直流稳压电源设计思路(6篇)

直流稳压电源设计思路篇1

【关键词】STM32f103ZET6；12位AD；自动量程转换

Abstract：ThedesigncanmeasureDCvoltage，ACvoltageisaccurate，hastheadvantagesofhighmeasuringprecision，stronganti-jammingcapabilityetc.Thewholesystemcanuseabatteryof9Vpower，lowpowerconsumptionandportablefunction.ACmeasurementisAD637trueRMSconverterchipmeasurementofACsignalintoaDCvoltage；reverseamplifierwithaclampontheprotectionoftheinputvoltage，theinputimpedanceof10Mandhighsecurity.ThekeydeviceinthecircuitusingtheTIcompany'sPrecisionOperationalAmplifierOPA07andinstrumentationamplifierINA128，realizedthehighprecisionmeasurement；ADCuses12bitADSTM32F103ZET6chipwithbuilt-in，lowpowerconsumption，automaticrangeswitchingfunction.

KeyWords：STM32f103ZET6；The12bitAD；Theautomaticrangeconversion

在智能仪器中，常常用到自动量程转换技术，这使得仪器在很短的时间内自动选取最合适的量程实现高精度的测量。自动量程的实现一般通过控制输入信号的衰减放大倍数实现，就电压表来说其输入测量电压会大于其AD转换器的输入范围，所以它的量程切换基本上是信号衰减倍数切换的过程。

1.系统整体方案与工作原理

系统功能框图如图1所示。STM32F103ZET6处理器是本系统的核心器件，负责控制整个系统的正常工作，包括读取AD转换后的结果及200mV与2V档位的控制；按键输入动作响应；段式液晶的驱动；量程自动转换控制等。输入的电压信号经过量程转换模块，变成可供ADC模拟输入端能正常进行采样的电压。交流电压测量模块的功能是将被测的交流电压转换成相应的RMS值。按键输入的功能是切换各种不同的测量模式以及计算相对误差时进行数值输入。

2.系统硬件结构

（1）电源管理硬件电路

本系统具有低功耗模式，即在一定的时间内没有操作，系统在单片机的控制下自动切断一部分电路的工作电源。电源管理电路原理图如图2所示，电池的正极分成两路，第一路是直接接入到SPX1117的输入端，SPX1117是三端集成稳压芯片，其输出端输出恒定的3.3V，作单片机系统电源。另一路是经过三极管9012可以开关控制，本设计中在系统处于正常工作状态时，单片机控制口输出高电平，9011处于饱和状态，9012的基极电压与地电压相近，9012饱和，即处于导通状态。9V叠层电池的正极电压到达78L05三端集成稳压芯片的输入端，其输出端输出稳定的+5V电压。-5V由负压电荷泵7660S产生。当系统处于“低功耗”状态时，单片机控制口输出为低电平。9011处于截止状态，9012的基极电压为9V，也处于截止状态，模拟部分电源电压为零。而单片机将一直处于不同模式的工作状态。

（2）交流电压转换电路

交流电压测量真有效值的转换电路是测量交流电压的关键部分，其设计的好坏直接影响到交流电压信号的测量精度，在本次设计中我们通过比较选择采用AD637来实现交流信号到直流量的转变，电路如图3所示。

AC_IN是交流电压输入端，DC_OUT端输出的是直流电压信号。输出直流电压的值是输入交流电压的真有效值。此电路完成了交流到直流的转换，实验测试时发现对于5000Hz交流信号转换效果仍良好。

（3）量程转换电路

本系统量程转换采用单片机控制模拟开关和继电器实现，原理框图如图4所示。直流/交流（0-20V）电压输入后双掷开关SW_1起到电压量程转换选择作用，固定电阻R1，R3在精密可变电阻R2的配合下组成一个电阻10倍衰减网络，且其输入电阻大于10M欧，满足题目中输入电阻的要求。最高输入电压可到20V。再由单片机控制SW-1来选择是否衰减。R1和两个IN4001构成一嵌位保护电路，使电路在高电压输入时处于安全状态。OP07构成一个电压跟随器，起到隔离前后通道的作用，其较低的输出电阻还可以提高带负载能力。Output端接入ADC。

（4）量程自动切换的实现

本系统中的自动量程切换对测直流电压和交流电压均有效。量程自动切换关键是通过读ADC数据判断当前的量程是过量程还是欠量程，合理的硬件设计是量程自动切换的重要保证。量程自动转换流程图如图5所示。

自动量程转换由初设量程开始，逐级比较，直至选出最合适提量程为止。自动量程转换的操作流程如上图所示。继电器或其它控制开关从闭合转变为断开，或从断开转变为闭合有一个短暂的过程，所以在每次改变量程之后要延时一定的时间，然后再进行正式的测量和判断。为了避免在两种量程的交叉点上可能出现的跳动，还应考虑低量程的超量程比较值和高量程的欠量程比较值之间有一定的重叠范围。

3.软件设计

数据采集过程中，使用了八阶平均值滤波和一阶滞后滤波，有效的滤去了采样数据的脉冲干扰。程序流程图如图6所示。

4.系统测试与误差分析

（1）系统测试方法

直流测试方法：使用直流稳压电源产生直流电压信号，通过高精度万用表观察实际输出直流电压值，将信号通入本系统仪器测量与标准电压值进行比较。

交流测试方法：使用交流数字信号发生器产生40～5000HZ，电压范围0～20V的正弦交流信号通过示波器观察实际输出频率，通过高精度数字万用表观察实际输出电压值，将信号通直流测试方法：使用直流稳压电源产生直流电压信号，通过高精度万用表观察实际输出直流电压值，将信号通入本系统仪器测量与标准电压值进行比较。

（2）误差分析

本系统误差主要由恒流源、AD真有效值转换、双积分ADC器件等几个方面所带来的误差。AD真有效值转换，在误差允许的范围内可以将所测交流电压转换成对应的真有效值，但不可避免地受到环境温度的影响，造成转换时可能引起误差。量程自动切换时将原来的微型继电器用耐高压型的模拟开关替换掉。可以进一步降低系统正常工作时的功耗，还可以提高系统的稳定性和可靠性及响应速度。

5.结束语

本设计实现了直流电压、交流电压的高精度测量，同时具有量程自动转换功能，采用LCD显示，可读性强。STM32F103ZET6在速度、功耗方面性能都非常优越，其丰富的外设也更加方便设计。另外，其价格较低，在成本上也有优势，适合于控制电子产品的设计。设计中采用STM32F103ZET6内部的12位ADC，既满足了测量精度，也省去了外扩AD，使硬件电路更加简单，节省了成本，提高了可靠性。

参考文献

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[3]张旭，元学广，李世光.基于STM32电力数据采集系统的设计[J].电子测量技术，2010，11：91-92.

[4]刘火良.STM32库开发实战指南[M].北京：机械工业出版社，2013.

直流稳压电源设计思路篇2

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关稳压电源具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点，因而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，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。本文介绍的是基于单片机的PWM型开关稳压电源，项目是本人在教学中的实际案例，经本人验证后，实现效果较好。该项目结构较为简单，稳定率高，实用性强，能够应用在较多场合。

【关键词】开关电源单片机DC-DC变换器

1引言

本人是一名技工院校的教师，从事电子技术的教学工作。单片机技术对学生来说是一门比较枯燥且复杂的课程，多数学生在学习过程中缺乏兴趣，所以本人一直秉承项目教学的理念，通过项目来让学生更好的掌握单片机技术。基于单片机的PWM型开关稳压电源设计项目经本人与学生共同验证后，推广到教学层面上来。该项目中需要用到模拟电路、数字电路、电力电子技术、单片机技术、DXP绘图等多个科目的知识，对学生来说有一定的难度，但又不是高不可攀的，在老师的指导下，大多数学生均可以完成该项目。现本人把该项目的设计实现过程具体描述如下。

2项目原理简述

开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地接通和关断。开关电源应具备整流电路、滤波电路和稳压电路。PWM稳压电源是利用脉冲宽度调制的方法来控制开关元件的接通时间与管断时间从而实现稳压输出。该项目采用单片机来作为控制核心，能对输出电压进行键盘设定和初步调整;同时具有输出电压，电流的测量和数字显示功能;具有过流检测和保护功能。

3项目设计方案

开关电源从结构上包括主电路和控制电路，主电路又包括整流滤波电路和DC-DC变换器主回路。考虑到学生在学习过程中主要学习的是51系里单片机，且在学习过程中一直采用的是AT89S51单片机，故本项目采用AT89S51单片机作为控制电路的核心。项目整体结构框图如图1。

3.1整流滤波电路

常见的单相整流电路主要有：半波整流、全波整流、桥式整流。本设计中，主回路采用了结构简单、效率高的降压型（Buck）DC-DC变换器。为提高主回路的输入电压UIN，整流滤波电路部分采用了三倍压整流电路，如图2所示。

3.2DC-DC变换器电路

常见的PWM型DC-DC变换器主要有降压型（Buck）、升压型（Boost）、降压-升压型（Buck-Boost）和升压-降压型（Cuk）。后三种变换器均可使输出电压高于输入电压，但需要利用电感或电容作为传送能量的元件，这会使主回路制作复杂，降低变换器总体效率。为此，本设计采用了通过三倍压整流电路提高DC-DC变换器输入电压，而DC-DC变换器为降压型的总体方案，如图3所示。

本项目中，为了提高DC-DC变换器的效率，我们采用饱和导通压降小、开关速度快的IGBT作为开关元件，同时采用工作性能稳定，开关速度较高的M57962L驱动IGBT。

IGBT在关断瞬间是最易发生损坏的过程，所以我们需要保护电路。保护方法有两种：一是在集电极――发射极电压处于低值时，关断IGBT;二是IGBT关断时，集电极电压上升的同时，较快的减少集电极电流。本项目中采取了第二种方法，通过在IGBT的C、E两端添加RC缓冲器，减少关断瞬间的集电极电流。工作原理是：当IGBT关断时，电容C通过二极管D1充电到（VC-VD1）。这样集电极电流有了分路，集电极电流能较快的减小。当IGBT导通时，电容C通过电阻R和IGBT放电。

为保证开关元件工作可靠，IGBT额定工作电压，额定工作电流应为最大值的两倍以上，故选择GT40T101型IGBT作为开关元件。由于M57962L最高工作频率为20KHz，且工作在该频率时不易产生人耳能听到的噪声，故IGBT工作频率f=20KHz。

3.3PWM控制模块

PWM控制部分我们采用开关电源集成控制器SG3525A，该芯片具有输出频率范围宽，工作电压范围广，基准电源精度高，死区时间可调等优点。SG3525A具有两个交替工作的输出端，本设计中只需控制一个开关元件，所以采用了两输出端经过4071同时驱动开关元件的方法。为避免上电瞬间对开关元件造成的冲击，利用电容C3使主回路软启动。R2与R3组成分压电路取样输出端电压，作为SG3525A的反馈电压。过流保护部分我们采用CHF-5P型霍尔电流传感器将输出电流转换为电压反馈信号，并与R6设定的过流值比较，如果反馈值较高则通过SG3525A的10脚，使其停止工作，并通过J1的2脚点亮报警LED，实现过流检测和保护功能。具体电路如图4所示。

3.4键盘输入及显示部分

键盘输入部分，由于我们需要对开关电源直接设定电压，且需要步进1V的功能，所以我们需要0-9的数字、加1和减1，再加上确定和取消共14个按键，所以我们采用14按键的键盘设定。

显示部分我们采用数码管显示，因为我们只需要显示数字且没有什么特殊的要求，基于数码管的价格便宜，使用方便，易于控制等特点，所以该项目中我们采用八段LED数码管作为电压输出显示。DC-DC变换器输出电压检测及显示采用了ICL7107，该芯片可独立完成电压检测并驱动3支八段LED数码管，无需占用单片机资源。DC-DC变换器输出电流检测及显示同样采用了ICL7107，利用一只1欧姆的电阻可将电流信号转换为电压信号。

3.5软件部分

单片机主程序流程图如图5所示。

4调试遇到的问题及解决方案

（1）过流检测功能失效，经检查发现SG3525的10脚虚焊，重新焊接后正常。

（2）IGBT工作一段时间后过热影响电路的稳定性，考虑到IGBT散热量比较大，加装散热片后有所改善。

（3）三倍压整流电路中电容C1、C2工作正常，但C3爆炸，经仔细分析后，原因在与C3两端由于需要承受电压较高，50V的耐压值不够故而发生爆炸，为提高耐压，将两组电容串联后作为C3，故障解决。

（4）键盘出错，由于该项目中按键有14个，故而键盘程序较多，经仔细检查发现键盘编码错误，改正后故障解决。

5结论

开关稳压电源的设计方法有很多种，市面上也有很多的成品可以参考。该项目是以教学为目的，并没有过多的考虑成本压力，故而采用的是现阶段比较成熟的集成芯片作为控制芯片，可能与企业实际应用还有一定的差距。经过实际参数测试，还发现该开关稳压电源效率不不是很高，经本人思考后，原因可能是IGBT导通和关断时集电极电流较大，损耗了较大功率，这也是本人在以后的教学中需要和学生共同努力去改进的。

参考文献

[1]王宜建，张桂玉.电力电子变流技术[M].北京：科学出版社，2009.

[2]裴云庆，杨旭，王兆安.开关电源的设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]常敏慧，申功迈.开关电源应用设计与维修[M].北京：科学技术文献出版社，2002.

直流稳压电源设计思路篇3

【关键词】电流脉宽调制;PWM;Pspice

1.概述

电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性，电子设备故障60%来自电源，开关稳压电源的调整工作在开关状态，主要优越性是高达70%-95%变换效率。

目前，空间技术、计算机、通信、雷达、电视及家用电器中的稳压电源已逐步被开关电源取代。开关稳压电源的优越性主要表现在：功耗小，稳压范围宽，体积小、重量轻[1][2]。

传统的线性电源具有稳压性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点，但工频变压器体积庞大，调整管工作于线性放大状态，导致电源功耗大、效率低、发热严重。开关电源采用功率管作为开关器件，工作于开关状态，损耗小;工作频率在几十到上百千赫兹，滤波电容、电感的数值较小。线性稳压电源允许电网波动范围为220v×（1±10%），对电网的适应能力很强。另外，由于功耗小、机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性[3]。

2.系统整体概述

开关电源可分成：机箱（或机壳）、电源主电路、电源控制电路三部分。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用;电源主电路负责进行功率转换，通过适当控制电路将市电转换为所需的直流输出电压;控制电路根据实际需要产生主电路所需的控制脉冲及提供保护。开关电源的结构框图如图1所示：

图1开关电源的结构框图

电源主电路通过输入整流滤波、DC-DC变换、输出整流滤波将市电转为所需的直流电压。开关电源主回路可以分为：输入整流滤波回路、功率开关桥、输出整流滤波三部分。输入整流滤波回路通过整流模块将交流电变换成含有脉动成分的直流电，通过输入滤波电容使脉动直流电变为较平滑的直流电;功率开关桥将滤波所得直流电变换为高频方波电压，通过高频变压器传送至输出侧。由输出整流滤波回路将高频方波电压滤波为所需直流电压或电流。

控制电路为主回路提供正常功率变换所需的触发脉冲。具有以下功能：控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、辅助电源电路[4][5]。

3.软开关技术

软开关技术指零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。图4所示为功率开关管在软开关及硬开关下的波形：

图2软开关理想波形和硬开关波形

软开关包括软开通和软关断。软开通包括零电流开通及零电压开通，软关断包括零电流关断及零电压关断，可按照驱动信号时序来判断。

零电流关断：关断命令在t2时刻或其后给出，开关器件端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。

电压关断：关断命令在t1时刻给出，开关器件电流由通态值下降到断态值后，端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。在t2前，开关器件端电压必须维持在通态值（约等于零）。

零电压开通：开通命令在t2时刻或其后给出，开关器件电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2前，开关器件端电压必须下降到通态值（约等于零），电流上升到通态值以前维持在零。

零电流开通：开通命令在t1时刻给出，开关器件端电压由断态值下降到通态值以后，电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2以前开关器件电流必须维持在断态值（约等于零）[6][7]。

图3电源控制电路框图

4.控制电路

根据电路功能将控制电路分为几部分：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、软启动电路、保护电路、辅助电源电路等[8]，控制电路如图3所示。

脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路、保护电路及软启动电路等提供的控制信号产生所需脉冲信号，该脉冲信号经过触发电路的放大驱动开关元件，使开关管导通或关断。

控制电路输出的PWM信号，电平幅值和功率能力均不足以驱动大功率开关元件，需要选择合适的驱动电路。驱动电路将控制电路输出PWM脉冲信号经过电隔离后进行功率放大及电压调整驱动大功率开关管，脉冲幅度以及波形关系到开关管的开关过程，直接影响损耗，需合理设计驱动电路，实现开关管最佳开通与关断[9][10]。

5.系统仿真

5.1总电路设计

利用理想电源代替振荡器，通过设置时钟周期给定振荡频率，仿真时控制震荡频率外接定时电阻和电容的6、7脚均可不接。简化输出电路，利用两个晶体管模拟输出级，关闭控制端用数字激励驱动，内部逻辑利用数字仿真器进行仿真。电路参数选择和设计时，应考虑上述简化对系统的影响[11][12]。

图4总电路设计图

5.2PWM模块

根据PWM产生的原理得到仿真模块，用以产生可调的PWM信号。工频脉冲信号，通过比较器，经积分器产生三角锯齿波，通过比较取符号产生一路脉冲信号，由分频器产生两路互补驱动脉冲，输入调节PWM信号的占空比[13]。

图5PWM仿真图

6.结论

采用组合式变换器实现多路输出、多种保护。通过Pspice仿真，验证了设计思路的正确，理论性的可实现。

参考文献

[1]丁道宏，陈东伟.电力电子技术应用（第四版）[M].航空工业出版社，2004.

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[12]李爱文.现代通信基础开关电源的原理和设计[M].北京：科学出版社，2001.

[13]汪阳.智能高频开关电源的研究[D].武汉大学硕士学位论文，2002.

直流稳压电源设计思路篇4

关键词：逆变系统；PFC电路；输入均流；设计探究；UPS

中图分类号：TM46文献标识码：A

1.逆变系统

含义：逆变系统包括直流升压电路，逆变电路，驱动电路，保护电路以及通信电路等等。逆变器是指将直流转换成交流的换流器，输入直流可以是低压输入或者高压输入，通过内部直流升压电路提供高压直流给逆变电路，逆变电路根据需求有单相逆变和三相逆变。保护电路是指防止电流冲击、电压冲击、输出短路、器件过温保护等保护系统可靠性，避免逆变系统受外部冲击等影响正常输出的辅助电路。

2.PFC电路

2.1作用

PFC的英文全称是PowerFactorCorrector，意思是功率因数校正器。随着开关电源的普及应用，普通的整流电路PF值低，输入无功功率大，电力效能低，同时对市电电网存在较大谐波干扰，影响整个电网的稳定性和高效性，所以对产品的功率因数要求越来越高。PFC就是通过主动式和被动式两种方式，提高整流电路的PF值，减少无功功率输入和谐波干扰，减小整流过程中的电能损耗，起到节能的目的。

2.2分类

PFC理论上可以分为主动式和被动式两种，主动式为有源电路控制方式，可以拥有更高的功率因数（大于0.99），适应宽范围的输入电压，但需要专用集成路进行PFC控制，所以产品电路复杂，成本高昂；被动式为无源电路控制方式，功率因数达到0.8已经是非常好的产品，但是它的优点是电路简单，成本低廉，稳定可靠，缺点是PF值低，体积较大。在一些小功率的开关电源产品中应用广泛。

2.3主流PFC控制芯片

随着半导体技术的发展和电源开关电源技术的不断创新，主流的半导体生产厂家推出各种类型的PFC控制芯片，极大简化了PFC控制电路的设计，比如TI公司推出的UC系列产品，其中经典产品UC3854，还有比如ON公司推出的NCP1654，IR公司推出的IR1150，凌特公司推出的LT1248，仙童公司推出的FAN4810等等产品，随着PFC控制技术研究的深入，在新型拓扑结构和新型控制方法的不断突破和创新，将会有更多的更好的PFC控制芯片面世。

3.UPS

3.1含义

UPS（UninterruptiblePowerSystem），就是为了解决市电突然掉电或者突变导致设备损坏而研发的，通过市电将电能存储在蓄电池上，通过主机PFC电路、逆变器等模块电路将不稳定的，质量差的市电转换成稳压，波形质量好，不间断地供电给系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统、交通通信设备或其他电力电子设备提供稳定可靠的、不间断的电力供应。

UPS的最主要功能：稳压输出，滤除谐波，不间断供电。在市电电网正常供电时，UPS通过内部的PFC整流控制模块，电池模块和逆变模块的能量转换，消除电网中的脉冲冲击，谐波干扰和幅值波动，起到稳压器和滤波器的作用，保证电力电子设备可靠稳定地运行；在市电电网断电时，通过电池模块和逆变模块提供交流供电给负载，通过UPS整个系统的控制系统，可以做到市电电网掉电时输出不掉电，这样就使电力电子设备保持正常运行状态，真正保证了设备的不间断运行。

3.2逆变拓扑选型

随着不间断电源技术的不断发展和市场的不断扩大，传统两电平结构比如H桥逆变等已经无法满足市场需求，因此具有谐波小、损耗低、效率高等优势的三电平拓扑结构便应运而生。

目前针对三电平拓扑结构有很多种，最常见的两种拓扑结构为三电平“I”型和三电平“T”型，两种拓扑互有优势。I型三电平电路，每个管子只承受一半直流电压，开关损耗低，而且开关频率越高，开关损耗低的优势就越明显；T型三电平电路，主管承受全部直流电压，钳位管承受一半直流电压，对比I型三电平会少两个元件，同时控制算法简单。

4.UPS不间断电源中的PFC电路

主动式PFC整流的根据控制的变量不同，可以分为以下4种方式：峰值电流控制；滞环电流控制；单周期控制技术；平均电流控制。以上4种方法都有各自的优缺点：峰值电流控制，因为只控制电流的峰值，与电流平均值误差较大，THD值存在较大缺陷，同时对噪声的敏感，易产生次谐波振荡等等缺点，该技术将逐渐被淘汰；滞环电流控制，设置最大电流参考和滞环回差值，虽然提高了电流控制精度，但是缺点同样明显，开关频率难于做到恒频控制，在实际应用不多；单周期控制技术，该技术主要特点是反应快，精度高，于每个开关周期内对电流进行调节，能有效地抑制电源侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差。单周控制能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰，整个控制系统具有反应快、动态特性良好、开关频率恒定、易于实现、抗干扰强、控制电路简单等优点。缺点是需要快速复位的积分电路。平均电流控制，主要是在峰值电流控制和滞环电流控制的基础上进行调整，集中了峰值电流控制的恒频控制优点和滞环电流控制的精度优点，可以提供极低输入THDv和THDi，同时，简化了输出滤波器的设计，且因为有电流控制器做调节，取的是平均电流，所以提高了系统在噪声干扰下的稳定度和精度。主要缺点是：控制电路复杂，需检测电感电流需电流控制环路；参考电流与实际电流的误差随着占空比的变化而变化，可能引起低次电流谐波。但目前平均电流控制是应用最广泛、技术最成熟的PFC控制方式。

5.三相UPS高效前级PFC设计实例

三相UPS项目后级采用三路单相T型三电平逆变，通过DSP控制三路逆变输出相位相差120°构成三相逆变输出；三相UPS前级采用凌特的LT1248控制芯片，通过三路单相PFC整流电路构成三相UPS的PFC电路，电路结构简单，性能优良。

三相不同输入的均流问题，系统通过采样三相的输入电流，经过均流电路，把每相输入电流和三相平均输入电流的差值引入到各路的LT1248电流环中，使得每路的输入电流保持均衡。

单相PFC整流电路采用单电感双boost功率拓扑，节省了一个功率电感，同时整合整流和升压电路，电路更简洁，成本更低，如图1所示。

实际产品开发应用过程中，根据产品的性能指标，安规和认证的要求，需要在输入增加LC滤波电路，同时在PFC的工作前需要对正负BUS进行缓启动处理，防止PFC模块启动瞬间的冲击电流损耗器件，同时为了保证提供给后级逆变系统平衡的稳定的正负BUS电压，还需要对正负BUS进行均压控制，BUS过压保护，这些指标要求需要对正负BUS电压采样并通过硬件处理后送入LT1248的控制环路，保证每路的PFC功率模块正常工作，同时为增加系统可靠性还要加入系统输入电流过流保护，功率器件的过温保护，IGBT的过流保护等等措施来满足产品的规格设计要求。

参考文献

[1]杨成林，陈敏，徐德鸿.三相功率因数校正（PFC）技术的综述（1）[J].电源技术应用，2002（8）：50-55.

直流稳压电源设计思路篇5

电子技术课程是一门专业性、实践性很强的学科，传统的讲授+PPT教学模式很难适应当前教学要求。任务驱动式教学模式是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学方法，它以教学任务为主线，教师为主导，学生为主体，并以协作的方式完成教学任务，可以培养学生的自学能力和相对独立地分析问题、解决问题的能力。本文阐述了任务驱动式教学模式在电子技术课程中的运用方式。

关键词：

任务驱动;电子技术课;应用

由于学生学习能力、个体素质、学习意愿等存在差异，导致电子技术课程教学一直是授课教师头疼”的课程。如何把学生的兴趣吸引到教学中，让学生主动有效地完成教学任务是笔者一直思考的问题。

一、任务驱动教学模式的核心

任务驱动是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学方法，属于探究式教学模式，适用于培养学生的自学能力和相对独立地分析解决问题的能力。它包括五个环节：提出任务、分析任务、自主学习、完成任务、过程评价。任务驱动教学模式创新性的以任务为主线、学生为主体、教师来引导作为基本内涵，学生作为主体参与到教学中，教师在教学中起到组织、引导、控制、促进、改善作用。这种模式充分调动学生的主动性、创造性和学习兴趣，让学生在动”的过程中学到知识。

二、任务驱动教学模式教学的过程

第一步：教学开展前，教师确定主题，提出任务。第二步：学生结合自己意愿和能力，分析任务并分组。第三步：教师对核心内容进行辅导和讲解，学生按照任务要求借助多媒体设备、图书资料等进行自主学习。第四步：学生对任务内容进行实践性操作，小组分工配合和个人技能相结合，教师协助学生解决遇到的困难。第五步：每组学生讲解和展示自己完成的项目，学生互评，教师进行总体评价。

三、对任务进行设计的方法

在教学任务设计的阶段，对学生现有的知识结构和水平进行评估，针对学生的特点进行设计，做到让学生有兴趣且乐于构建知识体系。第一，差异化的任务设计。根据学生知识掌握的能力和意愿不同，在设计任务时应相互关联而又存在差异。在保证核心知识不变的前提下，把握知识脉络，突出重点，抓住关键，做到因材施教。其具体步骤为，教师通过实例授课讲解任务用到的新知识与技巧，学生根据实例做出类似项目，掌握任务中所包含知识点和技巧；学生完全理解和掌握知识点；学生自行设计或按照自己的思路进行探索，提高学生的积极性和学习兴趣。第二，协作性的任务设计。团队配合是当今社会大力提倡的能力之一，一个人的智慧和精力有限。为了使学生将来工作后快速适应岗位和工作氛围，在任务设计中教师应加入协作性配合模块。良好的团队配合不仅事半功倍，同时也充分发挥分析能力和讲说能力，使他们在相互讨论、争辩中解决问题。

四、任务驱动教学模式在课程中的运用

以直流稳压电源课程为例。一是教学任务的设计。直流稳压电源电路由变压、整流、滤波、稳压四部分构成，电路中变压器起到变压作用。二极管起到整流作用——将交流电转换成脉动直流电。电容起到滤波作用。电路的调整使输出电压稳定。二是学生对任务进行分析。直流稳压电源的内部构造是什么？每个元器件的作用是什么？是如何实现直流稳压的？三是内容讲解和学生自主学习为核心。教师将核心内容二极管及其整流电路、滤波电路、稳压电路，进行讲解。学生根据任务要求自行查阅相关资料，试析解决问题。四是完成任务。学生对直流稳压电路进行实践性操作，组装和调试电路。调试内容主要有调整、测试电源输出电压、空载电流、负载电流、电压调整率、电流调整率和纹波电压等。教师在一旁指导并协助学生解决出现的问题。五是评价总结。做到三评”，即小组自评、每组互评、教师讲评。对于掌握慢、基础不扎实的学生要加强小结和知识点回顾；对于掌握快、能力更好的学生要引导他们继续探索更深层次的知识，这样将使每个学生都有收获和成就感，真正实现了分层教学和因材施教。任务驱动教学模式是对现有教学模式的一种改进和创新，实施它的目的在于培养学生的自学、观察、动手、研究和分析问题的、协作和互助、交际和交流能力以及生活和生存的能力。学与做相结合的模式体现了中等职业教育的特点与特征，是促进中等职业学校学生全面发展的一种有效教学方法。

作者：李永建单位：河北省廊坊市高级技工学校

参考文献：

直流稳压电源设计思路篇6

关键词智能汽车竞赛；电源管理模块；电机驱动模块

中图分类号TP2文献标识码A文章编号2095-6363（2015）09-0032-02

全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为宗旨，鼓励创新的一项科技竞赛。以飞思卡尔半导体公司的微处理器为核心，通过自主设计传感器、电源管理模块、电机驱动模块和编写控制程序，制作一个能按照比赛规则自动识别赛道完成比赛的模型汽车。

硬件是智能车的基础，其影响着车模系统稳定性。基于此，本文主要提出一套电源管理模块、电机驱动模块的可行设计方案。

1电源管理模块

根据调整管的工作状态，直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源通过采样、反馈等方式来控制调整管的导通程度，其输出电压文波比较小、工作噪声小、反应速度快；调整管工作在放大状态，效率比较低，发热量大。在开关稳压电源中，开关管工作饱和或者截止状态，对应开、关两个状态；效率高，功耗小，存在比较严重的开关干扰。

电源管理模块为车模系统的各个模块供电，其供电稳定性是车模稳定运行的基础。在设计中，不仅要考虑各个模块的正常工作电压、电流，还要做好各个模块的隔离，减小模块之间的噪声干扰。总的来说，通过三端集成稳压芯片来给各个模块来供电。竞赛中，常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2941、TPS系列等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575、AS1015等）两大类。

车模电源是7.2V2000mAh的镍镉可充电电池，其对车模的各个模块供电。系统的供电示意图如图1所示，7.2V电压给不同电压的模块供电，主要的模块电压有12V、5.5V、5V和3.3V。用电池给电机供电，将电源电压经升、降压再给其他模块供电。电机驱动芯片IR2104的供电电压为12V，S-D5舵机的供电电压为5.5V，线性CCD的供电电压为5V，单片机的供电电压为5V，调参模块等供电电压为5V和3.3V。

MC9S12XS128单片机是系统的控制中心，其工作的稳定性直接影响车模运行。为了减少其他模块对其干扰，采用低压差线性稳压电源供电。TPS7350具有过流、过压和电压反接保护电路，可以有效地保护单片机；最大输出电流500mA，大于单片机工作电流；稳压线度相对比较好。所以选用TPS7350对其单独供电。线性CCD工作条件电源电压为-0.3V-6V，考虑到单片机的AD采样转化精度和线性CCD推荐工作条件等原因，选其最佳工作电压5V。VDD最大连续电流为40mA，在比赛中一般需要用到2-4个线性CCD，最大电流一般不超过200mA。线性CCD是模拟传感器，其供电电源的波动将影响其性能，TPS7350稳压后电压波动较小，用其对线性CCD单独供电。

S-D5是数字舵机，工作电压4.5V-5.5V，正常工作电流200mA，堵转电流是800mA；工作电压在5.5V下，带有堵转保护功能。舵机在实时控制时存在滞后性，滞后时间的大小主要由舵机的响应时间和转向传动比决定。在转向传动比不变时，舵机的响应时间与供电电压有关；舵机的工作电压越高，响应越快，同时扭矩力越大。选择5.5V供电，既可提高舵机响应速度，又可以保护舵机。LM2941S是低压差线性稳压芯片，原理图如其输出电压，在输出电流时，。选用为，为，计算得。

常用的调参模块主要有蓝牙、SD卡、OLED显示屏和按键等。不同调参模块的电压不同，SD卡供电电压为3.3V，蓝牙、OLED显示屏可以接3.3V或者5V，按键一般接5V。测速模块一般供电5V。这些模块电流一般较小，可以根据PCB设计的需要调整各模块的电压分配。

2电机驱动模块

在竞赛中，电机驱动的方式一般有两种方式：集成芯片、栅极驱动芯片和N沟道MOSFET。常用的集成驱动芯片有BTN7970、BTN7971等；常用的栅极驱动芯片有IR系列的IR2104、IR2184等；常用N沟道MOSFET型号多样。

集成驱动芯片在过流、短路、过温和欠压时，芯片自动关断输入。为了防止车模在运行过程中因为芯片保护而停止工作，在设计时要考虑过流保护、散热等情况并采取措施。而B型车模电机功率比较大，正常工作电流都要大于1A，在启动或者堵转的情况下，电流会更大，很容易造成驱动芯片发热；如若散热不好，会影响芯片正常工作，进而影响车模运行。所以采用半桥驱动芯片IR2104驱动4个LR7843型N沟道MOSFETH桥的方式来驱动电机。

首先了解一下H桥驱动原理，电机和4个N沟道MOSFET共同构成一个类似于字母H的驱动桥，如图4所示。当Q1、Q4导通时，直流电机中通过从左到右的电流；当Q2、Q3导通时，直流电机中通过从右到左的电流；流经电机电流方向的改变就可以实现电机的正反转。但是，在控制4个N沟道MOSFET导通时，同一桥臂的Q1和Q2、Q3和Q4不能同时导通，导通会造成源地的短路；在两次状态转换过程中可能出现瞬时短路，需要在转换时插入“死区”。在这里，采用一片栅极驱动芯片IR2104来驱动同一桥臂上下两个NMOS管导通。IR2104内部集成升压电路，一个自举二极管和―个自举电容便可完成自举升压。IR2104内部设置死区时间，存在于在每次状态转换时，可以保证同一桥臂上、下两管的状态相反。

NMOS管是电压驱动型器件，栅极电压高于源极电压即可实现NMOS的饱和导通。电压通断MOS管时，要比大10V以上，而且开通时必须工作在饱和导通状态。IR2104工作电压为10-20V，采用B0512S隔离电源升压模块来供电，IR2104输出达到15V左右，可以驱动NMOS管。NMOS管栅源极之间是容性结构，栅极回路存在寄生电感，合适的栅极电阻可以迅速衰减栅极回路在驱动芯片驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡。LR7843型N沟道MOSFET，。电机驱动模块设计电路图如图4。

3结论

本文的电路方案经过测试，证明了其可行性与可靠性。在车模系统中，各个模块能稳定可靠地运行。