开关电源原理及设计精选(九篇)

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第1篇：开关电源原理及设计范文

[关键词] 开关电源 设计

图1是一个普遍应用的反激式（或称为回扫式）开关电源工作原理图，50Hz或60Hz交流电网电压首先经整流堆整流，并向储能滤波电容器C5充电，然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。图2是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。

图1 图2

1、对电流谐波的抑制

一般电容器C5的容量很大，其两端电压纹波很小，大约只有输入电压的10%左右，而仅当输入电压Ui大于电容器C5两端电压的时候，整流二极管才导通，因此在输入电压的一个周期内，整流二极管的导通时间很短，即导通角很小。这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流。

这种脉冲尖峰电流如用傅立叶级数展开，将被看成由非常多的高次谐波电流组成，这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率，即功率因数很低，并会倒灌到电网，对电网产生污染，严重时还会引起电网频率的波动，即交流电源闪烁。脉冲电流谐波和交流电源闪烁测试标准为：IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。一般测试脉冲电流谐波的上限是40次谐波频率。

解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正(PFC)电路，或差模滤波电感器。PFC电路一般为一个并联式升压开关电源，其输出电压一般为直流400V，没有经功率因数校正之前的电源设备，其功率因数一般只有0.4~0.6，经校正后最高可达到0.98。PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题，但又会带来新的高频干扰问题，这同样也要进行严格的EMC设计。用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的峰值，从而降低电流谐波干扰，但不能提高功率因数。

图2中的L1为差模滤波电感器，差模滤波电感器一般用矽钢片材料制作，以提高电感量，为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和，一般差模滤波电感器的两个组线圈都各自留有一个漏感磁回路。

L1差模滤波电感可根据试验求得，也可以根据下式进行计算：

E=L*di/dt (1)

式中E为输入电压Ui与电容器C5两端电压的差值，即L1两端的电压降，L为电感量，di/dt为电流上升率。显然，要求电流上升率越小，则要求电感量就越大。

2、对振铃电压的抑制

由于变压器的初级有漏感，当电源开关管V1由饱和导通到截止关断时会产生反电动势，反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电，从而产生阻尼振荡，即产生振铃。变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高，其能量也很大，如不采取保护措施，反电动势一般都会把电源开关管击穿，同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射，不但对机器本身造成严重干扰，对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。

图2中的D1、R2、C6是抑制反电动势和振铃电压幅度的有效电路，当变压器初级漏感产生反电动势时，反电动势通过二极管D1对电容器C6进行充电，相当于电容器把反电动势的能量吸收掉，从而降低了反电动势和振铃电压的幅度。电容器C6充满电后，又会通过R2放电，正确选择RC放电的时间常数，使电容器在下次充电时的剩余电压刚好等于方波电压的幅度，此时电源的工作效率最高。

3、对传导干扰信号的抑制

图1中，当电源开关管V1导通或者关断时，在电容器C5、变压器T1的初级和电源开关管V1组成的电路中会产生脉动直流i1，如果把此电流回路看成是一个变压器的“初级线圈”，由于电流i1的变化速率很高，它在“初级线圈”中产生的电磁感应，也会对周围电路产生电磁感应，我们可以把周围电路都看成是同一变压器的多个“次级线圈”，同时变压器T1的漏感也同样对各个“次级线圈”产生感应作用，因此电流i1通过电磁感应，在每个“次级线圈”中都会产生的感应电流，我们分别把它们记为i2、i3、i4 …。

其中i2和i3是差模干扰信号，它们可以通过两根电源线传导到电网的其它线路之中和干扰其它电子设备；i4是共模干扰信号，它是电流i1回路通过电磁感应其它电路与大地或机壳组成的回路产生的，并且其它电路与大地或机壳是通过电容耦合构成回路的，共模干扰信号可以通过电源线与大地传导到电网其它线路之中和干扰其它电子设备。

与电源开关管V1的集电极相连的电路，也是产生共模干扰信号的主要原因，因为在整个开关电源电路中，数电源开关管V1集电极的电位最高，最高可达600V以上，其它电路的电位都比它低，因此电源开关管V1的集电极与其它电路(也包括电源输入端的引线)之间存在很强的电场，在电场的作用下，电路会产生位移电流，这个位移电流基本属于共模干扰信号。

图2中的电容器C1、C2和差模电感器L1对i1、i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由于C1、C2在电源线拔出时还会带电，容易触电伤人，所以在电源输入的两端要接一个放电电阻R1。

对共模干扰信号i4要进行完全抑制，一般很困难，特别是没有金属机壳屏蔽的情况下，因为在感应产生共模干扰信号的回路中，其中的一个“元器件”是线路板与大地之间的等效电容，此“元器件”的数值一般是不稳定的，进行设计时对指标要留有足够的余量。图2中L2和C3、C4是共模干扰信号抑制电路器件，在输入功率较大的电路中，L2一般要用两个，甚至三个，其中一个多为环形磁心电感。

根据上面分析，产生电磁干扰的原因主要是i1流过的主要回路，这个回路主要由电容器C5、变压器T1初级和电源开关管V1组成，根据电磁感应原理，这个回路产生的感应电动势为：

e=dψ/dt=S*dB/dt (2)

式中e为感应电动势，ψ为磁通量，S电流回路的面积，B为磁感应密度，其值与电流强度成正比，dψ/dt为磁通变化率。由此可见，感应电动势与电流回路的面积成正比。因此要减少电磁干扰，首先是要设法减小电流回路的面积，特别是i1电流流过的回路面积。另外，为了减少变压器漏感对周围电路产生电磁感应的影响，一方面要求变压器的漏感要做得小，另一方面一定要在变压器的包一层薄铜皮，以构成一个低阻抗短路线圈，把漏感产生的感应能量通过涡流损耗掉。

第2篇：开关电源原理及设计范文

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[4] 张忠田.山东农大建成千余亩中药材示范基地[J].中国中医药报， 2011-08-22（4）.

[5] 新华社.云南建成世界上最齐全的重楼种质资源库[N].中国中医药报，2014-09-25（3）.

[6] 郭丁丁，张潞，朱秀峰.中药连翘种质资源调查报告[J].时珍国医国药，2012，23（10）：2601-2603.

[7] 侯嘉.不同产地川芎种质资源的品质研究[D].成都：成都中医药大学， 2007.

[8] 王晨，李佳，张永清.丹参种质资源与优良品种选育研究进展[J].中国现代中药，2012，14（4）：37-41.

[9] 魏建和.中药材新品种选育研究现状、特点及策略探讨[J].中国现代中药，2011，13（9）：3-8.

[10] 韦永诚，郑本家，韦宏.广西药用珍稀濒危物种保护的问题及对策研究[C]//中国科学技术信息研究所.中国濒危野生物种保护战略研究（分报告集），2003：154-178.

[11] 河北省遵化市魏进河林场国家板栗良种基地.河北省遵化市魏进河林场国家板栗良种基地建设进展顺利[EB/OL].[2013-12-16]..

[12] 张超良，郑本家.广西中草药资源利用概况[C]//《广西中草药资源开发利用规划及实施方案的研究》课题组.广西中草药资源开发利用规划及实施方案的研究，2000：64-65.

第3篇：开关电源原理及设计范文

关键词：继电保护装置；工作原理；故障分析；验证

本文从开关电源的原理入手，以测试的角度，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，并分析了其故障原因，最后对改进后的开关电源进行了对比验证。

1开关电源工作原理

用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一形态，用闭环控制稳定输出，并有保护环节的模块，叫做开关电源。

高压交流电进入电源，首先经滤波器滤波，再经全桥整流电路，将高压交流电整流为高压直流电；然后由开关电路将高压直流电调制为高压脉动直流；随后把得到的脉动直流电，送到高频开关变压器进行降压，最后经低压滤波电路进行整流和滤波就得到了适合装置使用的低压直流电。

电源工作原理框图如图1所示。

图1开关电源原理图

2故障现象分析

由于继电保护用开关电源功能要求较多，需考虑时序、保护等因素，因此开关电源设计中的故障风险较高。另外供电保护装置又较民用电器工作条件苛刻，影响继电保护开关电源的安全运行。本文着重分析了两种因设计缺陷而造成故障的开关电源。

2.1输入电源波动，开关电源停止工作

1）故障现象：外部输入电源瞬时性故障，随后输入电压恢复正常，开关电源停止工作一直无输出电压，需手动断电、上电才能恢复。

2）故障再现：用继电保护试验仪，控制输入电压中断时间，通过便携式波形记录仪记录输入电压和输出电压的变化。控制输入电压中断时间长短，发现输出存在如下三种情况：

a）输入电源中断一段时间（约100～200ms）后恢复，此后输入电压恢复正常，开关电源不能恢复工作。（此过程为故障情况），具体时序图见图2所示。

图2输入电源中断一段时间后恢复

b）输入电压长时中断（大于250ms）后恢复，+5V、+24V输出电压均消失，此过程与开关电源的正常启动过程相同。具体时序图见图3所示。

c）输入电压短暂中断（小于70ms）后恢复，+5V输出电压未消失，而+24V输出电压也未消失，对开关电源正常工作没有影响。具体时序图见图4所示。输入电压消失时间短暂，由于输出电压未出现欠压过程，电源欠压保护也不会动作。

图3输入电源长时中断后恢复

图4输入电源短时中断后恢复

3）故障分析：要分析此故障，应先了解该开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑。

输入工作电压，输出电压+5V主回路建立，然后由于输出电压时序要求，经延时约50ms，+24V输出电压建立。

输出电压欠压保护逻辑为：当输出电压任何一路降到20％Un以下时，欠压保护动作，且不能自恢复。

更改逻辑前，因输入电压快速通断而引起的电源欠压保护误动作，其根本原因是延时电路没有依据输入电压的变化及时复位，使得上电时的假欠压信号得不到屏蔽，从而产生误动作，如图2所示。

4)解决措施：采取的措施是在保护环节上增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关，只要输入电压低于定值（开关电源停止工作前的值），该电子开关便闭合，延时电路复位，若输入电压重新上升至该设定值，给保护电路供电的延时电路重新开始延时，电源重启动时的假欠压信号被屏蔽，彻底解决了由于输入电压快速波动所产生的电源误保护。从而避免了图2的情况，直接快速进入重新上电逻辑，此时的输出电压建立过程见图3所示。逻辑回路见图5所示。

图5增加放电回路后原理图

5)试验验证：用继电保护试验仪状态序列模拟输入电源中断，用便携式波形记录仪记录输出电压随输入电压的变化波形。调整输入电压中断时间，发现调整后的电源仅出现b）、c）两种情况，不再出现a）即故障情况。

2.2启动电流过大，导致供电电源过载告警

1）故障现象：电源模块稳态工作电压为220V，额定功率为20.8W，额定输出时输入电流约为130mA。当开关电源输入电压缓慢增大时，导致输入电流激增，引起供电电源过载告警。

2）故障分析：经查发现输入电压为60V时，电源启动，此时启动瞬态电流约为200mA，稳态电流为600mA，启动时稳态电流和瞬态电流将为600±200mA，造成输出电流激增。而由于条件限制，此电源模块的供电电源输出仅为500mA，因此造成供电电源过载。

由于开关电源工作需要一定的功率，设计中由于未考虑到电源启动时，输出回路的启动需要一定的功率，而启动电压比较低，所以功率的突增，必然带来开关电源启动瞬态电流的激增，电流的激增对供电电源有较大的冲击。

3）解决措施：启动需要的功率一定，如果要减小启动电流，可以考虑增加启动电压的门槛。将开关电源的启动电压提高到130～140V。

4）试验验证：调整开关电源的启动电压后，通过试验仪模拟输入电压缓慢启动。当开关电源在满载情况下，试验中缓慢上升输入电压（上升速率5V/s或10V/s），从0～130V启动，启动时稳态电流降低到200～220mA，稳态电流大约为200±100mA，因而启动时稳态电流和瞬态电流将为400±100mA，启动电流较改进前减小300mA，不会对供电电源造成太大的冲击。可有效避免输入电压瞬间降低时，给整个供电回路造成较大的电流冲击。

3结束语

从以上问题分析可知，开关电源设计时，需要关注电能变换的各个环节，开关电源的输出电压建立和消失时序和电源的保护功能，是紧密联系的，当其中的某一环节存在缺陷时，开关电源就不能正常工作。因此在开关电源设计前，应重点进行两种工作：

1)考虑诸如此类的问题，如启动功率一定时，启动电压门槛过低，会产生输出电流瞬态突增的现象。

第4篇：开关电源原理及设计范文

1 开关电源的发展过程

开关电源是利用现代电力电子技术，采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比），调整输出电压，维持输出稳定的一种电源。早在20世纪80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机电源换代，进入90年代开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备，程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使的开关电源技术也不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，从而为开关电源提供了广阔的发展空间。

开关电源高频化使其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

2 开关电源技术的发展趋势

开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对联高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。

模块化是开关电源发展的总体趋势，可以用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化，其噪声也必将随着增大，而用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，使得多项技术得以实用化。电力电子技术的不断创新，开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。

3 开关电源的分类

随着电力电子器件和开关变频技术几乎同步开发的前提下，两者相互促进与推动，开关电源每年以超过两位数字的增长率，向轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源科分为AC/DC和DC/DC两大类。DC/DC变换器现已实现模块化、成熟化和标准化。但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。

3.1 DC/DC变换

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式（Ts不变，改变ton）和频率调制方式（ton不变，改变Ts）两种。前者较为通用，后者容易产生干扰。其具体电路有Buck电路（降压斩波器，其输出平均小于输入电压，极性相同）、Boost电路（升压斩波器，其输出平均电压大于输入电压，极性相同）、Buck—Boost电路（降压或升压斩波器，电感传输方式。其输出平均电压大于或小于输出电压，极性相反）和Cuk电路（降压或升压斩波器，电容传输方式。其输出平均电压大于或小于输入电压，极性相反）四种。

当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz，功率密度已达27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。

3.2 AC/DC变换器

AC/DC变换器是将交流电压变换成直流电压，其功率流向可以是双向的功率六由电源流向负载的称为“整流”，功率六有负载返向电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准，（如UL、CCE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作效率达到一定的满意程度。

AC/DC变换按电路的接线方式右分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单相。按电路工袋子和象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。转贴于 4.开关式稳压电源的工作原理

4.1开关式稳压电源的基本工作原理

开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种。调宽式开关稳压电源在实际开发和应用的中使用得较多，因此，就以调宽式开关稳压电源为例说明其基本工作原理：调宽式开关稳压电源的基本原理可参见图1。对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压U当Um与T不变时，直流平均电压Uo与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，即可达到稳定电压的目的。

Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。

4.2 开关式稳压电源的原理电路

开关式稳压电源的基本电路框图如图2所示。交流电压经整流、滤波电路整流滤波后，输出一个含有一定脉动成份的直流电压，再经高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再经整流滤波变为所需要的直流电压。

控制电路由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路组成（目前已集成化）。主要起控制高频开关元件的开关时间比，即脉冲宽度的占空比，以达到稳定输出电压的目的。开关电源的典型电路主要有单端反激式开关电源、单端正激式开关电源、自激式开关稳压电源、推挽式开关电源、降压式开关电源、升压式开关电源、反转式开关电源。

5 开关电源在医学仪器中的应用

近二十年来，开关电源已广泛应用在心电图机、超声诊断仪和CT等医疗仪器设备之中。本文以美国GE公司专门为CT机设计的CT MAX640型脉宽调制开关稳压电源为例加以介绍。该电源由软启动控制电路、220/110V自动识别电路、晶体管开关电路（辅助电源）、脉宽调制（PWM）、驱动电路等部分组成。

5.1软启动控制电路

由TR104、TRC101、THF101、R113、R114、R116等组成。开机瞬间TRC101截止，电流流过THF101、限流电阻R113、R114，辅助开关电源开始接入直流300V时，光电耦合器PC101导通。同时，振荡波形经T101耦合，D106整流、C128滤波，输出一直流电压，TR104饱和导通。当R116上的直流压降达到可控硅TEC101触发电压时而导通，此时THF101、R113、R114失去作用，从而实现了启动时减少整流桥和滤波电容冲击电流的作用，即软启动

5.2 自动识别电路

由IC101、TRC102、TR101、SS102、R101、R112等组成。当输入220V交流电时，TRC102截止，220V经硅桥SS101整流，滤波后输出A、B两组电压，TR103集电极输出300V直流电压；当输入110V交流电压时，IC1013脚的输出电压使可控硅TRC102导通，K点与硅桥的110V输入端相连接，再经倍压整流电路（SS101、C109-112、R120、R121）输出300V直流电压。为辅助开关电源及脉宽调制驱动电路供电。

5.3 晶体管开关电路又称辅助电源

由TR103、T101、TR102等组成。由T1015、6脚耦合过来的交变信号，经D108整流、C127滤波后输出C、X正压，为脉宽调制电路、风扇检测电路、+5V误差放大负反馈控制电路供电。

第5篇：开关电源原理及设计范文

【关键词】反激式；变压器；开关电源；PI Expert

1.引言

近年来，开关电源的发展非常迅速。相对于线性电源，开关电源有着体积小、重量轻、效率高、抗干扰强、输出电压范围宽和便于模块化等优点。开关电源分为隔离和非隔离两种形式，而隔离式又有正激和反激两种拓扑结构。

一般在中小功率电源场合，反激式开关电源往往最具性价比，因此被广泛应用于家电、工业控制、通讯、LED照明等领域。但设计一款具有高性价比的开关电源并非易事，需要设计人员具备丰富的理论知识和实践经验。按照传统的手工设计方法，开关电源需要计算的参数变量非常多，工作量较大。为配合用户进行开关电源的设计，Power Integrations公司推出了PI Expert电源设计软件，大大地减轻了设计人员的工作量。该软件简单易用，灵活方便，是一种高效的开关电源设计工具。

2.反激式开关电源的基本原理

所谓反激式开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。反激式开关电源中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对互相耦合的电感。在实际应用中，反激变换器又经常被设计成不连续导通模式（DCM模式）和连续导通模式（CCM模式），以便根据具体的使用情况实现开关电源的最佳性能[1]。

反激式开关电源一般由电源整流滤波电路，开关芯片，高频变压器，漏极箝位电路，反馈电路和输出滤波电路组成。电源滤波电路一方面消除来自电网的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。输入整流电路将电网输入电压进行整流滤波，为高频变压器提供直流电压。开关芯片是开关电源的关键部分，选择一款好的开关芯片对开关电源的性能起着重大的作用。变压器是整个电源的核心，它把直流高电压变换成低电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。漏极箝位电路的作用是当功率开关管（MOSFET）关断时，对由高频变压器漏感所形成的尖峰电压进行钳位和吸收，以防止开关管因过电压而损坏。反馈电路和输出滤波电路也是开关电源不可缺少的部分，其设计的好坏直接关系着输出电压的稳定性和质量。

3.PI Expert的主要功能和特点

PI Expert是一个自动化的图形用户界面（GUI）程序，通过接收用户输入的电源规格参数，自动生成基于PI系列IC设计的电源方案。PI Expert提供了构建和测试工作原型所需的一切信息，其中包括输入电路、器件选择、器件特性利用、箝位电路以及反馈电路在内的完整示意图和BOM。PI Expert还提供完整的磁特性设计，也可生成用于机械装配的详细绕制说明。PI Expert的最新版本为V9.0。

运用PI Expert设计开关电源有以下几个步骤：

第一步：用设计向导新建一个设计。在向导中我们需要分别选择开关电源的拓扑结构，开关芯片、开关频率、外壳、反馈类型、输入电压类型，输出参数和优化参数。

第二步：选择主输出绕组的匝数范围和磁芯选择范围，之后点击完成设计便可生成一个初步的开关电源电路图和设计参数列表。

第三步：补充参数。在PI Expert窗口左侧的“设计树试图”中补充设置一些未设置过的参数，如主输出电压，输出绕组叠加方式，EMI滤波结构等，设置完毕后点击“开始优化”即可完成。

第四步：手动调整。由于软件根据自身的算法计算元器件的值，所以存在非标或不常用的问题，这会给物料采购带来麻烦，这时候需要在合理的范围内调整器件的值。

设计完成后，PI Expert自动生成电路图、设计结果表单、电路板布局、材料清单和变压器构造示意图，非常方便。

4.设计实例

本文基于PI Expert设计了一款两路输出（+5V/250mA，+12V/1A）的反激式开关电源，其输入电压为通用宽电压85～265V。此电源采用PI公司TinySwitch-III系列产品中的TNY280PN作为开关芯片，高频变压器使用EE19磁芯，具有输出过载和短路保护功能。

4.1 电路设计

PI Expert会根据用户输入的规格参数自动生成电路原理图，其中，较为关键的参数有：

（1）输出叠加方式：因为交流叠加式可提供较佳的交叉稳压和工作效率，故输出绕组采用交流叠加的方式进行互连。

（2）反馈类型：为了得到较佳的稳压效果，此处选择使用TL431作为反馈，并使用偏置绕组进一步减少开关电源的空载功耗。反馈电路的选择直接决定着输出电压的稳压精度，反馈电路一般有初级反馈和次级反馈，次级反馈又有次级稳压管和次级TL431两种电路形式。使用齐纳二极管作为参考的次级侧反馈电路在温度变化时通常可提供约±7%的输出调整率，而带TL-431的次级侧反馈通常可为线电压和负载漂移提供优于±5%输出电压稳压精度[2]。

（3）漏极箝位电路：PI Expert提供了三类不同的箝位电路。软件会根据电源的总输出功率自动选择最佳的箝位电路。由于此电源输出功率在20W以下，故采用简单的稳压二极管箝位电路。

PI Expert设计完成再手工调整后的开关电源原理图如图1所示。

4.2 高频变压器设计

设计高频变压器是设计开关电源最关键的一步。PI Expert在生成原理图的同时自动生成变压器的构造图。调整PI Expert左侧“设计树视图”中的“变压器”和“绕组结构”参数即可调整变压器的参数和结构。设计变压器时需要注意以下两点：

（1）为了减低漏感，功率最高的次级绕组应离变压器的初级绕组最近。若某个次级绕组的圈数较少，则该绕组要横跨绕线区域的整个宽度，以便改善耦合。

（2）由于此电源采用次级侧的稳压方式，偏置绕组应位于初级绕组和次级绕组之间。当偏置绕组位于初级和次级之间时，它相当于一个连接至初级返回端的EMI屏蔽层，降低了电源产生的传导EMI。

高频变压器的最终设计参数[3]如下：

磁芯型号：EE19

初级电感：880uH

初级绕组：漆包线，Φ0.2mm，87匝

偏置绕组：漆包线，Φ0.25mm，10匝

次级绕组1：三层绝缘线，Φ0.4mm，4匝

次级绕组2：三层绝缘线，Φ0.4mm，5匝

绕组顺序（由里向外）：初级绕组，次级绕组2，次级绕组1，偏置绕组。

5.试验结果及分析

根据以上的设计参数实际制作硬件进行试验。

在额定负载情况下，当输入电压为220V时，实测开关电源的输出电压波形如图2所示。从图上可以看出，开关电源的输出特性良好，电压波动非常小。再测输出的纹波波形如图3所示，由图上可以看出，5V的纹波普遍在±100mV左右，12V的纹波在±100mV以下，效果理想。额定负载情况下，当输入电压为85V时，测试输出电压的波动和纹波均在允许范围内，未出现电源复位重启现象；当输入电压为265V时，测试输出电压的波动和纹波均在允许范围内，未出现电源复位重启现象；再对电源作保护功能的测试。使开关电源的输出过载或短路时，开关电源进入2.5s间隔的自动复位重启保护；输出负载正常时开关电源恢复正常工作。

6.结语

试验证明本文基于PI Expert设计的反激式开关电源具有良好的工作性能和高可靠性。该电源结构简单，具有输出过载和短路等保护功能。PI Expert是一款高效的设计工具，借助PI Expert软件可以大大缩短开关电源的开发周期。

参考文献

[1]周志敏，周纪海，纪爱华.开关电源实用电路[M].北京：中国电力出版社，2006.

第6篇：开关电源原理及设计范文

【关键词】UC3842；脉宽调制；功率调整；测试分析

Abstract：this paper implement the switch power supply circuit，the design USES the flyback type switch power supply structure design of the typical form of UC3842 as the core device，by using the basic principle of pulse width modulation，and USES the auxiliary power supply way for the power supply，is helpful to increase the output power of main power supply.Using field effect tube as switching devices，the conduction and deadline fast，conduction loss is small，which guarantees efficient performance of switch power supply.At the same time，supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit，which guarantees system of work safety，pay attention to improve the circuit load regulation，enhances the working efficiency of the switching power supply，reduce the switching power supply output ripple voltage，reduce the electromagnetic interference，achieve the goal of green environmental protection.Adjustable output voltage，make its can be applied to different occasions.

Keywords：UC3842；pulse width modulation；power adjustment；test and analysis

1.引言

随着科学技术的发展，通信、消费电子类产品等对开关电源的需求迅猛增加，并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求[1]。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性[2-3]。本文设计了单端反激式开关电源，满足信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。

2.开关电源电路的实现

2.1 输入滤波整流电路

图1为输入滤波整流电路。输入的220V交流电，经过由C1、C2、CX1、LF1、CY1、CY2组成的滤波器滤波后，再经过BD1，将交流电压整流为直流高压，通过C3、C4的滤波后，再给后级电路提供电能。R1的作用是泄放电阻，因为CX1的容量在0.22uF以上，安规规定需要加上一个泄放电阻[4]。

图1 输入滤波整流电路

2.2 PWM驱动及控制电路

图2为PWM驱动及控制电路。直流高压通过电阻R2给UC3842提供工作电压，该工作电压接入UC3842的管脚7，UC3842开始工作，由管脚6输出的矩形波来驱动开关管，管脚6输出的信号为高低电压脉冲信号。在输出信号的高电平期间，场效应管能够导通，电流流过变压器的原边绕组，同时在变压器的原边绕组中储存能量。根据变压器同名端的标识情况，这个变压器的副边绕组和辅助反馈绕组均没有输出。当管脚6输出的信号为低电平时，场效应管处于截止状态[5]。由楞次定律可得，为了确保电流不变，变压器的原边绕组产生了下正上负的感应电动势，此时副边绕组的二极管导通，向负载提供能量。同时辅助反馈绕组向UC3842的管脚7供电。UC3842的内部设有欠压限制锁定电路，其开启和关闭阈值电压分别为16V和10V，当电源电压接通之后，一旦管脚7的电压升至16V时，UC3842遍开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流大致为15mA。

图2 PWM驱动及控制电路

图3 输出反馈电路

2.3 输出反馈电路

图3所示为该开关电源的输出反馈电路。当开关管Q1导通时，整流后的直流高压在变压器的原边绕组中储存能量，与变压器副边绕组相连的二极管D3处于反偏压状态，故D3截止，在变压器副边绕组无电流流过，即能量没有传递给负载，直流高压将电能转换成磁能储存在变压器的原边绕组中。当开关管Q1截止时，变压器的副边绕组中的电压极性反转，使D3处于导通状态，给输出电容C13充电，同时负载上也有电流流过。图3中，变压器副边绕组的交流电压蒋经国二极管D3整流、C13、C14、L1、C15整流后得到稳定直流电压，给负载提供能量[6]。D3为肖特基整流二极管，因为肖特基二极管的正向压降为普通PN二极管的0.3～0.5倍，并且其反向恢复时间trr甚小。R11和C12为削尖峰电压电路，C14、L1、C15为π型滤波器，D4的作用是能够使该开关电源和其他开关电源串联使用，R12是假负载，能够使开关电源得到稳定的输出电压。反馈电路采用精密稳压器TL431和线性光耦。利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。

3.系统测试

由于效率和纹波电压是开关电源的主要衡量指标，所以测试时主要对这两个参数进行测试。

3.1 测试开关电源效率

在开关电源效率的测试中，需要使用一个电子负载和4个数字万用表。其中，两个万用表用来测量电压，另外两个万用表用来测量电流，在使用万用表进行测量的时候，需要根据要测量的电压和电流值的大小，将万用表设置在合适的量程内，以减小误差。

3.2 测试输出纹波电压

为了使测出的数据尽可能准确，避免示波器的探头与地线形成一个环路，测试纹波电压时，在示波器的探头上需要并联一个10uF的电解电容和0.1uF的无极性电容或者使用接地环，从而保证探头的接地尽可能的短，保证探头的接地线长度小于1cm。

4.测试结果及数据分析

按照上述的测试方法对开关电源的效率和开关电源的输出纹波电压进行测试，对该设计的开关电源进行数据测试，测试得到的数据及根据测试的到的数据进行的分析如表1所示。

表1 最差情况下的输入功率、输出功率与效率

输入功率Pin（W） 输出功率Pout（W） 效率η

36.856 30.170 81.86%

43.360 35.257 81.31%

49.634 40.909 82.42%

58.536 47.013 80.31%

67.208 53.540 79.66%

73.712 60.144 81.59%

表2 各种电压条件下，满载输出时的纹波电压值

电子负载RL（Ω） 输出电压Vout（V） 输出功率Pout（W） 纹波电压Vopp（mV）

2.4 12.01 60.10 138

2.8 12.98 60.17 169

3.3 14.09 60.16 189

3.8 15.12 60.16 213

4.3 16.08 60.13 230

4.8 16.99 60.14 246

用数字示波器测试输出纹波电压的数据如表2所示。

将负载上的功率调整为设计的标称功率的一半以上时，通过数字万用表对输入直流总线电压、直流总线电流、输出电压、输出电流的测试，粗略估计一下其余的损耗，整个开关电源的效率为81.19%。

5.结论

本文设计了由UC3842组成隔离单端反激式PWM开关电源，对其中的原理进行分析。UC3842是一种电流控制型脉宽调制器，可以直接驱动MOSFET和IGBT，特别适合于制作20～80W的小功率开关电源。从测试数据可以看出设计的电路效率和稳定性较高。

参考文献

[1]张占松，蔡薛三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2001.

[2]何希才.新型开关电源设计与应用[M].北京：科学出版社，2001.

[3]徐德鸿等译.开关电源设计指南[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]王志强等译.精通开关电源设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[5]王水平等.开关稳压电源――原理、设计与实用电路[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

[6]高曾辉，于相旭.单端反激式开关电源的稳定性分析[J].重庆大学学报，2001.

第7篇：开关电源原理及设计范文

【关键词】直流电源系统 智能高频开关电源 蓄电池 日常检查 运行维护

1 引言

直流电源系统广泛应用于石化管道、电力工矿、铁路银行等企业，作为直流操作、继电保护、控制信号及事故照明的不停电直流电源使用。以前变电站直流电源设备均采取传统的电源系统，效率低，在电磁辐射、热辐射、噪声等方面都不尽人意。另外，监控系统不完善，对二次电路越来越先进的仪器仪表、控制、自动化设备很难满足其技术要求。各设备通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，系统缺乏综合的分析平台，制约了管理的提升。而随着电力电子技术的迅速发展，直流电源制造技术也取得了飞跃发展，智能高频开关电源以其体积小、重量轻、效率高、模块叠加、N+1热备份设计，及便于计算机管理等优点，迎合了现代电源的潮流。

中国石化管道储运公司临濮管道（以下简称临濮管道）分别于2008 年、2010年对赵寨子、莘县输油站各安装了一套Powersun智能高频开关电源系统，从运行的情况看效果很好，为临濮管道输油生产及其它负荷提供了可靠的电力保障。下面简单谈一下直流系统的组成特点及工作原理和它的运行与维护。

2 智能高频开关电源的特点及工作原理

2.1 系统特点2.1.1 高可靠性

（1）采用高频开关电源技术、模块化设计、N+1热备份。

（2）电压输入范围宽，电网适应性强。

（3）充电模块可带电插拔，维护方便快捷。

（4）有可靠的防雷及电气绝缘防护措施，确保系统和人身安全。

（5）采用大屏幕触摸屏，点阵液晶显示，CCFL背光，实现全汉化实时显示及操作。

2.1.2 高智能化

（1）可通过监控模块进行系统各部分的参数设置。

（2） 模块能够平滑调节输出电压和电流，以及对蓄电池充电时的温度补偿。

（3） 蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池的端电压、充放电电流，并对蓄电池的均浮充电进行智能控制，对电池过欠压和充电过流进行

2.2 系统工作原理

Powersun智能高频开关电源系统主要由交流配电、整流模块、监控模块（远程监控、微机监控）、降压装置、直流馈电（包括合闸分路、控制分路）、绝缘监测、蓄电池组等几大部分组成。基本组成如图1所示。

系统中的各监控单元受微机监控的管理和控制，通过通讯线将各监控单元采集的信息送给微机监控统一管理。主监控显示直流系统各种信息，用户也可现场触摸显示屏查询信息及操作，系统信息还可以接入到远程监控系统。系统除交流监控、直流监控、开关量监控等基础单元外，还配置了绝缘监测、电池巡检等功能单元，用来对直流系统进行全面监控。

该直流系统工作原理是：电源系统交流输入正常时，两路市电输入经过交流切换控制板选择其中一路输入，并通过交流配电单元给各个整流模块供电。整流模块将输入三相交流电转换为110V 的直流，经隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电，另一方面给合闸负载供电。

当停电或异常时，交流无法输入，充电模块停止工作，由蓄电池供电。监控模块监测电池电压、放电时间，当电池放电到一定程度时，监控模块告警。交流输入恢复正常以后，充电模块对电池进行充电。

3 智能高频开关电源系统应用情况

临濮管道改造后的输油站直流电源系统设备经过三年多的运行，技术指标合理，各项参数显示正确，操作方便、直观，自动化程度高，维护工作量大幅度减少，设备保护功能齐全，能可靠动作。反映故障及时且准确无误，对电池能自动管理无须专人维护，设备运行稳定可靠，确保了变电设备安全可靠运行，主要体现在下表1：

4 高频开关直流电源的基本要求及注意事项

由高频开关电源的控制原理可知，智能高频开关电源系统设备，其智能化程度高，蓄电池组采用免维护蓄电池，虽然给我们带来了许多便利，但在使用过程中要注意以下几个方面，以确保使用安全。

（1）高频开关电源系统在环境温度-5～+40℃能正常工作。

（1）在正常使用情况下，主机的维护工作量很少，主要是防尘。特别是北方气候干燥的地区，空气中的灰尘较多，轴流风扇将使灰尘在机内沉积，当遇空气潮湿时会引起机内绝缘故障导致主机工作失常，因此模块要每月应彻底清洁一次。

（3）夏季防雷至关重要，在雷季到来之前还应检查变电站的防雷系统和直流电源的防雷装置。

（4）定期检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。

（5）定期对充电装置输出电压和电流精度、整定参数、指示仪表进行校对，以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。

（6）直流电源系统在使用中要避免随意增加大功率的额外设备（负载），也不允许在满负载状态下长期运行。

（7）由于蓄电池组输出电流很大，存在电击危险，因此装卸、改接导电连接条（线）、输出线时应特别注意安全，使用的工具应采取绝缘措施，以保证人身和设备安全。

（8）蓄电池应避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大并且温度升高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。

5 蓄电池维护与管理

免维护蓄电池虽然密封程度高、体积小、自放电系数小、使用寿命长和维护量小等特点，但电池容量的不足或破损很难通过电池巡检仪发现。所以还需要值班员对蓄电池组进行认真巡视。巡视项目如下：

（1）检查蓄电池连接条（线）有无松动和腐蚀现象，壳体有无渗漏和变形，是否清洁。

（2）极柱与安全阀周围是否有酸雾溢出。

（3）绝缘电阻是否下降。（4）蓄电池温度是否正常25°C左右。（5）测试单只蓄电池电压和内阻（一般为几～十几mΩ）是否正常。

（6）清洁并检测端电压、温度；

（7）当发现电压反极性、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时，应及时处理，对不能恢复的蓄电池要及时更换。

（8）不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组蓄电池带来不利影响。

（9）对寿命已到的电池组要及时更换，以免影响到电源系统和设备主机。6 结束语

由于临濮管道各输油站改造后的智能高频开关电源系统性能稳定，精度高，安全、可靠性更强，收到了良好的效果，但是再好的设备都有寿命期，也会出现各类故障，所以不能因为高智能、免维护而忽略了本应进行的正常维护工作，预防在任何时候都是安全运行的重要保障。

参考文献

第8篇：开关电源原理及设计范文

中图分类号：TM63 文献标识码：A

一、前言

在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。传统的直流电源多数采用可控硅整流型。近几年来，许多直流电源厂家推出智能化的高频开关电源，这种电源系统具有许多优点：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等，适应电网发展的需要，值得推广使用。

目前，我国电力系统采用的直流电源也正由传统的相控电源逐步向模块化的高频开关电源转变。高频开关电源整流器的工作原理：交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转换为高频交流，最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。这种高频开关电源主要由高频开关充电模块、集中监控器和蓄电池组等组成，其中充电模块和集中监控器具有内置微处理器，智能化程度高。高频开关电源系统正常运行时，充电机的输出与蓄电池组并联运行，给经常性负荷供电。

二、高频开关电源的原理和特性

（一）高频电源系统方框图

高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出。

（二）采用高频化有较高技术经济指标

理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。逆变或整流焊机、通讯电源用浮充电源的开关式整流器，都是基于这一原理。 那么，以同样的原理对传统的电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等各种直流电源加以类似的改造，使之更新换代为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约90％或更高，还可节电30％或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，既可带来显著节能、节材的经济效益，更可体现技术含量的价值。

（三）设计模块化――自由组合扩容互为备用提高安全系数

模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。

多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。

三、电力智能高频开关整流器与原始直流设备的性能比较

以前我国各地的发电厂、水电站及500kV、220kV、110kV、35kV等各类变电站所使用的直流电源设备，大部分采用的是相控电源，由于受工艺水平和器件特性的限制，上述电源长期以来处于低技术指标、维护保养难的状况。我国在近几年来也逐步完成了从原始直流设备到高频直流电源的过渡。

由以上表格我们可以看出，智能型高频开关电源与传统的相控电源比较，主要技术指标均优于部标1-2个等级以上，具有以下优点。

（一）相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式，而高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供电，即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要，则采用N+1模块平均分配，因此，可提高系统运行可靠性。个别模块故障时，可带电更换，不影响系统的正常运行，扩容维护方便。

（二）可控硅整流器运行于浮充电方式时，直流输出的纹波系数较大，曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故，按部颁要求纹波系数不大于2%。另外，可控硅整流器与蓄电池并联运行，纹波系数较大时，若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象，对蓄电池不利。高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电，使得供电质量和技术参数明显提高。模块采用准谐振技术（或脉宽调制技术）和电流电压双环控制技术，提高开关工作频率，开通损耗小，输出电压的纹波系数很小，一般≤�.1%额定电压，进而可防止蓄电池脉动充电放电，延长蓄电池的使用寿命，可靠性更高。

（三）高频开关电源整流模块具有内置微处理器，是提高设备管理水平的基础，在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下，使接线简单，安装调试快捷。除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外，还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信，进行远程监视和对模块各项操作，实现四遥功能。传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压表和其它专用装置对设备进行监视，且这些测量值不能经通信口实现远程监视（微机型除外）。即使有遥测，也是采用直流采样方式，采样点不多，对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏，因此，接线繁琐，自动化程度低，实现遥控和遥调功能的难度较大。 （四）按部颁要求，充电时稳流精度误差≤�%，浮充电时稳压精度误差≤�%。而高频开关电源稳压、稳流精度更高，其误差一般≤�.5%，可避免对蓄电池过充、欠充，保证蓄电池运行在最佳状态。阀控式电池容量大、维护量孝放电倍率低，适用于大容量的直流电源。从原理性能看，高频开关模块适合与阀控式电池配套使用。 （五）高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。同时，设有过流、过压及瞬时短路保护，安全可靠的防雷措施，能有效地承受输出短路冲击。另外，采取多重有效措施，防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。

（六）高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的转换效率达到90%以上，而相控电源转换效率一般只有60%-80%。

再有一大特点就是这种电源系统设有微机型集中监控装置，可以支持多种通信协议，与调度中心或变电工区的直流班监控系统通信，对直流系统进行四遥监控，具有测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等；控制电源的开关机等；控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换；控制硅链的自动或手动投切，保证控制母线的稳压精度等功能。

同时，这种系统还设有专用微机绝缘监察装置，能实时显示母线电压和正、负母线对地绝缘电阻的大小及发出异常报警，对各回馈线的绝缘情况进行巡检，指示具体发生故障的回路，这种选线功能为查找直流接地带来极大方便。

四、结束语

目前，我国正大力实施变电站的无人值班管理，因此，对设备的选择将会朝着小型化、少维护或免维护及自动化程度高的方向发展。高频开关直流电源正能适应这种要求，经过这几年的运行考验，这种产品的性能已逐步成熟、稳定。凭着优越的技术性能和良好的价格性能比，高频开关电源将成为直流电源的首选产品。

参考文献：

[1]白忠敏,刘百震.於崇干《电力工程直流系统设计手册(第二版)[M].2009,中国电力出版社.

第9篇：开关电源原理及设计范文

关键词：任务驱动教学法；开关电源；应用与维护

开关电源的应用与维护课是应用电子技术专业职业能力的必修课，也是电气自动化技术的专业技能课。主要讲解开关电源技术基础、自激式开关电源的应用与维修、他激式开关电源的应用与维修、单片开关电源的应用与维修、家电产品中的开关电源与维修、办公设备中的开关电源与维修、功率因数校正器的应用与维修以及新型开关电源的应用与维修。通过对这些实用技术的教学，可提高学生对开关电源应用与维修的实践技能，培养学生的综合职业能力。

一、任务驱动教学法

任务驱动教学模式是指教师将教学内容设计成一个或多个具体的任务，力求以任务驱动，以某个实例为先导，进而提出问题，引导学生思考，让学生通过学习和实践掌握教学内容，达到教学目标，培养学生分析问题和解决问题的能力。

二、任务驱动教学法在开关电源的应用与维护教学中的作用

1.改变了课堂教学的形式，使理论和实践相结合。我国现阶段高职院校的教学形式还停留在“教师传授，学生接受”为主的教学模式，教学效果并不理想，也不能满足社会对人才的需求。把任务驱动教学法引入具体的课程中，能有效改变教师讲、学生听的教学形式，让学生成为课上的主体，教师只进行指导，实现教与学的有机统一、理论与实践的结合。

2.改变学生的学习方式，激发学习兴趣，丰富学习形式。教师要结合教学的内容和重点，设计不同的教学任务，让学生主动参与到任务的完成中，使学生由原来的“要我学”变成“我要学”。

3.改变了教学的目标，提高了教学法的实效性。传统的教育理念强调知识目标的实现，而任务驱动教学法则将知识目标、能力目标和素质目标有机结合，让学生在掌握知R的同时，培养了能力，以适应未来就业岗位的需求。

三、任务驱动教学法在开关电源的应用与维护课中的具体做法

任务驱动教学法中的任务需要精心设计和考量，应以知识目标为指导，选择具有典型性、易实施的任务，而不是教材中的每一节内容都适合采用任务驱动的方式，更不能脱离教材而随意选择内容。本课程划分为四大模块：开关元件与驱动电路、变换器与软开关技术、控制电路和开关电源电路分析。现以模块4“开关电源电路分析”为例，介绍任务驱动法在开关电源的应用与维护课程教学中的应用。该模块设计三个任务：电源电路图分析、电路中元件确定和电路析焊接并测试，其具体实施如下：

1.设计情境。小李是设计部的一名新来员工，恰巧公司正在研发新产品，由于小李没有经验，所以工作开展中遇到很多困难。大家一起看看，他都遇到了哪些困难，能不能帮助他解决？

2.引出任务。课件显示一件电源电路图，教师引出任务：小李拿到了一张电源电路图，但他怎么也不明白其工作原理。大家根据所学的知识，看看能不能帮小李分析？教师给一定自由思考时间，让学生讨论并分析电路图，然后提问个别学生回答。教师根据学生的回答情况进行总结，并正确分析电路图。

3.独立探索。第一个任务完成后，教师再次引出任务，并培养学生独立探索的能力。教师：“同学们，电路图分析完了，谁知道这张电路图都需要哪些元件，元件的参数件又都是多少？”教师提供相关的学习资源供学生查阅，让学生独立完成。这样可以调动其学习兴趣及参与积极性，不放弃任何一个学生。查完后，学生代表发言，其他学生对照自己的结果，进行对比分析，发现问题并及时解决。最后，教师讲解所需的元件及每个元件的参数。

4.确定任务并告知。教师告知训练任务，即电路板焊接并调试。教师讲解焊接过程中的注意事项及安全问题，让学生整理电路图。

5.学生分组协作学习。5～6名学生为一组，每组选派一名组长。分组讨论完成本次任务的步骤，确定所需的设备、工具及材料等，由组长分工，合作完成焊接任务。这样学生不仅学到了知识，也培养了团结合作的精神。在学生焊接的过程中，教师要巡视每组完成的情况，并加以指导。

6.验收成果并评价。每组对完成的电路板自行进行测试，分析出错的原因，并加以改正。最终，每组先对任务的完成情况进行自评，再小组之间派代表进行互相评价。教师根据巡视情况及各组发言情况进行总结，并给出评分标准。

参考文献：