直流稳定电源设计精选(九篇)

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第1篇：直流稳定电源设计范文

【关键词】电子技术；数控直流稳压电源；设计方案

电源是保证电力电子设备持续生产提供电能的设备，电源电路中一般包含多个单元电路和系统电路，在诸多的电源中，使用的最为广泛的是直流电源。直流电源的获取方式，一般可以分为以下两种：第一是将电池作为直流电源，第二利用交流降压和滤波电流将交流电进行转换，使其成为直流电源。如今所使用的各种电源几乎都能够达到同时获取几个不同电压等级的要求，基于这种情况，数控制流稳定电源又成为了人们使用的最大需求，其能够通过电压的调节提供稳定的电压，而且能够将电压的精度保持在一个较高的水平内，这样便有效的提升了电源的使用质量，因此数控直流稳压电源的设计也受到了越来越多专家学者的重视。笔者认为，数控直流稳压电源的设计方案可以从以下几个方面考虑：

1.直流稳压电源方框图

在图1中所显示的是使用交流电压和滤波电流的方法转换而获得的直流电源，从中也可以看出，这一电源电路中包含的主要部分有减压电路、整流电路、稳压电路等，这些功能共同组成了直流稳定电流。通过上述方框图中的程序，便能同时形成多种直流电压形式，并且在不同的直流工作电中产生的抗压等级也有着一定的差异，因此，其能够同时满足多种不同电力电器设备对工作电压的需求。

1.1 降压电路

降压电路的主要功能是为了实现高压电的降压，为直流工作电压的形成奠定基础。

1.2 整流电路

整流电路是整个电源电路的核心部分，其主要的功能就是将交流电压通过整流二极管的作用，转化为单向的脉冲直流电压，该转换步骤是实现交流与直流转换的关键部分。

1.3 滤波电路

通过上述整流电路转换，输出的电压是单向脉冲星直流电压，该电压不能直接为电子电路提供直流电流的需要，因为其中含有较多的交流成分，这就需要通过滤波电路对其进行过滤，这样才能获得可以直接用于电路工作的稳定工作电压。

1.4 抗干扰电路及保护电路

在一般情况下，抗干扰电路具有多方面的功能，其中最为重要的就是具有较强的抗干扰作用，能够有效的防止交流网中的高频信号进入到整机电路中，防止其对整机电路的稳定性产生影响。同时，抗干扰电路的另一个重要作用就是对整流二极管的保护作用，能够在系统开始运行时防止大量的电流对整流二极管产生的冲击作用，有效的增强二极管工作的可靠性，这种抗干扰作用的实现需要使用小容量电器实现。

1.5 保护电路

保护电路中包含了很多种了，其中电路电源中的保护电路对于电路整体的运行都有着十分重要的影响，在大多数情况下都需要使用电路电源来实现保护动作，从而保证电路电源工作的稳定性。

1.6 稳压电路

稳压电路的功能通常需要利用基层稳压器来实现，在集成稳压器中又分为三端固定式和三端稳压电源两种方式。

2.直流稳压电源设计电路

在直流稳压电源设计中，主要是为了实现稳压电源在电路中的保护作用，并且实现对其他集成电路的持续供电，因此对于精密度的要求可以适当的降低，基于上述要求，在本次设计中使用三端固定式稳压电路便能够满足基本的设计和使用需求，同时也能够时电路的设计更加简便。

要完成D/A的转换以及有效的运算，必须要在以正负电源同时供电作为基础，因此选择15V供电电源。在数字控制电路中要求使用5V电源，可以通过7805集成三端稳压器组成的电源实现。在该电路中，变压器使用的是双抽头的18V变压器。可以输出两路的18V交流电压（变压器的选择一般的标准足：输出电压若要满足U0≥12V。则变压器次级输出的电压一般应需要满足Uo+2V；输出电压若要满足U0≤12V。则变压器次级输出的电压一般应需要满足=U0）。

3.数显电路

在该设计思路中，从计数器的输出端输出的信号通过翻译，进入到译码器的输入端，通过译码器外部的显示器便能够实现数字显示功能。本次设计中使用的是七段译码器，其能够通过信号的输入和输出来实现LED显示器实现对线路的显示和控制。从整个电路的使用需求来看，这里应当使用的输入译码器为BCD码较为科学，其在功能实现方面更加方便，也能够提高LED显示的稳定性。

4.输出电路

在系统的输出电路中，一般包括模拟加法器和电压跟随器两个主要部分。当电压通过输入端进入到模拟加法器中，一部分作为小数位的电压值，另一部分则作为十位上的电压值，不同的电压值同时存在于加法器内进行模拟计算，计算的结果以电流的方式输出，但是这时输出的电流较小，无法满足外用驱动设备的需求。因此，在加法器进行运算之后，还需要将输出的电流进行扩大，这样才能够满足电子电器设备的使用要求，对电流放大的功能可以利用模拟加法器中的集成运算放大功能来实现。

5.D/A转换电路

不同的级别输出电路有着不同的运作方式，其通过对电阻的调节来实现输出电压的控制，在每一级的DAC0832电路中都存在着多种树木模式，不同的数位连接方法也有着较大的差异，所以要通过调整端的作用来实现对启动速度和动态抗阻的有效调节，保证其稳定性，才能将该电压作为基准电压电源。

6.计数器电路及控制电路的设计

计数器电路的主要功能体现在将输入的数字值进行D/A转换之后完成整个电路的转换，这也是实现数控功能的急促航和前提。而控制电路的实现，则是通过对控制器的控制来实现的，一般利用“+”“-”键对电压的大小进行控制，同时实现不同档之间的转换。

参考文献

[1]马花萍.低成本数控直流稳压电源设计[J].科技信息,2012(19).

[2]周述良,张玉平.数控直流稳压电源设计[J].现代电子技术,2011(16).

[3]傅莉.数控直流稳压电源设计[J].电子科技,2010(11).

作者简介：

第2篇：直流稳定电源设计范文

关键词：单片机；智能稳压电源；系统原理；电源设计

1前言

随着科学技术的发展，促进了通讯事业的发展，电气设备和电子设备的稳压电源性能逐渐提高，使稳压电源逐渐向低成本、小型化和高效率方面发展，确保了稳压电源的可靠性，不会受到低电磁的干扰，使稳压电源逐渐向精度低和功能简单化转变。以单片机为系统的稳压电源弥补了传统电源中存在的不足，降低了制作成本，Y构更加紧凑，符合当前社会的发展要求。

2智能稳压电源系统原理

在对智能稳压电源进行设计时，需要以开关电源为基础，将高性能的单片机作为控制核心，在组成数据中进行电路处理，充分利用监测与控制软件功能，对开关电源输出的电压和电流进行数据处理，将采样数据与给定数据进行比较分析，以此来达到对开关电源工作状况进行控制和调整的目的。同时还需要加大对开关电路输出电流大小和工作温度的控制。送入到开关中的调整电流主要是经整流、滤波变成直流电所形成的电流，需要通过调整电路的形式，对输入的方波信号进行控制，确保能够输出稳定的直流电。用户可以对输出的电压值和输出的电流值通过键盘给定稳压电源进行控制，通过对单片机系统中的用户给定数据进行比较分析的形式，结合设置的调整算法对电路开关进行控制和调整，确保输出的电压值符合给定值，需要对输出电压中的电路进行检测，如果输出的电流和工作的温度超出给定值，需要重新进行保护电路的启动。

3单片机基础下的智能稳压电源设计

3.1系统的总体设计

系统在设计过程中，主要是利用AT89C52单片机进行一路1V-9V连续可调电压输出，主要是通过外接键盘和串口通信连接的形式来输出上位机的电压值，电压值为0.01V，电压具有步近增减功能，可以运用数字来显示输出电压值。为了确保系统的正常工作，需要配备一套备用电源，备用电源主要由电压调整模块、系统供电模块、显示模块和人机交互模块共同组成。

3.2硬件设计

3.2.1AT89C52程控模块

在对硬件系统进行设计时，需要将AT89C52程控模块作为系统设计的核心，需要明确51系列单片机型号，微处理器主要是运用8K字节闪存的高性能和低电压处理器，将Flash存储器与微处理器有机结合起来，需要对Flash存储器进行反复擦写，以此来降低系统开发成本。

3.2.2电压调整模块

电压调整模块主要是指变压器次级输出的交流电，交流电会通过电容滤波和全波整流后送到调整管NMIS管中。电阻R3和R4会形成不同形式的取样电路。需要对输出端的输出电压DC0进行取样采集，运用A/D转换器的形式对输出端的实际电压值送入到单片机中，通过对单片机进行计算的形式，求出电压设定值和实际输出值两者之间的差额。运用调用PID做好单片机控制信号的输出。与DAC和ADC构成闭环控制回路，做好信号的输出控制工作，将信号控制到D/A转换器中，将其转换为模拟信号DA0。并将模拟信号与输出的电压值进行比较，来达到控制电压和调整电路的目的，确保输出端的电压能够维持在预先设定的额定范围内，达到稳压的目的。

3.2.3备用电源模块

备用电源以两节可充电锂离子电池为主，在使用过程中主要是出于体积、电源总重量和经济因素考虑。锂离子自身具有优良的性能，在实际的使用过程中主要是运用单片机来发送信号，放电过程主要是利用芯片的反向，对MOS管的通断情况进行控制。要做好锂电池充电工作，运用LC滤波后使用MOS管导电的形式进行充电。

3.3软件设计

智能电源系统的软件设计由电压输出、电压测量和电压调节等闭环结构共同组成。在进行软件设计时，需要运用模块化思想进行设计，设计内容主要包括键盘、使单片机和LCD等工作内容。在智能电源初始化过程中，需要做好8031各个口复位工作，需要从EEPROM过程中对上次关机前存入的数据进行读取，对开关电路进行控制。在初始化工作完成后，需要做好开中断工作，中断工作不会突然停止，会出现请求提示，可以利用数据采样的形式进行给定值读取，需要通过数据处理，调用报警保护子程序的形式来了解短路或过流情况。如果没有出现短路或过流情况，需要对电压控制算法进行重新设置，做好键盘和保护程序设定，将子程序作为保护报警程序中的重要组成部分。

第3篇：直流稳定电源设计范文

【关键词】自动化测试系统；高可靠性； Labview

Abstract：According to the test requirement of secondary power supply in missile ，automated measurement system is designed for collecting secondary power supply module multi-channel output signal，the signal modulation circuitry is controlled by the system which converts the load and multi-switches the measuring signal through the digital switch I/O card，controlling electronic measuring instrument to measure static or transient characteristics of the secondary power output based on Angilent GPIB board .Software platform build on Labview，with a mature development process and high reliability.

Key words：automated measurement system；high reliability；Labview

1.引言

二次电源组件用于将弹体热电池输出的直流电变换成不同输出电压的多路隔离式直流稳定电源，为导弹飞行控制系统提供高可靠性的供电，在批生产时，需要对二次电源的输出特性做具有高效率、一定精度的自动化测试并可对数据进行有效的管理[1]。本文针对二次电源的静态和瞬态输出特性测试指标，基于Labview虚拟仪器技术，设计出具有扩展性和高可靠性的自动化测试系统，解决了系统测试效率低，测试数据不易管理等问题[2]。

2.测试系统的硬件设计

系统硬件主要由工控机（内置基于GPIB总线的Angilent 82350B板卡和基于ISA总线的Advantech PCI-734 I/O卡）、示波器（TDS 3012B）、数字多用表（KEITHLEY 2000）、信号调理板、供电电源组成，其总体结构如图1所示。

测试系统的控制核心单元是工控机，测控板卡和通用测量仪器通过PCI总线接收控制、调度命令，同时进行数据采集、数据分析、数据存储、结果判断以及结果显示、打印报表等工作。

GPIB卡负责与示波器、多用表的通信，继电器I/O模块卡用于控制被测产品工作电源的输人/输出，以及一些控制逻辑的切换[3]。

调理板上包含三组继电器阵列，通过 I/O控制板控制不同继电器组达到控制目的。（提前已节）

标准仪器中万用表用来测量产品的直流特性；示波器用来测试产品的交流特性和启动特性；

3.测试系统软件设计

测试系统软件，分为测试控制、数据处理，系统设置三大功能模块，每个模块由不同的子功能VI组成，以实现仪器控制、数据处理和系统参数调整三大类的功能。软件总体架构如图2所示。

整体软件架构采用扁平化设计风格，即将更多的操作内容表现在一个操作平面中，同时弱化界面上无用的操作干扰，可以让操作者快速聚焦到测试软件核心工作流程中，降低误操作的概率和避免重复操作[4]软件在测试流程的搭建上采用封装流程子项VI，在框架中以静态引用的方式进行调用，为每个流程分支进行单独的内存管理。调用静态VI时加入完整的内存释放机制，防止进程间产生干扰（如图3所示）[5]。

系统在测试时序上采用状态位机制设计，即在每个工作循环中设置标志位，工作循环相当于整个工作流中的状态，状态开始或结束触发标志位，引发下一个工作状态的执行，以保证测试系统工作时序的准确性[6]。

3.1 测试控制

测试控制模块负责选择信号调理板上不同的负载，选择产品输出通道，控制电源给产品加载不同电压。主要通过PCI总线改变734 I/O板的输出，控制信号调理板上的继电器阵列，达到控制目的。控制模块的框图如图4所示。

3.2 数据采集

数据采集模块通过读取示波器TDS 3012B和KE2000多用表中的值来获取产品的测试数据。

在数据采集模块中，使用了KE2000的仪器驱动程序来设置多用表并读数，而示波器通过VISA库对示波器进行直接设置，主要设置示波器通道、触发电平、刻度、触发位置等参数。在产品测试过程中，使用多用表测试产品的直流特性，如电压值，使用示波器测试产品的交流特性和启动特性，如峰-峰值、启动过冲等。测试框图如图5所示[7]。

3.3 数据处理

3.3.1 数据分析

从仪器中读取的数据是字符串类型的ASCii码，其中包含所有的测试信息，如以科学计数法表示的数据、测试通道、数据单位等信息，需要进行处理，提取数值、单位等信息，并将数值显示到前面板中。同时，根据预设标准值与提取数值对比，以此判断产品测试结果是否正确，如果数据错误，需要在前面板中标红显示（如图6所示）。

3.3.2 数据显示

产品的测试数据较多，因此在前面板采用表格控件显示测试数据，同时将判断模块的输出作为判断依据，改变表格的属性节点，将错误数据高亮标红。

3.3.3 数据存储

测试数据需要根据生产实际需要，进行统一格式的存储，方便产品状态的跟踪和过程控制，也可以满足测试数据的统一上传管理需要。

通过LabSQL扩展功能，可对整体编程风格影响很小的基础上引入数据库管理（如图7所示）。

3.4 报表生成

测试结束后需根据EXCEL模板生成测试记录卡。在EXCEL中按照测试记录卡格式设计好模板，然后调用LabVIEW中生成报表控件，在模板对应标签中依次添加数据

3.5 数据传输接口

使用LABVIEW封装好的TCP/IP功能函数包，建立与服务器端的连接，使客户端随时保证可连接状态，将测试数据按照一定封包标准实时上传。

4.系统应用效果验证

系统可有效完成二次电源各项电性能参数的测试以及测试数据的统一存储和上传。经过生产验证，该系统可极大的缩短二次电源的生产交付周期，同时具有良好的运行稳定性，满足二次电源组件实际生产要求。

参考文献

[1]孙中泉，李涛，张华锋.某型导弹测试设备计量设计与实现[J].国外电子测量技术，2011，30（8）：41-45.

[2]王方明，林，曹景阳，等.天线间耦合度自动测试系统设计[J].国外电子测量技术，2010，29（8）：9-12.

[3]吴成东，孙秋野，盛科.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[4]杨乐平，李海涛，赵勇.LabVIEW高级程序设计[M].北京：清华大学出版社，2003.

[5]何克忠，李伟.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，1998.

[6]修运访，罗凯，高天德，等.基于LabVIEW虚拟信号发生器设计[J].国外电子测量技术，2005（4）：27-29.

[7]冯国彦，石林锁，岳增平.基于LabVIEW的一种新型过程控制方法及实现[J].电子测量与仪器学报，2007（4）.

第4篇：直流稳定电源设计范文

为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入SIMetrix仿真工具。借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激发学习的兴趣并增强实践能力。

一、SIMetrix仿真软件介绍

SIMetrix/SIMPLIS是一款用于优化设计电力电子电路的高级仿真工具，是由美国Transim公司开发的软件包，具有优秀的收敛性能和仿真速度，小信号分析方面独具优势，非常适合于开关电源产品的验证、分析、设计和开发。其内部提供了两种仿真模式——SIMetrix和SIMPLIS，其中SIMetrix包含了一个增强型SPICE仿真器、原理图编辑器和波形显示器，与其它通用仿真软件相比，SIMetrix具有以下特点：[1，2]

特点一：包含丰富的器件模型。模型库不仅包含了理想的电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的开关电源系统。

特点二：先进的测量功能。波形可通过选择检测器然后点击原理图生成，或在原理图上放入固定的检测器生成，可在仿真后甚至仿真时查看波形，非常方便。

特点三：强大的波形处理功能。为波形分析提供RMS、frequency、-3dB、FFT等40多种函数，选择这些函数可获得计算结果并显示在波形旁边。

特点四：具有多种分析功能。包括瞬态分析、交流分析、直流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。

此外，SIMetrix仿真软件的仿真结果与实际非常接近，用户图形界面友好，仿真直观，使用者容易掌握。

二、基于UC3842的反激电路仿真实例分析

反激变换器具有高可靠性、高效率、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升/降压范围宽、易于多路输出等优点，是小功率开关电源的理想电路拓扑。UC3842是SIMetrix仿真工具模型库自带的集成芯片，其外围器件少、性能良好、价格低廉。综上所述，以UC3842控制的反激电源为仿真实例，电路简单且具有代表性，满足初学者的基本学习要求，具体的仿真电路如图1所示。

1.仿真电路原理

（1）主电路原理。交流输入电压经D1-D4组成的桥式整流及电解电容C1滤波后变成脉动直流电压。该直流电压由功率开关管Q1以很高的工作频率通断，将直流电变换成高频脉冲施加在变压器TX1的初级绕组上，然后由次级绕组输出。当开关管Q1导通时，变压器初级绕组有电流通过并且线性增加，施加在初级绕组上的电压为上正下负，使次级绕组产生下正上负的感应电动势，二极管D5承受反向偏压截止，次级绕组电流为零，变压器储能，这时负载由电容C2放电提供能量。当开关管Q1关断时，初级绕组的磁通量减小，为了维持电流不变而产生下正上负的感应电动势，次级绕组变成上正下负，D5导通，存储在变压器中的能量给C2充电并向负载供电。辅助绕组工作过程与次级绕组相同，一方面经过D6整流、C3滤波后为UC3842供电，另一方面经D7整流、C4滤波后为其提供反馈信号。由于反激变换器不可以空载，所以辅助绕组接假负载 R3。最后，在次级绕组和辅助绕组对应输出稳定的12V和15V直流电压。

（2）控制电路原理。[3]交流输入经过整流滤波得到直流电压，通过电阻R1降压后给电容C3充电，当Vp端电压达到启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由Vout端输出推动开关管Q1工作。芯片启动后，工作电压由辅助绕组提供。同时，辅助绕组的输出经过R8和R9分压反馈到Vfb端。当电源电压或负载变化引起输出电压变低时，Vfb端的反馈电压减小，UC3842输出的PWM波的占空比增加，开关管Q1的导通时间变长，输出电压升高；反之，当输出电压升高时，占空比减小，Q1的导通时间变短，输出电压降低，从而使输出电压保持恒定，实现稳压。电阻R4用于电流检测，将初级绕组的电流转换为电压信号送入UC3842的Sense端，形成电流反馈。当由于某种原因产生过流时，开关管Q1的漏极电流将大大增加，电阻R4两端的电压上升，Sense端的电压也上升，当该端的电压超过正常值达到1V时，Vout端无输出，Q1截止，从而保护电路。Ref端和Osc端外接定时电阻R6和定时电容C6，确定工作频率。Vfb端与Comp端之间接R7和C7补偿电路，用于改善增益和频率特性。R5和C5构成RC滤波电路，削弱电流检测信号中的尖峰脉冲干扰，保证电源正常工作。

2.仿真电路参数设计

本仿真电路的主要技术指标：输入电压Vin：220（1±10%）VAC；输出电压Vo：12V，输出电流Io：2.5A；辅助绕组的输出电压VF：15V，开关频率fs：100kHz；效率η：80%。对应图1的仿真电路，完成所有元件参数的计算和电路的设计。

（1）主电路设计和参数计算。根据文献[4]和[5]，已知交流输入电压的范围，可以计算出经过整流滤波电路输出的直流电压范围是238V～342V，然后计算最大占空比为0.37，由此可得高频变压器的次级绕组和初级绕组的变比为0.09。又根据辅助绕组与次级绕组的电压、变比的关系，可计算得辅助绕组与初级绕组的变比为0.11。由前面的计算值结合电源的功率、效率参数，分别得到初级绕组电流峰值为0.67A，电感值为1.3mH。开关管Q1工作于最大输入电压342V的同时还承受了高频变压器的反向电动势，一般为135V，因此Q1的最大漏极电压约500V，最大漏极电流由上可知为 0.67A。由文献[5]和[6]可计算，输入整流桥二极管D1-D4的额定电压应大于427V，额定电流有效值应大于0.76A，输出整流二极管D5的最大反向峰值电压为42.8V，同理可得D6、D7的最大反向峰值电压为53.5V。根据文献[7]，输入滤波电容C1的经验值可用输出功率值瓦特数乘以1uF计算，约等30uF。输出滤波电容C2经计算应大于185uF，为了使滤波效果更好，在此取470uF，同理，C3和C4分别取1uF、10uF。假负载 R3的功率按额定功率的5%来设计，其值为150Ω。

（2）控制电路设计和参数计算。[7，8]已知开关频率100kHz，通过UC3842的工作频率计算公式：f=1.72/（RT×CT），可选取定时电阻R6=15kΩ，并计算定时电容C6=1nF。电流检测电阻R4=1/Ipk，其中Ipk为初级绕组电流的峰值，由上可知是0.67A，因此R4=1.5Ω。反馈电路的分压电阻R8和R9可通过公式VF×R8/（R8+R9）=2.5V确定，选取R8=20kΩ，R9=4kΩ。UC3842的启动电流在lmA左右，考虑到启动时间及R1上消耗的功率，实际设计中R1取30kΩ。R5和C5取典型值，分别为1kΩ、470pF。R7和C7的值以电源的闭环传递函数经过补偿后，截止频率位于工作频率的1/5处并且相位裕量约60°为宜，在此分别取15kΩ、1nF。

3.仿真电路搭建步骤

根据以上计算结果，仿真模型的搭建过程及各种参数设置如下：

（1）点击Place＼Passives，选择理想变压器（Ideal Transformers）和电路全部的电阻（Resistor[Box Shape]）、电容（Capacitor）。变压器的初、次级绕组数分别选择1和2，定义次级绕组、辅助绕组与初级绕组的比值分别为0.09和0.11，设置初级绕组的电感值为1.3mH，其他参数采用默认值。电阻、电容值可根据前面的计算结果设置。

（2）点击Place＼From Model library，在NMOS中，为功率开关管Q1选择高频特性较好的MOS管IRF840，其电压、电流定额为500V/8A。在Diode中，为输入整流桥二极管D1-D4选择快恢复二极管BY233-600，其电压、电流定额为600V/10A；为输出整流二极管D5选择快恢复二极管mur110，其电压、电流定额为100V/1A；为D6和D7选择快速开关二极管D1N4148，其电压、电流定额为75V/150mA。在PSU Controllers中，选择UC3842。

（3）点击Place＼Source，选择多功能电源（Universal Source），设置波形为正弦波，频率50Hz，峰峰值为622V，其他参数采用默认值。

（4）点击Simulator＼Choose Analysis，选择暂态分析（Transient）仿真模式，设置停止时间为20ms，其他参数采用默认值。

三、仿真结果分析

在额定交流输入220V/50Hz、满载的情况下，得到仿真波形如图2所示。6个波形自上而下分别为PWM控制信号、初级绕组电压、直流输出电压、开关管电压、初级绕组电流和次级绕组电流。由波形可知，PWM控制信号的频率约95kHz，占空比为0.32，初级绕组电压范围为-145V～297V，开关管承受最大电压445V，直流输出电压12V，纹波电压约25mV，初、次级绕组电流峰值分别为747mA和8.2A。另外从初、次级绕组电流的关系可知，电源工作在不连续模式。结果表明，本仿真电路参数设计合理，器件选择满足要求，仿真结果与理论基本一致。

四、结论

通过以上简单的仿真实例分析可知，SIMetrix仿真开关电源方便、简单、快捷且仿真模型和与电源实物非常接近。教师在课堂讲授的过程中演示仿真，可使讲解变得生动、形象、直观。与实验相比，仿真不受时间、空间、物质条件限制的同时也更安全，教师应鼓励学生在课后使用，不仅加深对原理知识的掌握，锻炼了实践动手能力，还可以提高他们学习的兴趣和积极性，培养创造能力。因此，SIMetrix仿真软件对该课程教学具有很好的应用价值。

参考文献：

[1]傅文珍.基于SIMetrix的“电力电子技术”仿真辅助教学研究[J].嘉兴学院学报，2013，25（3）：1-5.

[2]杨浩东，王伟.电力电子教学中常用仿真软件对比[J].中国电力教育，2012，（3）：112-113.

[3]陈纯锴.开关电源原理、设计及实例[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4]李定宣，丁增敏.开关稳定电源设计与应用[M].第二版.北京：中国电力出版社，2011.

[5]程何小，何卫彬.基于TOP224YN的反激式开关电源设计[J].声学与电子工程，2011，（2）：37-39，45.

第5篇：直流稳定电源设计范文

关键词：开关电源及其软开关技术；SIMetrix仿真；UC3842；反激电路

作者简介：张冬梅（1983-），女，广东湛江人，华南理工大学广州学院电气工程学院，讲师。（广东 广州 510800）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0080-02

为了完善专业的知识结构、配合学校培养应用型人才的办学思路，华南理工大学广州学院电气工程学院为本科生开设了“开关电源及其软开关技术”这门课程。该课程是“电力电子技术”的后续课程，系统地介绍了开关电源电路的结构组成、工作原理、设计方法和开发过程，其综合性、工程性和实用性很强。目前，课程在教学中存在的主要问题：第一，虽然在课堂教学中使用了多媒体课件，但依然需要花费大量精力对电路工作原理及其波形进行描述和分析，学生仅凭听讲还是很难深入理解。第二，在本科生中开设该课程的高校较少，在市场上很难找到针对该课程的实验装置，学生学习的理论知识得不到很好的验证。第三，开关电源的硬件开发是一项知识面要求宽、难度大又危险的复杂技术工作，受时间、空间、物质条件等因素限制，在这方面不能做过多要求，因此学生动手能力得不到真正的锻炼。

为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入SIMetrix仿真工具。借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激发学习的兴趣并增强实践能力。

一、SIMetrix仿真软件介绍

SIMetrix/SIMPLIS是一款用于优化设计电力电子电路的高级仿真工具，是由美国Transim公司开发的软件包，具有优秀的收敛性能和仿真速度，小信号分析方面独具优势，非常适合于开关电源产品的验证、分析、设计和开发。其内部提供了两种仿真模式——SIMetrix和SIMPLIS，其中SIMetrix包含了一个增强型SPICE仿真器、原理图编辑器和波形显示器，与其它通用仿真软件相比，SIMetrix具有以下特点：[1，2]

特点一：包含丰富的器件模型。模型库不仅包含了理想的电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的开关电源系统。

特点二：先进的测量功能。波形可通过选择检测器然后点击原理图生成，或在原理图上放入固定的检测器生成，可在仿真后甚至仿真时查看波形，非常方便。

特点三：强大的波形处理功能。为波形分析提供RMS、frequency、-3dB、FFT等40多种函数，选择这些函数可获得计算结果并显示在波形旁边。

特点四：具有多种分析功能。包括瞬态分析、交流分析、直流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。

此外，SIMetrix仿真软件的仿真结果与实际非常接近，用户图形界面友好，仿真直观，使用者容易掌握。

二、基于UC3842的反激电路仿真实例分析

反激变换器具有高可靠性、高效率、电路拓扑简洁、输入输出电气隔离、升/降压范围宽、易于多路输出等优点，是小功率开关电源的理想电路拓扑。UC3842是SIMetrix仿真工具模型库自带的集成芯片，其器件少、性能良好、价格低廉。综上所述，以UC3842控制的反激电源为仿真实例，电路简单且具有代表性，满足初学者的基本学习要求，具体的仿真电路如图1所示。

1.仿真电路原理

（1）主电路原理。交流输入电压经D1-D4组成的桥式整流及电解电容C1滤波后变成脉动直流电压。该直流电压由功率开关管Q1以很高的工作频率通断，将直流电变换成高频脉冲施加在变压器TX1的初级绕组上，然后由次级绕组输出。当开关管Q1导通时，变压器初级绕组有电流通过并且线性增加，施加在初级绕组上的电压为上正下负，使次级绕组产生下正上负的感应电动势，二极管D5承受反向偏压截止，次级绕组电流为零，变压器储能，这时负载由电容C2放电提供能量。当开关管Q1关断时，初级绕组的磁通量减小，为了维持电流不变而产生下正上负的感应电动势，次级绕组变成上正下负，D5导通，存储在变压器中的能量给C2充电并向负载供电。辅助绕组工作过程与次级绕组相同，一方面经过D6整流、C3滤波后为UC3842供电，另一方面经D7整流、C4滤波后为其提供反馈信号。由于反激变换器不可以空载，所以辅助绕组接假负载 R3。最后，在次级绕组和辅助绕组对应输出稳定的12V和15V直流电压。

（2）控制电路原理。[3]交流输入经过整流滤波得到直流电压，通过电阻R1降压后给电容C3充电，当Vp端电压达到启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由Vout端输出推动开关管Q1工作。芯片启动后，工作电压由辅助绕组提供。同时，辅助绕组的输出经过R8和R9分压反馈到Vfb端。当电源电压或负载变化引起输出电压变低时，Vfb端的反馈电压减小，UC3842输出的PWM波的占空比增加，开关管Q1的导通时间变长，输出电压升高；反之，当输出电压升高时，占空比减小，Q1的导通时间变短，输出电压降低，从而使输出电压保持恒定，实现稳压。电阻R4用于电流检测，将初级绕组的电流转换为电压信号送入UC3842的Sense端，形成电流反馈。当由于某种原因产生过流时，开关管Q1的漏极电流将大大增加，电阻R4两端的电压上升，Sense端的电压也上升，当该端的电压超过正常值达到1V时，Vout端无输出，Q1截止，从而保护电路。Ref端和Osc端外接定时电阻R6和定时电容C6，确定工作频率。Vfb端与Comp端之间接R7和C7补偿电路，用于改善增益和频率特性。R5和C5构成RC滤波电路，削弱电流检测信号中的尖峰脉冲干扰，保证电源正常工作。

2.仿真电路参数设计

本仿真电路的主要技术指标：输入电压Vin：220（1±10%）VAC；输出电压Vo：12V，输出电流Io：2.5A；辅助绕组的输出电压VF：15V，开关频率fs：100kHz；效率η：80%。对应图1的仿真电路，完成所有元件参数的计算和电路的设计。

（1）主电路设计和参数计算。根据文献[4]和[5]，已知交流输入电压的范围，可以计算出经过整流滤波电路输出的直流电压范围是238V～342V，然后计算最大占空比为0.37，由此可得高频变压器的次级绕组和初级绕组的变比为0.09。又根据辅助绕组与次级绕组的电压、变比的关系，可计算得辅助绕组与初级绕组的变比为0.11。由前面的计算值结合电源的功率、效率参数，分别得到初级绕组电流峰值为0.67A，电感值为1.3mH。开关管Q1工作于最大输入电压342V的同时还承受了高频变压器的反向电动势，一般为135V，因此Q1的最大漏极电压约500V，最大漏极电流由上可知为0.67A。由文献[5]和[6]可计算，输入整流桥二极管D1-D4的额定电压应大于427V，额定电流有效值应大于0.76A，输出整流二极管D5的最大反向峰值电压为42.8V，同理可得D6、D7的最大反向峰值电压为53.5V。根据文献[7]，输入滤波电容C1的经验值可用输出功率值瓦特数乘以1uF计算，约等30uF。输出滤波电容C2经计算应大于185uF，为了使滤波效果更好，在此取470uF，同理，C3和C4分别取1uF、10uF。假负载 R3的功率按额定功率的5%来设计，其值为150Ω。

（2）控制电路设计和参数计算。[7，8]已知开关频率100kHz，通过UC3842的工作频率计算公式：f=1.72/（RT×CT），可选取定时电阻R6=15kΩ，并计算定时电容C6=1nF。电流检测电阻R4=1/Ipk，其中Ipk为初级绕组电流的峰值，由上可知是0.67A，因此R4=1.5Ω。反馈电路的分压电阻R8和R9可通过公式VF×R8/（R8+R9）=2.5V确定，选取R8=20kΩ，R9=4kΩ。UC3842的启动电流在lmA左右，考虑到启动时间及R1上消耗的功率，实际设计中R1取30kΩ。R5和C5取典型值，分别为1kΩ、470pF。R7和C7的值以电源的闭环传递函数经过补偿后，截止频率位于工作频率的1/5处并且相位裕量约60°为宜，在此分别取15kΩ、1nF。

3.仿真电路搭建步骤

根据以上计算结果，仿真模型的搭建过程及各种参数设置如下：

（1）点击Place＼Passives，选择理想变压器（Ideal Transformers）和电路全部的电阻（Resistor[Box Shape]）、电容（Capacitor）。变压器的初、次级绕组数分别选择1和2，定义次级绕组、辅助绕组与初级绕组的比值分别为0.09和0.11，设置初级绕组的电感值为1.3mH，其他参数采用默认值。电阻、电容值可根据前面的计算结果设置。

（2）点击Place＼From Model library，在NMOS中，为功率开关管Q1选择高频特性较好的MOS管IRF840，其电压、电流定额为500V/8A。在Diode中，为输入整流桥二极管D1-D4选择快恢复二极管BY233-600，其电压、电流定额为600V/10A；为输出整流二极管D5选择快恢复二极管mur110，其电压、电流定额为100V/1A；为D6和D7选择快速开关二极管D1N4148，其电压、电流定额为75V/150mA。在PSU Controllers中，选择UC3842。

（3）点击Place＼Source，选择多功能电源（Universal Source），设置波形为正弦波，频率50Hz，峰峰值为622V，其他参数采用默认值。

（4）点击Simulator＼Choose Analysis，选择暂态分析（Transient）仿真模式，设置停止时间为20ms，其他参数采用默认值。

三、仿真结果分析

在额定交流输入220V/50Hz、满载的情况下，得到仿真波形如图2所示。6个波形自上而下分别为PWM控制信号、初级绕组电压、直流输出电压、开关管电压、初级绕组电流和次级绕组电流。由波形可知，PWM控制信号的频率约95kHz，占空比为0.32，初级绕组电压范围为-145V～297V，开关管承受最大电压445V，直流输出电压12V，纹波电压约25mV，初、次级绕组电流峰值分别为747mA和8.2A。另外从初、次级绕组电流的关系可知，电源工作在不连续模式。结果表明，本仿真电路参数设计合理，器件选择满足要求，仿真结果与理论基本一致。

四、结论

通过以上简单的仿真实例分析可知，SIMetrix仿真开关电源方便、简单、快捷且仿真模型和与电源实物非常接近。教师在课堂讲授的过程中演示仿真，可使讲解变得生动、形象、直观。与实验相比，仿真不受时间、空间、物质条件限制的同时也更安全，教师应鼓励学生在课后使用，不仅加深对原理知识的掌握，锻炼了实践动手能力，还可以提高他们学习的兴趣和积极性，培养创造能力。因此，SIMetrix仿真软件对该课程教学具有很好的应用价值。

参考文献：

[1]傅文珍.基于SIMetrix的“电力电子技术”仿真辅助教学研究[J].嘉兴学院学报，2013，25（3）：1-5.

[2]杨浩东，王伟.电力电子教学中常用仿真软件对比[J].中国电力教育，2012，（3）：112-113.

[3]陈纯锴.开关电源原理、设计及实例[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4]李定宣，丁增敏.开关稳定电源设计与应用[M].第二版.北京：中国电力出版社，2011.

[5]程何小，何卫彬.基于TOP224YN的反激式开关电源设计[J].声学与电子工程，2011，（2）：37-39，45.

[6]张维.单端反激式开关电源研究与设计[D].西安：西安电子科技大学，2011.

第6篇：直流稳定电源设计范文

【关键词】电气自动化；系统集成信息化；维护简易

1.我国的电气自动化现状分析

1.1电气自动化系统集成信息化

电气自动化的发展离不开信息技术的帮助，信息技术主要在两个方面对电气自动化有渗透作用：第一个方面是信息技术对电气自动化管理层纵向的渗透。企业在运行的过程中，它的数据处理系统首要的任务就是帮助企业对一些数据进行及时的存取，这能够保证企业有条不紊地运行。通过数据处理系统对当前一些信息的及时处理，企业的工作人员可以对企业当前的生产过程进行动态画面式的管理，在节省工作量的同时，还能够更加准确的掌握企业运行状况。信息技术对电气自动化的另一方面渗透就是信息技术已经横向渗透到了电气自动化的机器、设备以及系统中。当今信息技术的运用极其普遍，微电子和微处理器技术在电气自动化中的应用也得到了广泛的普及，这带来的直接影响就是一些原先就已经明确定义的“设备界线”变得很模糊了，最典型的例子就是控制设备、PLC以及控制系统不像以前定义的那样了，现在不能对其进行准确的定义。

1.2电气自动化系统的维护简易

随着电气自动化的快速发展，为使其始终处于快速的发展轨道上，就必须对电气自动化配备标准平台以及使用规范。Windows NT 就是电气自动化很好的一类标准平台以及使用规范，在电气自动化领域，PC的人机界面在电气自动化领域内已经成为了主流，因为基于PC的一些控制系统具有灵活性高且容易受控制的特点，使得它已经被很多的用户采纳使用，这就使得将Windows 作为它的操作系统时，不仅便于了电气自动化的使用，而且对电气化的维护工作也更加便捷了。

2.电气自动化在高层建筑中的应用

高层建筑中的电气自动化系统，其工作原理可以分成下面三个环节：首先，实行数据的采集。所谓数据采集指的是对那些电气装置的瞬时值进行检测及输入；其次，控制决策的实行。当完成各装置瞬时值的检测及输入后，应该对这些数据进行简单的加减运算，依据运算结果作为所需调整方向与量值的参考值；最后，进行控制的输出。该环节根据控制性决策的结果，来对各执行机构所发出的信号进行控制，从而保证各个控制任务的完成。现将电气自动化在高层建筑中的应用建设如下。

2.1交流电的工作接地

本文所讲的工作接地指的是变压器的中性点接地。其中，中性线必须使用铜芯绝缘线。在配电过程中会存在辅助等电位结点端子，而这些等电位接线端子通常都处于箱柜内。另外需要注意的是，这一等点位接线端子千万不能暴露在外，也不同其它接地系统如屏蔽接地系统、直流接地系统等混接。在高压系统中，如采用中性点接线方式，那么则能够起到消除由于单相电弧基地而产生的电压。中性点接地方式的另外一点好处是能够避免出现零序电压偏移情况，从而保证三相电压的平衡，实现了单相电源的方便使用，从某种意义上来讲，这对整个低压系统具有重要作用。

2.2直流电接地

在一幢现代化高层自动化建筑物中，一般都除了具有传真、电话、消防以及其他传统设备外，各种计算机通信网络也是必不可少的一部分。只有当高层建筑物中配备了这些自动化设备，才能使高层建筑中的各项优势体现出来。然而这些电子类的设备在进行信息输入、输出、信号放大、能量转换等过程都离不开微电流及微电压的快速运转，此外，这些电子类设备通常需要通过一个整体的互联网络平台才能保证工作的正常运行。为了保证这些设备运行的稳定性及准确性，除了提供最基本的稳定电源外，还必须为其提供一个稳定的基准点位。因此，可以使用一个截面积较大的绝缘铜芯线作为引线，引线一端直接同基准点位连接，一端直接同供电电源相连接。这里需要注意的是引线除了不应该同PE线直接连接外，还不能和中性线连接。

2.3防雷接地

在高层建筑的电气自动化系统中，含有大量的电子类设备和布线系统如火灾报警系统、通信自动化系统、消防联动控制系统、办公自动化系统、建筑自动化系统、安全自动监控系统、大楼闭路电视自动化系统一起其他自动化系统等。对于这些电子类设备以及布线系统，它们的布线系统的耐压等级通常较低，但防干扰要求却很高，如果这些电子类设备遭受雷击，无论是直击、反击还是串击都会对这些电子类设备造成极大的破坏。因此在高层建筑的电气自动化系统中，所有的接地功能必须具备较强的防雷性能接地系统，在此基础上，通过建立一套完整且严密的防雷结构，从而保证这些电子类设备免遭自然雷击的影响。一般来讲，高层建筑属于一级负荷，因此在设计高层建筑的时候应该严格参照一级防雷建筑物标准来设计，在接闪器选择方面，最好选用有针带的组合接闪器，而避雷针则应该选择25.0×4.0mm规格的镀锌网格避雷针，这样做的好处一方面是能够有效避免自然雷电破坏高层建筑内电子类设备，另一方面是能够起到电子设备免遭电磁波干扰的作用。

3.高层建筑电气自动化的发展及展望

近些年，随着我国经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，人们对建筑物的功能要求也在不断提高。高层建筑内的安保、消防、通信、照明等系统的自动化控制水平也成为衡量现代化高层建筑质量的重要指标之一。现代高层建筑的电气自动化是实现建筑智能化的必经之路，它必定成为今后建筑的发展趋势。同时，电气自动化技术作为现代高层建筑建设的核心技术之一，它正经历了前所未有的机遇及挑战。高层建筑的电气工程师应该综合考虑信息、控制、电气、决策及管理等各方面，通过以实现高层建筑的节能、安全、个性化为主要目标，对高层建筑的电气自动化系统进行更深层次的探索研究，把我国乃至全世界的电气自动化产业推向一个历史高度。

4.结语

通过本文以上内容的阐述，我们可以看出电气自动化在高层建筑中有着非常广泛的应用。本文通过从电气接地系统和电气保护设计两方面出发，分析了电气自动化在高层建筑中的应用，最后，对高层建筑的电气自动化的未来发展进行了展望。总而言之，电子自动化技术已经在现代高层建筑中有了十分广泛的应用，通过合理设计高层建筑的电气自动化孔子系统，必能达到合理利用电气设备、节省人力物力资源的目的，从而为确保高层建设设备安全运行提供强有力的保障。

【参考文献】

第7篇：直流稳定电源设计范文

关键词：自校准；超高速；数据转换器；温度传感器

自校准方法

由于校准对于状态性能很重要，所以器件在每次上电后均要即时执行自校准。另外，器件亦可容许用户根据需要以手动形式执行自校准工作。一般来说，这顶功能会在当系统温度超出原先系统设计所订立的阈值时启动。既然器件自身的温度会影响其性能发挥，那么可以加上一个片上二极管并把它连接到外部温度传感器。这样便可有效地监视器件的温度。美国国家半导体(NS)NS公司的ADC08系列ADC(模/数转换器)的采样能力均达到了每秒千兆位级，例如集成精密自校准电路的ADC08D1500；温度传感器推荐采用LM95221(或类似的器件)。

不论是上电还是手动，校准过程均需大约1～2ms才能完成，时间长短视时钟频率和器件的规格(这方面的数据请参考器件的数据表和在本文中所提及的参数)。另外，在上电模式时，器件会在自校准过程前插入一个较长的延迟。根据用户的设定，这个延迟可能相对地短(几十ms)或长(几s)。延迟的目的是稳定电源和其他变化。不过，当器件被配置成扩展控制模式时，便不可使用较长的延迟(即经串行介面来配置)。

CalRun引脚可指示器件是处于自校准模式或通常工作模式。

执行自校准功能

我们必须认识到自校准是器件“正常”运行的一部份。因此，器件的运行条件在校准时应该尽量接近“正常”运行时的条件和稳定性。换句话说，电源、温度和所有输入均应稳定地处于数据表内“运行额定值”部分中所列出的条件范围内。要想获得较大的校准精度，就必须使校准时的运行条件尽量与其正常运行时的条件相近。

为了获得稳定的运行条件，需加入一定程度的时间延迟。系统设计工程师必须决定这个延迟一可以从大约1～2s至几十s。正如本文第二部份所述，器件拥有内建的校准延迟功能。假如系统需动用较长的延迟，那么CAL输入引脚便可以用来进一步延迟校准周期的起始时间。这个操作很简单，用户只需在上电时将CAL引脚保持在高位，直至获得所需的延迟为止。CAL引脚再一次从低循环到高前，器件将会一直保持等待状态，之后才会启动上电校准周期。

CAL的输入“低一高周期”所需的时间可以在数据表中的交流电气特性表中找到。除了一些阻碍校准发生的因素外，这种方法不会干扰到器件的其他特性。虽然这延迟是通过CAL输入来产生，但仍可考虑成是在获得正静性能前必须进行的上电校准。

为了获得精确的校准，必须把关键的变量稳定下来。除了环境条件(电源和温度)外，器件的其他运行条件也必须被稳定下来。以下是一些具体的要求：

时钟输入必须被稳定(这包括没有执行DCLK_RST)；

模拟输入处于指定的范围内(可在运行额定值部份中找到)，但频率则没有关系一包括直流；

当校准在执行期间，绝不能干扰控制/配置的设置；

对于ADC08D500/1000/1500来说，器件必须处于正常模式(不是DES模式)，而不限于ADC08D1020/1520和ADC083000/B3000；

控制寄存器绝不可被访问，即使SCLK正在生效；

当开始校准时，器件不应处于节电模式；当校准在进行时亦不应进入节电模式。

自校准时的器件特性

除了明显的信号处理路径中断外，器件在校正期间会出现其他的效应。

数字输出会失效；

系列中某些器件的DCLK输出亦会失效。

器件的DCLK输出一般都只用来采集数据。由于DCLK输出可能会中断，所以ASIC或FPGA在其逻辑超出采集逻辑时，就不能再以DCLK输出作为时钟信号。可是，对于那些必须把DCLK用作通用时钟的应用来说，部分新的器件可为用户提供适当的控制，以使能在校准期间继续保持DCLK的运行。然而，这种做法的代价是当DCLK仍在生效时，模拟输入终端电阻(Rterm)便不能被校准，Rterm的数值就会略微失准。因此，在上电校准时最好不要采用这种方法，但可以在随后的手动校准周期中使用这种方法。

在ADC08D1020/1520和ADC083000/B3000内，扩展配置寄存器中的电阻调节失效(RTD)位会决定是否让DCLK在校准期间停止。这个位的预设状态(在上电时)是停止DCLK，同时在校准期间调节Rterm。在上电校准时，必须将这个位保持在预设状态，并且预期DCLK会于校准期间停止。然后，用户可以清除这个位，以便在随后的手动校准周期执行时保持DCLK的运行。

性能效应

数据表中列出的器件性能是以器件在测量时得到适当的校准为前提的。对于任何的电子电路，假如环境条件在校准后出现变化，那么器件均有可能出现某种程度的性能降级。在校准后，最常见的性能影响参数是温度。所以，当温度的变化超出某阈值时，便应执行手动自校准。这阈值可以由系统设计人员于设计过程中去决定。NS公司不对任何温度变化导致的未校准系统性能降级作出保证。不过，从下列部分观察数据可能对用户有所帮助。

1　在55℃(45℃～100℃的裸片温度)的温度范围内，可看见器件的ENOB性能降级了0.35位；

2　在80℃(20℃～105℃的裸片温度)的温度范围内，发现有2％的增益误差。

3　假如用户在校准期间启动DCLK，并且上电校准后Rterm没有被校准，那么Rterm的数值便会单单因温度效应而发生改变。预计在120℃(从0℃到+120℃的裸片温度)的温度范围内，Rterm将出现总共1％的变化。

根据上述部分数据，可以推断在触发校准周期时，一个合理的温度方差阈值必须处于最多20℃～30℃的范围内。

第8篇：直流稳定电源设计范文

1干燥部密闭气罩特点

干燥部密闭气罩的设计应满足下列要求：(1）提供一个封闭的高温环境，以利于纸页的干燥及降低排风量，并提高气罩排风中热量回收的效果。国际上最流行的设计参数是气罩内干球温度为80～85℃，露点温度为58～62℃。(2）必须对纸机运行状况的监视、操作和维护提供方便，必须能保证方便地引纸和换辊。(3）密闭气罩内高温高湿，特别容易引起结露，气罩的设计必须完全杜绝气罩顶板的凝露滴水。气罩内微小的控制变量参数的改变都会对温度和湿度有很大的影响。干燥部气罩内的流量和空气质量是敏感的参数[3]。为此，设计了一种可以快速而准确检测出气罩内温、湿度测量装置，以满足气罩内温、湿度控制的敏感性要求。

2系统总体方案设计

造纸车间温、湿度测控传感器是由电路硬件与计算机软件组成的，该系统的总体设计思路是以STC89C52单片机为控制核心，整个系统硬件包括温度测量模块、湿度测量模块、控制模块、显示模块等基本电路。系统利用单片机获得温度传感器及湿度传感器数据，并通过数码管进行温度、湿度的实时显示。

3系统硬件设计

本系统硬件主要包括控制电路与检测电路。通信电路是从单片机主芯片串行口连接RS232转换芯片MAX232与PC机相连。此外，还有数码管显示电路。系统硬件结构如图1所示。

3.1控制电路设计控制器是系统的核心部分，它直接接收来自温度模块的数字信号和经过A/D转换的湿度传感器信号，再输出给显示电路。本系统采用以STC89C52单片机为核心的控制单元，STC89系列单片机高速（最高时钟频率90MHz），低功耗，在系统应用可编程（ISP，IAP），可通过RS232和MAX232连接串口直接下载程序，不同于传统的51单片机需要专门的烧录器烧录程序。其控制电路如图2所示。

3.2温、湿度模块电路设计传感器电路的设计是本系统设计的重点，由于测量温度和湿度，故分别对两种传感器的测量电路进行设计。

3.2.1温度测量电路设计Dallas半导体公司的数字温度传感器DS18B20支持1-Wire总线接口术，将地址线、数据线、控制线合为1根信号线，允许在这根信号线上挂接多个1-Wire总线器件，因此可方便地进行多点温度测量，还可以程序设定9～12位的分辨率，最高精度为±0.0625℃，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后温度数据依然保存[4]。本设计用3脚封装模式，DS180B20可通过两种方式供电：外加电源工作方式和寄生电源方式。前者需要外加电源，正负极分别接引脚VDD及GND；后者不需要外加电源，当总线（信号线）为高时稳定电源是通过单线上的上拉电阻实现，总线信号为低时则由其内部的电容供电，在此种方式下VDD接地。3脚封装的DS18B20引脚功能分别为地GND、电源VDD、信号DQ，需要外加电源工作方式。图3为DS18B20的连接电路，采用此方式能增强DS18B20的抗干扰能力，保证工作的稳定性[5]。DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM温度传感器、非挥发的温度警报触发器TH和TL、配置寄存器。其测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～85℃之间的精度达±0.5℃,而在整个温度测量范围内具有±2℃的测量精度。

3.2.2湿度测量电路设计系统的湿度传感器采用高精度的HS110系列电容式传感器，在线谷底湿度为0～100%RH范围内，电容量由162pF变到200pF时，其误差不大于±2%RH，有极好的线性输出，受温度的影响很小。响应时间小于5s；温度系数为0.04pF/℃,精度较高。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容随着所测空气湿度的增大而增大。而在数码管上显示的是电压值，通过查询表1HS1101的电压输出典型参数表，便可得到所测点的相对湿度[6]。如何将电容的变化量准确地变为计算机易于接受的信号，这里采用的是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大经模数转换器转换为数字信号[7]。测量电路如图4。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。其内部有一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，再用A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换后的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换后的数据[8]。其内部结构如图5所示。

3.2.3系统显示电路设计显示电路采用4个8段数码管动态显示，显示结果清晰。在八段数码管显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并选出相应段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。依次循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。驱动电路如图6所示。采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，所以要在四个LED的阴极加四个三极管S8550来驱动与保护LED，增加它的显示亮度[9]。

4系统软件设计

采用KeilC51程序编写[10]，主要由主程序、读取温度子程序、读取湿度子程序、中断处理程序、数码管扫描程序、显示程序等部分组成[11]。程序流程见图7。读取温度子程序功能：完成对DS18B20的复位及温度的读取。DS18B20是单总线芯片，时序要求严格，用KeilC51编写程序时，采用“while(--i);”语句实现短时间的精确延时。读取湿度子程序功能：启用A/D转换，将HS1100测量的湿度值转换成数字信号并读到单片机内部。

5系统的测试

为检验系统的准确性和可靠性，利用德国AHLBORN公司的MA56901多功能温、湿度测试仪对系统测量值及检测精度进行验证。将测试仪与本系统置于同一被测温、湿度点上，采用同时可取点方式。其中，测试仪温、湿度为标称温、湿度，本系统测量数据为测量温、湿度。表2是敞开环境下得到的温、湿度，表3是密闭环境下模拟气罩实际生产环境测量得到的温、湿度。误差分析：由表2可知，温度测量误差低于±1℃，湿度测量误差低于2%；由表3可知，温度测量误差低于±1℃，湿度测量误差低于1%，较好实现了环境温、湿度的实时监测。通过实验验证了系统的准确性及测量精度，系统硬件结构简单，测量精度较高，扩展方便，具有广泛的应用前景。

第9篇：直流稳定电源设计范文

关键词：出租车计价器 传感器原理 检测

引言：

在科学技术迅猛发展的今天，出租车计价器已经悄然走进了大规模集成电路的时代。出租车计价器主要是由传感器、单片机、空车牌、打印机、显示器这五部分组成的。在计程车计价器中，传感器是计价器中一种非常重要的部件，它能够将汽车输出的物理量转换成电脉冲信号，传输给计价器的表头。可以说传感器对计价器计量值的准确性有着十分重要的影响。

一、出租车计价器传感器的工作原理

出租车计价器主要是由传感器等五部分组成，其中传感器是一种非常重要的部件，它能将汽车输出的物理量转换成电脉冲信号，传输给计价器的表头，准确计算出汽车行驶的历程，继而准确计算出车费。出租车计价器的精准度直接会影响到广大乘客的切身利益，而传感器又是影响计价器精准度的重要因素，所以我们要充分重视保证传感器的正常工作。目前出租车计价器所使用的传感器主要包括光电式传感器、磁电式传感器和干簧管传感器这三种，从近些年的趋势来看，磁电式传感器的应用将更加广泛。

1.光电式传感器

光电式传感器的主要工作原理是利用红外线的发射与接收，把汽车机械转动的数据转化为电信号。使用光电式传感器的主要红外发射和接收工具是装在传感器转轴上的一片光栅，转轴每旋转一周，都会有若干脉冲产生，进而测得出租车的运转数据。

2.干簧管式传感器

干簧管式传感器据有一些比较好的优点，比如价格便宜、安装程序简单、体积小巧、灵敏度高等，并且干簧管式传感器的接触簧片是封装在玻璃管中的，所以在潮湿、温差很大的环境下它也能够正常工作。但是干簧管式传感器也存在一些致命的弱点。比如干簧管式传感器使用的是机械接触，这种接触方式容易造成干簧管的使用寿命比较短，极容易被损坏。当发生短路或者电流过大的时候，干簧管的接点非常容易被烧粘，从而无法正常工作。在出租车中，计价器的传感器往往离发动机比较近，汽车行驶的过程中温度过高，会使磁铁的磁性减弱，造成脉冲的丢失。近些年来，干簧管传感器的使用正在逐步减少。

3. 磁电式传感器

磁电式传感器又被称为霍尔式传感器，它是当前最为常见的出租车计价器传感器。这种传感器是以磁场为媒介进行工作的，它能够检测汽车机械的转数和转数，能够实现非接触的测量。不仅如此，磁电式传感器还采用了永久磁铁产生磁场，使用这种传感器不需要附加的能源。这种传感器在尺寸方面比较适中，价格也比较合理，并且应用电路十分简单，又有着可靠的性能，综上原因，这种传感器的应用十分广泛。

磁电式传感器的工作原理是用半导体薄片、金属的两个端面来控制电流，同时在薄片垂直方向上施以一定磁感应强度的磁场，进而在垂直于电流与磁场的方向上会产生一定量的电势，我们称之为霍尔电压或者霍尔电势。磁电式传感器的灵敏度的高低与它使用的材料和传感器的尺寸有着很大的联系。随着科学技术的发展，人们在这一领域的实践能力越来越强，人们将磁电传感元件和放大器以及温度补偿电路、稳定电源放在同一个芯片上，成为磁电式传感器。为了方便应用，磁电式传感器又被分为线性磁电传感器和开关型磁电传感器，通常出租车所采用是开关型磁电传感器。开关型磁电传感器包括磁电传感元件、放大器、和稳定电压等部分。这种传感器的特点是工作电压范围宽、尺寸设计合理，并且工作可靠、价格便宜。

二、出租车计价器传感器的检测

出租车计价器传感器的检查工作，对保证计价器正常使用十分重要。对计价器传感器的检测我们应从以下几个方面入手。首先，我们要对传感器进行外观检查，如果传感器的外观有破损、龟裂的现象出现，就意味着传感器可能出现了破损。其次，要使用对传感器的供电电源线、信号线以及屏蔽线进行对测。如果有短路、绝缘性能下降或断线的情况出现，那么意味着该传感器可能已经受损。第三，我们要进行输出脉冲信号的测量。我们要做的是给传感器12伏特的电压，然后用手轻转传感轴，与此同时，使用万能表的直流电压档来检测有没有脉冲输出，如果脉冲输出不正常，则传感器可能发生了损坏。在对传感器进行日常维修与防护的时候，一定要把传感器与计价器相连接，为传感器加上必要的电压，然后将万能表开至二极管测量档上。我们要要将两只表笔分别接到传感器信号线的两端，转动传感器的转轴，通过万能表的蜂鸣器发出的响声来判断传感器的好坏。

其实，对传感器的检测方法并不难，进行检测的设备如图所示：

使用图中所示的数字频率计进行计数，然后启动标准转速发生装置，用它来带动传感器在额定的转速范围之内工作，读取在不同转速条件下的标准转速发生装置的转数k1和数字频率计的读数k2。传感器的计数误差C= *100%，通常我们所使用的传感器的相对误差≤0.2%。

三、传感器的维修与防护

在传感器的日常维护工作中，要对外壳出现破损的传感器进行及时的清理，必要时要进行更换。一定要做好线路和外壳的封闭绝缘工作。在使用的过程中，如果计价器出现了短路的情况，我们要及时查清短路情况产生的原因，对受损的线路或者受潮的传感器进行及时清理、更换。当传感器出现无信号输出的情况时，首先，要测量电压是否达到了12伏特的工作电压标准，接着，再对光电管进行测量，确定其是否存在问题，并且检测LS40106 工作电压是否正常，要及时进行传感器电路的更换。在安装传感器的时候，我们还应该区分好传感器线路与其他线路，避免其他线路对计价器造成干扰，使用中，要保持好传感器的干燥和清洁。

对于传感器的走线原则，我们要坚持使其远离排气管、发动机一类的热源，注意不可将线拉得太紧，要有一定的松弛度。在线路安装的过程中要每隔一段距离给线路做一次定位固定，这样能够避免线路抖晃、浮动。在工作的过程中，我们要注意进行正确的安装，实时的保养和维护，只有这样才能延长传感器的使用寿命，进而提高计价器的精准度。

结论：

出租车是我们出行中经常使用的交通工具，它的使用方便了我们日常出行，为我们带来了许多便利，是我们出行不可缺少的重要工具。众所周知，出租车的费用以计价器的测量结果为标准，因此计价器的精准度是关系到人们切身利益重要内容。出租车计价器上装配的传感器是出租车计价器非常重要的部分，它的准确性会直接影响到出租车计价器的准确性，可以说传感器是出租车计价器中至关重要的组成部分。在我们的实践过程中，需要用到传感器的使用和检测的问题，因此，我们要对出租车计价器的工作原理进行充分的了解，明确检测方法和维修、防护措施，从而保证传感器的正常工作。

参考文献：

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