【关键词】数控电源;D/A转换;便捷
引言
从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术的发展对提高一个国家劳动生产率的水平，具有举足轻重的作用。在电源种类繁多和技术的多样化中，不断地提出了更多、更高、更先进的要求来迎合当今时代的步伐。电源设备是电子仪器的一个重要组成部分，通常有直流电压源、直流电流源、交流电压源和交流电压源等。随着信息时代的飞速发展，电源设备也逐渐向数字化方向发展，数控电源的已是当今研究的主流[1-3]。
所谓数控电源，就是电源的输出电压受输入数字量的控制。如8位的数字量，当全零时输出为0V，当全1时输出为25.5V，数字量每增加1，输出增加0.1V，只要输入的数字量改变了，就可以得到对应的稳定的输出电压。三位同学在老师的指导的下，学习了模拟电路和数字电路，设计出了简易的纯数字电路控制的数控直流稳压电源，通过仿真和电路制作并调试，实现了功能。具有电路简单，控制灵活，误差小等特点。
1.系统总体设计
数控稳压电源要求输出电压值的设置，一般通过设置按键与输出电压显示结合进行设置。设置电路由按键、脉冲产生电路和计数电路组成。输出电路由D/A转换电路、稳压电路和显示组成，具体框图如图1所示：
图1总系统硬件框图
2.各部分模块电路设计
2.1设置电路
设置电路有四个按键，分别是步进、步退、快进和快退，如图2所示。步进按键后连两个施密特反向器和555单稳态消抖电路，既可消抖又可波形整形的作用，如图3所示。
连续脉冲由555多谐振荡电路产生，其振荡频率由总步长与在总步长内预定完成时间决定。
用或门实现快进和步进的的切换。
当按下并释放单脉冲按钮一次时产生一个单脉冲。
当不按多谐振荡按钮时，无振荡脉冲，按下时产生连续的多谐振荡脉冲。
图2按键设置电路
图3单稳态消抖电路和555连续脉冲产生电路
2.2计数电路
脉冲产生电路主要提供单脉冲或连续脉冲作为计数电路的输入计数脉冲。计数电路一般由8位二进制计数器组成。常用的4位二进制计数芯片有74LS161、74LS191、74LS193、40193等。这里选用2片74LS193组成异步加法计数器，如图4所示。本电路计数从00到FF计数，即256进制。
图4计数电路
图5D/A转换电路
2.3D/A转换电路
D/A转换的基本思想：数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实现数字量模拟量的转换。D/A转换采用DAC0832转换芯片，不需两级缓冲，采用两级直通的控制模式，如图5所示。其电压与输入二进制的转换关系公式为：
2.4参考电压的设置电路
参考电压的准确程度直接影响着D/A转换的精度，所以一般要求参考电压用专用的基准电源芯片供给。这里采用LM317提供基准电压，此基准电压给D/A转换电路提供基准电压用。如图6所示。
图6LM317电源电路
3.设计流程
如图7所示，为数控电源的设计流程。
图7数控电源设计流程
D/A芯片参考电压值的确定：
根据输出电压的计算公式可以知道，参考电压的值由数控稳压电源设计的最大输出电压、最大的数字值，以及步进电压值，RF、R1的值共同决定。
如本电路设计的最大输出电压为12.7V，步进为0.05V，RF=R1，则：
如果VREF太大，可外接RF，若要求参考电压为正，则输出再接一级方向器。
4.电路设计与制作
图8为数控电源仿真总图，图9为简易数控电源的实物制作图。
图8数控电源仿真总图
图9数控电源实物图
5.检测和调试
5.1通电前检测
（1）先用万用表电阻挡，检测各组电源输入端分别是否短路。
（2）按照各集成块的引脚排列图，先用万用表蜂鸣器挡检查各集成块的电源VCC端及接高电平的引脚与电源+5V端或者+15V端（U6，U7）是否通，接地端与电源GND端是否通，U7的VSS端与-15V是否通。
5.2通电后的检测
5.2.1脉冲产生电路的检测和调试
先将J5加+5V，J2与J5的GND相连。
（1）将两个555插到U2E、U6E上，检测多谐振荡器的工作情况。用万用表直流电压20V档，测量输出U2E、U6E的3脚的直流电压，测得此处电压在3.5V，故此电路为多谐振荡，工作正常。再插上U2（40106），当对应的按键B3、B1按下时，用万用表直流电压20V档，测量输出U2E、U6E的3脚的直流电压，电压在3-3.5V左右，不按时电压为0V，说明电路在振荡。
（2）再分别检测单步脉冲发生器电路工作情况。
插上CD4016按单步增（B4）或单步减（B2）按键，检测4016的6或10脚，快速按下并释放后电压是否有所增加，有变化说明有单步脉冲产生。
（3）再插上74LS02到U4，在1和4脚重新观测4个按键的单脉冲和连续脉冲是否正确。
参考数值：
测1脚（进）：
按键B3连续脉冲，电压输出值1.1～1.3V
按键B4单脉冲，电压5V，0V切换
测4脚（退）：按键B1连续脉冲，电压输出值1.1～1.3V
按键B2单脉冲，电压0V，5V切换
5.2.2计数电路的检测和调试
插上两块74LS193（U5B、U4B），测两块的输出Q3～Q0，组成的8位二进制数（U4B为高4位，U5B为低4位），按单步进按键，记录8位二进制数，看是否加1变化。或按单步减按键看8位二进制数是否减1变化。
5.2.3D/A转换电路的检测和调试
插上DAC0832。J4接入+15V和-15V。
（1）调整DAC0832的参考电压VREF（U6的8#）。调整多圈精密电位器RV1使VREF=12.8V。
（2）调整多圈精密电位器RV2，使S1左端为-0.625V，VREF=12.8V，再将S1的中间和左边用短路帽短接，S2也盖上短路帽。
（3）插上LM358（U7）。记录74LS193组成的的8位二进制计数的值，测试转换电压（U7的7#），用公式验证：
5.2.4稳压电路的检测和调试
将S2、S3短路帽插上，在J1端接入交流12V，用变压器220/12V实现，实际输出13.2V左右，DCPOWERSUPPLY也打开，发光二极管亮。
（1）按单步进B4、快进B3（或单步退B2、快退B1），用万用表直流电压20V档，观测输出端J6的电压的变化情况。是否实现数控功能。
（2）用万用表直流电压20V档，测量记录单步进的两次输出电压差，与0.05V的误差。
6.结论
本电路设计的简易数控电源，包括电压设置按键、计数脉冲产生电路、计数电路、D/A转换电路和稳压电路五部分电路组成，本电路电压输出稳定，电压变化范围在0～12.7V，步进为0.05V，输出电压不随负载和环境温度变化。电路实际输出测试结果表明，本系统稳定性好、精度较高、操作简单、人机界面友好。在实验操作和设备生产中，能够广泛应用到这种可靠性高、操作简单的数控电源，不仅能够提高设备的性能，同时能够缩短研发周期，本系统具有较高的实用性。
参考文献
[1]乔国良.数控式直流稳压电源[J].计算机工程与科学，1980（4）：59-63.
[2]陈岩.简述直流稳压电源的设计与研究[J].门窗，2012（6）：140.
[3]李小琴.数控稳压电源的设计[J].电子世界，2014（2）：156.
[4]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.
[5]詹新生，张江伟.基于AT89C51的数控直流电压源的设计[J].现代电子技术，2008（19）：107-109.
作者简介：
朱佳奇，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。
王佳晨，现就读于宁波职业技术学院电子信息工程系应用电子技术专业。
关键词：大功率LED路灯驱动电源设计
引言
所谓“绿色照明”是指通过可行的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，改善提高人们的生活品质。完整的“绿色照明”内涵包括高效、节能、安全、环保等四项指标，不可或缺。作为“绿色照明”之一的半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，它具有高效、节能、安全、环保、寿命长、易维护等显著特点，被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型第四代“绿色”学源。2003年6月17日，我国正式启动“国家半导体照明工程”。随着“绿色照明”理念的提出和推广，以半导体材料制作的LED光源被逐渐的应用到了景观照明方面，与此同时大功率的LED路灯引起了人们的广泛关注。大功率LED路灯的工作原理是，通过直流低压对大功率LED组进行点亮，从而满足人们的照明需求。大功率LED路灯不仅具有亮度高和显色性好的优势，并且因为LED路灯的需要输入的电能是低压直流，所以对电能的要求少。随着太阳能光伏发电技术的不断成熟，由于大功率LED路灯对电能的要求少，使得太阳能LED路灯作为未来道路的照明方式成为可能。在目前的LED应用过程中，由于大功率LED所需要的必须是低压直流电源，所以普通的家用交流电无法满足大功率LED的要求，即使经过了普通降压和稳压的电源也必须通过重新改良过后才能用于为大功率LED驱动电能。本文通过对大功率LED的工作特性深入探析理解，并对目前常用的一些驱动电源进行简要分析，对高效的发挥出大功率LED的优势驱动电源必须具备的哪些条件提出了多个设计要素。
一、LED驱动电路研究的意义和价值
LED路灯是低得罟、大电流的驱动器件其发光的强度由流过LED的电流决定电流过强会引起LED的衰减电流过弱会（dian4liu2guo4ruo4hui4）影响LED的发光强度因此LED的驱动需要提供恒流电源以保证大功率LED使用的安全性同时达到理想的发光强度。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC（功率因素校正）和恒流问题还需有比较高的转换效率有较小的体积能长时间工作易散热低成本抗电磁干扰和过温、过流、短路、开路保护等。本文设计的PFC开关电源性能良好、可靠、经济实惠且效率高在LED路灯使用过程中取得满意的效果。
LED由于节能环保、寿命长、光电效率高、启动时间按短等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展迅速。由于LED独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。因此为防止LED的损坏，这些都要求所设计系统能够精准控制LED输出电流。目前采用的稳压驱动电路，存在稳流能力较差的缺点，从而导致LED寿命大为缩短。
当前，直流输入LED驱动电源已经发展了较长的一段时间，电路已比较成熟，而用于市电输入照明的LED驱动电路，很多采用交流输入电容降压及工频变压器降压，电源体积过大，输出的电流稳定性差，性能很低。目前针对市电输入的降压驱动电路是当前LED驱动市场的难点和热点。LED照明时一种绿色照明，其驱动电源的输出功率较小，在此情况下实现电源的高效率是另一大难点。同时，由于LED的使用寿命理论上长达10万小时，这要求驱动电源很高的可靠性。
二、设计方案
HV9910应用恒定频率峰值电流控制的脉宽调制（PWM）方法，采用了一个小电感和一个外部开关来最小化LED驱动器的损耗。不同于传统的PWM控制方法，该驱动器使用了一个简单的开/关控制来调整LED的电流，因而简化了控制电路的设计。
2.1电路的特点
1）无需电解电容及变压器，这样增加了电源的使用寿命。如果LED驱动器理有电解电容，那寿命主要取决于电解电容，电解电容的使用寿命有一个大家公认的近似计算法则：即温度每下降10度使用寿命增加一倍。比如说标称105度2000小时的电解电容，在65度下使用寿命大约是32000小时。
2）高效率。这款灵活简单的LED驱动器IC效率超过93%，可减少相关元件的数量，从而降低了系统成本。HV9910可将调整过的85V至265Vac或8V至450Vdc电压源转换为一个恒流源，从而为串连或并联的高亮LED提供电源。
3）电路简单，仅需一个芯片HV9910的实现就能实现所有的功能，没有用到变压器，提高了功率的效率，减少了空间，增加了系统的可靠性。
2.2电磁兼容，高PFC、过EMI
采用高PFC功能电路设计的室外LED路灯电源，内置完善的EMC电路和高效防雷电路，符合安规和电磁兼容的要求。再用电压环反馈，限压恒流，效率高，恒流准，范围宽，实现了宽输入，稳压恒流输出，避免了LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED得亮度稳定。整机元件少，电路简单。
2.3电源的PCB设计
本文在PCB布局过程中，将易受干扰的元器件、输入与输出元件、具有较高的电位差的元器件或导线间距离尽可能加大，提高电路的抗干扰能力。
本文遵守以下原则进行PCB布线：
1）尽量避免相邻的线平行排列，平行走线的最大长度小于3cm，避免线间电容使电路发生反馈耦合和电磁振荡；
2）为避免高频回路对整个电路的影响，尽可能减小其面积，并使用较细的导线；
3）合理设计PCB导线的宽度，电源进线线宽1.5mm，开关电源输入线的相线与中线间距3.5mm，电源地与输出地间距、变压器的初级与次级间距均大于8mm；
三、可靠性设计
要在照明领域中大量使用大功率白光LED，只有保证大功率白光LED驱动电源安全可靠地工作，才能保证大功率白光LED的长寿命和发光亮度稳定。
3.1过压过流保护
在实际使用中，会出现负载短路或者空载的情况，会造成整个驱动电源的破坏，所以在驱动电源设计的时候，需要增加过压与过流保护。
3.2隔离保护
LED是低电压的产品，当驱动电源的开关损坏时，也不能有危及负载的高电压出现。所以要求电路的负载电路做到隔离保护。
3.3浪涌保护
在实际应用中，电网很不稳定，尤其是雷雨季节，会有浪涌电压存在，所以在驱动电源设计时，要考虑到整个产品的防雷，尽量避免在异常时造成永久性的破坏。
3.4散热设计在大功率LED应用中，LED能承受的电流与温度有一定的关系，所以在驱动电源设计时，需要考虑大功率白光LED的散热问题和驱动电源本身的散热问题。
关键词：稳流控制；通讯方式；PID参数设定；装置模块化；反馈信号
中图分类号：TM712文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）09-0045-03
1概述
目前国内电解铝行业直流大电流自动稳流控制系统仍采用早起北京整流变压器厂研制的模拟电子电路控制原理，后经包头铝业集团动力公司科技人员在此基础上将多年实践运行经验结合PLC可编程序控制器技术开发出了数字式稳流控制系统得到广泛应用。该系统工作原理是通过改变主回路饱和电抗器偏移绕组或控制绕组的电流来改变电抗器中的磁势（电抗值），即自饱和电抗器作为直流电流恒流控制的主要执行器件，是将整流机组输出的直流电流通过直流互感器变换，由稳流系统将变换后的电流转换成4-20mv电压信号反馈给PLC，与给定信号比较，PLC进行PID计算，控制输出脉冲的占空比，改变IGBT的输出电流，从而使整流元件自然换向角延迟，达到调整系统直流电流在给定值的目的。其直流电流的调节方式根据主回路整流柜元件的不同有二种调节方式：即整流调压变压器有载调压+自饱和电抗器+硅整流柜的组合方式，变压器有载开关粗调，电抗器细调及整流调压变压器有载调压+可控硅整流柜的组合方式，变压器有载开关粗调，可控硅细调的调节方式。目前国内大型电解铝企业多采用第一种方式。它的调压范围设计一般在50～70V/DC之间。
2自动稳流控制系统在实际运行中存在的问题
随着整流设备制造技术的不断发展，单机组直流电流由20000A上升到100000A，电压由600V/DC也提升到了1500V/DC左右，电解铝向系列电流500KA、单系列年产能30～40万吨方向发展，而整流机组稳流控制系统在技术上基本没有研究和发展，致使系列直流电流在效应瞬间波动范围达到16000A左右，电压的波动幅度也在50V左右。产生如此较大幅度波动的因素主要表现在以下几点：
稳流装置在设计时未考虑整流系统谐波对稳流控制系统的影响以及通讯方式。
饱和电抗器的控制绕组和偏移绕组结构基本一样，特性一致，控制却不尽相同。目前稳流系统电源部分，对偏移绕组的控制电路采用单相调压器调压、经单相变压器降压、再经过单相桥式整流、后置电路直接控制电抗器偏移绕组；而电抗器控制绕组电源部分采用三相整流变压器、再经过三相桥式整流、加上后置电路、由PID调节控制IGBT模块、调节电抗器控制绕组的电流大小。这两种电源电路电压波形存在差异，对饱和电抗器铁芯助磁和消磁的电流不对称。
饱和电抗器控制和偏移绕组在没加直流控制电流的情况下可感生出300Hz的非正弦交流电压、幅值大小不一，约在800～2600V之间，易造成反馈板、触发板和IGBT模块损坏。
稳流控制PID用总调方式下、在“目标值”临界点时，各机组之间有“翘翘板”式的波动现象，即在总调模式下各机组电流分配是在小闭环（单机组闭环系统）与大闭环（系列电流闭环系统）系统双重作用下进行调节，在小闭环调节过程中同时接受大闭环的调节指令，造成机组输出电流的不断变化。
调变有载开关一般只压1～2档（1档居多）。有载开关每升降1档，系列直流电压升降在8～14V/DC之间（与变压器容量及有载开关级数有关），在电解系列产生一个效应（约30V左右）时，系列电压释放8～14V/DC，覆盖不了30V的效应电压。压至2～3档时往往导致饱和电抗器工作于非线性区，稳流不起作用。
压档太多（3～4档）系统功率因数降低较多，电压质量下降，不能满足电网基本要求。
压档太多（3～4档）时，电解效应瞬间熄灭后，PID响应速度慢，系统波动较大，容易引起直流过电流，导致机组跳闸。
3整流机组稳流控制系统的改进理念
稳流控制系统信号的上传以及各机组稳控柜之间的通讯连接，均应采用光缆通讯，通讯速度快，不受强电、磁场及谐波干扰。
稳流控制单元结构模块化，接线简单，便于安装、检修、更换。如配置4台逆变直流控制电源，2台分别用于2组控制绕组，2台分别用于2组偏移绕组。配置1台2路直流电流测量显示及PID控制箱，即组成一套单机组测量显示及稳流控制系统。使原稳流控制系统采用单相、三相电源变压器、平波电抗器及DCS-800等元器件得到彻底改进。
采用PID控制箱后，在没有后台计算机情况下，可现场通过面板设置各种参数；有直流电流测量显示功能（0.2级）；有直流过载参数设定功能；PID控制参数设定功能；实际测量值和设定目标值有直观的光标及数字2种显示功能。通过网络通讯功能，可实现由主控室后台计算机对稳流运行参数的读取和修改；稳流PID控制电源部分设有恒压功能的小型电源滤波器，可有效改善电解企业电网中谐波影响，并保证交流电源电压在120～250V波动时对测量和控制无影响。
逆变直流控制电源，最高电压15V，最大电流30A、偏移和控制电源结构相同，可以内触发控制（本控）给电抗器偏移绕组用，也可外触发控制（由PID控制）给电抗器控制绕组用。在整流变电抗器端子箱处配置阻容吸收回路，能吸收饱和电抗器工作过程中控制和偏移绕组感生的、频率300Hz的非正弦交流尖峰电压。
稳流控制只采用小闭环调节控制系统，可有效避免总调方式下机组间“翘翘板”式的波动，单柜一直在自动闭环方式下运行，取消手动稳流控制方式。PID控制计算只对给定的某一数值与反馈数值大小进行比较、跟踪与调节，只采集直流电流传感器信号作为反馈信号，取消传统的交流反馈作为后备反馈的做法。因为交流反馈只能反应电流变化的大小趋势，交流反馈折算值和直流测量的直流电流值之间不成线性比例，不能作为PID控制的反馈信号用。
为满足电解投产初期及后期、机组全投或检修等各种情况下稳流系统跟踪、调节响应速度的需要，计算机后台对PID控制参数设定除“比例，积分”外，还应该增加对PID积分隔离区、PID控制输出幅值比例、控制回差部分的参数设定。
4运行效果
经我们将改进后的稳流控制系统投入运行5个月的情况分析，改进后的稳流控制系统技术性能基本符合大电流系统：
单机组及系列电流精度：≤0.2%
系统响应速度≤3S
同机组A、B柜电流差值≤100A
机组之间电流差值≤100A
稳流深度：能最大发挥饱和电抗器的作用。
>>开关电源模块并联供电系统设计开关电源并联均流系统一种用于单片机开关电源的节能控制系统设计基于PWM控制的开关电源系统仿真研究开关电源模块并联供电系统的设计浅谈开关电源模块并联供电系统的设计一种开关电源模块并联供电系统的设计基于并联双电源按比例对负载供电控制系统的设计开关电源设计高频开关电源双闭环反馈并联系统基于MSP430单片机的开关电源模块并联供电系统基于CANopen协议的三相逆变器并联控制系统设计基于PWM控制的开关电源技术研究基于PIExpert的反激式开关电源设计基于小型高效直流开关电源的设计基于UC3875的开关电源设计基于ARM的智能数字开关电源设计基于TOPswitch的反激式开关电源设计开关电源并联系统自动均流技术的相关分析基于集中控制的模块化开关电源系统的研究常见问题解答当前所在位置：
关键词：开关多电源；移相式变化器；逆变电路
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.007
*基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（2011K09-16）
引言
传统的线性稳压电源[1-3]具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。
方案设计
本设计基本要求：实时监控电源的输出电压和输出电流。通过RS485通信接口与上位机监控系统通信，上位机可实时监控电源的工作状态和各种参数。具有输出过压、过流以及过热等多种检测和保护电路，带有告警指示灯可以在线设置和修正电源的参数和运行状态。具有自动均流功能，可以实现系统的任意扩展，满足现场实际需要。指标要求采用大功率电源设计，输出电源0～100伏，输出电流10A采用4组并联，最大输出电流40A各组电流不平衡误差小于5%。
输入回路将交流电通过整流模块变换成含有脉动成分的直流电，然后通过电容使得脉动直流电变为较平滑的直流电。功率开关桥将滤波得到的直流电变换为高频的方波电压，通过高频变压器传送到输出侧。最后，由输出回路将高频方波电压滤波成为所需要的直流电压或电流，主回路进行正常的功率变换所需的触发脉冲由控制电路提供。
在本系统中采用四路电源并联，由于每个模块的结构相同，故在下面框图中，只画出来了一个模块。其余三个模块跟下图中的模块并联，并同时受监控电路控制。在本设计中，UC3825作为控制电路的核心，产生PWM波以控制主电路的电压输出。UC3907芯片作为均流控制系统的核心，用于保障四个模块的输出电流保持在稳定状态，使系统处于最佳的状态。我们采用STC80S52单片机作为监控电路的核心，单片机的任务是采集每一个模块的输入电压和输出电压、电流，并将其数据通过通信接口电路上传给上位机，相反，上位机同样可以通过此电路设置系统的输出参数。系统一个模块的示意图如图1所示。
均流控制系统设计
大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，并联系统中，每个变换器只处理较小的功率，降低了应力，提高了系统的可靠性。由于大功率负载需求和分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键。用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限（限流）状态。在本设计中，采用基于最大值电流自动均流法的集成芯片UC3907作为均流控制系统的核心。
电路工作过程如下：UC3907的调节放大器将模块自身的电流和均流母线的电流相比较，当模块自身的电流小于均流母线的电流，即它为从模块时，调节器使基准电压升高100mV，使输出电压增大，对应的输出电流增大。当模块自身的电流和均流母线的电流差不别不大时，该模块有可能是主模块。但是下一次，该模块又可能是从模块，如此循环往复。在本设计中输出电流最大值为10A，采用电阻来检测电流。根据芯片资料，UC3907内部电流放大器的输出最高电压可达5V。为此，我取4V。根据测算，此时需要送给UC3907检测的电压为0.2V。UC3907内部的驱动放大器将电压放大器输出电压转换成电流信号送给光耦电路。根据所选择的光耦电路参数，光耦电路原方电流应小于1mA。根据芯片资料和调试经验，可以得到相关参数。R1=330kΩ，R2=2kΩ，R3=10kΩ，R4=7kΩ，R5=10kΩ，R6=5kΩ，R7=10kΩ，C1=C2=0.22μF。
所以加在输出整流二极管上最高的反压为705.7V。输出整流二极管流出的电流即为流过输出滤波电感的电流，所以其有效值为11.51A。所以根据以上分析，同时考虑一定的裕量，选取RURU3O12O作为输出二极管。该二极管的耐压为120V，额定电流为30A。控制和保护单元电路的设计采用PWM（脉冲宽度调制）作为控制方式。在本系统中我们选用的PWM集成控制器为UC3825。UC3825适用于电压型或电流型开关电源电路，实际开关频率可达到1MHz，输出脉冲的最大传输延迟时间为50ns，具有两路大电流推拉式输出，具有软启动控制功能，并具有良好的保护功能。并采用IR2110作为驱动芯片。过流保护我们采用了三重保护：一是在系统的输入级的三相交流引入处安置熔断保险管，在系统出现短路和其它意外重大故障的时候切断外部电源的输入以保护系统免受损坏；二是在用于控制软启动的触发器后级安置熔断保险管，以防止启动浪涌电流的过大而破坏功率器件；三是系统的最主要的过流保护部分，通过对系统电流的检测来控制PWM信号脉宽从而达到过流保护的目的。在本设计中，监控单元采用STC80S52单片机作为控制核心。系统主监控模块作为一个独立的模块，可以监控整个电源系统各单元的运行状况，具有对系统的运行参数进行采集、显示及设置的功能。监控单元还能不断接受上位机的送来的命令，并根据命令对电源系统进行操作或者将电源系统的运行参数反送给上位机，完成远程控制。
系统主控制程序设计
系统主控制程序流程图如图4所示。
系统实际测试
（1）稳压测试
测试条件：Uin=15V，负载由1kΩ减少到2Ω（表1）。
（2）均流测试（表2）。
参考文献：
[1]康华光.电子技术基础数字部分[M]北京：高等教育出版社.2006.1
关键词：MC34063A；宽电压输入；降压型电路；嵌入式系统
中图分类号：TN964?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）04?0142?03
ApplicationofswitchingpowerchipMC34063Ainembeddedwidevoltageinputdevices
ZHUXiao?yu，LIJin
（CollegeofSciences，HenanInstituteofEngineering，Zhengzhou451191，China）
Abstract：Powersupplyisanimportantcomponentofelectronicsystem.Thestabilityofthepowersupplyaffectstheperformanceandservicelifeofthewholesystemdirectly.Thecorevoltageofembeddedsystemsisusually+5V.Inordertomakesurethesystemhaveawideradaptability，thestep?downwidevoltageinputcircuitdesignedaccordingtotheprincipleoftheswitchingpowerchipMC34063Aisintroduced.Thecircuitdesignwascompletedbyparametercalculationofitsperipheraldevices.Theseveralimportantperformanceindexesofthesystemweretested.Thegoodstabilityandpracticabilityofthewidevoltageinputcircuitwereverifiedbythetestedresults.Comparedwithotherwidevoltagemodes，thisdesignhasawideradaptabilityandaccuracy.
Keywords：MC34063A；widevoltageinput；step?downcircuit；embeddedsystem
0引言
嵌入式的检测设备核心电压多为+3.3V或+5V，其往往被带到各种环境下进行检测工作，而每一种环境能够提供的电压标准常常不一致。虽然每一个器件都有其工作电压上限和下限，但在非正常电压下工作，器件极易损坏，从而造成整个设备的故障。一个在各种电压标准下都能够正常工作的宽电源电路设计就显得很有必要。MC34063A能够在很宽的电压范围内正常工作，保持输出稳定可靠。
1MC34063A芯片介绍
MC34063A是一种单片双极型线性集成电路，能够实现升压和降压效果，专用于直流-直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
具有以下特点：
（1）能在3～40V的输入电压下工作；
（2）带有短路电流限制功能；
（3）低静态工作电流；
（4）输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）；
（5）输出电压可调；
（6）工作振荡频率从100Hz～100kHz；
（7）可构成升压降压或反向电源变换器。
管脚及内部结构图如图1所示。
2MC34063A的降压型宽电压输入应用电路
一个比较精确地嵌入式硬件电路应该对模块进行焊接、调试，避免遇到问题时无从下手检查。由于系统中每个电路模块都需要接入输入电源，如果电源输入不当，则会使输出结果不当甚至烧坏系统。因此电路的设计至关重要，本系统的电路设计如下文所示。
图1MC34063A管脚及内部结构图
2.1电路原路图
如图2所示，是采用MC34063A芯片构成的降压型宽电压输入电路。
图2降压型宽电压输入电路
Vin可以在7～40V的范围内变化，而Vcc保持不变。其原理是当芯片内部开关管T1导通时，电流经MC34063A的1脚、2脚给电感L4、定时电容C4以及负载供电，同时电感L4存储能量；当T1断开时，续流二极管D2导通，此时由电感L4继续给电容C4和负载供电。由于电源间歇供电，所以输出电压低于电源电压。这样只要芯片的工作频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续直流电压[1]。
2.2电阻参数计算
根据芯片手册可知：
[VCC=1.251+R1R2]
也就是输出电压与输入电压Vin没有直接关系（Vin>VCC），只需要选好R1和R2的参数即可保证在输入变化的情况下输出保持稳定不变。
通过计算和实际比较，R1选用[103]kΩ（即3个10kΩ并联），R2选用10kΩ。这样：
[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]
R10为限流电阻，当电流值超过1A时起作用，通常选取0.33Ω。
2.3电容电感的选取
电感L4是存储电能的作用，其计算公式为：
[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]
式中：Vcet=1.0V；Vmin为输入电压的最小值；Ton为导通时间；Ipk为输出电流。
电容C4=0.0004Ton，Ton为开关管的导通时间[2]。通常选取L4=220μH，C4=270pF。
3输出特性性能分析
宽电源的输出特性主要技术指标有：误差分析、稳定性分析、温度影响量分析。本小节测试所使用的测量仪器为HP34401台式数字万用表[3]。
3.1误差分析
宽电压输入设备的基本要求就是输入电压可以在一定范围内变化而输出保持基本不变，误差要达到要求。经过测量，本设计的输出电压如表1所示。
表125℃室温下输出与输入测量值V
由表1可以计算出最大相对误差：
[Δsm=ΔxA×100%]
式中：[Δx]为最大绝对误差；A为理论输出值5V。
所以：
[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]
综合，最大相对误差为0.4%，达到嵌入式系统对输入电压的要求范围。
3.2稳定性分析
稳定性主要是指给定一个稳定的输入量，在任何时间下输出都保持稳定的状态。本部分测试所给定的输入电压为9V，每间隔15min对输出进行一次测量[4]。测得的数据如表2所示（室温25℃）。
表2稳定性测量
稳定性的计算公式为：
[δ=1NN=0～NX-X′2]
式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；
根据上式代入数值得：
[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]
稳定度较好，达到嵌入式系统的电源要求。
3.3温度影响量分析
温度影响量主要是指在稳定的输入条件下，调节环境温度，测试输出量。输出量变化越小，则系统的温度稳定性越高。本测试在保持输入为+12V的条件下，逐步改变环境温度对输出电压进行测量[5]。
测试的结果如表3所示。
表3温度影响量测量
根据表3可知，在不同的环境温度下系统的输出值会产生一定的波动，但总体保持稳定。根据稳定度的计算公式：
[δ=1NN=0～NX-X′2]
式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；
可以计算出温度稳定度为0.03。达到嵌入式系统所要求的范围[6]。
4结论
本设计电路使用了很少的元器件达到了很宽的输入电压目的，并且通过测试，在不同的输入电压下，电源输出稳定可靠，误差在许可范围内。可以在嵌入式系统中可靠应用。相对于其他的宽电压，本设计的精度更高，稳定性更可靠。
参考文献
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提出了一种直流稳压电源及其输出功率测量系统，系统以单片机为核心，采用DC-DC直流变压电路进行电压转换，使用单片机及其集成的A/D转换器完成功率测量及显示功能，同时在功率测量中使用了专用的集成检流放大器。通过对试验板进行测试与分析，证明系统主要技术指标符合设计要求，具有一定的实用价值。
【关键词】直流稳压电源功率检流放大器单片机
直流稳压电源及其输出功率测量系统在生产、生活中被广泛使用，其中5V直流稳压电源普遍应用于各类数码设备充电、小型仪器仪表供电等，因此一种性能优良，运行稳定的5V直流电源具有很高的实用价值。这里以2013年全国大学生电子设计竞赛L题“直流稳压电源”所列基本要求为基础，设计了一种5V直流稳压电源及其输出功率测量系统，系统能够提供最大1A的电流，适用于各种不同的应用场合。
1总体设计
系统以单片机为核心，采用DC-DC直流变压芯片进行电压转换，将输入的直流电压转换成5V，并使用采样电阻与AD转换器完成功率测量，采用液晶屏显示系统相关信息。系统结构框图如图1所示。这里单片机采用的是宏晶科技生产的STC15F2K60S2，该单片机是一款高速、低功耗的8051改进型单片机，内部集成高精度时钟及复位电路，可以省去外部时钟与复位电路，更重要的是该单片机内部集成了一个8路高速10位A/D转换器，在本系统中用于功率测量。
系统设计主要技术指标如下：
负载电阻为5Ω时，当直流输入电压在7～25V变化时，要求输出电压为5±0.05V，电压调整率≤1%；
直流输入电压固定在7V，当直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时，要求负载调整率≤1%；
功率测量与显示电路能实时显示稳压电源的输出功率。
2直流变压部分设计
这里直流变压芯片采用的是LM2596。LM2596系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。该芯片电路简单，只需要4个元器件就可以完成基本电路的搭建，直流变压部分原理图如图2所示。
根据芯片手册与系统所要求的技术指标，硬件各部分元器件参数取值如下：C1为680?F电解电容，C2为470?F电解电容，D1为肖特基二极管SK54，L1为33mH电感。
该部分电路结构虽然简单，但由于模拟电路受电路板步线及元器件特性影响较大，故在设计时应注意以下一些问题：由于开关电流与环线电感密切相关，这种环线电感所产生的暂态电压往往会引起许多问题，要使这种感应最小、地线形成回路，这里D1与LM2596引脚2，C2与L1，C1与LM2596之间的连线在PCB板上要印制得宽一点，且要尽可能地短，并且C1、C2、D1、L1这4个元器件要尽可能地靠近LM2596。
3功率测量电路设计
这里采用MAX4070完成系统对输出功率的测试，MAX4070是MAXIM公司出品的一款低价的双向、高侧、电流检测放大器，性能优良，适用范围广，该芯片共模输入电压可高达24V，且与电源电压无关，供电电流低于100?A（关断状态电流降至10?A），总的输出误差小于1.5%。为了增加设计的灵活性，芯片需要外接一个确定阻值的检流电阻，并且还可通过一个引脚选择芯片的增益为50V/V或100V/V。芯片通过单一输出引脚输出与电流成正比关系的电压信号，便可连续监视电流变化。这里由于输出电压是确定的，只要对输出电流进行测量便能实现功率测量。功率测量部分的原理图如图3所示。
4性能测试与分析
5结论
这里提出了一种直流稳压电源及其输出功率测量系统，并给出了具体的设计，按照设计制作了实物并进行了性能测试，通过测试与分析，证明系统主要技术指标符合设计要求，具有一定的实用价值。
参考文献
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【关键词】电流型;PWM;控制器;UC3842;电磁兼容性;传导干扰
引言
在设计开关电源时通常以PWM集成电路为核心。近年来，开关电源集成控制器将PWM控制电路、保护电路集成到一块芯片上，电路设计简单方便，可靠性高。常见的PWM控制器从控制类型划分共有两种：分别是电压控制型和电流控制型。电压型PWM控制器调节脉宽是通过反馈电压进行的，电流型PWM控制器是通过调节占空比，使电感峰值电流随误差变化而变化。电流型PWM控制器的电压调整率和负载调整率效果比电压型PWM控制器更为显著。采用电流型PWM控制器后系统的动态特性和稳定性明显改善。电流型PWM控制器内置的限流和并联均流能力使控制电路更加简单且可靠性高。目前，电流型PWM集成控制器已经产品化，在小功率电源方面取代了电压型PWM控制器。
1.UC3842PWM芯片简介
UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：
①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;
②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度;
③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态;
④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72/（RT×CT）;
⑤脚为公共地端;
⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A;
⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW;
⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。
2.开关稳压电源的设计与工作原理
2.1开关稳压电源组成框图
开关稳压电源基本组成原理框图如图1所示。
图1开关稳压电源基本组成原理框图
2.2开关稳压电路设计
电源电路主要由整流滤波电路、低通滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路、保护电路等几部分组成。图2所示为以UC3842为核心的开关电源电路的原理图。输入为220V交流电，经整流滤波电路后，给变压器输入端一个约300V的直流电压，经UC3842芯片后得到稳定的输出。
2.3开关稳压电源工作原理
2.3.1UC3842芯片的启动过程
首先，由电源通过启动电阻R2给电容C1充电，当C1两端电压达16V时，达到了脉宽调制芯片UC3842的启动电压门槛值，此时芯片UC3842开始工作并提供驱动脉冲，芯片6脚输出信号为高低电压脉冲，高电压脉冲时场效应管VT1导通，电流流经变压器原边，把能量储存在变压器中。此时变压器各路副边没有能量输出。当6脚的高电压脉冲结束时，VT1截止。由楞次定律可知，变压器为了使电流不发生变化，产生与原电压相反的感应电势，此时变压器副边各路二极管导通，向外提供能量，同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路，其工作的电压范围在10V到16V。UC3842在开启之前消耗的电流在1mA以内。电源电压接通以后，当7脚电压上升到16V时UC3842开始工作，正常工作时消耗电流为15mA。设计时参照UC3842的启动电流这些参数选取R2。一般情况下，随着UC3842的启动结束，R2的作用也基本完成，余下的工作由反馈绕组完成，UC3842的供电来自反馈绕组产生的电压。
图2新型开关稳压电源设计原理图
2.3.2开关脉冲生成C5和R8的大小决定振荡频率
R5为电流采样电阻，反映输入电压的变化。由恒频时钟脉冲置位UC3842的锁存器，以驱动VT1导通。当VT1导通时，R5上的电流逐渐增大压降随之增加，通过R9将电压反馈到芯片UC3842的3脚，将该电压与电流比较器的另一端进行比较，当压降值达到一定时，电流取样比较器翻转，锁存器复位，VT1截止。VT1导通时，电流流过变压器原边，把能量存在变压器中。此时，变压器副边没有能量输出;当VT1截止时，副边各级二极管导通，向外提供能量。因此VT1的导通和截止使得变压器副边耦合输出为开/关电压。
2.3.3占空比调节
变压器输出通过可控精密稳压源TL431和光耦PC817以电压反馈的形式反馈到UC3842的2脚，当变压器副绕组电压增大时，加在可控精密稳压源TL431上的参考电压升高，通过光耦PC817中发光二极管的电流增大，光电三极管上的电流也相应增大，UC3842的反馈端电压随之增大，输出端的脉冲信号占空比降低，VT1通时间变短，输出电压降低。输出绕组电压降低时的情况与上述过程相反。可见，通过输出端的电压反馈和输入端的电流反馈，使输出绕组的电压输出稳定在要求值。
3.结论
在设计中将电流控制型脉宽调制芯片UC3842的控制功能充分的利用到高频单端反激式开关稳压电源中，实现了对输出电压的负反馈调节及各种保护机制。实验结果表明，所设计的电源结构简单、稳压性高、纹波小、电压调整率和负载调整率高。另外，在大功率输出时，需要增加功率因数校正PFC模块。该电源可应用于电动车、视听、应急照明等设备中。
参考文献
[1]刘顺利.现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.
关键词：单片机80c31数模转换器dac0832三端集成稳压器
1数控直流电源的应用及特点
本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易数控直流电源的设计。数控直流电源是一种常见的电子仪器也是电子技术常用的设备之一，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。以单片机系统为核心设计的新一代数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用输入键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值，且兼备双重过载保护及报警功能，特别适用于各种有较高精度要求的场合。
2硬件电路的设计
2.1数控直流电源的组成简易数控直流电源由稳压电源部分、数字显示部分、输出部分、数控部分、“+”“-”按键五部分组成。
2.2单元电路的设计
2.2.1输出电路输出电路是由三端固定输出稳压器件7805、运算放大器a和dac电路所组成的输出电路。在该电路中u23=5v，uo=u23+u3，若dac的输出为－5v～＋4.9v，则uo=0～9.9v。该电路的稳压性能7805保证，步进电压由dac输入的数字量控制。这种电路输出电压的精度取决于7805输出电压的误差；运放的跟随误差以及dac的积分非线性。步进值的误差直接与dac的位数有关。
2.2.2数控部分数控部分应具备的功能有：输出电压可预置，且能以“步进”或“扫描”的工作方式加（“+”）或减（“－”）。数控部分的输出应直接控制数码电阻网络各个开关。
微控制器（mcu）又称单片机，数控部分为mcu电路。mcu的芯片品种繁多，芯片的选择应考虑价格，软件成熟，满足功能要求等因素，因此本设计选用80c31单片机。
两位bcd码拨盘开关将预置量输入到mcu并口，两位led显示电路由mcu串口送入数值（输出电压）。单独设置的“+”“-”二个按键由并行口进行检测。dac接收mcu数据总线传送的数据，并据以确定输出电压。在软件的控制下，mcu开机后先将预置值读入，在送去显示的同时，送入dac，并产生相同的输出电压。然后不断循环检测“+”“-”两键是否按下。若检测到有键按下，将使显示值和输出电压相应增减0.1v。若检测到按键时间超过0.5s，则认为需连续增减，即处于“扫描”方式。
由于80c31片内ram仅有128b容量不够所以要扩展片外ram，因此由80c31、74ls373和8kb容量的2764组成mcu最小系统。
2.2.3稳压电源从电路简单、经济考虑，本设计采用三端固定输出集成稳压器。采用7805、7815、7915作为它们的输出电压分别为＋5v、＋15v、－15v，输出电流为1.5a。
直流稳压电源采用桥式全波整流，单电容滤波，三端固定输出集成稳压器件。输出电路由7815提供+15v电压，从而大大提高了电压调整率和负载调整率等指标。
2.2.4显示电路显示电路由两个数码管和两个74ls164组成。两个数码管分别组成显示电路的十位、个位，由于两个数码管至少需要14根i/o线，为节约资源，采用串行输入并行输出的74ls164进行驱动输出。单片机的两个并行分别作为信号输出口和时钟控制信号。采用单片机的p3.2、p3.3作为控制加减的控制。该实现方式是通过80c31串行输入，再并行输出到74ls164，再经过74ls164并行输出到数码显示管。
显示方式采用静态显示方式，80c31串以移位寄存器来驱动两位led共阴极数码显示器，占用资源少，仅二根线。
3软件设计
两位bcd码拨盘开关k3、k4，用以设置输出电压。k3、k4输入的p1口由电阻网络rn上拉。设置为低电平有效。“+”“－”键由10k电阻上拉，低电平有效输入至p3.2和p3.3口线。软件采用查询方式访问这两个键。
3.180c31资源分配
txd、rxd以串口方式0输出接移位寄存器/显示器。
p3.2“+”键
p3.3“－”键
p0.0～p0.3预置数bcd码输入（低位—十分位）
p0.4～p0.7预置数bcd码输入（高位—个位）
fffehdac地址
42hd输出电压数值寄存
41h40h显示缓冲寄存，bcd码。
3.2程序流程设计复位后首先进行初始化工作，然后从bcd拨盘开关取输出电压预置值，经取反和十—二进制数转换后存入寄存器42h。预置值经串口输出送往显示器。由于输出电压数值是以0.1v做为基本单位的（即5v为50），所以送往显示的数值自动在高位加入小数点。以后输出电压值经标度变换后送dac，由输出电压形成对应的输出电压。
程序将检测有无键按下，若无键按下，则不断地继续检测，直到有键按下。检测到有键按下后，首先延时20ms进行去抖处理，再判别是“+”还是“－”键若为“+”键，则42h中的数据加1，再判断是否已加至100，若是则42h复0，否则将数据送去显示和输出。若判别为“－”键，则数据减1，再判断是否已减至ffh，若是则42h赋值为99；否则将数据送去显示和输出。
只要点动“+”“－”键的时间小于0.5s，则每次步进增减0.1v。若一直按键，只要时间超过0.5s，则不停的步进，直到松开按键为止。
4结论
本设计主要对简易数控直流电源电路进行了简单的设计与阐述。本设计系统主要由硬件部分和软件两部分组成，以单片机为核心，控制整个电路工作。数模转换器和集成运算放大器构成的具有深度负反馈的数字式可控直流电源。
本设计还存在许多不足，不当之处在所难免，望广大读者提出意见。
参考文献：
1、设计计算机通信与控制系统时应注意事项分析1.1在对计算机通信与控制系统设计和配置时，要注意到系统的结构要紧凑，布局要合理，信号传输要简单直接。在计算机通讯与控制系统的器件安装布局上，要充分注意到分散参数的影响和采用必要的屏蔽措施：对大功率器件散热的处理方法；消除由跳线、跨接线、独立器件平行安装产生的离散电容、离散电感的影响，合理利用辅助电源和去耦电路。1.2计算机通信与控制系统本身要有很高的稳定性。计算机通信与控制系统的稳定性，一方面取决于系统本身各级电路工作点的选择和各级间的耦合效果。特别是在小信号电路和功率推动级电路的级间耦合方面，更要重视匹配关系。另一方面取决于系统防止外界影响的能力，除系统本身要具有一定的防止外界电磁影响的能力外，还应采取防止外界电磁影响的措施。1.3算机通信与控制系统防止外界电磁影响的措施，应在方案论证与设计时就给予充分考虑。例如数字信号的采集传输，是采用脉冲调制器还是采用交流调制器，信号在放大时采用几级放大器，推动司服系统工作时采取何种功放，反馈信号的技术处理及接入环节，电路级间隔离的方法，器件安装时连接和接地要牢固可靠，避免接触不良造成影响，机房环境选择和布局避免强电磁场的影响等。2、电源电压波动给计算机通信与控制系统带来的影响分析计算机通信与控制系统的核心就是计算机，计算机往往与强电系统共用一个电源。在强电系统中，大型设备的起、停等都将引起电源负载的急剧变化，也都将会对计算机通信与控制系统产生很大的影响；电源线或其它电子器件引线过长，在输变电过程中将会产生感应电动势。wwW.133229.coM防止电源对计算机通信与控制系统的影响应采取如下措施：2.1提高对计算机通信与控制系统供电电源的质量。供电电源的功率因数低，对计算机通信与控制系统将产生很大的影响，为保证计算机通信与控制系统稳定可靠的工作，供电系统的功率因数不能低于0.9。2.2采用独立的电源给计算机通信与控制系统供电。应对计算机通信与控制系统的主要设备配备独立的供电电源。要求独立供电电源电压要稳定，无大的波动；系统负载不能过大，感性负载和容性负载要尽可能的少。2.3对用电环境恶劣场所采取稳压方法。对计算机等重要设备采用ups电源。在稳压过程中要采用在线式调压器，不要使用变压器方式用继电器接头来控制的稳压器。3、外界因素对供电电源产生的传导影响分析由于外界因素对电源产生的传导影响要采取以下措施。3.1采用磁环方法①用磁环防止传导电流的原理。磁环是抑制电磁感应电流的元件，其抑制电磁感应电流的原理是：当电源线穿过磁环时，磁环可等效为一个串接在电回路中的可变电阻，其阻抗是角频率的函数。即：z二f／(ω)从上式可以看出：随着角频率的增加其阻抗值再增大。假设zs是电源阻抗，zl是负载阻抗，zc是磁环的阻抗，其抑制效果为：db=20lg[(zs+zl+zc／(zs+zl)]从上述公式中可以看出，磁环抑制高频感生电流作用取决于两个因素：一是磁环的阻抗；另一个是电源阻抗和负载的大小。
②用磁环抑制传导电流的原则。磁环的选用必须遵循两个原则：一是选用阻抗值较大的磁环：另一个是设法降低电源阻抗和负载阻抗的阻值。3.2采用金属外壳电源滤波器消除高频感生电流，特别是在高频段具有良好的滤波作用。
电源滤波器的选取原则：对于民用产品，应在100khz一30mhz这一频率范围内考虑滤波器的滤波性能。军用电源滤波器的选取依据gjbl51／152ce03，在gjbl51／152ce03中规定了传导高频电流的频率范围为15khz-50mhz。4、抑制直流电源电磁辐射的对策研究4.1利用跟随电压抑制器件抑制脉冲电压。跟随电压抑制器中的介质能够吸收高达数千伏安的脉冲功率，它的主要作用是，在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其阻抗立即降至很低，允许大电流通过，同时把电压箝位在预定的电压值上。利用跟随电压抑制器的这一特性，脉冲电压被吸收，使计算机通信与控制系统也减少了脉冲电压带来的负面影响。4.2使用无感电容器抑制高频感生电流。俗称隔直通交”是电容器的基本特性，通常在每一个集成电路芯片的电源和地之间连接一个无感电容，将感生电流短路到地，用来消除感生电流带来的影响，使各集成电路芯片之间互不影响。4.3利用陶瓷滤波器抑制由电磁辐射带来的影响。陶瓷滤波器是由陶瓷电容器和磁珠组成的t型滤波器，在一些比较重要集成电路的电源和地之间连接一个陶瓷滤波器，会很好起到抑制电磁辐射的作用。5、防止信号在传输线上受到电磁辐射的方法措施5.1在计算机通信与控制系统中使用磁珠抑制电磁射。磁珠主要适用于电源阻抗和负载阻抗都比较小的系统，主要用于抑制1mhz以上的感生电流所产生的电磁辐射。选择磁珠也应注意信号的频率，也就是所选的磁珠不能影响信号的传输，磁珠的大小http://应与电流相适宜，以避免磁珠饱和。5.2在计算机通信与控制系统中使用双芯互绞屏蔽电缆作为信号传输线，屏蔽外界的电磁辐射。5.3在计算机通信与控制系统中采用光电隔离技术，减少前后级之间的互相影响。5.4在计算机通信与控制系统中要使信号线远离动力线；电源线与信号线分开走线。输入信号与输出信号线分开走线；模拟信号线与数字信号线分开走线。6、防止司服系统中执行机构动作回馈的方法分析6.1rc组成熄烬电路的方法：用电容器和电阻器串联起来接入继电器的接点上，电容器c把触点断开的电弧电压到达最大值的时间推迟到触点完全断开，用来抑制触点间放电。电阻r用来抑制触点闭合时的短路电流。①对于直流继电器，可选取：r=vdc／il；c=il*k式中，vdc：直流继电器工作电压。i：感性负载工作电流。k二0.5-lчf／a②对于交流继电器，可选取：r>0．5*urms；c二0.002-0.005(pc／10)чf式中，urms：为交流继电器额定电压有效值。pc：为交流继电器线圈负载功率。6.2利用二极管的单向导电特性：二极管加电阻与负载并接起来，当切断电源的瞬间，由于反电动势产生的电流，流过与负载并联的二极管，并在负载电阻上消耗掉感应负载所产生的能量，这种结构的电路一般要求二极管的反向电压为电源电压的10倍以上。
7、结束语
【关键词】变频器；AN8026
1.前言
变频器在能源节约、电力环保方面意义重大，电动机驱动是电能消耗大户，约消耗全国65%发电量，近三十多年来变频调速已在钢铁、冶金、石油、化工、电力等工作中得到广泛运用，其他家用电器例如变频冰箱，变频洗衣机、变频微波炉等也已相继出现[1]，因此设计可靠高性能的变频器电源尤为重要。本文设计的电源采用开关电源控制集成电路AN8026，AN8026为松下公司开发的反激式单端输出开关驱动控制器，其内部采用RC充放电控制的RS触发器作为驱动信号源，其输出脉冲可直接驱动MOSFET开关管，而不必外设灌流电路[2]。
变频技术目前得到了广泛的应用，而变频器的可靠稳定运行决定了变频器性能指标，作为基础硬件，变频器电源的高效可靠运行至关重要[3]。如图1所示为变频器的拓扑结构，主要由整流单元、预充电电路、制动单元和逆变单元组成，从图中可知，变频器电源为驱动电路和控制电路提供直流电源，驱动电路则为逆变单元提供驱动能力强响应速度快的驱动脉冲，因而设计高效可靠变频器电源硬件显得尤为重要。
2.电源软开关技术及电路原理
AN8026为松下公司开发的反激式单端输出RCC型准谐振软开关驱动控制器，封装为SIP9脚封装，各个脚号的定义如表1所示，内部框图如图2所示，其特点如下[4]：
·供电电压为下限8.6V到上限34V；
·输出脉冲为单端图腾柱式驱动脉冲；
·输出驱动电流为+1A，直接驱动M0SFET管；
·启动电流为8uA，减小启动电阻功耗；
·内置逐周控制过流保护电路；
·内置滞回特性的输入欠压8.6V保护电路；
·外置稳压管的过压保护电路。
AN8026的极限参数如表2所示，图3为AN8026的电路原理图。软开关电源主要由控制芯片AN8026、MOSFETK2225、TL431、脉冲变压器TR1等组成。VCC通过启动电阻R1、R3、R5、R6限流分压由直流母线供电，输入直流母线电压等级不同可以调节启动电阻的阻值，当达到启动电压时，变换器开始工作，此后控制芯片由副边+18V辅助绕组供电。
R8将TR1辅助绕组的感应脉冲限流，二极管D6负向箝位，将2.8V的正脉冲送入第①脚用作TR1的磁通复位检测，可以避免TR1磁能未释放完毕时开关管导通产生的冲击电流，同时保证输出电压的稳定；第②脚外接C10、R14设定最小关断时间，C10设定最小导通时间；第④脚以R15作为开关管源极电流传感器，正比于开关电流峰值电压；第⑧脚的过压保护由稳压管ZD4从Vcc端取样，使启动工作电压不超出上限值34V，DZ选用22V稳压管，同时可以实现驱动脉冲失控时输出过压保护；为了防止AN8026启动前启动电压瞬间超过28V产生误动作使电路不能启动，电路中由C13对瞬间超压尖蜂进行吸收。
开关电源的软开关主要是通过C5、C6、C7和初级绕组电感Lp组成的准谐振电路来实现，具体的器件参数需根据开关电源的开关频率来计算；同时第④脚电流检测实现过流保护；第⑧脚通过R16和C18进行启动时的过压锁定，实现开关电源软启动；通过TL431组成的反馈回路实现输出电压的稳定。
3.实验验证
根据电路原理图设计，利用软件AltiumDesignerSummer09绘制PCB，并调试样机，图4所示为软开关电源实验波形。
从开关电源实验波形可知开关电源的MOSFET开关管开通和关断时电压应力几乎为零，开关管损耗近似为零，这样大大提高了开关电源效率，同时增加了开关管的寿命，提高了电源的可靠性，进而提高了变频器的可靠稳定性。
4.结论
本文设计的变频器电源板具有高效稳定的工作性能，基于AN8026控制芯片设计的软开关电源效率高、稳定可靠，能够驱动板和控制板的供电需求，从实验结果可知，MOSFET开关管开通和关断时电压应力几乎为零，开关管损耗近似为零，这样大大提高了开关电源效率，同时增加了开关管的寿命，进而提高了变频器的可靠稳定性。
参考文献
[1]张树国，李栋，胡竞.变频调速技术的原理及应用[J].节能技术，2009（1）：83-86.
[2]郑国川.RCC型准谐振式AC/DC开关电源控制集成电路AN8026[J].家庭电子（爱好者），2005（22）：12-14.
关键词：稳压器；嵌入式系统；解决方案；ADI
DOI:10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.002
电源管理在台式计算机和电池供电嵌入式系统中极为常见，但在采用可靠主电源的嵌入式系统中，它通常又被忽略。然而，最终用户和系统设计人员已逐步意识到不受控制电源带来的成本和其它方面的弊端。
幸运的是，电源管理可以相对简单地集成到主电源供电的嵌入式系统中，而且从系统开发的角度而言，高效设计还可以减少散热问题，从而带来其他方面的益处。
首先，我们要了解处理器和电路板架构的要求。基于微处理器和FPGA的现代系统需要越来越多的电压轨，为系统中使用的内核、接口、存储器和精密模拟器件供电。
通常，当前基于微处理器的系统使用分立开关稳压器和低压差稳压器(LDO)来提供电源；但是，随着电路板面积缩小，这也使得设计任务变得复杂。将多个开关稳压器和LDO集成于单个封装中，可以实现小巧、灵活、高效的电源管理解决方案。
将多个器件集成到一个封装中可以带来四大关键优势：尺寸减小、更出色的易用性、更高的可靠性、更低的噪声。
物理尺寸至关重要
解决方案的尺寸对于空间非常宝贵的便携式设计和嵌入式应用至关重要，另外它对主电源供电的解决方案也同等重要。精简电源可以减少所需元件的尺寸和数量，从而降低制造成本。此外还可以减少对环境的影响，并降低运输成本。
借助将多个开关降压稳压器、LDO、电源监控器和看门狗功能集成到单芯片解决方案的最新创新技术，设计人员可以大幅缩小多轨电源解决方案的PCB面积。ADI公司的ADP5034就是一个很好的例子：它是一款集成两个300mALDO的双通道1.2A降压稳压器，采用24引脚LFCSP封装（见图1）。
集成度越高，就允许使用数量更少、体积更小的外部元件。集成开关稳压器在3MHz频率下工作，允许使用非常小的片式电感，当两个开关稳压器均使能并运行在PWM模式下时，它们配置为反相运行方式。这样可以减小所需输入电容的尺寸和成本。
将基于单芯片多路输出稳压器的电源解决方案布局与图2中的分立方法比较，结果表明，分立解决方案需要在97mm2的电路板空间上放置22个元件，而集成解决方案只需在72mm2面积内放置19个元件。
集成解决方案
随着设计周期的不断压缩，器件制造商要求电源解决方案不仅易于设计，而且还能在今后使用中可以易于修改。这使设计团队无需具备相关复杂深奥的电源知识和丰富经验，即可完成设计。设计团队能够加快开发过程，满足更加紧凑的产品日程。
具有专用使能引脚的集成稳压器让电源设计人员能够使能或禁用硬件中的每个稳压器，而不需要软件参与，同时能够轻松控制供电轨的时序。能够使用外部电阻分压器来设置各个稳压器输出是另一项创新，让设计人员能够在原型开发期间更改输出电压。因此，可以更加轻松地实施需要不同输出电压组合的新设计。
多通道稳压器（如图2所示的微型PMU）内置针对各种I/O电压和输出电容的补偿功能，此外还集成软启动和保护电路。所有这些特性都可以缩短设计和故障排除时间。
器件制造商正着手简化电路板布局和器件贴放，引脚排列都考虑到让无源组件尽可能靠近各稳压器放置。即便工程师对电源电路设计不甚熟悉或完全不了解，也不必再害怕使用复
图2多通道稳压器体积更小，而且更加易于使用
杂的多路输出稳压器，届时只需遵循制造商的电路板布局和元件选型指南即可。
系统可靠性更高
与分立解决方案相比，使用多通道稳压器设计改进了出现早期故障时的可靠性，因为在PCB上需要放置和检查的元件较少。产品生命周期后期可能出现故障的器件和电路连接也比较少。此外，通过将电源监控器、看门狗定时器和多个稳压器集成到单芯片解决方案中，还改进了系统级可靠性和寿命。
有些多路输出稳压器通过集成用于监控I/O电压轨的高精度上电复位电路，进一步增强了可靠性。在基于微处理器的典型系统中，上电复位电路用来确保内核电压轨处于正确的电平，然后才会让处理器离开复位状态。监控这些供电轨有助于确保最终产品更加可靠。
随着新型微处理器和FPGA的内核电压轨越来越低，高精度上电复位电路变得更加重要。例如，ADP5041提供外部电阻可编程的上电复位，整个温度范围内的精度为±1.5%，从而能够精准地监控最新一代微处理器、ASIC和FPGA的低压内核供电轨。这款器件还集成看门狗定时器，可以监控微处理器代码执行活动，保证处理器安全可靠地工作。
为提高电表等远程系统的可靠性和正常工作时间，该稳压器集成了另一个看门狗电路。如果系统不能正常工作或正确响应，这样可以让远程系统能够自动“周期供电”。
低噪声解决方案
电磁噪声仍然在困扰着基于微处理器的嵌入式系统的设计人员，并且随着设计变得日益复杂，这一问题还在恶化。电源通常是这类不良噪声的来源。
通过小心地排列器件引脚，可以减小电磁噪声的影响。让外部无源元件尽可能靠近各稳压器，可以最大程度地减小电路板寄生效应和噪声。
另一个电源噪声源是在突发模式下的稳压器。强制PWM开关稳压器工作在恒定PWM模式下可以消除这一问题。多通道稳压器上提供专用MODE引脚，因此允许通过微处理器I/O端口进行控制，当受电电路对宽带噪声敏感时，这一特性非常有用。
为了进一步减少噪声，新的集成功率器件通过在集成LDO上提供低输入电压范围进行了优化。这使它们能够将其中一个降压稳压器与LDO相结合，从而提供高效率的低噪声输出。例如，集成到ADI公司μPMU中的LDO采用1.7V至5.5V的输入范围。降压稳压器可以用作前置稳压器，实现5V输入到1.8V输出的高效率压降，然后将此1.8V电压施加于LDO的输入端，以提供低噪声的1.2V输出，从而为敏感的模拟电路供电。
一、汽车电源系统原理
汽车电源系统由两部分组成，即铅蓄电池和交流发电机，铅蓄电池和交流发电机并联在一起工作。在发动机没有启动或已经启动没有达到稳定带速之前，主要由蓄电池提供能量。当发动机达到稳定带速以后，主要由汽车发电机提供能量，同时交流发电机为铅蓄电池充电。正常工作中铅蓄电池与发电机并联，由于铅蓄电池的电压钳位作用，电源输出电压基本保持在额定电压基础上。如果汽车处在长时间低耗能的状态下运行，铅蓄电池可能出现满电情况，如果发电机继续为铅蓄电池充电，铅蓄电池的端电压会随充电电压升高，产生交流发电机撇载现象。在撇载状态下，铅蓄电池失去电压钳位作用，输出电压等于交流发电机整流输出电压，大约15伏左右。
二、汽车电源保护电路作用
铅蓄电池额定电压大约为12伏（柴油车为24伏），交流发电机输出额定电压大约为14.5伏。汽车电器设备额定电压是12伏，如果出现撇载现象，交流发电机电压接在电器设备上，此时电压已经超出额定电压的20%，可能烧毁用电设备。为了防止汽车电气设备在发电机撇载后出现烧毁现象，需要对汽车用电设备进行保护，这个保护用电设备的电路，我们称之为汽车电源保护器。本项目主要就是研究保护汽车用电设备的保护电路，以便使汽车能安全、可靠地运行。
三、汽车电源保护电路结构
汽车电源保护电路主要是把用电设备电压控制在额定电压的10%以内。而对于汽车而言，出现撇载现象之前，用电设备不会出现过压现象而烧毁；出现撇载现象后，电压升高可能烧毁用电设备。电路设计上采用两部分组成，一部分采用开关控制哪一路电路接通；另一部分采用直流串联稳压电路使撇在后输出电压稳定。该电路主要由稳压电路和开关控制电路两部分组成，撇载之前电源电压经过常闭触点加在负载上，此时保护电路几乎对原电路没有影响；撇载之后，电压经过常开触点送到稳压电路，经过稳压后加到负载上。这样就可以保证用电设备在额定电压下工作，从而使用电设备更加可靠地运行。
四、汽车电源保护电路工作原理
电源保护电路与普通串联型稳压电源略有不同，在稳压电源的前边增加了多触点继电器，当电源电压在12伏（汽车发电机撇载之前）时，继电器不动作，电源经继电器常闭触点，加到用电设备上。当电源电压增加到12.5伏以上时，继电器动作，常闭触点打开，常开触点闭合，电源电压经继电器常开触点，经串联稳压电路稳压后加到用电设备上。
串联稳压电路使用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，所以使电路简化，成本降低，而稳压性能却很高。稳压管TL431的稳压值连续可调，这个稳压值决定了稳压电源的最大输出电压。调整管用的是大电流NPN型金属壳硅管，由于它的发热量很大，如果条件允许，尽量购买大的散热片，扩大散热面积，如果不需要大电流，也可以换用功率小一点的硅管，这样可以做的体积小一些。滤波用两只50V、4700uF电解电容并联，使大电流输出更稳定，如果考虑高频波影响，可以增加一个低容量滤波电容。
五、汽车电源保护电路设计技术关键点
应用汽车电源保护电路可以有效保护汽车用电设备，防止用电设备因为电源电压升高而损坏。虽然电路在设计上采用稳压电路，但又与传统串联型稳压电路不完全相同，具体体现在以下几方面：
1.电源调整管采用双管串联形式，可以提供更大的电流。汽车电路具有低电压、大电流的特点，因此采用双管串联，可以增加输出电流。电流的增加会使调整管管耗增加，调整管可能会产生大量的热量，三极管的选择很重要，同时散热问题也是项目研究的重点，除了考虑增大散热片外，必要时还可以考虑增加风扇散热，以保证三极管工作稳定。
2.为了降低电源保护设备插入损耗，采用继电器对电路中电压分段控制。利用继电器控制串联稳压电路的工作状态，只有在电源电压升高时，稳压电路工作，其他情况下稳压电路不工作，这样就可以降低设备损耗。
3.继电器在断开、吸合瞬间，可能产生脉冲电压，影响输出电压稳定。为了防止输出电压受到影响，电路中采用双电容并联形式，提高电路的充放电时间，降低由于继电器动作产生的影响。
汽车电源保护器主要是针对目前汽车市场上出现用电设备偶尔烧毁而设计的，电路结构简单，稳压效果好，安装维护比较方便，插入损耗小。该电路主要为5A以上用电设备设计的，如果为收音机、电视机等供电，电源调整管还可以选择小功率管。电路的缺点是输出电压在继电器动作前后可能不一致，设备体积可能略大，如果采用风扇散热，可能增加设备能耗等。但不管怎么说，这都是目前市场上绝无仅有的一款为汽车电器设备设计的保护电路，随着汽车电子技术的飞速发展，在不久的将来它将发挥巨大的作用。
参考文献：
[1]张华.汽车电工电子技术.北京理工大学出版社，2011.8