开关电源设计(6篇)

开关电源设计篇1

关键词：星载电源；多路输出开关电源；小型化设计；电路设计

中图分类号：TN710?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）20?0145?03

Designofsatellite?bornemulti?channeloutputDC/DCconverter

ZHANGQian，LIUKe?cheng，WANGWei?guo

（LanzhouInstituteofPhysics，Lanzhou730000，China）

Abstract：Asatellite?bornemulti?channeloutputDC/DCconverterisintroduced.Themethodofthepowersupplydesigncanmeettheneedsofmostofthesatellite?bornemulti?channeloutputDC/DCconverters.Thedesigncharacteristicsofthepowersupplyareparticularlyintroduced.Theoperatingprincipleisanalyzed.Thedesignformulasarealsogiven.Theminiaturizationdesignofthesatellite?borneDC/DCconverterwasoptimized.Itcanbewidelyusedinsatellite?bornemulti?channeloutputDC/DCconverters.

Keywords：satellite?bornepowersupply；multi?channeloutputDC/DCconverter；miniaturizationdesign；circuitdesign

随着我国航天事业的发展，卫星有效载荷的数量和种类越来越多，势必要求与之相配套的开关电源的体积和重量进一步减小。因此，开关电源的小型化设计成为目前星载开关电源研究的一个热门课题。众所周知，开关电源的小型化可以从优化电路设计和采用新工艺两个方面入手，例如采用混合厚膜工艺可以大幅度地减小电源的体积和重量，但国产混合厚膜开关电源在航天领域目前还处在推广中，主要是其抗辐照性能对于高轨长寿命卫星来说存在着一定的局限性。因此，采用表贴工艺的开关电源在航天领域依然具备广阔的市场。这就要求必须在电路设计上进行优化，以满足星载开关电源小型化的要求。本文介绍一种多路输出开关电源，它采用不同拓扑组合的方式，能够满足星上大部分中小功率设备的供电需求。

1星载多路输出开关电源的几种设计方案

1.1单端反激式多路输出开关电源

图1所示单端反激式多路输出开关电源的设计思路是：考虑到星载开关电源的磁隔离要求，采取前级自持预稳压，后级各路输出进行二次稳压的方式。反激式拓扑的特点是电路结构简单，易于实现多路输出。如果不采用二次稳压，次级各路输出的电压和负载稳定度不会优于±3%，很难满足星上大部分用电设备的需求，因此，常常会在输出端进行二次稳压。常用的方法是采用三端稳压器进行二次稳压，这样输出各路电压稳定度优于±1%，能够满足星上用电设备的需求，采用三端稳压器进行二次稳压的另一个优点是如果用电设备对低频干扰比较敏感，那么输出后级采用三端稳压器进行二次稳压还能有效隔离输入端引入的低频干扰，保证用电设备正常工作[1]。但是单端反激式多路输出开关电源同样有它的局限性，如果其中某一路输出电流比较大，后级采用三端稳压器进行二次稳压会造成很大的功耗，从而降低了电源的转换效率，进而影响了电源的工作寿命。

1.2单端正激式多路输出开关电源

图2所示单端正激式多路输出开关电源的设计思路是：主路输出采用闭环直接反馈控制，辅输出采用磁链耦合技术以改善辅路输出的电压和负载稳定度。设计上一般主路输出功率比较大，辅路输出功率相对比较小，即便如此辅路输出的电压和负载稳定度也不会优于±5%，而且辅路输出的功率越大，辅路输出的稳定度也越差。这种方案一般设计成3路电源，路数再多辅路输出的稳定度就无法接受了。总体上单端正激式多路输出开关电源辅路输出负载和电压稳定度要比单端反激式多路输出开关电源各路输出负载和电压稳定度差。

图1单端反激式多路输出

图2单端正激式多路输出开关电源

1.3单端反激和单端正激相结合的多路输出开关电源

从图3可以看出电源由反激拓扑和正激拓扑组成，考虑到电源小型化的需求，电源共用一个消浪涌电路和输入滤波电路。反激电路组成三路小电流输出，后级各路输出通过三端稳压器进行进一步稳压，反激主变压器上绕制的两个辅助绕组的输出电压给正激电路的PWM芯片供电，由于反激电路采取了前级预稳压，同时给PWM芯片供电的负载电流比较小（小于100mA）。因此反激主变压器上的两个辅助绕组给PWM芯片的供电电压非常稳定，能够满足在不同条件下PWM芯片的供电要求。这种方案既满足了星用开关电源的磁隔离要求，又避免了方案（1）中大负载电流下使用三端稳压器进行二次稳压造成的功耗过大的问题，同时也解决了方案（2）中的辅路输出稳定度不高的问题。最大的优点是这种方案不受路数上的限制，设计上可以把小电流各路全部在单端反激中输出，大电流各路从单端正激中输出。本文设计了一款五路输出电源，其中18.5V，±14.5V负载电流小于1A从三路反激电源中出；7.5V，5.5V负载电流比较大从正激电源中出，它们的PWM芯片供电电压都是从三路反激电源的辅助绕组中输出的。

2关键电路参数设计

技术指标如下：输入电压为DC25～33V；开关频率为200kHz；最大占空比为0.5；输出电压/电流为18.5V/0.33A，+14.5V/0.3A，-14.5V/0.11A，7.5V/2.9A，5.5V/5.8A；转换效率≥78%。

图3单端反激和正激相结合的多路输出开关电源

2.1变压器的设计

电源涉及反激电路和正激电路变压器的设计，反激变换器的特点是当主功率开关管导通时变压器原边电感存储能量，负载的能量从输出滤波电路的电容处得到；而当关断时，变压器原边电感的能量将会传送到副边负载和它的滤波电容处，以补偿滤波电容在开关导通状态下消耗的能量[6]。具体设计如下：由于铁氧体材料有很好的储能和抑制信号传输过程中的尖峰和振铃作用，因此采用这种材料作为变压器磁芯是最好的选择之一。综合考虑反激电源的额定功率，转换效率以及磁芯的窗口利用率，选择RM8作为反激电源变压器的磁芯。初级线圈的峰值电流为：

[Ipmax=2TPoTonmaxUiminη]（1）

式中：[Uimin]为变压器初级输入的最小直流电压；T为开关电源周期；[Tonmax]为开关管导通时间；[Po]为输出功率；η为变换效率。

初级线圈的电感为：

[Lp=UiminTonmax0Ipmax]（2）

初级绕组的匝数为：

[Np=UiminTonmaxScΔB×104]（3）

式中：[Sc]为磁芯有效截面积；[ΔB]为磁芯工作磁感应强度。

初次级绕组匝数比为：

[L0≥（Uin-U0）U0TUinI0]（4）

式中：[UD]为输出整流二极管，[Us]为次级输出电压。

次级绕组匝数为：

[n12=NpNs]（5）

变压器气隙为：

[Ig=μrN2pScLp]（6）

式中：[Ig]的单位为mm；[μr]=4π，[Sc]的单位为mm2；[Lp]的单位为mH。按照式（1）～式（6）计算得：[Ipmax]=3A，[Lp]=16.7μH，[Np]=7匝；18.5V的匝数为9匝；±14.5V时匝数为7匝。给PWM芯片供电的两个辅助绕组的匝数为6匝，变压器气隙为0.24mm。

正激电路变压器的设计同样需要综合考虑电源的额定功率，转换效率、磁芯的窗口利用率以及磁芯的最佳磁密度。7.5V选择RM6作为变压器磁芯，5.5V选择RM8作为变压器磁芯。初级绕组匝数为：

[Np=UiminTonmaxScΔB×104]（7）

式中：[Tonmax]的单位为s，[ΔB]的单位为T，[Sc]的单位为cm2。

次级绕组匝数为：

[Ns≥Np（Us+UD）DmaxUimin]（8）

式中[Dmax]为最大占空比。

按照式（7）～（8）计算得：7.5V输出[Np]为13匝，[Ns]为10匝；5.5V输出[Np]为8匝，[Ns]为5匝。变压器导线电流密度取7～8A/mm2。

2.2输出滤波电路的设计

反激变换器由于其主变压器初级充当了储能电感的作用，因此其输出各路可以不要差模电感，考虑到EMC的需要，可在输出各路增加一个共模电感，反激变换器的输出电容可由式（9）算出。

[C≥5TsU08UoppR]（9）

式中：[Ts]为电源周期；[U0]为电源各路额定电压；[Uopp]为输出纹波电压，[R]为负载电阻，工程实际中还需要考虑电源的ESR值。

按照式（9）计算得：18.5V输出[C≥]21μF，14.5V输出[C≥]19μF，-14.5V输出[C≥]7μF。正激变换器输出差模电感工作在连续状态其输出纹波电压小，工作在非连续状态其输出纹波电压大。设计上一般将额定输出电流的设定为电感连续和非连续工作状态的临界点，得到输出差模电感的计算公式为：

[L0≥（Uin-U0）U0TUinI0]（10）

按照式（10）计算得：7.5V输出[L0]=57μH，5.5V输出[L0]=20μH。按照式（9）计算得各路输出滤波电容：7.5V输出[C≥]169μF，5.5V输出[C≥]365μF。

2.3关键点波形和数据

表1列出了反激电路两个辅助绕组给正激电路PWM芯片供电的电压在不同输入电压负载一定下的电压值，表2列出了输入电压一定负载变化下的电压值。

表1不同输入电压负载一定下的电压值V

表2输入电压一定负载变化下的电压值V

图4额定输入下反激电路主开关管漏源波形

图5额定输入下7.5V正激电路主开关管漏源波形

3结论

本文介绍了一种新型的星用多路输出开关电源，不仅有效地解决了传统星用开关电源的一些弊病，同时在电源的小型化设计上具备一定的优势，在星用开关电源的应用上具备广阔的前景。

图6额定输入下5.5V正激电路主开关管漏源波形

参考文献

[1]PRESSMANAL.开关电源设计[M].王志强，译.北京：电子工业出版社，2005.

[2]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.

[3]户川治郎.实用电源电路设计[M].北京：科学出版社，2005.

[4]甘久超，谢运祥，颜凌峰.DC/DC变换器的多路输出技术综述[J].电工技术杂志，2002（4）：1?4.

开关电源设计篇2

关键词：DCDC开关电源；模拟加法器；恒流源；误差放大器

中国分类号：TN433文献标识码：A文章编号：10053824（2013）03000503

0引言

电源管理IC因具有体积小、转换速率高等优点，已被广泛应用于电子、通信、电气、能源、航空航天及家电等领域。电源管理IC主要分为线性稳压电源转换器和DCDC开关电源转换器。相对于线性稳压电源转换器，DCDC开关电源转换器具有电压转换效率高和输出电压范围较宽的特点，因而DCDC开关电源转换器已成为主要的电源产品之一[1]。

降压型脉冲宽度调制型（pulsewidthmodulation，PWM）DCDC开关电源是目前被广泛应用的1种DCDC开关电源结构[24]，其电路结构如图1所示。由图1可知，模拟加法器是PWM型DCDC开关电源转换器的核心模块，其性能特性直接影响PWM型DCDC开关源的性能特性，因而要求模拟加法器在电源电压、温度等变化或漂移条件下，均能获得稳定的性能。针对这些要求，本文设计了1种适用于DCDC开关电源的模拟加法器。

1模拟加法器原理及构成

本文所设计的模拟加法器的原理图如图2所示。该模拟加法器主要由误差放大器A1，误差放大器A2，MOS晶体管M1―M4，电阻R1，R2以及电容C1，C2组成。其中，误差放大器A1与误差放大器A2完全相同，Vref为带隙基准参考提供的1.2V带隙参考电压，其具有与温度、电源电压波动以及工艺无关的参考电压源。VA1为图1所示的DCDC开关电源转换器的放大器的输出信号。电容C1与电容C2在图2所示电路中起滤波以及电荷存储作用。

图1DCDC开关电源转换器电路结构图图2模拟加法器原理图误差放大器A1，MOS管M1与电阻R2构成负反馈系统。误差放大器A1强制放大器的两输入端电压相等，即V1=Vref，因而流过电阻R1的电流I1为I1=VrefR1（1）图2中，MOS晶体管M1与M2构成基本电流镜，因而流过M2的漏电流I2为I2=WL2WL1I1（2）（2）式中：WL1与WL2分别为晶体管M1与M2的宽长比，因而电阻R1的压差VR1为VR1=I2R2=WL2WL1×R2R1×Vref（3）同理，误差放大器A2与MOS管M4也构成负反馈系统。误差放大器A2强制其两输入端电压相等，即V2=VA1（4）由（3）式与（4）式可得模拟加法器的输出电压VA，其可表示为VA=VA1+WL2WL1×R2R1×Vref（5）在电路设计时，若M1与M2为完全相同的PMOS管，即WL1=WL2，同时R2与R1为同一类型电阻且具有相同的阻值，则（5）式可表示为VA=VA1+Vref（6）（6）式说明图2所示的电路能有效地实现两模拟电压求和的功能。

2误差放大器的分析与设计

在图2所示的电路中，误差放大器A1以及误差放大器A2为模拟加法器的重要单元模块，其性能特性直接影响模拟加法器的性能特性，其中误差放大器A1与误差放大器A2完全相同。针对此问题，本文所设计的误差放大器A1与误差放大器A2采用折叠式共源共栅结构[5]，如图3所示。误差放大器主要由晶体管Ma0―Ma10、电阻R构成。其中Vp和Vn分别为误差放大器的差分输入端，Vb1―Vb3为偏置电压，Ma0与Ma1为PMOS输入对管，Ma3，Ma4与Ma5，Ma6形成电流镜对负载，实现双端输入和单端输出。图4为放大器的交流仿真曲线。仿真结果显示，在一定负载电容条件下，本文所设计的误差放大器获得65.5dB的低频增益以及80°相位裕度，能够满足模拟加法器的要求。

图3误差放大器电路图图4误差放大器交流仿真波形图3仿真结果与分析

为验证所设计的模拟加法器的性能特性，在电源电压VDD=3V的条件下，采用CSMC的0.5μm标准CMOS混合工艺以及Cadence的Spectre仿真工具对电路进行了仿真验证。

当Vref=1.2V以及VA1=1V时，模拟加法器的瞬态仿真结果如图5所示。仿真结果显示模拟加法器的输出VA≈2.2V，有效地实现了加法器功能。图6给出了VA与输入信号VA1的直流扫描关系曲线。仿真结果显示，模拟加法器的输出电压VA与输入电压VA1成线性关系，其差值恒为一常数。

图7为模拟加法器输出电压VA与温度的关系仿真曲线。仿真结果显示，当温度在0～110℃范围变化时，输出电压VA变化量仅为1.18mV。

图5模拟加法器瞬态仿真

图6模拟加法器输出VA与输入VA1的关系曲线

图7模拟加法器输出电压与温度关系仿真曲线

4结语

本文设计了一种适用于DCDC开关电源的模拟加法器，其具有简单的电路结构。采用CSMC0.5μmCMOS混合工艺以及Cadence的Spectre仿真工具对所设计的电路进行了仿真验证。仿真结果显示模拟加法器具有非常好的性能，能够满足DCDC开关电源的要求。参考文献：

[1]顾亦磊，吕征宇，钱照明.DC/DC拓扑的分类及选择标准[J].浙江大学学报，2004，38（10）：13751379.

[2]赵卉.电流控制模式单片开关电源的设计[D].成都：电子科技大学，2005.

[3]TANMin，ZHOUQianneng.Aendpointpredictionschemewithconstantamplituderampsignalsuitableforhighvoltageapplications[C]//ElectronDevicesandSolidStatcCircuits（EDSSC），2010IEEEInternationalConference.HongKong：[s.n.]，2010：14.

开关电源设计篇3

（一）上切换电路设计中的电源开关设计

为了使反激式电源开关保持高效率，需在分压限流电阻和控制芯片中间加入电切换电路。此设计可以使电源工作正常时，分压供电电阻不会一直维持在高耗能状态。

（二）U1.3842电源开关的电路设计

采用U1.3842的电流型脉宽调制器控制芯片，并利用高频变压器与电网隔离。这种组合控制器的电路比较简单，工作频率可高达500KHz，电压的调整率可达到0.01%，启动时的电流小于1毫安，工作电流为5毫安，是性能非常好的电流控制型的脉宽调制型芯片，而且该调制器管脚数量少，属于单端输出。计算出的工作频率为48.8KHz，根据时钟震荡电路中CT=4.7Nf，RT-7.5K，实验中功率留取一半作为余量，选用4个规格为0.25W、1.2的电阻并联为采样电阻，电容为3.9K。滤波及采样电路中，检流器件选用电阻。

（三）反馈电路的电源开关设计

电源开关的反馈电路设计非常重要，现在大多反激式开关设计都是用光耦PC817和TL431之间的电气隔离，实现反馈电压信号和控制芯片功能，但这样的电路电压输出的调整范围非常小，而笔者则拓展了这一范围。通过在以前的反馈电路光耦输出位置增加恒流源电路，使之吸收2mA的电流，便可实现分流总电流的目的，由此扩大光耦PC817的输出电流范围，输出电压的调节范围也就变大了，因为再经过信号LM358的放大，其中的误差也被放大，这样就因错误过大而失去了意义。所以恒流源电路直接设计在了UC3842的1脚上，就不会出现错误被放大导致控制精度的下降。也减少了反馈信号的输出时间，使电源的动态响应加快。经过改动后的电路调节范围比原有设计扩大了23%，使拓宽光耦的电流有效输入范围增大，输出电压调节范围增大。

二、总结

开关电源设计篇4

在任何开关电源设计中，pcb板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，pcb可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析:

3).印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。因采用单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠，但要避免焊盘重叠。

开关电源设计篇5

关键词：煤矿用直流稳压电源井下通信专用开关电源本质安全

1.引言

煤矿用直流稳压电源是保证煤矿监控系统安全、有效、准确工作的重要设备。它广泛应用于井下通讯、信号采集处理、过程监控等环节，它的技术先进性、功能适应性，以及产品的质量对整个系统的可靠性和性能价格比有着重要的影响。根据资料显示，电子设备的故障大约70%是由于电源引起的［1］。所以，直流稳压电源的性能将直接影响煤矿的安全生产。

2.通信电源系统及电磁兼容和防雷设计

通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统组成，交流供电系统由主用交流电源、备用交流电源、高压开关柜、电力降压变压器、低压配电柜、低压电容器屏和交流调压稳压设备及连接馈线组成的供电总体［2］。由整流设备、直流配电设备、蓄电池组、直流变换器、机架电源设备和相关的配电线路组成的总体称为直流供电系统［3］。

根据对象不同，可采取不同的供电方式，主要供电方式有：整流器独立供电方式，也称没有蓄电池的直流供电方式。电信系统经过整流器，从市电直接获得直流电的供电。高频开关整流器，也称无工频变压器整流器［4］，主要有三部分组成：主电路、控制电路和辅助电源。

电磁兼容（EMC）是表示一种状态的特征，即各种电气设备正常工作互不干扰，它们对其它电气设备不产生电磁干扰，并具有抗外界电磁干扰的能力，因而在同时运行时，各自的功能不受到影响，同时也不受到自然电磁现象［5］，如闪电雷击的影响。

电磁骚扰分为传导骚扰和辐射骚扰。

（1）骚扰限值

电源端口传导骚扰值。当采用准峰值检波测试仪所测试的骚扰值不大于平均值限值时，则认为受试单元满足了两种极限值，就不必在用平均值检波测试仪进行测试。如果测试仪上所示读数在极限值附近波动，则读数的观察时间不少于15s，记录最高读数，孤立的瞬间高值读数忽略不计。电信电源设备信号/控制端口的传导骚扰限值待定。

（2）辐射骚扰限值

在电源系统中经常受到过电压的干扰，过电压产生于下列主要原因。

（1）雷电过电压，包括受直击雷和感应雷产生的雷电过电压。

（2）电源系统内部过电压，包括工频过电压、操作过电压和谐波过电压。

按照YD5078―98通信行业标准《通信工程电源系统防雷技术规定》根据电源设备安装地点条件和额定工作电压的不同，在电信工程中，电源系统按耐雷电冲击指标分为5类。氧化锌压敏电阻是电信电源设备主要采用的避雷器，由于它性能优越、结构简单、小型可靠，得到广泛应用，并有替代过去使用阀式避雷器的趋势。压敏电阻的规格以压敏电阻值和耐流能力表示。主要技术指标有冲击击穿电压、残压和耐流能力，与放电管比较，响应速度快，耐流能力可达10K（8/20μs电流波形）。

作为本质安全防爆开关电源，其设计和评价本质安全电路的基本依据是电火花的最小点燃能量。当电路中的电火花能量达到一定数量级时，将会引燃爆炸性混合物，造成不可估量的损失。因此，在设计本质安全防爆开关电源时，必须严格按照本质安全防爆的要求进行设计，也就是其放电火花能量不能大于最小点燃能量。

3.电信电源设备和系统的可靠性分析

可靠性就是在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。可靠性对于电信十分重要，这是因为电信设备乃至由它构成的电信系统日趋电子化，电信设备乃至由它构成的电信系统越复杂，出现故障的概率越高。

可靠度，产品在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力的概率称为该产品的可靠度。

（1）平均失效率

λ（t）==

将上式改写成微分方式，得到：

λ（t）=-

（2）平均寿命与平均维修时间。使用寿命是产品在规定的条件下从规定时刻开始，到失效密度变到不可接受或产品的故障被认为不可修理时的时间区间。

根据可靠度的定义，一种产品在t时刻内正常工作的概率为R（t），则按照统计理论，该产品寿命的数学期望值亦即使用寿命T可表示为：

T=?蘩R（t）dt=?蘩edt=

电信电源系统的可靠性估算。

对于电源系统，则要根据具体的电路结构、构成系统各种电源设备在考察情况下的可靠性用估算的方法估算其可靠性。为此，必须把物理结构的供电系统图，改变成表示构成电源系统的各个部分在电路中关于可靠性的逻辑关系的方框图。其供电方框图如图1所示。

（1）交流电源部分的稳态不可用度U和平均恢复前时间MTTR。二类市电的年稳态不可用度应小于3×10，平均故障持续时间应不大于6h；柴油发电机组运行过程中的故障率极低，其平均失效间隔时间MTBF应不小于600h，远低于启动失败率，可靠性估算中可予忽略。由于市电与柴油发电机组并联，再与交流配电屏串来联，先计算并联柴油发电机组的U。

计算市电与柴油发电机组并联的MTTR为：

MTTR===0.462

由于市电与柴油发电机组并联后，再与交流配电屏串联，故交流电源部分的平均恢复前时间MTTR为：

MTTR=

==0.534

（2）整流器以前部分的稳态不可用度U和平均恢复前时间MTTR。首先计算两台整流器并联的稳态不可用度Uzs。

单台整流器的平均失效间隔时间MTBF为5×10h。由以下公式可求出单台整流器的MTTR：

U=

MMTR==0.33（h）

由于两台整流器并联，故：

MTTR=×0.33=0.165（h）

交流电源部分与整流器串联，故整流器以前部分的稳态不可用度U为：

U=U+U=4×10+4.356×10≈4×10

整流器以前部分的MTTR为：

MTTR=

==0.534

4.主电路设计

4.1充放电控制电路的设计

系统选择的STSR12M7.0AT型蓄电池在使用时要防止过充电和过放电，一般限制在±10%左右的额定电压以内。对于12V的铅酸蓄电池，其充电电压最高为13.2V，最低放电电压为10.8V，三个12V铅酸蓄电池串联使用时，则最高充电电压为39.6V，最低放电电压为32.4V。

4.2DC/DC变换器的设计

AC/DC是交流和直流连接部，此时的额定电压为220/380ACV，模拟雷电压冲击波电压峰值为2.5kV（1.2/50μs），模拟雷电流冲击波电流峰值为1.25kA（8/20μs）。选择相应的避雷器产品满足其要求［6］。

单片开关式集成稳压器被誉为新型高效节能稳压电源，其电源效率可达90%以上。由于它把开关电源所需的基准电压源、锯齿波发生器、脉宽调制器（PWM）、功率输出级（即开关功率管）和各种保护电路全部集成在芯片中，实现了单片集成化，因此它在各种开关电源中的集成度最高、功能最全、性能优良而电路非常简单［7］。

5.结语

煤矿用直流稳压电源是保证煤矿监控系统安全、有效、准确工作的重要设备。长期以来一直是井下监控系统稳定、可靠工作的关键所在。它广泛应用于井下通讯、信号采集处理、过程监控等环节，它的技术先进性、功能适应性，以及产品的质量对整个系统的可靠性和性能价格比有着重要的影响。

本文创新点：针对煤矿井下湿度大、矿尘大、电磁干扰大，以及空间小、工作场所分散等这些特殊要求，设计了井下通信专用开关电源，符合本质安全型输出的要求，特别是本质安全信号在传输电缆断裂等各种故障情况下，均不能导致燃烧和爆炸事故的发生。还可在75%―115%的输入电压范围内能稳定工作，并有足够的功率输出，满足不间断供电，安装使用也比较方便，可靠性和供电质量都非常高。

参考文献：

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［7］王英剑，常敏慧，何希才.新型开关电源使用技术.电子工业出版社，1999.

开关电源设计篇6

【关键词】可编程控制器；PLC技术；智能开关；低压双电源

0.前言

传统的双电源自动转换双电源线路主要是通过集成多种继电器、接触器、开关等，按照特设的逻辑顺序进行相关的转换，在工作时，传统的转换器安全性差、结构复杂、安装困难、维护工作量较大，为其发展带来了极大的影响，同时因为诸多外借因素的影响，传统的电源转换器逐渐被市场淘汰，越来越多的建筑设施和工业设备采用PLC智能转换器。

PLC智能开关就是在工业环境下应用而升级的数字运算操作电子装置。它主要代替继电器实现逻辑控制，同时随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此在市场上占有份额越来越大，将逐步取代传统的控制系统进行更科学有效的控制。

1.双电源电路工作要求及实现环境的设计

双电源本质上就是一种由微处理器控制，用于电网系统中网电与网电或网电与发电机电源启动切换的装置，可使电源连续源供电。当常用电突然故障或停电时，通过双电源切换开关，自动投入到备用电源上，使设备仍能正常运行。最常见的是电梯、消防、监控上。在双电源线路的实现过程中，主要是市供电和机械发电之间的转换，转换之后要及时调整电压、频率等参数，同时双电源中作线路中要有及时有效设备的控制和相应的人力检测，保障供电的安全可靠。

2.可编程控制器（PLC）的工作原理

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

在PLC投入运行的时候。其工作过程主要分为三段：输入采样、用户程序执行、输出刷新。完成这单个步骤就是完成一个扫描周期。

输入采样就是PLC以扫描方式依次的读入所有输入状态和数据，并将它们存入特定的I/O映象区中的相应的单元内，输入采样结束后，就转入用户程序执行和输出刷新阶段，这时输入状态数据进行运算和处理，原始的I/O映象区的数据不发生改变。

用户程序执行阶段就是PLC按照其设定的顺序对用户程序进行系统性扫描和逻辑运算，根据逻辑运算结果，PLC自动刷新逻辑线圈在RAM存储区中对应位的状态，或者是发出指令，控制设备自动进行工作和生产。

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这才是PLC的真正输出。

综合来看，PLC同传统的转换设备相比其功能更加完善，组合灵活，扩展方便，实用性强，同时用户程序编制简单，系统开发周期短，现场可以调试；相对与环境来说，PLC技术对环境要求低，抗干扰能力强，易学易用。

3.PLC低压双电源智能开关的实现和应用

PLC主要面向工业化生产，控制主要用于三相交流供配电控制。与传统的智能开关相比，PLC低压双电源智能开关有缺相保护功能，在发生缺相的时候，可以有效的控制电源切断，同时还可以在系统电源恢复时进行反切，有效保护了电路和生产设备，PLC应用时还可以有效避免构件的耗损率，减少成本的开支和资源的浪费。

系统方案的确定，PLC双电源在工作时，必须只能有一个电源与负载接通，且在一路电路故障时要实现自动切换，同时由于使用PLC设备的都是用电总功率较大的场合，必要时需使用发电机设备供电。系统在工作时就要有选择的进行检测工作，一旦主电源发生故障（系统电源出现缺相或者是欠压），此时立即启动发电机，同时主电源就会自动断开，备用电源启动后，同样要进行相关检测，检测备用电源无障碍后再进行备用电源与负载的接通。

系统硬件设计是主体设备的选择和确定。根据总系统设计方案要求，设置相应的硬件设备。硬件设备中，主要考虑因素是控制环节和判断步骤，在选择了使用的设备后，要进行实用性实验检测和统计，只有严格控制好硬件设备的安装与使用，才能更好在系统软件设备中编制程序和实现功能。

系统软件设计就是编译PLC控制系统的语言主体。软件设计主要分为五部分：对于复杂的控制系统要绘制控制系统流程图，对于简单的系统可以忽略此步骤；根据实践经验和对PLC的认识设置梯形图；根据梯形图编制语言表程序清单；用程序编程器键入PLC用户存储器中，并检查键入程序是否正确；对程序进行调试直到满足要求。

PLC的后期实现主要就是根据以上步骤进行合理的物理设备实现，这样一项PLC低压双电源智能开关就可以得以实现。

4.我国PLC低压双电源智能开关的发展趋势

PLC低压双电源智能开关已经被广泛的应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械加工等各个行业。PLC虽然已经有了广阔了发展前景，但在其创新领域内还是有很大的空间，PLC发展趋向主要是更小的设备体积、更强的通信功能和更高速的处理速度。

5.总结

从最早美国数字设备公司研制出的可控编程控制器PDP-14，到现在比较成熟的PLC整体设备，短短几十年之间，PLC技术取得了不错的发展，PLC现已成为工业控制三大支柱之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电—接触控制系统，在机械、化工、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。同时在未来的市场上也将占有很大的份额，PLC智能开关也将得到更广阔的发展前景。

【参考文献】

[1]陈军统，潘再平，杨舒捷.基PLC低压双电源智能开关设计[J].制造业自动化，2012（8）：135-138.

[2]于静.PLC低压下的双电源智能开关设计探讨[J].大科技，2012（20）：24-25.