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電源設計范文1
一、汽車電源系統原理
汽車電源系統由兩部分組成，即鉛蓄電池和交流發電機，鉛蓄電池和交流發電機并聯在一起工作。在發動機沒有啟動或已經啟動沒有達到穩定帶速之前，主要由蓄電池提供能量。當發動機達到穩定帶速以后，主要由汽車發電機提供能量，同時交流發電機為鉛蓄電池充電。正常工作中鉛蓄電池與發電機并聯，由于鉛蓄電池的電壓鉗位作用，電源輸出電壓基本保持在額定電壓基礎上。如果汽車處在長時間低耗能的狀態下運行，鉛蓄電池可能出現滿電情況，如果發電機繼續為鉛蓄電池充電，鉛蓄電池的端電壓會隨充電電壓升高，產生交流發電機撇載現象。在撇載狀態下，鉛蓄電池失去電壓鉗位作用，輸出電壓等于交流發電機整流輸出電壓，大約15伏左右。
二、汽車電源保護電路作用
鉛蓄電池額定電壓大約為12伏（柴油車為24伏），交流發電機輸出額定電壓大約為14.5伏。汽車電器設備額定電壓是12伏，如果出現撇載現象，交流發電機電壓接在電器設備上，此時電壓已經超出額定電壓的20%，可能燒毀用電設備。為了防止汽車電氣設備在發電機撇載后出現燒毀現象，需要對汽車用電設備進行保護，這個保護用電設備的電路，我們稱之為汽車電源保護器。本項目主要就是研究保護汽車用電設備的保護電路，以便使汽車能安全、可靠地運行。
三、汽車電源保護電路結構
汽車電源保護電路主要是把用電設備電壓控制在額定電壓的10%以內。而對于汽車而言，出現撇載現象之前，用電設備不會出現過壓現象而燒毀；出現撇載現象后，電壓升高可能燒毀用電設備。電路設計上采用兩部分組成，一部分采用開關控制哪一路電路接通；另一部分采用直流串聯穩壓電路使撇在后輸出電壓穩定。該電路主要由穩壓電路和開關控制電路兩部分組成，撇載之前電源電壓經過常閉觸點加在負載上，此時保護電路幾乎對原電路沒有影響；撇載之后，電壓經過常開觸點送到穩壓電路，經過穩壓后加到負載上。這樣就可以保證用電設備在額定電壓下工作，從而使用電設備更加可靠地運行。
四、汽車電源保護電路工作原理
電源保護電路與普通串聯型穩壓電源略有不同，在穩壓電源的前邊增加了多觸點繼電器，當電源電壓在12伏（汽車發電機撇載之前）時，繼電器不動作，電源經繼電器常閉觸點，加到用電設備上。當電源電壓增加到12.5伏以上時，繼電器動作，常閉觸點打開，常開觸點閉合，電源電壓經繼電器常開觸點，經串聯穩壓電路穩壓后加到用電設備上。
串聯穩壓電路使用了具有溫度補償特性的，高精度的標準電壓源集成電路TL431，所以使電路簡化，成本降低，而穩壓性能卻很高。穩壓管TL431的穩壓值連續可調，這個穩壓值決定了穩壓電源的最大輸出電壓。調整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發熱量很大，如果條件允許，盡量購買大的散熱片，擴大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點的硅管，這樣可以做的體積小一些。濾波用兩只50V、4700uF電解電容并聯，使大電流輸出更穩定，如果考慮高頻波影響，可以增加一個低容量濾波電容。
五、汽車電源保護電路設計技術關鍵點
應用汽車電源保護電路可以有效保護汽車用電設備，防止用電設備因為電源電壓升高而損壞。雖然電路在設計上采用穩壓電路，但又與傳統串聯型穩壓電路不完全相同，具體體現在以下幾方面：
1.電源調整管采用雙管串聯形式，可以提供更大的電流。汽車電路具有低電壓、大電流的特點，因此采用雙管串聯，可以增加輸出電流。電流的增加會使調整管管耗增加，調整管可能會產生大量的熱量，三極管的選擇很重要，同時散熱問題也是項目研究的重點，除了考慮增大散熱片外，必要時還可以考慮增加風扇散熱，以保證三極管工作穩定。
2.為了降低電源保護設備插入損耗，采用繼電器對電路中電壓分段控制。利用繼電器控制串聯穩壓電路的工作狀態，只有在電源電壓升高時，穩壓電路工作，其他情況下穩壓電路不工作，這樣就可以降低設備損耗。
3.繼電器在斷開、吸合瞬間，可能產生脈沖電壓，影響輸出電壓穩定。為了防止輸出電壓受到影響，電路中采用雙電容并聯形式，提高電路的充放電時間，降低由于繼電器動作產生的影響。
汽車電源保護器主要是針對目前汽車市場上出現用電設備偶爾燒毀而設計的，電路結構簡單，穩壓效果好，安裝維護比較方便，插入損耗小。該電路主要為5A以上用電設備設計的，如果為收音機、電視機等供電，電源調整管還可以選擇小功率管。電路的缺點是輸出電壓在繼電器動作前后可能不一致，設備體積可能略大，如果采用風扇散熱，可能增加設備能耗等。但不管怎么說，這都是目前市場上絕無僅有的一款為汽車電器設備設計的保護電路，隨著汽車電子技術的飛速發展，在不久的將來它將發揮巨大的作用。
參考文獻：
[1]張華.汽車電工電子技術.北京理工大學出版社，2011.8
電源設計范文2
【關鍵詞】數字電源 結構原理 問題 優化設計
1 數字電源
1.1 數字電源的概述
目前，數字電源有多種定義。
第一種定義為：通過數字接口，控制開關電源，強調的是，數字電源的“通信”功能”。
第二種定義為：具有數字控制，開關電源的功能，強調的是，數字電源的“數控”功能。
第三種定義為：具有數字監測，開關電源的功能，強調的是，數字電源對溫度等參數的“監測”功能，通過設定開關電源的內部參數，來改變其外在特性，在“電源控制”的基礎上，增加了“電源管理”。相比傳統的模擬電源，數字電源的區別，是控制和通信部分。在應用場合，簡單易用、參數變更要求少，模擬電源產品更具優勢。此外，相對模擬電源，在多系統業務中，數字電源，通過軟件編程，來實現多方面的應用。數字電源有用DSP和MCU控制的。對于DSP控制的電源，采用數字濾波方式，而MCU控制的電源，能滿足電源的需求，反應速度快、電源穩壓性能好。
1.2 數字電源的特點
數字電源系統具有以下特點：
（1）數模組件組合優化：實現了開關電源中，模擬組件與數字組件的優化組合。采用“整合數字電源”技術。
（2）控制智能化：對于傳統的，由微控制器（μP或μC）控制，開關的電源.而它是以，數字信號處理器（DSP）或微控制器（MCU為核心，智能化開關電源構成系統是“數字電源驅動器及PWM控制器”。
（3）控制精度高：數字電源，實現多相位控制、非線性控制、負載均流、故障預測等功能；發揮數字信號處理器及微控制器的優勢，這樣設計的數字電源，達到高技術指標，為綠色節能型開關電源提供條件。
（4）集成度高：對于高集成度，將大量的分立式元器件，整合到一個芯片或一組芯片中。實現了，電源系統單片集成化。
（5）模塊化程度高：分布式的數字電源系統就易于構成。
2 數字電源結構
2.1 PWM控制器
雙端推挽式PWM控制器是UCD8220/8620，其受DSP或MCU數字控制的。二者的區別是，低壓啟動UCD8220即 48V，而UCD8620內部，增加高壓啟動電路即110V。UCD8220的內部，主要包括：“3.3v電壓調整器、基準電壓源、脈寬調制器（PWM）、驅動邏輯、推挽式驅動器、欠壓關斷電路、限流電路、電流檢測電路”。 在峰值電流模式或電壓模式下，UCD8220/8620能夠運行，即對極限電流的編程，輸出極限電流數字標志。
2.2 數字信號處理器（DSP）
UCD950是數字電源系統，配套的數字信號處理器，它們內部主要包含 ：“32位CPU、時鐘振蕩器、32位定時器、看門狗電路、內外部中斷控制器、SCI總線、SPI總線、CAN總線及I C總線接口、l2路PWM信號輸出、系統控制器、16通道12位和ADC、16K×16 Flash、6K×16 SARAM、1K×16ROM”。利用Power PADTM HTSSOP和QFN軟件包，可進行編程。它采用標準的是“3.3v”輸入或輸出接口，其與UCD8K系列的完全兼容。
2.3 數字電源驅動器
數字控制電源驅動器芯片，大部分是UCD7100/7201，二者的區別是：可驅動MosFET開關功率管，可適配UCD9110/9501型數字控制器；UCD7100為單端輸出，而UCD7201為雙端輸出；額定輸出電流均為±4A；對于主控制器，可監控輸出的電流，快速檢測，過流故障而關斷電源；檢測周期僅為 25ns。
3 數字電源面臨的問題
數字電源，有很多優點，但仍有缺點。數字電源，需要一個采樣、量化和處理的過程，做出反饋，即對負載的變化，而目前，它對負載變化的響應速度，比模擬電源慢。精度和效率比模擬電源差。數字電源占板面積，大于模擬電源。在負載點（POL）系統中，數字控制優點非常明顯，而在簡單應用中，模擬電源仍占有優勢。考慮到數字電源，解決方案的優點，數字電源，雖然技術復雜，但使用不復雜。要求設計人員，具有一定的程序設計能力，目前，電源設計人員，普遍模擬設計為主，缺乏編程訓練。這對數字電源的推廣，也造成了一定的障礙。每次AD轉換后，數字芯片，將得到的結果，送到系統中央處理器，由處理器，對取樣的值，進行運算和PI調節。
另外，人們對數字電源的認識，不像模擬電源那樣，經過了多年應用的考驗。對其的可靠性有疑問。雖然數字電路，在概念上，優于模擬電路，可靠性是設計的問題，而不是數字化的問題。
4 數字電源電路優化設計
我們采用智能化數字電源，其系統由：“PWM、電源驅動器、DSP、接口電路、顯示器和鍵盤”6部分組成。系統框圖如圖1所示。
對于圖中的數字信號處理器，UCD9501，通過接口芯片與鍵盤和顯示器相連，對于用戶，不僅能從顯示器上，觀察到當前的電源參數，還可通過，鍵盤隨時修改電源參數。為了簡化配置，也可由：“數字信號處理器（UCD9501）和數字控制電源驅動器（UCD7100）”構成智能化數字電源系統。
5 結語
總而言之，數字電源系統，具有高集成度、高性價比、電源管理功能完善、電路簡單、能面向用戶設計等顯著優點，實現了智能化電源系統，優化設計和創造。在應用場合中，簡單易用、參數變更不多，模擬電源產品，具有很多優勢，其應用的針對性，可以通過硬件固化來實現。
參考文獻
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電源設計范文3
關鍵詞：便攜 電源 設計
0 引言
現在，市場上可移動的電子設備越來越多，設備的電源容量和功耗卻遠遠不能滿足市場的要求，對日常生活，特別是戶外活動造成諸多不便。為此，本文設計了一種高效、低功耗、安全的隨身電源，以滿足戶外需求，將有很大的實用價值。該系統設計由五部分組成：鋰芯容量指示電路、電芯保護電路、充電管理電路、DC-DC升壓電路。鋰芯容量指示電路由XC61CC系列的電壓監控芯片組成。電芯保護電路由過充保護、過放保護、過溫保護三部分組成，HAT2027、R5402、自恢復保險絲構建了三重保護，使鋰芯安全性大大增強。充電管理電路采用了CN3066，將充電過程分為涓流充電、恒流充電、恒壓充電和維護充電四個部分，使移動隨身電源能夠最大程度地儲備能量。DC-DC升壓電路采用了MAX1771集成芯片，可將鋰芯容量在安全范圍內最大限度釋放，達到對多種數碼設備供電的目的。
1 電路工作原理
1.1 鋰芯保護電路 電芯保護電路主要由R5402和HAT2027共同組成。除此之外，自恢復保險絲起到了最后一層保護的作用。
充電時，電池電壓從低到高上升，當電池電壓大于4.25V時，充電狀態被鎖存，引腳Cout就會從高電平跳為低電平，HAT2027內置二極管發揮單向導通作用。電流方向只能從1腳到3腳，充電電源無法繼續給鋰芯充電。如果充電電源繼續加載在鋰芯電池組兩端，即使鋰芯電壓在4.25V以下，R5402具有的過充鎖存狀態也不會被釋放。這樣就保證了電池組在連續充電飽和之后，能鎖存在過充狀態，隔離充電電源對高能量電池組持續充電。只有當過充時，斷開充電電源，過充鎖存狀態才會被釋放，Cout重新變為高電平，HAT2027的1、3引腳此時雙向導通，鋰芯才能正常工作。放電時，電池電壓下降，當小于2.3V時，放電狀態被鎖存，引腳Dout的輸出從高電平跳為低電平，HAT2027內置二極管發揮單向導通作用。電流方向只能從3腳到1腳，鋰芯電池組無法繼續給負載放電。如果沒有接上充電電源，即使鋰芯電壓高于過放電壓的最大值，放電鎖存狀態也不會被釋放，這就保證了電池組在經過長時間放電，電壓下降到2.3V之后，能鎖存在過放狀態，隔離低能量電池組持續放電。只有當過放時，接上充電電源，鋰芯電壓開始高于過放電壓時，過放鎖存狀態才會被釋放，同時引腳Dout的電壓重新變為高電平，HAT2027的1、3引腳雙向導通，鋰芯既能工作在放電狀態，又能工作在充電狀態。當鋰芯短路時，Dout跳到低電平。此時，鋰芯受HAT2027控制無法放電，起到保護鋰芯作用。與此同時，自恢復保險絲由于短路的大電流，會受熱膨脹，電路切斷，起到最后一層保護的作用。當短路故障排除，白恢復保險絲恢復，R5402檢電器釋放，Dout重新恢復高電平。
1.2 DC-DC升壓電路 本系統中，DC-DC升壓電路主要由MAX1771構成，該控制器采用獨特的控制方案，結合PFM(脈沖頻率調制)及PWM(脈沖寬度調制)的優越性，提供一個高效、較寬電壓調節范圍的電源。前者具有較小的靜態電流，負載小的情況下效率較高，但紋波較大。后者在負載大的情況下具有較高的效率，噪聲小。該控制器采用的是一種改進型的限流PFM控制方式，控制電路限制電感充電電流，使其不超過某一峰值電流。既保持了傳統PFM的低靜態電流，同時在較大負載的情況下，也具有很高的效率。而且由于限制了峰值電流，采用很小體積的外圍元件就可獲得滿意的輸出紋波，這樣便于降低電路成本及尺寸。如圖2所示，將4腳接地，可使其工作在閉環狀態。芯片由引腳2上的電壓供電，同時也是輸出電壓。輸入電壓可以進行從2V到輸出電壓的變化。外接MOS管柵極1腳上的電壓，從輸出電平到零電平跳變，這樣可以提供更人的柵極驅動，從而減小外接MOS管的開啟電阻。MAX1771外接MOS管平時是關閉的，此時電感儲能。關閉期間，MAX1771會檢測外部輸入電壓，一旦降低到了一定限度，MAX1771就會開啟外部MOS管，電感釋放能量，重新提供驅動電壓。開關頻率隨負載電流和輸入電壓而定。5V電壓通過兩個反饋電阻分壓得到。此外，續流二極管選用肖特基二極管SS34，該器件正向導通電壓小，響應時間短。
1.3 鋰芯容量指示電路 本系統電路設計采用了一種比較簡單且實用的方法，即通過測試鋰芯電池放電的時間電壓特性曲線，選取整個放電過程的四個位點電壓，用電壓來估算電池的容量。當按下電壓容量指示的功能按鍵，鋰芯的電池電壓會加到XC61系列芯片的VIN與VSS引腳上。當電壓高丁4.1V，四個芯片同時工作，電池與限流電阻、LED發光管形成四個回路。此時四個發光管同時發亮，表示電池容量飽和。當電池電壓在4.1V～3.8V之間，只有三個芯片工作，4102不工作，此時形成三個回路，三個發光管發亮，表示電池容量有所下降。同理可知其它的兩種情況。
1.4 充電管理電路 充電管理電路由CN3066和繼電器構成。當隨身電源監測到有充電器對其充電時，繼電器令CN3066開始工作，CN3066將整個充電管理過程分為四個部分，即預充電、恒流充電、恒壓充電以及維護充電。
當CN3066開始工作時，CN3066會檢測電池電壓是否較低，如果是，則采用涓流充電，即一個比較小的恒定電流對電池進行充電，直至電池電壓上升到一個安全值。之后，充電電流保持較大值不變，通常是涓流充電電流的10倍或更大。1000mAh的電池采用700mA電流充電，這可以避免大電流充電對鋰芯的損壞。在恒流充電和涓流充電狀態下，充電管理芯片連續監控電池的電壓，當單節鋰電池的電壓達到4.2V，恒流充電狀態結束，轉入恒壓充電狀態。在該狀態下，充電電壓恒定在4.2V。當鋰芯的電流下降為原來的1／10之后，恒壓充電狀態結束。在維護充電狀態，電池充足電后，若移動電源仍插在充電器上，電池會由于自放電而損失電量。CN3066以非常小的電流對鋰芯充電或監測電池電位，以備對鋰芯再充電，這種狀態稱為維護充電狀態。
在本電路中，CN3066會實時監測鋰芯的電壓、溫度、充電電流和充電時間。一旦電池的溫度達到60℃，或鋰離子電池的電壓達到4.2V，恒壓充電狀態自動終止。此外，還應設置最長恒壓充電時間。在溫度和電壓檢測失敗的情況下，可以保證鋰電池安全充電。當拔掉充電器，CN3066關閉，隨身電源處于預放電狀態。
實驗結果證明，多功能隨身電源能對市面上大多數手機連續充電5次以上，對MP3、MP4充電12次以上，表明隨身電源在戶外活動中有充足的能量儲備。
電源設計范文4
關 鍵 詞：移動電源 大容量 功能多 產品設計
隨著社會的進步，科技在不斷發展，人們生活水平的不斷提高，追求完善已成為時尚，生活中人們對電子產品的依賴性越來越高，“斷電”對現代的電子產品，尤其是信息化產品，如：智能手機、iPad、筆記本電腦等，是致命一擊，各類電子產品一旦沒有電能的支持只能是個無用的擺設。由于體積的限制，電子產品的電池只能限定在特定的體積內，這就限定了電子產品的續航能力。目前，市場的移動便攜電源多種多樣，通常移動電源只能針對一種電子產品充電，但是沒有一款可以為多種小電器提供通用充電產品。并且現有充電產品容量不夠大，還沒有專門為筆記本電腦充電的移動電源。通過學習對專業的學習，使我掌握工業設計的相關知識，現代社會人們在對消費產品的需求不僅僅滿足于基本功能的完備，更注重了產品的外觀的美感及不斷提高和完善的功能和使用者的心理和生理感受。
一、產品的前期調研
移動電源是一種集供電和充電于一體的便捷式充電器，可以給數碼設備隨時隨地充電或者待機供電。它通過整流、濾波，把市電轉化為電器可接受的電流，然后由電能轉為化學能儲存起來，當手機或其他的數碼產品在使用過程中因電池電量耗盡，不需要取下電池，直接將自由充電器接上，就可以給數碼產品供電，還可以同時邊充電邊使用，且便于攜帶。一般由鋰電池芯或者干電池作為儲電單元，區別于產品內部配備的電池。一般配備多種電源轉換接頭，通常具有容量大、用途多、體積小、壽命長和安全可靠等特點。
二、移動電源發展的四個階段
第一階段：2001-2007年，概念炒作，曇花一現。 移動電源最早出現在2001年的CES展覽上，那時只是在CES沙攤館的一個地攤似的展覽位上，是一個留學生用幾節AA電池再帶一個控制電路而拼湊起來的。當時這個不起眼的東西，因它能在任何地方給數碼產品充電而引起許多參展商的關注。當時為了概念炒作，還取了一個頗具浪漫氣息的名字-手機戀人，曾經有廠家請到影視明星陳建斌做產品代言人，可見當時就有廠商預見到移動電源項目的未來發展前景。因智能手機市場尚未啟動，移動電源沒有真正的市場需求，更多的只是一種新概念炒作，曇花一現也就不足為怪了。第二階段：2007年-2010年，小荷已露尖尖角，萌芽期。隨著蘋果手機的橫空出世，引發了不少領域的革命，比如手機電池—原來可以把手機電池做到不可更換！蘋果的另一個革命是將手機越做越薄，但功能卻越來越多！上網、游戲、視頻、聊天、照相攝影樣樣俱全。這其實是個悖論，按理說手機功能做得越多就越耗電，那手機電池就應該越做越大。但蘋果公司恰恰相反，只要手機足夠時尚、足夠炫，消費者足夠喜歡就行了！這就給移動電源帶來了機會，開始有一部分果粉們明顯感到電池不夠用，對移動電源有了剛性需求。第三階段：2011年-2012年，百花爭艷，快速成長期。但這個時候，一些與移動電源產品根本無甚關聯的廠家，如原來做鍵盤鼠標的、做手機保護套的、做塑膠五金模具的，沒有深入了解移動電源，以為移動電源制作簡單，紛紛上馬，一時間，移動電源市場良莠不齊，一地雞毛！在這個市場的快速成長的同時，也留下不少的隱患。第四階段：2012年-今后3-5年：翻天覆地，巨額增長期。2012年3月，據中央人民廣播電臺報道，國內知名市場研究公司的數據顯示，中國手機用戶突破10億大關。但智能手機只占到了8%，而發達國家占有率達到60%以上，新加坡、香港則達到了90%以上，所以，在今后3-5年，中國的智能手機用戶將占到50%以上，也就是智能手機將達到5-8億臺的巨量！移動電源市場將產生翻天覆地的變化，進入真正的巨額增長期，一些真正重品質、重品牌建設、重創新的移動電源廠商、銷售商將執市場牛耳，獲得消費者的青睞，同時獲得巨大的利益。
三、激動電源組成
現如今市場上的移動電源大體分為三部分：1、單口輸出：一次只能為一種電子產品充電；2、雙口輸出：一次允許同時給兩種電子產品充電，限定電流一般為1A和2A輸出口；3、單出口或雙出口配備LED強光手電或配備其他功能的：在充電工具外加入方便出行的強光手電或配備其他功能方便出行。
目前市面上出現的移動電源種類繁多，一般都是給小型數碼產品提供充電功能，但是能夠給筆記本電腦充電的寥寥無幾，市面上的一款給筆記本充電的移動電源USB輸出接口為5V2.5A（MAX）由于不同的筆記本需要的充電電壓不同設有三個電壓的調節按鈕分別為19V、16V、12V。此款移動電源給出的標語是“支持99%筆記本電腦充電”并且配備的多款筆記本充電的插頭，在目前筆記本品牌繁多的時代同款的筆記本電腦電池要求的充電電壓各不相同，多種的品牌就需要一款可調節的電壓控制器來滿足不同電腦電池的要求，這樣的電壓控制器不緊使移動電源可以滿足電腦電池的續航也可以保證筆記本電腦的電池使用壽命不會因電壓過高或者過低充電造成折損。
四、移動電源的發展趨勢
1.大容量：隨著時代的發展，電子產品功能越來越多，對電量的消耗也越來越大，所以對移動電源的容量要求也越來越高，所以大容量移動電源是一大趨勢。 2.多功能：電子產品的種類繁多，各種接口不一而足，所以移動電源必須要具備能給更多設備充電的能力，尤其是電腦。3.自充電：如果移動電源能夠帶有自充電的功能，會贏得更多遠行者的青睞。4.個性化：在滿足移動電源實用性的同時，還要重點考慮到它獨有的外形魅力，為枯燥的一天增添色彩。5.安全性：移動電源的安全也是個重要課題，不僅要保證數碼設備的安全性，最主要的是人身的安全。
五、移動電源設計與分析研究
產品的涵蓋功能：需求決定生產，人們對產品的功能要求越來越高，目前對移動電源最稀缺的功能是：1、自充電：配備太陽能電池板，讓你的移動電源不斷電；2，、多接口：多孔USB接口，實現資源共享；3、筆記本電腦充電：為出差旅行人的工作消遣不斷電；4、小工具：安裝燈，為出去旅行的旅游宿舍學習的學生照明；5、收納盒：數碼產品種類繁多需要的數據線時?；ハ嗬p繞，使用起來特別不方便，需要配備一個數據線收納盒，讓數據線的使用及整理更加的便捷。
設計中遇到的問題及解決方案：1、大容量：需要支持大容量移動電源為內部材料問題，鈷酸鋰為目前常用的移動電源內部材料，技術成熟且應用范圍廣泛若給筆記本充電的大容量移動電源體積就會顯得很笨拙，應對人們大容量且體積輕的電源就需要尋找新興材料代替，材料磷酸鐵鋰可以達到這個標準，且有循環使用次數達2000次使用壽命大大增強、體積輕便、大電流放電、內阻小發熱少、安全環保、無毒等優點。使用磷酸鐵鋰材料可以解決大容量輕便的問題。2、給筆記本電腦充電：通常用來充電的移動電源電壓為5V1A或者5V2A規格的，若直接將移動電源與插線板結合起來，將涉及到電壓過量的升高及交流電與直流電轉換問題，會使電能大量流失。采取解決方案：用直流電流直接給筆記本充電較為可行，目前市面上的筆記本電池的直流充電電壓從14.5V～20V，這樣做一個外置的可調節的升壓裝置即可滿足給筆記本充電的需求且裝置可調控使充電電壓更精準，方便使用。3、多接口：目前移動電源佩戴接口最多為三個，兩個為USB輸出接口一個為移動電源的充電接口，在移動電源上多配備共享的USB接口不緊影響美觀性也會對移動電源內芯的體積有一定的影響，接口配備多了會導致移動電源的體積過大影響攜帶的方便，于是單配備一個共享多接口的小裝置放在收納盒里，這樣不緊解決了共享的問題也使移動電源的本身不會有負擔。4、收納盒：配備數據線的種類繁多，盒子大小就需要進行推敲，在設計數據線時可以把平時使用的大插頭進行精簡制作，在配備插頭轉換器，這樣平時使用的幾種數據線及轉換插頭就可以方便的放入收納盒中了，收納盒的體積也得到了有效的收縮，這樣與移動電源一體的可拆卸的收納盒就可以方便攜帶了。
結論
一件新產品的產生是由于現有產品功能不足而引發的改進設計理念與方案，所做的改進不能只停留在表面，想要完全改進一件產品就要深入從產品的材料入手，材料是產品內部的核心，它決定產品的質量、大小及能力。產品的附屬品的品質也是值得重視的關鍵點，以方便消費者為出發點進行設計改良，在所有的步驟進行完善的基礎上在進行外觀的設計，產品的硬件良好還要給予產品一個奪人眼球的外觀，這樣的產品才能在市場上提高銷售數量。
北京聯合大學“啟明星”大學生科技創新項目編號：201311417SJ042
參考文獻
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電源設計范文5
【關鍵詞】電力儀表開關電源TOP260EN
中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著電力儀表測量精度的不斷提高以及體積越來越小，傳統的線性電源雖然設計簡單方便，使用的器件較少，紋波能滿足儀表設計的要求，但是要求輸出功能變大時，變壓器的體積是很多工程師棘手的問題，而且成本也隨之增加。開關電源體積小、寬輸入電壓，而且使用合適的元器件，合理的PCB布線，同樣也能輸出較好的紋波，價格上也可以接近線性電源，甚至更低。本文基于TOP260EN對電力儀表的開關進行了簡單的設計。
一、TOPSw itch-HX系列芯片介紹
1、芯片性能特點
TOPSwitch-HX系列芯片是美國Power Integrations公司最新推出的一組開關電源集成芯片。它將高壓功率MOSFET、PWM控制器、故障保護電路以及其他控制電路集成到單個CMOS芯片中，具備過壓、欠壓、過流、過熱保護、遠程控制等眾多功能。它廣泛地應用于中小功率開關電源中，使電源損耗更少、電磁干擾更少、體積更小、效率更高、可靠性更高。TOPSwitch-HX系列產品具有以下顯著特點：
(1)將脈寬調制(PWM)控制系統的全部功能集成到三端芯片中，內含脈寬調制器、功率開關場效應管(MOS- FET)、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環路補償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，真正實現了無工頻變壓器、隔離式開關電源的單片集成化，使用安全可靠。
(2)采用漏極開路輸出，并利用控制極反饋電流IC來線性調節占空比實現AC/DC變換的，即屬于電流控制型單片開關電源。
(3)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時，可選110V/115V/230V交流電，允許變化±15%。在寬電壓范圍輸入時，適配85~265V交流電，但輸出功率峰值POM要比前者降低40%。
(4)它只有三個引出端，能以最簡方式構成無工頻變壓器的單端反激式開關電源。開關頻率的典型值為100 kHz，允許范圍是90 k~110 kHz，占空比調節范圍是1.7%~67%。
(5)電路簡單，電磁干擾小，成本低廉。由于芯片本身功耗很低，電源效率可達80%左右，最高可達90%
2、芯片內部結構圖和引腳功能
TOPSwitch-HX封裝主要分為Y封裝、E封裝、L封裝、M封裝、P和G封裝?，F以圖1(a)所示的E封裝內部結構圖來說明TOPSwitch-HX系列芯片的結構特點，其主要由以下幾部分組成： (1)控制電壓源；(2)帶隙基準電壓源；(3)頻率抖動振蕩器；(4)并聯調整器/誤差放大器；(5)脈寬調制器(含PWM調制器和觸發器)；(6)過電流比較器；(7)門驅動級和輸出級；(8)具有滯后特性的過熱保護電路；(9)關斷/自動重啟動電路；(10)高壓電流源；(11)軟啟動電路；(12)輸入過壓、欠壓檢測及保護電路；(13)電流極限調節器；(14)線路檢測器；(15)線路檢測端和極限電流設定端的內部電路；(16)停止邏輯；(17)開啟電壓為1V的電壓比較器。
（a）內部結構圖
（b）引腳排列圖
圖1TOPSwitch-HX E型封裝的內部結構圖和引腳排列圖
本次設計選用E封裝的TOPSwitch-HX芯片，其
引腳排列如圖1(b)所示，引腳功能如下。
漏極引腳(D)：MOSFET漏極引腳，通過內部高壓電流源為內部電路提供啟動偏置電流。
控制引腳(C)：誤差放大器及反饋電流的輸入腳，與內部并聯調整器相連接，可控制占空比。
極限電流設定端引腳(X)：用于對外部電流設定調整，在此端接上不同的電阻，可使開關電流設定為不同的數值。連接至源極引腳(S)則禁用此引腳的所有功能。
電壓監測引腳(V)：是過壓(OV)、欠壓(UV)、降低DCMAX的線電壓前饋、輸出過壓保護(OVP)、遠程開/關和器件重置的輸入引腳。連接至源極(S)引腳則禁用此引腳的所有功能。
源極引腳(S)：源極連接點，用于高壓功率的回路。它也是初級控制電路的公共點及參考點。頻率引腳(F)：用于選擇開關頻率的輸入引腳，如果連接到源極(S)引腳則開關頻率為132kHz，連接到控制引腳(C)則開關頻率為66kHz。
二、輔助電源的設計
1、設計要求
超聲波發生器對輔助電源的要求是：可靠、穩定、小型、高效率；交流輸入電壓為85~265VAC；適應負載在較大范圍變化；自保護功能齊全。設計技術指標如下，輸入電壓： 85~265V AC(50Hz)；輸出電壓和電流： 3路共地， 20V/2A， 12V/1A， 5V/1A； 1路獨立地5V/1A；輸出電壓紋波：≤1%；電源效率η：≥75%；電壓調整率SV：±1%；負載調整率SI：±1%。
2、電路設計及工作原理
(1)開關電源集成芯片的選取
由設計要求，可確定電源工作方式為反激式，可計算出電源輸出總功率P為62W(P=20×2+12×1+5×1×2=62W)?？紤]到設計時需要留有一定裕量，為此可選用TOP260EN芯片，其最大輸出功率為93W(適配器模式)。以TOP260EN為核心設計的輔助電源如圖2所示。
圖2輔助電源原理圖
(2) EMI濾波電路與輸入整流濾波電路設計
電容C1、C6和電感L1、L2組成EMI濾波電路，其中C6能濾除變壓器一次、二次繞組耦合電容產生的共模干擾。橋塊BR1和電容C2、C4組成一次整流濾波電路，其中C4為開關電源提供去耦，從而降低差模干擾，C2可確保低紋波直流電流進入反激式轉換器級，C2的容量可依照經驗來取值，可取容量為120μF、耐壓為400V的電解電容。
(3) TOP260EN電路的設計
為了減小變壓器和電源的體積，將引腳(F)與引腳(S)短接，使TOP260EN工作在開關頻率為132kHz的全頻方式。電阻R5、R6和R7用來限制功率，保證在輸入電壓波動時維持相對恒定的過載功率。將引腳(V)與直流電壓輸入端之間接入線電壓檢測電阻R(R=R3+R4)，可為TOP260EN提供線電壓前饋信號，一方面保證在直流輸入電壓下降到100V時，輸出沒有干擾，實現欠壓檢測功能；另一方面保證在直流輸入電壓升至450V以上且電壓恢復正常值以前時，使TOP260EN停止工作，防止器件損壞，實現過壓檢測功能。線電壓檢測電阻R可由式(1)和式(2)確定為4MΩ。
UUV=IUVR （1）
UOV=IOVR （2）
式中：UUV、UOV、IUV、IOV分別為TOP260EN的欠壓、過壓、欠壓電流、過壓電流，其數值分別為100V、450V、25μA、112.5μA。
為了吸收TOP260EN關斷時高頻變壓器一次繞組漏感產生的尖峰電壓，以保護MOSFET不受損壞，設計了一個由R8、R9、C5、VR1、D1構成的高效率箝位電路，使漏感中的能量大部分消耗在R8、R9上；同時，通過VR1可將電壓箝位在限定范圍內，使電源在開啟和過載情況下均能滿足要求。VR1選用箝位電壓為180V的瞬態電壓抑制器，D1選用反向耐壓為600V的超快恢復二極管。
(4)變壓器設計
高頻變壓器是開關電源的核心元件，在電路中兼有能量轉換、電壓變換、限流和隔離作用，是整個設計中的難點和關鍵。在設計和制作時，對磁芯材料的選擇、磁芯與線圈的結構、繞制工藝等都要有周密考慮。為了合理選擇變壓器的磁芯，確定初級、次級線圈的線徑、匝數及氣隙等參數，本設計選用開關電源專用設計軟件PI-Expert來計算變壓器參數。磁芯選擇：磁芯材料NC-2H，磁芯類型EE35，相關參BW=15.70mm，ML=0mm，MR=0mm，AE=101.40mm2，ALG=324nH/T2，BM=219mT，BP=303mT，BAC=56mT；氣隙：LG=0.379mm；初級線圈電感量LP=230μH，初級匝數NP為27. 3匝(實際取28匝)，初級線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞，初級漏感LL為6.3μH；反饋繞組匝數NB為6匝，反饋繞組線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞；次級20V/2A繞組匝數為3匝，線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞；次級12V/1A繞組匝數為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)，3股并繞； 5V/1A繞組匝數為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)， 4股并繞；5V/1A繞組匝數為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)。軟件給出的參數都是經過一定優化得到的，故實際設計中優先選用這些推薦參數，實踐證明這樣做是合理且高效的。
(5)輸出整流濾波電路的設計
高頻變壓器的二次側輸出電壓經二極管D2~D5整流后，由電解電容C13~C16濾波，再經電感L3~L6低通濾波后送給電解電容C17~C20，進一步降低直流電壓的交流紋波后向負載輸出。設計時，要選用等效串聯電阻很小的輸出濾波電容，以避免因電容損耗增大而引起的電源可靠性降低。
(6)反饋控制電路的設計
電源能否穩定地工作在額定范圍內，反饋控制電路的設計是很重要的。設計中，對于精度要求較高的5V輸出，采用線性光耦LTY817C和三端精密穩壓器LM431等元件組成電氣隔離式反饋電路，其工作原理是：變壓器次級偏置繞組的輸出電壓經過D6、C11整流濾波后給LTY817C中的接收管U2B提供偏置電壓，5V輸出經電阻分壓器R17、R18獲得取樣電壓，與LM431中的2.5V基準電壓相比較后產生誤差電壓，使LTY817C中發光二極管的工作電流產生相應變化，再通過LTY817C隔離放大去改變控制引腳(C)的電流，從而調節TOP260EN的輸出占空比，達到輸出5V電壓穩定的目的。其中R16為限流電阻，推薦值R16=100Ω；電阻分壓器R18典型值為10kΩ，R17阻值可根據式(4)確定為10kΩ。
R17=10×(5-2.5) /2.5(kΩ)(4)
C8為控制端的旁路電容；C9與R15一起構成尖峰電壓濾波器，使偏置電壓在負載較重時能保持恒定；C21為軟啟動電容； C22和R19構成控制回路的補償元件；另外，本設計還通過VR2、R12、D7、VR3、R20、U3、R13、D8等器件實現可選次級側過壓保護功能。如果某元件出現故障而導致反饋環路開環，偏置繞組電壓將會上升，此時VR2將擊穿并通過R12、D7觸發引腳(V)而啟動過壓保護；同時，輸出端的電壓過高將導致VR3擊穿，并使流經R20和U3A中電流增加，進而使U3B中的電流產生相應變化并經R13和D7觸發引腳(V)而啟動過壓保護。
結束語
本文采用TOP260EN研制了一款單片開關電源，論文給出了電路各部分的詳細設計方法，并進行了參數計算，通過實測結果分析，驗證了理論的可行性，并且產品作為輔助電源應用于某項目中，取得了很好的效果。
參考文獻
[1] 閆群民，馬永翔. 基于TOP225Y的雙輸出開關電源設計[J]. 電源技術應用. 2008(07)
電源設計范文6
【關鍵詞】備用;冗余;風險;設計;變更
前言
福清核電500kV開關站和220kV開關站均為集中化設計，即1-6號機組共用一個開關站。500kV開關站和220kV開關站所需的低壓輔助電源包括交流380V、直流110V和交流220V不停電電源三種，均布置于TC網控樓中。在運行期間，運行人員發現TC網控樓內的低壓輔助電源存在冗余度不足的設計缺陷，雖然低壓輔助電源均采用了兩列冗余設計，但由于其所接帶的負荷沒有做到100%冗余，且沒有按500kV開關站和220kV開關站分開設計，在6臺機組正常運行期間，500kV開關站和220kV開關站不可能同時停電，所以低壓輔助電源系統將無法進行停電檢修。
1 500kV及220kV輔助電源分析
1.1 交流380V系統
交流380V系統分為兩列，分別為0LKH和0LKI系統，每個系統由一臺800kVA干式變壓器和一條380V母線組成，變壓器低壓側設有進線開關，母線間設有母聯開關，電源分別取自9LGIA和9LGIB中壓母線，為500kV開關站和220kV開關站的交流380V負荷、直流110V系統和交流220V不停電電源系統供電。
冗余度不足分析。從負荷分析可以看出，500kV系統和220kV系統的相關輔助電源交錯的分布在0LKH和0LKI兩套系統上，且不能互為備用，當0LKH和0LKI兩套系統中任何一套系統停電檢修時，會使相應母線所帶載的220kV和500kV設備操作機構電源喪失，將造成500kV系統和220kV系統的一次設備陪同停電的結果，且0LKI系統失電時，TC氣體消防、輔變火災報警電源也將喪失，影響了火災的探測和滅火設備的啟動。此設計方式，只有6臺機組主、輔電源全部停電檢修時，0LKH和0LKI兩套系統才可進行檢修，不能滿足系統定期預防性維修的要求。若0LKH和0LKI兩套系統任何一套系統或兩套系統故障失電時，將造成500kV系統和220kV系統全站失電的風險，使在反應堆功率運行期間帶來了核安全風險。
此外，由于0LKH/0LKI布置在同一房間內，易造成人因事件。
1.2 直流110V系統（以220kV為例）
直流110V系統按500kV開關站和220kV開關站分開。500kV開關站用直流110V系統分為兩列，分別為0LBM和0LBN系統，每個系統由1臺充電器、1組蓄電池和1段直流母線構成，兩個系統共用一臺備用充電器，母線間設有母聯開關，交流電源取自0LKH和0LKI系統，為500kV開關站直流負荷供電。220kV開關站用直流110V系統分為兩列，分別為9LBO和9LBP系統，每個系統由1臺充電器、1組蓄電池和1段直流母線構成，兩個系統共用一臺備用充電器，母線間設有母聯開關，交流電源取自0LKH和0LKI系統，為220kV開關站直流負荷供電。
冗余性不足分析。從負荷分析可以看出，若9LBO失電會導致：①220kV相關所有的就地LCP柜失去信號電源，所有就地信號無法傳送到NCS，無法實現對設備的監控;②同時故障錄波器失電，會造成失電期間所有事故無法故障錄波。未經申請退出故障錄波器的話，會被電網調度考核;③一套保護裝置失去電源會停掉，另一套保護裝置正常運行情況下，雖然可以保持設備正常運行，但是時間不能超過24小時，并且需向調度提交申請;④保護裝置操作電源一路失去，另一路正常情況下，跳閘功能仍能實現，但可能存在另一跳閘線圈故障造成開關拒動的事故。若9LBP失電會導致：①一套保護裝置失去電源會停掉，另一套保護裝置正常運行情況下，雖然可以保持設備正常運行，但是時間不能超過24小時，并且需向調度提交申請;②保護裝置操作電源一路失去，另一路正常情況下，跳閘功能仍能實現，但可能存在另一跳閘線圈故障造成開關拒動的事故;③無法通過各個就地LCP柜手動操作設備。
1.3 廠外電源輔助系統重要性分析
福清核電廠外電源包括一臺主變、兩臺高壓廠變及兩臺輔助變。當500kV電源系統無法正常供電時，220kV電源可通過兩臺輔助變分別向向1LGB及1LGC供電;其中LGA/B/C/D/E/F為全廠的主要設備進行供電，若兩條380V交流電源母線中任意一條母線失電，有喪失廠外電的風險，使在反應堆功率運行期間帶來了核安全風險。福島事故的根本原因就是喪失廠外電源，并長期無法恢復。故要重視廠外電源輔助電源系統的冗余性設計。
2 參考電廠（陽江核電）廠外電源輔助電源供電關系
陽江核電500kV系統380V輔助電源與220kV系統380V輔助電源在電源布置上完全獨立分開。保證了500kV動力電源（220kV動力電源）發生故障時不會導致220kV動力電源（500kV動力電源）陪同喪失，從而保證兩條廠外電源的380V輔助電源中任意一條故障，至少有一路廠外電源可以正常供電。
3 結論
為了保證福清核電500kV與220kV系統的正?？煽窟\行，查詢同類型電廠相關設計，提出以下改進建議：
（1）將500kV系統與220kV系統的380V交流輔助電源完全獨立：
目前我廠500kV系統與220kV系統的380V交流輔助電源雜糅布置在0LKH/0LKI兩條母線上，應增加兩條380V母線將500kV與220kV的輔助交流電源分開布置。
（2）500kV系統的兩段380V交流輔助電源負荷采用100%冗余：
兩條500kV的380V交流輔助電源母線，每條母線均應帶載全部500kV系統的斷路器的動力電源。
（3）220kV系統的兩段380V交流輔助電源負荷采用100%冗余：
兩條220kV的380V交流輔助電源母線，每條母線均應帶載全部220kV系統的斷路器的動力電源。
220V交流不停電電源系統兩條母線，應帶載相同負荷，保證在一條母線故障或檢修失電情況下，另一條母線能夠保證相應的負荷不會失電。
（以上（2）、（3）也可在同一負荷上增加選擇開關，以便在一條母線故障或者檢修停電時可以切換到另一條母線進行供電）
參考文獻：
[1]福清核電廠電氣一次主接線圖，FQX-19200001-QANF-45DD.
[2]0LKH電氣一次圖，FQ0-LKH-YC-001～007.
[3]0LKI電氣一次圖，FQ0-LKI-YC-001～007.
