开关电源原理与设计范文1
关键词：混合动力；开关电源；单端反激
中图分类号：TP211+.4 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）03-0030-04
Design of Power Supply for an Automotive IGBT Drive
YANG Xian-guo， ZHANG Hong-xia， PENG Jin-cheng， ZHAO Wei
（ Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan430058， China ）
Abstract： This paper introduce a single-end flyback converter with multiplexed output for IGBT drive. The design process and the specific of the circuit are introduce. The test indicates that this power has outstanding reliability， stability and lower ripple. This power fully comply with the requirements of the automotive IGBT driver.
Key Words： hybrid power； switching power supply； single-end flyback converter
引言
IGBT是目前混合恿ζ车高压混合动力系统中必须采用功率开关器件。IGBT栅极驱动对电压要求极为苛引 言刻，而汽车电气环境较为复杂。所以电源需要在宽电压环境中工作，且输入与输出必须隔离开来，必须具有高可靠性和高稳定性。单端反激式开关电源具有体积小、重量轻、效率高、结构简单等优点，非常适合用于设计功率器件的驱动电电源。
开关电源控制电路分为电流控制型和电压控制型。电压控制型控制电路是一个单闭环控制系统，控制过程中电源的电感电流未参与控制，是一个独立变量，开关变换器为有条件稳定二阶系统。电流控制型控制电路是一个电流、电压双闭环控制系统，电感电流不是一个独立的变量，开关变换器为一阶无条件的稳定系统，从而可以得到更大的开环增益和完善的小信号、大信号特征。为此本文选择流控型芯片LM3478设计了一款车载IGBT驱动电源。主要技术参数：输入8-16V直流，输出：4路输出（每路28V/0.16A），工作频率100KHz，输出纹波小于1%。
1 主电设计
1.1 主电路拓扑
主电路拓扑如图1所示。主电路采用单端反激式变换电路，+12V为电池直流经电源预处理后的输出电压，作为开关电源输入电压。开关电源分四路输出提供给IGBT驱动电路。
1.2 电源预处理电路设计
电源预处理电路如图2，是外部电源与内部电路的链接部分，它承担着减轻外部电源干扰和降低内部电源对外的传导干扰。在这一部分电路设计要针对性的考虑到企业标准相关试验要求，并作出详细的计算以满足电路设计要求。以静电保护电容为例，根据企业标准要求本设计所搭载控制器，需要进行最严酷静电试验为，带电25KV[1]。图2中电容C1、C2：470nF（100V）为ESD保护电容，计算如下：
由以上可知电源接入端口BAT+可以耐受25KV静电。
其中C1、C2在电路布局时还应当相对垂直布置，避免由于单方向震动引起电容同时失效而引发控制器着火。
1.3 变压器设计
变压器是开关电源最重要的组成部分，它对电源效率和可靠性，以及输出电源的电气特性都起到至关重要的作用。在设计时需要充分考虑功率容量、工作频率、输入输出电压等级和变化范围，铁芯材料和形状，绕组绕制方式，散热条件，工作环境等综合因素[3]。
根据技术指标要求，电源输出功率Pout为：
原边峰值电流为
式中Vin（min）为电源输入最低电压8V。
Ton取最大值0.5，初级电感量为Lpri：
初级匝数Npri为：
，取6。
AL为磁芯制造厂提供的一个气隙长度参数。这个参数是在磁芯上绕上1000匝的后的电感数据。根据磁芯生产商提供的磁芯和导线参数本设计中AL=10mH/1000，式中Lpri初级电感量单位为mH。
次级匝数Nsec为：
式?max中为最大占空比（反激式开关电源50%），VD 为次级整流二极管导通压降。
2 控制电路
2.1 PWM控制电路
本设计采用TI公司汽车级芯片LM3478作为开关电源控制器。LM3478是一个多用途底边开关电源NMOS控制器，可用于BOOST，flyback，SEPIC 等多种拓扑结构开关电源[4]。
PWM控制电路如图3所示，图中引脚8是电源输入端，芯片为宽电压输入，输入范围是3-40V，本设计中连接到电源预处理的输出端典型值为13.5V。引脚7连接电源频率配置电阻，根据使用手册提供的工作频率与阻值关系，本电源的工作频率为100KHz，R6配置为200KΩ。引脚2为补偿引脚，C6、R7构成补偿回路为控制电路提供补偿。引脚6为输出端，经过一个限流电阻（R4）限流后驱动功率MOSFET（Q2），为保护MOSFET，在引脚6并联一个电阻。
2.2 电压反馈电路设计
为了使多路电源输出一致性更好，和降低负载对反馈电源的影响。本设计采用独立回路进行电压反馈设计，反馈回路变压器绕组匝数Nfb为：
反馈电路通过外部分压连接到LM3478的FB引脚与内部基准电压1.26V进行比较。因为变压器原边与输出回路和反馈回路的绕组匝比固定，所以当输出回路电压升高，反馈回路的电压也会升高。反馈回路分压电阻分压就会高于1.26V，控制器将关断外部NMOS，缩短NMOS导通时间以降低电压。
2.3 电流反馈控制电路设计
LM3478电流控制通过在电流环内串联电阻的方式，将电流信号转换为电压信号，从控制器引脚ISEN引入控制器内部，与LM3478电流控制基准电压vsense进行比较，当ISEN脚上电压高于基准电压vsense时控制器将关断开关管，起到限流和过流保护作用。
本设计的最大电流限值为原边最大电流与原边电感最大纹波电流之和。对于本设计原边最大电流为Ipk。根据LM3478使用手册，RSENSE计算如下：
DMAX式中为0.5，vsense、vsL、vsL可从LM3478 使用手册中查询相关数值和公式。
3 测试结果
本设计集成在IGBT驱动电路中，在典型电压值9V、13.5V、18V下分别测试本开关电源的轻载和满载（用大电阻模拟负载）情况下的相关参数。表1和表2为典型测试值示例，测试表明电源输出符合设计要求。
图4为输入13.5V满载时开关MOSFET栅源级波形，图中可以看出满载情况下占空比小于50%，电路工作在完全能量转换状态下，满足设计要求。D5为开关MOSFET漏源电压，从图（a）中可以看出在开关管关闭、次级线圈电流为零时原边的电压在理论上应该降为零，实际上却发生了震荡。原因是当变压器释放完所有能量，电源开关管的漏源级电压会降到输入电压值的电平上。这一转变激发了原边吸收电容与原边电感的谐振回路，从而产生了一个衰减的振荡波形，并持续到开关管下次导通。这一振荡波形会影响电路的EMI特性，需要调整吸收电路电容使振荡波的频率低于电源开关频率，得到如图（b）的波形。
4 结束语
本文设计的反激式开关电源，具有体积小、重量轻、输出电压纹波小、稳定性好等优点，本设计应用在基于英飞凌HP2 IGBT驱动电路中，所搭载控制器通过了DV、PV测试，并成功应用于东风某ISG车型中。在开关电源设计过程中会遇到很多问题，比如变压器啸叫、开关管过热等，这些问题需在测试过程中不断总结和整改，器件参数也需要在测试过程中不断调整，如文中所提到的吸收电路的调整。同时PCB布局对电源的品质和可靠性影响很大，如文中提到的防静电电容布置。所以在原理设计完成后要仔细阅读相关企业标准和芯片PCB Layout指导手册，以降低不恰当的布板对电源造成不利影响。
参考文献：
[1]EQC-1204-2007 电气和电子装置环境的基本技术规范电气特性， 2007.
[2]王志强.开关电源设计第二版[M].北京：电子工业出版社， 2005.
[3]徐德鸿.开关电源设计指南[M].北京：机械工业出版社， 2004.
开关电源原理与设计范文2
摘 要：以uc3842和fqp12n60c为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。
关键词：变频器；开关电源；uc3842
引言
现应用uc3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为cpu供电的+5v电源误差范围在0.1v，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。
1 设计要求
本电源利用pwm控制技术实现dc-dc转换，通过fqp12n60c的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。
具体指标如下：输入：直流250v±40%，输出：直流+24v、6a；+5v、2a。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。
2 原理图功能分析与设计过程
基于uc3842和fqp12n60c所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、pwm控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。
2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从ac（l）线路进线串联保险丝（f1），起到过流保护作用。从ac（n）线路进线串联热敏电阻（rt110d-9），对接通ac电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（vr1），对接通ac电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容cx1，泄流电阻r5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联x2电容。然后经过整流桥d1整流，在直流侧并联电解电容c10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。
2.2功率管参数调整与电路设计。电阻r1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻r2实现线电压检测。由电阻r6，电容c30，开关管zd1，二极管d88组成简单的rcd箝位电路。达到保护开关管的目的。因而t1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管d3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（ic2）电压及光耦合器（ic1）决定。电阻r9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5v输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。
2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。
（1）设计参数。设计使其工作在132khz模式下。输入：直流250v±40%，输出：+24v、6a；+5v、2a。
（2）功率计算。
p=24×6×1+5×2×1=154w （1）
（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）
sj=0.15■=2.01cm2 （2）
p1=■=■=181.18w （3）
再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯eer40。
（4）工作时的磁通密度计算。对于eer40的磁芯，振幅取其一半bac=0.195t。
（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中d为占空比，vs为原边输入电压，vor为原边感应电压。d=■本文选定占空比d=0.5。
（6）计算变压器的原边匝数：np=■=42匝。
（7）计算变压器的副边匝数。对于+5v，考虑到整流管的压降0.7v以及绕组压降0.6v。则副边+5v电压值：v2=（5+0.7+0.6）v=6.3v。
原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。
则+5v副边绕组匝数为：n5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到e型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5v副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持v-s值相等。由此可得：+24v副边绕组匝数为：n24=■=7.08匝。取整数值为7匝。
对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。ns=■=1.76匝。取整数值为2匝。
（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mh），根据lp=vs■则全周期ts的平均输入电流is=■=■=1a。
相应的im=■=2a，ip1=■=1a。
ip2=3ip1=3a在ton期间电流变化量i=ip2-ip1=2a，lp=vs■=150×■=0.56mh。所以电感系数al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的al=f（lg）曲线，可求得气隙
lg=■=■=0.45mm
（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分bdc。根据公式计算可以得到：bdc=?滋h=185mt
而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值bmax=?滋h=■+bdc=282.5mt，而从磁性材料曲线可知bs=390mt，故工作时留有余量，设计通过。
（1、烟台德尔自控技术有限公司，山东 烟台 264006 2、沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110178）
摘 要：以uc3842和fqp12n60c为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。
关键词：变频器；开关电源；uc3842
引言
现应用uc3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为cpu供电的+5v电源误差范围在0.1v，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。
1 设计要求
本电源利用pwm控制技术实现dc-dc转换，通过fqp12n60c的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。
具体指标如下：输入：直流250v±40%，输出：直流+24v、6a；+5v、2a。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。
2 原理图功能分析与设计过程
基于uc3842和fqp12n60c所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、pwm控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。
2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从ac（l）线路进线串联保险丝（f1），起到过流保护作用。从ac（n）线路进线串联热敏电阻（rt110d-9），对接通ac电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（vr1），对接通ac电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容cx1，泄流电阻r5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联x2电容。然后经过整流桥d1整流，在直流侧并联电解电容c10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。
2.2功率管参数调整与电路设计。电阻r1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻r2实现线电压检测。由电阻r6，电容c30，开关管zd1，二极管d88组成简单的rcd箝位电路。达到保护开关管的目的。因而t1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管d3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（ic2）电压及光耦合器（ic1）决定。电阻r9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5v输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。
2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。
（1）设计参数。设计使其工作在132khz模式下。输入：直流250v±40%，输出：+24v、6a；+5v、2a。
（2）功率计算。
p=24×6×1+5×2×1=154w （1）
（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）
sj=0.15■=2.01cm2 （2）
p1=■=■=181.18w （3）
再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯eer40。
（4）工作时的磁通密度计算。对于eer40的磁芯，振幅取其一半bac=0.195t。
（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中d为占空比，vs为原边输入电压，vor为原边感应电压。d=■本文选定占空比d=0.5。
（6）计算变压器的原边匝数：np=■=42匝。
（7）计算变压器的副边匝数。对于+5v，考虑到整流管的压降0.7v以及绕组压降0.6v。则副边+5v电压值：v2=（5+0.7+0.6）v=6.3v。
原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。
则+5v副边绕组匝数为：n5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到e型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5v副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持v-s值相等。由此可得：+24v副边绕组匝数为：n24=■=7.08匝。取整数值为7匝。
对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。ns=■=1.76匝。取整数值为2匝。
（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mh），根据lp=vs■则全周期ts的平均输入电流is=■=■=1a。
相应的im=■=2a，ip1=■=1a。
ip2=3ip1=3a在ton期间电流变化量i=ip2-ip1=2a，lp=vs■=150×■=0.56mh。所以电感系数al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的al=f（lg）曲线，可求得气隙
lg=■=■=0.45mm
（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分bdc。根据公式计算可以得到：bdc=?滋h=185mt
而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值bmax=?滋h=■+bdc=282.5mt，而从磁性材料曲线可知bs=390mt，故工作时留有余量，设计通过。
3 结论
24v输出电压波形
参考文献
[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[m].第一版.北京：电子工业出版社，1999，7.
[2]赵书红，谢吉华，曹曦.一种基于top switch的变频器开关电源[j].电气传动，2007，26（9）：76-80.3 结论
24v输出电压波形
参考文献
开关电源原理与设计范文3
[关键词]开关电源 ；PWM；UC3875；驱动电路
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0257-01
0 引言
开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。以功率晶体管（GTR）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零；当开关管截止时，其集电极电流为零[1]。所以其功耗小，效率可高达70%-95%。而功耗小，散热器也随之减小。开关型稳压电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻、体积小等优点。
1 开关电源的类型
按驱动方式分类有：（1）自激式开关电源其借助于变换器自身的正反馈控制信号，实现开关自持周期性开关。开关管起着振荡器件和功率开关的作用[2]。（2）他激式开关电源其电源内部备有专门独立的振荡电路，与振荡器同步的控制信号驱动开关管[3]。
按能量转换过程的类型分类有：（1）直流～直流（DC～DC）。（2）逆变器（DC～AC）。（3）开关整流器（AC～DC）。（4）交流～交流变频器（AC～AC）。
2 开关电源设计
在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。
在设计制作的1.2kW（48V/25A）的软开关直流电源中，其主电路为全桥变换器结构，四只开关管均为MOSFET（1000V/24A），采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS，电路结构简图如图1。VT1～VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，以实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T为主变压器，副边由VD5～VD8构成的高频整流电路以及L1、C3、C4等滤波器件组成。
图1 1.2KW软开关直流电源电路结构简图
其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定的移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。
由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。
当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。
关断VT4以后，经过预先设置的死区时间后开通VT3，由于电压器漏感的存在，原边电流不能突变，因此VT3即是零电流开通。
VT2、VT3同时导通后原边向负载提供能量，一定时间后关断VT2，由于C2的存在，VT2是零电压关断，如同前面分析，原边电流这时不能突变，C1经过VD3、VT3、Cb放电完毕后，VD1自然导通，此时开通VT1即是零电压开通，由于VD3的阻断，原边电流降为零以后，关断VT3，则VT3即是零电流关断，经过预选设置好的死区时间延迟后开通VT4，由于变压器漏感及副边滤波电感的作用，原边电流不能突变，VT4即是零电流开通。
3 UC387构成的驱动电路设计
UC3875是美国Unitrode公司针对移相控制方案推出的PWM控制芯片，实用于全桥变换器中驱动四个开关管，四个输出均为图腾柱式结构，可以直接驱动MOSFET或经过驱动电路放大，驱动大功率MOSFET或IGBT。由于该期间设计巧妙，是一种应用前景较好的控制芯片。
本电源的主功率管选用的MOSFET，是电压型驱动方式，驱动功率要求比较小。采用脉冲变压器将功率管的驱动端和控制电路隔离。UC3875的驱动端具有2A的电流峰值，但为了提高电路的可靠性，防止UC3875因为功率太大而损坏，所以采用达林顿驱动的晶体管组成输出电路来驱动脉冲变压器的原边。超前桥臂的驱动电路如图2所示，之后桥臂的驱动电路也一样。
图中，D1、D2和D3、D4是肖特基二极管，用于防止驱动管的电压由于低于或高于电源电压而损坏。R21和R22是限流电阻，DW1、DW2和DW3、DW4是齐纳稳压管，用来限制脉冲变压器的输出电压，防止功率管损坏。T1和T3选中TIP122，T2、T4选用TIP127，T1？T4是达林顿驱动的晶体管，耐压为100V，持续电流为5A，峰值电流可达8A，其开启时间和关断时间分别为1.5μs和2.5μs，而开关电源的设计的频率为70KHZ，即14μs>1.5μs+2.5μs，满足设计要求。
图2 功率管驱动电路
除了输出电流限制外，本电源还设置有五个保护功能：输入过电压保护、输入过流保护、输出过压保护、输出过流保护、过热保护。五种保护都是通过一个或门UC3875的电流检测端C/S+（5脚），使其电压高于2.5V，导致UC3875关断输出。输入、输出电流分别取自串联在输入、输出回路中的分流器上的信号（0-75mV）。
4 结束语
本文介绍了由UC3875芯片作为控制电路的1.2KW移相控制全桥变换软开关电源，由于开关管在ZVS条件下运行，可实现高频化，而且控制简单，性能可靠，适用于大功率场合。且能保持恒频运行，就不会同时出现大电压、大电流，减少了开关所受的应力，实现了高效化。大大减小了电源的体积。
参考文献
[1] 曲学基.稳定电源基本原理与工艺设计[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2] 李定宜.开关稳定电源设计与应用[M].中国电力出版社.2006.
[3] 杨恒.开关电源典型设计实例精选[M].中国电力出版社.2007.
开关电源原理与设计范文4
【关键词】整车电气原理设计；电源分配设计；接地分配设计；回路匹配设计；压接点设计
【Abstract】The schematic is used to indicate the vehicle electrical system of the vehicle wiring harness to each electrical power and signal transmission connection between circuits. Vehicle electrical schematic design， all related to the vehicle’s electrical functions to achieve， is an important basis for the analysis of electrical circuits， troubleshoot electrical faults.
【Key words】Vehicle electrical schematic design； Power distribution design； Ground distribution design； Matching circuit design； Splices design
0 引言
整车电气原理，是整车电气系统的核心，它表明了整车线束系统为实现各用电器的功能，一方面通过导线将电源及用电器连接构成回路，为用电器传导电流，另一方面通过导线回路实现相连接的用电器之间的信号传递，从而使各电器件能够按照操作者的意图正常工作。整车电气原理设计是否合理，直接关系到汽车电器件能否正常工作以及全车的安全性、可靠性、经济性和舒适性，它是整车开发过程中的一个重要环节。
整车电气原理设计的主要内容包括电源分配设计、接地分配设计、回路匹配设计、INLINE的选型以及回路压接点设计。
1 整车电气原理的设计输入文件
整车电气原理的设计输入阶段，应获得以下文件：①整车配置表；②各电器子系统信息，包括子系统工作原理图、接口定义及负载特性等；③各电器件在汽车上的布置信息。
2 整车电气原理设计
2.1 电源分配设计
电源分配主要是基于整车各用器的工作原理，在满足各子系统工作原理的前提下，确定采用何种方式给用电器供电，同时对线路保护进行设计。
整车电源类型大致可分为以下三种：①蓄电池直接供电系统（常电或30电）；②点火开关控制的供电系统（IG电或15电）；③发动机起动时卸掉负载的电源（ACC电）。根据车型的电气系统组成情况，给与合理的电源分配。
电源分配设计一般要遵循以下原则：①所有电源回路都需要进行回路保护；②考虑负载的重要等级以及行车安全，对于重要的安全件，需要单独的熔断器来保护，如近光灯回路；③考虑不同系统的功能关联性和失效模式，减少不同系统和功能之间的相互影响；④区分负载类型是扰动负载还是稳态负载；⑤就近原则，靠近负载的实际安装位置分配电源。
电源分配设计的步骤如下：首先，根据整车蓄电池、起动机、发电机的相关参数，以及子系统负载信息，进行电源类型的分配，以及保险丝、继电器的种类及个数确定。然后，结合车内空间、可扩展性、成本、平台化等因素，对电器盒进行选型并确定其个数。一般车型主要有前舱电器盒和仪表板电器盒，外加蓄电池处的前端保险丝盒，有的车型可能会增加后行李箱电器盒。最后，根据就近原则及负载布置信息，进行电器盒内的负载电源分配。如前舱电器盒主要对前舱的电器件进行供电，仪表板电器盒主要对驾驶舱内的电器件进行供电。
2.2 接地分配设计
在整车电路中，一般会使用导线与车身、发动机或变速箱连接在一起，这样可以车身、发动机、变速箱实现共地。这种实现接地的做法，称为“搭铁”。
为避免接地导线过长，造成不必要的电压降，一般采用就近接地。另外，接地分配也需要考虑到以下三种接地要求：①发动机ECU、ABS/ESP、EPS、SRS等对整车性能及安全影响大，且易受其他用电设备干扰，所以这些件需要单独接地。尤其对于安全气囊系统SRS，其接地点不仅应单设，而且为了确保其安全可靠，最好设计两个及两个以上接地点。其目的是其中一个接地失效，系统可通过另一接地点搭铁，确保系统安全工作。②音箱系统为避免电磁干扰，也要单独接地；弱信号传感器的接地最好独立，接地点最好是在离传感器较近的位置，以保证信号的真实传递。③有些电器件必须共用接地点，以防止不同接地点之间的电位差影响到电器件之间功能的正常实现。
其他电器件可根据具体布置情况相互组合共用接地点。蓄电池负极线、发动机搭铁线等因导线截面较大，因此一定要控制好线长和走向，减小电压降。为增加安全性，发动机、车身一般要单独连到蓄电池负极搭铁。
2.3 回路匹配设计
回路匹配设计，主要是根据负载信息，设定熔断器的型号和容量，从而确定匹配的回路线径。
2.3.1 负载信息确认
根据收集到的整车子系统信息，确认负载类型、负载电流特性曲线。负载类型、负载电流特性曲线如下图1所示：
2.3.2 设定熔断器的型号和容量
熔断器的作用是保护导线，其类型分为快熔型熔断器和慢熔型熔断器。小电流负载和短时间脉冲电流负载，一般选择快熔型熔断器，大电流负载和锁电流负载一般选择慢熔型熔断器。
熔断器的容量设定主要遵循以下原则： 一般来说，熔断器负荷电流不超过熔断器额定电流的70%。同时，还要考虑以下因素。①快熔型熔断器容量：需要考虑负载额定电流值、负载类型、环境温度影响、继电器盒类型、暂态电流波形；②慢熔型熔断器容量：需要考虑和区分连续负载、间歇性负载、特殊负载。
2.3.3 确定回路线径
根据已确定的熔断器来选择与之匹配的回路线径。此过程要综合考虑回路所在的环境温度、回路导线的容许温度、通电时回路导线的温升以及成捆线束容许电流的折减系数。总的原则是要求发生短路时熔断器的熔断时间短于导线发烟时间。如图2，橙色线代表熔断器的熔断时间，粉色线代表导线的发烟时间，回路导线与熔断器的匹配判定左图是可取的，右图则是不可取的。
2.4 INLINE选型
INLINE即线对线连接器。INLINE的选型，需要考虑以下三点：第一，INLINE的端子线径压接范围要与所接回路的线径匹配；第二，INLINE连接器的孔位数要满足所接回路的总数；第三，回路走向要与INLINE所在车上的安装位置匹配，一般采用就近原则。特殊回路如安全气囊系统回路对端子镀层有特殊要求，一般不与其他回路共接同一INLINE。
2.5 回路压接点设计
整车电气原理回路的压接点设计，需要遵循以下三点：第一，单边回路数最多不超过7根，总回路数最多不超过12根；第二，压接的所有回路中，最小回路线径与总回路线径之比必须大于或等于5%；第三，各回路之间的线径匹配须满足导线的压接工艺要求。
3 整车电气原理设计校核验证
整车电气原理需与子系统信息作进一步的校核，并通过以下相关试验进行验证其设计的合理性：①过载试验；②堵转试验；③短路保护试验；④整车配电工作电流测试；⑤供电及接地回路电压降测试；⑥熔断器熔断情况下的功能故障测试；⑦接地不良情况下的功能故障测试；⑧整车搭载耐久试验。
4 结束语
整车电气原理，是整车电气系统的核心。整车电气原理设计得合理，才能保证汽车各用电器能按照操作者的意图来实现其功能，也才能保证汽车的安全性、可靠性、经济性以及舒适性。
【参考文献】
[1]李元胜.汽车电路系统设计与Multisim仿真[D].青岛大学，2014.
[2]吴建刚.目前汽车电路存在的问题与对策[J].汽车电器，2007.
开关电源原理与设计范文5
在大型和重要广播电视发射台都离不开多工天线交换系统，交换闸本身的技术参数和质量性能主要决定于生产厂家技术能力，一般都能达到部标要求。把停播率降到最低水平主要与天线控制系统、发射机系统和配电系统等设备的可靠性和稳定性有直接关系。
目前，天控系统在国内广播电视发射台使用比较广泛，国内外生产的广播电视发射机均不带天线控制器，国内生产天线交换闸的厂家有鞍山广播电视天线厂、北京贝尔德广播电视设备公司、原北广设备厂等。北京贝尔德公司生产的天线控制器，只能与本厂的天线交换闸配套使用，其产品受功能扩展和通用性的限制，功能开发时需要改造，没有原理图改造起来非常困难。其它厂家只生产交换闸没有控制器，单独购买或订作价格昂贵，对用户来说无法接受，通过多年工作经验和知识积累自行设计了《多功能天线交换闸控制器》。在2010年山东省广播电影电视局直属六个高山发射台自动化控制网络系统建设中，自行设计、安装制作了三十多套天线控制器（四种型号的交换闸），其技术性能、运行可靠性和外观设计达到了专业水平，仅此革新项目使自动化控制联网工程节约资金15多万元。在这里以目前用的较多且技术比较成熟的新型交换闸为例，将天线控制器设计构思和电路原理图奉献给广播电视同行，如果本台交换闸不是我介绍的型号，只要对本台的天线交换闸工作机理和接口特性搞清楚了，将我设计的天线控制器原理图进行必要的改动便轻松实现控制功能。
鞍广生产的新型天线
交换闸技术简介
1. 产品技术特点及构造
此产品技术指标达到部级标准，体积较小，电机功率低、噪声小，机械控制简便。对外连接仅有一个接口件，使用一个七芯航空插接件CT1（16mm）。天线位置指示灯D1、D2是交流220V氖泡，内部有四只行程开关SQ，每两个一组固定在左右两侧，两侧接点位与电机轴心成90°角，电机转动不是传统同向转动，而是左右摆动（正反转）90°。
2. 天线交换闸工作原理
图一中的天线切换是用一个乒乓开关实现的，控制简单，功能单一，状态量太少，不适应发射机实际需要，更不能实现自动化控制要求。其工作原理：天线状态当前在D1上（设为主机），当切换到D2时（备机），将电源开关置于另一侧，电流通过CT1-3、行程开关SQ3、电机M回到电源零线，此时电机开机转动，同时行程开关SQ1、SQ2释放，D1指示灭，电机继续转动，当电机带动手柄转过90°时，碰到行程开关SQ3和SQ4时接点断开，D2点亮，天线切换到备机。如果把开关板回，天线切换到主机上，原理同上。
自制天线控制器选材及电路设计
1. 功能及特点
此控制器功能完善，具有发射机开启后不允许倒天线保护，即天线外部联锁接口；具备天线或负载不到位不能开启发射机保护功能；具有本地电动和远程控制功能，在本地状态下，远程不起作用，在远程状态下本地和远程均起作用；当本控制器失效后，可以断开控制器电源手动操作手柄进行切换，但必须将应急联锁开关K3（主机）或K4（备机）合上，否则不能开启发射机；对于非自然冷却的假负载加装上了控制开关。
本控制器的特点是成本很低，是购本成品的三十分之一还多，只要购买优质元器件和高质量的导线，线路连接可靠其稳定性和可靠性极高。
2. 所用元器件及选择
在特殊环境下为防止电源雷击，加上了防雷、浪涌保护电路，为了提高防雷效果可以用专业防雷模块或防雷插座替代；本控制器使用24V开关电源，电源功率在10W左右即可，原因是选用的继电器是24V中小型继电器，此继电器带有插座，便于导线连接器件和固定，其工作电流和接点电流很小，为何不用微型12V或5V继电器，微型继电器需用电路板，加工电路板不划算，其不足是机箱需用2U的；SB1、SB2按钮开关和天线状态指示灯用12mm圆形的，这样用电钻打孔方便，指示灯直接用24V发光二极管成品，VD1、VD2用作天线状态指示，VD3是电源指示灯。K、K1、K2、K3、K4为中型的乒乓开关即可，K是电源开关，K1是本地/远程选择开关，在本地位置时是断开状态，K2是假负载加电开关，K3、K4是天线或负载应急联锁开关，正常情况下断开；对外接口插件用航空插头就可以，与交换闸对接件用16mm七芯的（JX1），其它的都用12mm的不同芯数的即可，各个接插件不同为了防止插错；电路连接线用0.5mm2多种颜色绝缘外套导线 ，等电位用同一种颜色的，目的是便于连接导线，工作电流很小，选用0.5mm2目的是为了防止线头不易折断。
3.天线控制器的控制原理图
天线控制器的工作原理
1.本地状态下天线切换工作原理
将电源开关K接通，功能选择开关K1置于本地位置（断开状态），天线切换只能在本地进行操作。图二表示天线状态在主机上，当按一下切换按钮SB2，行程开关SQ2是闭合的，+24电源通过SQ2、SB2、J2线包、天线外部联锁到电源负端形成电流回路，继电器J2吸合，通过其常开接点J2（9，5）维持电流通路，220V交流电通过另一常开接点J2（12，8）给电机加电转动，当电机动作时SQ2释放，电流又流过J4（10，2）与J2（6，10）使J2保持吸合，电机继续转动，当天线到位时，SQ4行程开关接通，J4吸合，J4（10，2）常闭接点断开，J2线包断电释放，电机失电停机转动，天线切换到备机完成，从备机倒主机原理相同。
天线外部联锁作用（JX3）：当主/备发射机只要工作时，其常闭接点断开，J1或J2不会吸合，倒天线不起作用，即达到保护作用。当天线到位后，J3（主）或J4（备）吸合，其中一组常开接点用于发射机外部联锁（JX4），保护发射机。
2. 自动或远程倒天线工作原理
在自动倒天线时，将功能开关K1闭合，与自动控制信号T5或T6（JX2）串联，，然后与手动按钮SB1并联，用此代替手动按钮SB1的作用，其切换工作原理与手动相同。
天线状态用于自动化开启发射机用，确保发射机安全。
K2是用于非自然冷却的假负载电源控制开关（JX5），其继电器状态和天线状态组合连接用于发射机外部联锁用。K3或K4是当此控制器失效时，关闭控制器电源，还可以用操作手柄进行应急切换天线，因发射机外部联锁与天线状态有关，控制发射机的开启，用K3或K4强制闭合联锁，正常情况下K3和K4是断开的。
开关电源原理与设计范文6
关键词：运行情况；技术方案
一、运行情况分析：
某2×200MW机组厂用电0.4kV公用系统低压配电室由于投运时间早，所以在设备的选型和设计上都存在着局限性；在长期的运行及检修维护过程中，发现其存在着许多不足：
1、低压0.4kV输煤段、灰浆泵段来自变压器0.4kV侧电源盘及两半段之间联络电源盘，原始设计均为通过HD13型刀闸连接，未安装自动空气开关，也未配置任何保护。一旦段内负荷发生接地或短路故障，将可能直接导致其变压器6kV侧高压开关掉闸，甚至威胁机组的安全运行。另外，由于分段刀闸不能带负荷操作，故在切换运行方式时必须先半段停电（停变压器），此种操作方式不安全、不可靠。且分段刀闸存在着过热现象，（如灰浆泵段内53-2联络刀闸多次发生过热现象），无论停Ⅰ半段或Ⅱ半段，刀闸的闸刀或闸口侧始终有一侧带电，致使无法彻底处理。
2、0.4kV灰浆泵段多次发生负荷接地或短路及母线故障，导致全段停电，现一次电气设备及绝缘支撑件均存在着绝缘薄弱的缺陷，主母线绝缘仅为3MΩ。
3、0.4kV灰浆泵段内#1、#2、#3灰渣泵无负荷开关，电源开关为DW10型自动空气开关，不适宜于频繁操作。由于渣泵系统的特殊性，要求开关频繁启停，故导致开关故障频率高，甚至开关炸损时有发生。
4、0.4kV公用段内甲#5、乙#5皮带输煤系统负荷开关同电源开关选型一样，均为DW10型自动空气开关，不适宜于频繁操作，负荷开关故障率高。
5、0.4kV空压机段内Ⅰ半段设计有9台无油空压机，Ⅱ半段设计有6台无油空压机，正常情况下必须保证有9台-10台无油空压机在运行位置，而空压机段内又无备用的开关间隔可供拉接临时电源，致使Ⅰ半段不能正常停电检修。
6、0.4kV污水站段内电源开关及与金属试验段联络电源开关均是DW10型杠杆式操作机构开关，无保护，运行方式不安全、不可靠。
7、目前，厂内服务公司变及污水站变共用一路10kV电源，就地一次接线零乱，且变压器检修或本身发生故障，均需2台变压器同时失电。
8、所有0.4kV公用系统配电室设计安装有5把刀闸的配电盘，其盘面中上部垂直及横跨母线与上排保险座之间距离太近，不便于检修和处理缺陷，人员和检修工具都有触及带电设备的可能。
二、可靠性指标分析：
由于公用系统由于存在着以上问题，已经严重威胁到了设备及系统的安全稳定运行，同时配电盘的设计对人身触电伤亡事件的发生埋下了不安全隐患。因此，只有对公用系统存在的问题进行彻底改造，才能确保公用系统及机组的安全稳定可靠运行。
三、技术监督分析 i：
1、0.4kV输煤段、灰浆泵段低压电源盘无开关及保护装置，多次发生因段内负荷接地或短路故障，直接导致其变压器6kV侧高压开关掉闸事件，且分段刀闸设计不合理，操作不方便，存在着过热现象；灰浆泵段一次电气设备及绝缘支撑件均存在着绝缘薄弱的缺陷，主母线绝缘仅为3MΩ。
2、灰渣泵电源开关及甲#5、乙#5皮带负荷开关不适合频繁操作，开关故障率高；污水站段内开关为杠杆式操作机构开关，无保护，运行方式不安全、不可靠；空压机段无备用的开关间隔可供拉接临时电源，Ⅰ半段不能正常停电检修；服务公司变及污水站变共用一路10kV电源，不符技术要求。
3、公用系统配电室部分配电盘设计不合理，不便于检修及消缺。
四、技术方案论证及技术、经济性比较：
技术方案： ii
㈠0.4kV灰浆泵段：
1、先Ⅰ半段停电，进行母线、刀闸、开关、电缆等一次电气设备的更换及电源进线盘增装开关、配置保护的改造工作，并拆除母线桥与53-2刀闸闸口侧连接部分。
2、Ⅰ半段改造结束后送电，Ⅱ半段停电，进行母线、刀闸、开关、电缆等一次电气设备的更换及电源进线盘增装开关、配置保护的改造工作，同时拆除Ⅱ半段主母线与53-2刀闸闸刀侧连接部分，并将53-2分段刀闸电源盘退出原间隔，安装新订购电源盘（包括分段开关及两侧分段刀闸），连接Ⅱ半段主母线与53-2刀闸闸刀侧之间硬母线。
3、Ⅱ半段改造结束后送电，Ⅰ半段停电，连接母线桥与53-2刀闸闸口侧之间硬母线。
4、在两半段分别停电期间，进行3台灰渣泵的增装负荷开关工作，选用CKJ-5/600型真空接触器作为灰渣泵的负荷开关，以满足其频繁操作的要求。
㈡0.4kV输煤段：
1、先Ⅰ半段停电（停输煤变），进行电源进线盘增装开关、配置保护的改造工作，拆除母线桥与61-2刀闸闸口侧连接部分。
2、Ⅱ半段停电（停化学输煤备变），进行电源进线盘增装开关、配置保护的改造工作，同时拆除Ⅱ半段主母线与61-2刀闸闸刀侧连接部分，并将61-2分段刀闸电源盘退出原间隔，安装新订购电源盘（包括分段开关及两侧分段刀闸），连接Ⅱ半段主母线与61-2刀闸闸刀侧之间硬母线。
㈢0.4kV公用段内甲#5、乙#5皮带输煤系统负荷开关改型，由DW10-600型自动空气开关改为CKJ-5/600型真空接触器，以满足其频繁操作的要求。
㈣0.4kV污水站段内电源开关及与金属试验段联络电源开关更换为DW16-400型自动空气开关，增装保护装置，控制电源为～380V。
㈤0.4kV空压机段内Ⅱ半段安装备用电源盘，配置JNM11-250型自动空气开关及CJ10-100交流接触器等电气设备总计3路负荷，以便Ⅰ半段停电检修时，将Ⅰ半段内3台空压机电源间隔移位至Ⅱ半段新增电源盘内。
㈥服务公司变及污水站变10kV电源间隔分开配置，其中服务公司变占用10kV水源地配电室内原铁路变电源间隔（已废弃不用），敷设10kV高压电缆，就地一次接线综合治整。
㈦0.4kV公用系统配电室设计安装有5把刀闸的配电盘，其盘面中上部垂直及横跨母线热缩处理，以确保检修时人及工具与带电设备的安全距离。
五、工程主要内容及实施条件：
工程的主要内容：
1、对0.4kV灰浆泵段进行母线、刀闸、开关、电缆等一次电气设备的更换；电源进线盘增装开关、配置保护的改造；分段刀闸电源盘的更换改造；3台灰渣泵开关增装负荷开关的改造工作。
2、对0.4kV输煤段进行电源进线盘增装开关、配置保护的改造；分段刀闸电源盘的更换改造工作。
3、进行0.4kV公用段内甲#5、乙#5皮带输煤系统负荷开关改型工作。
4、进行0.4kV污水站段内电源开关及与金属试验段联络电源开关改型，增装保护装置工作。
5、进行0.4kV空压机段内Ⅱ半段新增电源盘的安装工作。
6、进行服务公司变及污水站变10kV电源间隔分开配置的工作。
7、进行0.4kV公用系统配电室设计安装有5把刀闸的配电盘盘面中上部垂直及横跨母线的热缩处理工作。
参考文献
i 电力工程电气设计手册（电气一次部分）
ii DLT 5153-2002 火力发电厂厂用电设计技术规定
