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開關電源的設計與制作范文1
關鍵詞：開關電源 重啟 反激式電源
中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0073-01
開關電源具有高效率、低功耗、體積小、重量輕等顯著優點，其電源效率可達到80%以上，遠遠高于傳統的線性穩壓電源從而使得開關電源應用領域十分廣泛。根據負載功率的不同，往往采用自激振蕩式，即反激式和正激式不同的方法。隨著開關電源的使用的不斷發展，反激式開關電源也在更多的領域使用，但該開關經常存在著不斷重啟的缺點，導致設備工作不夠穩定，所以，探索和研究有效的技術策略，就有著非常重要的意義。
1 反激式電源的基本原理
本文以其中一種反激式開關電源為例進行說明。該電源通過220V電壓供電，通過整流橋整流和電容濾波將交流電變成直流電，通過兩個1M歐的電阻限流給LD7535啟動電流，LD7535啟動，控制MOSFET，不斷開關，形成高頻開關電壓來使變壓器工作，變壓器通過芯片供電繞組給芯片供電，通過副繞組轉換成為想要得到的高頻電壓，再通過高頻二極管整流，形成需要得到的電壓，同時通過TL431中的內部設定基準電壓（2.5V）和電阻的串聯分壓來設定輸出電壓，并通過光電耦合器來進行反饋調節。
其中NTC為防止啟動時電流過大，電阻R5和電阻R8負責啟動時對LD7535供電，啟動后改為變壓器通過R9和D5給予供電，C8和C8A負責儲能。R6的10歐姆電阻防止MOS管的電壓斜率過于陡峭，R1大功率小電阻負責電流檢測，從而改變保護電流；R19和C9串聯防止TL431自激，R20和R21為了確定輸出電壓。
2 LD7535特點及其在反激式電源中的應用
但是，在反激電源制作過程中會遇到開關電源空載時不斷重啟的過程，并且伴隨著這種現象，往往能夠聽到變壓器的響聲。其空載不斷重啟，需要通過LD7535控制器加以技術改進。
LD7535是一種低成本，低啟動電流，電流模式，PWM控制的省電模式控制器，具有包括電流檢測的前沿消隱、內部斜率補償，采用SOT-26封裝。常用于高效率，較少元器件的AC/DC電源設備。其特點是高壓CMOS工藝，具有優良的ESD保護，僅需要極低的啟動電流（
各個引腳定義為：第1引腳GND，接地端，第2引腳COMP，電壓反饋引腳，通過連接光電耦合器，以使控制環路閉合，實現調節，第3引腳RT，設置開關頻率，通過連接一個電阻對地設置開關頻率，第4引腳CS，位電流檢測引腳，連接到感應電流MOSFET，第5引腳VCC，為電源電壓引腳，第6引腳OUT，柵極驅動輸出，以驅動外部MOSFET。
3 重啟的解決方法
在反激電源制作過程中開關電源空載時不斷重啟的原因是由于IC供電不足或者光耦供電不足引起。對于此種不斷重啟的現象，有以下幾點方法進行克服。
3.1 設立假負載
設立假負載是最有效的解決開關電源不斷重啟的方法，只需要在輸出端增加一個大電阻，使得開關電源一直處于工作狀態，這種方法簡單易行，對產品的價格也沒有太大影響，但是這種方法會對開關電源真正的使用轉換效率有一定的影響，造成轉換效率有所降低，對于轉換效率要求不是很高的或者需要大電流輸出的開關電源來說最為合適。
3.2 采用較好的二極管對芯片供電
出現不斷重啟的原因往往是供電芯片的供電電壓介于滿足啟動和不滿足啟動的臨界狀態，當采用較好的供電二極管（D7）時，如FR107二極管，可以提高了二極管的開關速度，并且也降低供電二極管的管壓降，從而能夠滿足控制芯片的供電電壓，從而解決二極管不斷重啟的現象。
3.3 采用增加芯片供電繞組的匝數
采用增加對芯片供電繞組的匝數對產品價格沒有太大影響，也不會增加產品工序，但是由于繞組匝數的增加會增加變壓器的電感量，造成變壓器性能有一定的改變，致使很多參數需要重新計算或修訂，更嚴重的會造成變壓器不適合本產品而需要重新設計變壓器。
4 結語
本文通過一個具體的電路設計為例，簡要的說明針對開關電源不斷重啟現象的一些改進的方法。本文并通過實際使用，證明了其有效性。
參考文獻
[1]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社，1998.
開關電源的設計與制作范文2
關鍵詞：開關電源噪聲電磁兼容性
TOPSwitchⅡ開關電源具有單片集成化、電路簡單、效率高的優點，在大多數的電子設備中得到了廣泛的應用。然而，開關電源自身產生的各種噪聲卻形成了一個很強的電磁干擾源。這些干擾隨著開關頻率的提高、輸出功率的增大而明顯地增強，對電子設備的正常運行構成了潛在的威脅；同時，一些國家對此也有嚴格的指標，不能滿足者將被拒之門外。本文以美國PI公司TOPSwitchⅡ系列為例，介紹開關電源的電磁干擾及其抑制。
1開關電源產生噪聲的原因
開關電源工作在高頻、高壓、大電流開關狀態，并以開和關的時間比來控制輸出電壓的高低。TOPSwitchⅡ系列器件工作頻率為100kHz，電源線路內的dv/dt很大，產生的各種噪聲通過電源線以共?；虿钅７绞较蛲鈧鲗?，同時還向周圍空間輻射噪聲。圖1給出了一種典型TOPSwitchⅡ系列的開關電源電路圖，下面以此為例分析其產生噪聲的主要原因。
1.1電源一次側回路的噪聲
在一次整流回路中，整流二極管D1～D4只有在脈動電壓超過C2的充電電壓的瞬間，電流才從電源輸入側流入。所以，一次整流回路產生高次畸變波，如圖1，形成噪聲，這是影響傳導輻射的一個重要指標。此外，電源在工作時，TOPSwitchⅡ處于高頻率通斷狀態，在由脈沖變壓器初級線圈L1、TOPSwitchⅡ和濾波器C2構成的高頻電流環路中，如果布局、布線不合適，造成環路面積過大，可能會產生較大的空間輻射噪聲。如圖2（A），為初級電流Ipri的波形，其基波為開關頻率，諧波即為干擾波形。
1.2電源二次側回路的噪聲
電源在工作時，整流二極管D7也處于高頻通斷狀態，由脈沖變壓器次級線圈L2、整流二極管D7和濾波電容C6構成了高頻開關電流環路，如果布局、布線不合適，造成環路面積過大，可能向空間輻射噪聲。同時，硅二極管在正向導通時PN結內的電荷被積累，二極管加反向電壓時積累的電荷將消失并產生反向電流。由于二次整流回路中D7在開關轉換時頻率很高，即由導通轉變為截止的時間很短，在短時間內要讓存儲電荷消失就產生反電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在，使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減振蕩。如圖2(C)所示，Vd波形具有電壓變化率高、上升沿和下降沿陡峭的特點。其峰值電壓由變壓器和輸出整流管的分布電容所決定。振鈴干擾波形的頻率變化是20-30MHZ。
1.3脈沖變壓器的噪聲
脈沖變壓器是開關電源中進行能量儲存與傳輸的重要部件，其性能的優劣，不僅對電源效率有較大的影響，而且直接關系到電源電磁兼容性（EMC）。對EMC而言，要求脈沖變壓器漏感小、繞組本身的分布電容及各繞組之間的耦合電容要小。
2.開關電源的電磁兼容性設計
抑制開關電源的噪聲可采取三方面的技術：一是濾波；二是變壓器的繞制；三是屏蔽。
2.1濾波
針對開關電源主要通過電源線向外傳輸噪聲的特點，采用濾波技術抑制干擾，可分為：交流側濾波、
直流側濾波及其他一些輔助措施。
(1)交流側濾波：開關電源的交流電源線輸入端插入共模和差模濾波器，防止開關電源的共模和差模噪聲傳遞到電源線中，影響電網中其它用電設備，同時也抑制來自電網的噪聲。交流側濾波器如圖3A、B、C、D所示，其中L為共模扼流圈，圖A、B中的電容器C能濾除串模干擾。圖C、D抑制電磁干擾的效果更佳，圖C中的L、C1和C2用來濾除共模干擾，C3和C4用來濾除串模干擾，R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進線端L、N不帶電，保證用戶的安全。
(2)直流側濾波：在開關電源的直流輸出側插入如圖3所示的電源濾波器，它由共模扼流圈L1、扼流圈L2和電容C1、C2組成。為了防止磁芯在較大的磁場強度下飽和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場強度大的恒μ磁芯。
(3)其他：C3為安全電容，能濾除初、次級繞組耦合電容引起的干擾。C8和R7并聯在D7兩端，能防止D7在高頻開關狀態下產生自激振蕩（振鈴現象）；此外，在二次側整流濾波器上串聯磁珠也有一定效果。TOPSwitchⅡ由導通變成截止時，在開關電源的一次繞組上就會產生尖峰電壓，這是由于脈沖變壓器漏感造成的，通常用瞬態電壓抑制器（TVS）D6和超快恢復二極管（SRD）D5組成的電路進行鉗位，也有用R、C電路的，但效果要稍差一些。
2.2減小脈沖變壓器的漏感及分布電容
對于一個符合絕緣及安全性標準的脈沖變壓器，其漏感量應為次級開路時初級電感量的1％～3％。在磁芯結構尺寸、繞線匝數一定的情況下，線圈的繞組排列是減小漏感的重要因素，如圖4所示，繞組應按同心方式排列，全部用漆包線繞制，留有安全邊距，且在次級繞組與反饋繞組之間加上強化絕緣層。對于多路輸出的開關電源，輸出功率最大的那個次級繞組應靠近初級，以增加耦合，減小磁場泄漏。當次級匝數很少時，為了增加與初級的耦合，宜采用多股線平行并繞方式均勻分布在整個骨架上，以增加覆蓋面積。在條件允許的情況下，用箔繞組作為次級也是增加耦合的一種好辦法。
在開關電源的工作過程中，繞組的分布電容反復被充、放電，不僅使電源效率降低,，它還與繞組的分布電感構成LC振蕩器，會產生振鈴噪聲。初級繞組分布電容的影響尤為顯著。為減小分布電容，應盡量減小每匝導線的長度，并將初級繞組的始端接漏極，利用一部分初級繞組起到屏蔽作用，減小相鄰繞組的分布參數耦合程度。
2.3屏蔽
抑制輻射噪聲的有效方法是屏蔽。用導電良好的材料對電場屏蔽，用導磁率高的材料對磁場屏蔽。將電路置于屏蔽殼中，屏蔽殼可靠接地或中性線，接縫處最好焊接，以保證電磁的連續性。
對于脈沖變壓器內部而言的屏蔽，即在一次側和二次側間加屏蔽層，簡單的辦法，用漆包線均勻繞滿骨架一層，繞組的一端接高壓+V端，另一端浮空。如圖5所示，減少了一、二次側的電場的耦合干擾。此外，將原邊繞在骨架最里邊，原邊起始端與TOPSwitchⅡ的D端連接也是抑制干擾的有效方法。
為防止脈沖變壓器的泄漏磁場對相鄰電路造成干擾，可把一銅片環繞在變壓器外部，構成如圖5所示的屏蔽帶。該屏蔽帶相當于短路環，能對泄漏磁場起到抑制作用，屏蔽帶應與地接通。
3.開關電源的電磁兼容性設計考慮的因素還很多，如印制板的制作、元器件的布局以及各種電源線、信號線的捆扎、配置等，有許多工作要做。全面抑制開關電源的各種噪聲會大大提高開關電源的電磁兼容性，使開關電源得到更廣泛的應用。
參考文獻
1美國PI公司產品資料，2000
開關電源的設計與制作范文3
【關鍵詞】變壓器；電抗器；磁芯
1.概述
在電力系統中的直流系統，由于普遍采用高頻模塊，而對于高頻模塊的設計也是功率越來越大，而體積卻是越來越小，這就對其設計提出了一個關鍵的問題，那就是如何解決磁性元件的損耗及發熱問題。
高頻開關電源中大量使用各種各樣的磁性元件，如輸入/輸出共模電感，功率變壓器，飽和電感以及各種差模電感。各種磁性元器件對磁性材料的要求各不相同，如差模電感希望μ值適中，但線性度好，不易飽和；共模電感則希望μ值要高，頻帶寬，功率變壓器則希望μ值要適中，溫度穩定好，剩磁小，損耗低等。在非晶材料出現以前，共模電感主要采用高μ值（6K～10K）Mn-Zn合金，差模電感多采用鐵粉芯或開氣隙鐵氧體材料，變壓器則采用鐵氧體材料等。
這些材料應用技術成熟，種類也很豐富，并有各種各樣的產品形狀供選擇。隨著非晶材料的出現和技術不斷成熟，在開關電源設計中，非晶材料表現出許多其它材料無法比擬的優點。幾種常用磁性材料基本性能比較如表1。
2.主變壓器的設計
對于高頻開關電源的主要發熱元件，主變壓器的設計尤其重要，其尺寸的大小和材料的選擇更是重要。
2.1 主變壓器的磁芯必須具備的幾個特點
①低損耗
②高的飽和磁感應強度且溫度系數小
③寬工作溫度范圍
④μ值隨B值變化小
⑤與所選用功率器件開關速度相應的頻響
早前高頻變壓器一般選用鐵氧體磁芯，下面對VITROPERM500F鐵基超微晶磁芯與德國西門子公司生產的N67系列鐵氧體磁芯的性能進行較：
從以上圖表可以看出兩者有以下區別：
（1）相同工作頻率（200KHZ以下），非晶材料損耗明顯低于鐵氧體，工作頻率越低，工作B值越高，非晶材料優勢越明顯。但在250kHZ以上頻段，鐵氧體損耗要明顯低于非晶材料。
（2）非晶材料損耗隨溫度變化量大大低于鐵氧體，降低了變壓器熱設計的難度。
（3）非晶材料導磁率隨溫度變化量大大低于鐵氧體，降低了變壓器設計的難度，提高了電源運行的穩定性和可靠性。
（4）非晶材料Bs*μ值是鐵氧體的10- 15倍，意味著變壓器體積重量可以大幅減小。
變壓器設計過程中，最困難的是熱設計，變壓器的產熱與多方面的因素有關，如磁芯損耗，銅損等。開關頻率增加，變壓器的發熱呈指數增加。若采用鐵氧體磁芯，由于鐵氧體的居里點較低，需對變壓器磁芯作散熱處理，工藝制作比較復雜。若散熱處理不當，鐵氧體磁材高溫下易失磁，導致電路工作異常。若采用非晶做變壓器，將工作B由4000高斯提高到10000高斯，開關器件的工作頻率則可以降到100KHz以下。非晶材料在16KHZ-100KHZ頻率范圍內，損耗/Bs值最低，相應的變壓器匝數及體積最小，發熱量也較小，對提高整機效率，減小模塊電源的體積有巨大幫助。在采用軟開關控制技術的前提下，可以充分發揮IGBT的低導通壓降，大電流，高耐壓的優點，大幅度地提高電源的可靠性。由于鐵氧體的居里點較低，需對變壓器磁芯作散熱處理，變壓器工藝制作較復雜。若散熱處理不當，鐵氧體磁材高溫下易失磁，導致電路工作異常。
2.2 磁芯的選擇
5.結束語
通過對高頻電源模塊的主要磁性元件的優化設計，并應用在高頻電源的生產中，很好的解決了磁性元件的損耗和發熱的問題，對高頻電源的穩定性有了進一步的提高。
參考文獻
[1]趙異波，何湘寧，等.直流電源系統技術綜述[J].電工技術，2001：29-30.
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[3]占景輝.非晶材料在開關電源中的應用.
[4]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[J].電子工業出版社，2004，9.
開關電源的設計與制作范文4
關鍵詞：開關電源；IR2110；SG3525；高頻變壓器；MOSFET
1 緒論
電源是將各種能源轉換成為用電設備所需要的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動力源泉。隨著電源在計算機、通信、家用電器等方面的廣泛應用，人們對其需求量增長，效率、體積、重量及可靠性等方面也要求更高。開關電源的核心為電力電子開關電路，根據負載對電源提出的輸出穩壓或穩流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制方法，對開關電路進行控制。
2 系統整體方案
1.電源的設計要求：
（1）輸出電壓：額定工作電壓36V；
（2）輸出電流：額定工作電流1A；
（3）輸入條件：50Hz，交流220V；
（4）紋波電壓 Vor為20mV[8]。
2.整個課題的設計，分為三部分：主電路的設計，包括整流輸入濾波、半橋式逆變、高頻變壓輸出、輸出整流、輸出濾波；開關管的驅動電路；控制電路的設計，包括控制逆變電路開關管工作的脈沖輸出、調占空比。
3 系統電路設計
3.1主電路結構
半橋式開關電源主電路如圖3-1所示。圖中開關管V1、V2選用MOSFET開關管。半橋式逆變電路一個橋臂由開關管V1、V2組成，另一個橋臂由電容C1、C2組成。高頻變壓器初級一端接在C1、C2的中點，另一端接在V1、V2的公共連接端，V1、V2中點的電壓等于整流后直流電壓的一半，開關管V1、V2交替導通就在變壓器的一次側形成幅值為 的交流方波電壓。通過調節開關管的占空比，就能改變變壓器二次側整流輸出平均電壓Vo。
圖3-1 開關電源主電路結構圖
3.2 MOSFET驅動電路的設計
半橋驅動芯片選用IR2110。其中自舉電容的選為104無極性瓷片電容。快恢復二極管選為FR207。
3.3 開關電源控制電路的設計
設計電路的控制電路是整個電路的主要部分。目前實際產品應用中有各種典型的控制電路，鑒于對電源和驅動的要求，結合本次設計選擇SG3525。
1.自激振蕩電路
SG3525的自激振蕩器輸出的鋸齒波送至PWM比較器，而輸出的方波一方面送到PWM鎖存器，另一個方面有4腳輸出作為其他芯片的同步信號，另外振蕩器可由3腳送來的脈沖信號控制，便于多個芯片同步使用。此次設計，取Ct=0.01uf，Rt=9K，Rd=200Ω，則由公式f=1/[Ct（0.67 Rt+1.3 Rd）]得，f=16k。
2.脈沖寬度調節
由于11腳14腳輸出低電平時間取決于9腳電壓，而9腳電壓又取決于誤差放大器輸出電壓，故人為改變SG3525 1腳或2腳電位，即可改變9腳電壓，9腳電壓變低時，A1提前輸出“1”，使11腳或14腳輸出脈沖寬度變窄，而9腳電壓上升時則與上相反，完成對輸出脈寬的控制。由圖可知，1腳電位與輸出脈沖寬度成反比，而2腳電位則與輸出脈沖寬度成正比.在開關穩壓電源設計中，反饋電壓可加于1腳或2腳。本次設計使用2腳加一個可調電阻調占空比。
3.SG3525電路圖：
圖3-2 SG3525電路圖
4 電路調試
控制電路調試主要測量SG3525的 9腳的電壓是否在1.5V 至5.2V之間，5腳波形是否為鋸齒波，16腳電壓有無5.1V。最重要的是11腳與14腳的輸出波形是不是方波，是否有足夠的死區時間，調2腳電壓時11腳14腳輸出方波的占空比是否變化等。
在測試驅動電路時主要測IR2110的10腳與12腳的輸入波形是否與SG3525的輸出波形相對應，IR2110的1腳7腳的輸出波形是否是漂亮的方波，自舉電容兩端的波形是否在比較穩定的范圍內。
在測試IR2110的輸出時發現調占空比時IR2110的占空比0-100%可調。后來發現限流電阻和下拉電阻的取值問題導致波形畸變，從而導致IR2110的輸出出現不良情況。通過多次更換限流電阻和下拉電阻，波形畸變得到了一定的改善，不過還是不能達到完全的線性傳輸。為了得到更好的驅動效果，從SG3525加一電阻接在IR2110的輸入端，經實際測試IR2110的輸出波形0-45%可調，滿足驅動要求。
對于主電路的調試，一定要一步一步調，先用示波器測試整流濾波電路再測變壓器原邊的波形，變壓器副邊的波形，輸出電壓等。
5 總結
本次設計完成的主要任務是制作占空比可調，輸出36V的開關電源。通過搜集開關電源的相關資料，了解電源的相關制作方法，并通過控制電路與驅動電路的選擇，針對任務提出了可行方案。在設計方案中，結合芯片SG3525和IR2110特點，用半橋的結構來設計開關電源。根據設計方案，詳細地闡述了SG3525的控制原理和IR2110的驅動過程。設計了相應的硬件電路。雖然做了以上幾方面工作，但由于時間和實驗條件的限制等原因，所做工作還有很多需要完善的地方。SG3525沒有過流保護電路，控制電路與驅動電路之間沒有光隔離，半橋主電路前的熱敏電阻在上電完成后沒有用繼電器隔離開而影響效率等。
作者簡介：
巴深（1992-），男，漢族，湖北武漢，本科在讀，湖北省 武漢市 武漢紡織大學 電子信息工程 430200
開關電源的設計與制作范文5
基本的拓撲包括BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、CUK、正激變換器、反激、半橋、全橋、推挽變換器。在課堂教學中應該使學生熟練掌握其工作原理、應用場所、電流連續和電流斷續的工作波形、拓撲中的關鍵參數的計算,為學生設計基本的開關電源電路打下堅實的基礎,這是第一層次,要求學生必須熟練掌握。尤其要著重講解基本拓撲BUCK變換器,因為很多拓撲結構甚至是基本拓撲都可以由BUCK變換器變換得來。如果能在課堂上重點講解BUCK變換器,使學生完全掌握BUCK變換器的原理和波形,對學生后期的開關電源學習將會大有助益。第二層次是以基本拓撲為核心部分的主功率電路各部分參數計算,相當于電源工程師的項目計算書部分,這也是電源工程師必須掌握的基本技能。由于課上時間有限,教師在課上會把拓撲中關鍵器件主要參數的計算方法給出,不可能把所有的參數計算一遍,所以導致有些學生就停滯在這個層次上,沒有在課下把所有的參數,尤其是關系到器件選型的參數進行設計,為了解決這個問題,在課程中后期安排學生團隊制作實物開關電源,在這個過程中就必須要對每個計算參數都要反復核算,這個教學環節取得了較好的效果。第三層次是主功率電路器件選型和調試,基本上只有參加過實物制作、電子設計大賽、實習項目的學生有機會達到這一步,通過實際存在的問題,就問題去解決,才會在實踐當中結合他們上課學習的電源理論切實地體會調試電路的樂趣。
1.2PWM和PFC控制芯片
這部分會通過調研報告的形式讓學生先去搜集相關PWM和PFC控制芯片的最新信息,先讓學生去感知、去了解現在出來最新的控制芯片已經可以做到哪些功能了,此外重要的是積累總結每一個拓撲可以有哪些控制芯片來控制。讓他們自己去發現問題,感知問題,帶著問題和好奇,在課堂上授課教師會深入講解PWM控制芯片的基本控制原理,通過工程項目詳細講解如何快速掌握一個新的控制芯片每個引腳的功能,電路的設計方法、元器件參數計算方法,使學生掌握如何用控制芯片來控制變換器實現電能的變換,學會設計控制芯片與變換器的連接電路,即檢測電路和功率管的驅動電路。在課堂上教會學生使用PWM控制芯片數據說明書設計控制電路達到層次一,在課程學時中專門安排學生學習控制芯片電路的設計方法和參數計算方法達到層次二,不僅讓學生掌握一種控制芯片的電路設計方法,更重要的是舉一反三,在以后的設計和工作崗位上面對新的平臺和控制芯片依然可以設計出符合要求的電路。
1.3變壓器和電感設計
授課教師在課堂教學中依據教學改革培養電源工程師為目標不僅要介紹變壓器和電感的各個參數的計算方法,還會結合實際項目講授變壓器同名端和異名端在實際電源制作時的注意事項,變壓器的制作方法,掌握電壓器參數的測試方法和測試工具,掌握用示波器和信號發生器測試變壓器的匝比和同名端的方法。變壓器和電感的設計直接關系到隔離型變換器的性能,很多學生對變壓器和電感磁路設計部分學習起來會有些困難,所以這部分將作為課程的難點來重點講解。
1.4保護電路設計
課堂教學中一部分學時將用來著重講解各種保護電路,包括輸入輸出過壓保護、過溫保護、過流保護、輸入欠壓保護等。將采用調研報告、啟發式和討論式等教學方法引導學生去積累這些保護電路,學會在不同平臺、不同應用場合使用不同的保護電路。
1.5閉環電路調試
結合自動控制原理課程的相關知識,著重講解開關電源閉環電路的設計和分析,尤其是PID調節器的調試方法,結合實際項目演示電源工程師閉環電路調試過程,激發學生學習開關電源的學習興趣,通過實物和仿真軟件讓學生體驗調試的樂趣,這部分是開關電源課程重點講解的內容,要聯系實際項目,是課程的核心內容。以上5個部分是課程的主要教學內容塊,完全按照培養電源工程師的目標下制定的教學計劃,可以做到較好地給學生從課堂到就業的過渡,而不再是到了工作崗位上感覺課堂學習的東西和實際工作聯系不緊密,什么知識什么技能都要工作之后學習。在課堂上,保證學生完全掌握第一個層次,通過課后作業、課堂實際項目案例、電源制作等形式的教學方法使大部分學生掌握層次二,在平時的教學中注意動手能力強或者電路設計能力強的學生,通過帶學生電子設計大賽、創新大賽,或者學生在項目中輔助教師擔任研發助理的工作等,使一部分學生研發能力可以快速提高,培養成具有基本技能的初級電源工程師。
2課程考核方式改革
考慮到開關電源課程的實踐性強的特點,著重考核學生掌握所學的基本電路拓撲理論和技能,能綜合運用所學知識和技能去分析電路、調試和測試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。
2.1制作電源實物
基于課堂系統的理論學習,獨立制作75W單管正激變換器實物的能力考核,該正激變換器采用何種磁復位技術不限,根據班級人數,3~4名同學為一個小組,明確不同分工,共同制作出一款正激變換器。同時培養學生的團隊合作意識,考核的內容也要增加當該團隊遇到分歧和困難的時候,是如何解決的。
2.2課堂表現
主要是包括回答問題的情況,對問題分析的程度,出勤率,在平時小組討論時的表現和活躍程度。
2.3科研報告、口頭匯報
通過讓學生搜索近3年國內外開關電源、尤其是通信電源技術和產品的最新發展概況,增強學生的自我學習能力,在以后的學習和工作中掌握更新自己
開關電源知識體系的能力,這是我們教學的重點,不只是教會學生電源的基本知識,還要教學學生學習探索開關電源領域的學習方法。選取部分優秀學生的科研報告由學生濃縮成5分鐘的口頭匯報結合PPT、實物動畫等多媒體展示方法在上課前5分鐘做口頭匯報分享給學生們。不僅較好地激發學生學習開關電源的興趣也能夠充分鍛煉學生的公開演講能力。 2.4作業
作業著重在學生是否是自己獨立完成的電路設計,而不是應付了事。哪怕學生的設計內容很少,但是只要是他們自己經過思考得來的就要比其參考其他人的作業效果要好很多。
開關電源的設計與制作范文6
關鍵詞：技工院校 PLC實訓裝置 設計與制作
技工院校電氣技術專業PLC技術及應用課程教學需要具備一個好的實訓平臺，然而現在學校使用的實驗設備大部分都是封閉式的結構，這種結構只能使學生按照廠家的設定完成固定的實驗模塊，很難培養學生的創新思維和設計能力。而技工院校注重培養學生的動手實踐能力，需要讓學生很好地與生產實踐相結合，顯然這種結構的實驗設備不適合學校教學的需要。
筆者所在技工學校電氣技術專業培養的學生主要分為以下幾個類型：一是中技班，二是雙高班，三是初中技師與高中技師班。學校學生人數，在一個年級階段就達到200多人，而學校的教學特點都是要求每個學生學會技能操作，因此作為電氣技術專業必修課的PLC技術所需要的實訓設備就必須滿足學生的實訓要求，確保實訓學生一人一個工位。在這一前提下，我們提出設計開發適合學校學生實訓特點的PLC實訓平臺。
現有的PLC實驗設備并不能達到我們的實訓要求，如一些實驗教儀公司生產的PLC實驗設備，PLC的輸入輸出點設計得不規范，很容易造成設備的損壞。一旦設備損壞，維修很不方便，而且費用比較高。另外學生在設備上只能進行一些實驗操作，不能進行接線訓練，更不能規范學生對PLC接線的工藝要求。因此，要滿足學生的實訓要求，就需要我們自己設計制作PLC實訓臺。由于天煌科技有限公司有比較成熟的實訓設備制作工藝，因此學校選擇與天煌公司合作的方式設計制作實訓臺，具體方式是，學校負責實訓裝置的設計與安裝，實訓工作臺由天煌公司按學校的設計參數要求制作。
一、裝置設計特點
實訓設備主要采用繼電器隔離的方式，將交流220V的電壓與PLC的輸出點（Y點）進行隔離，從而達到保護PLC內部繼電器的功能。在這里我們主要考慮，是用PLC本身24V直流電源驅動隔離電路板工作，還是要另外設計一個開關電源來驅動隔離電路板工作。假設用PLC自帶24V直流電源來驅動繼電器工作，那么它的輸出COM點很可能會與外部工作電壓的COM連在一起。如果是這樣的話，一旦學生將電路接錯，就很容易將PLC的24V直流電源燒壞?；诖耍P者認為應在外部重新設計一個24V的直流開關穩壓電源，用它來驅動隔離電路板工作，這樣容易出現的安全隱患就可以消除了。
電路原理圖的設計。以三菱FX-2N系列為例，在它的輸出點（Y點）設計一塊隔離板，用以保護PLC內部設備。設計思路是，輸出點用24V的直流繼電器進行隔離。在Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27之間采用24個24V的直流繼電器進行隔離，隔離工作電壓由24V的開關穩壓電源提供，原理圖如下圖所示。
圖 輸出點隔離電路
電路中的三個模塊分別是FX-2N系列的24個輸出點Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27。我們將這部分改成用外部的24個直流繼電器控制，它的驅動電源就是24V的直流開關電源。此電路圖下面的三個模塊是24個繼電器的常開觸點。它的工作原理是，當PLC有輸出時，先接通外部的繼電器，由外部繼電器的觸點與工作電壓相連接。這樣做的好處是避免工作電壓直接與PLC內部觸點連接，可以有效保護PLC，延長PLC的使用壽命，方便設備維護。筆者主要用ProtelDxp電路制作軟件進行電路的設計，并作好印刷電路板圖，委托廠家制板。對于開關電源，考慮高溫對電路的影響，筆者設計時提高了開關電源的負載能力，加大了散熱裝置。
二、技術性能
工作臺主電路工作電壓380V，PLC控制電路工作AC電壓220V、DC電壓24V。
穩壓電源的主要參數為：AC輸入電壓220V，DC輸出電壓24V，額定輸出電流6A。
工作環境：溫度-10℃～40℃，相對濕度
裝置容量：
外形尺寸：1350mm×650mm×700mm；支架為L形支架，800mm×700mm。
三、實訓臺的基本配置
實訓臺的基本配置見下表。
實訓臺基本配置表
序號 實訓器材 數量 規格
1 三相斷路器 1 380V
2 單相斷路器 1 220V
3 熔斷器 6 3A
4 熱繼電器 2 JR36
5 交流接觸器 6 AC220
6 開關電源 1 24V
7 隔離板 1 24V
8 接線端子 1 JX-1015
9 單相插頭 1 單相，220V
10 FX2N系列PLC 1 FX2N-48MCR
11 指示燈 8 AC220V，DC24V
12 按鈕 8 可自定
13 導線走線槽 BVR 0.5mm2
14 電動機 2 三相異步電動機 雙速電動機
四、實訓項目
實訓項目可以完成中、高級維修電工PLC考核項目的技能操作。
在整個設備的安裝與制作過程中，讓學生參與其中，這樣既能提高學生對PLC的認識，也能增強學生的實際動手能力。
2012年10月，新的實訓設備投入到學生的實訓教學中，經過一個學期左右的使用證明，該實訓裝置的設計合理。從投入使用到學期結束，實訓設備沒有出現任何問題，一直能夠保證教學的正常使用。由于新的實訓設備是與廠家合作制造的，所以實訓設備的外觀更加漂亮、設計更加合理。
該實訓裝置采用了開關電源進行PLC輸出點的隔離，可以使PLC的工作更加穩定可靠，解決了在PLC實訓過程中由于輸出點接線錯誤而造成設備損壞的問題。同時對PLC的COM點做了改動，由原先復雜的5個COM點，改成現在的3組輸出，3個COM點。這樣的實訓設備電路簡單，比較適合學生的特點，使他們更容易掌握，提高了實訓效果。
