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穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理范文第1篇

以“直流穩(wěn)壓電源”為載體，對(duì)運(yùn)用Protel 99SE進(jìn)行設(shè)計(jì)電路的方法進(jìn)行了詳細(xì)而深入的講解。

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源；Protel 99SE；設(shè)計(jì)電路的方法

中圖分類號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）11018002

0概述

Protel 99SE是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件之一。它是電子設(shè)計(jì)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)和制作PCB常用的軟件，能進(jìn)行電路原理圖繪制、電子元器件庫和封裝庫制作、PCB設(shè)計(jì)等工作，功能完善。本文結(jié)合“直流穩(wěn)壓電源”電路講述PCB設(shè)計(jì)的過程與方法。從電路原理圖到PCB大致分為三個(gè)步驟，即繪制電路原理圖、生成網(wǎng)絡(luò)表、設(shè)計(jì)PCB。

1“直流穩(wěn)壓電源”原理圖繪制

打開Protel 99SE軟件，創(chuàng)建一個(gè)名為“直流穩(wěn)壓電源”的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫文件。在“直流穩(wěn)壓電源.ddb”中，新建一個(gè)電路原理圖文件，命名為“直流穩(wěn)壓電路.Sch”，打開該文件，設(shè)置圖紙大小、規(guī)格等參數(shù)。

放置“直流穩(wěn)壓電源”電路需要的元器件，如果在現(xiàn)有的元器件庫中沒有找到相應(yīng)的元器件，則需要載入新的元器件庫。值得注意的是，如果軟件自帶的原理圖元器件庫中無法找到原理圖所需要的元器件，則需要重新建一個(gè)新的元器件庫文件，自己設(shè)計(jì)元器件。其元器件列表如圖1所示。

將放置好的元器件按原理圖的要求用導(dǎo)線、I/O端口、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等連接起來，完成原理圖的繪制。

繪制好的“直流穩(wěn)壓電源.Sch”如圖2所示。

2電氣規(guī)則檢查與生成網(wǎng)絡(luò)表

電氣規(guī)則檢查（Electrical Rule Check）是Protel 99SE提供的對(duì)電路進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，對(duì)電路規(guī)則、電路連接、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等方面進(jìn)行檢測(cè)，確保電路的合理。電氣規(guī)則檢查可檢查原理圖中是否有電氣特性不一致的情況。如果出現(xiàn)不合理的電氣沖突現(xiàn)象，Protel 99SE會(huì)按照設(shè)計(jì)者的設(shè)置以及問題的嚴(yán)重性分別以錯(cuò)誤（Error）或警告（Warning）等信息來提示設(shè)計(jì)者注意。其操作方法是執(zhí)行菜單命令Tools＼ERC打開如圖3所示的“Setup Electrical Rule Check”對(duì)話框。

該對(duì)話框包括Setup和Rule Matrix兩個(gè)選項(xiàng)卡，它們主要用于設(shè)置電氣規(guī)則的選項(xiàng)、范圍和參數(shù)，然后執(zhí)行檢查。

網(wǎng)絡(luò)表（Netlist）是各類報(bào)表中較為重要的一個(gè)，是電路原理圖與PCB間的橋梁，是自動(dòng)布線的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)表的內(nèi)容從主要為原理圖中元件的數(shù)據(jù)（元件編號(hào)、元件類型或封裝信息）以及元件之間網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)據(jù)。執(zhí)行菜單命令Design＼Create Netlist，彈出“Netlist Creation”對(duì)話框，如圖4所示。

網(wǎng)絡(luò)定義結(jié)束

網(wǎng)絡(luò)定義以“（”開始，以“）”結(jié)束，將其內(nèi)容包含在內(nèi)。定義網(wǎng)絡(luò)首先要定義該網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)端口。

3PCB設(shè)計(jì)

首先，新建一個(gè)PCB文件，確定電路板的邊界、板層、布局、布線等要求。然后定義電路板的形狀和大小。

然后加載網(wǎng)絡(luò)表、按設(shè)計(jì)要求布局、布線。完成布線后，對(duì)元器件和走線做一些調(diào)整，為了方便調(diào)試和維修，對(duì)相應(yīng)的線路進(jìn)行敷銅。敷銅通常指以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū)，可以鋪GND的銅箔，也可以鋪VCC的銅箔。包地則通常指用兩根地線（TRAC）包住一撮有特殊要求的信號(hào)線，防止它被別人干擾或干擾別人。PCB圖如圖5所示。

敷銅是以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū)，對(duì)于短路或容易燒毀的元器件，可以鋪GND的銅箔，也可以鋪VCC的銅箔（但這樣一旦短路容易燒毀器件，最好接地，除非不得已用來加大電源。

4結(jié)語

Protel 99SE是電子類專業(yè)尤其是硬件設(shè)計(jì)工作者進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與制作的必備技能，需要長(zhǎng)期的實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理范文第2篇

【關(guān)鍵詞】電子 線路實(shí)驗(yàn) 分析

一、電源的應(yīng)用背景

電源可分為交流電源和直流電源，它是任何電子設(shè)備都不可缺少的組成部分。交流電源一般為220V、50HZ電源，但許多家用電器設(shè)備的內(nèi)部電路都要采用直流電源作為供電電源，如收音機(jī)、電視機(jī)、帶微控制處理的家電設(shè)備等都離不開這種電源。直流電源又分為兩種：一類是能直接供給直流電流或直流電壓，如電池、蓄電池、太陽能電池、硅光電池、生物電池等；另一類是將交流電變換成所需的穩(wěn)定的直流電流或電壓，這類變換電路統(tǒng)稱為直流穩(wěn)壓電路?，F(xiàn)在所使用的大多數(shù)電子設(shè)備中，幾乎都必須用到直流穩(wěn)壓電源來使其正常工作。220V、50HZ的單向交流電源變壓器降壓后，再經(jīng)過整流濾波可獲得低電壓小功率直流電源。然而，由于電網(wǎng)電壓可以有+10%變化。為此必須將整流濾波后的直流電壓由穩(wěn)壓電路穩(wěn)定后再提供給負(fù)載，使負(fù)載上直流電源電壓受上述因素的影響程度達(dá)到最小。直流電源電壓系統(tǒng)一般有四部分組成，他們分別是電源變壓器、整流電路，濾波電路、穩(wěn)壓電路。

二、總體設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)

1、設(shè)計(jì)目的

（1）了解整流、電容濾波電路的工作原理；（2）掌握集晶體管穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方法；（3）掌握仿真軟件EWB使用方法；（4）掌握穩(wěn)壓電源參數(shù)測(cè)試方法。

2、設(shè)計(jì)任務(wù)

（1）穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)：① 電網(wǎng)供給的交流電壓為220V，50Hz；② 輸出電壓為6～12V；③ 輸出電阻《0.4Ω；④ 最大允許輸出電流2A； ⑤ 穩(wěn)壓系數(shù)S《8*10-?；⑥ 輸出紋波電壓《10mv（當(dāng)Io=2A）；⑦ 具有限流保護(hù)功能，輸出短路電流

（2）設(shè)計(jì)要求：① 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案，計(jì)算和選取元件參數(shù)。② 完成各單元電路和總體電路的設(shè)計(jì)，并用計(jì)算機(jī)繪制電路圖。③ 完成電路的安裝、調(diào)試、使作品能達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。④ 給出測(cè)試各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的方法，撰寫測(cè)試報(bào)告。

（二）設(shè)計(jì)原理

1.設(shè)計(jì)原理

電子線路在多數(shù)情況下需要用直流電源供電，而電力部門所提供的電源為220V、50HZ交流電，故應(yīng)首先經(jīng)過變壓，整流，然后在經(jīng)過濾波，和穩(wěn)壓，才能夠獲得穩(wěn)定的直流電穩(wěn)壓電路穩(wěn)定后再提供給負(fù)載，框圖如下：

2.串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路

晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源的組成，220V交流市電經(jīng)過變壓，整流，濾波后得到的是脈動(dòng)直流電壓Vi，他隨市電的變化或直流負(fù)載的變化而變化，所以，Vi是不穩(wěn)定的直流電壓，為此，必須增加穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路取樣電路，比較電路，基準(zhǔn)并電壓，和調(diào)整元件等部分組成

（三）總體設(shè)計(jì)方案

1.變壓環(huán)節(jié)

通電為電壓220V，頻率為50Hz，為了保證后面可調(diào)范圍為6～12V，選擇初次級(jí)線圈匝數(shù)比為2000：141的pq4-10

2.整流、濾波環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)選擇4個(gè)IN4002的二極管作為整流電路

因?yàn)槭须婎l率是50Hz為低頻電路，選擇RC濾波電路。本實(shí)驗(yàn)選擇的電容為1200μF

3.穩(wěn)壓環(huán)節(jié)

（1）調(diào)整元件。作為一個(gè)理想的電源，其內(nèi)阻應(yīng)該盡量小才能保證具有穩(wěn)壓的效果，根據(jù)晶體管放大器的知識(shí)可知：共集電極電路的輸出阻抗最小。所以選擇共集電極電路來實(shí)現(xiàn)，且盡量選擇β值較大的晶體管，但是后來會(huì)發(fā)現(xiàn)并不是如此。由于電流和功耗等的影響，所以最好采用復(fù)合管來實(shí)現(xiàn)該要求，且有一個(gè)大功率管就可，本實(shí)驗(yàn)該電路選擇的晶體管型號(hào)為2N3414（早期電壓為51V，測(cè)試前高電流拐點(diǎn)為4.6A，功率很大），其它兩管為小功率管MRF9011

（2）取樣電路。這部分由兩個(gè)電阻和電位器來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整電位器的使輸出電壓的可調(diào)范圍從6V到12V。

4.參數(shù)計(jì)算

輸出電壓 V0=5.982～12.15V

最大輸出電流2A

R0計(jì)算：Ro=ΔVo/ΔIo*Vo

RL=50 Vo=7.177V，Io=143.5mA

RL=100 Vo=7.181V，Io=71.82mA

R0=0.35

穩(wěn)壓系數(shù)：s=0.038

Ro=ΔVo/ΔIo*Vi/V0

當(dāng)vi=23.16v時(shí)候，v0=7.176

當(dāng)vi=20.86v時(shí)候，v0=7.146

通過計(jì)算可得S=0.038

符合要求

紋波電壓20.1mv

輸出電流=3.016A

三、結(jié)束語

通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)于模電知識(shí)有了更深的了解，尤其是對(duì)串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源方面的知識(shí)有了進(jìn)一步的研究。在電路的仿真過程中也提升了我的動(dòng)手能力，實(shí)踐能力得到了一定的鍛煉，加深了對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)方面的興趣，理論與實(shí)踐得到了很好的結(jié)合，加深自己對(duì)實(shí)用價(jià)值和理論的統(tǒng)一的了解，但對(duì)于理論和實(shí)際應(yīng)用的統(tǒng)一和對(duì)于器件在實(shí)際中的使用還有很大的不足，不能在使用器件時(shí)選擇合適的參數(shù)的器件，不能根據(jù)器件的編號(hào)知道器件的基本功能。在這方面需要很大的提高。

穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理范文第3篇

關(guān)鍵詞:穩(wěn)壓電源;單片機(jī);D/A轉(zhuǎn)換;直流電源;電壓調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào):TM131文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0036-02

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直流電源應(yīng)用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一,廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。其良好的性價(jià)比更能為人們所接受,因此,具有一定的設(shè)計(jì)價(jià)值。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)方框圖設(shè)計(jì)

該電路采用單片機(jī)(AT89C51)作為主控電路,由三端集成穩(wěn)壓器(LM317)作為穩(wěn)壓輸出部分。另外,電路還增加參考電壓電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路、顯示電路等部分電路。其方框圖如圖1所示:

整個(gè)電路的運(yùn)行需要模擬電壓源提供+5V,±15V的模擬電壓,以便使電路中的集成數(shù)字芯片能夠正常工作。電路運(yùn)行時(shí),首先由單片機(jī)設(shè)置初始電壓值,并送顯示電路顯示。然后將電壓值送D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,再經(jīng)放大電路進(jìn)行電壓放大,最終反饋到三端集成穩(wěn)壓器(LM317)輸出模擬電壓。

(二)硬件設(shè)計(jì)

本電路的硬件組成部分主要由單片機(jī)(AT89C51)、變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓器(LM317)、參考電壓電路、D/A轉(zhuǎn)換電路(DA0832)、放大電路、顯示電路等組成。

硬件電路如圖2所示,整個(gè)電路通過單片機(jī)(AT89C51)控制,P0口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連,DA的CS和WR1連接后接P26,WR2和XFER接地,讓DA工作在單緩沖方式下。DA的11腳接參考電壓,通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻使LM336的輸出電壓為5.12V,所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256=0.02V,也就是說DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1,電壓增加0.02V。

DA的電壓輸出端接放大器OP07的輸入端,放大器的放大倍數(shù)為(R8+R9)/R8=(1K+4K)/1K=5,輸出到電壓模塊LM317的電壓分辨率為0.02V×5=0.1V。所以,當(dāng)MCU輸出數(shù)據(jù)增加1的時(shí)候,最終輸出電壓增加0.1V,當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時(shí)候,可以以每次0.1V的梯度增加或者降低電壓。

本電路設(shè)計(jì)兩個(gè)按鍵,S1為電壓增鍵,S2為電壓減鍵,按一下S1,當(dāng)前電壓增加0.1v,按一下S2,當(dāng)前電壓減小0.1V。

顯示部分由三位共陽數(shù)碼管和74LS164串入并出模塊組成,電路如圖3所示,可以顯示三位數(shù),一位顯示十位,一位顯示個(gè)位,另外還有一個(gè)小數(shù)位,比如可以顯示12.5v,采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式。本主電路的原理就是通過MCU控制DA的輸出電壓大小,通過放大器放大,給電壓模塊作為最終輸出的參考電壓,真正的電壓,電流還是穩(wěn)壓模塊LM317輸出。

(三)軟件設(shè)計(jì)

在本電路中由于CPU的工作任務(wù)是單一的,因此,源程序的工作過程為:系統(tǒng)上電復(fù)位后,默認(rèn)輸出9V電壓,然后掃描S1,S2鍵,當(dāng)S1或S2鍵有按下時(shí),程序跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的按鍵處理子程序,經(jīng)按鍵子程序處理后,再嵌套調(diào)用顯示子程序,完成顯示與輸出操作后返回主程序,繼續(xù)掃描此兩鍵,程序運(yùn)行原理如下:

程序設(shè)計(jì)需要考慮的主要問題有兩個(gè)方面:一方面要找出數(shù)字量Dn與輸出電壓的關(guān)系,這是程序設(shè)計(jì)的依據(jù);另一方面要建立顯示值與輸出電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這是程序設(shè)計(jì)是否成功的標(biāo)志。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中,顯示的輸出電壓值不是之前從輸出電路中通過檢測(cè)得到的,因此顯示與輸出并不存在直接聯(lián)系。但為了使顯示值與實(shí)際輸出值相一致,在程序編寫時(shí),必須人為地為兩者建立某種關(guān)系。采用的方法是:在程序存儲(chǔ)器中建立TAB1和TAB2兩張表格,TAB1放101個(gè)Dn值,數(shù)值從小到大順序排列,其值分別對(duì)應(yīng)輸出電壓0～10v,TAB2存放數(shù)碼顯示器0～9字符所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。TAB1表格的數(shù)據(jù)指針存放在內(nèi)存RAM中23H單元,內(nèi)存20H,21H和22H三個(gè)單元分別存放數(shù)碼顯示器小數(shù)點(diǎn)一位,個(gè)位和十位的字符數(shù)據(jù)指針。在主程序中初始化后之后首先給23H賦予40的偏移量,這個(gè)偏移量指向TAB表中的Dn為145,此值對(duì)應(yīng)的輸出電壓為9V,由于這個(gè)原因,必然要求顯示器顯示的字符為“05.0”,為此,須分別給20H,21H和22H賦予0,5和0的偏移量,這三個(gè)偏移量分別指向TAB2中0,5和輸出兩者之間就建立了初步的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了使兩者保持這種對(duì)應(yīng)的關(guān)系,在K1和K2按鍵處理子程序中,必須使23H,20H,21H和22H四個(gè)數(shù)據(jù)指針保持“同步”地變化,即為當(dāng)K有鍵時(shí),23H單元增加1指向下一Dn時(shí),20H單元也相應(yīng)增加1指向下一字符,并且20H單元(小數(shù)點(diǎn)一位指針)、21H單元(個(gè)位指針)和22H元(十位指針)應(yīng)遵循十進(jìn)制加法的原則,有進(jìn)位時(shí)相應(yīng)各位應(yīng)作出相應(yīng)地變化;當(dāng)K2有鍵時(shí),23H單元減1指向前一Dn時(shí),20H單元也相應(yīng)減1指向前一字符,并且20H,21H,22H三個(gè)單元的數(shù)據(jù)指針應(yīng)遵循十進(jìn)制減法原則,有借位時(shí)相應(yīng)的各位須作出相應(yīng)地變化。按照這一算法只要控制TAB1表格數(shù)據(jù)指針不超出表格的長(zhǎng)度就能使顯示值與輸出值保持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,即顯示器能準(zhǔn)確地顯示出電源輸出電壓值的大小,達(dá)到電路設(shè)計(jì)的目的。由于理論計(jì)算與實(shí)際情況還存在著一定的差異,為了使顯示值更加接近實(shí)際輸出值,本電路需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行校正。

二、調(diào)試與分析

調(diào)試儀器:數(shù)字萬用表、電烙鐵、斜口鉗、尖嘴鉗、吸錫器、鑷子。

硬件調(diào)試:首先檢查整個(gè)電路,電路連接完好,沒有明顯的錯(cuò)連,漏連。接上電源,電源指示燈亮,數(shù)碼管顯示初始電壓值+5V,用萬用表的兩只表筆測(cè)試LM317的輸出電壓為4.96V。當(dāng)按下S1鍵一次,數(shù)碼顯示電壓值變?yōu)?.9V,萬用表讀數(shù)變?yōu)?.85V。再按下S2鍵一次,數(shù)碼顯示電壓值變?yōu)?.0V,萬用表讀數(shù)再次變?yōu)?.96V。通過改變顯示電壓值,用萬用表測(cè)得幾組輸出電壓數(shù)據(jù)見表1:

系統(tǒng)平均誤差Δd=0.41V。

誤差原因分析:(1)工作電源不夠穩(wěn)定,不能為數(shù)字集成塊提供精確工作電壓;(2)電路參數(shù)設(shè)定不夠精確;(3)提供給D/A轉(zhuǎn)換的參考電壓不夠精確,使得轉(zhuǎn)換過程存在誤差;(4)單片機(jī)的P0口傳輸給D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確,使得輸出出現(xiàn)誤差;(5)系統(tǒng)缺少電壓電流采樣電路。

三、結(jié)語

在本文中,實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)為核心的直流穩(wěn)壓電源的智能控制,達(dá)到了預(yù)期的目的和要求。

參考文獻(xiàn)

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穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理范文第4篇

引言

交流穩(wěn)壓技術(shù)的發(fā)展一直倍受廣大用戶和生產(chǎn)廠商的關(guān)注，其原因在于我國(guó)市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種交流電力穩(wěn)壓產(chǎn)品，在技術(shù)性能上都有不盡人意之處。

在我國(guó)應(yīng)用較早，且用戶最廣的交流電力穩(wěn)壓電源當(dāng)屬柱式（或盤式）交流穩(wěn)壓器，雖然這種穩(wěn)壓電源有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于它是用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)碳刷（或滾輪）以調(diào)節(jié)自耦變壓器抽頭位置的方法進(jìn)行穩(wěn)壓，所以存在工作壽命短，可靠性差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢等難以克服的缺陷。

近年來不少生產(chǎn)廠家針對(duì)柱式交流電力穩(wěn)壓器所存在的缺點(diǎn)，紛紛推出無觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，大有取代柱式穩(wěn)壓器之勢(shì)。這種電源實(shí)質(zhì)上仍然是采用自耦方式進(jìn)行調(diào)壓，所不同的只是通過控制若干個(gè)晶閘管的通斷，改變自耦變壓器多個(gè)固定抽頭的組合方式，來代替通過機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)碳刷改變自耦變壓器抽頭位置的一種調(diào)壓方法。這種方法固然提高了穩(wěn)壓電源的可靠性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但卻失去了一個(gè)重要的調(diào)節(jié)特性——平滑性，即調(diào)節(jié)是有級(jí)的，其必然結(jié)果是穩(wěn)壓精度低（一般只有3％～5％），并且在調(diào)節(jié)過程中，當(dāng)負(fù)載電流很大時(shí)會(huì)沖擊電網(wǎng)并產(chǎn)生低頻次諧波分量，對(duì)負(fù)載也會(huì)產(chǎn)生沖擊；另外采用這種方法所用變壓器較多（一相至少需二臺(tái)，即一臺(tái)自耦變壓器，一臺(tái)補(bǔ)償變壓器），這就增加了電源的自重和空載損耗。

    伴隨著全控開關(guān)器件的容量和性能以及模塊化程度的提高，集成控制電路功能的不斷完善，吉林市長(zhǎng)城科技有限責(zé)任公司憑借自己的科技實(shí)力，率先研制出采用PWM技術(shù)，通過全控開關(guān)器件IGBT，對(duì)交流進(jìn)行斬波控制的新型補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源——JJY－ZK/BW系列斬控補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源。為我國(guó)交流穩(wěn)壓技術(shù)的創(chuàng)新和滿足市場(chǎng)對(duì)高性能交流穩(wěn)壓電源的需求開創(chuàng)了新局面，下面對(duì)PWM交流斬控技術(shù)在該種交流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用原理及性能做一簡(jiǎn)要介紹。

1 PWM交流斬控調(diào)壓原理

圖1（a）所示，假定電路中各部分都是理想狀態(tài)。開關(guān)S1為斬波開關(guān)，S2為考慮負(fù)載電感續(xù)流的開關(guān)，二者均為全控開關(guān)器件與二極管串聯(lián)組成的單相開關(guān)[見圖1（b）]。S1及S2不允許同時(shí)導(dǎo)通，通常二者在開關(guān)時(shí)序上互補(bǔ)。定義輸入電源電壓u的周期T與開關(guān)周期Ts之比為電路工作載波比Kc，（Kc=T/Ts）。圖1（c）表示主電路在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的輸出電壓波形。顯然輸出電壓uo為：

式中：E（t）為開關(guān)函數(shù)，其波形示于圖1（c），函數(shù)由式（2）定義。

在圖1（a）電路條件下，則

E（t）函數(shù)經(jīng)傅立葉級(jí)數(shù)展開，可得

式中：D=ton1/Ts，ωs=2π/Ts，θn=nπ/Ts；

D為S1的占空比；

ton1為一個(gè)開關(guān)周期中S1的導(dǎo)通時(shí)間。

將式（4）代入式（3）可得

    式（5）表明，uo含有基波及各次諧波。諧波頻率在開關(guān)頻率及其整數(shù)倍兩側(cè)±ω處分布，開關(guān)頻率越高，諧波與基波距離越遠(yuǎn)，越容易濾掉。

在經(jīng)LC濾波后，則有

把輸出電壓基波幅值與輸入電壓基波幅值之比定義為調(diào)壓電壓增益，即

由此可見電壓增益等于占空比D，因此改變占空比就可以達(dá)到調(diào)壓的目的。

2 控制方案設(shè)計(jì)與工作原理

一般情況下，PWM交流斬控調(diào)壓器的控制方式與主電路模型、電路結(jié)構(gòu)及相數(shù)有關(guān)。

若采用互補(bǔ)控制，斬波開關(guān)和續(xù)流開關(guān)在換流過程中會(huì)出現(xiàn)短路，產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊電流；如設(shè)置換相死區(qū)時(shí)間，又可能造成換相死區(qū)時(shí)間內(nèi)二個(gè)開關(guān)都不導(dǎo)通使負(fù)載開路，在有電感存在的情況下，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電壓沖擊。本方案采用有電壓、電流相位檢測(cè)的非互補(bǔ)控制方式，如圖2所示。對(duì)相數(shù)而言本方案采用三相四線制，即用三個(gè)單相電路，組合成三相電源，這樣可以避免相間干擾，保持各相電壓輸出穩(wěn)定。

    由圖2可見，V1，VD1與V2，VD2構(gòu)成雙向斬波開關(guān)，Vf1，VDf2與Vf2，VDf1構(gòu)成雙向續(xù)流開關(guān)；Lof及Cof分別為濾波電感、電容；u1為補(bǔ)償變壓器初級(jí)繞組兩端電壓，u2為向主電路補(bǔ)償?shù)碾妷?。本方案采用了有電壓、電流相位檢測(cè)的非互補(bǔ)控制方式。圖3為在RL負(fù)載下，這種非互補(bǔ)的斬波開關(guān)和續(xù)流開關(guān)門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序配合及一個(gè)電源周期中輸出電壓的理想波形。

由圖3可見根據(jù)負(fù)載電壓電流相位，一個(gè)電源工作周期可分為4個(gè)區(qū)間.

上述工作狀態(tài)，可用邏輯表達(dá)式表示為：

為保證電源滿足負(fù)載特性的要求及運(yùn)行可靠性,本方案采用了圖4所示的控制電路結(jié)構(gòu)。

3 補(bǔ)償穩(wěn)壓原理及控制

圖5示出補(bǔ)償穩(wěn)壓電路。

圖5中電網(wǎng)電壓u，補(bǔ)償電壓uc，輸出電壓uo均為工頻。當(dāng)u與uc相位差?=0°時(shí)，uo=u＋uc；當(dāng)?=180°時(shí)，uo=u－uc。因此，當(dāng)電網(wǎng)電壓u變化時(shí)調(diào)節(jié)uc的大小以及與u的相對(duì)極性即可保證uo的恒定。

    u與uc相對(duì)極性變換的控制如圖6所示。其輸出uQ接雙向晶閘管的過零觸發(fā)電路。采樣信號(hào)取自u(píng)o經(jīng)整流濾波后的輸出。電位器Rp用于調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的門檻電壓，其傳輸特性如圖6（b）所示。

4 結(jié)語

PWM交流斬控技術(shù)用于交流穩(wěn)壓，顯著地提高了交流穩(wěn)壓電源的技術(shù)性能，其主要特點(diǎn)是：

    1）可采用全固態(tài)器件，真正做到了無觸點(diǎn)、無抽頭，因而可靠性高、工作壽命長(zhǎng)；

2）平滑調(diào)節(jié)，輸出無級(jí)差，對(duì)電網(wǎng)及用戶無沖擊，不產(chǎn)生低頻次諧波干擾；

3）輸出精度高，實(shí)際精度可達(dá)到±0.5％，即便在正補(bǔ)償與負(fù)補(bǔ)償變換瞬間，輸出電壓波動(dòng)也不超過額定電壓的1％；

    4）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，可達(dá)ms級(jí)；

穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)原理范文第5篇

關(guān)鍵詞：補(bǔ)償式；無觸點(diǎn)；PLC；穩(wěn)壓器

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.176

1 目前市場(chǎng)同類產(chǎn)品研究及生產(chǎn)狀況

穩(wěn)壓器的主要電路結(jié)構(gòu)，從最初的機(jī)械碳刷式到無觸點(diǎn)補(bǔ)償式，經(jīng)歷了好幾代的發(fā)展變化，但目前市場(chǎng)上的很多大功率交流穩(wěn)壓器仍是機(jī)械碳刷式結(jié)構(gòu)。機(jī)械碳刷式穩(wěn)壓器有著許多缺點(diǎn)和不足，已遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代科技的需要。

國(guó)內(nèi)關(guān)于交流穩(wěn)壓器的研究較為活躍，其研究的主要內(nèi)容分為兩個(gè)大的方向：

1.1 無觸點(diǎn)補(bǔ)償式大功率交流穩(wěn)壓器[1]

無觸點(diǎn)補(bǔ)償式大功率交流穩(wěn)壓器[1]提出通過改變變壓器的繞組組合來改變輸出電壓：一種是純補(bǔ)償式，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.1所示。

通過雙向可控硅的通斷，控制補(bǔ)償變壓器組合的投入、退出或改變極性，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的?？煽毓柰ㄟ^橋臂形式，直接接在相線與零線之間（220V），因而工作電壓高，換檔時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流大；同時(shí)，這種電路在可控硅誤導(dǎo)通時(shí)，很容易造成相線與零線之間短路，瞬間就會(huì)燒毀可控硅，故其可靠性很差。另一種是自耦調(diào)壓補(bǔ)償式[2][3]，這種結(jié)構(gòu)通過控制雙向可控硅的通斷，來切換自耦變壓器的抽頭，從而改變補(bǔ)償變壓器補(bǔ)償電壓的大小和極性，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

1.2 高頻開關(guān)型交流穩(wěn)壓器

高頻開關(guān)型交流穩(wěn)壓器把先進(jìn)的高頻開關(guān)電源技術(shù)引入到交流穩(wěn)壓器中，從而可以取得減小體積和重量，具有效率高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)[4]。但因其電路復(fù)雜，價(jià)格很高，難以做到大容量輸出。

2 單相交流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

要保證電源裝置能做到精密地控制和可靠地運(yùn)行，必須采用電力電子技術(shù)，在裝置中使用電力半導(dǎo)體器件?；诖耍O(shè)計(jì)了一種新型的采用PLC控制的無觸點(diǎn)補(bǔ)償式大功率交流穩(wěn)壓器。

2.1 穩(wěn)壓器電磁原理分析

2.1.1 電壓串聯(lián)補(bǔ)償原理

電壓串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)原理如圖2.1所示。

由圖2.1可知：， 為電網(wǎng)側(cè)輸入電壓，為補(bǔ)償電壓，為穩(wěn)壓器輸出電壓。當(dāng)?shù)陀跁r(shí)，調(diào)壓裝置使為正補(bǔ)償；當(dāng)?shù)扔跁r(shí)，調(diào)壓裝置不動(dòng)作，為0補(bǔ)償。當(dāng)高于時(shí)，調(diào)壓裝置使為負(fù)補(bǔ)償。穩(wěn)壓器[5]只需補(bǔ)償電壓設(shè)定值和實(shí)際值的偏差電壓，而無需承擔(dān)負(fù)荷的全部電壓，采用電壓串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)研制的穩(wěn)壓器即可做到。

2.1.2 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

穩(wěn)壓器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.2所示[6]：主電路由帶分接頭的自耦調(diào)壓變壓器和串聯(lián)補(bǔ)償變壓器組成。

為通過智能控制系統(tǒng)控制的固態(tài)繼電器模塊。通過改變自耦變壓器的變比而控制自耦變壓器的二次電壓，通過改變補(bǔ)償變壓器的一次繞組的接入點(diǎn)而控制補(bǔ)償電壓的正負(fù)。與補(bǔ)償變壓器 T2 一次繞組并聯(lián)的RC 電路是為了抑制在換擋瞬間因補(bǔ)償變壓器 T2 一次繞組暫時(shí)開路而引起的沖擊電流。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組成

設(shè)計(jì)采用西門子S-200系列PLC、模擬量輸入模塊組成控制系統(tǒng)，觸摸屏采用臺(tái)達(dá)DOP-B系列觸摸屏?？刂葡到y(tǒng)的硬件組成框圖如圖2.3所示。

交流固態(tài)繼電器介紹。交流固態(tài)繼電器SSR[7]是一種無觸點(diǎn)通斷電子開關(guān)（Solid State Relays），由輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路三部分組成。它利用電子元件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，為四端有源器件，其中兩個(gè)端子為輸入控制端，另外兩端為輸出控制端。當(dāng)施加輸入信號(hào)后，其中主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)。整個(gè)器件無可動(dòng)部件及觸點(diǎn)，因此又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”。

2.3 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與程序編寫

2.3.1 PLC主程序編寫

PLC主程序主要是對(duì)定時(shí)器、初始值、子程序讀取、寄存器、計(jì)數(shù)等相關(guān)設(shè)置。程序開始運(yùn)行時(shí)，先將檔位實(shí)際輸出初始值進(jìn)行設(shè)置。通過初始化程序，將額定電壓設(shè)定設(shè)為40V，閾值設(shè)為2V，并將所有輸入輸出端口和寄存器初始化。

初始化程序1：由于PLC量程為（-27648～27648），電壓變送器的量程0～250V轉(zhuǎn)化為0～10V，對(duì)應(yīng)40V為4424，并將其賦值給VW500作為電壓設(shè)定值；將1 給VW502默認(rèn)T3定時(shí)器為1*10ms；VW504閾值為0.8V；VW506為檔位判斷前時(shí)間間隔；VW510為總周期。

初始化程序2：VW2為當(dāng)前偏差；VW4為前擋偏差；VW6為執(zhí)行檔位；VW100為實(shí)際檔位；VW98為周期次數(shù)；將其全部置0初始化。

初始化程序3：初始化輸出端0100001，對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)輸出0擋。

電壓判斷程序流程圖如圖2.9所示。

通過設(shè)定初始值與采集值進(jìn)行比較，判斷偏差與零的大小，根據(jù)判斷進(jìn)行檔位判斷，從而調(diào)節(jié)比例大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓。

利用PLC控制和電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能的單相交流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，它容量更大，可靠性更強(qiáng)，精度更高?？朔藱C(jī)械觸點(diǎn)式穩(wěn)壓器故障率高、噪聲大、損耗大的缺點(diǎn)，適用于對(duì)環(huán)境要求較高、對(duì)電壓穩(wěn)定性要求高的用戶。

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