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開關電源的設計原理范文1
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。
開關電源的設計原理范文2
【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?；旌险{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?；鶞孰娐贰⒉呻娐?、比較放大、V/F變換、振蕩器?；鶚O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.
開關電源的設計原理范文3
【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】
開關電源的設計原理范文4
關鍵詞： 動態激光調節； 數字式LED； 開關電源； 失真補償方程
中圖分類號： TN86?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）07?0143?04
Design of digital LED switching power supply under high?voltage dynamic measurement
LIU Lin
（College of Information and Electronic Engineering， Shangqiu Institute of Technology， Shangqiu 476000， China）
Abstract： The reliability of the traditional design method is poor due to the dynamic nature existing in the laser conditioning process in the design of LED switching power supply. Aiming at this problem， a design method of the digital LED switching power supply under high voltage dynamic measurement is proposed. The two?order lattice notch filter is used to establish the power supply signal analytical model driven by digital LED to obtain the optimal transmitting power of the switching power supply. According to the dynamic carrier value of the power supply， the distortion compensation equation is fitted. The characteristic parameters of the switching power supply are extracted to fuse to the main magnetic?core component of the digital LED switching power supply designed with LLC principle. The maximum gain required by the LED switching power supply circuit is given. The practical turns ratio of the LED switching power supply transformer is obtained. The wire diameter of each coil of the transformer inductance is calculated to design the digital LED switching power supply under high?voltage dynamic measurement. The experimental simulation results show that the method has high design accuracy， and can prolong the service life of LED switching power supply effectively.
Keywords： dynamic laser conditioning； digital LED； switching power supply； distortion compensation equation
0 引 言
LED照明產品以其耐震動、能耗小、光效高、響應快等優勢成為替代白熾燈和熒光燈等老式電源的新一代綠色光源[1?3]。對于一個優質的LED照明產品來說，要在市場上取得領先的銷售地位不但要擁有一個質量優等的LED芯片，而且還必須具有一個良好的LED驅動系統[4?6]。目前大多數的開關電源技術還不夠成熟，存在可靠性低、效率較低等弊端，這些弊端大幅度地降低了LED照明燈具的壽命。在這種情況下，如何有效地提升LED開關電源的效率和可靠性成為電源領域的研究熱點。高壓動態測量下的數字式LED開關電源優化設計方法可以計算出變壓器電感電量各繞組的線徑，以此為依據完成對高壓動態測量下的數字式LED開關電源的設計，成為很多專家和學者研究的重點課題，同時也出現了很多好的方法[7]。
文獻[8]提出一種基于高功率因數的高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計方法。該方法先給出數字式LED驅動功率的因數，利用SN3350構成PWM恒流可調電路，給出開關電源的功率因數均值，以此為依據完成對數字式LED開關電源的設計。該設計方法穩定性較強，但是存在設計過程繁瑣，耗時長的問題。文獻[9]采用一種基于雙同步斬波模式的高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計方法。該方法時間復雜度較低，但是采用當前方法進行LED開關電源設計時無法適應激光調節的動態性，存在LED開關電源設計可靠性差的問題。文獻[10]重點提出一種基于反激式的高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計方法。該方法可擴展性較強，但是存在魯棒性較差的問題。
針對上述問題，本文提出一種基于高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計方法。實驗仿真結果證明，所提方法設計精度較高，可以有效地延長LED開關電源的使用勖。
1 數字式LED開關電源的設計原理
在對數字式LED開關電源設計的過程中，先給出變壓器一次繞組上的電流表達式，得到初級繞組和次級繞組的匝數比，獲取LED開關電源變壓器各繞組的匝數比，給出輔助繞組匝數與次級繞組匝數的比值，計算出變壓器初級電感感量，利用該電感感量完成對數字式LED開關電源的設計。具體的步驟如下：
假設，由[Lp]代表變壓器初級繞組的電感量；[Vde]代表初級繞組兩端的電壓；在驅動信號為高電平時，[Np]代表開關電源一次繞組，當[Np]上的電流線性上升時，則利用式（1） 給出[Np]上的電流表達式：
[ip=VdctonLpNp] （1）
式中[ton]代表MOS管的導通時間。
假設，由[is]代表次級繞組[Ns]上的電流；[isk]代表次級繞組上的峰值電流；[uout]代表輸出電壓；[toff]代表MOS管[Q1]的有效關斷時間；[Ls]代表次級繞組的電感量，則利用式（2）得到初級繞組和次級繞組的匝數比：
[NsNp=ufNf?Nsufmin×iskipkNs?isuoutLstoff×Q1] （2）
式中：[uf]代表兩端的電壓表述方程；[Nf]代表輔助線圈；[ufmin]代表電感的電學特性；[ipk]代表電流的峰值電流。
假設，[uoutmax]代表輸出功率最大時的輸出電壓，[uinmax]代表初級繞組上的最小輸入電壓，則利用式（3）獲取LED開關電源變壓器各繞組的匝數比：
[Nfisk=uinmax?Aeuinmax?uoutmax?ipk?dI?J?Lp] （3）
式中：[Ae]代表磁芯的橫截面積；[d]代表線徑；[I]代表電流值；[J]代表電流密度；[Lp]代表初級繞組的電感電量。
假設，[iskipk]代表次級電流峰值[isk]和初級電流峰值[ipk]的關系，則利用式（4）得到輔助繞組匝數與次級繞組匝數的比值：
[NfNs=iskipk?ton×tofff?D?ι??P] （4）
式中：[f]代表電源IC 的工作頻率；[D]代表MOS驅動信號的占空比；[ι]代表法拉第電磁感應定律；[?P]代表磁芯材質。
假設，[?]代表電源芯片的最大值；[μ]代表損耗分配因子，則利用式（5）計算出變壓器初級電感感量：
[μ?c=μ???j?θr?α?] （5）
式中：[?j]代表損耗分配因子；[θr]代表電容的容差；[α?]代表副邊繞組峰值電流。
假設，[Np]代表變壓器[TI]原邊繞組的匝數，則利用式（6） 完成對數字式LED開關電源的設計：
[εe=TI?k??P?μ?cNp] （6）
綜上所述可以說明，利用數字式LED開關電源設計原理可以設計LED開關電源。
2 高壓動態測量下的LED開關電源優化設計
2.1 開關電源特征參量的提取
在對數字式LED開關電源優化設計的過程中，利用二階格型陷波器構建LED驅動的供電信號解析模型，給出驅動補償系數，得到LED開關電源特征參量。具體的步驟如下：
假設，[zt]代表電源驅動信號；[xt]代表電源驅動信號模型的實部；[yt]代表電源驅動信號的固有模態函數；[at]代表系統融合參量；[eiθt]代表驅動電路可調電壓。則利用式（7）計算[zt]：
[zt=eiθt×xtyt?at] （7）
假設，[PN]代表數字式寬頻最大功率；[LN]代表傳輸數據的時間；[UN]代表LED的電容濾波；[mN]代表電阻隔離。則利用式（8）得到LED開關電源的最優發射功率：
[?F?PN=EN?PNLN?mN?UN] （8）
假設，[v]代表驅動的速度；[β]代表傳播常數。則利用式（9）給出電源載波值動態失真補償方程：
[C2=vβ] （9）
利用給定的[β]代表傳播常數，提取LED開關電源的特征參量，利用式（10）表述：
[kp=krur+k?u?+kzuzfrur+βuz] （10）
式中：[krur]代表LED開關電源[ur]軸最小工作電源電壓；[k?u?]代表初級的漏感能量；[fr]代表特征參量在[ur]軸的分量。
假設，[k0]代表沿[ur]軸分量的初始值；[n]代表信號濾波的數量。則利用式（11）獲取LED開關電源正常控制模式下的狀態：
[TL=n?ark0?urV0] （11）
式中[V0]代表外部電阻的比值。
綜上所述可以說明，在對數字式LED開關電源優化設計過程中，利用二階格型陷波器構建LED驅動的供電信號解析模型，給出驅動補償系數，得到LED開關電源特征參量，計算出LED開關電源正?？刂颇Ｊ较碌臓顟B，為實現對數字式LED開關電源優化設計奠定了基礎。
2.2 基于功率校正的數字式LED開關電源設計
在對數字式LED開關電源優化設計過程中，以2.1節獲取的LED開關電源正?？刂颇Ｊ较碌臓顟B[TL]為依據，利用LLC諧振半橋的控制芯片設計出電感[L]與開關頻率關系，給出輸入電壓最低，電路峰值最大時的電感方程，獲取變壓器實際匝比，計算出變壓器電感電量各繞組的線徑，完成對數字式LED開關電源的設計。具體的步驟如下：
假設，[Uin_ms]代表輸入電壓的有效值；[Uo]代表PFC輸出電壓；[fsw_min]代表最低開關頻率。利用式（12）得到電感[L]與開關頻率的關系：
[L=U2in_msUo-2Uin_ms2fsw_minUoPoηTL] （12）
式中：[Po]代表輸出功率；[η]代表效率。
在選取LED開關電源的芯片時，要保障在最惡劣的情況下輸入電壓最低，電路峰值最大時也不會飽和，利用式（13）給出其電感方程：
[LIp=NAeΔB] （13）
式中：[ΔB]代表磁感的工作范；[Ae]代表磁性等效截面積；[N]代表電感線圈匝數。
假設，[U′in]和[U′o]分別代表輸出與輸入的等效基波分量；[Lr]代表變壓器漏感；[Lp]代表變壓器初級電感量，則利用式（14）獲取等效的電路增益函數：
[??=Lp?k，QMPKU′in?U′o?Uo_ fr×Lr，Lp] （14）
式中：[MPK]代表電路所需的最大增益；[Uo_fr]代表最大輸出電壓和諧振點輸出電壓；[k]和[Q]代表變壓器的電感匝數和峰值最大電流。
分析式（13）可以得出，峰值增益是[k]和[Q]的函數，在選取[k]和[Q]時，其峰值增益需要滿足電路最大的增益范圍，利用式（15）計算峰值增益：
[MPK=Mmax?Mfrk?Q×Uo_max] （15）
式中：[Mmax]代表電路所需最大增益；[Mfr]代表諧振點增益；[Uo_max]代表最大輸出電壓。
假設，[Np_min]代表變壓器初級最少匝數；[Bm]代表磁芯最大不飽和磁感應強度。則利用式（16）得到變壓器實際匝比：
[na=nk+1kNp_min?Bm] （16）
假設，[Κp]代表開關電源的電流有效值，則利用式（17）獲取線圈的線徑和電流值的密切關系：
[?γ=Κp?na???LIp] （17）
利用式（16）計算的結果為依據，可以完成對數字式LED開關電源優化設計。
3 實驗仿真證明
為了證明提出的基于高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計的有效性，需要進行一次實驗，在Matlab/Simulink軟件環境下搭建高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計實驗仿真平臺。實驗數據來源于3臺420 W的LED開關電源樣機，如圖1所述。
3.1 不同方法的LED開關電源設計的有效性
分別采用本文所提動態激光調節方法和基于反激式方法進行數字式LED開關電源設計，比較兩種不同方法獲取電路峰值增益和輸出電流有效值設定值，利用對比的結果衡量不同方法進行LED開關電源設計的有效性，對比結果見圖2，圖3。
分析圖2和圖3可以得出，利用本文所提動態激光調節方法進行數字式LED開關電源設計的綜合有效性要優于反激式方法進行數字式LED開關電源設計的綜合有效性，這主要是因為在利用本文方法進行數字式LED開關電源設計時，先融合二階格型陷波器組建LED驅動的供電信號解析模型，得到LED開關電源最優發射功率，給出電源載波值動態失真補償方程，提取開關電源特征參量，從而保障本文所提動態激光調節方法進行數字式LED開關電源設計的綜合有效性。
3.2 不同方法的LED開關電源能耗和負載均衡性對比
分別采用本文所提動態激光調節方法和基于反激式方法進行數字式LED開關電源設計，比較兩種不同方法進行LED開關電源設計的能耗和負載均衡性，對比結果見圖4，圖5。
從圖4和圖5中可以說明，利用本文所提動態激光調節方法設計數字式LED開關電源的整體優越性要高于反激式方法進行數字式LED開關電源設計的整體優越性，這是由于在利用本文所提動態激光調節方法設計數字式LED開關電源時，給出輸入電壓最低，電路峰值最大時的電感方程，獲取變壓器實際匝比，計算出變壓器電感電量各繞組的線徑，大幅度提升了本文所提動態激光調節方法設計數字式LED開關電源的整體優越性。
4 結 語
針對采用傳統方法進行LED開關電源設計時，無法適應激光調節的動態性，存在LED開關電源設計可靠性差的問題。本文提出一種基于高壓動態測量下的數字式LED開關電源設計方法。實驗仿真結果證明，所提方法設計精度較高，可以有效地延長LED開關電源的使用壽命。
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開關電源的設計原理范文5
關鍵詞：開關電源；非隔離DC/DC；BUCK轉換器
中圖分類號： TM762.1+1 文獻標識碼：A
1非隔離DC/DC變換器的拓撲種類及優勢
其中應用比較廣泛，在自動化設備上實用性較高的主要有以下幾種： BUCK變換器、BOOST變換器、反極性BOOST、BUCK-BOOST等。
非隔離DC/DC調整器最大的優勢是效率，較高的轉換效率意味著能源的最大利用。同時還具有元器件簡單、功率密度大的優點。
我們可以預見到，非隔離DC/DC電源是大勢所趨。
2 LT1767簡介及引腳功能
本文介紹的3.3V電源系統是由LINEAR公司的LT1767集成控制芯片實現的BUCK調整器電路。
3一種變頻器通訊轉接板3.3V電源的設計
變頻器應用在工業現場時，需要同其他的自動化設備一起接入現場的多種現場總線和工業以太網。ANYBUS通訊轉接板的作用就是實現自動化設備與現場總線PROFIBUS的連接。
ANYBUS通訊轉接板需要2路電源：+5V和+3.3V。其中+5V電壓取自驅動板上的AC/DC電源的多路輸出。+3.3V是由+5V電壓通過非隔離DC/DC電路實現的。
表2 ANYBUS通訊轉接板對電源的基本要求
3.1 LT1767調整器的工作原理
變頻器ANYBUS通訊轉接板的3.3V電源是以LT1767為核心，搭配必要元器件組成的Buck拓撲開關電源（如圖3所示）。因為功率MOS管集成在LT1767芯片里，這款電源看起來電路簡潔。分析圖3的開關電源原理之前，首先看一下LT1767芯片的內部框圖，如圖2所示。
LT1767采用恒頻控制方式，芯片內部時鐘和雙閉環反饋來控制功率開關的導通占空比。最初的開關周期起始于置位 Flip-Flop的振蕩器脈沖。Flip-Flop置位后，輸出高電平，開通開關管switch；當開關管中的電流達到電流比較器翻轉的閾值時，Flip-Flop復位，輸出低電平，關斷開關管switch。
3.2 直流3.3V_BUCK調整器的工作過程分析
4.1 直流3.3V開關電源電路板PCB
根據上述的電路原理，我們采用PADS Layout軟件設計出3.3V直流開關電源的電路板PCB，如圖5所示。PCB布局要尤其注重輸入和輸出環路的走線。由于LT1767工作于1.25MHz頻率，線路的寄生參數和引線電感需慎重考慮。
4.2實測工作電壓波形
結論
本文設計的開關電源，經過樣板試制和電源測試，證明電源的各項參數和表征能夠滿足變頻器ANYBUS通訊轉接板的要求，能夠提供高精度的3.3V直流電壓，工作穩定可靠。
參考文獻
[1] Abraham I. Pressman. 王志強（譯）.開關電源設計[M].第三版.北京： 電子工業出版社，2005， 3-20.
開關電源的設計原理范文6
【關鍵詞】AP8012H 電能表 開關電源
現階段，由于線性電源具有可靠高、設計簡單等優點被單相電能表廣泛采用，然而功耗高、效率低是它顯著的缺點，這給國家電網公司每年浪費了大量的能源。國家電網公司為了倡導節能減排，對電能表的功耗開始嚴格的限制。線性電源方案的電能表已經無法滿足國家電網的功耗要求，然而開關電源方案的電能表具有功耗低、效率高等優點，恰好可以彌補線性電源的缺點。
1 電能表對電源的指標要求
電源的輸入從電網取電，電網的額定電壓為：220VAC，由于電網的環境比較復雜，所以要求電源能夠在85VAC～265VAC的電壓環境下工作，并且具有抗雷擊信號、脈沖群信號的能力。
電源的輸出主要給電能表的各個模塊供電，電能表的模塊包括：計量模塊、MCU及模塊、繼電器控制模塊、載波通信模塊、RS-485通信模塊等，模塊的具體要求如表1所示。
2 AP8012H介紹
AP8012H是無錫芯朋微電子股份有限公司（Chipown）研發的一款反激式開關電源控制芯片，內部集成了PWM控制器和800V高壓MOSFET，采用SOP8封裝，適用于6W以下的離線式開關電源。該芯片具有過流保護、過壓保護、欠壓保護、過溫保護，并且還集成了高壓啟動模塊等功能。其特點是：低待機功耗、電路簡單、固定工作頻率、寬工作電壓、完善的保護功能等。
3 基于AP8012H設計的開關電源原理
根據指標要求，原理框圖如圖1所示。
3.1 EMC處理設計
EMC處理電路主要有兩個作用：
（1）濾除來自電網的雷擊干擾、脈沖群干擾等，保護電源模塊不被損壞；
（2）濾除開關電源自身產生的高頻信號，避免污染電網和無線電。
主要通過壓敏電阻、安規電容、共模電感組成濾波網絡來實現，對于220Vac輸入的電壓，壓敏電阻可以選用TDK品牌的20K420，安規電容可以選用0.1uF，共模電感可以選用33mH。
3.2 輸入整流濾波電路設計
輸入整流濾波主要的作用是：把電網50Hz的交流電壓轉換為直流電壓。主要通過整流橋和高壓電解電容來實現，電解電容的容量的設計可以根據以下公式取得：
式中，VDCmax一般取最小交流輸入的0.15倍，Pin為輸入功率，Dch為輸入整流濾波電容的占空比，一般取0.2，Vlinemin為最小交流輸入電壓，fL為電網的頻率，CDC為電容的容量。
3.3 高頻變壓器設計
根據電能表的指標要求，電源的最大功率為3.3W，初步評估高頻變壓器可以選用EE16磁芯，由于變壓器的設計過程較為復雜，具體的參數設計不再介紹，最終設計的變壓器初級圈數為：120圈，電感量為2mH，三個次級輸出，圈數分別為：26圈、15圈、15圈，一個輔助繞組，圈數為28圈。
3.4 輸出整流濾波電路設計
主要由整流二極管和電容組成。二極管選型的額定電流一般取輸出電路的3倍，耐壓根據輸入電壓的最大值，再根據變壓器的匝比來計算，整流二極管的反向恢復時間也是很重要的一個參數，一般選用快恢復二極管；電容的容量大小主要決定了輸出電壓的紋波大小，主要根據輸出電流和脈沖電壓的頻率取得。
3.5 LDO型號選擇
LDO為低壓差的三端穩壓器，主要用于穩壓輸出，本原理框圖的3個LDO輸出電壓為5V，電流在30mA到100mA之間，明達微品牌下的MD7550可以滿足上述3個LDO的需求。MD7550的靜態電流僅1.2uA，輸入與輸出的壓差僅10mV，輸出電流為100mA，非常適合低功耗的電源設計。
4 典型設計
如圖2所示。
5 結束語
本文介紹了基于AP8012H設計的電能表開關電源，此電源已經在單相遠程載波電能表上得到應用，并且已經通過了國家電網公司的檢驗測試，在測試的報告中，電能表的工作功耗僅0.4W，相比線性電源方案的電能表，功耗降低了50%，未來的使用，將為電力公司節約電能打下了基礎。
⒖嘉南
[1]王志強等譯.Switching Power Supplies A to Z精通開關電源設計[M].北京：人民郵電出版社
[2]盧佳慧.開關電源在電子式電能表中的應用[J].機電技術，2005.
