸出電壓一般為直流400V，沒(méi)有經(jīng)功率因數(shù)校正之前的電源設(shè)備，其功率因數(shù)一般只有0.4~0.6，經(jīng)校正后最高可達(dá)到0.98。PFC電路雖然可以解決整流電路中出現(xiàn)脈沖尖峰電流過(guò)大的問(wèn)題，但又會(huì)帶來(lái)新的高頻干擾問(wèn)題，這同樣也要進(jìn)行嚴(yán)格的EMC設(shè)計(jì)。用差模濾波電感器可以有效地抑制脈沖電流的峰值，從而降低電流諧波干擾，但不能提高功率因數(shù)。

圖2中的L1為差模濾波電感器，差模濾波電感器一般用矽鋼片材料制作，以提高電感量，為了防止大電流流過(guò)差模濾波電感器時(shí)產(chǎn)生磁飽和，一般差模濾波電感器的兩個(gè)組線(xiàn)圈都各自留有一個(gè)漏感磁回路。

L1差模濾波電感可根據(jù)試驗(yàn)求得，也可以根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

E=L*di/dt (1)

式中E為輸入電壓Ui與電容器C5兩端電壓的差值，即L1兩端的電壓降，L為電感量，di/dt為電流上升率。顯然，要求電流上升率越小，則要求電感量就越大。

2、對(duì)振鈴電壓的抑制

由于變壓器的初級(jí)有漏感，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管V1由飽和導(dǎo)通到截止關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)又會(huì)對(duì)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的分布電容進(jìn)行充放電，從而產(chǎn)生阻尼振蕩，即產(chǎn)生振鈴。變壓器初級(jí)漏感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的電壓幅度一般都很高，其能量也很大，如不采取保護(hù)措施，反電動(dòng)勢(shì)一般都會(huì)把電源開(kāi)關(guān)管擊穿，同時(shí)反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的阻尼振蕩還會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁輻射，不但對(duì)機(jī)器本身造成嚴(yán)重干擾，對(duì)機(jī)器周邊環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。

圖2中的D1、R2、C6是抑制反電動(dòng)勢(shì)和振鈴電壓幅度的有效電路，當(dāng)變壓器初級(jí)漏感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管D1對(duì)電容器C6進(jìn)行充電，相當(dāng)于電容器把反電動(dòng)勢(shì)的能量吸收掉，從而降低了反電動(dòng)勢(shì)和振鈴電壓的幅度。電容器C6充滿(mǎn)電后，又會(huì)通過(guò)R2放電，正確選擇RC放電的時(shí)間常數(shù)，使電容器在下次充電時(shí)的剩余電壓剛好等于方波電壓的幅度，此時(shí)電源的工作效率最高。

3、對(duì)傳導(dǎo)干擾信號(hào)的抑制

圖1中，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管V1導(dǎo)通或者關(guān)斷時(shí)，在電容器C5、變壓器T1的初級(jí)和電源開(kāi)關(guān)管V1組成的電路中會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)直流i1，如果把此電流回路看成是一個(gè)變壓器的“初級(jí)線(xiàn)圈”，由于電流i1的變化速率很高，它在“初級(jí)線(xiàn)圈”中產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，也會(huì)對(duì)周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁感應(yīng)，我們可以把周?chē)娐范伎闯墒峭蛔儔浩鞯亩鄠€(gè)“次級(jí)線(xiàn)圈”，同時(shí)變壓器T1的漏感也同樣對(duì)各個(gè)“次級(jí)線(xiàn)圈”產(chǎn)生感應(yīng)作用，因此電流i1通過(guò)電磁感應(yīng)，在每個(gè)“次級(jí)線(xiàn)圈”中都會(huì)產(chǎn)生的感應(yīng)電流，我們分別把它們記為i2、i3、i4 …。

其中i2和i3是差模干擾信號(hào)，它們可以通過(guò)兩根電源線(xiàn)傳導(dǎo)到電網(wǎng)的其它線(xiàn)路之中和干擾其它電子設(shè)備；i4是共模干擾信號(hào)，它是電流i1回路通過(guò)電磁感應(yīng)其它電路與大地或機(jī)殼組成的回路產(chǎn)生的，并且其它電路與大地或機(jī)殼是通過(guò)電容耦合構(gòu)成回路的，共模干擾信號(hào)可以通過(guò)電源線(xiàn)與大地傳導(dǎo)到電網(wǎng)其它線(xiàn)路之中和干擾其它電子設(shè)備。

與電源開(kāi)關(guān)管V1的集電極相連的電路，也是產(chǎn)生共模干擾信號(hào)的主要原因，因?yàn)樵谡麄€(gè)開(kāi)關(guān)電源電路中，數(shù)電源開(kāi)關(guān)管V1集電極的電位最高，最高可達(dá)600V以上，其它電路的電位都比它低，因此電源開(kāi)關(guān)管V1的集電極與其它電路(也包括電源輸入端的引線(xiàn))之間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，電路會(huì)產(chǎn)生位移電流，這個(gè)位移電流基本屬于共模干擾信號(hào)。

圖2中的電容器C1、C2和差模電感器L1對(duì)i1、i2和i3差模干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。由于C1、C2在電源線(xiàn)拔出時(shí)還會(huì)帶電，容易觸電傷人，所以在電源輸入的兩端要接一個(gè)放電電阻R1。

對(duì)共模干擾信號(hào)i4要進(jìn)行完全抑制，一般很困難，特別是沒(méi)有金屬機(jī)殼屏蔽的情況下，因?yàn)樵诟袘?yīng)產(chǎn)生共模干擾信號(hào)的回路中，其中的一個(gè)“元器件”是線(xiàn)路板與大地之間的等效電容，此“元器件”的數(shù)值一般是不穩(wěn)定的，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)指標(biāo)要留有足夠的余量。圖2中L2和C3、C4是共模干擾信號(hào)抑制電路器件，在輸入功率較大的電路中，L2一般要用兩個(gè)，甚至三個(gè)，其中一個(gè)多為環(huán)形磁心電感。

根據(jù)上面分析，產(chǎn)生電磁干擾的原因主要是i1流過(guò)的主要回路，這個(gè)回路主要由電容器C5、變壓器T1初級(jí)和電源開(kāi)關(guān)管V1組成，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，這個(gè)回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

e=dψ/dt=S*dB/dt (2)

式中e為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，ψ為磁通量，S電流回路的面積，B為磁感應(yīng)密度，其值與電流強(qiáng)度成正比，dψ/dt為磁通變化率。由此可見(jiàn)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流回路的面積成正比。因此要減少電磁干擾，首先是要設(shè)法減小電流回路的面積，特別是i1電流流過(guò)的回路面積。另外，為了減少變壓器漏感對(duì)周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁感應(yīng)的影響，一方面要求變壓器的漏感要做得小，另一方面一定要在變壓器的包一層薄銅皮，以構(gòu)成一個(gè)低阻抗短路線(xiàn)圈，把漏感產(chǎn)生的感應(yīng)能量通過(guò)渦流損耗掉。

第2篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

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第3篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)裝置；工作原理；故障分析；驗(yàn)證

本文從開(kāi)關(guān)電源的原理入手，以測(cè)試的角度，對(duì)兩種有故障的電源模塊通過(guò)試驗(yàn)再現(xiàn)其故障現(xiàn)象，并分析了其故障原因，最后對(duì)改進(jìn)后的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。

1開(kāi)關(guān)電源工作原理

用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪恍螒B(tài)，用閉環(huán)控制穩(wěn)定輸出，并有保護(hù)環(huán)節(jié)的模塊，叫做開(kāi)關(guān)電源。

高壓交流電進(jìn)入電源，首先經(jīng)濾波器濾波，再經(jīng)全橋整流電路，將高壓交流電整流為高壓直流電；然后由開(kāi)關(guān)電路將高壓直流電調(diào)制為高壓脈動(dòng)直流；隨后把得到的脈動(dòng)直流電，送到高頻開(kāi)關(guān)變壓器進(jìn)行降壓，最后經(jīng)低壓濾波電路進(jìn)行整流和濾波就得到了適合裝置使用的低壓直流電。

電源工作原理框圖如圖1所示。

圖1開(kāi)關(guān)電源原理圖

2故障現(xiàn)象分析

由于繼電保護(hù)用開(kāi)關(guān)電源功能要求較多，需考慮時(shí)序、保護(hù)等因素，因此開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的故障風(fēng)險(xiǎn)較高。另外供電保護(hù)裝置又較民用電器工作條件苛刻，影響繼電保護(hù)開(kāi)關(guān)電源的安全運(yùn)行。本文著重分析了兩種因設(shè)計(jì)缺陷而造成故障的開(kāi)關(guān)電源。

2.1輸入電源波動(dòng)，開(kāi)關(guān)電源停止工作

1）故障現(xiàn)象：外部輸入電源瞬時(shí)性故障，隨后輸入電壓恢復(fù)正常，開(kāi)關(guān)電源停止工作一直無(wú)輸出電壓，需手動(dòng)斷電、上電才能恢復(fù)。

2）故障再現(xiàn)：用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀，控制輸入電壓中斷時(shí)間，通過(guò)便攜式波形記錄儀記錄輸入電壓和輸出電壓的變化?？刂戚斎腚妷褐袛鄷r(shí)間長(zhǎng)短，發(fā)現(xiàn)輸出存在如下三種情況：

a）輸入電源中斷一段時(shí)間（約100～200ms）后恢復(fù)，此后輸入電壓恢復(fù)正常，開(kāi)關(guān)電源不能恢復(fù)工作。（此過(guò)程為故障情況），具體時(shí)序圖見(jiàn)圖2所示。

圖2輸入電源中斷一段時(shí)間后恢復(fù)

b）輸入電壓長(zhǎng)時(shí)中斷（大于250ms）后恢復(fù)，+5V、+24V輸出電壓均消失，此過(guò)程與開(kāi)關(guān)電源的正常啟動(dòng)過(guò)程相同。具體時(shí)序圖見(jiàn)圖3所示。

c）輸入電壓短暫中斷（小于70ms）后恢復(fù)，+5V輸出電壓未消失，而+24V輸出電壓也未消失，對(duì)開(kāi)關(guān)電源正常工作沒(méi)有影響。具體時(shí)序圖見(jiàn)圖4所示。輸入電壓消失時(shí)間短暫，由于輸出電壓未出現(xiàn)欠壓過(guò)程，電源欠壓保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。

圖3輸入電源長(zhǎng)時(shí)中斷后恢復(fù)

圖4輸入電源短時(shí)中斷后恢復(fù)

3）故障分析：要分析此故障，應(yīng)先了解該開(kāi)關(guān)電源的正常啟動(dòng)邏輯和輸出電壓保護(hù)邏輯。

輸入工作電壓，輸出電壓+5V主回路建立，然后由于輸出電壓時(shí)序要求，經(jīng)延時(shí)約50ms，+24V輸出電壓建立。

輸出電壓欠壓保護(hù)邏輯為：當(dāng)輸出電壓任何一路降到20％Un以下時(shí)，欠壓保護(hù)動(dòng)作，且不能自恢復(fù)。

更改邏輯前，因輸入電壓快速通斷而引起的電源欠壓保護(hù)誤動(dòng)作，其根本原因是延時(shí)電路沒(méi)有依據(jù)輸入電壓的變化及時(shí)復(fù)位，使得上電時(shí)的假欠壓信號(hào)得不到屏蔽，從而產(chǎn)生誤動(dòng)作，如圖2所示。

4)解決措施：采取的措施是在保護(hù)環(huán)節(jié)上增加輸入電壓檢測(cè)電路，并在延時(shí)電容上并接一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，只要輸入電壓低于定值（開(kāi)關(guān)電源停止工作前的值），該電子開(kāi)關(guān)便閉合，延時(shí)電路復(fù)位，若輸入電壓重新上升至該設(shè)定值，給保護(hù)電路供電的延時(shí)電路重新開(kāi)始延時(shí)，電源重啟動(dòng)時(shí)的假欠壓信號(hào)被屏蔽，徹底解決了由于輸入電壓快速波動(dòng)所產(chǎn)生的電源誤保護(hù)。從而避免了圖2的情況，直接快速進(jìn)入重新上電邏輯，此時(shí)的輸出電壓建立過(guò)程見(jiàn)圖3所示。邏輯回路見(jiàn)圖5所示。

圖5增加放電回路后原理圖

5)試驗(yàn)驗(yàn)證：用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀狀態(tài)序列模擬輸入電源中斷，用便攜式波形記錄儀記錄輸出電壓隨輸入電壓的變化波形。調(diào)整輸入電壓中斷時(shí)間，發(fā)現(xiàn)調(diào)整后的電源僅出現(xiàn)b）、c）兩種情況，不再出現(xiàn)a）即故障情況。

2.2啟動(dòng)電流過(guò)大，導(dǎo)致供電電源過(guò)載告警

1）故障現(xiàn)象：電源模塊穩(wěn)態(tài)工作電壓為220V，額定功率為20.8W，額定輸出時(shí)輸入電流約為130mA。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸入電壓緩慢增大時(shí)，導(dǎo)致輸入電流激增，引起供電電源過(guò)載告警。

2）故障分析：經(jīng)查發(fā)現(xiàn)輸入電壓為60V時(shí)，電源啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)瞬態(tài)電流約為200mA，穩(wěn)態(tài)電流為600mA，啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為600±200mA，造成輸出電流激增。而由于條件限制，此電源模塊的供電電源輸出僅為500mA，因此造成供電電源過(guò)載。

由于開(kāi)關(guān)電源工作需要一定的功率，設(shè)計(jì)中由于未考慮到電源啟動(dòng)時(shí)，輸出回路的啟動(dòng)需要一定的功率，而啟動(dòng)電壓比較低，所以功率的突增，必然帶來(lái)開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)瞬態(tài)電流的激增，電流的激增對(duì)供電電源有較大的沖擊。

3）解決措施：?jiǎn)?dòng)需要的功率一定，如果要減小啟動(dòng)電流，可以考慮增加啟動(dòng)電壓的門(mén)檻。將開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電壓提高到130～140V。

4）試驗(yàn)驗(yàn)證：調(diào)整開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電壓后，通過(guò)試驗(yàn)儀模擬輸入電壓緩慢啟動(dòng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源在滿(mǎn)載情況下，試驗(yàn)中緩慢上升輸入電壓（上升速率5V/s或10V/s），從0～130V啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流降低到200～220mA，穩(wěn)態(tài)電流大約為200±100mA，因而啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流將為400±100mA，啟動(dòng)電流較改進(jìn)前減小300mA，不會(huì)對(duì)供電電源造成太大的沖擊?？捎行П苊廨斎腚妷核查g降低時(shí)，給整個(gè)供電回路造成較大的電流沖擊。

3結(jié)束語(yǔ)

從以上問(wèn)題分析可知，開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)注電能變換的各個(gè)環(huán)節(jié)，開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓建立和消失時(shí)序和電源的保護(hù)功能，是緊密聯(lián)系的，當(dāng)其中的某一環(huán)節(jié)存在缺陷時(shí)，開(kāi)關(guān)電源就不能正常工作。因此在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)前，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行兩種工作：

1)考慮諸如此類(lèi)的問(wèn)題，如啟動(dòng)功率一定時(shí)，啟動(dòng)電壓門(mén)檻過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生輸出電流瞬態(tài)突增的現(xiàn)象。

第4篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

1 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展過(guò)程

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率（占空比），調(diào)整輸出電壓，維持輸出穩(wěn)定的一種電源。早在20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在各種電子、電器設(shè)備，程控交換機(jī)、通訊、電力檢測(cè)設(shè)備電源和控制設(shè)備電源之中。開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但兩者增長(zhǎng)速率各異。線(xiàn)性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一點(diǎn)稱(chēng)為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也不斷的創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，從而為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。

開(kāi)關(guān)電源高頻化使其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源更進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。

2 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各在開(kāi)關(guān)電源制造商都致力同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小薄。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源的工作效率。對(duì)聯(lián)高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。

模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化，其噪聲也必將隨著增大，而用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展大量的工作，使得多項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國(guó)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3 開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)

隨著電力電子器件和開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)幾乎同步開(kāi)發(fā)的前提下，兩者相互促進(jìn)與推動(dòng)，開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率，向輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源科分為AC/DC和DC/DC兩大類(lèi)。DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化、成熟化和標(biāo)準(zhǔn)化。但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。

3.1 DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱(chēng)為直流斬波。斬波器的工作方式有：脈寬調(diào)制方式（Ts不變，改變ton）和頻率調(diào)制方式（ton不變，改變Ts）兩種。前者較為通用，后者容易產(chǎn)生干擾。其具體電路有Buck電路（降壓斬波器，其輸出平均小于輸入電壓，極性相同）、Boost電路（升壓斬波器，其輸出平均電壓大于輸入電壓，極性相同）、Buck—Boost電路（降壓或升壓斬波器，電感傳輸方式。其輸出平均電壓大于或小于輸出電壓，極性相反）和Cuk電路（降壓或升壓斬波器，電容傳輸方式。其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓，極性相反）四種。

當(dāng)今世界軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)得變化和飛躍。美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造得多種ECI軟開(kāi)關(guān)DC/DC變換器，最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)得功率密度為（6.2、10、17）W/cm3，效率為（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)得高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列，其開(kāi)關(guān)頻率為200—300KHz，功率密度已達(dá)27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路效率提高到90%。

3.2 AC/DC變換器

AC/DC變換器是將交流電壓變換成直流電壓，其功率流向可以是雙向的功率六由電源流向負(fù)載的稱(chēng)為“整流”，功率六有負(fù)載返向電源的稱(chēng)為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)，（如UL、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作效率達(dá)到一定的滿(mǎn)意程度。

AC/DC變換按電路的接線(xiàn)方式右分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相。按電路工袋子和象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。轉(zhuǎn)貼于 4.開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理

4.1開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種。調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)際開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的中使用得較多，因此，就以調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源為例說(shuō)明其基本工作原理：調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見(jiàn)圖1。對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓U當(dāng)Um與T不變時(shí)，直流平均電壓Uo與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們?cè)O(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，即可達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。

Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。

4.2 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖2所示。交流電壓經(jīng)整流、濾波電路整流濾波后，輸出一個(gè)含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，再經(jīng)高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?/p>

控制電路由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路組成（目前已集成化）。主要起控制高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比，即脈沖寬度的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。開(kāi)關(guān)電源的典型電路主要有單端反激式開(kāi)關(guān)電源、單端正激式開(kāi)關(guān)電源、自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、推挽式開(kāi)關(guān)電源、降壓式開(kāi)關(guān)電源、升壓式開(kāi)關(guān)電源、反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源。

5 開(kāi)關(guān)電源在醫(yī)學(xué)儀器中的應(yīng)用

近二十年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在心電圖機(jī)、超聲診斷儀和CT等醫(yī)療儀器設(shè)備之中。本文以美國(guó)GE公司專(zhuān)門(mén)為CT機(jī)設(shè)計(jì)的CT MAX640型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源為例加以介紹。該電源由軟啟動(dòng)控制電路、220/110V自動(dòng)識(shí)別電路、晶體管開(kāi)關(guān)電路（輔助電源）、脈寬調(diào)制（PWM）、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。

5.1軟啟動(dòng)控制電路

由TR104、TRC101、THF101、R113、R114、R116等組成。開(kāi)機(jī)瞬間TRC101截止，電流流過(guò)THF101、限流電阻R113、R114，輔助開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始接入直流300V時(shí)，光電耦合器PC101導(dǎo)通。同時(shí)，振蕩波形經(jīng)T101耦合，D106整流、C128濾波，輸出一直流電壓，TR104飽和導(dǎo)通。當(dāng)R116上的直流壓降達(dá)到可控硅TEC101觸發(fā)電壓時(shí)而導(dǎo)通，此時(shí)THF101、R113、R114失去作用，從而實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)時(shí)減少整流橋和濾波電容沖擊電流的作用，即軟啟動(dòng)

5.2 自動(dòng)識(shí)別電路

由IC101、TRC102、TR101、SS102、R101、R112等組成。當(dāng)輸入220V交流電時(shí)，TRC102截止，220V經(jīng)硅橋SS101整流，濾波后輸出A、B兩組電壓，TR103集電極輸出300V直流電壓；當(dāng)輸入110V交流電壓時(shí)，IC1013腳的輸出電壓使可控硅TRC102導(dǎo)通，K點(diǎn)與硅橋的110V輸入端相連接，再經(jīng)倍壓整流電路（SS101、C109-112、R120、R121）輸出300V直流電壓。為輔助開(kāi)關(guān)電源及脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路供電。

5.3 晶體管開(kāi)關(guān)電路又稱(chēng)輔助電源

由TR103、T101、TR102等組成。由T1015、6腳耦合過(guò)來(lái)的交變信號(hào)，經(jīng)D108整流、C127濾波后輸出C、X正壓，為脈寬調(diào)制電路、風(fēng)扇檢測(cè)電路、+5V誤差放大負(fù)反饋控制電路供電。

第5篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】反激式；變壓器；開(kāi)關(guān)電源；PI Expert

1.引言

近年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展非常迅速。相對(duì)于線(xiàn)性電源，開(kāi)關(guān)電源有著體積小、重量輕、效率高、抗干擾強(qiáng)、輸出電壓范圍寬和便于模塊化等優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源分為隔離和非隔離兩種形式，而隔離式又有正激和反激兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

一般在中小功率電源場(chǎng)合，反激式開(kāi)關(guān)電源往往最具性?xún)r(jià)比，因此被廣泛應(yīng)用于家電、工業(yè)控制、通訊、LED照明等領(lǐng)域。但設(shè)計(jì)一款具有高性?xún)r(jià)比的開(kāi)關(guān)電源并非易事，需要設(shè)計(jì)人員具備豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。按照傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法，開(kāi)關(guān)電源需要計(jì)算的參數(shù)變量非常多，工作量較大。為配合用戶(hù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，Power Integrations公司推出了PI Expert電源設(shè)計(jì)軟件，大大地減輕了設(shè)計(jì)人員的工作量。該軟件簡(jiǎn)單易用，靈活方便，是一種高效的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)工具。

2.反激式開(kāi)關(guān)電源的基本原理

所謂反激式開(kāi)關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈正好被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈沒(méi)有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開(kāi)關(guān)電源稱(chēng)為反激式開(kāi)關(guān)電源。反激式開(kāi)關(guān)電源中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)互相耦合的電感。在實(shí)際應(yīng)用中，反激變換器又經(jīng)常被設(shè)計(jì)成不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM模式）和連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM模式），以便根據(jù)具體的使用情況實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的最佳性能[1]。

反激式開(kāi)關(guān)電源一般由電源整流濾波電路，開(kāi)關(guān)芯片，高頻變壓器，漏極箝位電路，反饋電路和輸出濾波電路組成。電源濾波電路一方面消除來(lái)自電網(wǎng)的干擾，同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。輸入整流電路將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為高頻變壓器提供直流電壓。開(kāi)關(guān)芯片是開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵部分，選擇一款好的開(kāi)關(guān)芯片對(duì)開(kāi)關(guān)電源的性能起著重大的作用。變壓器是整個(gè)電源的核心，它把直流高電壓變換成低電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。漏極箝位電路的作用是當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管（MOSFET）關(guān)斷時(shí)，對(duì)由高頻變壓器漏感所形成的尖峰電壓進(jìn)行鉗位和吸收，以防止開(kāi)關(guān)管因過(guò)電壓而損壞。反饋電路和輸出濾波電路也是開(kāi)關(guān)電源不可缺少的部分，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著輸出電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

3.PI Expert的主要功能和特點(diǎn)

PI Expert是一個(gè)自動(dòng)化的圖形用戶(hù)界面（GUI）程序，通過(guò)接收用戶(hù)輸入的電源規(guī)格參數(shù)，自動(dòng)生成基于PI系列IC設(shè)計(jì)的電源方案。PI Expert提供了構(gòu)建和測(cè)試工作原型所需的一切信息，其中包括輸入電路、器件選擇、器件特性利用、箝位電路以及反饋電路在內(nèi)的完整示意圖和BOM。PI Expert還提供完整的磁特性設(shè)計(jì)，也可生成用于機(jī)械裝配的詳細(xì)繞制說(shuō)明。PI Expert的最新版本為V9.0。

運(yùn)用PI Expert設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源有以下幾個(gè)步驟：

第一步：用設(shè)計(jì)向?qū)陆ㄒ粋€(gè)設(shè)計(jì)。在向?qū)е形覀冃枰謩e選擇開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)芯片、開(kāi)關(guān)頻率、外殼、反饋類(lèi)型、輸入電壓類(lèi)型，輸出參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)。

第二步：選擇主輸出繞組的匝數(shù)范圍和磁芯選擇范圍，之后點(diǎn)擊完成設(shè)計(jì)便可生成一個(gè)初步的開(kāi)關(guān)電源電路圖和設(shè)計(jì)參數(shù)列表。

第三步：補(bǔ)充參數(shù)。在PI Expert窗口左側(cè)的“設(shè)計(jì)樹(shù)試圖”中補(bǔ)充設(shè)置一些未設(shè)置過(guò)的參數(shù)，如主輸出電壓，輸出繞組疊加方式，EMI濾波結(jié)構(gòu)等，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊“開(kāi)始優(yōu)化”即可完成。

第四步：手動(dòng)調(diào)整。由于軟件根據(jù)自身的算法計(jì)算元器件的值，所以存在非標(biāo)或不常用的問(wèn)題，這會(huì)給物料采購(gòu)帶來(lái)麻煩，這時(shí)候需要在合理的范圍內(nèi)調(diào)整器件的值。

設(shè)計(jì)完成后，PI Expert自動(dòng)生成電路圖、設(shè)計(jì)結(jié)果表單、電路板布局、材料清單和變壓器構(gòu)造示意圖，非常方便。

4.設(shè)計(jì)實(shí)例

本文基于PI Expert設(shè)計(jì)了一款兩路輸出（+5V/250mA，+12V/1A）的反激式開(kāi)關(guān)電源，其輸入電壓為通用寬電壓85～265V。此電源采用PI公司TinySwitch-III系列產(chǎn)品中的TNY280PN作為開(kāi)關(guān)芯片，高頻變壓器使用EE19磁芯，具有輸出過(guò)載和短路保護(hù)功能。

4.1 電路設(shè)計(jì)

PI Expert會(huì)根據(jù)用戶(hù)輸入的規(guī)格參數(shù)自動(dòng)生成電路原理圖，其中，較為關(guān)鍵的參數(shù)有：

（1）輸出疊加方式：因?yàn)榻涣鳢B加式可提供較佳的交叉穩(wěn)壓和工作效率，故輸出繞組采用交流疊加的方式進(jìn)行互連。

（2）反饋類(lèi)型：為了得到較佳的穩(wěn)壓效果，此處選擇使用TL431作為反饋，并使用偏置繞組進(jìn)一步減少開(kāi)關(guān)電源的空載功耗。反饋電路的選擇直接決定著輸出電壓的穩(wěn)壓精度，反饋電路一般有初級(jí)反饋和次級(jí)反饋，次級(jí)反饋又有次級(jí)穩(wěn)壓管和次級(jí)TL431兩種電路形式。使用齊納二極管作為參考的次級(jí)側(cè)反饋電路在溫度變化時(shí)通?？商峁┘s±7%的輸出調(diào)整率，而帶TL-431的次級(jí)側(cè)反饋通?？蔀榫€(xiàn)電壓和負(fù)載漂移提供優(yōu)于±5%輸出電壓穩(wěn)壓精度[2]。

（3）漏極箝位電路：PI Expert提供了三類(lèi)不同的箝位電路。軟件會(huì)根據(jù)電源的總輸出功率自動(dòng)選擇最佳的箝位電路。由于此電源輸出功率在20W以下，故采用簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓二極管箝位電路。

PI Expert設(shè)計(jì)完成再手工調(diào)整后的開(kāi)關(guān)電源原理圖如圖1所示。

4.2 高頻變壓器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高頻變壓器是設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源最關(guān)鍵的一步。PI Expert在生成原理圖的同時(shí)自動(dòng)生成變壓器的構(gòu)造圖。調(diào)整PI Expert左側(cè)“設(shè)計(jì)樹(shù)視圖”中的“變壓器”和“繞組結(jié)構(gòu)”參數(shù)即可調(diào)整變壓器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)變壓器時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：

（1）為了減低漏感，功率最高的次級(jí)繞組應(yīng)離變壓器的初級(jí)繞組最近。若某個(gè)次級(jí)繞組的圈數(shù)較少，則該繞組要橫跨繞線(xiàn)區(qū)域的整個(gè)寬度，以便改善耦合。

（2）由于此電源采用次級(jí)側(cè)的穩(wěn)壓方式，偏置繞組應(yīng)位于初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間。當(dāng)偏置繞組位于初級(jí)和次級(jí)之間時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)連接至初級(jí)返回端的EMI屏蔽層，降低了電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)EMI。

高頻變壓器的最終設(shè)計(jì)參數(shù)[3]如下：

磁芯型號(hào)：EE19

初級(jí)電感：880uH

初級(jí)繞組：漆包線(xiàn)，Φ0.2mm，87匝

偏置繞組：漆包線(xiàn)，Φ0.25mm，10匝

次級(jí)繞組1：三層絕緣線(xiàn)，Φ0.4mm，4匝

次級(jí)繞組2：三層絕緣線(xiàn)，Φ0.4mm，5匝

繞組順序（由里向外）：初級(jí)繞組，次級(jí)繞組2，次級(jí)繞組1，偏置繞組。

5.試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)際制作硬件進(jìn)行試驗(yàn)。

在額定負(fù)載情況下，當(dāng)輸入電壓為220V時(shí)，實(shí)測(cè)開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓波形如圖2所示。從圖上可以看出，開(kāi)關(guān)電源的輸出特性良好，電壓波動(dòng)非常小。再測(cè)輸出的紋波波形如圖3所示，由圖上可以看出，5V的紋波普遍在±100mV左右，12V的紋波在±100mV以下，效果理想。額定負(fù)載情況下，當(dāng)輸入電壓為85V時(shí)，測(cè)試輸出電壓的波動(dòng)和紋波均在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)電源復(fù)位重啟現(xiàn)象；當(dāng)輸入電壓為265V時(shí)，測(cè)試輸出電壓的波動(dòng)和紋波均在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)電源復(fù)位重啟現(xiàn)象；再對(duì)電源作保護(hù)功能的測(cè)試。使開(kāi)關(guān)電源的輸出過(guò)載或短路時(shí)，開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入2.5s間隔的自動(dòng)復(fù)位重啟保護(hù)；輸出負(fù)載正常時(shí)開(kāi)關(guān)電源恢復(fù)正常工作。

6.結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)證明本文基于PI Expert設(shè)計(jì)的反激式開(kāi)關(guān)電源具有良好的工作性能和高可靠性。該電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有輸出過(guò)載和短路等保護(hù)功能。PI Expert是一款高效的設(shè)計(jì)工具，借助PI Expert軟件可以大大縮短開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛(ài)華.開(kāi)關(guān)電源實(shí)用電路[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

第6篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】UC3842；脈寬調(diào)制；功率調(diào)整；測(cè)試分析

Abstract：this paper implement the switch power supply circuit，the design USES the flyback type switch power supply structure design of the typical form of UC3842 as the core device，by using the basic principle of pulse width modulation，and USES the auxiliary power supply way for the power supply，is helpful to increase the output power of main power supply.Using field effect tube as switching devices，the conduction and deadline fast，conduction loss is small，which guarantees efficient performance of switch power supply.At the same time，supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit，which guarantees system of work safety，pay attention to improve the circuit load regulation，enhances the working efficiency of the switching power supply，reduce the switching power supply output ripple voltage，reduce the electromagnetic interference，achieve the goal of green environmental protection.Adjustable output voltage，make its can be applied to different occasions.

Keywords：UC3842；pulse width modulation；power adjustment；test and analysis

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信、消費(fèi)電子類(lèi)產(chǎn)品等對(duì)開(kāi)關(guān)電源的需求迅猛增加，并且對(duì)電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求[1]。開(kāi)關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線(xiàn)性電源。電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展，將開(kāi)關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性?xún)r(jià)比等特性[2-3]。本文設(shè)計(jì)了單端反激式開(kāi)關(guān)電源，滿(mǎn)足信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。

2.開(kāi)關(guān)電源電路的實(shí)現(xiàn)

2.1 輸入濾波整流電路

圖1為輸入濾波整流電路。輸入的220V交流電，經(jīng)過(guò)由C1、C2、CX1、LF1、CY1、CY2組成的濾波器濾波后，再經(jīng)過(guò)BD1，將交流電壓整流為直流高壓，通過(guò)C3、C4的濾波后，再給后級(jí)電路提供電能。R1的作用是泄放電阻，因?yàn)镃X1的容量在0.22uF以上，安規(guī)規(guī)定需要加上一個(gè)泄放電阻[4]。

圖1 輸入濾波整流電路

2.2 PWM驅(qū)動(dòng)及控制電路

圖2為PWM驅(qū)動(dòng)及控制電路。直流高壓通過(guò)電阻R2給UC3842提供工作電壓，該工作電壓接入U(xiǎn)C3842的管腳7，UC3842開(kāi)始工作，由管腳6輸出的矩形波來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，管腳6輸出的信號(hào)為高低電壓脈沖信號(hào)。在輸出信號(hào)的高電平期間，場(chǎng)效應(yīng)管能夠?qū)?，電流流過(guò)變壓器的原邊繞組，同時(shí)在變壓器的原邊繞組中儲(chǔ)存能量。根據(jù)變壓器同名端的標(biāo)識(shí)情況，這個(gè)變壓器的副邊繞組和輔助反饋繞組均沒(méi)有輸出。當(dāng)管腳6輸出的信號(hào)為低電平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)[5]。由楞次定律可得，為了確保電流不變，變壓器的原邊繞組產(chǎn)生了下正上負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)副邊繞組的二極管導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。同時(shí)輔助反饋繞組向UC3842的管腳7供電。UC3842的內(nèi)部設(shè)有欠壓限制鎖定電路，其開(kāi)啟和關(guān)閉閾值電壓分別為16V和10V，當(dāng)電源電壓接通之后，一旦管腳7的電壓升至16V時(shí)，UC3842遍開(kāi)始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流大致為15mA。

圖2 PWM驅(qū)動(dòng)及控制電路

圖3 輸出反饋電路

2.3 輸出反饋電路

圖3所示為該開(kāi)關(guān)電源的輸出反饋電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，整流后的直流高壓在變壓器的原邊繞組中儲(chǔ)存能量，與變壓器副邊繞組相連的二極管D3處于反偏壓狀態(tài)，故D3截止，在變壓器副邊繞組無(wú)電流流過(guò)，即能量沒(méi)有傳遞給負(fù)載，直流高壓將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲(chǔ)存在變壓器的原邊繞組中。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1截止時(shí)，變壓器的副邊繞組中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使D3處于導(dǎo)通狀態(tài)，給輸出電容C13充電，同時(shí)負(fù)載上也有電流流過(guò)。圖3中，變壓器副邊繞組的交流電壓蔣經(jīng)國(guó)二極管D3整流、C13、C14、L1、C15整流后得到穩(wěn)定直流電壓，給負(fù)載提供能量[6]。D3為肖特基整流二極管，因?yàn)樾ぬ鼗O管的正向壓降為普通PN二極管的0.3～0.5倍，并且其反向恢復(fù)時(shí)間trr甚小。R11和C12為削尖峰電壓電路，C14、L1、C15為π型濾波器，D4的作用是能夠使該開(kāi)關(guān)電源和其他開(kāi)關(guān)電源串聯(lián)使用，R12是假負(fù)載，能夠使開(kāi)關(guān)電源得到穩(wěn)定的輸出電壓。反饋電路采用精密穩(wěn)壓器TL431和線(xiàn)性光耦。利用TL431可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過(guò)線(xiàn)性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。

3.系統(tǒng)測(cè)試

由于效率和紋波電壓是開(kāi)關(guān)電源的主要衡量指標(biāo)，所以測(cè)試時(shí)主要對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

3.1 測(cè)試開(kāi)關(guān)電源效率

在開(kāi)關(guān)電源效率的測(cè)試中，需要使用一個(gè)電子負(fù)載和4個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表。其中，兩個(gè)萬(wàn)用表用來(lái)測(cè)量電壓，另外兩個(gè)萬(wàn)用表用來(lái)測(cè)量電流，在使用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，需要根據(jù)要測(cè)量的電壓和電流值的大小，將萬(wàn)用表設(shè)置在合適的量程內(nèi)，以減小誤差。

3.2 測(cè)試輸出紋波電壓

為了使測(cè)出的數(shù)據(jù)盡可能準(zhǔn)確，避免示波器的探頭與地線(xiàn)形成一個(gè)環(huán)路，測(cè)試紋波電壓時(shí)，在示波器的探頭上需要并聯(lián)一個(gè)10uF的電解電容和0.1uF的無(wú)極性電容或者使用接地環(huán)，從而保證探頭的接地盡可能的短，保證探頭的接地線(xiàn)長(zhǎng)度小于1cm。

4.測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

按照上述的測(cè)試方法對(duì)開(kāi)關(guān)電源的效率和開(kāi)關(guān)電源的輸出紋波電壓進(jìn)行測(cè)試，對(duì)該設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，測(cè)試得到的數(shù)據(jù)及根據(jù)測(cè)試的到的數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析如表1所示。

表1 最差情況下的輸入功率、輸出功率與效率

輸入功率Pin（W） 輸出功率Pout（W） 效率η

36.856 30.170 81.86%

43.360 35.257 81.31%

49.634 40.909 82.42%

58.536 47.013 80.31%

67.208 53.540 79.66%

73.712 60.144 81.59%

表2 各種電壓條件下，滿(mǎn)載輸出時(shí)的紋波電壓值

電子負(fù)載RL（Ω） 輸出電壓Vout（V） 輸出功率Pout（W） 紋波電壓Vopp（mV）

2.4 12.01 60.10 138

2.8 12.98 60.17 169

3.3 14.09 60.16 189

3.8 15.12 60.16 213

4.3 16.08 60.13 230

4.8 16.99 60.14 246

用數(shù)字示波器測(cè)試輸出紋波電壓的數(shù)據(jù)如表2所示。

將負(fù)載上的功率調(diào)整為設(shè)計(jì)的標(biāo)稱(chēng)功率的一半以上時(shí)，通過(guò)數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)輸入直流總線(xiàn)電壓、直流總線(xiàn)電流、輸出電壓、輸出電流的測(cè)試，粗略估計(jì)一下其余的損耗，整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的效率為81.19%。

5.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了由UC3842組成隔離單端反激式PWM開(kāi)關(guān)電源，對(duì)其中的原理進(jìn)行分析。UC3842是一種電流控制型脈寬調(diào)制器，可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET和IGBT，特別適合于制作20～80W的小功率開(kāi)關(guān)電源。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出設(shè)計(jì)的電路效率和穩(wěn)定性較高。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】直流電源系統(tǒng) 智能高頻開(kāi)關(guān)電源 蓄電池 日常檢查 運(yùn)行維護(hù)

1 引言

直流電源系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石化管道、電力工礦、鐵路銀行等企業(yè)，作為直流操作、繼電保護(hù)、控制信號(hào)及事故照明的不停電直流電源使用。以前變電站直流電源設(shè)備均采取傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)，效率低，在電磁輻射、熱輻射、噪聲等方面都不盡人意。另外，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，對(duì)二次電路越來(lái)越先進(jìn)的儀器儀表、控制、自動(dòng)化設(shè)備很難滿(mǎn)足其技術(shù)要求。各設(shè)備通信規(guī)約一般不兼容，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)缺乏綜合的分析平臺(tái)，制約了管理的提升。而隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直流電源制造技術(shù)也取得了飛躍發(fā)展，智能高頻開(kāi)關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高、模塊疊加、N+1熱備份設(shè)計(jì)，及便于計(jì)算機(jī)管理等優(yōu)點(diǎn)，迎合了現(xiàn)代電源的潮流。

中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)公司臨濮管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)臨濮管道）分別于2008 年、2010年對(duì)趙寨子、莘縣輸油站各安裝了一套Powersun智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，從運(yùn)行的情況看效果很好，為臨濮管道輸油生產(chǎn)及其它負(fù)荷提供了可靠的電力保障。下面簡(jiǎn)單談一下直流系統(tǒng)的組成特點(diǎn)及工作原理和它的運(yùn)行與維護(hù)。

2 智能高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)及工作原理

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)2.1.1 高可靠性

（1）采用高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)、N+1熱備份。

（2）電壓輸入范圍寬，電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)。

（3）充電模塊可帶電插拔，維護(hù)方便快捷。

（4）有可靠的防雷及電氣絕緣防護(hù)措施，確保系統(tǒng)和人身安全。

（5）采用大屏幕觸摸屏，點(diǎn)陣液晶顯示，CCFL背光，實(shí)現(xiàn)全漢化實(shí)時(shí)顯示及操作。

2.1.2 高智能化

（1）可通過(guò)監(jiān)控模塊進(jìn)行系統(tǒng)各部分的參數(shù)設(shè)置。

（2） 模塊能夠平滑調(diào)節(jié)輸出電壓和電流，以及對(duì)蓄電池充電時(shí)的溫度補(bǔ)償。

（3） 蓄電池自動(dòng)管理及保護(hù)，實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)蓄電池的端電壓、充放電電流，并對(duì)蓄電池的均浮充電進(jìn)行智能控制，對(duì)電池過(guò)欠壓和充電過(guò)流進(jìn)行

2.2 系統(tǒng)工作原理

Powersun智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)主要由交流配電、整流模塊、監(jiān)控模塊（遠(yuǎn)程監(jiān)控、微機(jī)監(jiān)控）、降壓裝置、直流饋電（包括合閘分路、控制分路）、絕緣監(jiān)測(cè)、蓄電池組等幾大部分組成?；窘M成如圖1所示。

系統(tǒng)中的各監(jiān)控單元受微機(jī)監(jiān)控的管理和控制，通過(guò)通訊線(xiàn)將各監(jiān)控單元采集的信息送給微機(jī)監(jiān)控統(tǒng)一管理。主監(jiān)控顯示直流系統(tǒng)各種信息，用戶(hù)也可現(xiàn)場(chǎng)觸摸顯示屏查詢(xún)信息及操作，系統(tǒng)信息還可以接入到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)除交流監(jiān)控、直流監(jiān)控、開(kāi)關(guān)量監(jiān)控等基礎(chǔ)單元外，還配置了絕緣監(jiān)測(cè)、電池巡檢等功能單元，用來(lái)對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控。

該直流系統(tǒng)工作原理是：電源系統(tǒng)交流輸入正常時(shí)，兩路市電輸入經(jīng)過(guò)交流切換控制板選擇其中一路輸入，并通過(guò)交流配電單元給各個(gè)整流模塊供電。整流模塊將輸入三相交流電轉(zhuǎn)換為110V 的直流，經(jīng)隔離二極管隔離后輸出，一方面給電池充電，另一方面給合閘負(fù)載供電。

當(dāng)停電或異常時(shí)，交流無(wú)法輸入，充電模塊停止工作，由蓄電池供電。監(jiān)控模塊監(jiān)測(cè)電池電壓、放電時(shí)間，當(dāng)電池放電到一定程度時(shí)，監(jiān)控模塊告警。交流輸入恢復(fù)正常以后，充電模塊對(duì)電池進(jìn)行充電。

3 智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)應(yīng)用情況

臨濮管道改造后的輸油站直流電源系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)過(guò)三年多的運(yùn)行，技術(shù)指標(biāo)合理，各項(xiàng)參數(shù)顯示正確，操作方便、直觀，自動(dòng)化程度高，維護(hù)工作量大幅度減少，設(shè)備保護(hù)功能齊全，能可靠動(dòng)作。反映故障及時(shí)且準(zhǔn)確無(wú)誤，對(duì)電池能自動(dòng)管理無(wú)須專(zhuān)人維護(hù)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，確保了變電設(shè)備安全可靠運(yùn)行，主要體現(xiàn)在下表1：

4 高頻開(kāi)關(guān)直流電源的基本要求及注意事項(xiàng)

由高頻開(kāi)關(guān)電源的控制原理可知，智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)備，其智能化程度高，蓄電池組采用免維護(hù)蓄電池，雖然給我們帶來(lái)了許多便利，但在使用過(guò)程中要注意以下幾個(gè)方面，以確保使用安全。

（1）高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)在環(huán)境溫度-5～+40℃能正常工作。

（1）在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作量很少，主要是防塵。特別是北方氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰塵較多，軸流風(fēng)扇將使灰塵在機(jī)內(nèi)沉積，當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起機(jī)內(nèi)絕緣故障導(dǎo)致主機(jī)工作失常，因此模塊要每月應(yīng)徹底清潔一次。

（3）夏季防雷至關(guān)重要，在雷季到來(lái)之前還應(yīng)檢查變電站的防雷系統(tǒng)和直流電源的防雷裝置。

（4）定期檢查各連接件和插接件有無(wú)松動(dòng)和接觸不良的情況。

（5）定期對(duì)充電裝置輸出電壓和電流精度、整定參數(shù)、指示儀表進(jìn)行校對(duì)，以防止均充狀態(tài)與浮充狀態(tài)不能及時(shí)轉(zhuǎn)換而造成對(duì)蓄電池的損壞。

（6）直流電源系統(tǒng)在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備（負(fù)載），也不允許在滿(mǎn)負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行。

（7）由于蓄電池組輸出電流很大，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸、改接導(dǎo)電連接條（線(xiàn)）、輸出線(xiàn)時(shí)應(yīng)特別注意安全，使用的工具應(yīng)采取絕緣措施，以保證人身和設(shè)備安全。

（8）蓄電池應(yīng)避免大電流充放電，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大并且溫度升高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降，壽命提前終止。

5 蓄電池維護(hù)與管理

免維護(hù)蓄電池雖然密封程度高、體積小、自放電系數(shù)小、使用壽命長(zhǎng)和維護(hù)量小等特點(diǎn)，但電池容量的不足或破損很難通過(guò)電池巡檢儀發(fā)現(xiàn)。所以還需要值班員對(duì)蓄電池組進(jìn)行認(rèn)真巡視。巡視項(xiàng)目如下：

（1）檢查蓄電池連接條（線(xiàn)）有無(wú)松動(dòng)和腐蝕現(xiàn)象，殼體有無(wú)滲漏和變形，是否清潔。

（2）極柱與安全閥周?chē)欠裼兴犰F溢出。

（3）絕緣電阻是否下降。（4）蓄電池溫度是否正常25°C左右。（5）測(cè)試單只蓄電池電壓和內(nèi)阻（一般為幾～十幾mΩ）是否正常。

（6）清潔并檢測(cè)端電壓、溫度；

（7）當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓反極性、壓降大、壓差大和酸霧泄漏的電池時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，對(duì)不能恢復(fù)的蓄電池要及時(shí)更換。

（8）不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，否則可能會(huì)對(duì)整組蓄電池帶來(lái)不利影響。

（9）對(duì)壽命已到的電池組要及時(shí)更換，以免影響到電源系統(tǒng)和設(shè)備主機(jī)。6 結(jié)束語(yǔ)

由于臨濮管道各輸油站改造后的智能高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)性能穩(wěn)定，精度高，安全、可靠性更強(qiáng)，收到了良好的效果，但是再好的設(shè)備都有壽命期，也會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)故障，所以不能因?yàn)楦咧悄?、免維護(hù)而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的正常維護(hù)工作，預(yù)防在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障。

參考文獻(xiàn)

第8篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

在電力系統(tǒng)中，直流電源作為繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、控制操作回路、燈光音響信號(hào)及事故照明等電源之用，是發(fā)電廠和變電站比較重要的設(shè)備。因直流電源故障而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生，所以，對(duì)直流電源的可靠性、穩(wěn)定性具有很高要求。傳統(tǒng)的直流電源多數(shù)采用可控硅整流型。近幾年來(lái)，許多直流電源廠家推出智能化的高頻開(kāi)關(guān)電源，這種電源系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：安全、可靠、自動(dòng)化程度高、具有更小的體積和重量、綜合效率高以及噪音低等，適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要，值得推廣使用。

目前，我國(guó)電力系統(tǒng)采用的直流電源也正由傳統(tǒng)的相控電源逐步向模塊化的高頻開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)變。高頻開(kāi)關(guān)電源整流器的工作原理：交流電源接入整流模塊，經(jīng)濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉(zhuǎn)換為高頻交流，最后經(jīng)高頻變壓器、整流橋、濾波器后輸出平穩(wěn)直流。這種高頻開(kāi)關(guān)電源主要由高頻開(kāi)關(guān)充電模塊、集中監(jiān)控器和蓄電池組等組成，其中充電模塊和集中監(jiān)控器具有內(nèi)置微處理器，智能化程度高。高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，充電機(jī)的輸出與蓄電池組并聯(lián)運(yùn)行，給經(jīng)常性負(fù)荷供電。

二、高頻開(kāi)關(guān)電源的原理和特性

（一）高頻電源系統(tǒng)方框圖

高頻開(kāi)關(guān)整流器一般是先將交流電直接經(jīng)二極管整流、濾波成直流電，再經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源變換成高頻交流電，通過(guò)高頻變壓器變壓隔離后，由快速恢復(fù)二極管高頻整流、電感電容濾波后輸出。

（二）采用高頻化有較高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，電器產(chǎn)品的體積重量與其供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz時(shí)，用電設(shè)備的體積重量大體上降至工頻設(shè)計(jì)的（5～10）％。這正是開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)變頻帶來(lái)明顯效益的基本原因。逆變或整流焊機(jī)、通訊電源用浮充電源的開(kāi)關(guān)式整流器，都是基于這一原理。 那么，以同樣的原理對(duì)傳統(tǒng)的電鍍、電解、電加工、浮充、電力合閘等各種直流電源加以類(lèi)似的改造，使之更新?lián)Q代為“開(kāi)關(guān)變換類(lèi)電源”，其主要材料可以節(jié)約90％或更高，還可節(jié)電30％或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化，既可帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)材的經(jīng)濟(jì)效益，更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。

（三）設(shè)計(jì)模塊化――自由組合擴(kuò)容互為備用提高安全系數(shù)

模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。實(shí)際上，由于頻率的不斷提高，致使引線(xiàn)寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對(duì)器件造成更大的應(yīng)力（表現(xiàn)為過(guò)電壓、過(guò)電流毛刺）。為了提高系統(tǒng)的可靠性，而把相關(guān)的部分做成模塊。

多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流，一旦其中某個(gè)模塊失效，其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情況下滿(mǎn)足了大電流輸出的要求，而且通過(guò)增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)功率很小的冗余電源模塊，便極大地提高了系統(tǒng)可靠性，即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供了充分的時(shí)間。

三、電力智能高頻開(kāi)關(guān)整流器與原始直流設(shè)備的性能比較

以前我國(guó)各地的發(fā)電廠、水電站及500kV、220kV、110kV、35kV等各類(lèi)變電站所使用的直流電源設(shè)備，大部分采用的是相控電源，由于受工藝水平和器件特性的限制，上述電源長(zhǎng)期以來(lái)處于低技術(shù)指標(biāo)、維護(hù)保養(yǎng)難的狀況。我國(guó)在近幾年來(lái)也逐步完成了從原始直流設(shè)備到高頻直流電源的過(guò)渡。

由以上表格我們可以看出，智能型高頻開(kāi)關(guān)電源與傳統(tǒng)的相控電源比較，主要技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于部標(biāo)1-2個(gè)等級(jí)以上，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（一）相控電源硅整流器采用1+1主從備份方式，而高頻開(kāi)關(guān)電源采用N+1模塊冗余并聯(lián)組合方式供電，即如果N個(gè)模塊的輸出電流能滿(mǎn)足充電電流需要，則采用N+1模塊平均分配，因此，可提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。個(gè)別模塊故障時(shí)，可帶電更換，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，擴(kuò)容維護(hù)方便。

（二）可控硅整流器運(yùn)行于浮充電方式時(shí)，直流輸出的紋波系數(shù)較大，曾發(fā)生中央信號(hào)裝置誤動(dòng)作和高頻繼電保護(hù)誤發(fā)信號(hào)等事故，按部頒要求紋波系數(shù)不大于2%。另外，可控硅整流器與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，紋波系數(shù)較大時(shí)，若浮充電壓波動(dòng)或偏低會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈動(dòng)充電放電現(xiàn)象，對(duì)蓄電池不利。高頻開(kāi)關(guān)電源的充電裝置采用多個(gè)智能化模塊并聯(lián)組合供電，使得供電質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)明顯提高。模塊采用準(zhǔn)諧振技術(shù)（或脈寬調(diào)制技術(shù)）和電流電壓雙環(huán)控制技術(shù)，提高開(kāi)關(guān)工作頻率，開(kāi)通損耗小，輸出電壓的紋波系數(shù)很小，一般≤�.1%額定電壓，進(jìn)而可防止蓄電池脈動(dòng)充電放電，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，可靠性更高。

（三）高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊具有內(nèi)置微處理器，是提高設(shè)備管理水平的基礎(chǔ)，在滿(mǎn)足直流系統(tǒng)故障信號(hào)應(yīng)盡量完善的前提下，使接線(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試快捷。除了能在面板上直接顯示輸出電流和電壓及模塊的各種運(yùn)行狀況外，還能通過(guò)監(jiān)控模塊與電力系統(tǒng)的自動(dòng)化網(wǎng)或變電工區(qū)直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和對(duì)模塊各項(xiàng)操作，實(shí)現(xiàn)四遙功能。傳統(tǒng)的直流電源一般在屏柜上裝設(shè)電流、電壓表和其它專(zhuān)用裝置對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，且這些測(cè)量值不能經(jīng)通信口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視（微機(jī)型除外）。即使有遙測(cè)，也是采用直流采樣方式，采樣點(diǎn)不多，對(duì)反映各種運(yùn)行狀況的信號(hào)也以接點(diǎn)方式接至光字牌或遙信屏，因此，接線(xiàn)繁瑣，自動(dòng)化程度低，實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能的難度較大。 （四）按部頒要求，充電時(shí)穩(wěn)流精度誤差≤�%，浮充電時(shí)穩(wěn)壓精度誤差≤�%。而高頻開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度更高，其誤差一般≤�.5%，可避免對(duì)蓄電池過(guò)充、欠充，保證蓄電池運(yùn)行在最佳狀態(tài)。閥控式電池容量大、維護(hù)量孝放電倍率低，適用于大容量的直流電源。從原理性能看，高頻開(kāi)關(guān)模塊適合與閥控式電池配套使用。 （五）高頻開(kāi)關(guān)電源整流模塊具有并聯(lián)運(yùn)行方式下自動(dòng)均流功能。同時(shí)，設(shè)有過(guò)流、過(guò)壓及瞬時(shí)短路保護(hù)，安全可靠的防雷措施，能有效地承受輸出短路沖擊。另外，采取多重有效措施，防止高頻電源及諧波對(duì)交流電網(wǎng)側(cè)的干擾。

（六）高頻開(kāi)關(guān)電源綜合轉(zhuǎn)換效率高，多數(shù)廠家的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%以上，而相控電源轉(zhuǎn)換效率一般只有60%-80%。

再有一大特點(diǎn)就是這種電源系統(tǒng)設(shè)有微機(jī)型集中監(jiān)控裝置，可以支持多種通信協(xié)議，與調(diào)度中心或變電工區(qū)的直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行四遙監(jiān)控，具有測(cè)量模塊的輸出電流和電壓、直流母線(xiàn)電流和電壓、電源的輸出電流和電壓、電池充放電電流和電壓等；控制電源的開(kāi)關(guān)機(jī)等；控制高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池浮充、均充方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；控制硅鏈的自動(dòng)或手動(dòng)投切，保證控制母線(xiàn)的穩(wěn)壓精度等功能。

同時(shí)，這種系統(tǒng)還設(shè)有專(zhuān)用微機(jī)絕緣監(jiān)察裝置，能實(shí)時(shí)顯示母線(xiàn)電壓和正、負(fù)母線(xiàn)對(duì)地絕緣電阻的大小及發(fā)出異常報(bào)警，對(duì)各回饋線(xiàn)的絕緣情況進(jìn)行巡檢，指示具體發(fā)生故障的回路，這種選線(xiàn)功能為查找直流接地帶來(lái)極大方便。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)正大力實(shí)施變電站的無(wú)人值班管理，因此，對(duì)設(shè)備的選擇將會(huì)朝著小型化、少維護(hù)或免維護(hù)及自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展。高頻開(kāi)關(guān)直流電源正能適應(yīng)這種要求，經(jīng)過(guò)這幾年的運(yùn)行考驗(yàn)，這種產(chǎn)品的性能已逐步成熟、穩(wěn)定。憑著優(yōu)越的技術(shù)性能和良好的價(jià)格性能比，高頻開(kāi)關(guān)電源將成為直流電源的首選產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]白忠敏,劉百震.於崇干《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].2009,中國(guó)電力出版社.

第9篇：開(kāi)關(guān)電源原理及設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法；開(kāi)關(guān)電源；應(yīng)用與維護(hù)

開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維護(hù)課是應(yīng)用電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)職業(yè)能力的必修課，也是電氣自動(dòng)化技術(shù)的專(zhuān)業(yè)技能課。主要講解開(kāi)關(guān)電源技術(shù)基礎(chǔ)、自激式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維修、他激式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維修、單片開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維修、家電產(chǎn)品中的開(kāi)關(guān)電源與維修、辦公設(shè)備中的開(kāi)關(guān)電源與維修、功率因數(shù)校正器的應(yīng)用與維修以及新型開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維修。通過(guò)對(duì)這些實(shí)用技術(shù)的教學(xué)，可提高學(xué)生對(duì)開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用與維修的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力。

一、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是指教師將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成一個(gè)或多個(gè)具體的任務(wù)，力求以任務(wù)驅(qū)動(dòng)，以某個(gè)實(shí)例為先導(dǎo)，進(jìn)而提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐掌握教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維護(hù)教學(xué)中的作用

1.改變了課堂教學(xué)的形式，使理論和實(shí)踐相結(jié)合。我國(guó)現(xiàn)階段高職院校的教學(xué)形式還停留在“教師傳授，學(xué)生接受”為主的教學(xué)模式，教學(xué)效果并不理想，也不能滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)人才的需求。把任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法引入具體的課程中，能有效改變教師講、學(xué)生聽(tīng)的教學(xué)形式，讓學(xué)生成為課上的主體，教師只進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一、理論與實(shí)踐的結(jié)合。

2.改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，豐富學(xué)習(xí)形式。教師要結(jié)合教學(xué)的內(nèi)容和重點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同的教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生主動(dòng)參與到任務(wù)的完成中，使學(xué)生由原來(lái)的“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”。

3.改變了教學(xué)的目標(biāo)，提高了教學(xué)法的實(shí)效性。傳統(tǒng)的教育理念強(qiáng)調(diào)知識(shí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法則將知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生在掌握知R的同時(shí)，培養(yǎng)了能力，以適應(yīng)未來(lái)就業(yè)崗位的需求。

三、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維護(hù)課中的具體做法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中的任務(wù)需要精心設(shè)計(jì)和考量，應(yīng)以知識(shí)目標(biāo)為指導(dǎo)，選擇具有典型性、易實(shí)施的任務(wù)，而不是教材中的每一節(jié)內(nèi)容都適合采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，更不能脫離教材而隨意選擇內(nèi)容。本課程劃分為四大模塊：開(kāi)關(guān)元件與驅(qū)動(dòng)電路、變換器與軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、控制電路和開(kāi)關(guān)電源電路分析?，F(xiàn)以模塊4“開(kāi)關(guān)電源電路分析”為例，介紹任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用與維護(hù)課程教學(xué)中的應(yīng)用。該模塊設(shè)計(jì)三個(gè)任務(wù)：電源電路圖分析、電路中元件確定和電路析焊接并測(cè)試，其具體實(shí)施如下：

1.設(shè)計(jì)情境。小李是設(shè)計(jì)部的一名新來(lái)員工，恰巧公司正在研發(fā)新產(chǎn)品，由于小李沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，所以工作開(kāi)展中遇到很多困難。大家一起看看，他都遇到了哪些困難，能不能幫助他解決？

2.引出任務(wù)。課件顯示一件電源電路圖，教師引出任務(wù)：小李拿到了一張電源電路圖，但他怎么也不明白其工作原理。大家根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，看看能不能幫小李分析？教師給一定自由思考時(shí)間，讓學(xué)生討論并分析電路圖，然后提問(wèn)個(gè)別學(xué)生回答。教師根據(jù)學(xué)生的回答情況進(jìn)行總結(jié)，并正確分析電路圖。

3.獨(dú)立探索。第一個(gè)任務(wù)完成后，教師再次引出任務(wù)，并培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索的能力。教師：“同學(xué)們，電路圖分析完了，誰(shuí)知道這張電路圖都需要哪些元件，元件的參數(shù)件又都是多少？”教師提供相關(guān)的學(xué)習(xí)資源供學(xué)生查閱，讓學(xué)生獨(dú)立完成。這樣可以調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)興趣及參與積極性，不放棄任何一個(gè)學(xué)生。查完后，學(xué)生代表發(fā)言，其他學(xué)生對(duì)照自己的結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決。最后，教師講解所需的元件及每個(gè)元件的參數(shù)。

4.確定任務(wù)并告知。教師告知訓(xùn)練任務(wù)，即電路板焊接并調(diào)試。教師講解焊接過(guò)程中的注意事項(xiàng)及安全問(wèn)題，讓學(xué)生整理電路圖。

5.學(xué)生分組協(xié)作學(xué)習(xí)。5～6名學(xué)生為一組，每組選派一名組長(zhǎng)。分組討論完成本次任務(wù)的步驟，確定所需的設(shè)備、工具及材料等，由組長(zhǎng)分工，合作完成焊接任務(wù)。這樣學(xué)生不僅學(xué)到了知識(shí)，也培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)合作的精神。在學(xué)生焊接的過(guò)程中，教師要巡視每組完成的情況，并加以指導(dǎo)。

6.驗(yàn)收成果并評(píng)價(jià)。每組對(duì)完成的電路板自行進(jìn)行測(cè)試，分析出錯(cuò)的原因，并加以改正。最終，每組先對(duì)任務(wù)的完成情況進(jìn)行自評(píng)，再小組之間派代表進(jìn)行互相評(píng)價(jià)。教師根據(jù)巡視情況及各組發(fā)言情況進(jìn)行總結(jié)，并給出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：