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电源电路设计方法范文1
[关键词]激励器 稳压电源 恒流源电路 过流保护 解决方案
在无线电视信号的传送过程中,电视发射机是主要设备,起着不可替代的作用。它将视频信号与伴音信号进行载频调制并放大到一定的功率,然后把已调波高频振荡经双工器送到天线,再以电磁波的形式辐射出去,发射机的功率越大电视信号的覆盖范围越广。电视发射机由激励器、功放单元、主控单元、电控单元、开关电源、无源部件、冷却系统组成。其中激励器的±12V稳压电源至关重要,稳压电源的性能好与不好,将直接影响电视图像和伴音的质量,影响激励器的正常工作,也将决定发射机的故障率的高低。
在实际工作应用中,我们发现激励器±12V稳压电源电路存在两个问题:一是其恒流源电路运行不稳定;二是其“过流保护”时而干扰正常工作。
原发射机的±12 V稳压电源原理图如图1所示。
图中的BG6、BG7、BG8组成恒流源电路,作为差分放大器BG13的负载电阻,同时也是复合调整管中BG10上的偏置电阻。在实际工作中, BG7、BG8(3CG1D)很容易损坏,致使±12V稳压电源故障率高,工作也极不稳定。由于在电路中BG6(2DH100)为恒流管,用万用表的电阻档测量其两个管脚的正反向电阻时,呈现二级管正反向电阻特性。BG6(2DH100)在电路连接中,相当于二极管“正极”的那个管脚接低电位,二极管“负极”的那个管脚接高电位,所以BG6在电路中工作时所呈现的内阻为无穷大,又由于BG6为恒流管,BG6的输出电流在数值上也是恒定不变的,正因此,造成BG7、BG8(3CG1D)很容易损坏。
图1
解决方案:基于以上分析,将BG7、BG8从电路板中焊下,将BG6改接在BG10的集电极和基极之间,相当于二级管正极的那个管脚接BG10的集电极,二极管负极的那个管脚接BG10的基极,这样不仅避免了对BG7、BG8的损坏,也使恒流源电路运行更安全稳定。
如图2所示。
激励器±12V稳定压电源在工作中还存在着开机瞬间或连续拨动电源开关时,经常出现电源本身发生“过流保护”现象,致使电源面板上的电表的表针反打,使发射机无法正常播出。经过对电路原理(如图1)的分析和反复实践,终于找到原因,是由于
图2
过流保护电路中的C3上的电压来不及泄放,致使BG11的基极处于高电位,使限流保护电路误动作造成的。所以,当每一次发生故障的时,将C3用短路线短路一下,放一下电,±12V稳压电源即可正常。
电源电路设计方法范文2
关键词：LED；多路平衡电路
中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02
一、LED与多路LED电流平衡电路
LED是一种利用固体半导体材料作为发光材料，通过导电，使得其中的半导体发生载流子的复合变化，从而释放出能量，引发光子发光的装置。LED的中文全称为发光二极管，是当前应用最为广泛的照明设施之一。LED之所以能够成为当前世界上应用最广泛的照明设施之一，在于其多方面的优势。
其一，LED的照明高校节能。相较于普通的白炽灯（60W），一个LED灯管（10W）连续运行100个小时，所消耗的电能是白炽灯（60W）运行17个小时所消耗的电能。而二者在照明的效果上是一样的。由此可见LED照明效率之高，能耗之低。其二，LED的寿命非常高。由于采用了半导体材料，加之其结构简单，无灯丝，无玻璃泡等装置，因此使用寿命可以高达50000个小时。相较于LED，普通的白炽灯的使用寿命只有短短1000个小时。其三，LED照明效果良好，环保健康。LED可以将9成以上的电能转换成光能，并且由于是直流驱动，所以不存在频闪的问题，因此照明效果很好。不仅如此，由于LED发出的光不含有紫外线和红外线，因此光线健康。以上特性，使得LED的应用得以迅速拓展。
LED是由恒流驱动电路构成，那么在恒流驱动电路的设计的时候，需要充分考虑到一系列的因素。第一，恒流驱动电流可以通过单一的外界电阻来设定；第二，需要严格控制恒流工作电压，将其电压保持在最低限度；第三，在恒流电流输出的时候，可以采用数字信号进行控制，从而满足LED供电驱动对反应速度的要求。因此，在LED供电电路的设计中，需要考虑到上述因素。本文通过分析比较三种供电电路的优劣点，尝试性的进行了多路LED电流平衡电路设计和运用。
二、LED恒流供电电路比较
对于LED电源来说，要求其实就是恒流限压。在某种程度上，LED灯的寿命和可靠性，其实是有LED的驱动电源决定的。如果没有恒流限压的驱动电源，就不能够保证LED等发光的均匀性和长期性。不仅如此，由于LED需要长期满载行工作，因此就需要较高的供电效率。当前，对于LED电流平衡电路的设计，有很多的方法。下面就当前比较流行的TL431，来对一些简单的LED电流平衡电路的设计进行介绍：
（一）单个TL431恒流电路
图1 单个TL431恒流电路设计示意图
从图1中我们可以看到，单个TL431恒流电路设计，其实就是利用了单个的TL431恒流系统。这是一个比较简单的电路设计，其恒流是以431的2.495V为基础的。同时，此电路设计也同样限制了LED上面的压降。这一设计的最大的有点在于其简洁性。电路设计非常简单，所需要的电子元件也很少，因而成本低廉。不仅如此，由于采用了TL431的基准电压，保证了其高精度。同时R12，T13只要采高精度电阻，恒流精度比较高。但是，这一电路设计同样存在着一系列的缺点与问题。由于TL431是2.5V基准，故恒流取样电路的损耗极大，不适合做输出电流过大的电源。不进如此，此电路设计的最大缺陷，也是最致命的缺陷在于，不能进行空载。因此，这一电路设计只适合内置，不能作为外置式的LED电源进行运用。
（二）单个TL431恒流改进型电路
图2 单个TL431恒流电路改进型设计示意图
如图2所示，对单个TL431恒流电路设计进行进一步的改进，可以得到一个新的恒流电路设计。与单个TL431恒流电路设计一样的是，这一电路设计也是基于相同的基准来实现恒流（TL431的2.495V）。但是，这一电路设计与上面的电路设计存在一定程度的差别，这一改进型的电路设计减少了电流取样电路的电压，只要合计设计R12，R13，R14的值，可以限制LED上面的压降。因此，这一点路与上述电路一样，最大的有点在于其简洁性，因而电路设计简单，所适用的电子元器件较少，成本较低。相较于前面的电路设计，该电路设计可以实现空载。但是，需要注意的是，该电路设计中空载依然是其软肋。当输出空载时，输出电压会有上升，上升幅度由电流取样电路电阻与R12，R13的比值决定。
（三）两个TL431恒流电路
相较于上述单个TL431横流电路的电路设计，双TL431恒流电路，包括了两个TL431。在此电路设计中，使用两个TL431加少数元件即可组成恒流电路，相对于线路较复杂、采用元器件较多的恒流检测控制电路，不仅成本大大降低，更能满足LED照明技术越来越小型化的要求。
三、多路电流平衡控制电路设计
要实现LED电路多路电流平衡控制，主要有两种实现方法。一种方法是每路恒压后搭配限流电阻，另外一种方法每一路LED串都用一个恒流转换电路来控制。
前者的做法恰如图4所示，在同一个电路支路上，进行多个LED的串连。这样的做法，一方面可以提高电路供电的效率，同时也可以在整体上实现能耗的降低。该电路设计的优点在于其平衡性，但是该电路的电阻选取需要基于LED的个数。当LED的数量发生变化后，电阻就需要重新极端。因此，降低了整体的效率。
后者的做法恰如图5所示，在电路设计中，每一路LED串都用一个恒流转换电路来控制。在这一设计之中，最大的有点在于可以不需要电阻，因此就可以不考虑LED串之间的正向特性不一致状况。因此，本系统具有易于维护的特点。但是，其缺点也是比较明显的，最显著的特点就是在于其复杂性。
在综合比较了两个多路LED电流平衡电路的设计方案后，本文选择设计方案二作为多路LED电流平衡电路的设计。该设计其实就是每个支路LED串的独立恒流驱动方式。在之前设计的单路恒流电路的基础上，加入多路控制电路和升降压自动切换电路，就构成了一个完整的低成本多路控制器。
四、结束语
本文基于CSMC0.5μm DPTMCMOS工艺库芯片设计了一个多路LED电流平衡电路，在原有的单路恒流电路设计基础上，实现多路控制与升降压自动控制，从而是设计出一个完整的低成本多路控制器。本设计工艺简单，成本低廉，并且具有高精度性与电流平衡能力，可以有效的支撑中小功率LED照明系统。
参考文献：
[1]陈景忠.一种直流LED恒流源电路分析与研究[J].电源技术，2012，12：1928-1930.
[2]郭阳，杜捷.室内照明用节能环保型LED电源的研究[J].电源技术应用，2012，11：142-144.
[3]张辉，吕昱洲，崔培培.基于Boost的大功率LED恒流驱动电路[J].现代科学仪器，2013，01：97-99.
电源电路设计方法范文3
关键词： 开关电源；井下电机；PWM；UC1525A
中图分类号：F407.61 文献标识码：A
井下智能钻井工具一般采用涡轮发电机作为电源，驱动井下电机控制执行机构工作，实现井下闭环控制。涡轮发电机输出的直流电压受泥浆脉冲影响，波动大，未经过开关稳压，导致电动机供电电压不稳定，在低速运行时不平稳，限制了电动机的低速性能，影响井下智能钻井工具正常工作。为此，设计了一种井下DC-DC开关电源，为井下电机提供稳定直流电压，确保电机在低速状态下平稳运行，进而提高井下智能钻井工具工作的可靠性及稳定性。
1 总体设计方案
1.1 总体电路设计
DC-DC电源工作在井下高温高压环境中，且靠近发电机及力矩电机震动源。在这种环境温度下，常规半导体电子器件及其组成的电路将难以可靠工作。本设计中输入电压高于输出电压，为尽可能减少所用器件以降低高温情况下因单个器件不稳定导致平均工作寿命减少的情况发生，对比其他电路结构及功率输出情况后，采用BUCK结构电路。开关频率定为3kHz，输入直流电压范围：90-220V，输出电压：48V±2V，输出电流：10A±2A，最大功；500W，最大外径：100mm，工作温度：125℃。
1.2 主电路设计
主电路中，输出滤波电感采用铁硅吕磁环，以适应井下振动环境，电感按临界模式计算，为：
式中Vo为输出电压，Dmin为占空比最小值，Iomin为输出电流最小值，T为周期。
单个电感采用五个77191A7铁硅铝磁环叠加共绕，采用了多个磁环叠加绕制后并联使用。
输出端滤波电容最小值满足：
PWM控制电路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，该控制器工作温度可到125℃，满足井下工作环境对器件的要求，输出级为两路图腾柱式输出，最大驱动电流200mA。
开关MOS管的源极是悬浮的，为形成相对的驱动电压Ugs，采用变压器隔离驱动，开关管采用MOSEFT，驱动功率相对较小，为加速MOSEFT快速导通和截止，减少开关损耗，输出端加入耦合电容和PNP型三极管。为防止由于变压器漏感带来的尖峰电压击穿MOSFET，采用钳位二极管。
考虑到井下高温强振的工作环境，高频变压器采用德国VAC公司超微晶磁材料VITROPERM 500F（居里温度为600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作开关电源功率变压器，铁损低，饱和磁通密度、磁导率高，可以抵抗强振动应力。
通过以上设计与计算，得到主电路电路设计图如图1所示。
1.3 单端正激式辅助电源设计
为保证主电路PWM控制器稳定工作，引入辅助电源，为开关管驱动电路及两个PWM控制器UC1525A供电。设计参数12V/400mA，即该电路可实现输入60～200VDC，输出12V/400mA。由于主电路采用的是BUCK非隔离结构，辅助电源设计时为简化电路采用非隔离式，如图2所示。
辅助电源中，考虑涡轮发电机整流后的电压容易超出三极管极限参数，为保证稳定，自启动电路设计采用两个三极管串联使用， Rb1，Rb2 ，Rc1为限流电阻。C13上的电压给辅助电源上的PWM控制器提供启动时间，随后当变压器输出端有稳定电压时，将由输出端提供能量。为防止输出端负载对充电回路的影响，加入二极管D14。采用该种方法设计可以减少限流电阻上的损耗，保证辅助电源稳定启动，为主电路PWM控制器提供相对稳定的电源做好铺垫。
单端正激式变压器磁芯材料采用德国VAC公司的超微晶材料磁环W373，由于辅助电源功率较小，故开关频率可以取得稍大，开关电源频率为50KHz。
整流滤波电路设计同BUCK结构设计类似。控制器同样采用TI公司的UC1525A，与BUCK结构设计方法相同。
1.4 开关电源热设计
本文所设计的开关电源在井下高温强振环境中工作，必须将发热器件产生的热量尽快发散出去，使温升控制在允许的范围之内，以保证可靠性。考虑工作环境特点，本设计采用散热片为开关电源散热。
MOS管采用IRFP460A，为尽可能好的散热，将功率管固定于散热片上，功率管和散热片之间加入导热系数好的散热硅脂。
2 开关电源性能测试
为确保所设计的开关电源能够满足系统性能需求，在实验室对样机进行性能测试。
2.1 开关电源基本功能测试
由于前端电压波动较大，为更好地看到效率与输出功率及输入电压波动情况，采用取样分别测量整流后电压70V、100V、145V、195V时效率随输出功率变化情况。测量输出功率时用直流档，测量整流前端输入功率时用有效值档，结果如表1所示。
2.2 开关电源可靠性测试
满额功率输出时，温度达到动态平衡时开关管最大温升约为15℃（采用点温仪测试）。电压及纹波参数均未出现异常现象，常温特性比较好。电源性能良好，输出电压误差小于1V。经过近800次开关通断电，电路工作状况未发生问题，电路输出电压不受影响。
长时间工作于150℃时，电路板及开关器件均正常，随着负载功率上升，输出电压有下降趋势。
3 结论
3.1 应用于钻井井下的开关电源，其主电路拓扑形式选用BUCK电路，所用电子器件少，结构形式简单，能够满足井下狭小空间对于工具尺寸的要求。
3.2 开关电源控制环路设计过程中需建立开关电源完整的小信号数学模型，并对其进行开环小信号分析，确保其稳定性。
3.3 主电路与辅助电路设计中对输出滤波参数的计算一方面采用理论计算，一方面采用经验值并考虑温度等特性，器件选型上有一定余量，保证其稳定工作。
3.4 在高温条件下，需要考察开关电源功率器件散热量和环境温度的平衡温度点以及功率器件在电源舱不同位置时的温升平衡点，确定功率器件最佳散热位置布局，实现开关电源温升最小化。
参考文献
[1]PRESSMAN A L.开关电源设计[M].王志强，译.北京：电子工业出版社.2005.
[2]周习祥，杨赛良.BUCKDC/DC 变换器最优化设计[J].电子设计工程，2010.
[3]赵负图.电源集成电路手册[M].化学工业出版社，2003.
电源电路设计方法范文4
但随着技术的不断发展，出现了混合集成电路设计的概念，从而克服了采用分离器件设计电路所存在的问题。混合集成电路DC/DC系统相对于传统的用分离器件设计的电源变换电路系统来说，具有高性价比、高可靠性、高速度、设计周期短等一系列的优点。
本文结合Fairchild公司设计的系列产品，对混合集成电路DC/DC变换器的设计原理、性能及应用等进行了分析研究。
混合集成电路DC/DC变换器的集成化设计方案
根据用户需求和设计的目的不同，Fairchild公司推出的混合集成电路DC/DC变换器主要采用两种设计方案。而每一种设计方案，电路的设计上又有细微的差，可以满足不同用户的需要。
1 混合集成电路DC/De变换器设计方案1
在混合集成电路DC/DC变换器中，内部电路集成了控制器、驱动器和MOSFE了等三种离散器件。对于每一类产品，其内部电路设计采用的离散器件可以包括三种离散器件中的全部或部分，具体的设计可根据用户的实际需要进行设计。混合集成电路DC/DC变换器设计方案l的电路原理如图1所示。
从混合集成电路DC/DC变换器设计原理图可以看出，该电路中主要包括控制器、驱动器和MOSFE了等有源器件模块。在实际使用时，电源输出端需要外接电感、电容等器件对输出电压信号进行滤波，同时，输出的电压信号需要接到电路的反馈引脚上，以保证电路的正常工作。
采用本方案设计的混合集成电路DC/DC变换器含有控制器、驱动器和MOSFE了等有源器件，其整机效率可以高达95％，电源变换系统性能高，相对于标准模块具有更高的性价比。
采用本方案设计的混合集成电路DC/DC变换器产品有FAN5029、FAN5069等。器件寄生效应低，输出电压纹波低，温度范围宽。
2 混合集成电路DC/DC变换器设计方案2
混合集成电路DC/DC变换器设计方案2是在一片混合集成电路DC/DC的设计中采用了两片专用或优化了MOSFET的同步BU CK电源转换拓扑结构，其电路原理如图2所示。
采用方案2设计的混合集成电路DC/DC变换器中，两个MOSFET器件具有互补的作用，以降低开关损耗，而这两个器件的设计位置可根据设计者的实际需要进行布局。该芯片还内置直通保护电路，可以有效防止电路上下桥臂的直通，大大地提高了电路的可靠性。在驱动电路设计部分，不仅比常规的电源变换设计增加了驱动能力，减少MOSFET的开通关断损耗，还把Boost-trap二极管也集成在芯片内部，以简化外部用户系统电路的设计。
DC/DC变换器的电压输出端需要外接电感和电容，对输出电压信号进行滤波，以满足用户系统电路的需要。变换器输出的电压信号需要接到芯片的反馈引脚上，以保证电路的正常工作。
采用此方案设计的混合集成电路DC/DC变换器产品有FDMF6700、FDMF8700等。器件中采用驱动集成电路加两个功率MOSFE了的设计方法，寄生效应极低，输出电压纹波低，工作温度范围宽，且节省了大量的板空间。
接口设计
采用Fairchild公司DC/DC变换器方案设计的电源变换器具有较大的电压输入范围，可根据需要在3.3～24V之间调整，该公司DC/DC变换器的输出电流可达到30A，输出电压范围根据需要可设计为高到输入电压的90％或低到O.8V。
Fairchild公司的DC/DC变换器除了基本的电压输入、输出端口外，一般还有HDRV(上桥臂MOSFET驱动引脚)、LDRV(下桥臂MOSFET驱动引脚)、GLDO(门驱动信号引脚)、DISB(禁止信号引脚)、PWM(脉宽调制信号引脚)、BOOT(反馈信号引脚)等信号端口，具体到各型器件则会有微小的差异。
功耗情况
消费类电子产品由于使用环境以及自身条件的限制，用户对所选用器件的功耗要求非常苛刻，尤其是电源变换器等便携式设备。
以Fairchild公司的产品为例，其混合集成电路DC/DC变换器采用集成化方案设计，并力求减小MOSFET的开通关断损耗，整机效率可高达95％。由于该变换器具有较高的转换效率，因此内部电路热损耗低，在实际使用中只需要使用较小的散热器或不用散热器，从而可以降低系统电路的总体设计成本。
封装形式与尺寸
由于数码相机、摄像设备、媒体播放器、桌面电脑等电子设备的外型力求小巧，因此这类产品对内部电路设计中器件的选用也同样要求小巧而高效。
很多电源公司都采用了更小更薄的封装形式，以节省系统电路的设计空间。如Fairchild公司的FAN5069采用了SSOP-16封装形式，尺寸仅为1.1mm×5mm×6.4mm，FDMF8700采用SMD封装形式，尺寸仅为O.8mm×8mm×8mm。
混合集成电路DC/DC变换器的在系统应用
混合集成电路DC/DC变换器在系统电路中应用时，需要提供必要的外接器件和控制信号。
在变换器的输入端，需要输入合适的控制信号及直流电压，以保证电路内部的各分离器件按设计的意图工作。同时，为了滤除输入电压信号上的噪声，建议在输入电压和地之间接入旁路电容，其容值应大于1μF。
在变换器的电压输出端需要接入合适参数的电感、电容，以滤除输出电压上的噪声。混合集成电路的输出电压需要通过自举电容接到电路的反馈引脚，以保证电路能够正常工作。
混合集成电路FDMF8700为Fairchild公司推出的采用混合集成电路设计方案2的一种产品，其特点有：输入电压典型值12V，开关频率最大可达500kHz，输出电流最大可达30A，器件内在的适应性门驱动，内部集成的自举二极管，器件最高效率大干90％，低压锁定，输出电压可禁止，采用微型SMD封装形式，产品制造使用无铅材料。FDMF8700电源变换器的典型应用电路如图3所示。
图3的电路中，DISB端为输出禁止信号，可以方便地开关整个电源。PWM端为脉宽调制信号，用来驱动上桥臂和下桥臂的MOSFET，VIN和VCIN端为输入电压信号，VOUT端为输出电压信号，输出电压通过自举电容CBOOT反馈到变换器的BOOT端。详细电路设计请参照该芯片的技术说明书。
上图应用电路中输入信号和各外接器件参数的选取可根据用户实际需要来具体确定。
结语
本文以Fairchild推出的系列产品为例对混合集成电路DC/DC变换器的设计与应用进行了分析研究。
电源电路设计方法范文5
关键词：开关电源；TOP249Y；脉宽调制；TOPSwitch
1引言
随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源得到了广泛的应用，以往开关电源的设计通常采用控制电路与功率管相分离的拓扑结构，但这种方案存在成本高、系统可靠性低等问题。美国功率集成公司POWERIntegrationInc开发的TOPSwitch系列新型智能高频开关电源集成芯片解决了这些问题，该系列芯片将自启动电路、功率开关管、PWM控制电路及保护电路等集成在一起，从而提高了电源的效率，简化了开关电源的设计和新产品的开发，使开关电源发展到一个新的时代。文中介绍了一种用TOPSwitch的第三代产品TOP249Y开发变频器用多路输出开关电源的设计方法。
2TOP249Y引脚功能和内部结构
2．1TOP249Y的管脚功能
TOP249Y采用TO－220－7C封装形式，其外形如图1所示。它有六个管脚，依次为控制端C、线路检测端L、极限电源设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。各管脚的具体功能如下：
控制端C：误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，利用控制电流IC的大小可调节占空比，并可由内部并联调整器提供内部偏流。系统关闭时，利用该端可激发输入电流，同时该端也是旁路、自动重启和补偿电容的连接点。
线路检测端L：输入电压的欠压与过压检测端，同时具有远程遥控功能。TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA。若L端与输入端接入的电阻R1为1MΩ，则欠压保护值为50VDC，过压保护值为225VDC。
极限电流设定端X：外部电流设定调整端。若在X端与源极之间接入不同的电阻，则开关电流可限定在不同的数值，随着接入电阻阻值的增大，开关允许流过的电流将变小。
源极S：连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点和电源回流基准点。
开关频率选择端F：当F端接到源极时，其开关频率为132kHz，而当F端接到控制端时，其开关频率变为原频率的一半，即66kHz。
漏极D：连接内部MOSFET的漏极，在启动时可通过内部高压开关电流提供内部偏置电流。
2．2TOP249Y的内部结构
TOP249Y的内部工作原理框图如图2所示，该电路主要由控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器／误差放大器、脉宽调制器（PWM）、门驱动级和输出级、过流保护电路、过热保护电路、关断／自动重起动电路及高压电流源等部分组成。
3基于TOP249Y的开关电源设计
笔者利用TOP249Y设计了一种新型多路输出开关电源，其三路输出分别为5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，电路原理如图3所示。该电源设计的要求为：输入电压范围为交流110V～240V，输出总功率为180W。由此可见，选择TOP249Y能够满足要求。
3．1控制电路设计
该电路将X与S端短接可将TOP249Y的极限电流设置为内部最大值；而将F端与S端短接可将TOP249Y设为全频工作方式，开关频率为132kHz。
图2
在线路检测端L与直流输入Ui端连接一2MΩ的电阻R1可进行线路检测，由于TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA，因此其欠压保护工作电压为100V，过压保护工作电压为450V，即TOP249Y在本电路中的直流电压范围为100～450V，一旦超出了该电压范围，TOP249Y将自动关闭。
3．2稳压反馈电路设计
反馈回路的形式由输出电压的精度决定，本电源采用“光耦＋TL431”，它可以将输出电压变化控制在±1％以内，反馈电压由5V／12A输出端取样。电压反馈信号U0通过电阻分压器R9、R11获得取样电压后，将与TL431中的2．5V基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变TOP249Y的控制端电流IC，再通过改变占空比来调节输出电压U0使其保持不变。光耦的另一作用是对冷地和热地进行隔离。反馈绕组的输出电压经D2、C2整流滤波后，可给光耦中的接收管提供电压。R4、C4构成的尖峰电压经滤波后可使偏置电压即使在负载较重时，也能保持稳定，调节电阻R6可改变输出电压的大小。
3．3高频变压器设计
由于该电源的输出功率较大，因此高频变压器的漏感应尽量小，一般应选用能够满足132kHz开关频率的锰锌铁氧体，为便于绕制，磁芯形状可选用EI或EE型，变压器的初、次级绕组应相间绕制。
高频变压器的设计由于要考虑大量的相互关联变量，因此计算较为复杂，为减轻设计者的工作量，美国功率公司为TOPSwitch开关电源的高频变压器设计制作了一套EXCEL电子表格，设计者可以方便地应用电子表格设计高频变压器。
3．4次级输出电路设计
输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管选用肖特基二极管可降低损耗并消除输出电压的纹波，但肖特基二极管应加上功率较大的散热器；电容器一般应选择低ESR等效串联阻抗的电容。为提高输出电压的滤波效果，滤除开关所产生的噪声，在整流滤波环节的后面通常应再加一级LCC滤波环节。
3．5保护电路设计
本电源除了电源控制电路TOP249Y本身所具备的欠压、过压、过热、过流等保护措施外，其控制电路也应有一定的保护措施。用D3、R12、Q1可构成一个5．5V的过压检测保护电路。这样，当5V输出电压超过5．5V时，D3击穿使Q1导通，从而使光耦电流增大，进而增大了控制电路TOP249Y的控制端电流IC，最后通过内部调节即可使输出电压下降到安全值。
图3
为防止在开关周期内，TOP249Y关断时漏感产生的尖峰电压使TOP249Y损坏，电路中设计了由箝压齐纳管VR1、阻断二极管D1、电容C5、电阻R2、R3组成的缓冲保护网络。该网络在正常工作时，VR1上的损耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承担；而在启动或过载时，VR1即会限制内部MOSFET的漏极电压，以使其总是处于700V以下。
4电源性能测试及结果分析
根据以上设计方法，笔者对采用TOP249Y设计的多路输出开关电源的性能进行了测试。实测结果表明，该电源工作在满载状态时，电源工作的最大占空比约为0．4，电源的效率约为90％，纹波电压控制、电压调节精度及电源工作效率都超过了以往采用控制电路与功率开关管相分立的拓扑结构形式的开关电源。
电源电路设计方法范文6
【关键词】PLC技术；自动化控制系统；优化设计；电气工程
1PLC技术及自动化控制系统概念
1.1PLC技术
工业自动化水平是衡量国家经济生产力水平的关键性标准，在这个过程中，工业自动化模式的发展，有利于促进国民经济的健康、可持续运作。随着科学技术的不断创新及应用，电气自动化系统已经成为工业发展体系的关键构成部分，该系统实现了对计算机技术、网络技术等的应用，自动化控制器是该技术系统的核心部件。在实践工作中，PLC自动化控制系统实现了对处理器、电源、存储器等设备的结合性应用，通过对各个设备应用功能的结合，有利于提升自动化控制系统的运作效率。在这个过程中，电源设备是该系统正常运作的基础，一旦电源设备不能正常发挥其功能，就会导致控制系统停滞的状况。在控制系统运作环节中，处理器是该系统的核心构成要素，在工作场景中，其需要进行相关数据信息的处理及转化，其具备良好的处理功能，为了应对电气自动化的复杂性工作环境，必须实现功能系统、设备运作及管理系统、监督系统等的协调。
1.2自动化控制系统优化概念
为了提升PLC自动化控制系统的运作效率，必须进行相关优化设计原则的遵守，满足被控制对象的工作要求，针对控制系统的基本功能及环境应用状况，展开积极的调查及研究，满足该系统优化设计工作的要求。这需要进行系统相关运作数据资料的整理及分析，进行系统设计及应用方案的优化选择。为了提升系统的整体运作效率，进行系统设计方案的科学性、规范性、简约性设计是必要的，从而降低系统的整体运作成本，实现系统综合运作效益的提升，确保系统整体运作的安全性及可靠性。为了提升系统的生产效率，进行PLC自动化控制目标的制定是必要的，进行工作实际与系统运作状况的结合，实现PLC容量模块的合理配置。
2PLC自动化控制系统设计方案
2.1硬件设计模块
为了实现自动化控制系统的稳定性运作，必须为其创造一个良好的硬件设计环境，这就需要进行硬件设计方案的优化，实现其内部各个工作模块的协调，进行控制系统工作总目标的制定。
2.2输入电路设计模块
输入电源是PLC自动化控制系统正常运作的基础，控制系统的供电电源具备良好的工作适应范围。为了满足现阶段自动化控制系统的工作要求，需要进行电源抗干扰性的增强，降低环境对输入电源的工作影响，这就需要进行电源净化原件的安装，实现隔离变压器、电源滤波器等的使用。在隔离变压器工作模块中，进行双层隔离方案的应用是必要的，实现屏蔽层的构建，降低外部环境高低频脉冲的影响。在输入电路设计过程中，需要进行电源容量的控制，优化电源的短路防护工作，确保电源系统的稳定性、安全性运作，提升输入电源的整体容量，为了提升电路的整体安全性，需要专门安装相应型号的熔丝。
2.3输出电路设计模块
在输出电路设计过程中，需要遵循自动化控制系统的相关生产工作要求，进行电路设计准备体系的健全，在这个过程中，通过对晶体管等的利用，进行变频器调速信息、控制信息等的输出，实践证明，通过对晶体管的利用，可以实现PLC控制系统运作效率的增强。在频率较低的工作环境中，需要进行继电器设备的选择，将其作为输出电路设备，该工程流程比较简单，且具备较高的工程应用效益，有利于增强自动化控制系统的整体负载能力。在这个过程中，为了避免出现浪涌电流的冲击状况，需要在直流感性负载旁进行续流二极管的安装，进行浪涌电流的有效性吸收，实现PLC自动化控制系统的稳定性运作。
2.4抗干扰设计模块
为了降低外部环境对系统运作的干扰，可以进行隔离方法的使用，在这个过程中，通过对超隔离变压器的使用，进行系统高频干扰状况的隔离。这也可以进行屏蔽方法的使用，进行干扰源传播途径的阻断，提升控制系统的整体抗干扰性，在实际工作场景中，可以将PLC工作系统放于金属柜内，金属柜具备良好的磁场屏蔽及静电屏蔽功能。为了减少控制系统运作过程中的干扰状况，进行布线分散干扰模式的应用是必要的，确保弱点信号线、强电动力线路等的分开走线。
3结语
为了实现社会经济的稳定性发展，必须进行PLC自动化控制方案的优化，实现硬件设计模块、软件设计模块、抗干扰模块等的协调，提升控制系统的整体运作效益。
参考文献
[1]李怀智.试析PLC自动化控制系统的优化设计[J].中国新技术新产品，2011（11）.
[2]何富其.基于PLC的自动化控制系统的配置及组态分析[J].制造业自动化，2011（06）.
