前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇開關電源原理與設計范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

開關電源原理與設計范文第1篇

Design and development of MIDAS⁃based electronic component management system

for university electronic design contest

ZHANG Xiang⁃ming

（College of computer science， South⁃Central University for Nationalities， Wuhan 430074， China ）

Abstract： In order to improve the management efficiency of components for the undergraduate electronic design contest， and raise the utilization rate of electronic components， a set of electronic component management system based on MIDAS （multi⁃tier distributed application services suite） and ADO technology was designed and developed. In combination with the management features of electronic components in daily training of electronic design contest in colleges and universities， a distributed multi⁃tier architecture was used in the electronic components management system design and implementation. The bar code technology was adopted in the system. The results show that the developed system has the advantages of simple operation， high efficiency， and can improve the management efficiency of distribution， collection， laboratory procurement and inventory early warning of electronic components.

Keywords： multi⁃tier distributed application services suite； electronic device competition； electronic component management system； and chips； ADO technology

0引言

隨著中國教育體制改革的不斷推進，各高校越來越重視學生創新能力的培養與訓練，以期達到提升學生創新素質、增強學生適應市場和社會的目的。全國大學生電子設計競賽是一項面向理科學生的重要賽事，其全國競賽組委會由國家教育部、信息產業部及部分參賽省市教委代表及電子類專家組成，負責全國競賽的組織領導、協調工作，其重要性不言而喻[1⁃2]。

競賽要使用到大量的電子元器件，涉及的元器件品種多達幾百種，且使用數量繁多。學生在競賽前期的實訓中，需要頻繁地領用元器件，高校實驗室管理人員需要對元器件的消耗情況進行匯總，對貴重器件進行登記與跟蹤，同時還要對元器件庫存有充分的了解，以便對元器件庫進行有效合理的補充。目前很多高校的元器件管理工作仍處在于手工管理狀態：仍然以手工方式登記學生領用情況，以人工方式對器件進行跟蹤，目測元器件庫存是否充足，學生領用元器件查找費時，這些問題極大地影響了電子競賽的高效管理[3]。

為提高競賽管理效率及元器件使用率，將構建一套智能化的電子元器件管理系統。因競賽實訓工作均在學校內完成，故將系統的架構設計為三層C/S（客戶/服務器）結構，采用MIDAS和ADO技術來開發系統，按軟件工程理論和方法對系統的各項模塊進行設計，實現元器件采購計劃管理、元器件入庫、學生領用元器件、元器件查詢、元器件統計分析等主要功能。

1系統架構和開發環境

基于高校電子設計競賽的實際情況，系統采用C/S架構的多層分布式環境來開發，使用DELPHI7.0為開發平臺，充分地運用其MIDAS，ADO等技術來構建一個基于數據服務層、業務邏輯應用服務層及客戶層的分布式智能化管理系統，開發過程中使用的一些相關技術分析如下：

1.1多層分布式系統

分布式結構實際上是一種分布式應用系統，被分成數個不同的部分并且被執行在不同的機器之中，引入了應用程序服務器概念，應用程序服務器是一個包含系統業務邏輯的應用程序，以一種特定的組件形態，如MicroSoft的COM/DCOM，CORBA等對象，封裝應用系統的邏輯程序代碼，執行特定企業功能，然后把這些企業對象分發到應用服務器。

1.2體系結構

三層或多層體系結構中比二層C/S結構增加了一個中間層到客戶端和數據庫端間。中間層的實現有多種方法，目前最常用的是應用服務器，把使用的事務和消息服務器看作應用系統的基礎“中間件”平臺[4]，客戶端程序不直接與數據庫服務器通信，而是通過中間層⁃應用服務器來訪問，當有客戶端程序發出數據請求時，通過指令傳送到應用服務器，應用服務器接到指令后，調用相應函數（Function）、過程（Procedure）等業務邏輯來向數據庫服務器發出指令，數據庫服務器經過運算后，將處理結果反饋至應用服務器，再由應用服務器將中間結果反饋至客戶端程序，從而大大減少數據庫端訪問量過大的開銷，提高數據處理能力和系統運行效率[5]，如圖1所示。

圖1 三層C/S體系結構

1.3MIDAS技術

多層分布式應用服務包（Multi⁃tier Distributed Application Services Suite，MIDAS），在Delphi企業版里被用來創建多層應用程序。MIDAS提供了一套高級組件、服務和核心技術，可以簡化跨平臺（Windows，UNIX，Linux）、跨產品的多級分布式應用系統的開發，通過它可以用相同的組件訪問不同的后端應用程序服務器，在帶寬具有挑戰性的網絡中，與其他解決方案所產生的分布式應用相比，具有更快、更容易和更高的特性[6]。

MIDAS三層體系結構指邏輯上的三層，即應用表示層、應用邏輯層和數據層。應用表示層主要負責用戶端界面，提供給用戶一個操作方便且簡單快捷的應用服務接口；應用邏輯層（或為應用服務器）是整個結構中最重要的部分，實現應用程序的應用邏輯處理；數據層（又為數據庫服務器）則負責數據的存取和管理。應用邏輯層將業務規則、數據訪問及合法性檢驗等工作放到了中間層進行處理。通常情況下，客戶端不直接與數據庫進行交互，而是通過通信協議與中間層建立連接，再經由中間層與數據庫進行交互。Delphi對多層分布式應用程序的支持主要得益于其MIDAS技術，該技術允許分割數據庫應用程序，并實現對商業規則和進程的集中管理[7]。

2系統分析與設計

2.1系統需求分析

在軟件工程理論中，需求分析是軟件工程設計最重要的一環，是連通用戶與軟件開發人員的橋梁，是整個開發過程的重要基礎。電子元器件因種類多、設計期間用量大、參賽參訓人數多、實驗人員管理雜等特點，元器件管理系統需要有準確、全面的一手用戶需求資料，從而設計出符合要求的功能需求，為電子設計競賽實驗室管理人員提供高效、準確的統計與分析數據，更好地做好服務[8]。歸納出以下需求：

（1） 元器件基本要素：元器件是元件和器件的概稱，包括元器件類別、名稱、規格、型號等要素。

（2） 元器件存放要素：為方便電子設計實訓時學生快捷領用元器件，在元器件存放時，嚴格按規定存放到指定編號的小器件單元，單元按元器件類別分類存放，按序編號。

（3） 元器件采購要素：包括元器件類別、名稱、規格、型號、日期、數量、單價、供應商等。

（4） 元器件的出庫要素：學生領用和元器件調撥，包括元器件類別、名稱、規格、型號、數量、出庫類別、領用人學號、姓名（或被調撥單位名稱）、領用日期等要素。

（5） 用戶信息：包括實驗室管理人員、學生，權限分為查詢、統計、入庫、出庫、可領用等。

（6） 系統的功能需求。根據電子設計競賽實訓元器件管理的特性及元器件發放的流程分析，電子元器件管理系統需要完成的功能有：元器件基本設置、采購及入庫、元器件發放（或領用）、元器件調撥、元器件庫存統計及預警、元器件相關查詢等功能。

2.2系統的功能設計

通過上述的系統需要分析，設計出本系統應完成的具體功能結構（如圖2所示）。

圖2 元器件管理系統功能結構圖

（1） 用戶權限管理功能模塊。電子設計競賽日常培訓由實驗室工作人員管理，負責元器件的采購計劃、元器件的發放與回收、庫存分析等工作。按用戶的實際操作范圍，生成不同的角色，每一角色具有不同的使用權限，然后為不同的操作用戶分配不同的角色。權限分為：普通管理員、超級管理員。

（2） 元器件倉庫管理功能模塊。對元器件倉庫按元器件的類別進行分類管理，并按元器件的規格、型號來分別設置元器件倉庫存放地點，設置統一編號管理元器件倉庫。可實現按倉庫編號查元器件名稱、數量等操作；可根據元器件查找倉庫，方便學生領用時快速尋找元器件。

（3） 元器件進庫管理功能模塊。根據年度采購計劃；采購后元器件入庫。入庫信息包含供應商、價格、日期、倉存單元編號等信息；該模塊能實現數據的錄入與修改操作及元器件的入庫和查詢匯總操作等功能。

（4） 元器件出庫功能模塊。元器件出庫方式主要有：學生領用元器件、元器件調撥。學生領用元器件，需先經遠程預約領用，由實驗室人員按預約進行發放；實驗室人員能根據預先設定的元器件存放地址準確找到元器件；元器件調撥必須要有調入單位信息，需經超級管理員審核方可執行。

（5） 元器件庫存預警功能模塊。根據實際庫存及系統預設預警數量，系統自動并作出相應庫存預警。

（6） 元器件倉存統計查詢功能模塊。按各種統計要求設計各類統計查詢功能，可統計某段時間內元器件的使用量，并可生成各類報表。

（7） 條碼管理。學生學號、元器件均采用條碼管理，方便錄入。

2.3系統的體系結構設計

電子元器件管理系統建立在局域網和關系數據庫的基礎之上，將存在于實際操作和數據庫中的數據抽象為業務邏輯對象，通過對象管理框架進行管理。在此基礎上，構建若干適應電子競賽用元器件實際情況的功能模塊，通過友好的用戶界面與用戶交互，完成電子設計競賽和實驗室人員元器件管理服務的系統。其中：

（1） 對象管理框架層：提供實現電子元器件管理的各種功能的核心構架；

（2） 系統功能模塊層：在用戶界面層，用戶命令的處理均由各項功能模塊完成；

（3） 圖形用戶界面層：提供友好的交互式的圖形界面，使學生和實驗室人員可以直觀方便地完成電子元器件管理系統的各項功能；

（4） 系統支持層：電子元器件管理系統是一個多層分布式的管理系統，分布式技術及網絡技術有效支持分散數據的集中管理，而關系數據庫的數據操作功能有效支持了系統對象在底層數據庫的管理[9⁃10]。

3系統的具體實現與特點

根據多層分布式系統的結構和電子元器件管理的特點，分別實現該系統數據庫層、業務邏輯層、用戶表示層的詳細設計。

3.1系統數據庫層服務器的實現

根據電子元器件管理系統的功能要求，選取MicroSoft SQL Server 2000作為后臺數據庫。SQL Server2000具有強大的數據管理功能，支持數據的完整性、安全性管理和并發控制。在數據庫服務器中構建關系數據庫（ElecComponentsDb），建立若干個數據表，分別存放用戶權限管理、元器件類別、元器件入庫資料、元器件領導用管理、元器件調撥等信息，并設置若干個由多個表JOIN連接的視圖，以設計各類管理功能需要的交叉查詢功能。大量在客戶端不能完成的系統功能，全部設計為數據庫服務器端的存儲過程，用存儲過程來實現系統功能，達到了既快速，又安全的目的。主要存儲過程有：

（1） 元器件領庫存余量計算算法功能：PROCEDURE ElecChipsCalc；

（2） 元器件分類匯總：PROCEDURE ElecChipsStas；

（3） 元器件進倉處理：PROCEDURE ElecCmpsIn；

（4） 元器件領用處理： PROCEDURE ElecCmpsOut等。

3.2應用服務器的建立

（1） 使用數據集組件連接遠程數據庫

使用Delphi7.0分布式VCL組件建立一個OLE Automation服務器，客戶端程序通過應用服務器的IAppServer接口連接客戶端應用程序供其調用。通過加入讀取INI文件中存儲的服務器、用戶名、口令等信息的代碼以及授權等信息碼后。從外置INI文件讀取信息的程序代碼如下：

sf：Tinifile；//INI文件實例

begin

sf：=Tinifile.Create（ExtractFilePath（Paramstr（0））+'ScunSys.ini'）；

with sf do

begin

edtserv.text：=readstring（'system'，'Server'，'（Local）'）；

edtdb.text：=readstring（'system'，'DbName'，'scunpersondb'）； //

edtuser.text：=readstring（'system'，'UserName'，'sa'）；

edtpwd.text：= readstring（'system'，'password'，'**'）；

// 讀取服務器信息、數據庫、User用戶信息、Password口令信息等

end；

（2） 通過RDM的IAppServer接口來存取遠程數據庫的數據集

在RDM中通過數據集組件的方式顯然不能完全解決數據的高速存取及數據連接池的問題，且安全性不能得到保障，故在本系統中采用了通過設置IAppServer接口函數來實現數據集的存取操作.

在系統中，根據獲取數據集、存儲數據集及其他功能實現的方式設立以下幾種主要的業務函數：

① 通過數據庫端存儲過程獲取數據。（有數據集返回）

function AccqDataFromStoreproc （）： OleVariant； 該函數返回值為一數據集，直接賦值給DataSet.Data，從客戶端接收SQL語句獲取數據。程序代碼如下：

function TScunAppS.AccqDataFromStoreproc（const spName： WideString；Params： OleVariant； const spdname： WideString）： OleVariant；

var

i：integer；

sconn：Tadoconnection； //設置TAdoConnection實例

fromsp：TadoStoredproc； //設置TAdo Storedproc；實例接收客戶端傳遞的存儲過程名稱及其參數列表

begin

sconn：=Tadoconnection.create（self）；

if ScunAppInfo.ConnectDB（sconn） then

begin

fromsp：=TadoStoredproc.Create（self）；

spdsp：=Tdatasetprovider.Create（self）；

with spdsp do

begin

DataSet：=fromsp；

exported：=true；

resolvetodataset：=true；

name：=spdname；

end；

with fromsp do

begin

close；

connection：=sconn；

Procedurename：=spname；

if （varisarray（params）） then

begin

parameters.Clear；

for i：=vararraylowbound（params，1） to vararrayhighbound（params，1） do

begin

Parameters.Add；

Parameters[i].Value：=params[i]；

//從params分離出存儲過程參數

end；

end

else

exit；

prepared：=true；

try

active：=true；

result：=spdsp.Data； //獲取數據集，Variant參數回傳客戶端

except

on e： Exceptiondoraise；

end；

end；

end；

scunappinfo.stpspname：=spdname；

end；

② 更新數據集函數有兩個：UpdateByScript，UpdateByStoreProc，從客戶端接收SQL語句更新數據集。

③ 其他類函數：ECmpLogin， ECmpUnLogin，ReleaseDSProvider，用于對應用服務器的操作和管理。

3.3客戶端應用程序的建立

在Delphi中建立一個項目組，連接應用程序服務器，然后建立一個新的Application應用程序。新建一數據模塊，加入一個MIDAS組件板中的TDCOM Connection組件，設定其Computer Name屬性值為應用程序服務器位于的主機名稱。設定TDCOM Connection要使用的應用程序服務器，設置應用程序服務器的GUID和填在TDCOM Connection的ServerGUID屬性值。再添加TClientDataSet組件，設置其Provider Name 屬性值，激活TClient DataSet的實例，使其通過中間層從數據庫服務器中取得數據集。

在多層體系中，應用程序將待更新的數據暫存在客戶端應用程序中，系統真正要求將數據集更新回數據庫時，必須調用應用程序服務器提供的Apply Updates方法，才會把更新的數據集真正的更新回后端數據庫中，其更新方法如下：

If（DataModule1.Clientdataset1.changecount>0） then

//判斷數據集是否有更新發生

begin

DataModule1.Clientdataset1.Post；

DataModule1.Clientdataset1.ApplyUpdates（0）；

//更新數據集至數據庫

end；

3.4主要功能模塊的實現

（1） 根據系統的功能設計詳細設計書，制作程序用戶界面圖，并編寫程序代碼，實現電子元器件管理系統的各項主要功能。如圖3所示為電子元器件管理系統的主界面窗口。

圖3 電子元器件管理系統主界面圖

（2） 用戶登錄密碼加/解密算法實現。因使用的數據庫SQL Server2000存放用戶信息的表字符均為明文，而管理人員復雜，登錄用戶密碼易被泄密，故采用異或算法來對用戶密碼明文進行加密，讀取密碼時進行解密。具體算法如下：

ss：=''；

ts：=trim（passWord.text）； //用戶輸入的密碼加密

for i：=1 to length（ts） do

ss：=ss+char（ord（ts[i]） xor 127）；

解密算法同樣采用xor算法來實現。

（3） 元器件入庫管理模塊。系統設定元器件入庫前必須要有預算計劃，每次入庫自動生成一個入庫單號，然后在該入庫單下進行元器件各類參數信息的錄入。見圖4為元器件入庫管理模塊。

圖4 元器件入庫管理模塊圖

（4） 元器件領用管理模塊。在電子設計日常實訓中，學生經常要進入實驗室進行領用元器件，在領用元器件前學生必須經過系統的預約，預約領哪些元器件，并經指導老師審核后，方可到實驗室領取所預約的元器件。元器件領用管理模塊實現功能如圖5所示。

圖5 元器件領用管理模塊圖

其他功能模塊均已按設計要求進行實現，并經測試使用正常。在系統的使用過程中，學號、元器件編號無使用條碼錄入，增添了程序的可操作性和快捷性。

3.5多層穩固性及容錯與負載平衡能力的處理

系統采用了多個應用服務器來同時處理客戶端進程，系統的穩固性必然受到影響，程序在開發過程中使用DELPHI提供的TSimple Object Broker 組件的內置功能來實現系統的穩固性。通過修改TSimple Object Broker的屬性servers值來添加及維護一個能夠執行應用程序服務器的機器列表，并設置TDCOM Connection 或TSocket Connection以連接遠程服務器。當連結的主機故障時， TDCOM Connection 或TSocket Connection 可以從TSimple Object Broker 取得一個新的能夠執行應用程序服務器的遠程機器名稱，然后再連結到這臺新機器以取得應用程序服務器的服務[11]。

本系統采用動態平衡算法來保證負載平衡能力，主要依靠TSimple Object Broker組件強大的功能，設定TSimple Object Broker 的LoadBalanced 屬性來提供簡單的負載平衡能力。這樣當某臺應用服務器出現故障時，客戶端系統能通過TSimple Object Broker組件的負載平衡能力自動尋找正常運行的應用服務器，并接管該進程的管理功能，從而達到負載平衡的功能。

開關電源原理與設計范文第2篇

【關鍵詞】開關；電源；原理；趨勢

電子設備的運作需要電源供電，因而一個安全高效的電源，是組成技術指標合格的電子設備的必要部件之一。當下最常見的直流穩壓電源主要有兩類，一類是線性電源，另一類是開關電源。線性電源穩定性較好，輸出紋波電壓小，但要浪費較多的調整管功率，所以電源體積較為臃腫。相比之下，開關電源高效節能，外形小卻能穩定輸出較高電壓，并且擴充方便，包含技術含量高，常被應用于數碼設備、計算機等。開關電源是穩壓電源未來發展的主流趨勢，在當下已經較為普遍的應用于各個領域。

一、開關電源的基本原理及組成

（一）開關電源的基本原理

根據控制原理的差異，開關電源分為三種：脈寬調制、脈頻調制和混合調制。

（1）脈沖寬度調制式，簡稱脈寬調制式（Pulse Width Modulation，縮寫為PWM），當前集成開關電源多采用此種方式。這種方式穩定電壓的方式是，在開關頻率不變化的前提下，依靠脈沖寬度的增大或縮小改變占空比例，進而調節電壓達到穩定。它核心部件是脈寬調制器。濾波電路的運行十分便捷，因為開關是按照穩定的周期工作的。然而，這種控制方式也有缺陷，它不能寬范圍地調整輸出的電壓，因為受功率開關最小導通時間不夠的話，就不能完成寬范圍的調整。還有一個缺陷就是，輸出端要求較高，為了避免空載時電壓輸出上升，需要安排接假負載。

（2）脈沖頻率調制方式，簡稱脈頻調制式（PulseFre-quency Modulation，縮寫為PFM）。在這種調制方式運作的時候，脈沖寬度是固定的，開關頻率的增加或減少控制了占空比，使得電壓保持穩定。脈頻調制器是它的核心部件。設計電路的時候，它不使用脈寬調制器中的鋸齒波發生器，取而代之的是，用固定脈寬發生器，同時，使用電壓/頻率轉換器來調節頻率的變化。

這種調節方式的基本原理是，調節控制器輸出信號的脈沖寬度的運轉周期，改變其占空比，從而控制輸出電壓Uo保持穩定。它輸出電壓范圍寬，輸出端可不接假負載。

（3）混合調制方式，在這種調整方式下，可以靈活調整脈沖寬度或開關頻率，它屬于PWM和PFM的混合方式。混合調制方式兼有脈寬調制器和脈頻調制器兩種組件。由于tp和T均可單獨調節， 因此占空比調節范圍最寬，適合制作供實驗室使用的輸出電壓可以寬范圍調節的開關電源。

此三種方式都可以叫做時間比率控制（TimeRatio Control， 簡稱TRC）方式。其中，脈寬調制器在諸如UC3842型脈寬調制器中是一個獨立的集成電路，而在LM2576型開關穩壓器、TOP250型單片開關電源集成電路中與其他設備一同集成使用。

（二）開關電源的組成

（1）輸入電路：線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路。

（2）變換電路：含開關電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開關電源電源變換的主通道， 完成對帶有功率的電源波形進行斬波調制和輸出。

（3）控制電路：向驅動電路提供調制后的矩形脈沖，達到調節輸出電壓的目的。基準電路、采電路、比較放大、V/F變換、振蕩器。基極驅動電路：把調制后的振蕩信號轉換成合適的控制信號， 驅動開關管的基極。

（4）輸出電路：整流、濾波。把輸出電壓整流成脈動直流，并平滑成低紋波直流電壓。

二、電源開關的發展趨勢

開關電源是穩壓電源未來發展的主流趨勢，在當下已經較為普遍的應用于各個領域。接下來，筆者立足當前的開關電源的發展實際和理論發展，淺析開關電源的未來其發展趨勢。

（一）小型高頻化

磁性元件和電容的大小和質量決定了電源大小。當前的技術開發的一個方向在于，減小這些元件的大小，并盡可能低提升開關頻率。這樣既能減小電源尺寸受到磁性元件和電容尺寸和重量的影響，還能避免受到不必要因素的干擾，提升系統性能，所以小型高頻化是開關電源的發展趨勢之一。

（二）使用穩定化

比起線性使用的電源，開關電源的使用次數要多好多倍，由于經常使用其穩定性便不如前者。電解電容、光耦合器及排風扇這些部件是決定使用的穩定性和時間長短的要素。因此，當下的設計正是從集成度的提升著眼，盡力地改善器件的使用，增強開關電源的穩定性。進化，開關電源的集成度還有待提高。比較可取的是，利用模塊化技術，它可以提升開關的穩定性，適合用于分布式電源系統。

（三）低噪化

在傳統的開關電源中，頻率越高噪聲越大。采用部分諧振轉換回路技術，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲，所以低噪聲化也是開關電源的未來發展趨勢之一。

（四）計算機智能控制化

當前計算機操作系統不斷革新，未來的電路將會加以結合，利用微機檢測和控制，能有效、多反面監控系統，實時檢查、登記和預警等。

（五）低壓輸出化

隨著半導體制造技術的不斷發展，微處理器和便攜式電子設備的工作越來越低，這就要求未來的DC-DC變換器能夠提供低輸出電壓以適應微處理器和便攜式電子設備的供電要求。

三、總結

本文的上半部分，分析了開關電源根據控制原理的差異可以分為三種：脈寬調制、脈頻調制和混合調制，同時還介紹了開關電源的結構及構成原理。

后半部分，立足當前的開關電源的發展實際和理論發展，分析未來其發展趨勢為：小型高頻化、使用穩定化、低噪化、計算機智能控制化和低壓輸出化等。

參考文獻

[1]沙占友.新型單片開關電源的設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2001.

[2]沙占友，王曉君，龐志鋒.集成穩壓電源實用設計軟件[M].北京：中國電力出版社，2008.

開關電源原理與設計范文第3篇

【關鍵詞】PWM；雙閉環；檢測儀器；開關電源

0 引言

隨著我國科技不斷穩步發展，越來越多的設備需要用到電源，如：穩壓電源、直流電源、交流電源等等。但隨著設備先進性的不斷提高，設備的功能越來越強大，對電源的要求也越來越高，特別是檢測儀器儀表，精度要求非常高，需要有非常穩定可靠的電源來確保測量精度。因此，開關電源取代普通的電源設備，廣泛應用于檢測儀器儀表中。本文設計一種基于PWM脈沖寬制調試的雙閉環開關電源，采用國外先進的全波整流控制器，該控制器工作模式不僅可以是電流式也可以是電壓式，還能夠為諧振零電壓開關提供高效、高頻的解決方案，因此具有非常廣闊的應用前景。本文采用全橋整流裝置，利用雙閉環負反饋的直流-直流變換控制系統，能太太提高開關電源的電壓、電流等精度，符合檢驗檢測儀表行業的要求。

1 檢測儀器電源系統概況

隨著信息時代的發展，便攜式電子產品被越來越多的消費者親睞。與此同時，解決能量消耗即電源管理問題成為重中之重。因此，具有高效節能特型的開關電源在近年來發展迅速，并在計算機通訊等領域的應用越來越廣泛。而PWM型開關電源芯片就具備了此類特性，其核心技術集中在控制環節。此設計采用PWM控制電路，適用于開關電源芯片控制。對PWM調制電路為保證開關電源正常工作應具有的功能展開分析，得到設計要求。對PWM控制電路的組成模塊、分類、基本原理及各項性能指標，進行細致深入的研究，最后得到調制電路的基本電路結構及滿足性能指標的組成模塊，對各個模塊的功能和邏輯是電路設計的重點，最終該電路實現能產生一定脈沖驅動信號的功能。

2 系統控制原理圖

雙閉環負反饋PWM秒沖寬制調制系統中，有兩級的反饋系統。串級系統即是電流雙閉環反饋系統，而轉速反饋構成外環系統，內環是電流反饋。本方案設計三處進行系統的電流取樣反饋，取擁緦髦島拖低成杓頻牡緦髦迪啾冉希當取樣電流值過大時，系統會自動調節降低工作電流；但取樣的電流過小時，系統會自動調節提高工作電壓，這是內環電流反饋的工作情況。外環的轉速反饋系統，系統通過電壓檢測裝置檢測系統的電壓情況，再與設計的電壓值相對比進行電壓高低的調節，達到穩定電壓的效果。基于雙閉環的設計思想，圖1中的各個部分相互獨立工作、互不影響，如果某一部分出現故障，不影響另一部分系統的工作，系統內部由電流形成負反饋，外部由電壓形成負反饋系統。電流電壓負反饋一起運作，能太太的提高系統的穩定性和進度，滿足檢測儀器儀表的使用要求，達到良好的效果。雙閉環反饋系統原理如圖1所示。

圖1所示虛線框中的1#.2#.…….N#是各個高頻開關電源，其穩壓或穩流精度很高，原因在于該內部自動控制原理圖最終可以簡化為一階系統比例積分環節，圖中它們工作在穩流狀態下。

3 硬件電路設計

圖2為開關電源的硬件電路組成部分，設計采用國外先進的放大器作為本設計的核心器件。芯片的1腳與3腳相連接，構成差分放大，能有效的減小誤差，提高設計的精度。

圖2所示輸出法人取樣電壓通過R5和R6設置，電壓輸出端與電阻5和6形成零點電位，電阻1/2/3與電容1/2/3形成效應，與PI構成補償系統，電阻1和7在電路中形成增益作用。在電流內環中加入斜坡補償以保證系統的穩定性。硬件電路通常容易出現不對稱信號的問題，本設計利用電壓負反饋補償信號的作用，將電阻8作為上拉電阻提供直流電壓，與RC構成的多謝震蕩器作用，提供反饋電壓，從而解決波形的不對稱性。圖中電流檢測信號Is經過I-V變換電路轉換成電壓信號。芯片741是一個PWM脈沖寬制比較器，根據比較器原理，依據三極管放大電路原理，在芯片3腳接地，芯片的2腳相當于一個反相輸入端，對信號進行比較。其內部的過流及限流比較器實現逐周期過流及限流保護。當2 V2.5 V時，執行過流保護模式。

4 結語

本設計依據3895芯片，利用雙閉環負反饋的原理，引入電流負反饋和電壓負反饋，提高了開關電源的精度，利用PWM脈沖寬制調制技術，提高了電源變換的效率和穩定了。開關電源系統設計之后，對該系統多次進行調試測，反饋結果穩定良好，系統穩定性好，動態響應快，證明本方案是可行的。

【參考文獻】

開關電源原理與設計范文第4篇

【關鍵詞】開關電源;分類;原理;布局;故障檢修

1.引言

隨著許多高新技術的發展，開關電源技術在不斷地創新。開關電源的設計要以安全性、可靠性為首要原則，在各種指標滿足正常使用要求的條件下，為使電源在突發故障情況下安全可靠地工作，本文將詳細的分析開關電源的分類、結構、原理、布局、故障提出及檢修的技巧分析探討以供大家參考。

圖1 開關電源原理框圖

2.開關電源的分類

顧名思義，開關電源就是利用電子開關器件（如晶體管、場效應管、可控硅閘流管等），通過控制電路，使電子開關器件不停地“接通”和“關斷”，讓電子開關器件對輸入電壓進行脈沖調制，從而實現DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調和自動穩壓。

開關電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開關穩壓電源。另外，開關電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開關穩壓電源。

根據開關器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關電源，大體上可分為：串聯式開關電源、并聯式開關電源、變壓器式開關電源等三大類。其中，變壓器式開關電源（后面簡稱變壓器開關電源）還可以進一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種;如果從用途上來分，還可以分成更多種類。

3.開關電源的結構

開關電源主要由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份構成。

（1）主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網。

整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

（2）控制電路

一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

（3）檢測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。

（4）輔助電源

實現電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。

4.開關電源原理

我們的各種電路系統里常常會用到開關電源，主要用于獲得一定功率的直流電源（多數是24V），我們常看到的開關電源外觀上多數象一個小主箱，通過表面開出的很多散熱孔可以看到里面的電路板。

高頻開關電源由以下幾個部分組成：

（1）主電路

從交流電網輸入、直流輸出的全過程，包括：①輸入濾波器：其作用是將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。②整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。③逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越校。④輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

（2）控制電路

一方面從輸出端取樣，經與設定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。

（3）檢測電路

除了提供保護電路中正在運行中各種參數外，還提供各種顯示儀表數據。

（4）輔助電源

提供所有單一電路的不同要求電源。開關控制穩壓原理開關K以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關K接通時，輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關接通期間，電源E向負載提供能量;當開關K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供。可見，輸入電源向負載提供能量是斷續的，為使負載能得到連續的能量提供，開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關接通時將一部份能量儲存起來，在開關斷開時，向負載釋放。

改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”

（TimeRatioControl，縮寫為TRC）。按TRC控制原理，有三種方式：

（1）脈沖寬度調制（PulseWidthModula-tion，縮寫為PWM）開關周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

（2）脈沖頻率調制（PulseFrequencyModula-tion，縮寫為PFM）導通脈沖寬度恒定，通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。

（3）混合調制導通脈沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。

開關電源原理框圖見圖1所示。

（1）通電瞬間，燈泡閃亮一下后，逐漸熄滅，則電源從輸入至整流濾波均正常，故障應在后面電路。否則電源保險或輸入濾波電感開路。

（2）若整流濾波電路正常，則檢測開關管兩端是否有310V電壓，若無，則取樣電阻R0或變壓器初級開路。

（3）若開關管電壓正常，則檢測開關管驅動電路是否有幾伏至十幾伏電壓，若無則檢測啟動電阻和驅動電路。

（4）若驅動有電壓，開關管正常，則自激繞組有故障或反饋電路有故障。

（5）若燈泡常亮，則開關管擊穿（短路）或整流橋擊穿（短路）。

（6）若燈泡周期性亮滅，則負載有短路故障，可著重檢測負載。

（7）若更換開關管多次擊穿，則檢測峰值電壓消除電路及負載是否有開路故障。

（8）經過上述維修步驟并檢測負載電壓基本正常后，即可閉合開關K，再次檢測時若輸出正常，則說明開關電源已修復。

注意：開關電源負反饋電路及變壓器次級絕不能開路，否則會損壞電路其他部分。

5.開關電源的布局

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。

當設計高頻開關電源時，布局非常重要。良好的布局可以解決這類電源的許多問題。因布局而出現的問題，通常在大電流時顯現出來，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時更加明顯。一些主要的問題是在大的輸出電流和/或大的輸入/輸出電壓差時調節能力的下降，在輸出和開頭波形上的額外噪聲，以及不穩定性。應用下面的幾個簡單原則就可以把這類問題最小化。

（1）電感器

開關電源盡量使用低EMI（Electro Magnetic Interference）的帶鐵氧體閉合磁芯的電感器。比如圓形的或封閉的E型磁芯。如果開口磁芯（open cores）具有較低的EMI特性，并且離低功率導線和元件較遠，也可以使用。如果使用開口磁芯，使磁芯的兩極與PCB板垂直也是一個好主意。棒狀磁芯（stick cores）通常用來消除大部分不需要的噪聲。

（2）反饋

盡量使反饋回路遠離電感器和噪聲源。還要盡可能使反饋線為直線，并且要粗一點。有時需要在這兩種方案之間折衷一下，但使反饋線遠離電感器的EMI和其它噪聲源是兩者當中更關鍵的一條。在PCB上使反饋線位于與電感器相對的一側，并且中間用接地層分開。

（3）濾波電容器

當使用小容量瓷質輸入濾波電容器時，它應該盡可能靠近IC的VIN引腳。這將消除盡可能多的線路電感影響，給內部IC線路一個更干凈的電壓源。開關電源一些設計需要使用前饋電容器從輸出端連接到反饋引腳，通常是為了穩定性的原因。在這種情況下，它的位置也應該盡量靠近IC。使用表貼電容還會減少引線長度，從而減少噪聲耦合進因通孔元件而造成的有效天線（effective antenna）。

（4）補償

如果為了穩定性，需要加入外部補償元件，它們也應該盡量靠近IC。這里也建議使用表貼元件，原因同對濾波電容的討論。這些元件也不應該離電感器太近。

（5）走線和接地層

使所有的電源（大電流）走線盡可能短、直、粗。在一塊標準PCB板上，最好使走線的每安絕對最小寬度為15mil（0.381mm）。電感器、輸出電容器和輸出二極管應該盡可能靠在一起。這樣可以幫助減少在大開關電流流過它們時，由開關電源走線引起的EMI。這也會減少引線電感和電阻，從而減少噪聲尖峰、鳴震（ringing）和阻性損耗，這些都會產生電壓誤差。IC的接地、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管（如果有的話）應該一起直接連接到一個接地面。最好在PCB的兩面都設置接地面。這樣會減少接地環路誤差和吸收更多的由電感器產生的EMI，從而減少了噪聲。對于多于兩層的多層板，可以用接地面分開電源面（電源走線和元件所在的區域）和信號面（反饋和補償元件所在的區域）以提高性能。在多層板上，需要使用通孔把走線和不同的面連接起來。如果走線需要從一個面傳輸一個較大的電流到另一個面，每200mA電流使用一個標準通孔，是一個良好的習慣。

排列元件，使得開頭電流環同方向旋轉。根據開頭調節器的運行方式，有兩種功率狀態。一個狀態是當開頭閉合時，另一個狀態是當開頭斷開時。在每種狀態期間，將由當前導通的功率器件產生一個電流環。排列功率器件，以使每種狀態期間電流環的導通方向相同。這會防止兩個半環之間的走線產生磁場反轉，并可減少EMI的放射。

（6）散熱

當使用表貼功率IC或外部功率開關時，PCB通常可以用作散熱器。這就是用PCB上的敷銅面來幫助器件散熱。參照特定器件手冊中有關使用PCB散熱的信息。這通常可以省去開關電源外加的散熱裝置。

6.開關電源常見故障及檢修技巧

6.1 開關電源常見故障

（1）保險燒或炸;（2）無輸出，保險管正常;（3）有輸出電壓，但輸出電壓過高;（4）開關電源負載有短路故障;（5）輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效。

6.2 開關電源檢修技巧

（1）針對保險燒或炸的故障主要檢查300V上的大濾波電容、整流橋各二極管及開關管等部位，抗干擾電路出問題也會導致保險燒、發黑。需要注意的是：因開關管擊穿導致保險燒一般會把電流檢測電阻和電源控制芯片燒壞。負溫度系數熱敏電阻也很容易和保險一起被燒壞。

（2）針對無輸出，保險管正常的這種現象說明開關電源未工作或進入了保護狀態。首先要測量電源控制芯片的啟動腳是否有啟動電壓，若無啟動電壓或者啟動電壓太低，則要檢查啟動電阻和啟動腳外接的元件是否漏電，此時如電源控制芯片正常，則經上述檢查可以迅速查到故障。若有啟動電壓，則測量控制芯片的輸出端在開機瞬間是否有高、低電平的跳變，若無跳變，說明控制芯片壞、振蕩電路元件或保護電路有問題，可先代換控制芯片，再檢查元件;若有跳變，一般為開關管不良或損壞。

（3）對于有輸出電壓，但輸出電壓過高的這種故障一般來自于穩壓取樣和穩壓控制電路。在直流輸出、取樣電阻、誤差取樣放大器如TL431、光耦、電源控制芯片等電路共同構成一個閉合的控制環路，任何一處出問題就會導致輸出電壓升高。

（4）開關電源負載有短路故障（特別是DC/DC變換器短路或性能不良等），此時，應該斷開開關電源電路的所有負載，以區分是開關電源電路還是負載電路有故障。若斷開負載電路電壓輸出正常，說明是負載過重;或仍不正常說明開關電源電路有故障。

開關電源原理與設計范文第5篇

關鍵詞 開關電源；電磁干擾；電磁兼容性設計

中圖分類號TN86 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）37-0183-02

1 概述

由于開關電源的電磁干擾EMI信號輸出既能有很寬的頻率范圍，又具有一定的幅度，經傳導和輻射后會污染電磁環境，對通信設備和電子產品造成干擾。因此，如何進行電磁兼容性設計，有效地抑制開關電源的電磁干擾，對保證電子系統的正常穩定運行具有重要意義。

2 開關電源的電磁干擾

2.1 開關電源的工作原理

直流開關電源由輸入部分、功率轉換部分、輸出部分、控制部分組成。功率轉換部分是開關電源的核心，主要由開關三極管和高頻變壓器組成。它首先將工頻交流電整流為直流電，然后經過開關管的控制變為高頻，最后經過整流濾波電路輸出，得到穩定的直流電壓（其原理圖及等效原理框圖如圖1所示）。

2.2 電磁干擾EMI的特點

作為工作于開關狀態的能量轉換裝置，開關電源的電壓、電流變化率很高，產生的干擾強度較大，干擾源主要集中在開關管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時，雜散電容會將電網的噪聲傳導到電子系統的電源而對電子線路的工作產生干擾。相對于數字電路干擾源的位置較為清楚，開關頻率不高（從幾十千赫和數兆赫茲），主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾； PCB走線因需采用手工調整，具有隨意性，這更增加了PCB分布參數的提取和近場干擾估計的難度。

3 電磁兼容性EMC設計

圖1

電磁兼容性EMC設計包括兩層含義，一是設備在工作中產生的電磁輻射必須限制在一定水平內，二是設備本身要有一定的抗干擾能力。

形成電磁干擾的三要素是干擾源、耦合通道、敏感體。因而，抑制電磁干擾即進行電磁兼容性EMC設計首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。

應用實例：丹東華通測控有限公司生產的PDM系列智能電力綜合監控儀表如：三相綜合電力監控儀820系列儀表的開關電源部分就是采取切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道，運用了屏蔽、濾波、接地等技術來提高電力儀表的抗擾能力。

3.1 采用屏蔽技術

由于功率開關管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上，這樣易產生共模干擾，通過采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，從而割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。

3.2 做到安全接地

為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采用單點接地法，利用一個導電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。低頻電路采用單點并聯接地，高頻電路采用多點接地，并把電源地、信號地和屏蔽地接到公共的地線上。與印刷線路板以外的信號相連時，采用屏蔽電纜，并對于高頻和數字信號屏蔽電纜兩端都接地。

3.3 濾波

在電源輸入端接上濾波器，即可抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾，又可抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。

3.4 PCB布線時所采取的措施

布線開關電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線都可起到天線的作用，噪聲通過引線向外發射，因此布線時，將所有通過高頻交流的電流印制線設計得盡可能短而寬，根據印制線路經電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環路電阻。

在每個集成電路的電源，地之間都要加一個去耦電容。一方面可提供和吸收該集成電路開門關門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。

將所有連接到印制線和其他電源線的元器件放置得很近，主要信號線集中在PCB板中心，同時電源線盡可能遠離高頻數字信號線或用地線隔開。屏蔽線上放置多個接地過孔，元器件與板保持水平且緊靠板。

3.5 元器件選用

盡量不選用比實際需要的速度更快的元件，在布局上，把模擬信號部分，高速數字電路部分，噪聲源部分這三部分合理地分開，使相互間的信號耦合為最小。輸入器件與輸出器件盡量遠離，元件的引腳長度盡可能短，以減小元件分布電感的影響。

3.6 進行EMC測試

在測試儀器方面，我們選用了以雷擊浪涌發生器、高頻噪聲抗擾度發生器、群脈沖發生器、靜電發生器等為核心的自動檢測系統，依據EMC標準規定的極限值作為判定依據，通過進行EMC測試可以消除絕大部分的電磁干擾，能指導產品如何改進設計、抑制EMI發射，從而進一步提高產品的可靠度。

現PDM系列智能電力綜合監控儀表能適用多種復雜環境及惡劣場所，應用在諸永高速公路、北京德勝科技大廈項目等多個工程項目中。

4 結論

抑制開關電源電磁干擾的措施還有很多，在設計開關電源時應綜合考慮各種因素，盡可能抑制開關電源產生的各種噪音，并通過提高開關電源的電磁兼容性來保證電子系統的正常穩定運行。

參考文獻

[1]張松春，趙秀芬，竺子芳，楊世宗.電子控制設備抗干擾技術及其應用[M].北京機械工業出版社，1999.