时间：2022-01-31 09:24:45
【关键词】开关电源；工作原理；分类
1.开关电源的工作原理
开关电源主要器件是开关管，但也有采用可控硅的，这两个元器件性能差不多，都是靠基极（开关管）、控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电压被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持，待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50Hz。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢？这就需要有个振荡电路产生，我们知道，NPN型晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高、输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。
2.开关电源的分类
现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关 电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。
2.1按输入与输出之间是否有电气隔离分类
直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。
2.1.1隔离式DC/DC转换器
隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
2.1.2非隔离式DC/DC转换器
非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。
在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。
非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的一些特性。
2.2按能量的传输来分类
按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可以从负载侧向电源侧传输功率。
2.3按DC/DC转换器类型分类
按DC/DC转换器类型也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 （Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。
关键词：客车；电源开关延时控制；控制原理
中图分类号：TM502 文献标识码：A
1.概述
随着汽车工业的发展，客车电路设计更安全、合理、更具科学性。现代客车上用电设备的数量较多，耗电量较大，因此电源的供电能力和工作性能对车辆的运行及用电设备的工作有非常重要的影响。
金龙客车出口国家和地区达122个，进行批量销售已有十几年历史，其中沙特也是金龙的传统市场。沙特客户对车辆使用要求与国内有较大差异，除了要满足当地法规外，一些个性需求也挺具有人性化的。虽然蓄电池附近处安装有手动机械断电开关，但在车辆实际使用时司机因多种原因未将该电源开关断开而离开车辆，糟糕的是如车辆上仍有设备在工作，将会产生安全隐患。为了避免这个问题，金龙出口沙特XMQ6127GS公交车，当点火开关旋转到OFF未能及时关闭电池舱手动机械断电开关，两分钟后可自动将整车用电设备会自行断电确保用电安全。现以XMQ6127GS电路控制为例，对其原理进行介绍。
2.控制原理
2.1 设计电路中关键电器件为延时继电器
延时继电器是一种利用脉冲延时原理来实现延时通断功能的继电器，常用于继电保护和自动化电路中，作为交流瞬时动作断电后延时返回的时间元件。常用的延时继电器通常分为钟表式、电子式、气囊式：钟表式延时继电器，利用钟表的擒纵装置来控制类似发条弹簧的释放时间，时间控制精度较高；电子式延时继电器通过电子电路执行延时指令；气囊式延时继电器是在利用电磁铁启动后气囊中的气体经由小孔放气来延时执行指令。
先对该延时继电器原理及性能说明如下：
（1）延时继电器接线图如图1所示。
（2）延时继电器逻辑控制图如图2所示。
（3）延时继电器工作原理：通用继电器85脚为电源负极，86脚为电源正极，当控制管脚86与85压差满足吸合电压后，普通继电器30脚和87脚会立即吸合；而本控制电路中只有当控制脚I有高电平后输出脚30和87脚才接通；当控制线高电平断开后，输出脚30和87会延迟断开，以实现车辆电源延时控制。
（4）延时继电器延时时间确认
延时继电器延时控制时间既不能太长也不能太短，经测试及与客户确认，将时间设置为两分钟比较合适。同时切断延时继电器85脚可以实现快速使延时继电器停止工作。
2.2 CAN总线I/O模块
该I/O模块与发动机ECU之间按照SAEJ1939通信协议进行数据传输。当发动机运转时，通常选用当转速大于350RPM时模块中A管脚输出2A电流来控制继电器1线圈端，可以确保发动机运行时避免将电磁式电源总开关切断，避免了由于发电机失控而造成电压过高现象。
2.3 电源控制电路原理
（1）仪表台上有设置电源总开关，该开关结构形式为翘板式，档位形式为双向自动复位式。机械断电开关14闭合后，将仪表台开关3由OFF向Ⅰ档接通后，电源通过二极管D1单向导通将延时继电器4控制端I接电后，延时继电器输出端30与87接通，继而继电器8的控制电源接通，车辆上用电设备A得电后发动机ECU、点火开关在满足条件后工作。
（2）点火开关旋到Ⅱ档后，oCAN总线I/O模块管脚C提供唤醒信号ACC电源，CAN总线I/O模块B管脚输出电源经二极管D2单向导通使延时继电器4控制端I始终通电，可以保证延时继电器一直在工作；同时CAN总线I/O模块管脚G输出电源使电磁式电源总开关工作，用电设备B在满足条件下可以工作。
（3）点火开关旋到STAR起动档且发动机启动正常运行，CAN总线I/O模块管脚A输出电源将继电器1常闭触点87a断开。即使司机误操作将电源开关从中间档位OFF推向Ⅱ，也不会将继电器2线圈导通。延时继电器正常工作，可以有效避免发动机在运行时误将整车电源与蓄电池连接断开，以保护用电设备B。
（4）￥将点火开关旋到OFF档发动机停止运行，CAN总线I/O模块A和B管脚都会停止输出，两分钟后延时继电器断开，即使未将手动电源总开关14未断开，整车用电设备A和用电设备B在两分钟后也会停止工作；此时，如将翘板式电源开关从OFF档推向位置Ⅱ，可以快速将整车电源断开。
结语
本文介绍的控制方式所采用的元件都是成熟、简单、可靠的电器元件，能达到理想的控制方式，且通过批量生产的XMQ6127GS车型在沙特市场三年的实验和营运验证，通过主动安全设计降低司机劳动强度，同时此控制系统故障率低，维修方便，性价比高。
参考文献
关键词：CN12机芯；分立元件；开关电源；检修
长虹CN12机芯采用了三极管V513作为开关管的并联自激式开关稳压电源，该电路具有过流过压保护，如下原理图所示。
一、电路分析
结合如上原理图1的分析，考虑到实际维修中，维修人员觉得电路分析较难的线路部分主要是电源的振荡、稳压、保护等电路，由于篇幅问题，所以本文主要针对这三部分线路进行分析，特别是振荡部分工作原理分析是重点。
（一）振荡过程
1.基本原理控制简化图
2.工作原理分析
T511为开关变压器，它的作用主要有两个方面，其一是利用绕组1、2和绕组3、7与开关管V513、脉宽调整驱动管V511构成振荡电路；其二是作为储能元件，在开关管饱和导通期间，将电能储存为磁能，在V513截止期间，又将磁能转化为电能，并通过次级绕组向负载释放，输出次级电流。
在电源开关接通期间，市电（220 V、50 Hz）经VD501～VD504整流，经抗浪涌电流的电阻R502限流，再经C507滤波，得到约300V平滑直流电。300V直流电经开关变压器初级绕组3～7输送到V513集电极，V513发射极接入地，构成回路。
其中，图2是维持开关管饱和导通的充电电路；图3是维持开关管截止的充电电路。
综合分析：+300 V电源经R520、R521输送到V511C极，并通过R511给V511提供b极电流，使V511导通，起到对V513的基极分流的作用，同时V511的基极和光电耦合器件VD515的C脚接通，利用其电流的变化，使到V511C脚注入V512的电流的改变，进一步对V513B脚的电流分流，控制V513的饱截至的时间，达到脉宽调制的作用，另外一路是通过R520、R521、R522、R526、R515的分压为V513B极得到一个正电压，此电压经过R524向V513的b极注入电流Ib迅速增大。由于流过TT511绕组3～7电流从无到有、从小到大，电流的突变使T511内磁场发生变化，从而产生自感电动势e1，其方向是3正7负，同时绕组1～2产生互感电动势e2，其方向是1正2负，e2从T511绕组1脚输出，一路经VD517VD514给V511的E脚补充供电；另一路流经C514R519R524V513的B极注入正反馈电流，其中VD517可以加大电源启动时候正反馈绕组提供的V513的B脚电流，使V513更快进入饱和状态。缩短电源启动时间。起到正反馈的作用，使V901迅速进入饱和。此时，流过开关管的电流处于平顶阶段，V513的C脚经过绕组3～7将电能转变为磁能存储在电感线圈中。由于V513的C极电流IC趋于平稳不变，则互感电动势e2也趋于为零，由于电容C519上所充电荷不会马上消失，其上端电压会由于下端变0而将上端拉为负电位，导致V513截止，电容C519开始通过VD517R519放电，其结果是使V511的b极电位上升，最终会使V513回到初始工作状态。
当V513截止期间，T511中存储的磁能转变为电能，通过次级绕组及整流二极管VD554、VD557、VD553和VD551向负载释放，于是，在次级得到+18eV、+25eV、+9eV、和+130eV（B+）电压。在V513截止期间，绕组3、7电流趋于零，T511中磁场变化率也趋于零，互感电动势随之消失，C514上所充满的反向电荷（左负右正）放电，又促使V513从截止开始导通，进入新一轮循环过程。V513从截止饱和截止饱和轮番变化，形成振荡，相当于一个开关断通断通的变化，只要适当控制V513的导通及截止的时间，就可以控制次级输出电压。
（二）稳压过程
1.基本原理分析简图
2.稳压原理分析
通过电路分析可知道，当130V电压发生变化，例如：减低了，则R561、R562、RP551、R563组成的取样电路的取样电压发生变化，该变化和VD561的基准电压进行比较，假如取样电压升高，则将导致V553的Ube电压升高，导致注入V553的B脚电流增大，经过光耦器件VD515二极管的电流增大，则其光耦三极管的电流增大，将会使到V511、V512对V513的B脚分流作用增大，控制V513的导通时间的长短，控制开关脉冲的占空比，最终达到控制输出电压降低的目的。
同理，可以得到电压降低时候的控制流程。
（三）保护电路
⒈基本电路原理图
2.原理分析流程
过压保护由VD518、VD519、R523、512组成，主要是由于绕组1脚的电压升高到可以击穿VD519的电压，则该电压将有较大电流流过R515的电压升高到可以导致V512饱和导通，通过其C脚将V513的B脚电位拉低，开关电源停止工作。过流保护，则是利用V513的B脚电流增大，其在电阻R524的电压升高，其电压将通过R526、R515取样出电压的升高值，使到V512饱和导通将V513的B脚电位拉为OV，电源停止工作。
二、彩电开关电源的维修排查故障的四种常用方法
1.观察法
观察法是一种以人为主，建立在电视原理基础上的彩电故障判定方法。观察法包含看、触、嗅、听四种故障判定方式。
2.电压测量法
电压测量法就是利用三用表，对电视机相关电路直流电压进行测量，将所测电压与正常工作参考电压进行比较，根据比较结果确定故障范围。采用电压测量法对彩电故障进行维修时，对信号处理电路的故障判定，要注意静态（无信号）和动态（接收信号）两种不同情况。
3.电阻测量法
电阻测量法分在路电阻测量和断开电阻测量两种方式。与电压测量法一样，采用电阻测量法对故障进行维修时，也应当以正常状态下的标称电阻作为参考电阻。
4.代换法
代换法指采用元件替换的方式，对所怀疑的元件进行替换。彩电维修的方法多样，运用何种方法，维修人员可以根据现场提供的实际情况灵活选择。
三、检修实例
1.长虹G2132（K）开机有电源指示，但不二次开机
行管二次不开机都严重发热，带假负载时主电源130V又正常，可知电源没有故障，不能开机是电源过流保护造成，重点检查负载过载问题，经代换法查为行偏转线圈短路导致电源过流保护，因为行线圈短路问题用万用表测量电阻很难判断，所以采用了该法。
2.长虹H2158K无规律自动关机，有时不开机，分析可知线路应该有虚焊或元件变质导致线路工作不稳定，通过测量保护电路的工作点电压发现V512的B脚电压不稳定，断电后，在路测量线路对地电阻，发现R516（22K）变质为27K以上，更换正常。
3.长虹H2158K不能二次开机，根据故障分析，不能二次开机可以断开负载排查线路故障是否因为负载导致，本机断开负载后，仍然不开机，测量CPU开机信号正常，但是V585的B脚为0V，但是C脚电压也为0V，导致开待机信号不能正常工作造成的。
通过以上对CN12机芯原理的分析以及几个维修案例的简单分析，希望能让各位有志于从事电器维修的人员通过本文章了解开关电源维修的一些基本易用的分析维修思路与方法。当然，维修的故障千奇百怪，只要我们能正确够理解开关电源的工作原理，加上细致地排查，我们就可以解决电器维修中的各类故障，用自己的技术为社会服务，不足之处，希望同行指出并交流，共同进步。
参考文献：
关键词 自激振荡；开关电源；分析
中图分类号TN86 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）44-0078-02
0 引言
目前，CRT彩色电视机中主要采用分立元件组成的自激振荡式并联型开关电源电路。由于其核心器件电源调整管工作在非线性状态，与串联稳压电源相比，具有体积小、重量轻、效率高、电压适应范围宽等显著优点，但是其工作原理复杂、维修困难，在实际教学过程中学生难以迅速掌握。本文介绍了以自激振荡过程为核心的分析方法，便于在教学过程中使学生熟悉其工作原理，具备快速检修开关电源的能力。
1 开关电源的工作原理
220V交流电直接经低频整流滤波后得到300V左右的直流电压，利用高频自激振荡电路将直流电转化为30kHz~60kHz的脉冲信号，再经储能变压器的能量转换送入高频整流滤波电路，经高频续流二极管整流后得到所需的多组直流电压输出。通过取样调整电路，改变高频脉冲的脉冲宽度或脉冲周期来稳定输出电压。
开关电源电路常分为低频整流滤波电路、自激振荡电路、稳压电路、保护电路和高频整流滤波电路等部分。其工作过程中的关键环节是产生高频脉冲，在将能量转化为高频脉冲时，开关管工作在饱和导通和截止状态，提高了能量利用效率；将能量转化为高频脉冲，可以通过改变占空比调节向输出端提供的能量，有利于适应电网电压大范围的波动；将能量转化为高频脉冲后，可以减小高频滤波电容容量，有利于缩小电源体积，减少电源重量。
2 自激振荡电路原理分析
自激振荡电路起振是自激式开关电源正常工作的必要条件，开关调整管和变压器初级绕组L1参与振荡过程。当开关调整管工作在饱和导通状态时，在变压器初级绕组L1上产生上正下负的感应电动势，次级绕组L2产生上负下正的感应电动势，初级绕组L1中的电流逐渐增大；当开关调整管截止时，变压器初级绕组L1上产生上负下正的感应电动势，次级绕组L2产生上正下负的感应电动势，续流二极管vD导通，向负载提供能量，并对电容C充电。当开关调整管再次导通，续流二极管vD截止时，由电容C向负载提供能量。
自激式电源电路中，常利用正反馈电路实现开关调整管的饱和导通和截止，使其集电极串接的初级绕组L1上不断产生上正下负或者上负下正的感应电动势，通过线圈的互感作用传递给次级绕组，从而将直流能量转化为高频脉冲，为负载端供电。同时，不少开关电源中稳压过程和保护过程的实现，是通过调整开关管的饱和导通时间实现的。因此，开关电源工作原理的分析应以自激振荡过程为核心。自激振荡电路通常由开关管发射结和开关变压器反馈绕组参与构成，因此在振荡回路的分析过程中应注意以下两点：
1）如果没有反馈电路的作用，开关调整管是可以保持导通状态而不会截止的；
2）有些电路整个自激振荡过程采用LC自激振荡电路形式，有的电路部分工作过程采用LC自激振荡电路形式，且常利用反馈绕组作为LC振荡电路中的振荡线圈。
3 稳压电路原理分析
输出电压从高频整流滤波电路得到，忽略二极管vD的正向压降，输出电压的计算公式如下：UO= Um×TON/T (其中Um脉冲峰值电压，TON为脉冲宽度，T为周期)。当输出电压发生变化时，改变脉冲宽度和改变脉冲周期都可以调节输出电压达到稳压目的，这两种输出电压的调整方式被称为调频式和调宽式。目前，自激式开关电源常采用改变脉冲宽度的方式，即通过改变电源调整管的饱和导通时间长短来稳定输出电压。
如图2所示，取样电路对稳压电源的主输出电压进行取样，取样电路分为电阻分压电路中利用电位器取样或利用电源变压器中的取样绕组取样，将输出电压的变化取样送入取样放大管的基极。基准稳压电路通常为稳压二极管，常接在取样放大管的发射极以稳定发射极电压。当输出电压发生变化时，取样放大管的导通程度发生改变，通过脉宽控制电路去微调电源调整管的饱和导通时间，可以达到稳定输出电压的目的。
需要注意电源调整管由饱和导通状态转入截止状态，主要通过减小基极电流IB后，利用正反馈作用不断减小集电极电流IC和基极电流IB来实现的，电源调整管的饱和导通时间主要是由自激振荡电路决定。但在有些开关电源电路中，自激振荡过程和稳压过程中都要对基极电流IB进行分流，但要注意自激振荡过程中的分流是为了使开关调整管进入截止状态，稳压过程中的分流是为了改变高频脉冲宽度进而实现稳压，一定要区分两者目的的不同。
4 保护电路原理分析
开关电源电路中的保护电路主要包括过压保护电路、过流保护电路和尖峰脉冲吸收电路，这些电路主要是为了保护电源调整管设计的，避免调整管集电极出现较大的冲击电压使其击穿，或者避免出现大电流烧毁开关管。自激式开关电源正常工作的重要条件是振荡电路的正常工作，若停振则电源不工作，所以各种保护电路也是针对着自激振荡电路而设计的。
1）过压保护。由于电网电压波动或负载原因使低频整流输出的直流电压突然升高时，图2中开关调整管V的集电极会受到电压冲击而损坏。保护电路的设计思路是破坏自激振荡的工作条件，通常在开关调整管V的基极和发射极之间接上压控晶体管，当直流电压突然升高时，将这种变化通过反馈绕组传递到压控晶体管上，使其迅速进入饱和导通状态，将开关调整管V的基极和发射极短接，迫使开关管停止自激振荡，开关电源不再有直流电压输出，从而避免过高输入电压对开关管的损害；
2）过流保护。由于开关调整管V处于饱和导通期间，基极有较大电流以维持其饱和导通状态。如果负载电流突然增加，则饱和导通时间会延长，所需的基极电流也会增大。开关调整管V中的基极电流和集电极电流的增加，会引起调整管烧毁。过流电路的设计思路是当基极电流增大时对其分流，通常利用开关调整管V的基极和发射极之间接上的压控晶体管，使其导通构成对开关管基极较大的分流，使开关调整管饱和导通的时间相应缩短，使集电极电流的增长不超过允许值，起到过流保护的作用；
3）尖峰脉冲吸收电路。开关调整管在饱和导通转向截止时，在高频整流二极管尚未导通的时刻，在图2初级绕组L1和次级绕组L2上保持较大的电磁能量，会使线圈L1上出现上负下正的感应电动势。由于分布电容和漏感的作用，容易产生自激振荡并出现较大的尖峰脉冲。为了避免尖峰脉冲击穿开关管，吸收电路的设计思路是消除尖峰脉冲，通常在初级绕组L上并接电阻和电容构成的阻尼电路，消除振荡从而保护开关调整管。
5 结论
由于自激振荡式开关稳压电源的体积小、重量轻、电网电压适应范围宽的优点，目前在彩色电视机和民用电子产品中应用较广泛。开关电源中的稳压电路和保护电路都是针对自激振荡电路原理设计的，自激振荡电路的正常工作是电源正常工作的充分条件，因此在教学和维修过程中，以自激振荡电路原理为核心进行分析，是理解整机工作原理和快速维修的关键。
参考文献
[1]姜夔.电视机原理与维修[M].高等教育出版社，2002.
[2]何祖锡.彩色电视机原理与维修[M].电子工业出版社，2008.
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
关键词：交流电源，短路，电流，熔断器
1、引言
某机交流电源系统由两套独立的交流发电系统组成，它保证向用电设备提供固定频率和电压的三相交流电。正常状态下，两个系统彼此独立工作，分别向各自的负载汇流条供电。在单通道故障情况下，两个系统的负载可以互相转换。每套电源系统都具有发电机接通、断开的控制，电压、频率自动调节，过电压、欠电压、过频、欠频、过频保护及系统转换、相序鉴别等功能。在双通道均故障的情况下，由交流变流器向用电设备提供应急交流电源，保证用电设备的正常工作。地面交流电源通过交流地面电源插座及相序保护器将地面固定频率和电压的三相交流电送至机上左、右交流汇流条。
2、故障现象
某用电设备在接通地面交直流电源后进行正常的通电检查过程中，交流电压表指示为零，交流电源突然断电。
3、故障分析
将用电设备的各开关均恢复，断开地面交流电源向用电设备供电的接头，检查地面交流电源的输出，测量交流电压为117V，地面交流电源工作正常。
由交流地面电源向机上供电原理图（图一所示）分析：
图一
地面交流电不能向用电设备供电原因应是交流接触器盒中的地面电源接触器（以下简称接触器）断电不工作造成。接触器工作电压直流＋27V输入端为左中心汇流条，接触器负端经过相序保护器与用电设备的壳体连接。
因此，初步认为造成接触器不工作的原因主要有以下三种：
其一是工作电压线路短路，即：＋27V（地面直流电源）→左中心汇流条→左交流电源控制供电熔断器（以下简称熔断器）→交流地面电源插座（F、E）→交流接触器盒的P36插头的1号针→接触器的A端线路中有接地现象，造成熔断器熔断，致使接触器无正电输入，而停止工作；另外还有两条可能造成短路的线路，即：＋27V（地面直流电源）→左中心汇流条→左交流电源控制供电熔断器→控制保护器插头1号孔（交流电源检查插销13孔）中如有短路现象也可以造成熔断器熔断，接触器停止工作。
其二是接触器B端地线断路，即：接触器的B→交流接触器盒的P36插头的2号针→相序保护器的5（10）号针→相序保护器的4（9）号针→用电设备的壳体线路中出现断路，也可以造成接触器工作线路不能构成回路，致使接触器不工作。
其三是成品故障，即熔断器、接触器、相序保护器和控制保护器中其一出现故障也会造成交流不供电。
综合上面的分析，首先对机上线路进行短路和断路的检查。测量中发现熔断器已经被熔断，而其它线路导通正常，也没有短路现象。换装一个新的熔断器，接通地面交直流电源，通电检查系统供电正常。然后连续进行两次通电检查工作，也未发现异常。
遂通知相关人员重新进行该项检查工作，当专业人员接通油泵车（一种地面向用电设备输送液压油的装置）时，交流电再次突然断电，交流电压表突然指零，拆下熔断器测量，发现其已被熔断。论文参考网。由于该现象再次出现，于是对用电设备的线路进行全面重新测量，并将相关的成品进行检查。论文参考网。测量发现机上线路并没有出现短路和断路情况，相关成品经有关单位检查均工作正常。然后对各插头进行清理，并重新安装、固定。换装一个新的交流接触器盒和一个熔断器后，通电检查工作正常。
再次通知相关专业进行该项检查工作，同第二次现象一样，当专业人员接通油泵车时，交流电源再一次出现断电现象。检查发现熔断器再次被熔断。连续烧坏三个熔断器，而线路测量又都正常，该如何解释被烧坏的三个熔断器呢？为了能将造成熔断器熔断的真实原因弄清楚，决定在换装另外一个新的熔断器基础上，在中心汇流条至熔断器线路中串联一块电流表，用以观察是线路中电流的变化。测试工作准备好以后，专业人员先进行通电，此时电流指示为0.3A（正常值）。论文参考网。准备工作结束后，通知专业人员接通相关的设备，当各个专业将设备接好后，电流表的电流骤然间增大到18.27A，持续一段时间（3秒左右）后，电流消失。保持座舱各开关及油泵车所在状态，断开座舱总电门，测量熔断器发现其再次被熔断。
为了准确的进行故障定位，决定依次断开所接通的开关及设备，确定造成故障的原因。当依次断开座舱各开关，接通总电门时，观察电流表指示仍然为18.27A。当拔掉油泵车供油管接嘴，接通总电门后，发现电流表的指示为0.3A。然后依次接通座舱内与交联工序相应的开关，发现电流仍为0.3A。当接通油泵车接嘴后，电流又骤变至18.18A，现象很明显，线路的短路是由油泵车造成的，然而油泵车和交流电源系统是两个根本毫无关系的系统，怎么会造成机上线路短路呢？
从现象上看，造成短路的原因是接通油泵车引起的，而从原理上确找不到合理的解释。短路是要构成回路的，表面上看油泵车是如何也不能构成短路条件的。从油泵车的结构及其工作原理我们知道，油泵车所使用的是厂房内380V的交流电，其地线是保护地与用电设备壳体相连；地面电源也使用厂房内的380V交流电，地线也同样是保护地并与用电设备壳体相连。两者在保护地上是关联的，也就是说两者是导通的。而用电设备的线路是经过地面电源插座的F、E与接触器相连的，如果F、E与电源车的电源车壳体相连，就会形成图二所示这样的回路。
图二
而实际测量发现F、E与电源车壳体确如所分析被焊接在电源车壳体上，因此就形成以下回路：正电＋28.5V→左中心汇流条→左交流电源控制供电熔断器→地面电源检查插座F、E→电源车壳体→保护地→油泵车壳体→油泵车供油管内部钢丝→用电设备壳体地。即在用电设备壳体上构成一个完整的回路，此回路即是造成供电线路短路的真正原因。将F、E与电源车壳体脱离，并进行绝缘处理后，重新接通地面交、直流电源，进行该项通电检查工作，一切正常。
【关键词】库存资源；盘活利用；国家电网
为贯彻落实国家电网公司二届三次职代会暨2013年工作会议精神，深化物力集约化管理，实现资源的科学调配和高效利用，国家电网公司下发了《国家电网公司关于开展库存资源盘活利用工作的通知》（国家电网物资〔2013〕372号）文件，要求在全公司范围内开展库资源（库存物资/资产）集中处置和盘活利库工作。国网固原供电公司严格按照国家电网公司与国网宁夏电力公司的安排和部署，扎实有效地开展了库存资源盘活利用工作，实现了库存资源“零”积压工作目标。
一、明确盘活利库范围
1.仓库范围
国网固原供电公司所属全民且在国网MDM系统注册的7个实体仓库。依次为：国网固原供电公司东关北路仓库，原国网城区供电局和平街仓库，国网固原市三营供电公司三营镇南街仓库，国网西吉县供电公司东街中路仓库，国网隆德县供电公司东环路仓库，国网泾源县供电公司百泉街仓库，国网彭阳县供电局北环路仓库。
2.确定库存资源清查范围
上述仓库及库内存放的所有库存资源。
二、确定盘点基准日
以国家电网公司统一确定的“2013年1月31日”为第一次全盘基准日，“每月30日”为新增积压资源盘点基准日。
三、明确工作目标
2013年9月30日前，实现库存资源“零”积压工作目标。
四、工作程序
（一）清理鉴定阶段
1.准备动员
物资清点准备工作。
（1）物资清点准备工作。已确定清查的7个实体仓库的仓库管理人员将所属仓库内的物资分类分区摆放，并做好物资清查盘点的前期准备工作。
（2）成立领导小组和工作小组，制定工作方案。2013年2月4日，国网固原供电公司成立了以主管副经理为组长、监察部和物资供应中心主任为副组长的库存资源盘活利用领导小组，并成立了相应的库存资源盘活利用工作小组。领导小组负责库存资源盘活利用总体工作的协调和督导，研究解决库存资源集中处置及盘活利库工作中的重大问题。工作小组负责制定库存资源盘活利库工作方案，协调解决库存资源集中处置及盘活利库工作中的日常性问题，组织建立资源调配机制和统一调配平台，检查和指导库存资源处置和盘活利库工作。
（3）开展宣贯培训。2013年2月6日，国网固原供电公司在本公司范围内组织开展了《库存资源盘活利用工作启动与宣贯培训会》，印发了《国网固原供电公司2013年库存资源盘活利用方案》，宣讲了《2013年库存资源盘活利用工作手册》。通过认真宣讲和现场答疑，细化了国网固原供电公司开展库存资源盘活利用的工作步骤与工作内容，统一了各单位与各部门的思想，明确了工作程序与工作任务。为确保积压物资清理准确，可用资源得到有序盘活和待报废物资快速处置夯实了坚实的工作基础。
2.清查仓库
2月8日至9日，盘活利用工作组赴各实体仓库，清查和核实了各单位上报的仓库主数据信息，并汇总形成《国网固原供电公司仓库主数据确认单》，并上报至国网宁夏电力公司物资部。
3.盘点物资
（1）清查和盘点基准日库存资源
以2013年元月31日库存为全盘基准日，各仓库管理人员认真核对库存物资台帐，通过以帐对物和以物对帐的方式逐一清点了库存物资，以确保“帐卡物”一致。2月10日前，各单位均完成库存物资的清理与补入帐工作。各单位从ERP系统导出库存物资台帐表后，依次完成一本帐库存类型、库龄年限、物资积压情况及积压类型信息的填写，形成《国网**县供电公司库存资源分类分析表》，2月16日前全部报送至国网固原供电公司物资供应公司。
（2）数据汇总和上报
国网固原供电公司物资供应公司依据各单位报送的《库存资源分类分析表》进行审核与汇总，统计出全盘日国网固原供电公司库存物资为4375.03万元，其中一般工厂内库存物资1423.04万元，代保管工厂库存物资2951.99万元（见表一）。通过对汇总表中物资积压物资填报情况为“是”的物资进行筛选和汇总，形成《国网固原供电公司库存积压资源分类分析表》。依据筛选结果和库存积压情况分类分析，《国网固原供电公司库存积压资源分类分析表》中有积压物资336行项物资，金额922.55万元。2月20日，经主管领导审核后，报送国网宁夏电力公司物资部。
关键词：z-元件、敏感元件、温度补偿、光敏、磁敏、力敏
一、前言
半导体敏感元件对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元件的常见问题，z-元件也不例外。本文在前述文章的基础上，详细介绍z-元件的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏z-元件应用开发参考。
不同品种的z-元件均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大和a/d转换就可与计算机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息时代具有广泛的应用前景，这是z-元件的技术优势。但由于z-元件是半导体敏感元件，对环境温度影响必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏z-元件的温度灵敏度外，还必须研究z-元件所特有的温度补偿技术。
z-元件的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿方法也很多。同一品种的z-元件，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。
二、模拟量输出的温度补偿
对z-元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。
1．应用电路
z-元件的模拟量输出有正向(m1区)应用和反向应用两种方式，应用电路如图1所示，其中图1(a)为正向应用，图1(b)为反向应用，图2为温度补偿原理解析图。
2．温度补偿原理和补偿方法
在图2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令：
ts：标准温度
t：工作温度
qs：标准温度时的静态工作点
q：工作温度时的静态工作点
qs￠：温度补偿后的静态工作点
vos：标准温度时的输出电压
vo：工作温度时的输出电压
在标准温度ts时，由电源电压e、负载电阻rl决定的负载线与ts时的m1区伏安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点qs，输出电压为vos。当环境温度从ts升高到t时，静态工作点qs沿负载线移动到q，相应使输出电压由vos增加到vo，且vo＝vos＋dvo，产生输出漂移dvo，。若采用补偿措施在环境温度t时使工作点由q移动到qs￠，使输出电压恢复为vo，则可抑制输出漂移，使dvo＝0，达到全补偿。
(1)利用ntc热敏电阻
基于温度补偿原理，在图1(a)、(b)中，利用ntc热敏电阻rt取代负载电阻rl，如图3(a)、(b)所示，温度补偿过程解析如图2所示。
在图3电路中，标准温度ts时负载电阻为rt，当温度升高到工作温度t时，使其阻值为rt￠，可使静态工作点由q推移到qs￠，由于rt.<rt￠，故应选ntc热敏电阻。当温度漂移量dvo已知时，只要确定标准温度时的rt值及合适的温度系数(即b)值，使得在工作温度时的阻值为rt￠，即可达到全补偿。
(2)改变电源电压
基于温度补偿原理，补偿电路如图4(a)、(b)所示，图5为补偿过程解析图，其中负载电阻rl值不变，当温度由ts升到t时，产生输出漂移dvo，为使dvo=0，可使es相应增大到es￠，若电源电压的调整量为de，且de= es￠-es，要满足de=-kdvo的补偿条件，可达到全补偿。其中，k为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数k与负载线斜率有关，可通过计算或实验求取，且：
为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型 ptc热敏电阻、ntc热敏电阻或温敏z-元件来改变电源电压e，达到补偿的目的：
①采用缓变型ptc热敏电阻
采用缓变型ptc热敏电阻的补偿电路如图6所示。
在图6中，z-元件与负载电阻rl构成工作电路，工作电路的直流电源电压e由集成稳压电源lm317电路供电，rt为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻rt的lm317电路的输出电压为：
按温度补偿要求，当温度增加时，电源电压e应该增加，rt应该增加，故rt应选缓变型ptc热敏电阻。r2用于设定电压e的初始值，合理选择ptc热敏电阻rt的初始值及其温度系数，使之满足de=-kdvo的补偿条件即可达到补偿的目的。
②采用ntc热敏电阻
因缓变型ptc热敏电阻市售较少，而且补偿过程中温度系数也难于匹配，多数情况应采用ntc热敏电阻。
若采用ntc热敏电阻进行补偿时，也可采用图6所示电路，但要把r1与rt互换位置。
当采用ntc型热敏电阻时，为了便于热敏电阻的补偿匹配，可利用运算放大器，实际补偿电路如图7所示。
在图7中，rt为ntc热敏电阻，a为由单电源vcc供电的反相输入运放构成的比例放大器，通过该运放的反相作用，使lm317的输出电压eo适合工作z-元件工作电压e的补偿极性要求。例如，温度升高时，eo下降，e增加；反之温度降低时，eo增加，e减少。该补偿电路的另一优点是，可通过运放比例系数的附加调整便于ntc热敏的补偿匹配。
(3)差动补偿
①并联差动补偿
运放的第一级几乎没有例外均采用差动电路，并利用差动电路的对称性和元器件特性的一致性来补偿温度漂移。z-元件也可采用这种方法，补偿电路如图8所示。其中，图8(a)为正向应用，图8(b)为反向应用，图8(c)为实际补偿电路。其中z为工作z-元件，zc为补偿z-元件，rl与rc为相应的负载电阻。
补偿原理：对差动对称电路，当左右两侧工作z-元件z与补偿z-元件zc的静态伏安特性与动态温度系数完全一致，以及电阻rc与r阻值及其温度系数也完全一致时，采用浮动输出，因始终保持vo=voc，当环境温度改变时，也不会产生温漂，而工作z-元件有其它外部激励作用(如光、磁、力等)时，则可产生有效输出。
理论上，若左右元器件完全对称，在标准温度ts时，浮动输出dvo=vo-voc=0，当温度升高到工作温度t时，因左右两支路电流同步增加，dvo=vo-voc=0仍然成立。实际上，左右两支路元器件不可能完全对称，特别是z-元件有一定的离散性，使dvo不可能完全为0。因而，除按补偿精度要求，对z-元件的一致性进行严格筛选外，在电路上应采用辅助调整措施，如图8(c)中利用电位器rw。
②串联差动补偿
并联对称补偿的缺点是浮动输出，为变成单端输出还需要一个双端输入到单端输出的转换电路。采用串联对称补偿可克服这一缺点。
串联对称补偿的原理电路如图9所示。其中图9 (a)为正向应用，图9 (b)为反向应用，图9 (c)和(d)为实用化补偿电路。
补偿原理：该补偿电路为“上下对称”结构，元器件的一致性要求与并联对称补偿的要求相同。在标准温度ts时，工作电流流过上下分压支路，使输出电压vo=e/2。温度升高到工作温度t时，工作电流虽然增加，但输出电压vo仍为e/2，不产生温度漂移。而工作z-元件当有其它外部激励作用时，可产生有效输出。
该补偿电路的缺点是静态输出电压不为零，为使静态输出电压为零，需附加电平位移电路。
三、开关量输出的温度补偿
开关量输出电路示于图10，(a)为电阻接地，(b)为z-元件接地。开关量输出的温度补偿与模拟量输出的温度补偿相比，两者的补偿目的不同。后者是模拟信号，当温度改变时，引起静态工作点偏移，通过补偿调整静态工作点，使输出电压恢复稳定。前者是数字信号，数字信号的温度稳定性及其补偿技术是一个新问题。在研究开关量输出补偿原理与补偿方法之前，必须先引入有效跳变与跳变误差的新概念。
1．有效跳变与跳变误差
温、光、磁、力四种z-元件均可相应构成温控、光控、磁控、力控开关，提供开关量输出，用于对物理参数的监控与报警。其中，除温控开关外，对这些控制开关的基本要求是应具有温度稳定性。也就是说，在光、磁或力等外部激励作用下，并达到设定值时，应准确地产生输出跳变，称为有效跳变。而不应受环境温度影响产生跳变误差。由于开关量输出是数字信号，其跳变误差也必然是两种极端的情况，为研究方便分别定义为超前跳变误差和滞后跳变误差。实际上，由于z-元件的vth值是温度的函数，当环境温度改变时，因受vth变化的影响，超前与滞后两种跳变误差都有可能发生。
若环境温度升高，使vth下降，当满足状态转换条件vz3vth时，外部激励虽未达到设定值，可能产生“不该跳也跳”的超前跳变误差；反之，若环境温度降低，使vth增加，这时外部激励虽已达到设定值，但由于不能满足状态转换条件vz3vth，则可能产生“该跳不跳”的滞后跳变误差。
为克服这两种跳变误差，在电路设计时必须考虑温度补偿技术。因此，对光、磁、力敏z-元件构成控制开关的设计原则是：在外部激励作用下，必须能够满足状态转换条vz≥vth，而产生有效跳变；而当环境温度变化时，则不应满足转换条件vz≥vth，不致产生跳变误差。前者通过合理地选择静态工作点来达到，后者则应采用温度补偿技术加以保证。
2．温度补偿原理
上面已经分析过，因为z-元件的vth、ith对温度有一定的灵敏度，所以z-元件的开关量(光、磁和力敏)输出会产生超前跳变和滞后跳变误差。
使用者在设计电路时，是依据有效激励(光、磁和力等)的大小来确定静态工作点qs，这时z-元件两端的电压为vzs，并具有下述关系：
vth -vzs=dv (1)
当t(℃)升高时，因vth减小，dv就减小。当减小到dv=0时，即vzs =vth时，就产生了超前跳变误差；同理，当t(℃)下降时，因vth增大，dv就增大，以至于大到有效激励作用时，也不产生跳变，这就产生了滞后跳变误差。当我们选定负载电阻rl值和电源电压es后，静态工作点qs就确定了。因此，z-元件开关电路设计的着眼点应在于dv 的取值。既要保证z-元件在有效激励时，能产生有效跳变；而通过温度补偿又能保证dv的初始设计值不随温度变化，即可消除超前跳变误差和滞后跳变误差。
3．温度补偿方法
(1)负载电阻的确定
图11(a)是开关信号电路的工作解析图，图11(b)是开关信号的波形图。开关量输出的输出低电平vol不是直线，其变化规律以及跳变幅值与m1区特性和静态工作点的设置有关，这是z-元件开关量输出的特有问题。为保证应用中有足够大的跳变幅值，输出低电平不致太高，必须合适的设置静态工作点，因而当电源电压一定时，合理的选择负载电阻rl的值十分重要。
z-元件在没有输出开关信号，即工作在m1区时，其功耗是很小的，只有工作 在m3区时，其功耗才增大。从图11(b)可知，开关信号的低电平不是常数，因vol=izrl，当温度升高时，iz增大使vol增大，而且负载电阻rl越大，低电平增大值也越大，因此，为了降低vol，要求rl越小越好。由于受z-元件功耗的限制，rl不能无限制的减小，为了z-元件安全工作和降低电源的耗电，可选择z-元件的工作功耗为额定功耗的1/5，即pz=0.2pm，pz=0.2pm=izvz=ifvf。通过下述计算即可求出合适的负载电阻rl值：
按照产品标准的规定：
vf≤vth/3
取：vz=vf=vth /3，
if=(e-vf)/rl=(vth-vf+ithrl)/rl
因为ithrl很小，忽略不计，所以： ,
所以： （2）
(2)电源电压es的确定
由图12可知
es=vzs+izsrl
= vth ?dv+ izsrl
因为izsrl很小，只有0.1~0.2v，所以将其忽略不计，常温下电源电压es为：
es ≈vth ?dv
考虑到电源电压调变时，可能存在误差，初始设计的dv值不能过小，其最小值建议为(5~10°c) sp （sp为阈值点的温度灵敏度）。所以：es= vth +(5~10°c) sp (3)
(3)同步改变电源电压
从图12我们知道，当温度上升到t1时，阈值点p将左移至p1点，若通过补偿能自动将电源电压由es调整到e1，使工作点从qs左移至q1，并使(1)式成立，dv即可保持不变，此时vth1 ?vz1 =dv；当温度下降到t2时，p点将右移至p2点，若将电源电压es由es自动调整到e2，并使(1)式成立，dv仍可保持不变，此时vth2 ?vz2 =dv即可消除跳变误差，达到补偿。
在t1时，电源电压为e1： e1= vth1+(5~10℃) sp = vth +(t1-t) sp+(5~10℃) sp
在t2时，电源电压为e2：e2= vth2+(5~10℃) sp = vth +(t2-t) sp+(5~10℃) sp
在工作温度范围t2~t1间电源电压的调变量为de：
de＝e2-e1=(t2-t1) sp （4）
从(4)式可以看出，该开关量输出电路的电源，应该是具有负温度系数的直流电源，该电源可选用图6中的电源e，只需把rt换成ntc电阻，或用图7中电源eo。
四、脉冲频率输出的温度补偿
1．应用电路
z-元件的脉冲频率输出有不同的电路组态，其应用组态之一如图13所示。该电路当电源电压e恒定时，在光、磁或力等外部激励作用下，输出端vo可输出与外部激励成比例的脉冲频率信号，称为有效输出，波形为锯齿波，如图14所示。作为半导体敏感元件，由于环境温度对有效输出也具有一定灵敏度，这将严重影响有效输出的检测精度，当环境温度变化较大或检测精度要求较高时，必须通过温度补偿对温漂加以抑制。
2．温度补偿原理
z-元件的输出频率f与工作电压e有关，与电路结构以及参数有关，也与使用环境温度有关。当电路结构以及参数一定时(c=0.1mf，rl=15kw)输出频率f仅与工作电压e和工作温度t有关。为研究温度补偿原理，确定合适的补偿方法，特列出三者的隐函数关系：f = f ( t , e )
如果把z-元件构成的频率输出电路看成是一个线性系统或者可进行线性化处理时，可利用叠加原理对该隐函数求其偏微分：
当电源电压改变de，并恰好克服由温度变化dt对输出频率的影响时，输出频率将保持不变，即df = 0，则：
若设： 为温度灵敏度, 为电压灵敏度，
进而得：stdt= - se de
为进一步定量地确定电压e和温度t之间的补偿关系，可定义温度补偿系数c为： [°c/v]
一、基于工作任务重构教学内容
当前,与企业相结合进行基于工作过程的课程开发与设计是高职课程建设的方向。《电力电子技术》课程应针对维修电工所从事的涉及电力电子的典型工作任务,如筛选电力电子元器件、识读电力电子图纸、根据电气线路图安装接线、系统调试、运行维护、故障诊断维修等进行分析,归纳总结出任职所需要的工作能力,然后围绕维修电工所涉及的岗位任职能力要求,按照认知规律和技能养成规律以及高职学生的特点,选择设计教学项目。本课程以电力电子器件在变频器、感应加热电源、交流开关中的应用,主电路安装调试,基本控制电路的信号分析与检测等为主要教学内容。依据岗位要求和职业标准,将课程分为认识电力电子器件、直流调速装置应用与检修、中频感应加热电源安装与调试、开关电源、工业调温电炉、变频器六个教学项目。每一个教学项目均以典型应用实例为载体,根据具体情况设立若干任务,内容涉及工业、民用的多个领域。
(一)认识电力电子器件项目
了解半控型、全控型电力电子器件的结构、工作原理,熟悉导通关断的条件和主要参数,掌握器件的主要特性、特点和使用场合,初步具有根据不同应用正确选择开关器件的能力。
(二)直流调速装置应用与检修项目
掌握可控整流电路的波形分析和参数计算,掌握有源逆变电路的工作原理并了解逆变失败原因,熟悉检测和保护环节,能对调速装置的常见故障进行分析处理。
(三)中频感应加热电源安装与调试项目
熟悉感应加热装置的应用及组成,掌握中频感应加热电源逆变主电路工作原理,了解使用中的注意事项,能够对感应加热设备进行调试、故障分析与排除。
(四)开关电源项目
了解开关电源的过压、过流保护及软开关技术,熟悉开关电源构成及各环节的作用,掌握开关电源核心技术DC/DC变换的工作原理,能够对开关电源的典型故障进行分析检修。
(五)工业调温电炉项目
熟悉工业调温电炉的构成及各环节的作用,了解交流开关的应用,掌握交流调压、交流调功电路的基本原理和波形分析,了解三相交流调压电路,熟悉工业加热系统的安装调试与维修。
(六)变频器项目
熟悉变频器基本结构、工作原理和PWM控制技术,熟悉变频器的参数设定与应用技术,能进行变频器简单主电路的分析与计算。
二、基于工作过程实施教学
课程以典型应用案例为主线,采用“教、学、练”一体的教学模式和“一生,二熟,三出巧”的以多重循环来强化核心技能的教学手段开展教学活动。在教学过程中,严格按照职业岗位工作步骤,即资讯计划决策实施检查评价六个环节进行,逐步培养学生作为工作者的工作态度、职业道德、团队协作能力和沟通能力以及其他可迁移能力[2]。在实施过程中,让学生熟悉从事该行业工作应该遵守的职业规范与工艺标准等。下面以中频感应加热电源安装调试项目的教学过程为例进行介绍。
(一)资讯
下发项目任务书、引导文、评价表等,指导学生学习相关知识。项目目标:熟悉中频感应加热电源构成环节及各环节作用,掌握主电路的工作原理和过压、过流保护,了解使用中的注意事项,熟悉中频感应加热设备常见故障表征、常见故障处理和日常维护方法,熟练掌握用示波器和万用表测量关键工作点信号,具有安全意识、团队协作能力、组织管理能力等。针对项目提出的一些技术要求,学生通过各种方式学习相关知识;教师结合案例集中介绍项目实施的目的和内容,解答学生提出的问题,帮助学生掌握完成该项目应该掌握的知识和技能。
(二)计划
根据项目内容和教学条件将学生分组。小组讨论总体设计和制作方案,包括整体设计方案、实现方法等。把工作任务进行分解,明确分工,同时谋划实施的具体细节。考虑安全、可靠性、成本等因素,确定详细设计制作方案,包括感应加热电源系统原理图、维修流程图、维修工具清单、仪器仪表清单、元件明细表、进度等。
(三)决策
小组提交实施计划和方案,教师检查,各组评议确定方案是否可行及提出改进办法,优化方案,直到方案可行,确定后按小组具体实施。
(四)实施
指导教师介绍实施本项目所需设备和仪器、项目实施步骤,强调实施过程中的注意事项,要求学生熟悉所使用设备、仪器的功能与使用方法。学生按照自己拟定的计划,完成加热电源安装调试和故障定位排除,完成项目要求的功能使用。在该过程中,小组成员应分工明确、协调一致,提高动手能力;教师根据学生的实施情况进行相关指导。
(五)检查
检查分为学生自检、小组互检,发现问题及时处理,并记录相关调试和检查步骤以及故障现象和处理方法。
(六)评估
项目实施完成后,指导教师检查数据、记录的波形,安排分组演示和介绍,由教师和其他组同学打分。在六步骤实施过程中,为了激发学生的学习兴趣,可灵活使用项目教学法、案例教学法、讲练结合法、资料检索对比法、现场教学等多种教学方法[3]。同时要有针对性地给予必要的提示、引导,及时收集共性的问题,讨论,达到总结和强化的目的。
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 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出 3 路 24 V、2 A独立输出, 2 路 ±15 V、0.2 A共地输出; 1 路 5 V、1 A 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 110 W。
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 900 V /9 A, 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 1 V 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 500 kHz。
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 200 mA, 最大可达 1 A 峰值电流, 输出的
低电平为 1.5 V, 输出的高电平为 13.5 V。
7 脚 (Vcc): 电源输入端。外接电源电压 Vcc,UC3842 的开启电压为 16 V, 关
断电压为 10 V, 其内部有一个 34 V 的稳压管, 可以保证内部电
路工作在34 V 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(+5 V) 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(16 V) 后, UC3842 开始工作, 此后芯片由反馈线圈供电, 电压维持在 13 V 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(2.5 V）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 1 V)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15 mA。所以 R3>16 V÷1 mA=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 100 μ
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 1 V, 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=1 kΩ, C6=470 pF,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=13 kΩ, C9=3.3 nF, 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 +5 V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=40 kHz, 工作周期 Ts=25 μs; 效率η=0.85; 输入直流电压 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出功率 110 W。
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=0.15 PM=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=173 mm2, a=42 mm,b =21 mm, c=15 mm, 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= 390 mT, 振幅取其一半, 交变磁通密度 ΔBac=0.5 Bmax=195 mT=0.195 T。
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±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 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+5 V+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, 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=3 Ip1,则 ton时间内流过电流的平均值 Iav=Ip2- Ip1=2 Ip1。在周期 Ts内的平均输入电流 Is=P /Us,min=1对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 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+5 V、+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, 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=0.5 ΔBac+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。
参考文献:
[1] 王水平, 史俊杰, 田庆安. 开关稳压电源―――原理、设计与实用电路[M].
西安: 西安电子科技大学出版社, 2005.
[2] 李定宣. 开关稳定电源的设计与应用[M]. 北京: 中国电力出版社, 2006.
[3] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]. 北京: 电子工业出版社,
2005.
[4] 曲学基, 王增福, 曲敬铠. 新编高频开关稳定电源[M]. 北京: 电子工业出
版社, 2005.
5V待机电源（5Vs）
5V待机电源电路如图2所示，TOP210是美国PowerIntergrtions公司上个世纪90年代的产品，是TOP开关系列中的一种。TOP210集各种控制功能及耐压700V的功率开关管MOSFET于一体，采用8脚DIP封装。其中5脚是MOSFET管漏极（D极），1和8脚相通，是MOSFET的源极（S极），4脚是完成占空比等控制功能的TOP控制脚C，在正常工作的情况下，MOSFET的占空比随其控制极电源Ic的增大而减小，从而输出电压也随之下降。接通市电后，C6上的300V电压通过开关变压器TF2的1-2绕阻加到MOSFET的D极，由连接在D和C之间的内部高电压开关电流源为C脚提供电流，通过对C12的充放电而形成自激振荡，经脉冲整流滤波后得到5V电压。R27、R28、R19、D16和Q6等构成简易稳压电路，当市电升高时，5Vs升高，Q6基级电压升高，发射极电流减小，因而流过TOP210的C极的电流增大，随之5Vs下降，从而达到了稳定输出电压的目的。当市电下降其稳压过程类似，不再重复。
接收机刚通电时，待机电源工作，除为待机控制电路提供电源外，还为MCU87C51提供电源，因而在接通市电瞬间，87C51的P1口输出信号，驱动面板上的显示屏和指示灯发亮。
5Vs电源的保护电路主要有三个作用：
(1)尖峰吸收保护电路：D10、C15和R23构成尖峰吸收回路，该回路可防止MOSFET在截止期间被反峰电压击穿。
(2)过流保护电路：当MOSFET漏极电流过大时，过流保护电路开始工作，TOP开关会自动切断输出，从而达到过流保护的目的。
(3)过热保护电路：当MOSEFT的结温度超过135℃时，过热保护电路开始工作，TOP开关会自动切断输出，从而达到过热保护的目的。
主电源电路的构成和原理
KA3842B集成电路是本机电源电路的核心，内含基准电压发生器、振荡器、误差放大器、PWM锁存器、脉冲输出级和过流、欠压保护等电路。其适应的市电范围为180~240V，输出电压误差≤1%。由于采用集成电路，该机电源还具有线路简单和小型化的优点。为了给读者在维修该类电路时提供方便，我们先分析KA3842B的各引出脚功能，并在图3中画出它的内部框图。1脚为补偿端，外接阻容元件来补偿误差放大器的频率特性。2脚是反馈端，将取样电压加至误差放大器的反相输出入端，再与同相输入端的基准电压（2.5V）进行比较，产生误差电压。3脚是过流检测端，外接过流检测取样电阻，构成过流保护电路。4脚外接内部振荡器的定时电容和定时电阻。5脚为接地端，6脚是脉冲输出端，8脚是基准电压端，其值为5V。主电源电路如图4所示，下面我们分析各级电路的原理。
1.抗干扰、整流滤波电路 该电路是5V待机电源电路和主电源电路公共部分，图2、图4、图5中的C6为同一只滤波电容，但为了分析问题方便，把该电路列入主电源电路来分析。如图5所示，市电进入接收机后，首先经过压敏电阻DK1，DK1起到超压保护的作用。C1~C4、T1组成抗干扰电路，滤除进入电源电路的高频干扰，经BD1整流后在C6上得到约300V的直流脉动电压。请读者特别注意的是该机采用了负温度系数热敏电阻RT1作限流电阻。在电流刚流过RT1的瞬间，RT1的阻值较大，这就限制了对C6的充电电流。随后由于有电流流过，使其温度升高，从而使其阻值降低。这样不但不影响开关电源的工作性能，而且自身的功耗也大大下降，从而提高了开关电源的安全性和可靠性。
2.启动电路与自激振荡电路 启动电路由R16、R3、D1和Q3等组成。当接通市电后，5Vs电压建立，经MCU87C51送出高电平的PCS控制电压，该电压使Q3处于截止状态，300V电压经R16、R3、D1向C7充电。当C7上的电压达到16V时，集成电路U1内部施密特比较器输出高电平，U1开始启动。这时8脚有5V基准电压，该5V电压有3个作用：(1)为U1的内部线路提供工作电压；(2)如图3所示，经内部分压后，取出2.5V基准电压加到误差放大器的正端；（3）通过R15对C10充电。经过一定的延误时间后，4脚内部的振荡器起振。C9、R4用以改善内部误差放大器的频率响应，C8是消噪电容。
U1起振后，从第6脚输出的脉冲信号加在开关管Q1的栅极，在脉冲信号的高电平期间，开关管Q1导通，漏极电流流过开关变压器TF1的初级1-2绕阻并逐渐增大，直至Q1饱和导通。同理，在脉冲信号的低电平期间，开关管Q1截止。这时，开关变压器TF1初级绕阻所储存的能量传输到次级绕组上。
当漏极电流流过初级绕组时，次级3-4绕组所输出的脉冲电压经D9、C7整流滤波后，在U1的7脚得到12V的工作电压。D1在此条件下重新导通，和R3、R16、Q3等，成为待机控制电路的一部分。启动电路与待机控制电路密不可分，是本机电源电路的一个特点。由U1的内部电路图3可知，U1的工作电压不能超过34V。
3.脉冲整流滤波电路 开关电源正常工作后，分别经D11、D12、D13、D15、D17和各路滤波电路滤波，分别得出12V（供QPSK解码板）、33V（供调谐器调谐电压）、5V（经三端稳压器降压到＋3V，供CL9100芯片用）、18V（经L318转换成18/14V输出，供LNB使用）及－12V共5组电压。读者请注意以下两点：(1)该机小巧的电源板旁有一小巧的散热用的直流5V电扇，其供电取自主电源5V电源，它直观地反映了主电源的工作状况；(2)为满足高频低电压大电流整流的需要，D15选用肖特基管B10A45V，并配备以大块散热片。读者在分析该机电源电路时，切不可理解本电源的两块散热片为主电源和5Vs待机电源开关管的散热片，实际上，另一块较小的散热片为主电源开关管Q1的散热片。
4.稳压控制环路 本机的稳压控制环路由取样放大器U5、光耦器U22及U1（KA3842B）等组成。当5V电源因某种原因升高时，U5（KIA431）的R极电压将升高，即U5内的电压比较器同相输入端的电压将超过2.5V，该电压与反相输入端的2.5V基准电压比较后比较器将输出高电平，加大U5内三级管的导通程度，U22的2脚电平将下降；与此同时，升高的5V电源将通过R36使U22的1脚电平下降，这一升一降的结果使流过的U22内发生二极管的电流增大，其内的光敏管导通程度加大，U22的3脚电压升高，这时输入到U1的2脚上的电压增大，U1内误差放大器反相输入端电压将超过2.5V，因而该放大器将提前输出一低电平，该低电平加到电流传感比较器的反相输入端，并使其产生一高电平加到 RS 触发器的R端使其复位， Q＝0，Q ＝1 ，通过或非门使 Q1’导通， Q2’截止，Q1开关管将提前关断，因此降低了开关电源的占空比，使开关电源下降到稳定的电压值。当开关电源的输出电压因某种原因下降时，其稳压控制原理不再重述。该稳压环路还通过R38对12V电源进行取样稳压，其原理与上述稳压原理相同。
5.待机控制电路 待机控制电路由待机电源5Vs，87C51输出的PCS控制信号，电子开关Q4、Q5、光耦器U21和Q3、D2、R3、D1及集成电路U1等组成。接收机正常工作时，PCS为高电平，Q4饱和，Q5截止，光耦器U21的1、2脚没有电流流过，光耦器U21内的光敏管及Q3、D2处于截止状态，这时它们对主电源电路的工作没有影响。当机子处于待机状态时，PCS为低电平，Q4截止，Q5和光耦器U21内的发光二极管导通，光耦器4脚为低电平，该低电平一方面通过D2使集成电路U1的1脚为低电平，加到电流传感比较器的反相输入端，使该比较器输出高电平，RS触发器复位，其结果为Q1截止，Q2导通，从而切断了6脚的脉冲输出；另一方面加到Q3的基极使Q3饱和导通，Q3的发射极为低电位，该电位经R3、D1使集成电路U1的7脚电压为零，从而停止了主电源的工作。
6.保护电路
（1）欠压保护电路 当市电低于180V时，启动电源在C7上的电压低于16V，参照图3，这时U1不起振。U1起振后，如负荷加重等原因使U1的工作电压低于11V时，U1也将停振，从而保护了开关电源。
（2）过流保护电路 R12是过流检测电阻。如图3所示，当流过Q1源极的电流增大时，R7上的电压将增大。当该电压大到一定程度时，它将通过R12加到U1的3脚内部的电流传感比较器的同相输入端并使其输出高电平，从而切断6脚的脉冲输出，达到了保护开关电源的目的。
（3）尖峰吸收保护电路 D8、C14、R21构成尖峰吸收回路，该保护电路可防止开关管Q1在截止期间不被反峰电压击穿。
维修方法
了解和掌握该机电源部分的组成和工作原理，对该机的维修实践大有裨益。下面分三种情况进行讨论。
1.接通电源，保险管马上烧黑 这种情况说明电源部分存在严重的短路故障，一般通过在线测电阻值就能很快找到故障。通常在整流滤波电路为压敏电阻DK1、整流桥BD1、变压器T1特别是滤波电容C6击穿；在待机电源部分为TOP210击穿；在主电源部分为Q1击穿。但也有个别情况下用测电阻法不能排除故障，这时用锋利的小刀割断C6与待机电源、C6与主电源的连接线，换好保险管，通电，如果保险管继续烧黑，说明短路发生在整流滤波电路；如保险管不烧断，则分别接上待机电源和主电源，看在接上哪一部分电路时保险管烧黑，即为该部分有严重的短路故障，通过测量和代换等方法就能很快地排除故障。
2.接通电源后显示屏不亮，但小风扇转动正常 很明显这是主电源部分正常而待机电源部分有故障，通过测量和代换就能很快地排除故障。
3.显示屏闪烁不停，小风扇不转 很明显这是待机电源部分正常而主电源部分有故障，接收机不能进行控制和对信号的处理。这时测U1的7脚电压，如果该电压基本正常，说明起动电路和待机控制基本正常，故障可能就在U1和Q1；若测U1的7脚电压为0，则故障在起动电路或待机控制电路，这时一般为R16开路，Q3、U21的3、4脚击穿短路等。
维修实例
例1：接收机无输出电压。这时检查保险管已烧黑，在线检查5Vs电源开关管TOP210已击穿短路并已炸裂，更换后输出电压正常。
例2：接收机无输出电压。这时检查保险管已烧黑，在线测整流桥BD1、C6开关管Q1及TOP210的直流电阻无异常。为了分清故障的部位，用锋利的小刀割断待机电源和主电源与C6的连线，首先检查整流滤波电路。按原规格换好保险管，通电。但在通电瞬间保险管立即烧黑，与此同时，C6上的圆形盖片飞出，该电容炸裂，更换该电容后故障排除。
例3：接收机显示屏及指示灯不亮。打开机子检查，在通电瞬间，5V散热小风扇转动，但很快就不转了，立即拔出电源插头进行故障分析。显示屏不亮，说明待机电源不正常，而5V风扇转动不久就停转，说明主电源基本正常而待机电源可能有某种不很严重的短路性故障，在这一定程度上影响了U1的正常工作，而使其进入保护状态。在线测出5Vs电源整流管D14已击穿，更换一只快恢复整流二极管后故障排除。
是目前通信电源的主体。
2.通信电源设备的特点
2.1 高频开关电源的特点
高频开关电源有很多的特点:①体积小、重量轻、工作效率高、控制精度高、良好的可扩容性、远程监控和动态响应速度快等;②由于其系统的智能化和高频化,在日常的系统维护中,一定程度上减少了工作量,提高了通信电源维护的工作效率;③结构设计模块化;④电池温度补偿功能。
2.2 阀控式密封铅酸蓄电池的特点
此种蓄电池是只留出能的电源,具有体积小、坚固耐用、环境污染小、能量高、使用方便以及安全性高等优点,目前已全面替代了原有的富液式电池,在通信行业中已经得到广泛的运用,而其对通信网络的安全运行起着极其重要的作用,是保障通信网络畅通的最后一种手段。由于该种蓄电池是采用阴极吸收式密封原理,在蓄电池充电的后期,正极会将氧气通过隔极扩散到负极,同时在负极上和产生反应并吸收,进而形成了密闭的循环系统。除此之外,该种蓄电池还采用了吸附式和贫液式隔板设计,这样使得电池自身就有放点小、不渗酸和防爆灯特点,同时给工作人员在日常的维护中带来了很多的方便,减少了日常的工作量。
3.在使用通信电源时应该注意的问题
目前,在通信电源设备中,高频开关电源系统是使用最广泛的系统,高频开关电源系统具有智能化程度高的优点,并且采用的电池是不用维修的,为了保证使用安全,在使用的过程中要注意相关的问题。
3.1不能在满负载状态下长期运行
通信电源的工作性质决定了通信电源系统的不间断的工作状态,一旦长期在满负载状态下运行,整流模块出现故障的机率会大大提高,而且考虑到蓄电池充电容量及系统的冗余性,一般会把通信电源系统的带载率控制在60%以下。自备发电机的频率和输出电源应该符合电源系统对输入电源的要求,发电机的功率要比电源设备的额定的功率要大,否则会造成电源设备工作异常。
3.2 要避免电池大电流充放电
站在理论的角度,电池在充电时是能接受大电流的,但在实际操作中尽量要避免这样做,要不然有可能造成电池极板出现膨胀,导致极板变形,这要一般会导致电池的内阻增大以及温度升高,甚至可能会导致电池的容量下降,使其寿命缩短。除此之外,还要随时防止电池短路或者是深度放电,由于放电的深度和电池的书名有着极为密切的关系,如果放电越深,电池的寿命就越短。在对电池进行放电检修时,放电达到容量的百分之四十左右就可以了。
4.加强通信电源设备运行安全的措施
4.1提高对通信电源的重视程度
通信电源的本身就是机电设备,而不是通信设备,从本质上看,通信电源和通信网中其它的设备有着很大的区别,正是由于这个原因,通信电源设备往往得不到足够的重视,不管是在人力、物力和财力以及相应的管理方面,都得不到相应的保障。但是通信电源设备是通信网络系统中的心脏,是保证通信网络畅通的基础,有着全局性的作用,尽管电源本身不是通信设备,但通信电源却是整个通信网络中最关键的设备之一。所以,无论是在平时的使用中,还是在进行管理维护工作中,都要对其予以高度的重视。
4.2加强通信电源设备管理上的专业化
通信电源作为一个专业,而且是一个包括多种学科和系统的大专业,因此要求在通信网络中各级的管理维护方面都要有相对独立的专业管理机构和管理人员。要对通信电源进行相应的专业管理,如果让其他专业的工作人员来代管通信电源专业是不合理的,也是不科学的。
4.3做好通信电源设备的维护和检修工作
在进行日常的通信电源设备维护中,蓄电池的维护测试工作时相当复杂的,但必须要认真仔细对待,因为目前的蓄电池基本上都采用的是免维护的封闭式的电池,尽管使得平常的维护程序简单了很多,然而在实际的维护工作中要尽量做到这些工作:
(1)如果电源系统出现故障,要先查明原因,要确定是负载还是电源系统,是主机还是电源。开关电源系统虽然有自己检测故障的功能,但是它只是对面的粗略检测,找不出具体的故障原因,对更换配件很方便,如果要进行故障点的维修,依然需要进行大量的分析和检测工作。而且自检部分一旦出现故障,显示的故障内容也就不准确了,很可能是有误的; (2)主机如果发生故障时,要及时查明原因,排除一些故障之后才能再次启动,要不然会出现连续相同的故障。不管是什么样的设备都有一定的使用寿命,也都会出现不同类型的故障,如果把维护工作尽量做好,就可以延长设备的使用寿命,同时还可以减少故障的发生。因此,
不要认为高智能和免维护而忽视了对通信电源设备的基本的维护工作,预防不管在任何时候和地点都是保障安全运行的重要手段;
(3)高频开关电源在正常使用时,对主机的维护工作量是很少的,通常是防尘和要进行定期除尘,特别是在气候比较干燥的地方,由于空气中的灰尘比较多,灰尘会在机内沉积,一旦空气较为潮湿时,就会出现主机紊乱导致主机的工作失常,同时还发生一些不准确的告警;
(4)蓄电池有存储直流电能的功能,蓄电池电容量的大小和电池容量是成正比的。所以,蓄电池的检修维护工作时相当重要的,尽管蓄电池目前采用的都是免维护的,这只是免除了以前的测比和配比等工作,必要的定期充放电测试、对电池进行均衡充电的工作是必不可少的;
(5)在更换蓄电池组后必须要对蓄电池组进行充放电测试,以确保蓄电池性能能达到设计要求;
(6)在进行蓄电池搬运时,要尽量搬运电池的底部,要避免在端子不用力,也不能打开气阀,在使用阀控式免维护蓄电池之前,无需对液面进行检查,也不需要加水,不能把蓄电池放在产生火花的地方和一些密闭场所,免维护铅酸蓄电池除了在经常震动下要正立使用之外,其它时候在放置上没有具体的限制和要求,相邻的蓄电池的接线要尽量紧密些,如果是多排使用,要了保证较好的散热性,各列之间包保证十毫米的距离左右,在连接好之后要用绝缘盖盖好各导电体并且拧紧绝缘盖;
5.结束语
总之,通信电源设备是供给整个通信系统的能源基础,有着极其重要的作用,通信电源一般不出事,出的都是大事。所以,对通信电源设备在运行时的安全问题要引起高度重视,要做好相应的管理和维护工作,进而保证通信电源设备持续安全、可靠的运行。
参考文献:
[1]沙骏.浅谈电力通信电源的系统管理[J].科技咨询导报.2007(7).
[2]周蕾浅谈通信电源的日常维护与巡检工作[J].中国科技纵横.2011(4).
[3]陈稳.浅析通信电源质量与维护[J].中国科技博览.2010(3).
[4]罗大林.现代通信电源管理与维护[J].中国科技博览.2010(1).
