【关键词】带隙基准源；LDO稳压器；温度系数；电源抑制比
1.引言
随着电子技术的高速发展，DC/DC变换器已广泛应用于便携式电子系统中，如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、PDA等。而低压差LDO（LowDrop-out）属于DC/DC变换器中的降压变换器，比传统的线性稳压器有更高的电源转换效率，而比开关式稳压器有更简单的结构、更低的成本和更低的噪声特性，广泛应用在锂电池充电以及低压数字电路电源等场合。带隙（Bandgap）基准电路由于具有较高的精度已被广泛应用在各种模拟集成电路中。基准电压的精度直接影响输出电压的精度，因此高精度基准参考电压电路是LDO稳压器的的关键模块。
典型的LDO线性稳压器的系统框图如图1所示。主要由调整元件（PassElement）、参考基准电路（Reference）、误差放大器（EAMP）及采样电阻网络（RS1及RS2）等组成。其工作原理是：电路上电后，启动电路使电路尽快上电启动，误差放大器的同相输入端输入由采样电阻RS1及RS2对输出电压VO采样后的采样电压VP，且VP=Vout·RS·[1/（RS1+RS2）]；反向输入端输入带隙基准模块产生的带隙基准电压VREF，误差放大器的输出驱动调整元件，通过改变其导通电阻，最终实现稳定输出，输出电压Vout为：
具有良好性能的带隙基准电路必须保证在一定的范围内随着电源电压、工艺参数及温度的变化而发生极小的变化。虽然通过复杂的电路设计可以使得设计的基准电压具有极小的温度系数和极高的电源抑制能力，但过于复杂的电路设计会导致电路较高的电流消耗，从而使整个LDO的静态电流增加，效率降低。本文设计了一款基于LDO器的结构较为简单的带隙基准电路，放大器设计为三级放大，具有较高的增益，从而可减小基准电压源温度系数的漂移；经过对放大器偏置电路的精心设计获得较好的电源抑制能力。
2.带隙基准基本电路的结构与实现
带隙基准源发展至今，已取得了许多成就，为了满足不同的要求，有很多种不同的电路构架。其主要工作原理是利用工艺参数随温度变化的特性，产生正负两种温度系数，正温度系数电路的实现一般是用运算放大器使得偏置在不同电流下的两条电路支路电压相等，通过在大电流密度的支路上串联一个电阻就可以得到两个VBE电压之差。而负温度系数则直接使用双极晶体管的基极-发射极的PN结电压。图2是带隙基准的基本电路结构，R1支路产生VBE电压，运算放大器AV使得X点和Y点稳定在近似相等的电压，在R3上就可以得到两个VBE电压之差，然后利用运算放大器的负反馈通过电阻比值把两个电压相加，就可以在放大器的输出端得到基准电压。
对图2进行分析，输出电压为：
从式（2）、（3）中可得到带隙基准电压只与PN结的正向压降、电阻的比值以及Q2和Q1的发射区面积比有关，因此在实际的工艺制作中将会有很高的精度。当基准建立之后，基准电压与输入电压无关合理设置电阻比例和PNP管发射极面积比，可以使正负温度系数相抵消，使带隙基准电压VRE具有接近零的温度系数。
3.本文设计的基准电路图
3.1带隙基准电路中运放和偏置电路的设计及分析
基于上述原理，设计的带隙基准电路如图3所示。电阻R1、R2、R3和晶体管Q1以及Q2构成带隙核心电路；晶体管M1～M9组成了图3中的运算放大器AV，该运算放大器有三级放大从而可获得较高的增益，较高的放大器增益可确保流过电阻R1和R2上的电流相等，从而可减小由于流过电阻R1和R2上的电流的差别导致的基准电压源温度系数的漂移；M10、M11和电阻R4为放大器提供偏置。
3.2其他重要组成电路的设计
小宽长比的MOS管M12、M13和电阻R5串连，组成一个等效电阻很大的二极管，构成启动电路；电容C1、C12为补偿电容，同时，C1还兼有输出滤波功能。电路的工作过程如下，当电路刚上电时，电路处于锁定状态，M8截止，启动电路将M9的栅极电压下拉至零，M9导通，产生较大的VRE，同时产生偏置电流，使电路摆脱锁定状态，由于运算放大器的负反馈作用最终将输出电压VREF稳定在由（4）式确定的值上。
3.3带隙基准电路
该电路设计的新颖之处在于放大器的偏置电路的设计上。从对输入电源Vcc的电源抑制特性上考虑，要提高输出电压VREF的电源抑制比，就需要提高负反馈运算放大器的电源抑制比。图3设计的偏置电路中，若去掉晶体管M11，同样可以产生偏置，但此时偏置电流与电源电压直接相关，使得整个电路的电源纹波抑制能力差。增加了M11管后，通过使用电路产生的基准电压VREF来产生电路的偏置电流，从而可大大提高电路的电源纹波抑制能力。
4.性能仿真验证
表征基准电压源性能的主要参数有基准电压温度系数以及基准电压对电源变化的抑制能力包括电源抑制比和电压调整率。高精度基准要求较小的温度系数和强的电源抑制能力。
根据以上分析，使用CadenceSpectre对电路进行仿真，图4为带隙基准源温度特性曲线仿真结果。从图4可以得出，由温度系数ar（表示由于温度变化引起输出电压的漂移量）的计算公式：
温度从-40～140℃变化时，温度系数为7.7?10-6/℃，电路表现了良好的温度特性。
图5为电压源抑制比（PSRR）仿真结果，可以看出在低频时，基准源电路的电源抑制比可达-76dB。
图6为电源供电电压扫描仿真结果，从图中可以看出，电路能够正常启动的正常启动的最低电压为1.5V，同时考虑温度和模型变化时，电路的正常工作范围为2～4.5V。
5.结论
本文针对LDO线性稳压器对基准模块一方面有较高的精度要求，另一方面又有较低静态电流要求的矛盾，设计了一个结构简单实用，性能出色的带隙基准电路。仿真结果表明，基准电压的温度系数较小，电源抑制能力较强。同时，启动电路及偏置电路的设计可以为其他相关电路的设计提供很好的借鉴。
参考文献
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关键词：电动机；控制保护系统；全自动化；设计
我国最早的电动机生产在1917年，发展到现在，已经有将近100年的历史了，我国的电动机研究人员不断开展对电动机的研究工作，使其在性能与转化机械能的稳定性上有了很大的提升，我国的制造电动机的产业也呈现出生机勃勃的图景，虽然在全球性的金融危机爆发时，其销量受到影响而下滑，但是走出金融危机的阴影后，仍旧有着较高的产量与质量，我国的电动机也在传统的电动机的保护器系统上进行不断地改进与更新，开发出了全自动化的控制保护检测系统，本文对其新型的控制保护检测系统进行分析。
1进行检测的基本要求以及项目
电动机的新型全自动化的控制保护系统，与在过去生产活动中使用的普通电动机相比，有了更高的可靠性以及精准度，同时包括保护、通信、测量、控制四项强大功能，因为电动机的运行程序比较复杂，对于支持的生产活动影响比较大，因此每一台电动机在出厂的时候必须经过严格的检测程序，然而在进行电动机的检测工作时，容易受到一些外部环境因素的影响，除了电网的电压波动状况不稳定，还会受到一些人为操作的上的失误的影响。因此，在对电动机的内部系统进行检测时，必须分别使用不同的测试台来对其四个功能进行检测。然而我国的电动机种类齐全，数量庞大，且有上升的趋势，所以就逐渐加大了检测量，因此研发人员为了控制检测量以达到更高的检测质量，研发出这种全自动化的检测系统，能够同时对5台电动机进行检测。但是这个检测系统有着极高的检测要求。
为了确保检测的精准度，对电参数的测试有一定的要求，在进行三相电压及电流，有无功率校检工作时，要将这个控制保护器的实际测量数值与全自动化的检测系统的数值进行对比，还要注意自动标度控制保护器，注意控制保护器达到1.5级的测量精度，测试系统达到最多0.5级的测量精度，达到这个要求才能在同一个测试界面同时显示与测试5个产品的电参数。
进行保护功能的检测工作时，可以对电流不平衡、功率欠缺、剩余电流情况、接线间的故障等情况实时两种测试，即低端以及高端测试，测试产品的保护器能否依据出厂的指定要求进行报警与脱扣。
在进行产品的控制性能的检测时，要检测出其产品的控制保护系统的二次电路能否依据要求进行动作。进行通信性能的检测主要注意到其遥测、遥信、遥控、遥调等功能进行检测。
在进行完以上四项检测后，产品的检测结果都会呈现出清晰的表格的形式被存进检测的最终表单，可供相关人员随时打印与查看。
2系统检测的方案设计
测系统由测试台、交流稳流源、可控交流电压源与固定在测试台上的气动夹具、定位装置、压紧装置、合分闸装置、控制装置等组成。以工业控制计算机为检测系统的控制核心，控制交流稳流源、交流电压源，实现过（欠）载、堵转、三相电流不平衡、缺相、过（欠）压、欠功率、逆序、剩余电流、接地故障等保护功能测试，并全部自动完成。其中，全自动交流稳流源的稳流范围0.2～500A、误差小.5%；可控交流电压源的调幅范围为80～300V、分辨率为0.1V，调相范围为0～360°、分辨率为0.1°。通过RS485实现工业控制计算机与电动机控制保护器的通信，可对电动机控制保护器进行读写数据、修改运行方式及大小标度的校准。采用条形扫描仪将产品条形码数据传输给工业控制计算机，识别产品规格、型号，自动设定测试所需的电流或电压，测试完毕后将测试数据以表单形式保存。
由于检测系统所需的测试电流、电压范围大、精度高及时间记录精确，因此，对硬件设计基本要求为具有高精度、宽范围的交流稳流源和高精度的可控（调相调幅）交流电压源作为信号源，外设功能多样，检测效率高，安全、可靠。
2.1交流稳流源
三相交流稳流源由自行设计的补偿式电子调压装置、多抽头自耦变压器、升流变压器、电流互感器、采样变换电路和工业控制计算机构成闭环控制系统。
补偿式电子调压装置由粗调和细调两个部分组成，粗调电压U1的范围为0～250V，细调电压U2的范围为±10V作为补偿调节，在U1和U2的共同作用下确保电流的调节精度。多抽头变压器T1分档作用是扩电流调节范围，以满足电流在0.2～500A范围内的调节；升流变压器用于提升输出电流；电流互感器采样主回路电流形成反馈信号，送变换调理电路转换成0～5V的直流信号，经12位A/D转换后在工业控制计算机的控制下实现闭环控制、稳流输出。在稳流调节过程中，粗调的作用是把输出电流调到设定值的95%范围以内，然后再由细调来保证输出电流精度高于1%。
2.2交流控制电压源
可控三相交流电压源由直接数字频率合成器（DDS）、功率放大电路、升压变压器、采样变换电路、12位A/D转换器、锁存器和工业控制计算机构成交流控制电压源。
工业控制计算机中扩展的数据采集卡输出12位数字量一路经锁存器1控制DDS产生的正弦波信号的相位，另一路经锁存器2送12位的D/A转换器控制DDS产生的正弦波幅度，以实现调相和调幅。经滤波后送功率放大器和升压变压器，输出电压经变换调理电路形成负反馈，稳定输出电压[1-2]。最大输出电压为300V，并有足够的带负载能力
2.3系统检测原理
检测台以工业控制计算机为核心实现人机对话，控制整个测试系统。启动测试时，首先将电动机控制保护器三相主回路闭合，同时由压紧装置将200根顶针与5个被测产品的控制端、二次端、通信线等连通，整个过程是由工业控制计算机控制气缸实现自动定位、合闸、压紧完成的。条形扫描仪通过RS232与工业控制计算机构成接口读取被测的产品编号，同时RS485接口读取控制保护器内部参数，自动识别产品的型号和规格。根据产品型号自动执行相应测试程序，根据产品规格结合测试内容自动施加相应的测试电流和电压。
3结语
电动机的全自动化检测系统带给电动机新的生命力，提高了检测的效率与测试的准确度，不但解决了测量不稳定的问题，还能够进行自动调节，节省了人力，对产品的型号与规格都能进行有效识别，这个自动化系统虽然功能强大，但是成本却比较低廉，可信度强，检测的操作简便，相关人员应当在这个自动化系统的基础上进行创新，减少现存的微小误差问题，使其自动化操作的程度更高。将电动机的全自动化检测系统推广到更多领域。
参考文献：
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=4096]。[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
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关键词：电力专用逆变电源；不间断；UPS
中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）35-8172-02
逆变电源作为电力系统中提供电源的设备，为发电厂和变电所中的监控主机、备机、前置机、五防设备、通讯载波设备、视频监控设备和远动通讯设备提供不间断电源，在发电厂、变电所中具有重要地位。当系统检修或因故障临时或突然停电时，具有与UPS同样的功能，能够不间断为调度主站、集控站等提供厂站设备的实时监测信息，保证了数据的实时性、可靠性，为电力调度指挥提供了充分保证。在电力系统中是不可或缺的设备。
1概述
本文所述的电力专用逆变电源采用16位微处理器和高可靠性的智能功率模块。设备结合现代数字化设计理念，采用了人性化的设计，面板用液晶来循环显示装置的输出电压和电流，且设备在旁路运行、逆变运行、逆变故障和直流异常时皆有指示灯来指示运行状态。电压变换部分用变压器隔离，具有响应速度快，抗冲击能力强，逆变、市电自动转换等特点，而且因为电源设计采用变压器隔离措施，使直流输入、交流输出相互隔离，使设备的电能质量和可靠性得到有效提高。此外模块采用智能设计，具有直流欠压、过流、过温保护及故障指示功能；电路的特殊设计，使得它的能量源直流电压输入无极性要求，避免因极性接错而损坏设备的事情发生，为用户提供了使用上的便利性。
2技术参数
电力专用逆变电源可在环境温度0℃至+45℃、相对湿度≤90%、大气压力86kPa～106kPa的环境使用，同时要求周围环境无强烈震动和冲击、无强电磁场干扰、无严重尘埃、无引起爆炸的危险介质、导电颗粒和严重霉菌，以保证其运行可靠，使用寿命达到预期。它的输入电源有两种：直流电源和市电交流，且对直流电的输入域度要求很宽。市电从旁路输入，输入电压允许范围：单相AC220V±20%。直流输入电压可以是220V或110V两种，220V电压输入的模块电压允许范围为187V～275V，而110V电压输入的模块电压允许范围为94V～138V。输出额定容量可以是0.5kVA、1.0kVA、2.0kVA或根据用户需求定制。交流输出额定容量：0.5KVA或1.0KVA或2.0KVA或根据用户需求定制。输出电压：AC220V±5%，输出频率：50Hz±1%。具有较强的带载能力，最高可达到9A以上，线性负载情况输出波形失真率（THD）小于5%，负载变化由空载到满载的动态响应也小于5%。
3原理设计
电力专用逆变电源设备由输入缓启动单元，SPWM逆变单元，逆变、旁路切换单元，输出滤波单元，内置监控单元构成。它集合了微机测控、变压器技术于一体，具有精度高、响应快、可靠性好、无波形畸变等特点，可作为发电厂、变电站的专用UPS使用。它的直流输入220V或110V经过缓启动单元和滤波电路后，采用双极性正弦波脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，该交流基波频率为所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经输出LC滤波电路滤波，变压器变压隔离后，输出所要求的正弦波交流电。SPWM脉宽调制电路根据电源和负载当直流母线电压处于正常范围时，经滤波、隔离后，经过逆变部分产生标准的220V正弦波电压向负载供电。逆变器供电状态时，输出为稳压、稳频状态。当逆变器故障或者直流系统故障时，将由逆变供电状态转向由旁路供电状态，此时输出为旁路输出状态，不稳压、不稳频。假如关掉后面板上的逆变输出的船形电源开关，也将转向由旁路供电的状态。设计时设备还充分考虑了输入输出过载等的保护情况，具有较强的过载能力。逆变运行时，负载功率超过额定的105%时，延时90±3s后关断逆变输出，超过额定的120%时，延时10±2s后关断逆变输出，需关机才能复位。此时由旁路电源供电；输出短路时，逆变电源输出将自动关闭，需关机才能复位，此时由旁路电源供电；当输入直流电压低于180V或90V时，装置的直流异常指示灯亮；当输入直流电压低于170V或85V时，逆变电源输出将自动关闭，需关机才能复位，此时由旁路电源供电。逆变时在阻性负载的情况下工作效率大于80%。
设备的各种运行状态在设计时都充分考虑到了，各种运行状态都有明确的指示灯指示。当旁路运行灯点亮时，说明设备的输出是由旁路电源输出的。当逆变运行灯点亮时，说明设备的输出为由逆变器输出。当直流异常灯点亮时，说明设备的输入直流电压已经低于180V或90V，当直流电压恢复至195V或98V时，该指示灯自动熄灭。当逆变故障灯点亮时，有以下几种情况：
1）逆变输出短路时，该指示灯0.5s闪烁一次；
2）逆变输出过载时，该指示灯0.2s闪烁一次；
3）逆变输出过载保护后，该指示灯常亮。
为了能够保证变电站运行人员实时监视到设备的运行状态和运行参数，掌握设备的运行健康状况，设备还设计了软件通讯功能，它具有RS485A和RS485B两个通讯口，采用通用的CDT或MODBUS规约来将设备的运行参数和运行状态送到后台，方便远程监视和掌控。
4结论
随着我国电力系统的不断发展，发电厂和变电站的建设越来越多，对设备的可靠性和实时性和不间断性的要求越来越高，必然的对电力专用逆变电源的需求也不断增多。随着该设备功能的不断完善和功能的增多，必将有广阔的市场应用前景。
参考文献：
关键词：变频器多功能电源开关设计
中图分类号：S611文献标识码：A
前言：作为变频器的多功能电源开关，必须具有多路稳定的直流电压输出，以确保电源开关供电安全，UC3842作为变频器用多功能电源开关中应用最为广泛的芯片，其作用非常巨大，通过精确且科学的运算方法以及设计原理，使电源开关能够同时提供给主控系统、驱动系统以及通信系统多路稳定隔离直流电源，从而确保开关正常工作。
一、设计要求
多功能开关电源要求为变频器逆变器3个上桥臂的IGBT提供驱动电压,并为其他部分提供电源,具体指标如下:输入直流250V±40%,即150～350V;输出3路24V、2A独立输出,2路±15V、0.2A共地输出;1路5V、1A输出。由于逆变器3个上桥臂每一时刻最多有2个同时导通,所以输出总功率为110W。
二、芯片选择
多功能开关电源选用一种开关电源设计专用芯片UC3842,该芯片是美国Unitorde公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器片,UC3842可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化,负载调整率好,较适合该电源的应用场合。电路中开关管选择N沟道场效应管K1358,其额定参数为900V/9A,有充分的裕量保证系统的安全运行。
1、UC3842内部结构和引脚功能
双列直插式封装,其内部结构见图1。
2、UC3842管脚功能
1脚(COMP):误差放大器的输出端。
2脚(VFB):误差放大器的反相输入端
3脚(ISEN):电流检测端。流过开关管的电流被检测电阻转换为电压信号并被送
入此脚,用来控制PWM锁存器,调整输出电压大小。并且当该脚电
压超过1V时,UC3842即关闭输出脉冲,从而保护开关管不致因
过流而损坏。
4脚(RT/CT):内接振荡电路,外接RC定时元件,定时电阻R接在4脚和
8脚之间,定时电容C接在4脚到地,振荡频率为f=1.72/
(RC)。其振荡频率最高可达500kHz。
5脚(GND):电源电路与控制电路的接地端。
6脚(OUT):推挽输出放大器的输出端。为推拉式输出,可直接驱动场效应管,
驱动电流的平均值可达200mA,最大可达1A峰值电流,输出的
低电平为1.5V,输出的高电平为13.5V。
7脚(Vcc):电源输入端。外接电源电压Vcc,UC3842的开启电压为16V,关
断电压为10V,其内部有一个34V的稳压管,可以保证内部电
路工作在34V以下。该电源电压经内部基准电压电路的作用产生
5V基准电压,作为UC3842的内部电源使用,并经衰减得到2.5
V电压作为内部比较器的基准电压。
8脚(VREF):参考电压(+5V)输出端。可提供参考电压。
三、硬件电路设计
1、工作原理
根据芯片功能的介绍,所设计的电路图如图2所示。当电源通电时,输入电压通过电阻R3对电容C4充电,当UC3842的7脚(Vcc端)达到导通门槛电压(16V)后,UC3842开始工作,此后芯片由反馈线圈供电,电压维持在13V左右。
开关变压器的反馈绕组Ns两端电压经VD2、R2、C3、VD3、C4整流滤波后再经过R9、R10分压后,从2脚送入UC3842的误差放大器反相输入端,反馈电压与基准电压(2.5V）经误差放大器比较放大后,调整PWM输出脉冲的宽度,从而稳定输出电压。主回路电流由电阻R5进行取样,取样电压经3脚加到UC3842内的电流比较器的一个输入端,与误差电压放大器的输出进行比较,当该取样电压等于误差电压(最大值为1V)时,UC3842的输出脉冲被中断,从而实现限流保护。
该电源用UC3842的PWM输出直接驱动开关管,R7的作用是限制峰值驱动电流。当直流输入电压变化时,以变大为例,此时反馈电压也会相应变大,也就使得UC3842电压误差放大器的输出变小,也就使得PWM输出脉冲的占空比减小,从而使输出电压保持稳定。
2、电路功能模块设计
a.输入滤波电容C1:可以滤除输入电压中的高频干扰,得到较为稳定的输入
电压。
b.启动电路设计:启动电路由限流电阻R3和电容C4组成。在UC3842启
动正常工作之前,启动电流在1mA以内,7端(Vcc)电压升至16V时,芯片
开始工作,此时消耗电流为15mA。所以R3>16V÷1mA=16kΩ,功率最好
在1-2W。C4储存的能量要能满足电源开始正常工作的需要,最好在100μ
F以上。
c.缓冲吸收电路设计:开关管在关断的瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲,这不
仅很容易使开关管由于电压急剧升高而损坏,而且使电流采样和输出电压的
波形出现很尖的脉冲,影响系统的稳定工作。为此,VD4、R4、C5组成RCD缓
冲吸收电路,同时对于反激变压器,R1、VD1、C2组成的缓冲电路,也具有
同样的作用,形成双重保护。
d.反馈电路设计:由于该电源的输出为多路,不适合仅仅对某一路进行反馈调
节,故采用反馈线圈Ns来输出一个反馈电压,对多路输出同时进行控制。
VD2、R2、C3、VD3、C4为整流滤波电路,得到一个稳定的反馈电压,该电压同时
也作为UC3842正常工作时的供电电压。
e.电流取样和过流保护:电流的取样由取样电阻R5完成,其峰值电流由误差
放大器控制,为Is=(Ue-1.4)/(3Rs)(其中Is为主电路峰值电流,Ue
为UC3842内部电压误差放大器输出电压,Rs为采样电阻)。由于电流测定
比较器的反向输入端钳位电压为1V,故最大电流限制在Is=1V/Rs,当电
流超过这个值时,UC3842自动闭锁输出,以保护电路。R6、C6为滤波电路,
用以滤除开关管开通电流尖峰,防止误触发,RC滤波器的时间常数应接近
于电流尖峰的持续时间,通常为几百纳秒。取R6=1kΩ,C6=470pF,则时间
常数τ=RC=470(ns)。
f.误差放大器的补偿电路:R11和C7,改善误差放大器闭环增益和频率特性。
g.振荡电路:由R12、C9设定振荡频率,取R12=13kΩ,C9=3.3nF,则振荡
频率为f=1.72×103/(13×3.3)=40(kHz)
h.旁路瓷介电容:C8、C10,用以滤除高频叠加信号。
i.变压器设计:变压器有多种工作方式,在此采用单端反激工作方式。其基本
工作原理是当开关管受控导通时,高频变压器将电能变为磁能储存起来;而
在开关管受控截止时,变压器就将原先储存的磁能变为电能,通过二极管向
输出电容充电,再由电容向负载供电。若PWM工作的占空比为D,n为原副
边匝数比,则输出电压Uo=DUi/[n(1-D)]。关于变压器的设计在后面
再详细说明。
j.输出滤波电路:每一路电压输出都有整流二极管和电容组成的滤波电路,
如VD5、C11组成+5V输出的整流滤波电路,然后通过三端稳压器LM7805
来滤除纹波,得到一个较为稳定的电压,也可以起到消除纹波的作用,见图
2,其他几路输出也是如此。
四、变频器开关电源的变压器设计
针对于变频器开关电源的变压器设计，要依照一定的步骤进行：
1、设计参数工作频率fs=40kHz,工作周期Ts=25μs;效率η=0.85;输入直流电压250V±40%,即150～350V;输出功率110W。
2、设计步骤
步骤1选择磁芯
考虑到变压器损耗和整流管损耗,输入功率PM=Po/η=110/0.85=130(W)(Po为输出功率),再由经验公式,磁芯截面积为SJ=0.15PM=1.71(cm2)。查表后可选择磁芯EE42/21/15,外形结构如图3所示。
其磁芯截面积为SJ=173mm2,a=42mm,b=21mm,c=15mm,d、e、f可查表得到。磁芯材料选择PC40铁氧体磁芯,其优点是电阻率高、交流涡流损耗小、价格低。
步骤2计算ton和最低输入直流电压Us,min
由于UC3842属于峰值电流控制芯片,在没有斜坡补偿的情况下,其稳定工作的占空比范围是D
步骤3选择工作时的磁通密度
对于PC40材料的磁芯,其100℃时的最大磁感应强度Bmax=390mT,振幅取其一半,交变磁通密度ΔBac=0.5Bmax=195mT=0.195T。
步骤4计算原边线圈匝数
步骤5对于+5V，匝数计算
对于+5V,考虑到整流管压降,U2=5+0.6=5.6(V),而原边绕组每匝伏数=Us,min/N1=150/50=3(V/匝),故而可算得N2=5.6/3≈1.867,取N2=2匝。则新的每匝反激电压=5.6/2=2.8(V/匝),原边匝数N1=150/2.8≈53.57,取N1=54匝。
对±12V的直流输出电压U3=12+1=13(V),N3=13/2.8=4.64,取N3=5匝。对+24V的直流输出电压U4=24+1=25(V),N4=25/2.8=8.93,取N4=9匝。
由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝,得到一个稍高的输出电压,然后通过三端稳压器LM7805,LM7812,LM7824分别得到+5V+12V、+24V电压,-12V由LM7912得到,如图3所示。所以在此对+5V取3匝,±12V取6匝,+24V取10匝。对于反馈线圈,U=13+0.6×2=14.2V,Ns=14.2÷2.8=5.07,取Ns=5匝。
步骤6确定气隙的大小
设变压器工作在电流连续工作方式,原边线圈电流Ip如图4所示。原边电感Lp=UsΔt/Δi,Ip2=3Ip1,则ton时间内流过电流的平均值Iav=Ip2-Ip1=2Ip1。在周期Ts内的平均输入电流Is=P/Us,min=1对±12V的直流输出电压U3=12+1=13(V),N3=13/2.8=4.64,取N3=5匝。对+24V的直流输出电压U4=24+1=25(V),N4=25/2.8=8.93,取N4=9匝。
由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝,得到一个稍高的输出电压,然后通过三端稳压器LM7805,LM7812,LM7824分别得到+5V、+12V、+24V电压,-12V由LM7912得到,如图3所示。所以在此对+5V取3匝,±12V取6匝,+24V取10匝。对于反馈线圈,U=13+0.6×2=14.2V,Ns=14.2÷2.8=5.07,取Ns=5匝。
步骤7校验
0N1Ip1/g=4π×10-7×54×1.745/(0.72×10-3)=903×10-4(T)=90.3(mT)(Bdc为直流作用的磁感应强度);Bmax=0.5ΔBac+Bdc=190.3(mT)
五、计算结果分析
根据精确地运算制作出实物，需进行相应调试，并测算结构。图5是UC3842自身振荡器的波形,图6是PWM驱动输出的波形,图7是电流取样电阻上的波形,也就是UC3842的3脚的波形,从波形上看,虽然采取了滤波电路,仍然存在着尖峰脉冲,这说明缓冲电路还有改进的空间。
结语：综上所述，基于对变频器用多功能开关电源的设计原理、计算方法以及设计步骤等的详细阐述，精确的计算以及科学的设计方法能够从根本上保障变频器多功能开关电源的正常稳定工作，为人们的生产生活提供安全的供电保障，并且随着我国电力事业的不断发展，对于变频器多功能开关电源的研发还将越来越科学，越来越先进。
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版社,2005.
关键词：开关电源；反激式；Flyback；LNK364
中图分类号：TM464文献标识码：A
1前言
开关电源的设计涉及到的知识方方面面，不仅涉及到模拟数字电路，半导体元件特性，电磁学知识，还需要考虑产品散热，安全要求、电兼容性能等。传统的设计需要人工来完成，其步骤繁琐，工作量大，效率低。传统控制电路的器件多，结构繁冗，一个环节出现问题，电源就无法正常工作，产品可靠性差。
为了解决上述问题，本文特别选择PowerIntegrations公司的一款反击式开关电源控制芯片LNK364。该器件在一个单片IC上集成了一个700V的功率MOSFET、新颖的开/关控制状态机、一个自偏置的高压开关电流源、频率抖动、逐周期的电流限制及迟滞热关断电路，仅需要搭配少量阻容原件，即可和脉冲变压器配合实现基本开关电源的所有功能。并且其内部具有一个5.8V的自稳压电路，能够为芯片提供电源，并且提供一个1mA的输出，给反馈电路供电，从而省去了脉冲变压器的一个电源次级绕组，使得电源的设计电路更加简化。
2整体结构设计
作为一款微功率的电源设计，首选的拓扑结构为反激式，其拓扑结构简单，设计适应范围广，是一般小功率电源的首选拓扑，选用LNK364作为控制芯片。电路设计如图1所示。
整个电路分为缓冲保护部分，EMC部分，整流滤波部分，PWM变送部分，整流输出部分和稳压反馈部分来进行设计。交流电源经过缓冲保护，EMC电路和整流滤波后转化成高电平直流信号，高电平直流信号经过PWM调制和脉冲变压器，转化成低电压交流脉冲信号，低电压交流脉冲信号经过整流输出部分转化成所需要的直流信号，直流信号上再接稳压反馈通过光耦将隔离后的开通/关断信号传输给开关电源控制芯片，从而完成输出端不同负载下的稳压功能。
3硬件设计
3.1缓冲保护电路设计
缓冲保护电路共包括两个原件RQ1和MOV1。其中RQ1为辅温度系数电度，其主要用于缓冲开关电源上电瞬间电容充电电流，对电容起到一个保护作用。MOV1位压敏电阻，用于防止雷击等情况发生时的差模干扰，当有差模高电压进来的时候，其与RQ1共同形成一个电阻稳压电路将差模高电压信号滤除。RQ1选型为MT72-10D7，MOV1选型为14D471K。
3.2EMC电路设计
EMC电路共有两个元件L1、C1，它们的主要作用为提高电源的电磁兼容性能。其中L1为环形共模电感，C1位X1型安规电容，L1和C1组合成为一个低通滤波电路，从而衰减外部差/共模高频干扰对电源性能的影响。L1选择5.6mH/1A的环形共模电感，C1选择0.1uF/275V的X1行安规电容。
3.3整流滤波电路设计
整流滤波电路主要是将交流电源转换成直流，其由DB1、L2-3、C2-3组成。其中DB1为整流桥，根据开关电源控制芯片特性，控制芯片过流保护阈值为250mA，所以此处设计容量为1A就能满足要求，因此整流桥额定电流等于1A，反向击穿电压大于400V（275V*1.414）即可，此处选型GBP08（2A、800V）。L2-3选型为1mH/1A工型电感，C2-3选型为6.8uF/450V电解电容。
3.4PWM变送电路设计
PWM变送电路由主控芯片，脉冲变压器和续流电路三部分组成。其中主控芯片（LNK364）内部包含一个700V的MOSFET及其控制器。内部连接到漏极的高压电流源在启动阶段提供偏置电流，从而省去了外部启动电路。其内部集成的振荡器能够给输出MOSFET提供132kHz的输出脉冲。
此外，IC还集成了一些功能用于系统级的保护。自动重启动功能可以在过载、输出短路或开环条件下限制MOSFET、变压器及输出二极管中的功率耗散。自动恢复迟滞热关断功能还可以在温度超过安全限值时禁止MOSFET开关。芯片通过控制内部的开关管不断的开通关断，将上级输出的高压直流信号转化成132kHz的脉冲信号。当开关管开通的时候，脉冲变压器的初级内流动的电流增加，达到峰值Ip。当开关管关断的时候，反激电压使输出二极管进入导通状态，同时初级线圈存储的能量为1/2LI^2传递到次级，提供负载电流，同时给输出电容充电。通过电压反馈电路可以调节初级脉冲的占空比来调节Ip的大小，从而起到稳压输出的作用。
这其中关键在于脉冲变压器的选型，根据功率要求我们选择EE16磁芯，材料为PC47，初级绕组为87匝，5V次级6匝，12V绕组14匝。D1为续流二极管，在这里选择超快速二极管MUR160。R2为10K/1W，C4为102/1kV高频瓷片电容。D1、R2和C4共同组成了一个续流缓冲电路，防止开关管关断的时候变压器初级产生瞬间反向高压烧坏开关管。
3.5整流输出电路设计
整流输出电路设计主要包括单向整流电路和滤波输出电路，单向整流主要是利用二极管的单向导通能力，当一次关断期间，次级整流二极管导通，将铁心中存储的磁能释放，再经过滤波输出电路输出稳定直流电压。二极管选用SF24超快速整流二极管。滤波输出电路由L4-5、C6-9组成，L4、L5为6.8uH磁棒电感。C6-7选用470uF/16V电解电容，C8-9选用220uF/35V电解电容。
3.6稳压反馈电路设计
稳压反馈电路包括一个TL431，一个反馈光耦和一些阻容组成。是一个典型的稳压开关反馈电路，当输出电压达到5V的时候，U2导通，U1内的MOSFET关断，直到下一个开关周期的到来。U2选用PC817，R7=R9=10K，R6=150R，R8=1K，C=102。
结语
设计中采用了LNK364单片开关电源控制芯片，其内部集成的全部开关电源控制及保护功能，使得开关电源的集成度进一步提高，性价比增强，电路简化，可靠性增强，使得小成本、高要求、高可靠性电源更好地选择。
参考文献
[1]PowerIntegrations.LNK362-364Datasheet[Z].
[2]安森美半导体.TL431datasheet[Z].
LiBingxiang1，FanChao2，ZhangWeina1，ZhangWei1
(1Xi’anShiyouUniversity,ShaanxiXi’an710065;2ShaanxiYouthVocationalCollege,ShaanxiXi’an710068)
Abstract:Intheprocessofoilproduction,sandproductionnotonlyleadtotheequipmentdamageandreducethe
production,butalsocanaffectthelifeoftheoilwell,sotakereasonablesandmeasurementsandcontrolisveryimportant.
Butthesignalsdetectedbythepiezoelectricultrasonicsensorcontainstrongfluidnoiseandelectromagneticinterference,
inordertogettheusefulsignals,theinterferencesmustberemoved.Thispaperuseswavelettransform,andsimulateinthe
MATLAB,andcomparesthede-noisingeffectswiththeFouriertransform,theresultsshowthatthewavelettransform
caneffectivelyremovenoises,anditalsopreservestheusefulinformationofthesignals.Throughthedatafromlaboratory
testandfieldtestshowthatthewavelettransformhaveverygoodde-noisingeffect.
Keywords:piezoelectricultrasonicsensor;wavelettransform;de-noising
基金项目：陕西省教育厅项目“油气井出砂实时监测方法研究”资助(2010JK786)
1
2013.24设计与研发
0引言
控制器用电源和功率器件驱动电源是有源电力滤波器的主
要部分，其中控制器用电源主要用于控制器、传感器和包括触摸
屏在内的人机界面供电；功率用器件驱动电源顾名思义用于功
率器的驱动供电。传统的有源电力滤波器以对负载电流和电源电
压进行采样检测补偿的谐波分量，并获取电流基准为其主要的控
制策略。但实际工作环境中有源电力滤波器系统对于供电的稳定
性和可靠性要求非常苛刻，其中APF挂网运行必须满足电力系
统，如控制电路和驱动电路要先上电等，的要求。而传统的控制策
略因其计算量大、控制器复杂以及实时性差等原因已经不能满足
有源电力滤波器的实际工作需求。如何有效的保障在电力系统故
障出现时，电源系统能够有效的将APF从电力系统故障中切除，
并具有自动启动有源电力滤波器的功能，成为本文探讨的一种重
要方向。因此，有源电力滤波器的控制电源设计必须做到科学性
和有效性。
1电源设计
整个有源电力滤波器的电源方案包括驱动电源、控制电源以
及驱动和控制电源的一次供电电路三部分。其中驱动板是驱动电
源和驱动电路设计在一起的结合物，也是整个电源系统组成中的
重要部分之一。控制电源有普通的开关电源组成，用于对控制器、
传感器和包括触摸屏在内的人机界面供电控制和服务。一般而
言，交流电网和有源电力滤波器功率直流母线双电源供电方式是
初级电源所采取的方案。由于开关调制频率疋远大于电网频率和
负载电流频率．因此可以假设在一个开关周期内负载电流不变，
所以电源电流上升和下降的斜率近似等于APF交流侧电感电流
的上升与下降斜率，顾此方案能够满足有源电力滤波器对控制电
源稳定性的要求。
1.1驱动电源设计
在驱动电源整体组成中，M57962L是功率器件IGBT驱动电
路的重要核心芯片。为满足供电特点的需求以及IGBT驱动电路
的特殊性，驱动电源需要为3桥臂的IGBT提供6路独立的26—
30V直流电。在系统运行过程中，稳压管分压起到在各路电源产
生IGBT开通和关断需要的正、负电压，以确保驱动电源的有效运
行。
驱动电源采用单端反激式DC∕DC变换电路。在整个电路中，
电压输入和电压输出在电路、功能等方面相互切合，形成互相配
合的整体。部分电压输出线路用于稳压管的分压，并相应产生正、
负电压。个别电路输出用于稳压控制作用。为有效实现对输出电
压以及初级电流的控制，一般采用脉宽调职芯片UC3844用于控
制系统的芯片。输出电压通过电路反馈脉宽调制芯片的误差放大
器以此实现稳压控制的目的。初级电流通过电阻采样，采样值输
入到脉宽调制芯片UC3844的相应位置，实现电路峰值电流控制。
此外，在驱动电源设计过程中，还采用由电阻、电容和三极管组成
缓冲电路，能够有效的实现当开关状态转换过程中产生的尖峰电
压进行筘位和吸收。
1.2控制电源设计
在有源电力滤波器工作过程中，控制器需要的±15V，±5
V电源、传感器需要的±15V电源及触摸屏和接触器需要的24V
电源全部是由控制电源提供。在控制电源使用过程中，必须保障
控制电路先上电，以此完成对相关参数的设置和对开关器件的封
锁，以满足有源电力滤波器对在电力系统出现故障时及时从电力
系统中切除隔开，以及在排除电力故障后能够自动启动复用的要
求。开关电源产生控制器和触摸屏等各个部件所需要的各种电源
都能够从220V的交流电通过普通开关电源分流，由此在采用普
通开关电源给控制电路供电时能够满足有源电力滤波器对电力
系统稳定性的苛刻要求，同时节约了成本。
普通电源开关具有操作简便、制作和使用成本低，安全性和
可靠性高等特点，而被用于控制电路供电，但当仅采用电网作为
初级供电时，在遇到电网掉电或者电网电压瞬时值过低的情况西
安，电路还需进一步改进，以满足特殊问题出现时的应急措施需
求。
1.3基于双电源的初级供电设计
上文提到当仅有电网供电时，出现电网掉电或者电网电压
瞬时值过低的情况时，电路可能出现突发的问题。当电网突然掉
电时，开关电源失去对电能的有效控制盒输入，输出电压瞬间降
为零，最直接的后果是控制器因断电而无法继续对驱动电路进行
控制。更糟糕的事情是此时的APF直流母线电压仍旧处于高压状
态，上下桥壁会在驱动信号干扰功率器件后而出现同时导通，由
此造成功率器的损坏。
而基于双电源的初级供电设计是指基于交流电网和APF功
率直流母线双电源供电方案的一种方法，实践证明该双电源设
计方法能够有效的克服上述突发情况。其基本的设计思路为交
流电网和APF功率直流母线分工合作负责不同情况下的电路供
电，电网主要负责在APF正常工作时控制电路供电，而出现供
电异常后。截止功率器件的驱动信号。并将APF直流母线的电
能通过DC∕DC电路回馈给控制电路和驱动电路。需要注意的
是DC∕DC转换电路因其输出为直流电而不能与220V交流电
直接并联，为此，通过设计二极管进行220V交流电整流，然后与
DC∕DC转换电路因其输出为直流并联。
通常情况下，经过二极管整流并联后的输出电流在电容器上
能够得到310V的直流电。在电路设计过程中，只要保障DC∕DC
转换电路输出电压的正极能够通过二极管与电容的正极相对应，
二者的负极直接相连，在DC∕DC转换电路输出电压小于电容的
电压时，就可保障APF正常工作时，DC∕DC转换电路而停止工
作。此外，由于电容器的存在，保证了在电网出现突然供电异常
时，开关电源和驱动电源输入电压不会马上低于DC∕DC转换电
路输出电压而造成，DC∕DC转换电路无法正常的发挥功能。在
DC∕DC转换电路会在电容电压低于DC∕DC转换电路输出电
压的情况下开始工作，控制电路和驱动电路会接受来自直流母线
的电能，当电压恢复至安全值后，DC∕DC转换电路停止工作。
单端反激式变换电路是对DC∕DC转换电路在有源电力滤
波器工作时的一种补充。DC∕DC转换电路的功能具有局限性，
只能够在电网出现供电异常的情况下，为控制电路和驱动电路
供电供电，导致其在实际工作中输出容量不足，效率低下的问题
出现。与驱动电源相比，单端反激式变换电路的输入电压范围更
广，对于工业电压等级的APF，直流母线电压在正常工作时约为
750V。而电网断电后，直流母线电能回馈到控制、驱动电路，电压
逐渐降至安全值，但DC∕DC转换器是否能在此过程中输出较稳
定的约200V直流电压成为未知数。对此需保证DC／DC变换器
在断续电流模式(和连续电流模式(CCM)两种模式下都能安全
工作。
对于工业电压等级的APF而言，对于DC／DC转换电路的开
关器件的选择非常的苛刻，而在单端反激式电路中则能够轻易满
足其要求。才外为满足DCM和CCM两种工作模式的需要，在单端
反激式电路设计中变压器采用EC3521型磁芯、变比120:55:4，
在整体电路中，个别输出电路用于电压反馈控制，此外，利用
UC3844脉宽调制芯片的控制芯片实现对稳压控制和峰值电流控
制的稳定输出。在设计中保障直流母线电压低于控制电压（约为
180V），以此保证在驱动信号不确定或者缺失时而不至于损坏开
关器件。
2实验分析
选用磁芯EI33，频率40kHz．变比97:12:12:12:12:12:12:7，
初级电感量4.2mH∕1kHz；APF功率单元为750V，输出电流60A
的七路输出的多路变压器用于测试该设计的有效运行性能。实验
过程中，在正常工作中APF的功率单元为750V，在正常运行过程
中将电网电压突然跌至为0，其中DC∕DC转换电路的输出设定
值为180V，DC∕DC转换电压在电网突然停电的情况下，开始工
作，直流侧电能回馈到控制电路和驱动电路，经过一段时间后，直
流侧电压降至安全值，DC∕DC转换电路停止工作。经现场进行
调试验证，采用交流电网和APF功率直流母线双电源供电方式，
未出现因电网电压故障而导致器件损坏情况的发生，此外在电网
故障排除以后，有源电力滤波器(APF)能够有效的运行。实验结
果表明：该电源方案，即该电源初级输入采用交流电网和APF功
率直流母线双电源供电方式，其中驱动电源和直流母线反馈电源
均采用单端反激式DC／DC变换电路。具有实现简单、工作可靠、
成本低的特点。
4结论
有源电力滤波器(ActivePowerFilter，简称APF)的控制
电源包括控制器用电源和功率器件驱动电源两部分，对控制电源
的要求非常的高，不仅需要其能够提供稳定安全的电压以供系
统正常的运行，此外对于零器件的选择和使用上也要求求经济性
和安全性，依据APF供电电源的要求，为IGBT驱动电源设计了一
种基于单端反激拓扑的多路输出DC∕DC电源，为控制器选用了
通用开关电源。该系统电源初级输入采用交流电网和APF功率直
流母线双电源供电方式，其中驱动电源和直流母线反馈电源均采
用单端反激式DC／DC变换电路。由本文的研究结论我们不难发
现，采用用交流电网和APF功率直流母线双电源供电方式的电源
初级输入，别且驱动电源和直流母线反馈电源均采用单端反激式
DC／DC变换电路的有源电力滤波器对控制电源具有非常明显
的优势，适合在电网，尤其是工业用电网中的推广应用，具有非常
巨大的推广意义。
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制策略[J]．中国电机工程学报，2003，23(3)：34—37．
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早期的恒流源多为线性电源，近几年随着开关技术的不断成熟，线性恒流源逐渐被开关式恒流源所替代。相比之下，开关电源具有体积小、重量轻、功率因数高、效率高等优点，开关电源的研究涉及到自动控制、电力电子等诸多技术领域，高效率、软开关是开关电源的研究和发展方向。因此，PFC技术、软开关PWM技术得到了空前的发展，并在开关电源中得到了广泛的应用。
【关键词】软开关；功率因数校正；移相全桥ZVS变换器
早期的恒流源多为线性电源，近几年随着开关技术的不断成熟，线性恒流源逐渐被开关式恒流源所替代。相比之下，开关电源具有体积小、重量轻、功率因数高、效率高等优点，开关电源的研究涉及到自动控制、电力电子等诸多技术领域，高效率、软开关是开关电源的研究和发展方向。因此，PFC技术、软开关PWM技术得到了空前的发展，并在开关电源中得到了广泛的应用。
1开关电源发展现状
电源是人类目前生活和生产中最为重要的能源形式之一。在工农业领域，很多用电设备都无法直接使用供电电网提供的工频交流电作为供电电源，而是需要通过某种形式对电网提供的工频交流电进行变换，得到其所需要的电能形式，才可以使用电设备处于各自的最佳工作状况或者满足用户负载的特殊工作情况的要求。可调直流电源实质是输出电压（或电流）可调的稳压（或稳流）电源。可调直流电源的应用非常广泛，在工业领域主要用于大功率直流电动机的供电电源；蓄电池充电电源，PCB曝光灯电源；电阻器、继电器、电机等电子元件老练供电电源；电解电源、实验室、电子设备的供电电源等。同时许多用电设备，如信号源、自动控制系统、检测系统等，对其供电电源的电压稳定精度要求比较高。
就信号源而言，若其供电电压不稳定，就会造成信号源发出的信号不稳定或不能发出特定频率的信号。对一些精密的电子仪器而言，若其供电电压出现波动，将导致测量和计算结果出现误差。对一些控制系统而言，若其供电电压不稳定将引起自动控制系统工作不稳定，甚至不能工作。可调直流电源在农业领域也有应用，例如静电喷雾杀虫、环境静电除尘、静电杀菌、生物静电效应研究、种子静电处理等等。
2可调直流电源的特点
随着工农业技术的不断发展，一些用电设备对供电电源要求也变得越来越高，并对其性能、精度、体积、重量、智能化操作等各方面都提出了新的技术要求，现有的直流电源已经不能满足相关要求。
可调直流电源主要分为线性直流电源和开关型直流电源两种。线性直流电源电路中的调整功率管工作在线性放大区。这种稳压电源的主要优点是电路结构简单，输出纹波小，精度高，对电网的谐波干扰小，输出电压稳定，抗干扰性好。当然，直流线性稳压电源也有一些致命缺点，限制了它在一些场合的应用。其调整管工作在线性放大状态，因而发热量大，效率低，其效率一般只有45%；由于线性稳压电源的发热量比较大，必须进行散热，所以线性稳压电源往往需要加上庞大的散热片，而且稳压电源工作在工频50Hz下，输入端口的工频变压器体积也很大；当要制作多组电压输出时，变压器体积会更庞大，不便于开关电源的微型化和轻量化。
高频开关电源是指功率晶体管工作在高频开关状态的直流稳压电源。高频开关电源与线性直流电源相比主要有以下优点：（1）体积小，重量轻由于开关电源采用了高频技术，去掉了传统的工频变压器，使得变压器、滤波电感和滤波电容的体积和重量大大减小。（2）效率高。高频开关电源采用的功率开关管功耗一般比较小，尤其将软开关技术应用在开关电源中时，可以大大的减小开关损耗。（3）功率因数高。在配有功率因数校正电路的高频开关电源中，功率因数一般在0.9以上，而且基本不受负载变化的影响。（4）稳压精度高。高频开关电源的稳压精度可高达0.2%。（5）可靠性高、灵活性高。在采用单项有源功率因数校正电路的开关电源中，电源允许的输入范围比较大，能满足世界各国不同的电网等级，所以电源装置的可靠性和灵活性比较高。由于高频开关电源具有以上这些优点，其应用也越来越广泛，并且逐渐占领主流市场，有取代线性直流电源之势。因此研究和设计一种低功耗、高效率、大功率的高性能开关电源意义深远。
现在市场上主流的可调直流电源有线性直流电源和开关型直流电源，开关型直流电源以其功率因数高、体积小等优点占据主流市场，近几年随着科技的发展，我国生产的直流稳压电源（开关电源）的工作频率由原来的几十千赫兹发展到现在的几百千赫兹，但是和欧美、日本等发达国家还是有一定的差距，以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等方面技术领域。因此，我国开关电源的研究及应用在这些方面与发达国家还有很大的差距。
3结语
随着我国科学技术的不断提升，我们国民生产各部门，各行业对直流电源的要求会更一步的提升，尤其是对20A直流电源方面，寻找新式的电源已经分非常迫切的了。为此希望我国能够早日制造出能够适合各种行业的电源，进一步促进我国的兴旺发展。
参考文献：
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[4]杨贵恒，张瑞伟，钱希森等.直流稳压电源[M]，北京：化学工业出版社，2010
【关键词】串联型稳压电路调整管取样电路
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2015）11B-0074-03
一、前言
各种电子电路通常都要用直流电源来供电，而串联型稳压电源在各种电路，特别是在输出功率较低的电路和简单的电路制作中得到了广泛地应用。
二、设计的基本要求
输出电压UO=8～13V
输出电流IO=0～100mA
交流电压220V，频率50Hz，电压允许波动±10
三、串联型稳压电源电路设计、参数计算、元件选择
（一）电路的组成和基本原理
图1-1
图1-1为一串联型稳压电源电路，图中T1、T2为复合调整管，起电压调整作用。电阻R8、R9和Rw组成分压电路，输出电压变化量V通过电阻分压加到三极管T3的基极，所以R8、R9、Rw组成的电路叫做分压电路。稳压管DZ1与电阻R3组成稳压电路，用来提供基准电压VZ1，T3起比较与放大信号的作用。T3的集电极接T5，DZ2、R1、R2组成恒流源负载，其中DZ2、R1给恒流源提供稳定的电压。
该电路的稳压过程如下：当Vi增大（或IO减小）而使Vo增大时，通过取样电路加至T3基极的电压VB2则升高。因差分放大器T3和T4对加在两个基极上的差值信号进行放大，而基准稳压管DZ1使T4的基极电压VB4=VZ1保持恒定，所以T3对其基极电压升高引入的信号进行放大，使得IC5（即IR2）增大，VB2下降，IB2减小，IC2、IB1减小，VCE1增大，使得Vo减小，最终保持输出电压Vo的稳定。
（二）整流滤波电路
该电源用四个二极管接成桥式整流电路，它的作用是利用具有单向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，这种单向脉动电压往往包含很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。为此，在整流电路后加一个电容滤波器，它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
下面首先计算整流滤波电路的输出电压Vi和输出电流Ii，再选择整流二极管、滤波电容和电源变压器的变比。
整流滤波电路的输出电压为
Vi=（1+10%）（VOmax+VCE1+VR7）
因复合调整管T1、T2工作在放大区，通常选VCE=3～8V，如果考虑到当电网下降10%时，Vi仍能维持最大的电压输出，Vi应按上式选值。根据要求
VOmax=13V
VCE1=5V
VR7=（IOmax+IR8）
在设计时取合适的电阻阻值，使得流过IR8的电流为10mA，R7上的压降为0.6V左右，则有
Vi=1.1（13+5+0.6）V≈20.5V
选取Vi=21V
整流滤波电路的输出电流为Ii=IOmax+IR1+IR2+IR3+IR6+IR8
根据要求IOmax=100mA
考虑到电路的稳定性和可行性，选取
IR1=10mA
IR2=5mA
IR3=10mA
IR6=10mA
IR8=10mA
IR10=5mA
所以Ii=100+10+5+5+10+10+10=150mA
变压器的次级电压，其变比为
n=12
整流二极管的选取要满足以下几个参数
根据以上数据并考虑留有裕量，整流二极管可选用2CP33。
滤波电容C1可根据下面的式子进行选择
选用电容量为，耐压为25V的电解电容。
（三）带差分比较放大的稳压电路
1.调整管
该电源采用T1和T2组成复合调整管，由图1-1可以知道流过T1发射极的电流IE1为
IE1=IOmax+IR8+IR3+IR6-IR10
=100+10+10+10-5
=125mA
加上并联在输出端的电容G4和一端接到T3的电容G3充放电时流过的电流，流过调整管T1的发射极的最大电流为150mA左右，选用调整管时要使其极限参数满足以下要求
ICM1=150mA
V（BR）CEO1=Vimax-VOmin-VR7
=（1+10%）Vi-VOmin-VR7
=1.1×21-8-0.6
=14.5V
根据以上数据T1选用MJ29559330。T2选用低频小功率三极管9015。起分流作用的R10，取R10=500。
2.基准电源VZ1、VZ2的一般要求
对于用作差分放大器的基准电源VZ1来说，一般取值如下：
VZ1=nVO=（0.5～0.8）VO
取n=0.6
输出电压VO的范围为VO=8～13V
则有VZ1=0.6（8～13）=4.8～7.8V
所以可取VZ1=6.2V
限流电阻R3的阻值可根据下式选取
对于恒流源的基准电压VZ2，取VZ2=6.2V。对于其负载电阻R2，可通过以下几式来求它的阻值
VZ2=IE2R2+VBE4
一般VBE4的压降为0.5V，则有
IE4R2=VZ2-VBE4
=6.2-0.5
=5.7V
又因为IE4≈IB2+IC3，结合前面所选取的元件参数IB2和IC3加起来的值大概为3mA。所以R2的阻值为
对于基准电压VZ2的限流电阻R1的阻值为
对于恒流源的三极管T5，应选取放大倍数较高的低频小功率三极管9014。
3.差分比较放大器
差分放大器由T3、T4、Re3（即R4）和恒流源负载组成。根据差分放大器的特点，此处的三极管选用电流放大倍数较高、特性对称的低频小功率三极管，其工作点可取IC2=IC3=2mA，在此T3、T4小功率三极管选用9015。差分放大器的发射极电阻可由下式求得
4.取样电路
为了提高电路的稳定性，首先应选择温度系数相同且比较小的电阻。在取样电路中，当Rw滑到下端时
当Rw滑到上端时有
结合前面已选取的IR8=10mA，则有
解以上三式联立的方程，可求得
R8=260
R9=640
Rw=400
（四）过载保护电路
该电源由T6、R5、R6、R7组成过载保护电路。T6为保护管，R5、R6对输出电压进行分压，通过R6给T6基极提供反向偏压，电阻R7称为检测电阻，其阻值较小，当输出电流流过R7时T6提供正向偏压。在此T6选用小功率三极管9015。
在正常情况下，在R6上的反向偏压超过R7上的正向偏压，所以T6处于截止状态，对稳压工作不起影响。
当输出电流变大，R7上的正向偏压也增大，当增大到一定程度时，T6进入导通状态，于是T6的发射极与集电极间的电压变小，流过T5集电极的电流IC5增大，IE5增大，VRe5增大，也就是VR2增大，使得VB2减小，IB2减小，IC2、IB1变小，使VCE1增大。从而使调整管T1得到保护。另一方面，由于保护管T6导通使得流过R7的电流变小，IC1变小，当流过R7的电流减小到一定的数值时，T6恢复截止，稳压电路自动恢复正常工作。
由图1-1可以知道VR7=VR6+VBE6，取VBE1=0.1V，结合前面所选取的VR7=0.6V，则有
（下转第88页）
（上接第75页）
（五）电容C2、C3、C4
1.电容C2
这个电容一般很小，其值在0.01～0.1μF左右，它的作用是防止高频振荡。虽然电子稳压电路是一种负反馈（上接第75页）（下转第88页）调节系统，但由于寄生参数或其它因素影响，在频率较高时可能转为正反馈，引起振荡，这会破坏电路的正常工作。如果在放大管接一小容量电容C2，如图1-1所示，就可以使高频增益下降，因而防止高频振荡。
2.电容C3
一般是几个到几十个微法。它可以改善稳压电路的瞬时特性。比如输出电压出现瞬间跳动，由于C3上的电压来不及变化，因此VO的瞬间变化量直接通过C3传递给放大管基极。再经过T3放大，使调整管及时作出明显的反应以维持输出电压的稳定。另外，C3对纹波电压的阻抗很低，可以降低输出端纹波电压。在次选用33μF，耐压为16V的电解电容。
3.电容C4
这个电容的容量一般较大，再次选用470μF，耐压16V的电解电容。C4的作用是为了防止脉冲负载电流引起输出电压的波动，同时也减小输出端波纹电压。
四、结论
通过实验测得电压幅值调节范围为8.1～12.5V，输出电流小于100mA，符合设计的基本要求。
【参考文献】
[1]王至正，朱汉荣，肖福坤.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1988
[2]杨素行.电子技术简明教程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1998
【关键词】煤矿直流设备试验控制技术
随着电力行业的迅速发展和新能源发电的技术限制，使得电力行业对于煤炭的依赖程度不断提高。煤矿井下工作环境中含有大量瓦斯、煤尘等可燃性气体和混合物，电气设备短路、过载等故障可能直接导致井下安全生产事故，所以对井下电气设备的可靠性和安全性要求较高。矿用架线机车、蓄电池机车作为井下运输工具，车辆的稳定运行对于井下安全生产和避免安全隐患具有也十分重要的意义。
一、整流技术
变流电路用于实现电能（交流（AC）和直流（DC））之间的变换，属于电能转换过程常用的电路。根据电能输入输出形式不同，变流电路可以分为AC-DC转换、AC-AC转换、DC-DC转换和DC-AC转换。本文涉及的变流电路为AC-DC，即整流电路，其目的是将交流电转变成直流电，为煤矿直流设备控制装置试验提供电源。传统的整流装置大部分采用二极管不可控整流技术或晶闸管相控整流技术，这类技术控制过程简单、效率较高，但功率因数较低，且输入电流的谐波含量比较高，对电网具有不良的影响。本文选用四个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）两两串联Q1、Q2及Q3、Q4串联后并联组成桥式整流单元（如图1所示），并设计RCD缓冲电路避免瞬态操作电压对IGBT管的冲击，降低IGBT的开关损耗，保护整流单元安全、可靠运行，在IGBT关断过程中，电容C通过二极管充电，吸收关断过程产生的du/dt，在IGBT开通后，电容C两端的电压通过电阻R放电。
图1桥式整流电路原理图
二、控制单元设计
煤矿直流设备控制装置试验电源控制单元用于实现电源的控制和保护，主要由操作面板、处理器、IGBT驱动单元、显示单元、电压和电流检测单元等组成，其中操作面板用于控制指令的输入；处理器是整个控制系统的核心，用于实现数据的计算、处理、实验过程控制和输出电压调节；IGBT驱动单元用于驱动IGBT可靠导通和关断；显示单元用于显示电源的电压、电流、状态等信息；电压和电流检测单元用于检测电源的电压、电流信号，并将信号进行隔离放大处理后发送给处理器。
2.1电压反馈电路
煤矿直流设备控制装置试验用电源需要稳定、准确的电压输出，并且要根据不同型号产品的需求调节电压幅值，所以需要设计可靠的电压反馈电路，处理器计算反馈值与需求值之间的偏差，然后对输出电压进行动态调节，保证试验电压的准确性。由于电源输出电压最高可达600V，所以不能从端口直接获得电压信号，设计由大功率电阻分压后得到处理器AD可以接收的电压信号。为了保证电路的稳定性，在电路中加入一个高输入阻抗的电压跟随器来获取电压信号。电压反馈电路如图2所示，图中C5作用是滤除信号中的杂质，
图2电压反馈电路
稳点电路输入电压，减小信号漂移，通常选取高频无感电容。电阻R5、R6起到分压作用，电压反馈电路测量电压等于电阻R6两端电压，其电压值为总电压的R6/R5+R6。稳压二极管D5和电容C6起到保护作用，防止运放输入电平高于其供电电压。
2.2电流检测电路
煤矿直流设备控制装置过载试验是在额定电流的1.6倍、3倍和5倍条件下进行，试验过程对电流值具有明确要求，所以试验电源应该具有稳定、可靠的电流检测电路。为了降低主电路对电流信号的干扰，提高电流检测的精度，选用基于霍尔效应电流传感器采集母线电流。CS600E2型电流传感器原边额定输入电流600A，原边测量电流范围0～±1000A，响应时间小于等于5μs，工作电源为±15V，传感器输出电压范围0-4V。传感器输出信号经过隔离和LM324组成的电压跟随其处理后发送给处理器的AD转换引脚，电路检测电路原理图如图3所示。
图3电流检测电路
2.3温度保护电路
直流电源内的整流开关管和变压器在工作过程中产生的热量会导致工作环境温度升高，影响控制系统的稳定性，此次除了采取常规散热措施外，还需要设计温度保护电路对电源的温度进行控制和动态调节。温度控制电路工作过程：电源上电后温度保护电路开始工作，当温度值高于设定值时，热敏电阻阻值变大，这时在运放M的同相输入端电压高于0V，信号经过放大后输出到N，使得运放的同相输入端电压高于反相端，运放输出+5V的电压驱动场效应管导通，热电制冷器开始工作降低系统温度，当温度达到正常温度时场效应管截止，热电制冷器停止工作。
同时，系统设置有温度采集电路，处理器对高精度温度传感器的信号进行计算处理，并发送给显示屏进行系统温度实时显示。
三、结论
矿用直流架线电机、矿用蓄电池车辆是我国中小煤矿井下主要的运输设备之一，其安全性直接关系到煤矿安全生产工作能否顺利开展，本文设计的煤矿直流设备控制装置试验电源满足国家标准要求，符合矿用直流设备控制装置检验需求，具有输出稳定、安全可靠等特点。
参考文献
[1]贾德利.IGBT逆变电源的设汁与应用[M]，哈尔滨工业大学出版社，2012.
关键词：自动化气象站；电源；研究
中图分类号：S16文献标识码：A
1自动气象站简述
自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集存储传输的气象站，是由传感器、采集器、数据处理系统、数据传输系统、电源等部分组成，自动进行气象要素观测和资料收集存储传输的气象设备系统。观测项目主要包括温度、湿度、气压、风向、风速、雨量等要素，数据采集频率较高，每分钟采集并存储一组观测数据。
自动气象站通常分为有线遥测站和无线遥测站两种类型。其中有线遥测自动气象站的仪器感应部分与接收处理部分相隔几十米到几公里，用有线通信线路传输。它由气象传感器，接口电路、微机系统、通讯接口等组成。传感器将气象要素转换成电信号，再由接口电路输出。微机系统是它的心脏，负责处理接口电路及观测员通过键盘输入的信号，并将处理结果输出显示、打印、存盘，也可通过接口送到信息网络服务器。另一种无线遥测气象站又称无人气象站。它包括测量系统、程序控制系统、编码发射系统和电源四部分组成。无人气象站通常能连续自动工作，每天定时观测，可在1000公里之外的控制中心指令或接收它发送的资料，也可利用卫星收集和转发它发送的资料。该站通常安置在沙漠、高山、海洋（漂浮式或固定式）等人烟稀少的地区，用于填补地面气象观测网的空白。
由于自动气象站运行于各种无人值守的恶劣的野外环境，就会面临各种自然干扰和未知意外的发生，为了保证气象数据采集的准确性，连续性和稳定性，就必须对自动气象站进行自我保护设计，其中对供电系统的设计就是一项关键内容。
2对自动气象站供电系统设计分析
自动气象站使用的5V稳压直流电源需要具有无干扰和高稳定性，并且配有备用蓄电池，以防市电断电时使用。在本设计中，LM7805三端稳压集成电路符合应用要求，即为有三条引脚输出的稳压用的集成电路，分别是接地端、输入端和输出端。因LM7805三端稳压IC电路内部有调整管、过热及过流的保护电路，所以用LM7805三端稳压IC来组成稳压电源所需的元件极少，如图1所示就是LM7805集成稳压器的连接电路图，这个稳压电源电路输出正5V直流电压是由一个LM7805稳压电路实现的。集成稳压器LM7805就是图中的IC芯片，输入端和输出端的滤波电容分别为C1和C2。此外给LM7805还需要配上散热板，这是为防止因输出电流过大时，稳压管的温度变高，使得稳压性能降低，或者损坏的发生。
自动气象站数据采集芯片要求很高的稳定供电电源，这是因为芯片采集数据的精度能够直接受供电电压的精度影响，尤其是高精度的模数转换电路更是要求稳定性非常好的电源。再加上电源电压要作为模数转换电路的外部参考电压使用，那么对供电电源的稳定性和精度要求就更高。所以模数转换电路对于电源电压精度和稳定性的要求就要远高于其他数字电路。那么通过LM7805降压输出的+5V电压可以供应除模数转换电路外的其它工作电路使用，而模数转换电路的供电则需要利用电源稳压芯片实现。将升降压芯片LM7805输出的不稳定的+5V电压，通过稳压芯片MAX8875转换为稳定的+5V电压再供应给模数转换电路使用。
+2.5V～+6.5V电压都是低压线性稳压器MAX8875的输入范围，输出电流为150mA，这是因为MAX8875配有P沟道MOSFET调节输出器，能够保持稳定的压差和稳定的电源电流在最高为150mA的任何负载下输出。MAX8875使用的是成本较低的钽电容，这样就优化了工作，并可以输出初始精度为土1%的5.0V，3.3V，3.0V，2.7V，2.5V和1.5V的电压。当MAX8875的“Power-Ok”有报警信号发出时，表示输出电压已不在稳的压范围。线性稳压器MAX8875还具有lμA关断电流、电池反接保护、过热保护和短路保护等特性。其封装如图2所示。它的管脚功能如下：IN：电压输入。输入电压范围为2.5V～6.5V。GND：接地。OUT：电压输出。能够输出5.0V，3.3V，3.0V，2.7V，2.5V和1.5V的电压。SHDN：停机输入，低电平有效。高电平时为正常模式。当低电平时，电流为lμA。POK：Power-OK输出。
在正常工作时，LM7805的输入电压和输出电压的压差为2-3V。Cin为输入端电容0.3pF，起频率补偿作用，Cout为输出端电容lpF，起抑制稳压电路自激振荡的作用。经LM7805降压后输出的电源系统电压为+5V，可以提供给除了模数转换电路外的工作电路使用，而电源系统+5V电压需要再通过MAX8875稳压，才能输出给模数转换电路使用。
结语
综上所述，提高了自动气象站的供电系统的可靠性和安全性，深入研究了电源控制输送电路，并对研究情况进行相应的分析设计，使自动气象站能够准确可靠地运行，提高自我保护能力，达到了预期的目的。
参考文献
[1]余兴国.自动气象站风光互补供电系统[J].科技风，2011.
随着烟草行业信息化工程的实施,计算机应用技术的不断的深入、互联网技术的迅猛发展,网络信息中心的地位越来越重要,为保障计算机、服务器和存储设备等的安全、正常运行,需要正确规划机房的建设。在机房建设中除去主要的信息设备运行外,还有保障其运行的其他设备,比如供电系统、空调系统、消防系统、安保系统和综合监控系统等。这其中首当其冲的就是供电系统,因为不论其他设备如何高级,如何可靠,一旦供电中断,其他一切就都瘫痪了。而供电系统又包括电源系统、配电系统和综合监控系统。现对信息中心机房中供配电技术进行简要的解析。
一、供电要求
在烟草企业电力供配情况较为复杂,计算机机房的供配电系统有其本身的特点,概括起来主要是:连续、稳定、平衡和分类。连续是指电网不间断供电,但瞬时断电的情况时有发生。瞬时断电时间在国内尚无标准,我们一般采纳4ms;稳定主要指电网电压稳定,波形失真小;平衡主要是指三相电源平衡,即相角平衡,电压平衡和电流平衡。在国家标准《计算机场地技术要求》中末列出三相不平衡的允许值,但有些计算机的生产厂家对此项有明确要求;而分类就是对计算机和设备、辅助设备的供配电分开进行。其一是设备供电系统,它是根据计算机设备的供电要求,合理地选择电力设备保护开关等,构成符合计算机设备要求的配电系统;其二是辅助供配电系统,这是为了保证计算机设备能正常运行的其他设备,如供电系统、空调系统、消防系统、保安系统和综合监控系统等。
(一)信息中心机房系统供配电技术
供电电源直接关系到计算机软硬件能否安全运行,所以对计算机供电电源的质量提出了较高的要求。常用的供配电方式分UPS供电和非UPS供电两大方式。
1.非UPS供电。(1)直接方式。把变电站送来的工频交流电直接送给计算机设备配电柜,然后再分给计算机的各部分设备。采用直接供电方式时,为了减少电网因负载变化而引起干扰,一般采用专用供电线路,即该供电线路不得接任何可能产生干扰的用电设备。直接供电的优点是,供电简单,设备少,投资低,运行费用低和维修方便等;其缺点是对电网要求高,易受电网负载变化的影响等。
(2)隔离供电。隔离供电是在交流进线后加一隔离变压器,然后再送给计算机。这种供电方式的特点是,电源设备运行可靠,操作维修方便,投资少,且对机房无特殊要求。不足的是:频率波动不能控制,且电网停电后该系统不能连续供电,因此只适用于小型机房、微机或一般场合。
(3)交流稳压器供电。市电经电子交流稳压器后,再供计算机使用,这可以减少许多暂态冲击、幅度波动和电压脉冲。好的稳压电源输出电压精度在3%以内,小型微机房使用较多,缺点是市电中断时不能连续供电。
2.UPS供电方式。不间断电源(UPS,UninterruptiblePowerSupply)伴随着计算机的诞生而出现,并随着计算机的发展壮大而逐渐被广大计算机用户所接受。UPS在市电供应正常时由市电充电并储存电能,当市电异常时由它的逆变器输出恒压的不间断电流继续为计算机系统供电。使用户能够有充分的时间完成计算机关机前的所有准备工作,从而避免了由于市电异常造成的用户计算机软硬件的损坏和数据丢失,保护用户计算机不受市电电源的干扰。在许多防间断和丢失的系统中,UPS起着不可替代的作用;按容量大小划分:
小型UPS:20KVA以下
中型UPS:20KVA以上100KVA以下
大型UPS:100KVA以上
(1)UPS的功能与作用。在UPS出现之初,它仅被视为一种备用电源,但由于一般市电电网都存在质量问题(如电压涌浪、电压尖锋、电压瞬变、电压跌落、持续过压或欠压甚至电源中断等),从而导致计算机系统经常受到干扰,造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲等严重后果。因此,UPS日益受到重视,并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能的电力保护系统。
UPS的保护作用首先表现在对市电电源进行稳压,此时UPS就是一台交流市电稳压器;同时,市电对UPS电源中的蓄电池进行充电。UPS的输入电压范围比较宽,一般情况下从170V到250V的交流电均可输入;由它输出的电源的质量是相当高的,后备式UPS输出电压稳定在±5%~8%,输出频率稳定在±1Hz;在线式UPS输出电压稳定在±3%以内,输出频率稳定在±0.5Hz。当市电突然停电时,UPS立即将蓄电池的电能通过逆变转换器向计算机供电,使计算机得以维持正常的工作并保护计算机的软硬件不受损害。
(2)UPS的分类。目前,UPS电源工业主要提供两种UPS电源:后备式和在线式。如果再细分,还有在线互动式和后备式方波输出式电源等种类。
后备式UPS电源在市电正常时负载由市电经转换开关供电,当市电系统出现问题时才会由UPS的电池经逆变器转换向负载供电。后备式UPS电源其主要优点是价格便宜。目前大部分的后备式UPS都是一些低功率UPS,一般不到1kVA。
在线式UPS电源当市电正常时,供电途径是市电整流器逆变器负载。市电中断时的供电途径是电池逆变器负载。因此不论外部电网状况如何,总能够提供稳定的电压。这种UPS价格比后备式UPS贵些,容量从1kVA~l00kVA以上。
二、信息中心机房安全接地系统
计算机系统的地线是保证计算机安全运行的一个重要措施,地线接法是否合理,将影响计算机的稳定可靠运行。同时地线亦能保护在发生事故情况时的人身和设备安全。
(一)计算机机房接地种类
计算机系统的大小、种类不同,对地线的要求也不同,大中小型计算机比微型计算机要求高。概括起来有:工作接地、安全接地、直流接地、静电接地、屏蔽及建筑物防雷保护接地。在实际应用中,并非所有的计算机机房全部具备上述接地种类,一般根据计算机的工作性质和实际情况进行设置。直流地与交流地、防雷接地要相隔10m~30m距离为宜,以防相互干扰。
(二)计算机机房接地装置的安装要求
1.接地材料选用铜材为好,选用镀锌钢材也行。铜板接地极的埋设要求铜板深挖竖埋在2.5m以下,离地面0.8m以下。土壤条件差,如砂石太多时,应加添草木灰、除阻剂或更新土,但不宜放盐(因盐易使土壤结块)。
2.为减少接地电阻,接地体的所有连接部分必须采用焊接,须用螺栓连接的地方,螺栓必须是镀锌材料。
3.为了使计算机直流接地有统一的参考点,所有计算机直流接地应接到同一个接地装置上。
4.为保持稳定的系统信号及可靠的安全接地,机房内所有电源插座的极性必须保持一致。
5.为保证系统安全,严禁在电源插座内将交流工作地与安全地连接在一起。
三、信息中心机房系的防静电措施
众所周知,计算机设备基本上是由半导体元器件构成,诸如CPU、ROM、RAM及大规模集成电路都是MOS工艺,对静电特别敏感,静电是引起计算机故障的重要原因之一。静电对计算机的影响有两种表现形式。
1.造成器件损坏;
2.引起计算机的误动作或运算错误。
静电引起计算机误动作或运算错误,是由于静电带电体触及计算机时,对计算机放电,有可能使计算机逻辑原件引入错误信号,引起计算机运算出错,严重者将会引起程序紊乱。静电对计算机的外部设备也有明显地影响,会引起显示器图像紊乱,模糊不清。此外,静电还会引起打印机走纸不顺等故障。如何防止静电的危害,不仅涉及计算机设计,而且与计算机机房的结构和环境条件有关。在静电防护要求较高的计算机房内,应铺设抗静电活动地板。对抗静电活动地板的要求有:
(1)电气性能应符合GB6650―86《计算机房活动地板技术要求》中的A级标准。
(2)地板贴装表面应牢固,不起皮,不起泡,不起皱,磨擦静电电压低于100V,静电压从5000V衰减到100V的时间小于0.1s。
(3)减震肢条应是防静电的,其体积电阻率PV应为(105~108)W/cm。
(4)地板支撑至少有两处以上与静电地板可靠连接,接头采用铜焊片并作锡处理。
(5)地板基材最好采用全钢,铝合金或中密度纤维板,吸水性小,变形小,强度好,铝合金包底包边,起到很好的静电屏蔽作用,防止外界强磁场的干扰。机房绝不允许铺化纤地毯或人造革地板。
(6)机房内墙壁与吊顶不允许使用普通贴墙纸及普通塑料制品,最好先用铝合金材料作表面装饰,吊顶选用铝箔石膏板材,并可靠焊接于静电屏蔽罩,防止外电磁场的干扰,有利于电荷及时泄放。