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電源電路設計方法范文1

[關鍵詞]激勵器 穩壓電源 恒流源電路 過流保護 解決方案

在無線電視信號的傳送過程中,電視發射機是主要設備,起著不可替代的作用。它將視頻信號與伴音信號進行載頻調制并放大到一定的功率,然后把已調波高頻振蕩經雙工器送到天線,再以電磁波的形式輻射出去,發射機的功率越大電視信號的覆蓋范圍越廣。電視發射機由激勵器、功放單元、主控單元、電控單元、開關電源、無源部件、冷卻系統組成。其中激勵器的±12V穩壓電源至關重要,穩壓電源的性能好與不好,將直接影響電視圖像和伴音的質量,影響激勵器的正常工作,也將決定發射機的故障率的高低。

在實際工作應用中,我們發現激勵器±12V穩壓電源電路存在兩個問題:一是其恒流源電路運行不穩定;二是其“過流保護”時而干擾正常工作。

原發射機的±12 V穩壓電源原理圖如圖1所示。

圖中的BG6、BG7、BG8組成恒流源電路,作為差分放大器BG13的負載電阻,同時也是復合調整管中BG10上的偏置電阻。在實際工作中, BG7、BG8(3CG1D)很容易損壞,致使±12V穩壓電源故障率高,工作也極不穩定。由于在電路中BG6(2DH100)為恒流管,用萬用表的電阻檔測量其兩個管腳的正反向電阻時,呈現二級管正反向電阻特性。BG6(2DH100)在電路連接中,相當于二極管“正極”的那個管腳接低電位,二極管“負極”的那個管腳接高電位,所以BG6在電路中工作時所呈現的內阻為無窮大,又由于BG6為恒流管,BG6的輸出電流在數值上也是恒定不變的,正因此,造成BG7、BG8(3CG1D)很容易損壞。

圖1

解決方案:基于以上分析,將BG7、BG8從電路板中焊下,將BG6改接在BG10的集電極和基極之間,相當于二級管正極的那個管腳接BG10的集電極,二極管負極的那個管腳接BG10的基極,這樣不僅避免了對BG7、BG8的損壞,也使恒流源電路運行更安全穩定。

如圖2所示。

激勵器±12V穩定壓電源在工作中還存在著開機瞬間或連續撥動電源開關時,經常出現電源本身發生“過流保護”現象,致使電源面板上的電表的表針反打,使發射機無法正常播出。經過對電路原理(如圖1)的分析和反復實踐,終于找到原因,是由于

圖2

過流保護電路中的C3上的電壓來不及泄放,致使BG11的基極處于高電位,使限流保護電路誤動作造成的。所以,當每一次發生故障的時,將C3用短路線短路一下,放一下電,±12V穩壓電源即可正常。

電源電路設計方法范文2

關鍵詞：LED；多路平衡電路

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-02

一、LED與多路LED電流平衡電路

LED是一種利用固體半導體材料作為發光材料，通過導電，使得其中的半導體發生載流子的復合變化，從而釋放出能量，引發光子發光的裝置。LED的中文全稱為發光二極管，是當前應用最為廣泛的照明設施之一。LED之所以能夠成為當前世界上應用最廣泛的照明設施之一，在于其多方面的優勢。

其一，LED的照明高校節能。相較于普通的白熾燈（60W），一個LED燈管（10W）連續運行100個小時，所消耗的電能是白熾燈（60W）運行17個小時所消耗的電能。而二者在照明的效果上是一樣的。由此可見LED照明效率之高，能耗之低。其二，LED的壽命非常高。由于采用了半導體材料，加之其結構簡單，無燈絲，無玻璃泡等裝置，因此使用壽命可以高達50000個小時。相較于LED，普通的白熾燈的使用壽命只有短短1000個小時。其三，LED照明效果良好，環保健康。LED可以將9成以上的電能轉換成光能，并且由于是直流驅動，所以不存在頻閃的問題，因此照明效果很好。不僅如此，由于LED發出的光不含有紫外線和紅外線，因此光線健康。以上特性，使得LED的應用得以迅速拓展。

LED是由恒流驅動電路構成，那么在恒流驅動電路的設計的時候，需要充分考慮到一系列的因素。第一，恒流驅動電流可以通過單一的外界電阻來設定；第二，需要嚴格控制恒流工作電壓，將其電壓保持在最低限度；第三，在恒流電流輸出的時候，可以采用數字信號進行控制，從而滿足LED供電驅動對反應速度的要求。因此，在LED供電電路的設計中，需要考慮到上述因素。本文通過分析比較三種供電電路的優劣點，嘗試性的進行了多路LED電流平衡電路設計和運用。

二、LED恒流供電電路比較

對于LED電源來說，要求其實就是恒流限壓。在某種程度上，LED燈的壽命和可靠性，其實是有LED的驅動電源決定的。如果沒有恒流限壓的驅動電源，就不能夠保證LED等發光的均勻性和長期性。不僅如此，由于LED需要長期滿載行工作，因此就需要較高的供電效率。當前，對于LED電流平衡電路的設計，有很多的方法。下面就當前比較流行的TL431，來對一些簡單的LED電流平衡電路的設計進行介紹：

（一）單個TL431恒流電路

圖1 單個TL431恒流電路設計示意圖

從圖1中我們可以看到，單個TL431恒流電路設計，其實就是利用了單個的TL431恒流系統。這是一個比較簡單的電路設計，其恒流是以431的2.495V為基礎的。同時，此電路設計也同樣限制了LED上面的壓降。這一設計的最大的有點在于其簡潔性。電路設計非常簡單，所需要的電子元件也很少，因而成本低廉。不僅如此，由于采用了TL431的基準電壓，保證了其高精度。同時R12，T13只要采高精度電阻，恒流精度比較高。但是，這一電路設計同樣存在著一系列的缺點與問題。由于TL431是2.5V基準，故恒流取樣電路的損耗極大，不適合做輸出電流過大的電源。不進如此，此電路設計的最大缺陷，也是最致命的缺陷在于，不能進行空載。因此，這一電路設計只適合內置，不能作為外置式的LED電源進行運用。

（二）單個TL431恒流改進型電路

圖2 單個TL431恒流電路改進型設計示意圖

如圖2所示，對單個TL431恒流電路設計進行進一步的改進，可以得到一個新的恒流電路設計。與單個TL431恒流電路設計一樣的是，這一電路設計也是基于相同的基準來實現恒流（TL431的2.495V）。但是，這一電路設計與上面的電路設計存在一定程度的差別，這一改進型的電路設計減少了電流取樣電路的電壓，只要合計設計R12，R13，R14的值，可以限制LED上面的壓降。因此，這一點路與上述電路一樣，最大的有點在于其簡潔性，因而電路設計簡單，所適用的電子元器件較少，成本較低。相較于前面的電路設計，該電路設計可以實現空載。但是，需要注意的是，該電路設計中空載依然是其軟肋。當輸出空載時，輸出電壓會有上升，上升幅度由電流取樣電路電阻與R12，R13的比值決定。

（三）兩個TL431恒流電路

相較于上述單個TL431橫流電路的電路設計，雙TL431恒流電路，包括了兩個TL431。在此電路設計中，使用兩個TL431加少數元件即可組成恒流電路，相對于線路較復雜、采用元器件較多的恒流檢測控制電路，不僅成本大大降低，更能滿足LED照明技術越來越小型化的要求。

三、多路電流平衡控制電路設計

要實現LED電路多路電流平衡控制，主要有兩種實現方法。一種方法是每路恒壓后搭配限流電阻，另外一種方法每一路LED串都用一個恒流轉換電路來控制。

前者的做法恰如圖4所示，在同一個電路支路上，進行多個LED的串連。這樣的做法，一方面可以提高電路供電的效率，同時也可以在整體上實現能耗的降低。該電路設計的優點在于其平衡性，但是該電路的電阻選取需要基于LED的個數。當LED的數量發生變化后，電阻就需要重新極端。因此，降低了整體的效率。

后者的做法恰如圖5所示，在電路設計中，每一路LED串都用一個恒流轉換電路來控制。在這一設計之中，最大的有點在于可以不需要電阻，因此就可以不考慮LED串之間的正向特性不一致狀況。因此，本系統具有易于維護的特點。但是，其缺點也是比較明顯的，最顯著的特點就是在于其復雜性。

在綜合比較了兩個多路LED電流平衡電路的設計方案后，本文選擇設計方案二作為多路LED電流平衡電路的設計。該設計其實就是每個支路LED串的獨立恒流驅動方式。在之前設計的單路恒流電路的基礎上，加入多路控制電路和升降壓自動切換電路，就構成了一個完整的低成本多路控制器。

四、結束語

本文基于CSMC0.5μm DPTMCMOS工藝庫芯片設計了一個多路LED電流平衡電路，在原有的單路恒流電路設計基礎上，實現多路控制與升降壓自動控制，從而是設計出一個完整的低成本多路控制器。本設計工藝簡單，成本低廉，并且具有高精度性與電流平衡能力，可以有效的支撐中小功率LED照明系統。

參考文獻：

[1]陳景忠.一種直流LED恒流源電路分析與研究[J].電源技術，2012，12：1928-1930.

[2]郭陽，杜捷.室內照明用節能環保型LED電源的研究[J].電源技術應用，2012，11：142-144.

[3]張輝，呂昱洲，崔培培.基于Boost的大功率LED恒流驅動電路[J].現代科學儀器，2013，01：97-99.

電源電路設計方法范文3

關鍵詞： 開關電源；井下電機；PWM；UC1525A

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A

井下智能鉆井工具一般采用渦輪發電機作為電源，驅動井下電機控制執行機構工作，實現井下閉環控制。渦輪發電機輸出的直流電壓受泥漿脈沖影響，波動大，未經過開關穩壓，導致電動機供電電壓不穩定，在低速運行時不平穩，限制了電動機的低速性能，影響井下智能鉆井工具正常工作。為此，設計了一種井下DC-DC開關電源，為井下電機提供穩定直流電壓，確保電機在低速狀態下平穩運行，進而提高井下智能鉆井工具工作的可靠性及穩定性。

1 總體設計方案

1.1 總體電路設計

DC-DC電源工作在井下高溫高壓環境中，且靠近發電機及力矩電機震動源。在這種環境溫度下，常規半導體電子器件及其組成的電路將難以可靠工作。本設計中輸入電壓高于輸出電壓，為盡可能減少所用器件以降低高溫情況下因單個器件不穩定導致平均工作壽命減少的情況發生，對比其他電路結構及功率輸出情況后，采用BUCK結構電路。開關頻率定為3kHz，輸入直流電壓范圍：90-220V，輸出電壓：48V±2V，輸出電流：10A±2A，最大功；500W，最大外徑：100mm，工作溫度：125℃。

1.2 主電路設計

主電路中，輸出濾波電感采用鐵硅呂磁環，以適應井下振動環境，電感按臨界模式計算，為：

式中Vo為輸出電壓，Dmin為占空比最小值，Iomin為輸出電流最小值，T為周期。

單個電感采用五個77191A7鐵硅鋁磁環疊加共繞，采用了多個磁環疊加繞制后并聯使用。

輸出端濾波電容最小值滿足：

PWM控制電路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，該控制器工作溫度可到125℃，滿足井下工作環境對器件的要求，輸出級為兩路圖騰柱式輸出，最大驅動電流200mA。

開關MOS管的源極是懸浮的，為形成相對的驅動電壓Ugs，采用變壓器隔離驅動，開關管采用MOSEFT，驅動功率相對較小，為加速MOSEFT快速導通和截止，減少開關損耗，輸出端加入耦合電容和PNP型三極管。為防止由于變壓器漏感帶來的尖峰電壓擊穿MOSFET，采用鉗位二極管。

考慮到井下高溫強振的工作環境，高頻變壓器采用德國VAC公司超微晶磁材料VITROPERM 500F（居里溫度為600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作開關電源功率變壓器，鐵損低，飽和磁通密度、磁導率高，可以抵抗強振動應力。

通過以上設計與計算，得到主電路電路設計圖如圖1所示。

1.3 單端正激式輔助電源設計

為保證主電路PWM控制器穩定工作，引入輔助電源，為開關管驅動電路及兩個PWM控制器UC1525A供電。設計參數12V/400mA，即該電路可實現輸入60～200VDC，輸出12V/400mA。由于主電路采用的是BUCK非隔離結構，輔助電源設計時為簡化電路采用非隔離式，如圖2所示。

輔助電源中，考慮渦輪發電機整流后的電壓容易超出三極管極限參數，為保證穩定，自啟動電路設計采用兩個三極管串聯使用， Rb1，Rb2 ，Rc1為限流電阻。C13上的電壓給輔助電源上的PWM控制器提供啟動時間，隨后當變壓器輸出端有穩定電壓時，將由輸出端提供能量。為防止輸出端負載對充電回路的影響，加入二極管D14。采用該種方法設計可以減少限流電阻上的損耗，保證輔助電源穩定啟動，為主電路PWM控制器提供相對穩定的電源做好鋪墊。

單端正激式變壓器磁芯材料采用德國VAC公司的超微晶材料磁環W373，由于輔助電源功率較小，故開關頻率可以取得稍大，開關電源頻率為50KHz。

整流濾波電路設計同BUCK結構設計類似。控制器同樣采用TI公司的UC1525A，與BUCK結構設計方法相同。

1.4 開關電源熱設計

本文所設計的開關電源在井下高溫強振環境中工作，必須將發熱器件產生的熱量盡快發散出去，使溫升控制在允許的范圍之內，以保證可靠性。考慮工作環境特點，本設計采用散熱片為開關電源散熱。

MOS管采用IRFP460A，為盡可能好的散熱，將功率管固定于散熱片上，功率管和散熱片之間加入導熱系數好的散熱硅脂。

2 開關電源性能測試

為確保所設計的開關電源能夠滿足系統性能需求，在實驗室對樣機進行性能測試。

2.1 開關電源基本功能測試

由于前端電壓波動較大，為更好地看到效率與輸出功率及輸入電壓波動情況，采用取樣分別測量整流后電壓70V、100V、145V、195V時效率隨輸出功率變化情況。測量輸出功率時用直流檔，測量整流前端輸入功率時用有效值檔，結果如表1所示。

2.2 開關電源可靠性測試

滿額功率輸出時，溫度達到動態平衡時開關管最大溫升約為15℃（采用點溫儀測試）。電壓及紋波參數均未出現異常現象，常溫特性比較好。電源性能良好，輸出電壓誤差小于1V。經過近800次開關通斷電，電路工作狀況未發生問題，電路輸出電壓不受影響。

長時間工作于150℃時，電路板及開關器件均正常，隨著負載功率上升，輸出電壓有下降趨勢。

3 結論

3.1 應用于鉆井井下的開關電源，其主電路拓撲形式選用BUCK電路，所用電子器件少，結構形式簡單，能夠滿足井下狹小空間對于工具尺寸的要求。

3.2 開關電源控制環路設計過程中需建立開關電源完整的小信號數學模型，并對其進行開環小信號分析，確保其穩定性。

3.3 主電路與輔助電路設計中對輸出濾波參數的計算一方面采用理論計算，一方面采用經驗值并考慮溫度等特性，器件選型上有一定余量，保證其穩定工作。

3.4 在高溫條件下，需要考察開關電源功率器件散熱量和環境溫度的平衡溫度點以及功率器件在電源艙不同位置時的溫升平衡點，確定功率器件最佳散熱位置布局，實現開關電源溫升最小化。

參考文獻

[1]PRESSMAN A L.開關電源設計[M].王志強，譯.北京：電子工業出版社.2005.

[2]周習祥，楊賽良.BUCKDC/DC 變換器最優化設計[J].電子設計工程，2010.

[3]趙負圖.電源集成電路手冊[M].化學工業出版社，2003.

電源電路設計方法范文4

但隨著技術的不斷發展，出現了混合集成電路設計的概念，從而克服了采用分離器件設計電路所存在的問題。混合集成電路DC/DC系統相對于傳統的用分離器件設計的電源變換電路系統來說，具有高性價比、高可靠性、高速度、設計周期短等一系列的優點。

本文結合Fairchild公司設計的系列產品，對混合集成電路DC/DC變換器的設計原理、性能及應用等進行了分析研究。

混合集成電路DC/DC變換器的集成化設計方案

根據用戶需求和設計的目的不同，Fairchild公司推出的混合集成電路DC/DC變換器主要采用兩種設計方案。而每一種設計方案，電路的設計上又有細微的差，可以滿足不同用戶的需要。

1　混合集成電路DC/De變換器設計方案1

在混合集成電路DC/DC變換器中，內部電路集成了控制器、驅動器和MOSFE了等三種離散器件。對于每一類產品，其內部電路設計采用的離散器件可以包括三種離散器件中的全部或部分，具體的設計可根據用戶的實際需要進行設計。混合集成電路DC/DC變換器設計方案l的電路原理如圖1所示。

從混合集成電路DC/DC變換器設計原理圖可以看出，該電路中主要包括控制器、驅動器和MOSFE了等有源器件模塊。在實際使用時，電源輸出端需要外接電感、電容等器件對輸出電壓信號進行濾波，同時，輸出的電壓信號需要接到電路的反饋引腳上，以保證電路的正常工作。

采用本方案設計的混合集成電路DC/DC變換器含有控制器、驅動器和MOSFE了等有源器件，其整機效率可以高達95％，電源變換系統性能高，相對于標準模塊具有更高的性價比。

采用本方案設計的混合集成電路DC/DC變換器產品有FAN5029、FAN5069等。器件寄生效應低，輸出電壓紋波低，溫度范圍寬。

2　混合集成電路DC/DC變換器設計方案2

混合集成電路DC/DC變換器設計方案2是在一片混合集成電路DC/DC的設計中采用了兩片專用或優化了MOSFET的同步BU CK電源轉換拓撲結構，其電路原理如圖2所示。

采用方案2設計的混合集成電路DC/DC變換器中，兩個MOSFET器件具有互補的作用，以降低開關損耗，而這兩個器件的設計位置可根據設計者的實際需要進行布局。該芯片還內置直通保護電路，可以有效防止電路上下橋臂的直通，大大地提高了電路的可靠性。在驅動電路設計部分，不僅比常規的電源變換設計增加了驅動能力，減少MOSFET的開通關斷損耗，還把Boost-trap二極管也集成在芯片內部，以簡化外部用戶系統電路的設計。

DC/DC變換器的電壓輸出端需要外接電感和電容，對輸出電壓信號進行濾波，以滿足用戶系統電路的需要。變換器輸出的電壓信號需要接到芯片的反饋引腳上，以保證電路的正常工作。

采用此方案設計的混合集成電路DC/DC變換器產品有FDMF6700、FDMF8700等。器件中采用驅動集成電路加兩個功率MOSFE了的設計方法，寄生效應極低，輸出電壓紋波低，工作溫度范圍寬，且節省了大量的板空間。

接口設計

采用Fairchild公司DC/DC變換器方案設計的電源變換器具有較大的電壓輸入范圍，可根據需要在3.3～24V之間調整，該公司DC/DC變換器的輸出電流可達到30A，輸出電壓范圍根據需要可設計為高到輸入電壓的90％或低到O.8V。

Fairchild公司的DC/DC變換器除了基本的電壓輸入、輸出端口外，一般還有HDRV(上橋臂MOSFET驅動引腳)、LDRV(下橋臂MOSFET驅動引腳)、GLDO(門驅動信號引腳)、DISB(禁止信號引腳)、PWM(脈寬調制信號引腳)、BOOT(反饋信號引腳)等信號端口，具體到各型器件則會有微小的差異。

功耗情況

消費類電子產品由于使用環境以及自身條件的限制，用戶對所選用器件的功耗要求非常苛刻，尤其是電源變換器等便攜式設備。

以Fairchild公司的產品為例，其混合集成電路DC/DC變換器采用集成化方案設計，并力求減小MOSFET的開通關斷損耗，整機效率可高達95％。由于該變換器具有較高的轉換效率，因此內部電路熱損耗低，在實際使用中只需要使用較小的散熱器或不用散熱器，從而可以降低系統電路的總體設計成本。

封裝形式與尺寸

由于數碼相機、攝像設備、媒體播放器、桌面電腦等電子設備的外型力求小巧，因此這類產品對內部電路設計中器件的選用也同樣要求小巧而高效。

很多電源公司都采用了更小更薄的封裝形式，以節省系統電路的設計空間。如Fairchild公司的FAN5069采用了SSOP-16封裝形式，尺寸僅為1.1mm×5mm×6.4mm，FDMF8700采用SMD封裝形式，尺寸僅為O.8mm×8mm×8mm。

混合集成電路DC/DC變換器的在系統應用

混合集成電路DC/DC變換器在系統電路中應用時，需要提供必要的外接器件和控制信號。

在變換器的輸入端，需要輸入合適的控制信號及直流電壓，以保證電路內部的各分離器件按設計的意圖工作。同時，為了濾除輸入電壓信號上的噪聲，建議在輸入電壓和地之間接入旁路電容，其容值應大于1μF。

在變換器的電壓輸出端需要接入合適參數的電感、電容，以濾除輸出電壓上的噪聲。混合集成電路的輸出電壓需要通過自舉電容接到電路的反饋引腳，以保證電路能夠正常工作。

混合集成電路FDMF8700為Fairchild公司推出的采用混合集成電路設計方案2的一種產品，其特點有：輸入電壓典型值12V，開關頻率最大可達500kHz，輸出電流最大可達30A，器件內在的適應性門驅動，內部集成的自舉二極管，器件最高效率大干90％，低壓鎖定，輸出電壓可禁止，采用微型SMD封裝形式，產品制造使用無鉛材料。FDMF8700電源變換器的典型應用電路如圖3所示。

圖3的電路中，DISB端為輸出禁止信號，可以方便地開關整個電源。PWM端為脈寬調制信號，用來驅動上橋臂和下橋臂的MOSFET，VIN和VCIN端為輸入電壓信號，VOUT端為輸出電壓信號，輸出電壓通過自舉電容CBOOT反饋到變換器的BOOT端。詳細電路設計請參照該芯片的技術說明書。

上圖應用電路中輸入信號和各外接器件參數的選取可根據用戶實際需要來具體確定。

結語

本文以Fairchild推出的系列產品為例對混合集成電路DC/DC變換器的設計與應用進行了分析研究。

電源電路設計方法范文5

關鍵詞：開關電源；TOP249Y；脈寬調制；TOPSwitch

1引言

隨著PWM技術的不斷發展和完善，開關電源得到了廣泛的應用，以往開關電源的設計通常采用控制電路與功率管相分離的拓撲結構，但這種方案存在成本高、系統可靠性低等問題。美國功率集成公司POWERIntegrationInc開發的TOPSwitch系列新型智能高頻開關電源集成芯片解決了這些問題，該系列芯片將自啟動電路、功率開關管、PWM控制電路及保護電路等集成在一起，從而提高了電源的效率，簡化了開關電源的設計和新產品的開發，使開關電源發展到一個新的時代。文中介紹了一種用TOPSwitch的第三代產品TOP249Y開發變頻器用多路輸出開關電源的設計方法。

2TOP249Y引腳功能和內部結構

2．1TOP249Y的管腳功能

TOP249Y采用TO－220－7C封裝形式，其外形如圖1所示。它有六個管腳，依次為控制端C、線路檢測端L、極限電源設定端X、源極S、開關頻率選擇端F和漏極D。各管腳的具體功能如下：

控制端C：誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時，利用控制電流IC的大小可調節占空比，并可由內部并聯調整器提供內部偏流。系統關閉時，利用該端可激發輸入電流，同時該端也是旁路、自動重啟和補償電容的連接點。

線路檢測端L：輸入電壓的欠壓與過壓檢測端，同時具有遠程遙控功能。TOP249Y的欠壓電流IUV為50μA，過壓電流Iav為225μA。若L端與輸入端接入的電阻R1為1MΩ，則欠壓保護值為50VDC，過壓保護值為225VDC。

極限電流設定端X：外部電流設定調整端。若在X端與源極之間接入不同的電阻，則開關電流可限定在不同的數值，隨著接入電阻阻值的增大，開關允許流過的電流將變小。

源極S：連接內部MOSFET的源極，是初級電路的公共點和電源回流基準點。

開關頻率選擇端F：當F端接到源極時，其開關頻率為132kHz，而當F端接到控制端時，其開關頻率變為原頻率的一半，即66kHz。

漏極D：連接內部MOSFET的漏極，在啟動時可通過內部高壓開關電流提供內部偏置電流。

2．2TOP249Y的內部結構

TOP249Y的內部工作原理框圖如圖2所示，該電路主要由控制電壓源、帶隙基準電壓源、振蕩器、并聯調整器／誤差放大器、脈寬調制器（PWM）、門驅動級和輸出級、過流保護電路、過熱保護電路、關斷／自動重起動電路及高壓電流源等部分組成。

3基于TOP249Y的開關電源設計

筆者利用TOP249Y設計了一種新型多路輸出開關電源，其三路輸出分別為5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，電路原理如圖3所示。該電源設計的要求為：輸入電壓范圍為交流110V～240V，輸出總功率為180W。由此可見，選擇TOP249Y能夠滿足要求。

3．1控制電路設計

該電路將X與S端短接可將TOP249Y的極限電流設置為內部最大值；而將F端與S端短接可將TOP249Y設為全頻工作方式，開關頻率為132kHz。

圖2

在線路檢測端L與直流輸入Ui端連接一2MΩ的電阻R1可進行線路檢測，由于TOP249Y的欠壓電流IUV為50μA，過壓電流Iav為225μA，因此其欠壓保護工作電壓為100V，過壓保護工作電壓為450V，即TOP249Y在本電路中的直流電壓范圍為100～450V，一旦超出了該電壓范圍，TOP249Y將自動關閉。

3．2穩壓反饋電路設計

反饋回路的形式由輸出電壓的精度決定，本電源采用“光耦＋TL431”，它可以將輸出電壓變化控制在±1％以內，反饋電壓由5V／12A輸出端取樣。電壓反饋信號U0通過電阻分壓器R9、R11獲得取樣電壓后，將與TL431中的2．5V基準電壓進行比較并輸出誤差電壓，然后通過光耦改變TOP249Y的控制端電流IC，再通過改變占空比來調節輸出電壓U0使其保持不變。光耦的另一作用是對冷地和熱地進行隔離。反饋繞組的輸出電壓經D2、C2整流濾波后，可給光耦中的接收管提供電壓。R4、C4構成的尖峰電壓經濾波后可使偏置電壓即使在負載較重時，也能保持穩定，調節電阻R6可改變輸出電壓的大小。

3．3高頻變壓器設計

由于該電源的輸出功率較大，因此高頻變壓器的漏感應盡量小，一般應選用能夠滿足132kHz開關頻率的錳鋅鐵氧體，為便于繞制，磁芯形狀可選用EI或EE型，變壓器的初、次級繞組應相間繞制。

高頻變壓器的設計由于要考慮大量的相互關聯變量，因此計算較為復雜，為減輕設計者的工作量，美國功率公司為TOPSwitch開關電源的高頻變壓器設計制作了一套EXCEL電子表格，設計者可以方便地應用電子表格設計高頻變壓器。

3．4次級輸出電路設計

輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應加上功率較大的散熱器；電容器一般應選擇低ESR等效串聯阻抗的電容。為提高輸出電壓的濾波效果，濾除開關所產生的噪聲，在整流濾波環節的后面通常應再加一級LCC濾波環節。

3．5保護電路設計

本電源除了電源控制電路TOP249Y本身所具備的欠壓、過壓、過熱、過流等保護措施外，其控制電路也應有一定的保護措施。用D3、R12、Q1可構成一個5．5V的過壓檢測保護電路。這樣，當5V輸出電壓超過5．5V時，D3擊穿使Q1導通，從而使光耦電流增大，進而增大了控制電路TOP249Y的控制端電流IC，最后通過內部調節即可使輸出電壓下降到安全值。

圖3

為防止在開關周期內，TOP249Y關斷時漏感產生的尖峰電壓使TOP249Y損壞，電路中設計了由箝壓齊納管VR1、阻斷二極管D1、電容C5、電阻R2、R3組成的緩沖保護網絡。該網絡在正常工作時，VR1上的損耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承擔；而在啟動或過載時，VR1即會限制內部MOSFET的漏極電壓，以使其總是處于700V以下。

4電源性能測試及結果分析

根據以上設計方法，筆者對采用TOP249Y設計的多路輸出開關電源的性能進行了測試。實測結果表明，該電源工作在滿載狀態時，電源工作的最大占空比約為0．4，電源的效率約為90％，紋波電壓控制、電壓調節精度及電源工作效率都超過了以往采用控制電路與功率開關管相分立的拓撲結構形式的開關電源。

電源電路設計方法范文6

【關鍵詞】PLC技術；自動化控制系統；優化設計；電氣工程

1PLC技術及自動化控制系統概念

1.1PLC技術

工業自動化水平是衡量國家經濟生產力水平的關鍵性標準，在這個過程中，工業自動化模式的發展，有利于促進國民經濟的健康、可持續運作。隨著科學技術的不斷創新及應用，電氣自動化系統已經成為工業發展體系的關鍵構成部分，該系統實現了對計算機技術、網絡技術等的應用，自動化控制器是該技術系統的核心部件。在實踐工作中，PLC自動化控制系統實現了對處理器、電源、存儲器等設備的結合性應用，通過對各個設備應用功能的結合，有利于提升自動化控制系統的運作效率。在這個過程中，電源設備是該系統正常運作的基礎，一旦電源設備不能正常發揮其功能，就會導致控制系統停滯的狀況。在控制系統運作環節中，處理器是該系統的核心構成要素，在工作場景中，其需要進行相關數據信息的處理及轉化，其具備良好的處理功能，為了應對電氣自動化的復雜性工作環境，必須實現功能系統、設備運作及管理系統、監督系統等的協調。

1.2自動化控制系統優化概念

為了提升PLC自動化控制系統的運作效率，必須進行相關優化設計原則的遵守，滿足被控制對象的工作要求，針對控制系統的基本功能及環境應用狀況，展開積極的調查及研究，滿足該系統優化設計工作的要求。這需要進行系統相關運作數據資料的整理及分析，進行系統設計及應用方案的優化選擇。為了提升系統的整體運作效率，進行系統設計方案的科學性、規范性、簡約性設計是必要的，從而降低系統的整體運作成本，實現系統綜合運作效益的提升，確保系統整體運作的安全性及可靠性。為了提升系統的生產效率，進行PLC自動化控制目標的制定是必要的，進行工作實際與系統運作狀況的結合，實現PLC容量模塊的合理配置。

2PLC自動化控制系統設計方案

2.1硬件設計模塊

為了實現自動化控制系統的穩定性運作，必須為其創造一個良好的硬件設計環境，這就需要進行硬件設計方案的優化，實現其內部各個工作模塊的協調，進行控制系統工作總目標的制定。

2.2輸入電路設計模塊

輸入電源是PLC自動化控制系統正常運作的基礎，控制系統的供電電源具備良好的工作適應范圍。為了滿足現階段自動化控制系統的工作要求，需要進行電源抗干擾性的增強，降低環境對輸入電源的工作影響，這就需要進行電源凈化原件的安裝，實現隔離變壓器、電源濾波器等的使用。在隔離變壓器工作模塊中，進行雙層隔離方案的應用是必要的，實現屏蔽層的構建，降低外部環境高低頻脈沖的影響。在輸入電路設計過程中，需要進行電源容量的控制，優化電源的短路防護工作，確保電源系統的穩定性、安全性運作，提升輸入電源的整體容量，為了提升電路的整體安全性，需要專門安裝相應型號的熔絲。

2.3輸出電路設計模塊

在輸出電路設計過程中，需要遵循自動化控制系統的相關生產工作要求，進行電路設計準備體系的健全，在這個過程中，通過對晶體管等的利用，進行變頻器調速信息、控制信息等的輸出，實踐證明，通過對晶體管的利用，可以實現PLC控制系統運作效率的增強。在頻率較低的工作環境中，需要進行繼電器設備的選擇，將其作為輸出電路設備，該工程流程比較簡單，且具備較高的工程應用效益，有利于增強自動化控制系統的整體負載能力。在這個過程中，為了避免出現浪涌電流的沖擊狀況，需要在直流感性負載旁進行續流二極管的安裝，進行浪涌電流的有效性吸收，實現PLC自動化控制系統的穩定性運作。

2.4抗干擾設計模塊

為了降低外部環境對系統運作的干擾，可以進行隔離方法的使用，在這個過程中，通過對超隔離變壓器的使用，進行系統高頻干擾狀況的隔離。這也可以進行屏蔽方法的使用，進行干擾源傳播途徑的阻斷，提升控制系統的整體抗干擾性，在實際工作場景中，可以將PLC工作系統放于金屬柜內，金屬柜具備良好的磁場屏蔽及靜電屏蔽功能。為了減少控制系統運作過程中的干擾狀況，進行布線分散干擾模式的應用是必要的，確保弱點信號線、強電動力線路等的分開走線。

3結語

為了實現社會經濟的穩定性發展，必須進行PLC自動化控制方案的優化，實現硬件設計模塊、軟件設計模塊、抗干擾模塊等的協調，提升控制系統的整體運作效益。

參考文獻

[1]李懷智.試析PLC自動化控制系統的優化設計[J].中國新技術新產品，2011（11）.

[2]何富其.基于PLC的自動化控制系統的配置及組態分析[J].制造業自動化，2011（06）.