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電源穩定性設計范文第1篇

關鍵詞： 鋼結構 穩定設計 探討

中圖分類號：TU391 文獻標識碼： A

前言

建筑中鋼結構的穩定性設計不是簡單的將建筑付諸于施工階段即可，它是一項責任十分重大的工作，直接關系到人民群眾的生命安全和建筑工程的經濟收益。總而言之，鋼結構穩定性設計在建筑工程中有著不可或缺的重要作用。

一、鋼結構穩定設計的基本概念

1、強度與穩定的區別

強度問題指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載所引起的最大應力( 或內力) 是否超過建筑材料的極限強度, 極限強度取決于材料的特性, 對混凝土等脆性材料取它的最大強度, 對鋼材則常取它的屈服點。穩定問題則與強度問題不同,它主要是找出外荷載與結構內部抵抗力間的不穩定平衡狀態, 即變形開始急劇增長的狀態, 從而設法避免進入該狀態, 它是一個變形問題。如軸壓柱,由于失穩, 側向撓度使柱中增加數量很大的彎矩,因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。顯然, 軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。

2、鋼結構失穩的分類

(1)第一類穩定問題或者具有平衡分岔的穩定問題( 也叫分支點失穩) 。完善直桿軸心受壓時的屈曲和完善平板中面受壓時的屈曲都屬于這一類。

(2)第二類穩定問題或無平衡分岔的穩定問題( 也叫極值點失穩) 。由建筑鋼材做成的偏心受壓構件, 在塑性發展到一定程度時喪失穩定的能力, 屬于這一類。

(3)躍越失穩不同于以上兩種類型, 它既無平衡分岔點, 又無極值點, 它是在喪失穩定平衡之后跳躍到另一個穩定平衡狀態。區分結構失穩類型的性質十分重要, 這樣才有可能正確估量結構的穩定承載力。隨著穩定問題研究的逐步深入, 上述分類看起來已經不夠了。設計為軸心受壓的構件, 實際上總不免有一點初彎曲,荷載的作用點也難免有偏心。因此, 要真正掌握這種構件的性能, 一方面必須了解缺陷對它的影響( 其他構件也都有個缺陷影響問題) , 另一方面就是深入對構件屈曲后性能的研究。

3、鋼結構穩定設計的原則

根據穩定問題在實際設計中的特點，有以下三項原則。

( 1)結構整體布置必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求，目前結構大多數是按照平面體系來設計的,如桁架和框架都是如此。保證這些平面結構不致出平面失穩, 需要從結構整體布置來解決, 亦即設計必要的支撐構件。這就是說, 平面結構構件的平面穩定計算必須和結構布置相一致。

( 2)結構計算簡圖和實用計算方法所依據的簡圖相一致, 這對框架結構的穩定計算十分重要。目前設計單層和多層框架結構時, 經常不作框架穩定分折而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時, 計算框架柱穩定時用到的柱計算長度系數, 應通過框架整體穩定分析得出, 才能使柱穩定計算等效于框架穩定計算。對單層或多層框架給出的計算長度系數有五條基本假定, 其中包括: 框架中所有柱子是同時喪失穩定的, 即各柱同時達到其臨界荷載。按照這條假定, 框架內各柱的穩定參數桿件穩定計算的常用方法, 往往是依據一定的簡化假設或者典型情況得出的, 設計者必須確知所設計的結構符合這些假設時才能正確應用。在實際工程中, 框架計算簡圖和實用方法所依據的簡圖不一致的情況還可舉出以下兩種, 即附有搖擺拄的框架和橫梁受有較大壓力的框架。這兩種情況若按規范的系數計算, 都會導致不安全的后果。所以所用的計算方法與前提假設和具體計算對象應該相一致。

( 3)設計結構的細部構造和構件的穩定計算必須相互配合, 使二者有一致性。結構計算和構造設計相符合, 一直是結構設計中大家都注意的問題。對要求傳遞彎矩和不傳遞彎矩的節點連接, 應分別賦與它足夠的剛度和柔度, 對桁架節點應盡量減少桿件偏心這些都是設計者處理構造細部時經常考慮到的。

4、鋼結構穩定設計特點

( 1) 鋼結構失穩, 在形式上具有多樣化特點。有時, 某一部位從表面上看并不受壓或不是主要受壓, 但仍然會出現屈曲失穩問題。例如在簡支鋼板梁的端部復板處, 一般情況下彎曲正應力較小, 比較大的是剪應力。然而, 縱橫兩個方向的剪應力相結合, 就可能形成較大的斜向壓應力, 并導致復板局部失穩。此外, 結構的某些部位也有可能隨結構變形由不受壓變為受壓而導致失穩。

(2) 對于結構來說, 它是由各個桿件組成為一個整體的。當一個桿件發生失穩變形后, 它必然牽動和它剛性連接的其他桿件。因此, 桿件的穩定性不能就某一根桿件去孤立地分析, 應當考慮其他桿件對它的約束作用。這種約束作用是要從結構的整體分析來確定的, 這就是結構穩定的整體性問題。

(3) 穩定的相關性, 指不同失穩模式的偶合作用。例如, 單軸對稱的軸心受壓構件, 當在對稱平面外失穩時, 呈現既彎又扭的變形, 它是彎曲和扭轉的相關屈曲。另外, 局部和整體穩定的相關, 還常見于冷彎薄避型鋼構件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻導致整體構件喪失承載能力, 但它對整體穩定臨界力卻有影響。對于存在缺陷的桿件來說, 局部和整體之間相互影響更具有復雜性。

(4) 穩定計算的其它特點: 在彈性穩定計算中,除了需要考慮結構的整體性外, 還要做二階分析,這種分析對柔性構件尤為重要, 這是因為柔性構件的大變形量對結構內力產生了不能忽視的影響, 其次, 普遍用于應力問題的迭加原理, 在彈性穩定計算中不能應用。

二、鋼結構穩定性設計要點

鋼結構體系穩定性研究雖然取得了一定的進展，但也存在一些不容忽視的問題：

1、目前在網殼結構穩定性的研究中，梁- 柱單元理論已成為主要的研究工具。但梁- 柱單元是否能真實反映網殼結構的受力狀態還很難說，雖然有學者對梁- 柱單元進行過修正。主要問題在于如何反映軸力和彎矩的耦合效應。

2、在大跨度結構設計中整體穩定與局部穩定的相互關系也是一個值得探討的問題，目前大跨度結構設計中取一個統一的穩定安全系數，未反映整體穩定與局部穩定的關聯性。

3、預張拉結構體系的穩定設計理論還很不完善，目前還沒有一個完整合理的理論體系來分析預張拉結構體系的穩定性。

4、鋼結構體系的穩定性研究中存在許多隨機因素的影響，目前結構隨機影響分析所處理的問題大部分局限于確定的結構參數、隨機荷載輸入這樣一個格局范圍，而在實際工程中，由于結構參數的不確定性，會引起結構響應的顯著差異。所以應著眼于考慮隨機參數的結構極值失穩、干擾型屈曲、跳躍型失穩問題的研究。從上面可以看出，我們的鋼結構穩定理論還是不夠完善，我們在設計中一般都是把鋼結構看成是完善的結構體系，針對上述問題我們可以看出在設計中我們沒有考慮一些隨機因素的影響。但是我們在考慮這些因素之前，應該弄清楚這些隨機因素的來源，一般情況下把影響鋼結構穩定性隨機因素分為三類：

（1）物理、幾何不確定性：如材料（彈性模量，屈服應力，泊松比等）、桿件尺寸、截面積、殘余應力、初始變形等。

（2）統計的不確定性：在統計與穩定性有關的物理量和幾何量時，總是根據有限樣本來選擇概率密度分布函數,因此帶來一定的經驗性。這種不確定性稱為統計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。

（3）模型的不確定性：為了對結構進行分析，所提的假設、數學模型、邊界條件以及目前技術水平難以在計算中反映的種種因素，所導致的理論值與實際承載力的差異，都歸結為模型的不確定性。

結束語

鋼結構穩定問題區別于強度問題。在實際設計中, 設計人員應該明確知道結構構件的穩定性能, 以免在設計過程中發生不必要的失穩損失。

參考文獻

[1] 吳文德.淺析鋼結構的穩定設計[J]. 吉林工程技術師范學院學報. 2008(08)

[2] 韓暢華.新型鋼結構穩定性設計研究[J]. 廣東科技. 2007(07)

電源穩定性設計范文第2篇

關鍵詞： MC34063A； 寬電壓輸入； 降壓型電路； 嵌入式系統

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）04?0142?03

Application of switching power chip MC34063A in embedded wide voltage input devices

ZHU Xiao?yu， LI Jin

（College of Sciences， Henan Institute of Engineering， Zhengzhou 451191， China）

Abstract： Power supply is an important component of electronic system. The stability of the power supply affects the performance and service life of the whole system directly. The core voltage of embedded systems is usually + 5 V. In order to make sure the system have a wider adaptability， the step?down wide voltage input circuit designed according to the principle of the switching power chip MC34063A is introduced. The circuit design was completed by parameter calculation of its peripheral devices. The several important performance indexes of the system were tested. The good stability and practicability of the wide voltage input circuit were verified by the tested results. Compared with other wide voltage modes， this design has a wider adaptability and accuracy.

Keywords： MC34063A； wide voltage input； step?down circuit； embedded system

0 引 言

嵌入式的檢測設備核心電壓多為+3.3 V或+5 V，其往往被帶到各種環境下進行檢測工作，而每一種環境能夠提供的電壓標準常常不一致。雖然每一個器件都有其工作電壓上限和下限，但在非正常電壓下工作，器件極易損壞，從而造成整個設備的故障。一個在各種電壓標準下都能夠正常工作的寬電源電路設計就顯得很有必要。MC34063A能夠在很寬的電壓范圍內正常工作，保持輸出穩定可靠。

1 MC34063A芯片介紹

MC34063A是一種單片雙極型線性集成電路，能夠實現升壓和降壓效果，專用于直流-直流變換器控制部分，片內包含有溫度補償帶隙基準源、一個占空比周期控制振蕩器驅動器和大電流輸出開關，能輸出1.5 A的開關電流。它能使用最少的外接元件構成開關式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。

具有以下特點：

（1） 能在3～40 V的輸入電壓下工作；

（2） 帶有短路電流限制功能；

（3） 低靜態工作電流；

（4） 輸出開關電流可達1.5 A（無外接三極管）；

（5） 輸出電壓可調；

（6） 工作振蕩頻率從100 Hz～100 kHz；

（7） 可構成升壓降壓或反向電源變換器。

管腳及內部結構圖如圖1所示。

2 MC34063A的降壓型寬電壓輸入應用電路

一個比較精確地嵌入式硬件電路應該對模塊進行焊接、調試，避免遇到問題時無從下手檢查。由于系統中每個電路模塊都需要接入輸入電源，如果電源輸入不當，則會使輸出結果不當甚至燒壞系統。因此電路的設計至關重要，本系統的電路設計如下文所示。

圖1 MC34063A管腳及內部結構圖

2.1 電路原路圖

如圖2所示，是采用MC34063A芯片構成的降壓型寬電壓輸入電路。

圖2 降壓型寬電壓輸入電路

Vin可以在7～40 V的范圍內變化，而Vcc保持不變。其原理是當芯片內部開關管T1導通時，電流經MC34063A的1腳、2腳給電感L4、定時電容C4以及負載供電，同時電感L4存儲能量；當T1斷開時，續流二極管D2導通，此時由電感L4繼續給電容C4和負載供電。由于電源間歇供電，所以輸出電壓低于電源電壓。這樣只要芯片的工作頻率相對負載的時間常數足夠高，負載上便可獲得連續直流電壓[1]。

2.2 電阻參數計算

根據芯片手冊可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是輸出電壓與輸入電壓Vin沒有直接關系（Vin>VCC），只需要選好R1和R2的參數即可保證在輸入變化的情況下輸出保持穩定不變。

通過計算和實際比較，R1選用[103]kΩ（即3個10 kΩ并聯），R2選用10 kΩ。這樣：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10為限流電阻，當電流值超過1 A時起作用，通常選取0.33 Ω。

2.3 電容電感的選取

電感L4是存儲電能的作用，其計算公式為：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin為輸入電壓的最小值；Ton為導通時間；Ipk為輸出電流。

電容C4=0.000 4Ton，Ton為開關管的導通時間[2]。通常選取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 輸出特性性能分析

寬電源的輸出特性主要技術指標有：誤差分析、穩定性分析、溫度影響量分析。本小節測試所使用的測量儀器為HP34401臺式數字萬用表[3]。

3.1 誤差分析

寬電壓輸入設備的基本要求就是輸入電壓可以在一定范圍內變化而輸出保持基本不變，誤差要達到要求。經過測量，本設計的輸出電壓如表1所示。

表1 25℃室溫下輸出與輸入測量值 V

由表1可以計算出最大相對誤差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]為最大絕對誤差；A為理論輸出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

綜合，最大相對誤差為0.4 %，達到嵌入式系統對輸入電壓的要求范圍。

3.2 穩定性分析

穩定性主要是指給定一個穩定的輸入量，在任何時間下輸出都保持穩定的狀態。本部分測試所給定的輸入電壓為9 V，每間隔15 min對輸出進行一次測量[4]。測得的數據如表2所示（室溫25 ℃）。

表2 穩定性測量

穩定性的計算公式為：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

根據上式代入數值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

穩定度較好，達到嵌入式系統的電源要求。

3.3 溫度影響量分析

溫度影響量主要是指在穩定的輸入條件下，調節環境溫度，測試輸出量。輸出量變化越小，則系統的溫度穩定性越高。本測試在保持輸入為+12 V的條件下，逐步改變環境溫度對輸出電壓進行測量[5]。

測試的結果如表3所示。

表3 溫度影響量測量

根據表3可知，在不同的環境溫度下系統的輸出值會產生一定的波動，但總體保持穩定。根據穩定度的計算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N為測量次數；X為理論值；X′為測量平均值；

可以計算出溫度穩定度為0.03。達到嵌入式系統所要求的范圍[6]。

4 結 論

本設計電路使用了很少的元器件達到了很寬的輸入電壓目的，并且通過測試，在不同的輸入電壓下，電源輸出穩定可靠，誤差在許可范圍內。可以在嵌入式系統中可靠應用。相對于其他的寬電壓，本設計的精度更高，穩定性更可靠。

參考文獻

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[4] 張占松，蔡宜三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社，2010.

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[6] 孫智，張道信.基于MC34063的大電流負電源設計[J].微型機與應用，2009（11）：90?92.

[7] 張建民，姚佶，何怡剛，等.基于ATmega16單片機的電能收集充電器設計[J].現代電子技術，2013，36（2）：135?136.

電源穩定性設計范文第3篇

【關鍵詞】移動基站；通信電源系統；設計方式

在國家的發展之下，我國的通信事業也得到了迅速的發展，對于通信系統而言，通信電源的穩定性與可靠性是保障是運行穩定性的基礎性條件，為此，通信電源的設置必須要遵循合理、科學與規范的原則。在通信電源系統的設計工作中，通信設備直流負荷容量是一個最為重要的組成部分，也是系統設計的主要依據，通信設備直流負荷容量對于電源系統運行的經濟性與可靠性有著重要的制約作用，加上基站數量的影響，這種影響就變得更加顯著。在設計時，需要根據工程的具體情況，從實際情況出發，在滿足通信系統可靠要求的前提下合理地設計電源系統，對保障通信系統安全運行以及降低工程投資具有重要的意義。

在設計的過程中，還要注意到移動基站的特征，除了數量眾多，移動基站還有著站址分散的特征，一些基站交流供電情況也不穩定，常常存在電壓波動與季節性停電的問題，這就給基站電源的維護工作帶來了更大的難度。在設計基站電源時，必須要將這些因素充分的考慮進來，在進行設計時，不僅要保障好電源設備的冗余量，還要為基站內通信設備留出一些供電時間，綜合考慮到建設的經濟性與穩定性，科學合理的配置電源設備的容量。

1 移動基站特殊條件對于通信電源設備的設計需求

在移動事業的發展之下，移動基站的數量也呈現出逐漸增多的趨勢，逐步的從城市發展到鄉村之中，移動基站逐步的散落到了各個角落之中，其工作環境也大部相同，一些特殊的工作環境對于移動基站通信電源設備的設計也提出了更高的要求，這表現幾個方面：

第一，如果移動基站電網供電是采用農網，那么其供電質量常常難以保證，如果要保障電源時時刻刻處在穩定的運行范圍內，那么就需要為電源輸入留出一定的范圍，此外，考慮到移動基站電網輸入存在雷電過電壓保護與操作過電壓的情況，就需要設置好相應的過電壓與防雷保護法。

第二，部分基站在運行前期經常存在粉塵、高溫、潮濕的現象，為了保障系統運行的穩定性，通信電源就需要具備防塵、防潮與溫度范圍寬的性質。

第三，移動基站的數量是很多的，其中大部分沒有人值守，這就要求通信電源需要具備操作簡單與維護方便的特征，同時還要有相應的故障診斷與遠方監控功能，同時，為了保障通信的穩定性，移動基站的通信電源要需要具備缺相功能。

2 移動基站通信電源系統設計的方式與注意事項

針對移動基站通信電源系統的運行需求，在設計的過程中需要注意到多種問題，設計工作需要滿足以下幾個特征：

2.1 移動基站通信電源需要具有可靠性

移動基站通信電源的可靠性是滿足系統穩定運行的基礎性條件，在特殊的運行環境之下，通信電源系統的設計必須要滿足相關的運行環境，為此，就需要將電源模塊交流輸入相關的電壓范圍中，在國家標準的基礎上適當的提升10%-30%，這樣才能夠保障電源系統運行的適應性。

在冷卻方式的選擇上，電源模塊使用自然冷卻方式即可，與風冷方式相比，使用自然冷卻方式能夠防止由于風機損壞對電源系統運行的影響，提高風機的使用效率，避免出現由于人為因素造成的更換風險。此外，還要在傳統系統設計方式的基礎上使用綜合過電壓保護電路，實現非雷電過電壓保護與雷電過電壓保護工作的一體化，這樣，即使移動基站電源系統出現非雷電過電壓與雷電過電壓，電源也能夠被有效的納入到保護范圍內。

此外，為了提升電源系統運行的可靠性，還需要設計好相關的故障隔離方法，在設計的過程中，需要將電源模塊故障與電源監控故障進行隔離處理，同時將正常電源模塊與故障電源模塊隔離起來，這樣就可以保障電源系統在部分模塊出現故障的情況下依然能夠正常的運行。

2.2 移動基站通信電源需要具有可用性

設計移動基站通信電源的主要目的就是保障電源系統能夠滿足不同運行工況的需求，因此，移動基站通信電源需要具備可用性，這種可用性包括幾個內涵：

第一，帶載特征

在各種因素的影響下，移動基站電源系統在調試工作中常常為空載的狀態，在運行的過程中，電源系統則主要處在輕載狀態之中，為了提升系統運行的可用性，需要改進控制電路與電路拓撲情況，保障電源能夠在空載狀態下實現長時間的運行，并采取科學的效果提升輕載運行效率。

第二，智能化管理

移動基站通信電源的設置還需要具備智能化管理的特征，在系統的運行過程中，電源模塊能夠與電源監測單元實現密切的配合，將蓄電池分成橫流階段與恒壓階段。蓄電池均浮充電壓能夠根據外界溫度的變化情況對監控單元進行調整與補償，這樣即可保障電源系統無論在何種工作狀態下都可以處在滿容狀態中。

第三，缺相運行

移動基站的運行常常會出現電源缺相的情況，如果發生該種情況，就需要立即開啟保護措施，將模塊關閉，這給給電源的維護工作提出了更高的要求。設計人員在設計移動基站通信電源系統時，需要增加缺相運行功能，此時，如果電源輸入發電缺相的情況，那么電源模塊就會發生報警聲。

2.3 移動基站通信電源需要具有可維護性

為了保障系統的安全性，在進行設計時，必須要考慮到通信電源的可維護性，讓系統的維護變得簡單、易行，這種維護工作包括系統故障的診斷與模塊電源的更換等等。為了保障電源的可維護性，在電源模塊安裝方式的選擇上，應該優先選擇帶電插拔模式，這樣電源模塊在何種狀態下都能夠任意的拔出、插入，在設計時，需要配備相應的電源模塊插拔過程識別電路，該種電路方式可以保障電源在插拔過程中將系統與均流先斷開，及時發生模插入與拔出的情況，也不會對系統的正常運行產生影響。

此外，移動基站通信電源系統的監控功能可以為電源系統的運行提供極大的便利，為了實現監控功能，需要在系統中配置好相應的故障診斷軟件，該種故障診斷軟件能夠為電源輸入故障、電源輸出故障、電源模塊內部故障診斷工作的開展提供明確的數據支持，可以及時的將相關診斷信息傳達到值班室之中，從而為系統維護工作的正常開展提供信息服務。

3 結語

總而言之，移動基站有著特殊的運行環境，其運行狀態對于通信電源系統也提出了更好的要求，在設計通信電源系統時，需要綜合考慮到系統的可維護性、可靠性與可用性，對系統的運行情況進行科學合理的分析，根據基站的運行需求制定出科學合理的設計方案，這樣才能夠保障移動基站運行的安全性。

參考文獻：

[1]曾虎森，龔仁喜，閻昌國. 一種山區通信基站供電系統設計與仿真[J]. 廣西大學學報（自然科學版）. 2013（05）

[2]，王京順，劉樹曉，劉成印. 變電站直流電源系統的可靠性與可用性分析[J]. 蘇州科技學院學報（自然科學版）. 2008（04）

[3]秦培林，張小衡，黃麟. 移動基站電源監控與電源維護實例[J]. 通信電源技術. 2009（S1）

電源穩定性設計范文第4篇

關鍵詞： 980 nm波長泵浦源； 恒流源； 溫度控制器； 單片機控制器

中圖分類號： TN248.4?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）13?0119?03

Design of driving circuit of low?power 980 nm laser diode

DONG Yang， CHEN Hai?yan， CHENG Chang?yan， HUANG Chun?xiong

（School of Physics Science and Technology， Yangtze University， Jingzhou 434023， China）

Abstract： The driving circuit of a low?power 980 nm LD used for the photonic generation microwave and millimeter wave signal sources was designed， which consists of protection circuit， feedback circuit， optical power detection， constant?current source design， temperature control circuit， MCU display circuit， etc. The circuit is used to derive the LDM9P903 butterfly LD. The output characteristics of 980 nm LD were tested.

Keywords： 980 nm LD； constant?current source； temperature controller； MCU controller

0 引 言

高性能的980 nm波長半導體激光器（LD）在激光器、光放大器、光信息處理等領域具有重要應用[1?5]。穩定的驅動電路是實現高性能980 nm波長泵浦激光器的重要保證。由于LD對于電流變化的承受能力較差，微小的電流變化將導致光輸出的極大變化，這些變化直接危及器件的安全使用，因而在實際應用中對驅動電源的性能穩定和安全保護有著很高的要求。為了保證激光器的穩定工作、性能可靠和使用壽命長，需要設計出具有抗干擾能力強、具有保護特性的電源及驅動電路[6?10] 。

本文設計一種用于LDM9P603半導體激光器的驅動電路，該激光器的中心波長為980 nm，并對激光系統的輸出特性進行測試。

1 980 nm波長激光器系統的基本組成

980 nm波長泵浦激光器系統由電源、保護電路、激光二極管驅動電路、溫控電路及顯示電路組成。激光器系統選用LDM9P603半導體激光器作為系統光源，該激光器是一款具有14引腳的蝶形封裝激光器，其最大正向電流為192 mA，最大輸出功率為110 mW，閾值電流為15 mA，最大工作電壓1.5 V，中心波長為973 nm， 工作溫度范圍為-20 ℃～70 ℃。

2 電源及保護電路

電源電路的好壞直接影響系統工作的穩定性，針對開關閉合和開啟會產生很大沖擊電流，導致半導體激光器損壞和電流不穩定，進而會改變其輸出功率的特點，在設計電源電路的同時，采用慢啟動電路，電路原理圖如圖1所示。 用12 V的開關電源供電，濾波后經三端集成器U1（LM7806）轉變為6 V電壓，通過電阻[R12]給大電容[C11]充電，電容[C12]連接三極管的基極，電容[C11]在充電的過程中電壓不斷升高使得功率管Q3，Q4的狀態由截止變為導通，當電容充滿電時，功率管處于導通狀態，電壓輸出端輸出約5 V的電壓。在輸出端并聯幾個濾波電容，使輸出電壓紋波更小。該電路給激光器的驅動電路、溫控電路以及顯示電路供電。

3 電流可調驅動電路

半導體激光器在工作時要求工作電流非常穩定，電路中的電流不受激光器的非線性特性影響，供電電路必須是低噪聲的恒流電路，電流可調驅動電路的原理圖如圖2所示，整個電路由上述慢啟動電路供電。

該電路為電流串聯負反饋電路，由[R8]采樣的電壓經過電壓跟隨器反饋給運算放大器的反向輸入端，正向輸入端接滑動變阻器，改變滑動變阻器阻值可以改變正向輸入電壓，[R8]的采樣電壓[U8]等于滑動變阻器輸入運放正向輸入端的電壓，范圍為0～2 V可調，通過[R8]的電流[I8=U8R8]變化范圍為0～200 mA，即通過LDM9P603的電流在0～200 mA范圍內連續可調。[R8]選用康銅絲作為采樣電阻，康銅電阻穩定性好，電阻隨溫度變化小，Q3，Q4作為調整管，D2為開關二級管IN4148，用于減少電流的改變對激光器的損害。

4 溫控電路

溫控電路控制LD泵浦模塊的溫度變化響應，使熱電致冷器的驅動電流維持在合適的工作溫度，其核心部分是MAXIN公司的MAX1969芯片，如圖3所示。MAX1969是高度集成、高效率的脈沖寬度調制開關型驅動器，可以實現0.01 ℃的控制精度。采用直接電流控制，消除了熱電致冷器中的浪涌電流。

5 顯示電路

顯示電路如圖4所示，整個系統主要由8位單片機STC12C5A60S2和1602液晶顯示器構成，用于顯示激光器的工作電流與功率的大小，實時監測激光器的工作狀態。STC12C5A60S2是一種增強型51單片機，不僅速度比89C52快，而且內部還集成了一個8通道的10位ADC，轉換速度為250 kHz，該ADC精度高，轉換速度較快，完全可以滿足測量要求。將一個精度較高、穩定性好的小電阻[R1]與激光器串聯，通過單片機測量電阻[R1]兩端的電壓[U1，][U2，]激光器LD兩端的電壓[U2，][U3，]通過程序可以將流過激光器的電流和功率顯示在1602上，其中[I=（U1-U2）R，P=I（U2-U3） 。]

6 測試結果

圖5為980 nm波長泵浦激光器的輸出特性曲線。激光器的閾值在18 mA左右，當泵浦電流為150 mA時，泵浦激光器的輸出功率為54.5 mW。所得輸出功率比廠商所給出的參考值略偏小，這時由于測試光纖的熔接及活動跳線鏈接頭導致額外插入損耗，所得結果在可接受范圍之內。此外，對系統的穩定性進行了測試，結果表明，系統連續工作0.5～4.5 h后，系統輸出電流沒有變化，表明驅動電源的電流穩定性較好。

圖4 顯示電路

圖5 980 nm激光器輸出特性

7 結 語

設計了用于光生微波-毫米信號源的低功率980 nm波長泵浦激光器系統的驅動電路，并對激光器系統進行測試，測試結果表明，激光器的閾值在18 mA左右，當泵浦電流為150 mA時，泵浦激光器的輸出功率為54.5 mW。該激光器具有良好的溫度、電流穩定性，制作成本低廉。

注：本文通訊作者為陳海燕。

參考文獻

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電源穩定性設計范文第5篇

【關鍵詞】波特圖;電流型開關電源;高效率;建模

Abstract：In this paper，a synchronous buck type switching power supply is modeling based on MATLAB tools.Respectively based on the model of current loop and voltage loop，combined with the simulation to predict the parameters of the switching power supply，accurately map out two loop of the potter，so as to get the current inner loop and voltage outer loop compensation parameters，shorten the development cycle.

Keywords：Bode plot;current mode switching power supply;high efficiency;modeling

1.引言

同步峰值電流型開關電源有兩個環路，電流內環完成電流采樣，電壓外環完成電壓采樣，根據采樣結果穩定輸出電壓。當占空比大于50%時，電流環容易產生次諧波振蕩，因此必須加入斜坡補償環節。基于Matlab工具，本文提出了兩種得到電流型開關電源斜坡補償斜率的方法[1]，并基于該方法設計了一款同步降壓型峰值電流模式的開關電源。另外，本文創新新性地提出了脈寬跳周期方式有效地提高了電源輕載效率。

2.小信號模型

本文設計的同步峰值電流模開關電源小信號模型如圖1所示[2-4]。該模型已經包括了元件，其中 Ri和He（s）是電流反饋小信號模型;Fm是占空比調節模型，包括了斜率補償部分;Kf為前饋增益項，Kr為反饋增益項，用來描述輸入輸出電壓變化對系統的影響;Fc（s）是補償網絡模型;PWM調制部分為等效的開關模型。

Ri、He（s）、Fm、PWM開關模型組成電流內環，輸出電壓、Kr/Fc（s）、Fm、PWM開關模型組成電壓外環。電流內環采樣輸出電流并轉換成電壓值，再與電壓外環采樣到的電壓值共同輸入到脈寬調制模塊實現穩壓[5，6]。

圖1 峰值電流型開關電源小信號模型

2.1 電流環路增益

電流環路增益的頻率響應直接反應著電流內環的穩定性，因此首先需要確定電流內環的傳遞函數，再運用Matlab工具，繪制出波特圖，通過觀察增益裕度和相位裕度來判斷系統是否穩定，由此來得到補償斜率。在計算電流環路增益時，可以把控制電壓Vc看成是恒定值，小信號等效電路中其值可以忽略;輸入電源電壓的擾動Kf也為零，Kr的反饋環路僅僅在非連續電流模式的低頻范圍內有效，因此Kr支路也可去掉，此時小信號模型變為圖2所示。

圖2 電流環路小信號模型

從Fm處斷開后，由文獻[7]可知，電流環路增益可以表示為：

（1）

其中（1）式中各隱含項如下列式子所示：

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

以上各式中，Se是斜坡補償信號斜率，Sn是電感電流上升沿斜率，L是輸出電感，C是輸出電容，R是負載電阻，Rc是電容ESR，Ts是系統工作頻率對應的周期，到此為止（1）式中所有的量的物理意義都已經明確，根據電源的設計指標占空比為0.545，則為0.455，負載1.8歐，TS為0.5us，Rc為0.5歐，L為1uH，C為28nF。因此上式只有Mc未知，而Mc的取值決定了系統穩定性。尋求電流環增益的目的正是為了能方便地找到Mc的值，從而確保閉環以后不會發生次諧波振蕩。利用Matlab仿真得到（1）式波特圖如圖3所示。

由圖3中可以看到，當Mc=1，也就是沒有加入斜坡補償時，其增益裕度幾乎為0dB，相位裕度也不到45度，因此系統是不穩定的。而隨著Mc增大，電流環路的相位裕度也增大，當Mc=2時，相位裕度達到55度左右。Mc越大，相位裕度越高，統越穩定，但系統的直流增益會隨之下降，影響響應速度。在設計電路時就可以根據圖3的結果，合理地選取Mc的大小，從而確定斜坡補償電路的斜率Se。

圖3 電流環路增益波特圖

2.2 控制到輸出環路增益

圖4 控制到輸出的傳遞函數模型

除了用電流環路增益來預測Mc，我們還可以用控制到輸出的傳遞函數進行預測。推導從控制到輸出的增益表達式時，應將電流內環閉合，同時將輸入擾動設為0，即將前饋項環路去掉，保留其它反饋環路，如圖4所示。可以推導出控制到輸出的傳遞函數為：

（7）

（7）式中Ri為采樣電阻，其它各項物理意義已經在2.1給出說明。為了分析方便，把（7）式改寫為：

（8）

其中：

（9）

（10）

（11）

（12）

可以看出，有一個零點和一個極點，決定低頻特性，將隨補償系數增大而增大;與采樣性能有關，提供了位于開關頻率一半處的極點對，其品質因數與占空比D和補償系數Mc成反比關系，由此也可以看出補償斜率越大，雖然系統越穩定，但品質因數也降低了。把（6）式的波特圖用Matlab繪制出如圖5所示。

從圖中可以看到當沒有斜坡補償時（Mc=1），1MHz頻處表現出單極點響應，這與理論推測的一樣。在開關頻率一半處（尖峰處）存在一個品質因數很高的極點對，將導致潛在的不穩定性。當Mc=2時，就很好地抑制了極點對的影響，提高了系統的穩定性。圖5的仿真結果與圖3得出的結論幾乎一致，那就是系統的補償斜率Mc=2幾本可以保證電流內環的穩定，因此在設計開關電源時，本系統設計補償斜率Se與電感電流上升斜率Sn一樣便可保證系統的穩定性，避免了盲目地去設置補償斜率以及過補償的問題，減少了開關電源的設計周期。

圖5 控制到輸出波特圖

3.結束語

全文完整地敘述了如何從建模的角度對開關電源電路設計進行預測與簡化。運用Matlab仿真工具，從電流環路增益以及控制到輸出傳遞函數波特圖這兩種角度簡單地得到了系統需要的補償斜率;為工程人員進行開關電源設計提供了參考依據。

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