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电源设计范文1
一、汽车电源系统原理
汽车电源系统由两部分组成，即铅蓄电池和交流发电机，铅蓄电池和交流发电机并联在一起工作。在发动机没有启动或已经启动没有达到稳定带速之前，主要由蓄电池提供能量。当发动机达到稳定带速以后，主要由汽车发电机提供能量，同时交流发电机为铅蓄电池充电。正常工作中铅蓄电池与发电机并联，由于铅蓄电池的电压钳位作用，电源输出电压基本保持在额定电压基础上。如果汽车处在长时间低耗能的状态下运行，铅蓄电池可能出现满电情况，如果发电机继续为铅蓄电池充电，铅蓄电池的端电压会随充电电压升高，产生交流发电机撇载现象。在撇载状态下，铅蓄电池失去电压钳位作用，输出电压等于交流发电机整流输出电压，大约15伏左右。
二、汽车电源保护电路作用
铅蓄电池额定电压大约为12伏（柴油车为24伏），交流发电机输出额定电压大约为14.5伏。汽车电器设备额定电压是12伏，如果出现撇载现象，交流发电机电压接在电器设备上，此时电压已经超出额定电压的20%，可能烧毁用电设备。为了防止汽车电气设备在发电机撇载后出现烧毁现象，需要对汽车用电设备进行保护，这个保护用电设备的电路，我们称之为汽车电源保护器。本项目主要就是研究保护汽车用电设备的保护电路，以便使汽车能安全、可靠地运行。
三、汽车电源保护电路结构
汽车电源保护电路主要是把用电设备电压控制在额定电压的10%以内。而对于汽车而言，出现撇载现象之前，用电设备不会出现过压现象而烧毁；出现撇载现象后，电压升高可能烧毁用电设备。电路设计上采用两部分组成，一部分采用开关控制哪一路电路接通；另一部分采用直流串联稳压电路使撇在后输出电压稳定。该电路主要由稳压电路和开关控制电路两部分组成，撇载之前电源电压经过常闭触点加在负载上，此时保护电路几乎对原电路没有影响；撇载之后，电压经过常开触点送到稳压电路，经过稳压后加到负载上。这样就可以保证用电设备在额定电压下工作，从而使用电设备更加可靠地运行。
四、汽车电源保护电路工作原理
电源保护电路与普通串联型稳压电源略有不同，在稳压电源的前边增加了多触点继电器，当电源电压在12伏（汽车发电机撇载之前）时，继电器不动作，电源经继电器常闭触点，加到用电设备上。当电源电压增加到12.5伏以上时，继电器动作，常闭触点打开，常开触点闭合，电源电压经继电器常开触点，经串联稳压电路稳压后加到用电设备上。
串联稳压电路使用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，所以使电路简化，成本降低，而稳压性能却很高。稳压管TL431的稳压值连续可调，这个稳压值决定了稳压电源的最大输出电压。调整管用的是大电流NPN型金属壳硅管，由于它的发热量很大，如果条件允许，尽量购买大的散热片，扩大散热面积，如果不需要大电流，也可以换用功率小一点的硅管，这样可以做的体积小一些。滤波用两只50V、4700uF电解电容并联，使大电流输出更稳定，如果考虑高频波影响，可以增加一个低容量滤波电容。
五、汽车电源保护电路设计技术关键点
应用汽车电源保护电路可以有效保护汽车用电设备，防止用电设备因为电源电压升高而损坏。虽然电路在设计上采用稳压电路，但又与传统串联型稳压电路不完全相同，具体体现在以下几方面：
1.电源调整管采用双管串联形式，可以提供更大的电流。汽车电路具有低电压、大电流的特点，因此采用双管串联，可以增加输出电流。电流的增加会使调整管管耗增加，调整管可能会产生大量的热量，三极管的选择很重要，同时散热问题也是项目研究的重点，除了考虑增大散热片外，必要时还可以考虑增加风扇散热，以保证三极管工作稳定。
2.为了降低电源保护设备插入损耗，采用继电器对电路中电压分段控制。利用继电器控制串联稳压电路的工作状态，只有在电源电压升高时，稳压电路工作，其他情况下稳压电路不工作，这样就可以降低设备损耗。
3.继电器在断开、吸合瞬间，可能产生脉冲电压，影响输出电压稳定。为了防止输出电压受到影响，电路中采用双电容并联形式，提高电路的充放电时间，降低由于继电器动作产生的影响。
汽车电源保护器主要是针对目前汽车市场上出现用电设备偶尔烧毁而设计的，电路结构简单，稳压效果好，安装维护比较方便，插入损耗小。该电路主要为5A以上用电设备设计的，如果为收音机、电视机等供电，电源调整管还可以选择小功率管。电路的缺点是输出电压在继电器动作前后可能不一致，设备体积可能略大，如果采用风扇散热，可能增加设备能耗等。但不管怎么说，这都是目前市场上绝无仅有的一款为汽车电器设备设计的保护电路，随着汽车电子技术的飞速发展，在不久的将来它将发挥巨大的作用。
参考文献：
[1]张华.汽车电工电子技术.北京理工大学出版社，2011.8
电源设计范文2
【关键词】数字电源 结构原理 问题 优化设计
1 数字电源
1.1 数字电源的概述
目前，数字电源有多种定义。
第一种定义为：通过数字接口，控制开关电源，强调的是，数字电源的“通信”功能”。
第二种定义为：具有数字控制，开关电源的功能，强调的是，数字电源的“数控”功能。
第三种定义为：具有数字监测，开关电源的功能，强调的是，数字电源对温度等参数的“监测”功能，通过设定开关电源的内部参数，来改变其外在特性，在“电源控制”的基础上，增加了“电源管理”。相比传统的模拟电源，数字电源的区别，是控制和通信部分。在应用场合，简单易用、参数变更要求少，模拟电源产品更具优势。此外，相对模拟电源，在多系统业务中，数字电源，通过软件编程，来实现多方面的应用。数字电源有用DSP和MCU控制的。对于DSP控制的电源，采用数字滤波方式，而MCU控制的电源，能满足电源的需求，反应速度快、电源稳压性能好。
1.2 数字电源的特点
数字电源系统具有以下特点：
（1）数模组件组合优化：实现了开关电源中，模拟组件与数字组件的优化组合。采用“整合数字电源”技术。
（2）控制智能化：对于传统的，由微控制器（μP或μC）控制，开关的电源.而它是以，数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU为核心，智能化开关电源构成系统是“数字电源驱动器及PWM控制器”。
（3）控制精度高：数字电源，实现多相位控制、非线性控制、负载均流、故障预测等功能；发挥数字信号处理器及微控制器的优势，这样设计的数字电源，达到高技术指标，为绿色节能型开关电源提供条件。
（4）集成度高：对于高集成度，将大量的分立式元器件，整合到一个芯片或一组芯片中。实现了，电源系统单片集成化。
（5）模块化程度高：分布式的数字电源系统就易于构成。
2 数字电源结构
2.1 PWM控制器
双端推挽式PWM控制器是UCD8220/8620，其受DSP或MCU数字控制的。二者的区别是，低压启动UCD8220即 48V，而UCD8620内部，增加高压启动电路即110V。UCD8220的内部，主要包括：“3.3v电压调整器、基准电压源、脉宽调制器（PWM）、驱动逻辑、推挽式驱动器、欠压关断电路、限流电路、电流检测电路”。 在峰值电流模式或电压模式下，UCD8220/8620能够运行，即对极限电流的编程，输出极限电流数字标志。
2.2 数字信号处理器（DSP）
UCD950是数字电源系统，配套的数字信号处理器，它们内部主要包含 ：“32位CPU、时钟振荡器、32位定时器、看门狗电路、内外部中断控制器、SCI总线、SPI总线、CAN总线及I C总线接口、l2路PWM信号输出、系统控制器、16通道12位和ADC、16K×16 Flash、6K×16 SARAM、1K×16ROM”。利用Power PADTM HTSSOP和QFN软件包，可进行编程。它采用标准的是“3.3v”输入或输出接口，其与UCD8K系列的完全兼容。
2.3 数字电源驱动器
数字控制电源驱动器芯片，大部分是UCD7100/7201，二者的区别是：可驱动MosFET开关功率管，可适配UCD9110/9501型数字控制器；UCD7100为单端输出，而UCD7201为双端输出；额定输出电流均为±4A；对于主控制器，可监控输出的电流，快速检测，过流故障而关断电源；检测周期仅为 25ns。
3 数字电源面临的问题
数字电源，有很多优点，但仍有缺点。数字电源，需要一个采样、量化和处理的过程，做出反馈，即对负载的变化，而目前，它对负载变化的响应速度，比模拟电源慢。精度和效率比模拟电源差。数字电源占板面积，大于模拟电源。在负载点（POL）系统中，数字控制优点非常明显，而在简单应用中，模拟电源仍占有优势。考虑到数字电源，解决方案的优点，数字电源，虽然技术复杂，但使用不复杂。要求设计人员，具有一定的程序设计能力，目前，电源设计人员，普遍模拟设计为主，缺乏编程训练。这对数字电源的推广，也造成了一定的障碍。每次AD转换后，数字芯片，将得到的结果，送到系统中央处理器，由处理器，对取样的值，进行运算和PI调节。
另外，人们对数字电源的认识，不像模拟电源那样，经过了多年应用的考验。对其的可靠性有疑问。虽然数字电路，在概念上，优于模拟电路，可靠性是设计的问题，而不是数字化的问题。
4 数字电源电路优化设计
我们采用智能化数字电源，其系统由：“PWM、电源驱动器、DSP、接口电路、显示器和键盘”6部分组成。系统框图如图1所示。
对于图中的数字信号处理器，UCD9501，通过接口芯片与键盘和显示器相连，对于用户，不仅能从显示器上，观察到当前的电源参数，还可通过，键盘随时修改电源参数。为了简化配置，也可由：“数字信号处理器（UCD9501）和数字控制电源驱动器（UCD7100）”构成智能化数字电源系统。
5 结语
总而言之，数字电源系统，具有高集成度、高性价比、电源管理功能完善、电路简单、能面向用户设计等显著优点，实现了智能化电源系统，优化设计和创造。在应用场合中，简单易用、参数变更不多，模拟电源产品，具有很多优势，其应用的针对性，可以通过硬件固化来实现。
参考文献
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[2]吴纬国.论我国集成电路制造业之发展路线[J].中国电子商情，2003.
电源设计范文3
关键词：便携 电源 设计
0 引言
现在，市场上可移动的电子设备越来越多，设备的电源容量和功耗却远远不能满足市场的要求，对日常生活，特别是户外活动造成诸多不便。为此，本文设计了一种高效、低功耗、安全的随身电源，以满足户外需求，将有很大的实用价值。该系统设计由五部分组成：锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路、DC-DC升压电路。锂芯容量指示电路由XC61CC系列的电压监控芯片组成。电芯保护电路由过充保护、过放保护、过温保护三部分组成，HAT2027、R5402、自恢复保险丝构建了三重保护，使锂芯安全性大大增强。充电管理电路采用了CN3066，将充电过程分为涓流充电、恒流充电、恒压充电和维护充电四个部分，使移动随身电源能够最大程度地储备能量。DC-DC升压电路采用了MAX1771集成芯片，可将锂芯容量在安全范围内最大限度释放，达到对多种数码设备供电的目的。
1 电路工作原理
1.1 锂芯保护电路 电芯保护电路主要由R5402和HAT2027共同组成。除此之外，自恢复保险丝起到了最后一层保护的作用。
充电时，电池电压从低到高上升，当电池电压大于4.25V时，充电状态被锁存，引脚Cout就会从高电平跳为低电平，HAT2027内置二极管发挥单向导通作用。电流方向只能从1脚到3脚，充电电源无法继续给锂芯充电。如果充电电源继续加载在锂芯电池组两端，即使锂芯电压在4.25V以下，R5402具有的过充锁存状态也不会被释放。这样就保证了电池组在连续充电饱和之后，能锁存在过充状态，隔离充电电源对高能量电池组持续充电。只有当过充时，断开充电电源，过充锁存状态才会被释放，Cout重新变为高电平，HAT2027的1、3引脚此时双向导通，锂芯才能正常工作。放电时，电池电压下降，当小于2.3V时，放电状态被锁存，引脚Dout的输出从高电平跳为低电平，HAT2027内置二极管发挥单向导通作用。电流方向只能从3脚到1脚，锂芯电池组无法继续给负载放电。如果没有接上充电电源，即使锂芯电压高于过放电压的最大值，放电锁存状态也不会被释放，这就保证了电池组在经过长时间放电，电压下降到2.3V之后，能锁存在过放状态，隔离低能量电池组持续放电。只有当过放时，接上充电电源，锂芯电压开始高于过放电压时，过放锁存状态才会被释放，同时引脚Dout的电压重新变为高电平，HAT2027的1、3引脚双向导通，锂芯既能工作在放电状态，又能工作在充电状态。当锂芯短路时，Dout跳到低电平。此时，锂芯受HAT2027控制无法放电，起到保护锂芯作用。与此同时，自恢复保险丝由于短路的大电流，会受热膨胀，电路切断，起到最后一层保护的作用。当短路故障排除，白恢复保险丝恢复，R5402检电器释放，Dout重新恢复高电平。
1.2 DC-DC升压电路 本系统中，DC-DC升压电路主要由MAX1771构成，该控制器采用独特的控制方案，结合PFM(脉冲频率调制)及PWM(脉冲宽度调制)的优越性，提供一个高效、较宽电压调节范围的电源。前者具有较小的静态电流，负载小的情况下效率较高，但纹波较大。后者在负载大的情况下具有较高的效率，噪声小。该控制器采用的是一种改进型的限流PFM控制方式，控制电路限制电感充电电流，使其不超过某一峰值电流。既保持了传统PFM的低静态电流，同时在较大负载的情况下，也具有很高的效率。而且由于限制了峰值电流，采用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波，这样便于降低电路成本及尺寸。如图2所示，将4脚接地，可使其工作在闭环状态。芯片由引脚2上的电压供电，同时也是输出电压。输入电压可以进行从2V到输出电压的变化。外接MOS管栅极1脚上的电压，从输出电平到零电平跳变，这样可以提供更人的栅极驱动，从而减小外接MOS管的开启电阻。MAX1771外接MOS管平时是关闭的，此时电感储能。关闭期间，MAX1771会检测外部输入电压，一旦降低到了一定限度，MAX1771就会开启外部MOS管，电感释放能量，重新提供驱动电压。开关频率随负载电流和输入电压而定。5V电压通过两个反馈电阻分压得到。此外，续流二极管选用肖特基二极管SS34，该器件正向导通电压小，响应时间短。
1.3 锂芯容量指示电路 本系统电路设计采用了一种比较简单且实用的方法，即通过测试锂芯电池放电的时间电压特性曲线，选取整个放电过程的四个位点电压，用电压来估算电池的容量。当按下电压容量指示的功能按键，锂芯的电池电压会加到XC61系列芯片的VIN与VSS引脚上。当电压高丁4.1V，四个芯片同时工作，电池与限流电阻、LED发光管形成四个回路。此时四个发光管同时发亮，表示电池容量饱和。当电池电压在4.1V～3.8V之间，只有三个芯片工作，4102不工作，此时形成三个回路，三个发光管发亮，表示电池容量有所下降。同理可知其它的两种情况。
1.4 充电管理电路 充电管理电路由CN3066和继电器构成。当随身电源监测到有充电器对其充电时，继电器令CN3066开始工作，CN3066将整个充电管理过程分为四个部分，即预充电、恒流充电、恒压充电以及维护充电。
当CN3066开始工作时，CN3066会检测电池电压是否较低，如果是，则采用涓流充电，即一个比较小的恒定电流对电池进行充电，直至电池电压上升到一个安全值。之后，充电电流保持较大值不变，通常是涓流充电电流的10倍或更大。1000mAh的电池采用700mA电流充电，这可以避免大电流充电对锂芯的损坏。在恒流充电和涓流充电状态下，充电管理芯片连续监控电池的电压，当单节锂电池的电压达到4.2V，恒流充电状态结束，转入恒压充电状态。在该状态下，充电电压恒定在4.2V。当锂芯的电流下降为原来的1／10之后，恒压充电状态结束。在维护充电状态，电池充足电后，若移动电源仍插在充电器上，电池会由于自放电而损失电量。CN3066以非常小的电流对锂芯充电或监测电池电位，以备对锂芯再充电，这种状态称为维护充电状态。
在本电路中，CN3066会实时监测锂芯的电压、温度、充电电流和充电时间。一旦电池的温度达到60℃，或锂离子电池的电压达到4.2V，恒压充电状态自动终止。此外，还应设置最长恒压充电时间。在温度和电压检测失败的情况下，可以保证锂电池安全充电。当拔掉充电器，CN3066关闭，随身电源处于预放电状态。
实验结果证明，多功能随身电源能对市面上大多数手机连续充电5次以上，对MP3、MP4充电12次以上，表明随身电源在户外活动中有充足的能量储备。
电源设计范文4
关 键 词：移动电源 大容量 功能多 产品设计
随着社会的进步，科技在不断发展，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时尚，生活中人们对电子产品的依赖性越来越高，“断电”对现代的电子产品，尤其是信息化产品，如：智能手机、iPad、笔记本电脑等，是致命一击，各类电子产品一旦没有电能的支持只能是个无用的摆设。由于体积的限制，电子产品的电池只能限定在特定的体积内，这就限定了电子产品的续航能力。目前，市场的移动便携电源多种多样，通常移动电源只能针对一种电子产品充电，但是没有一款可以为多种小电器提供通用充电产品。并且现有充电产品容量不够大，还没有专门为笔记本电脑充电的移动电源。通过学习对专业的学习，使我掌握工业设计的相关知识，现代社会人们在对消费产品的需求不仅仅满足于基本功能的完备，更注重了产品的外观的美感及不断提高和完善的功能和使用者的心理和生理感受。
一、产品的前期调研
移动电源是一种集供电和充电于一体的便捷式充电器，可以给数码设备随时随地充电或者待机供电。它通过整流、滤波，把市电转化为电器可接受的电流，然后由电能转为化学能储存起来，当手机或其他的数码产品在使用过程中因电池电量耗尽，不需要取下电池，直接将自由充电器接上，就可以给数码产品供电，还可以同时边充电边使用，且便于携带。一般由锂电池芯或者干电池作为储电单元，区别于产品内部配备的电池。一般配备多种电源转换接头，通常具有容量大、用途多、体积小、寿命长和安全可靠等特点。
二、移动电源发展的四个阶段
第一阶段：2001-2007年，概念炒作，昙花一现。 移动电源最早出现在2001年的CES展览上，那时只是在CES沙摊馆的一个地摊似的展览位上，是一个留学生用几节AA电池再带一个控制电路而拼凑起来的。当时这个不起眼的东西，因它能在任何地方给数码产品充电而引起许多参展商的关注。当时为了概念炒作，还取了一个颇具浪漫气息的名字-手机恋人，曾经有厂家请到影视明星陈建斌做产品代言人，可见当时就有厂商预见到移动电源项目的未来发展前景。因智能手机市场尚未启动，移动电源没有真正的市场需求，更多的只是一种新概念炒作，昙花一现也就不足为怪了。第二阶段：2007年-2010年，小荷已露尖尖角，萌芽期。随着苹果手机的横空出世，引发了不少领域的革命，比如手机电池—原来可以把手机电池做到不可更换！苹果的另一个革命是将手机越做越薄，但功能却越来越多！上网、游戏、视频、聊天、照相摄影样样俱全。这其实是个悖论，按理说手机功能做得越多就越耗电，那手机电池就应该越做越大。但苹果公司恰恰相反，只要手机足够时尚、足够炫，消费者足够喜欢就行了！这就给移动电源带来了机会，开始有一部分果粉们明显感到电池不够用，对移动电源有了刚性需求。第三阶段：2011年-2012年，百花争艳，快速成长期。但这个时候，一些与移动电源产品根本无甚关联的厂家，如原来做键盘鼠标的、做手机保护套的、做塑胶五金模具的，没有深入了解移动电源，以为移动电源制作简单，纷纷上马，一时间，移动电源市场良莠不齐，一地鸡毛！在这个市场的快速成长的同时，也留下不少的隐患。第四阶段：2012年-今后3-5年：翻天覆地，巨额增长期。2012年3月，据中央人民广播电台报道，国内知名市场研究公司的数据显示，中国手机用户突破10亿大关。但智能手机只占到了8%，而发达国家占有率达到60%以上，新加坡、香港则达到了90%以上，所以，在今后3-5年，中国的智能手机用户将占到50%以上，也就是智能手机将达到5-8亿台的巨量！移动电源市场将产生翻天覆地的变化，进入真正的巨额增长期，一些真正重品质、重品牌建设、重创新的移动电源厂商、销售商将执市场牛耳，获得消费者的青睐，同时获得巨大的利益。
三、激动电源组成
现如今市场上的移动电源大体分为三部分：1、单口输出：一次只能为一种电子产品充电；2、双口输出：一次允许同时给两种电子产品充电，限定电流一般为1A和2A输出口；3、单出口或双出口配备LED强光手电或配备其他功能的：在充电工具外加入方便出行的强光手电或配备其他功能方便出行。
目前市面上出现的移动电源种类繁多，一般都是给小型数码产品提供充电功能，但是能够给笔记本电脑充电的寥寥无几，市面上的一款给笔记本充电的移动电源USB输出接口为5V2.5A（MAX）由于不同的笔记本需要的充电电压不同设有三个电压的调节按钮分别为19V、16V、12V。此款移动电源给出的标语是“支持99%笔记本电脑充电”并且配备的多款笔记本充电的插头，在目前笔记本品牌繁多的时代同款的笔记本电脑电池要求的充电电压各不相同，多种的品牌就需要一款可调节的电压控制器来满足不同电脑电池的要求，这样的电压控制器不紧使移动电源可以满足电脑电池的续航也可以保证笔记本电脑的电池使用寿命不会因电压过高或者过低充电造成折损。
四、移动电源的发展趋势
1.大容量：随着时代的发展，电子产品功能越来越多，对电量的消耗也越来越大，所以对移动电源的容量要求也越来越高，所以大容量移动电源是一大趋势。 2.多功能：电子产品的种类繁多，各种接口不一而足，所以移动电源必须要具备能给更多设备充电的能力，尤其是电脑。3.自充电：如果移动电源能够带有自充电的功能，会赢得更多远行者的青睐。4.个性化：在满足移动电源实用性的同时，还要重点考虑到它独有的外形魅力，为枯燥的一天增添色彩。5.安全性：移动电源的安全也是个重要课题，不仅要保证数码设备的安全性，最主要的是人身的安全。
五、移动电源设计与分析研究
产品的涵盖功能：需求决定生产，人们对产品的功能要求越来越高，目前对移动电源最稀缺的功能是：1、自充电：配备太阳能电池板，让你的移动电源不断电；2，、多接口：多孔USB接口，实现资源共享；3、笔记本电脑充电：为出差旅行人的工作消遣不断电；4、小工具：安装灯，为出去旅行的旅游宿舍学习的学生照明；5、收纳盒：数码产品种类繁多需要的数据线时常互相缠绕，使用起来特别不方便，需要配备一个数据线收纳盒，让数据线的使用及整理更加的便捷。
设计中遇到的问题及解决方案：1、大容量：需要支持大容量移动电源为内部材料问题，钴酸锂为目前常用的移动电源内部材料，技术成熟且应用范围广泛若给笔记本充电的大容量移动电源体积就会显得很笨拙，应对人们大容量且体积轻的电源就需要寻找新兴材料代替，材料磷酸铁锂可以达到这个标准，且有循环使用次数达2000次使用寿命大大增强、体积轻便、大电流放电、内阻小发热少、安全环保、无毒等优点。使用磷酸铁锂材料可以解决大容量轻便的问题。2、给笔记本电脑充电：通常用来充电的移动电源电压为5V1A或者5V2A规格的，若直接将移动电源与插线板结合起来，将涉及到电压过量的升高及交流电与直流电转换问题，会使电能大量流失。采取解决方案：用直流电流直接给笔记本充电较为可行，目前市面上的笔记本电池的直流充电电压从14.5V～20V，这样做一个外置的可调节的升压装置即可满足给笔记本充电的需求且装置可调控使充电电压更精准，方便使用。3、多接口：目前移动电源佩戴接口最多为三个，两个为USB输出接口一个为移动电源的充电接口，在移动电源上多配备共享的USB接口不紧影响美观性也会对移动电源内芯的体积有一定的影响，接口配备多了会导致移动电源的体积过大影响携带的方便，于是单配备一个共享多接口的小装置放在收纳盒里，这样不紧解决了共享的问题也使移动电源的本身不会有负担。4、收纳盒：配备数据线的种类繁多，盒子大小就需要进行推敲，在设计数据线时可以把平时使用的大插头进行精简制作，在配备插头转换器，这样平时使用的几种数据线及转换插头就可以方便的放入收纳盒中了，收纳盒的体积也得到了有效的收缩，这样与移动电源一体的可拆卸的收纳盒就可以方便携带了。
结论
一件新产品的产生是由于现有产品功能不足而引发的改进设计理念与方案，所做的改进不能只停留在表面，想要完全改进一件产品就要深入从产品的材料入手，材料是产品内部的核心，它决定产品的质量、大小及能力。产品的附属品的品质也是值得重视的关键点，以方便消费者为出发点进行设计改良，在所有的步骤进行完善的基础上在进行外观的设计，产品的硬件良好还要给予产品一个夺人眼球的外观，这样的产品才能在市场上提高销售数量。
北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目编号：201311417SJ042
参考文献
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电源设计范文5
【关键词】电力仪表开关电源TOP260EN
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
随着电力仪表测量精度的不断提高以及体积越来越小，传统的线性电源虽然设计简单方便，使用的器件较少，纹波能满足仪表设计的要求，但是要求输出功能变大时，变压器的体积是很多工程师棘手的问题，而且成本也随之增加。开关电源体积小、宽输入电压，而且使用合适的元器件，合理的PCB布线，同样也能输出较好的纹波，价格上也可以接近线性电源，甚至更低。本文基于TOP260EN对电力仪表的开关进行了简单的设计。
一、TOPSw itch-HX系列芯片介绍
1、芯片性能特点
TOPSwitch-HX系列芯片是美国Power Integrations公司最新推出的一组开关电源集成芯片。它将高压功率MOSFET、PWM控制器、故障保护电路以及其他控制电路集成到单个CMOS芯片中，具备过压、欠压、过流、过热保护、远程控制等众多功能。它广泛地应用于中小功率开关电源中，使电源损耗更少、电磁干扰更少、体积更小、效率更高、可靠性更高。TOPSwitch-HX系列产品具有以下显著特点：
(1)将脉宽调制(PWM)控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内含脉宽调制器、功率开关场效应管(MOS- FET)、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。
(2)采用漏极开路输出，并利用控制极反馈电流IC来线性调节占空比实现AC/DC变换的，即属于电流控制型单片开关电源。
(3)输入交流电压和频率的范围极宽。作固定电压输入时，可选110V/115V/230V交流电，允许变化±15%。在宽电压范围输入时，适配85~265V交流电，但输出功率峰值POM要比前者降低40%。
(4)它只有三个引出端，能以最简方式构成无工频变压器的单端反激式开关电源。开关频率的典型值为100 kHz，允许范围是90 k~110 kHz，占空比调节范围是1.7%~67%。
(5)电路简单，电磁干扰小，成本低廉。由于芯片本身功耗很低，电源效率可达80%左右，最高可达90%
2、芯片内部结构图和引脚功能
TOPSwitch-HX封装主要分为Y封装、E封装、L封装、M封装、P和G封装。现以图1(a)所示的E封装内部结构图来说明TOPSwitch-HX系列芯片的结构特点，其主要由以下几部分组成： (1)控制电压源；(2)带隙基准电压源；(3)频率抖动振荡器；(4)并联调整器/误差放大器；(5)脉宽调制器(含PWM调制器和触发器)；(6)过电流比较器；(7)门驱动级和输出级；(8)具有滞后特性的过热保护电路；(9)关断/自动重启动电路；(10)高压电流源；(11)软启动电路；(12)输入过压、欠压检测及保护电路；(13)电流极限调节器；(14)线路检测器；(15)线路检测端和极限电流设定端的内部电路；(16)停止逻辑；(17)开启电压为1V的电压比较器。
（a）内部结构图
（b）引脚排列图
图1TOPSwitch-HX E型封装的内部结构图和引脚排列图
本次设计选用E封装的TOPSwitch-HX芯片，其
引脚排列如图1(b)所示，引脚功能如下。
漏极引脚(D)：MOSFET漏极引脚，通过内部高压电流源为内部电路提供启动偏置电流。
控制引脚(C)：误差放大器及反馈电流的输入脚，与内部并联调整器相连接，可控制占空比。
极限电流设定端引脚(X)：用于对外部电流设定调整，在此端接上不同的电阻，可使开关电流设定为不同的数值。连接至源极引脚(S)则禁用此引脚的所有功能。
电压监测引脚(V)：是过压(OV)、欠压(UV)、降低DCMAX的线电压前馈、输出过压保护(OVP)、远程开/关和器件重置的输入引脚。连接至源极(S)引脚则禁用此引脚的所有功能。
源极引脚(S)：源极连接点，用于高压功率的回路。它也是初级控制电路的公共点及参考点。频率引脚(F)：用于选择开关频率的输入引脚，如果连接到源极(S)引脚则开关频率为132kHz，连接到控制引脚(C)则开关频率为66kHz。
二、辅助电源的设计
1、设计要求
超声波发生器对辅助电源的要求是：可靠、稳定、小型、高效率；交流输入电压为85~265VAC；适应负载在较大范围变化；自保护功能齐全。设计技术指标如下，输入电压： 85~265V AC(50Hz)；输出电压和电流： 3路共地， 20V/2A， 12V/1A， 5V/1A； 1路独立地5V/1A；输出电压纹波：≤1%；电源效率η：≥75%；电压调整率SV：±1%；负载调整率SI：±1%。
2、电路设计及工作原理
(1)开关电源集成芯片的选取
由设计要求，可确定电源工作方式为反激式，可计算出电源输出总功率P为62W(P=20×2+12×1+5×1×2=62W)。考虑到设计时需要留有一定裕量，为此可选用TOP260EN芯片，其最大输出功率为93W(适配器模式)。以TOP260EN为核心设计的辅助电源如图2所示。
图2辅助电源原理图
(2) EMI滤波电路与输入整流滤波电路设计
电容C1、C6和电感L1、L2组成EMI滤波电路，其中C6能滤除变压器一次、二次绕组耦合电容产生的共模干扰。桥块BR1和电容C2、C4组成一次整流滤波电路，其中C4为开关电源提供去耦，从而降低差模干扰，C2可确保低纹波直流电流进入反激式转换器级，C2的容量可依照经验来取值，可取容量为120μF、耐压为400V的电解电容。
(3) TOP260EN电路的设计
为了减小变压器和电源的体积，将引脚(F)与引脚(S)短接，使TOP260EN工作在开关频率为132kHz的全频方式。电阻R5、R6和R7用来限制功率，保证在输入电压波动时维持相对恒定的过载功率。将引脚(V)与直流电压输入端之间接入线电压检测电阻R(R=R3+R4)，可为TOP260EN提供线电压前馈信号，一方面保证在直流输入电压下降到100V时，输出没有干扰，实现欠压检测功能；另一方面保证在直流输入电压升至450V以上且电压恢复正常值以前时，使TOP260EN停止工作，防止器件损坏，实现过压检测功能。线电压检测电阻R可由式(1)和式(2)确定为4MΩ。
UUV=IUVR （1）
UOV=IOVR （2）
式中：UUV、UOV、IUV、IOV分别为TOP260EN的欠压、过压、欠压电流、过压电流，其数值分别为100V、450V、25μA、112.5μA。
为了吸收TOP260EN关断时高频变压器一次绕组漏感产生的尖峰电压，以保护MOSFET不受损坏，设计了一个由R8、R9、C5、VR1、D1构成的高效率箝位电路，使漏感中的能量大部分消耗在R8、R9上；同时，通过VR1可将电压箝位在限定范围内，使电源在开启和过载情况下均能满足要求。VR1选用箝位电压为180V的瞬态电压抑制器，D1选用反向耐压为600V的超快恢复二极管。
(4)变压器设计
高频变压器是开关电源的核心元件，在电路中兼有能量转换、电压变换、限流和隔离作用，是整个设计中的难点和关键。在设计和制作时，对磁芯材料的选择、磁芯与线圈的结构、绕制工艺等都要有周密考虑。为了合理选择变压器的磁芯，确定初级、次级线圈的线径、匝数及气隙等参数，本设计选用开关电源专用设计软件PI-Expert来计算变压器参数。磁芯选择：磁芯材料NC-2H，磁芯类型EE35，相关参BW=15.70mm，ML=0mm，MR=0mm，AE=101.40mm2，ALG=324nH/T2，BM=219mT，BP=303mT，BAC=56mT；气隙：LG=0.379mm；初级线圈电感量LP=230μH，初级匝数NP为27. 3匝(实际取28匝)，初级线径为AWG25(0.45mm)，2股并绕，初级漏感LL为6.3μH；反馈绕组匝数NB为6匝，反馈绕组线径为AWG25(0.45mm)，2股并绕；次级20V/2A绕组匝数为3匝，线径为AWG25(0.45mm)，2股并绕；次级12V/1A绕组匝数为2匝，线径为AWG25(0.45mm)，3股并绕； 5V/1A绕组匝数为2匝，线径为AWG25(0.45mm)， 4股并绕；5V/1A绕组匝数为2匝，线径为AWG25(0.45mm)。软件给出的参数都是经过一定优化得到的，故实际设计中优先选用这些推荐参数，实践证明这样做是合理且高效的。
(5)输出整流滤波电路的设计
高频变压器的二次侧输出电压经二极管D2~D5整流后，由电解电容C13~C16滤波，再经电感L3~L6低通滤波后送给电解电容C17~C20，进一步降低直流电压的交流纹波后向负载输出。设计时，要选用等效串联电阻很小的输出滤波电容，以避免因电容损耗增大而引起的电源可靠性降低。
(6)反馈控制电路的设计
电源能否稳定地工作在额定范围内，反馈控制电路的设计是很重要的。设计中，对于精度要求较高的5V输出，采用线性光耦LTY817C和三端精密稳压器LM431等元件组成电气隔离式反馈电路，其工作原理是：变压器次级偏置绕组的输出电压经过D6、C11整流滤波后给LTY817C中的接收管U2B提供偏置电压，5V输出经电阻分压器R17、R18获得取样电压，与LM431中的2.5V基准电压相比较后产生误差电压，使LTY817C中发光二极管的工作电流产生相应变化，再通过LTY817C隔离放大去改变控制引脚(C)的电流，从而调节TOP260EN的输出占空比，达到输出5V电压稳定的目的。其中R16为限流电阻，推荐值R16=100Ω；电阻分压器R18典型值为10kΩ，R17阻值可根据式(4)确定为10kΩ。
R17=10×(5-2.5) /2.5(kΩ)(4)
C8为控制端的旁路电容；C9与R15一起构成尖峰电压滤波器，使偏置电压在负载较重时能保持恒定；C21为软启动电容； C22和R19构成控制回路的补偿元件；另外，本设计还通过VR2、R12、D7、VR3、R20、U3、R13、D8等器件实现可选次级侧过压保护功能。如果某元件出现故障而导致反馈环路开环，偏置绕组电压将会上升，此时VR2将击穿并通过R12、D7触发引脚(V)而启动过压保护；同时，输出端的电压过高将导致VR3击穿，并使流经R20和U3A中电流增加，进而使U3B中的电流产生相应变化并经R13和D7触发引脚(V)而启动过压保护。
结束语
本文采用TOP260EN研制了一款单片开关电源，论文给出了电路各部分的详细设计方法，并进行了参数计算，通过实测结果分析，验证了理论的可行性，并且产品作为辅助电源应用于某项目中，取得了很好的效果。
参考文献
[1] 闫群民，马永翔. 基于TOP225Y的双输出开关电源设计[J]. 电源技术应用. 2008(07)
电源设计范文6
【关键词】备用;冗余;风险;设计;变更
前言
福清核电500kV开关站和220kV开关站均为集中化设计，即1-6号机组共用一个开关站。500kV开关站和220kV开关站所需的低压辅助电源包括交流380V、直流110V和交流220V不停电电源三种，均布置于TC网控楼中。在运行期间，运行人员发现TC网控楼内的低压辅助电源存在冗余度不足的设计缺陷，虽然低压辅助电源均采用了两列冗余设计，但由于其所接带的负荷没有做到100%冗余，且没有按500kV开关站和220kV开关站分开设计，在6台机组正常运行期间，500kV开关站和220kV开关站不可能同时停电，所以低压辅助电源系统将无法进行停电检修。
1 500kV及220kV辅助电源分析
1.1 交流380V系统
交流380V系统分为两列，分别为0LKH和0LKI系统，每个系统由一台800kVA干式变压器和一条380V母线组成，变压器低压侧设有进线开关，母线间设有母联开关，电源分别取自9LGIA和9LGIB中压母线，为500kV开关站和220kV开关站的交流380V负荷、直流110V系统和交流220V不停电电源系统供电。
冗余度不足分析。从负荷分析可以看出，500kV系统和220kV系统的相关辅助电源交错的分布在0LKH和0LKI两套系统上，且不能互为备用，当0LKH和0LKI两套系统中任何一套系统停电检修时，会使相应母线所带载的220kV和500kV设备操作机构电源丧失，将造成500kV系统和220kV系统的一次设备陪同停电的结果，且0LKI系统失电时，TC气体消防、辅变火灾报警电源也将丧失，影响了火灾的探测和灭火设备的启动。此设计方式，只有6台机组主、辅电源全部停电检修时，0LKH和0LKI两套系统才可进行检修，不能满足系统定期预防性维修的要求。若0LKH和0LKI两套系统任何一套系统或两套系统故障失电时，将造成500kV系统和220kV系统全站失电的风险，使在反应堆功率运行期间带来了核安全风险。
此外，由于0LKH/0LKI布置在同一房间内，易造成人因事件。
1.2 直流110V系统（以220kV为例）
直流110V系统按500kV开关站和220kV开关站分开。500kV开关站用直流110V系统分为两列，分别为0LBM和0LBN系统，每个系统由1台充电器、1组蓄电池和1段直流母线构成，两个系统共用一台备用充电器，母线间设有母联开关，交流电源取自0LKH和0LKI系统，为500kV开关站直流负荷供电。220kV开关站用直流110V系统分为两列，分别为9LBO和9LBP系统，每个系统由1台充电器、1组蓄电池和1段直流母线构成，两个系统共用一台备用充电器，母线间设有母联开关，交流电源取自0LKH和0LKI系统，为220kV开关站直流负荷供电。
冗余性不足分析。从负荷分析可以看出，若9LBO失电会导致：①220kV相关所有的就地LCP柜失去信号电源，所有就地信号无法传送到NCS，无法实现对设备的监控;②同时故障录波器失电，会造成失电期间所有事故无法故障录波。未经申请退出故障录波器的话，会被电网调度考核;③一套保护装置失去电源会停掉，另一套保护装置正常运行情况下，虽然可以保持设备正常运行，但是时间不能超过24小时，并且需向调度提交申请;④保护装置操作电源一路失去，另一路正常情况下，跳闸功能仍能实现，但可能存在另一跳闸线圈故障造成开关拒动的事故。若9LBP失电会导致：①一套保护装置失去电源会停掉，另一套保护装置正常运行情况下，虽然可以保持设备正常运行，但是时间不能超过24小时，并且需向调度提交申请;②保护装置操作电源一路失去，另一路正常情况下，跳闸功能仍能实现，但可能存在另一跳闸线圈故障造成开关拒动的事故;③无法通过各个就地LCP柜手动操作设备。
1.3 厂外电源辅助系统重要性分析
福清核电厂外电源包括一台主变、两台高压厂变及两台辅助变。当500kV电源系统无法正常供电时，220kV电源可通过两台辅助变分别向向1LGB及1LGC供电;其中LGA/B/C/D/E/F为全厂的主要设备进行供电，若两条380V交流电源母线中任意一条母线失电，有丧失厂外电的风险，使在反应堆功率运行期间带来了核安全风险。福岛事故的根本原因就是丧失厂外电源，并长期无法恢复。故要重视厂外电源辅助电源系统的冗余性设计。
2 参考电厂（阳江核电）厂外电源辅助电源供电关系
阳江核电500kV系统380V辅助电源与220kV系统380V辅助电源在电源布置上完全独立分开。保证了500kV动力电源（220kV动力电源）发生故障时不会导致220kV动力电源（500kV动力电源）陪同丧失，从而保证两条厂外电源的380V辅助电源中任意一条故障，至少有一路厂外电源可以正常供电。
3 结论
为了保证福清核电500kV与220kV系统的正常可靠运行，查询同类型电厂相关设计，提出以下改进建议：
（1）将500kV系统与220kV系统的380V交流辅助电源完全独立：
目前我厂500kV系统与220kV系统的380V交流辅助电源杂糅布置在0LKH/0LKI两条母线上，应增加两条380V母线将500kV与220kV的辅助交流电源分开布置。
（2）500kV系统的两段380V交流辅助电源负荷采用100%冗余：
两条500kV的380V交流辅助电源母线，每条母线均应带载全部500kV系统的断路器的动力电源。
（3）220kV系统的两段380V交流辅助电源负荷采用100%冗余：
两条220kV的380V交流辅助电源母线，每条母线均应带载全部220kV系统的断路器的动力电源。
220V交流不停电电源系统两条母线，应带载相同负荷，保证在一条母线故障或检修失电情况下，另一条母线能够保证相应的负荷不会失电。
（以上（2）、（3）也可在同一负荷上增加选择开关，以便在一条母线故障或者检修停电时可以切换到另一条母线进行供电）
参考文献：
[1]福清核电厂电气一次主接线图，FQX-19200001-QANF-45DD.
[2]0LKH电气一次图，FQ0-LKH-YC-001～007.
[3]0LKI电气一次图，FQ0-LKI-YC-001～007.
