UPS电源电路
目录
1概述 (1)
2引用文件 (1)
2.1执行文件 (1)
2.2参考文件 (1)
3功能描述 (1)
3.1系统功能 (1)
3.2系统组成 (1)
4主要技术性能指标 (2)
5接口要求 (2)
6详细设计 (3)
6.1输入限制保护装置 (3)
6.2 DC/DC转换装置 (4)
6.3二极管电路 (9)
6.4电池组 (9)
6.5 电池充/放电保护模块 (10)
6.5.1充电电路 (10)
6.5.2放电保护电路 (10)
6.6 输出限制保护模块 (13)
6.7 电池管理单元与系统监控单元 (14)
6.8光、电、机械、热接口设计 (15)
6.8.1光、电接口设计 (19)
6.8.2机械接口设计 (19)
6.4.3热接口设计 (19)
6.9可靠性、安全性设计 (20)
6.9.1可靠性设计 (20)
6.9.2安全性设计 (20)
6.10电磁兼容性设计 (20)
6.10.1控制自身干扰 (20)
6.12热设计 (20)
6.13降额设计 (21)
6.14材料、工艺选用分析 (21)
7结论 (21)
1概述
XXX系统中需要的能量除了来自于传统的太阳电池阵、蓄电池外，还要有与WPT 系统的接口。对于模块航天器中的能源进行检测、能源平衡以及能源进行控制，是有效提高无线能量传输效率的有效途径。能源管理系统主要对输入电能量进行管理、存储和分配，为负载提供稳定的输出电压，其对于能量的高效利用，有效应对能源获取、存储和分配所出现的突发事件，保证系统的可靠、正常运行，具有重要的意义。
2引用文件
2.1执行文件
2.2参考文件
3功能描述
3.1系统功能
能源管理系统主要实现对输入电能量进行管理、存储和分配。在正常工作模式下，两路输入电压经过二极管电路进行“或”隔离输入，由DC/DC转换模块转换为35V直流电压供充电电路及输出DC/DC转换模块使用，电池充电保护模块对电池组进行浮充电，输出DC/DC转换模块把35V转换为稳定的28V输出。在输入能量供应不足或者输入发生故障的情况下，系统由电池组供电，输出DC/DC转换模块把电池电压转换为稳定的28V输出。
能源管理系统具有监控单元，以实现对电源输入电压、电流，电源输出电压、电流和电池电压电流状态等进行监测和控制。
3.2系统组成
能源管理系统组成框图如图1所示。能源管理系统包括输入限制保护装置1、2，二极管电路1、2、3、4、5，输入DC/DC转换器，电池充电保护模块，电池放电保护模块，可充电电池组，输出DC/DC转换器，输出限制保护模块，电压电流AD采集模块，能量监测模块，MCU控制模块组成。
输入通道A 输入通道B 输入限制
保护装置1可充电电池组
输入限制保护装置2
输出限制
保护模块
输出
输入DC/DC 转换器输出
DC/DC
转换器
充电保护
模块放电保护
模块
二极管电路1二极管电路2二极管电路3二极管电路4二
极
管电路5
电压电流采样电压电
流采样
MCU 电池状态监测 图1能源管理系统框图
4主要技术性能指标
a ．输入特性
输入电压范围：DC +21.5V~+32.5V ；
电压纹波：≤300mVpp ；
b ．输出特性
输出电压：DC +28 +/-2V ；
最大输出纹波电压：≤300mVpp ；
输出电流：~1A ；
c ．效率特性
输入输出转换效率：81%；
d ．电池特性
电池类型：磷酸铁锂电池；
电池规格：24V 20 Ah
5接口要求
5.1电输入接口满足以下要求:
a.能源管理系统输入通道1输入电压：+21.5V~+32.5V ，纹波≤300mVpp ；
b.能源管理系统输入通道2输入电压：+21.5V~+32.5V ，纹波≤300mVpp ；
电输出接口满足以下要求：
c.能源管理系统出电压28±1V，纹波≤200mVpp，功率>10W。（电流1A计算）
5.2 机械接口要求：
a.尺寸
能源管理系统的外形尺寸要求见表1。
表1能源管理系统的外形尺寸要求
发射端
项目指标要求
机壳外形尺寸（长mm×宽mm×高mm）（300±0.3）×（300±0.3）×（300±0.3）
最大外形尺寸（长mm×宽mm×高mm）（300±0.3）×（300±0.3）×（300±0.3）安装尺寸（mm×mm）（350±0.1）×（300±0.1）
安装孔径（mm）Φ8.0±0.1
安装孔数量（mm）4个
b.外观
外观应符合以下要求:
1）产品表面涂层为黑色阳极化，表面无划伤、毛刺、刻痕、裂纹和其他机械损伤；
2）安装面与结构全底面接触，安装面平面度应优于0.1mm/100mm，粗糙度应优于3.2μm。
c.重量
重量≤15kg。
6详细设计
6.1输入限制保护装置
能源管理电路中，需要有输入浪涌抑制，输入欠压关断和输入过压保护等功能。用RC充电网络控制功率场效应管慢启动实现输入浪涌抑制。用功率TVS管实现过压保护。当输入电压超过设定电压时，其TVS管反向导通，电路结构如下图所示：
图2输入浪涌抑制保护电路
输入欠压保护由DC/DC转换器中的开关控制器实现。DC/DC转换器的开关控制器包含一个欠压锁定电路，输入电压经过电阻分压网络分压，再输入到控制IC，当输入电压低于设定电压时，控制IC可以实现欠压锁定，电路处于待机状态。
图3输入欠压保护电路
6.2 DC/DC转换器
能源管理系统输入电压范围为DC +21.5V至+32.5V。因为电池的浮充电压为29.2V，而且电池充电电路采用BUCK降压电路结构，所以需要输入DC/DC转换器把输入电压转换为35V直流电压，以使充电电路能正常工作。输入DC/DC转换器采用BOOST升压电路结构。此时输出DC/DC转换器的输入电压为35V。
当系统没有外部电源输入时，由蓄电池为系统供电，蓄电池输出电压随其电量的减少而降低，其输出电压范围为19.2V至29.2V。此时输出DC/DC转换器的输入电压为19.2V至29.2V。
综上可知对于输出DC/DC转换器，其输入电压的范围为19.2V~35V，为了获得稳定的+28V输出电压，输出DC/DC转换器采用BUCK-BOOST升降压型结构。
6.2.1输入DC/DC 转换器
能源管理系统的输入电压范围为21.5~32.5V ，由输入DC/DC 转换器转换为35V 供后级电路使用。电路采用BOOST 结构，N 沟道场效应管选威世公司SUM110N06-3m4L 。电路框图如图4所示。 C D SW
L VIN VOUT
开关控制器
图4 BOOST 原理框图
电路主要由开关控制器，功率电感、场效应管和功率二极管构成。开关控制器用TI 公司的用于开关稳压器的高效低侧N 通道控制器LM3481。
1、输出电压OUT V ，占空比D
1IN OUT V V D =
- 3521.50.435
OUT IN MAX OUT V V D V --=== max 3532.50.0735
OUT IN MIN OUT V V D V --==≈ 2、频率为200K 时，FA R
5511114.44.3710 4.3710200
FA S R K f --===Ω???? 3、R1，R2（也就是芯片资料里的R7 R8）
221
1.275UVLO IN R V V R R =≥+ 故只要工作时UVLO V 大于1.275即可。本设计选择了R1，R2各为100k 。
4、Comp 脚链接的电阻c R 取22.6k 和电容c c 去82nF 。
5、输出电感L
(1)0.6560.34421 5.9222200
IN OUT s D DV L uh I f -??≥==?? BOURNS 公司的PM2120-5R6M-RC 电感电感量为5.6uH ，额定电流为15.6A ，直流导通电阻为5m Ω。
6、输出反馈电阻1F R , 2F R （验证过可行）
21
1.275(1)F OUT F R V R =+ 21
24F F R R ≈ 7、电流检测电阻,最大输出电流为
3A
(1)160(10.4)323
SEN SEN OUT V D mV R m I --≈=≈Ω 6.2.2输出DC/DC 转换器
输入DC/DC 转换器的输出电压为35V ，而电池供电时电池的输出电压为19.2~29.2V ，所以输出DC/DC 转换器需要把19.2V~35V 的输入电压转换为28V 输出。电路采用BUCK-BOOST （升降压结构）结构。图5为原理框图。 C D SW
L VIN VOUT
开关控制器D
SW
图5 BUCK-BOOST 原理框图
电路主要由开关控制器，功率电感、场效应管和功率二极管构成。开关控制器用
TI 公司的宽电压BUCK-BOOST 控制器LM25118。BOURNS 公司的PM2110-560K-RC 电感电感量为100uH ，额定电流为6.1A ，直流导通电阻为35m Ω，是适合本方案的器件。场效应管用Vishay （威世）公司的SUM110N06-3m4L 。
1、振荡器频率电阻T R
99
336.410 6.4103.0210 3.021028.8200T R K f K
??=-?=-?=Ω 2、占空比
（1）当输入电压低于28V 时是升压模式：
min 2819.20.31428
OUT IN MAX OUT V V D V --=== max 2827.9028OUT IN MIN OUT V V D V --=
=≈ （2）当输入电压高于28V 时是降压模式：
D MIN =V Omin /V INmax =28/35=0.8
D MAX =V Omax /V INmin =28/28.1=0.99
3、输出电感 L O
最大电感纹波电流出现在最大输入电压时。通常情况下，20％至 40％ 的满载电流是在磁芯损耗和电感铜损之间一个很好的折中方案。
BUCK: []uH K H V V f I V L INMAX OUT SW PPMAX OUT O 5.87322812002.012811=??
? ??-???=???? ??-??= BUCK-BOOST: 2122428323()(2824)20010.2IN OUT OUT IN PPMAX V V L uH V V f I K ??=
==+??+??? 取折中，L=100uH,并用该电感值反推PPMAX I 。PPMAX I （BUCK ）=0.875A;
PPMAX I (BUCK-BOOST)=6.46A 。
110.875 1.6880.820.82OUT PPMAX PEAK I I I A =
+=+= 2()(2428)1 6.46 5.930.820.8242
OUT IN OUT PPMAX PEAK IN V V I I I A V ++=+=+=? BOURNS 公司的PM2120-100K-RC 电感电感量为100uH ，额定电流为6.1A ，直流导通电阻为
35m Ω。
4、电源开关管 Q H 和 Q L
V FET =1.5*32V=48V
I FET =IO*0.8=1A*0.8=0.8A
通常选择MOSFET 的额定电流为上述电流的三倍，使开关时器件电阻的损耗最小。场效应管用Vishay （威世）公司的SUM110N06-3m4L 。额定电压为60V ，额定电流为110A 。
5、电流检测电阻 RS
1()11.25 1.25741010 1.688
S BUCK PEAK R m I ===Ω?? 2()12.5 2.5421010 5.93S BUCK BOOST PEAK R m I -=
==Ω?? 要保证两种模式都能达到各自的最大电流，Rs 不能超过42 m Ω。故Rs 选40m Ω。
663
10100101250224010RAMP S L uH C PF R ---??===??? 6、UVLO 分压器 R UV2、R UV1 和 C FT
R UV1取75K ，R UV229.4K 取0.1uf 。
7、输出电容C9~C12
两个180uf ，两个47uf 的电容用于减少ESR ，两个0.47减少尖峰脉冲。
8、输入电容C IN
在开关频率下，稳压器输入电源电压通常具有高源阻抗。有必要使用质量好的输入电容来限制 V IN 引脚的纹波电压，同时在导通时间内提供最大的开关电流。当高边NMOS 器件导通时，电流进入器件使电感电流波形达到谷值，在上升到峰值，然后在关断时下降到零点。应根据RMS 电流额定值和最小纹波电压选择输入电容。所需的纹波电流额定值的合适近似值是I RMS > I OUT /2。
在本方案中，使用了2.2 μF 陶瓷电容器。使用陶瓷电容器输入纹波电压将为三角波。
9、软启动电容Css
SS 引脚的电容 (C SS ) 决定了软启动时间 (t SS )，它是达到最终稳压值的输出电压持续时间。一个给定C SS 的t SS 可以用公式 (8) 计算如下：
ms A
V F A V C t SS SS 121023.11.01023.1=?=?=μμμ 10、反馈电阻R8R9
89121.51.23
OUT R V R =-=
R若R9取值300Ω，则R8为6.45KΩ。
6.3二极管电路
该系统包含两个通道的直流电源输入。这两部分直流电源输入通过二极管功能电路1和2进行隔离接入，以实现双通道直流电源输入的协调供电，并且保证二者之间不会因为故障或者干扰而相互影响和制约，二极管电路实现了“或”的功能。
在充放电电路中，需要二极管功能电路对充电回路与放电回路进行隔离。二极管电路3实现充电电路的输入与放电电路的输出之间的隔离，同时起输入DC/DC转换器到输出DC/DC转换器之间直通的作用。二极管电路4实现充电电路的隔离，二极管电路5实现放电电路的隔离。
二极管电路由一个驱动器和一个N沟道MOSFET组成。MOSFET开启时，等效为二极管导通状态，MOSFET截止时，等效为二极管截止状态，而MOSFET的导通电阻及导通压降比二极管的导通及导通压降小。用二极管电路取代一个肖特基二极管，当在二极管“或”和高电流二极管应用中使用时，二极管电路能够降低功耗、热耗散、电压损失。二极管电路如图6所示。场效应管用Vishay（威世）公司的SUM110N06-3m4L。
图6二极管电路
6.4电池组
对于能源管理系统而言，当输入电源足以保证向负载正常供电或没有负载时，输入电源可通过电池充电保护模块对电池组进行浮充电；当输入电源不足以保证向负载正常供电的情况下，则由电池组通过电池放电输出保护模块，并经输出DC/DC转换模块为负载供电。
锂电池具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点。目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些
组成电池正极材料的金属元素中，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。
作为可充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全（不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸）、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电（5～10C放电）、放电电压平稳上、安全上（不燃烧、不爆炸）、寿命上（循环次数）、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。
本系统选用24V磷酸铁锂电池，其主要参数如下：
型号: IFR26650
电池规格：24V 20Ah；
尺寸：135*107*213mm；
重量：5.45kg；
充电电流：3A；
充电最高电压：29.2V；
放电整组电池保护：19V；
充电截止电流：0.02C。
6.5 电池充/放电保护模块
电池充/放电保护模块用来管理电池组的充电和放电进程，提供对电池组的充电维护及放电欠压和过流保护。
6.5.1充电电路
由于锂离子电池的特殊材料特性，锂离子电池的充电方式和一般的可充电电池的充电方式不同，锂离子电池的充电方式通常分为预充、恒流、恒压三个阶段，时序图如图7所示。
恒流阶段
预充
阶段恒压阶段
电流
电压
图7锂电池的三个充电状态 （1）预充阶段。当电池电压低于19.2V 时，充电器对电池进行预充电。主要是避免电池在低压时大电流充电对电池寿命造成的影响，此时的充电电流应控制在0.01C （C 是电池的额定容量，本方案所选电池的C 是20A ）以内。
（2）恒流充电阶段。当电池电压达到恒流规定的门限值19.2V 的时候，较大电流的充电有利于加快充电速度，此时的充电电流应控制在0.1C 以内，充电器便进入第二阶段，即恒流充电阶段。
（3）恒压充电阶段。随着电池充电的进行，当电池的电压达到29.2V 左右时，充电量接近其额定容量的70%，为了进一步充满电池，充电器进入恒压充电阶段。在恒压充电阶段，以恒压充电的方式使电池电压保持不变，当充电电流逐渐下降到低于电池的0.1C 时，充电周期完成。在电池已被充到额定能量以后，以较小的充电电流保持电池电压的恒定。
作为充电控制电路，所要完成的就是根据电池不同的状态，将功率电路调整于不同的工作状态，完成结电池充电管理的功能。
充电器原理框图如图8所示，输入电源VIN 为35V ，经DC/DC 转换后产生直流电压给电池充电，控制电路通过采样充电电流和电池电压感知电池和充电器的状态，控制充电器的工作。 DC/DC
功率电路充电
控制器
电池
电流采样电压采样
VIN
图8原理框图
充电器实际电路如图9所示，在该电路中,用TI 公司的锂电池充电集成电路bq26430
完成全部控制功能。充电器的功率器件主要有功率MOSFET(SIS412DN、SI7617DN)和滤波电感(8.2μH)等元件。
BQ24630是一款高度集成的锂离子或锂聚合物开关模式电池充电器。该器件提供了一个恒定频率同步开关PWM控制器以及高准确度的充电电流和电压调节。另外，BQ24630还具有充电预查验、充电终止、适配器电流调节和充电器状态监视功能，主要有以下特点：
?600 kHz NMOS/NMOS同步降压型转换器
?针对锂离子电池或锂聚合物电池的独立型充电器支持
?支持多达6节电池(bq24610)并具有5V至28V VCC的输入工作范围
?高达10A的充电电流和适配器电流
图9电池充电电路
6.5.2放电保护电路
由于锂离子电池具有明显的非线性、不一致性和时变特性，因此在应用时需要进行一定的管理。另外锂电池对充放电的要求很高，当出现过充电、过放电、放电电流过大或电路短路时，会使锂电池温度上升，严重破坏锂电池性能，导致电池寿命缩短。当锂电池串联使用于动力设备中时，由于各单节锂电池间内部特性的不一致，会导致各节锂电池充、放电的不一致。一节性能恶化时，整个电池组的行为特征都会受到此电池的限
制，降低整体电池组性能。为使锂电池组能够最大程度地发挥其优越性能，延长使用寿命，必须要对锂电池在充、放电时进行实时监控，提供过压、过流、温度保护和电池间能量均衡。
过放电保护电路如图10所示，当电池电压高于终止电压时,比较器LM293和三极管构成的驱动电路控制场效应管处于导通状态,电池为系统供电；当电池电压达到或者低于终止电压时,比较器输出高电平,三极管Q1、Q3截止,场效应管U3截止,锂离子电池供电电路被断开。只有等下次系统上电时（即VIN 为高时）,才能够通过三极管Q2、Q3使场效应管U3导通使电池放电,从而起到了防止锂电池过放电的保护作用。
当电池温度过高时，MCU 通过置低Contr 控制三极管Q3截止使场效应管U3截止,锂离子电池供电电路被断开。
Vout
Contr
图10过放电保护电路 6.6 输出限制保护模块
当负载级发生故障，导致能源管理系统输出发生短路，这时需要快速关断输出以保护系统安全。输出限制保护模块通过传感电阻和监测电路对输出电流进行监测，当输出电流超过额定值一定范围时，通过输出开关及时关闭输出，并发出告警，以达到对系统安全保护的目的。当按下复位开关时，系统才能重新输出。
系统监控单元信号处理单元
RSEN 复位开
关VIN VOUT
图11输出限制保护电路
6.7 监控单元
监控单元实时监测输入能源管理系统前的电流电压、电池的工作状态以及系统的输出电流电压，并监控电池充放电过程，同时可以将系统状态反馈给上位机。监控单元由电压传感器，电流传感器，模数转换电路ADC ，温度传感器和MCU 组成。
监控单元对电池组充放电保护模块以及电池状态进行监控，对电池的有效保护和利用，实现电池组的长寿命正常运行。系统监控单元对能源管理系统进行全局管理，以实现各部分正常、协调、稳定运行，保护系统的可靠与安全。监控单元实时监测电池组的电量状态，一旦电量低于标定值，就将发送警告信号，请求能量供应；电池组处于充电状态时，电量一达到标定值，就上传溢出信号，请求停止能量供应。 能量输入电池
温度传感器放电保护电路输出限制保护电路
MCU 上位机负
载
ADC 充电
电路电流
采样
电路电压
采样
电路
图13监控单元电路框图
微控制器采用atmel 公司的AVR 系列单片机ATmega64A ，ATmega64A 是基于增强的A VR RISC 结构的低功耗8位CMOS 微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega64 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz ，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。A VR 内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高
至10 倍的数据吞吐率。
温度传感器DS18b20，传感器可以实时检测电池的温度，当温度达到要设定最高值时，关断系统的输出。
图14监控单元电路
6.7.1 电流检测模块
在能源管理系统中电流检测模块有三部分，系统输入前端的电压电流、电池工作时的输出电压电流以及整个系统的输出电压电流。系统前途输入电压为21.5V~32.5V/电流3A，电池充放电最大电压是29.2V/电流3A，系统输出电压28V/1A。
目前对电流检测一般有三种常用方法：1、采用电阻+差分运放。2、一级电流互感器或两级互感器并联的方式。3、霍尔电流检测器件。考虑到检测的电压电流值都不是很大，且在监测中电压电流的精度要求不是很高，所以系统采用第一种方法。
系统的电流检测模块中的采样电阻使用的是10mΩ的锰铜电阻，检测放大器采用MAX4081，MAX4081是一种高侧电流检测放大器，输入电压范围4.5V至76V，非常适合需要严密监视电压电流的系统，MAX4081可进行双向电流检测。通过MAX4081的单一输出引脚，便可连续监视从充电到放电整个变化过程，无须额外的极性输出。MAX4081还要求用一个外部基准来设定零电流时的输出电平(V
SENSE
= 0V)。反映充电电流大小的输出
电压范围在V
REF 与V
CC
之间，而反映放电电流大小的输出电压在V
REF
与GND之间。
此组芯片76V的输入电压范围完全与电源电压(V
CC )和共模输入电压(V
RS+
)无关，最大
限度地扩大了其应用范围。由于高侧电流检测不干扰被测负载的地线，使得MAX4081广
泛使用。三档不同增益(5V/V、20V/V、60V/V，分别用后缀F，T，S表示)和用户自选的外部检测电阻相组合，很容易自行设定满量程电流以及与之成正比的输出电压。系统使用MAX4081S，最大量程60v/v，电流5A，灵敏度为±50mv/v，对应的电压输出是检测值与参考电压的差值，所以可通过选取合适的参考电压得出匹配下一级ADC电压采集的输出电压值。MAX4081电路应用如下图所示：
图15 MAX4081电路应用
ADC模数转换模块采用8通道、16位、电荷再分配、逐次逼近寄存器型模数转换器AD7689，AD7689拥有多通道、低功耗数据采集系统所需的所有组成部分，包括：无失码的真16位SAR ADC，用于将输入配置为单端输入、差分输入或双极性输入的8通道低串扰多路复用器；内部低漂移基准源和缓冲器；温度传感器；可选择的单极点滤波器，以及当多通道依次连续采样时非常有用的序列器。
6.7.2 电压检测模块
同上面提到，能源管理系统中电压检测模块也有三部分，系统输入前端的电压电流、电池工作时的输出电压电流以及整个系统的输出电压电流。系统前途输入电压为
21.5V~32.5V/电流3A，电池充放电最大电压是29.2V/电流3A，系统输出电压28V/1A。
系统采用的是电阻分压原理，如下图所示：
图16 电压分压电路图
如图所示，电压检测模块采用的是电压分压原理，由于检测的电压最大值在35V左右，所以依据计算论证采用分压衰减原理，再通过一级运算放大器进行跟随缓冲，有效防止分压电路失效而致使过高电压直接连接到ADC芯片，导致ADC芯片可能烧毁。运算放大器的跟随电路更有利于下一级的ADC信号驱动能力。
电压分压电阻采用高精度、低温漂的金属玻璃釉电阻，精度为1%，R1为1KΩ，R2为9KΩ，整个电压分压电路对原信号进行10倍衰减。
ADC模数转换模块采用8通道、16位、电荷再分配、逐次逼近寄存器型模数转换器AD7689。
6.7.3 温度检测模块
温度检测模块主要采用的是DS18b20温度检测器件，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围－55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。在使用中不需要任何外围元件。测量结果
以9~12位数字量方式串行传送
6.8结构设计
结构形式
材料与工艺
机箱的壳体采用2mm厚的钢板冲制焊接而成。各连接部分充分考虑搭接，因而整个机箱具有导电、导热性能好等特点。机箱壳体表面喷涂涂敷层，内部插箱部件表面也进行相
应的表面处理，从而进一步保证机箱的热设计指标。整个机箱体积不大，重量适中，加工费用中等。
机箱面板布局及特点机箱面板器件按易于观察、操作方便以及信息流程进行布局，分成5块：即天线光接口区、用户光接口区、显示区、EDFA接口区以及控制区，各区块配以相应的简明文字说明，操作人员可以准确、方便地使用设备。机箱面板布局示意图见图9。
6.8电、机械、热接口设计
6.8.1电接口设计
能源管理系统主要包括：能源补充接口，电源输出接口，通信接口。
6.8.2机械接口设计
根据部件及设备空间环境模拟鉴定试验条件的要求，为了适应加速度、振动、冲击等力学环境，要求结构设计的强度、刚度、安全裕度和辐射保护满足XXX设计和建造规范的要求，并能顺利通过各项验收级试验，机壳采用铝合金材料，机壳厚度选用2.5mm 的铝合金材料2A12-Hll2。
6.8.3热接口设计
机壳表面 (除底板外)进行了黑色阳极氧化处理，半球发射率εH≥0.85。
相关开关电源原理及电路图
相关开关电源原理及电路图 2012-06-03 17:39:37 来源:21IC 关键字：开关电源电路图 什么是开关电源?所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态，-0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。 图开关电源原理图1
简单的LED驱动电源电路图分析
简单的LED驱动电源电路图分析 简单的LED驱动电源电路图分析 概述：首先跟大家说一下，这张图是本人从网上截取，并不代表具体某个产品，接下来跟大家分享目前典型的恒流驱动电源原理，由于时间关系我随便找了个图跟大家分享我对它的理解，也希望可以帮到大家。那么我今天只做定性分析，只讨论信号的过程，对具体电压电流的参数量在这里不作讨论（当然了必要时也会提一下）。 原理分析：为了方便分析，我把它分成几个部分来讲，尽量分的细一点来讲，如下 1：输入过压保护---主要是雷击或者市冲击带来的浪涌）2：整流滤波电路---将交流（或者是直流）变成直流的过程3：箝位电路---------主要是吸收变压器工作时产生的尖峰和反向电动势 4：IC工作过程--------主要是IC的供电原理，变压器的工作方式，电压变换过程。 5：输出整流---------将交流再次变成平滑理想的直流电压过
程 6：恒流原理---------电路中稳定输出电流控制过程分析 1、输入过压保护电路：首先电压从“+48V、GNG”两端进来通过一个R1的电阻（这个电阻的作用就是限流，当后面的线路出现短路时，R1流过的电流就会增大，随之两端压降跟着增大，当超过1W时就会自动断开，阻值增加至无穷大，从而达到保护输入电路+48V不受到负载的影响）限流后进入整流桥，另一方面R1与旁边的MOV1构成了一个简单过压保护电路，MOV1是一个压敏元件，是利用具有非线性的半导体材料制作的而成，其伏安特性与稳压二极管差不多，正常情况显高阻抗状态，流过的电流很少，当电压高到一定的时候（这里主要是指尖峰浪涌，如打雷的时候高脉冲串通过市电串入进来），压敏MOV1会显现短路状态，直接截取整个输入总电流，使后面的电路停止工作，这时候，由于所有电流将流过R1和MOV1，因R1只有1W的功率，所以瞬间可以开路，从而保护了整个电路不被损坏。 2、整流滤波电路：当+48V电压进入整流桥D1时，输出一个上正下负的直流电压（这里我要说明一下，如果+48V是交流的那么直接整流，如果+48V电源本身也是直流的，那整流桥的作用就是对输入起到的是极性保护作用，无论输入是上正下负还是上负下正都不会损坏驱动电源）通过C1\C2\L1进
家用电脑ATX电源拆解图详解维修
整机的功能大家一般只在乎CPU，主板，内存，硬盘，在意电源的不太多，但是随着配件的功耗越来越大，电源供应器扮演的角色就更重要了，下面的文章就要掀起电源供应器的神秘面纱，了解内部的组件种类及功能。常见的计算机用电源供应器的功能是将输入的交流市电(AC110V/220V)，经过隔离型交换式降压电路转换出各装置所需的各种低压直流电：3.3V、5V、12V、-12V及提供计算机关闭时待命用的5V St andby(5VSB)。所以电源供应器内部同时具备了耐高压、大功率的组件以及处理低电压及控制信号的小功率组件。 电源转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因子修正电路(主动或是被动PFC)→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(例如磁性放大电路或是DC-DC转换电路)→滤波(平滑输出涟波，由电感及电容组成)电路→电源管理电路监控输出。 方块图如下图所示：
以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。交流电输入插座：
此为交流电从外部输入电源供应器的第一道关卡，为了阻隔来自电力在线干扰，以及避免电源供应器运作所产生的交换噪声经电力线往外散布干扰**用电装置，都会于交流输入端安装一至二阶的EMI(电磁干扰)Filter(滤波器)，其功能就是一个低通滤波器，将交流电中所含高频的噪声旁路或是导向接地线，只让6 0Hz左右的波型通过。 上面照片中，中央为一体式EMI滤波器电源插座，滤波电路整个包于铁壳中，能更有效避免噪声外泄；右方的则是以小片电路板制作EMI滤波电路，通常使用于无足够深度安装一体式EMI滤波器的电源供应器，少了铁皮外壳多少会有噪声泄漏情形；而左边的插座上只加上Cx与Cy电容(稍后会介绍)，使用这类设计的电源，其EMI滤波电路通常需要做在主电路板上，若是主电路板上的EMI电路区空空如也，就代表该区组件被省略掉了。 目前使用12公分风扇的电源供应器内部空间都不太能塞下一体式EMI滤波器，所以大多采用照片左右两边的做法。
电源设计与驱动电路设计
3.1.1 智能车电源设计要点 电源是整个系统稳定工作的前提，因此必须有一个合理的电源设计，对于小车来说电源设计应注意两点： 1. 与一般的稳压电源不同，小车的电池电压一般在6-8V 左右，还要考虑在电池损耗的情况下电压的降低，因此常用的78 系列稳压芯片不再能够满足要求，因此必须采用低压差的稳压芯片，在本文中以较为常见的LM2940-5.0 为例。 2.单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，影响单片机的稳定运行。现在各种新型的电源芯片层出不穷，各位读者可以根据自己的需求自行选择电源芯片，对于本设计应该主要注意稳压压差和最大输出电流两个指标能否满足设计要求。 3.3.1.2 低压差稳压芯片LM2940 简介 LM2940 系列是输出电压固定的低压差三端端稳压器；输出电压有5V、8V、10V 多种；最大输出电流1A；输出电流1A 时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。同时LM2940 价格适中而且较容易购买，非常适合在本设计中使用。 LM2940-5.0 封装和实物图如图3.1 所示。 图3.1 LM2940 封装和实物图 从封装可以看出LM2940-5.0 与78 系列完全相同，实际应用中电路也大同小异。图3.2 为参考电路图。
图 3.2 LM2940 参考电路图 如图3.2 所示，采用两路供电，这样可以使用其中一路单独为单片机，指示灯等供电。另外一路提供L298N、光电管、舵机的工作电压，L298N 的驱动电压由电池不经任何处理直接给出。舵机可以用6V 供电，也可以直接用5V 供电。 3pi小车电源电路设计 The power management subsystem built into the 3pi is shown in this block diagram: The voltage of 4 x AAA cells can vary between 3.5 –5.5 V (and even to 6 V if alkalines are used). This means it’s not possible simply to regulate the voltage up or
ATX电源电路原理分析和维修教程整理
ATX电源结构简介 ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。下面以市面上使用较多的银河、世纪之星ATX电源为例，讲述ATX电源的工作原理、使用与维修。其主电路整机原理图见图13-10，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：一部分为从电源输入到开关变压器T3之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该部分电路和交流220V电压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T3以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过C2、C3高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框图见图13-1，从图中可以看出整机电路由交流输入回路与整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制及推动电路、PS-ON控制电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。 图13-1 主机电源方框原理图 1、交流输入、整流、滤波与开关电源电路
交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指电脑电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对电脑本身的干扰。通常要求电脑对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它电脑等设备的干扰要小。 推挽开关电路由Q1、Q2、C7及T3，组成推挽电路。推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该部分电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作他激工作方式。 本章介绍的ATX电源在电路结构上属于他激式脉宽调制型开关电源，220V市电经BD1～BD4整流和C5、C6滤波后产生+300V直流电压，同时C5、C6还与Q1、Q2、C8及T1原边绕组等组成所谓“半桥式”直流变换电路。当给Q1、Q2基极分别馈送相位相差180°的脉宽调制驱动脉冲时，Q1和Q2将轮流导通，T1副边各绕组将感应出脉冲电压，分别经整流滤波后，向电脑提供＋3.3V、±5V、±12V ５组直流稳压电源。 THR为热敏电阻，冷阻大，热阻小，用于在电路刚启动时限制过大的冲击电流。D1、D2是Q1、Q2的反相击穿保护二极管，C9、C10为加速电容，D3、D4、R9、R10为C9、C10提供能量泄放回路，为Q1、Q2下一个周期饱和导通作好准备。主变换电路输出的各组电源，在主机未开启前均无输出。其单元电路原理如下图13.2所示：
电脑开关电源电路大全及PC开关电源标准详解
PC开关电源标准详解 计算机电源是根据计算机相应的电源标准设计和生产的,在计算机高速发展的这十多年间,计算机电源标准也跟着在不断地发生变化,以适应计算机高速发展的要求,计算机电源主要采用了以下几个标准： PC/XT标准: 是由IBM最先推出个人PC/XT计算机时制定的标准; AT标准: 也是由IBM早期推出PC/AT机时所提出的标准,当时能够提供大约190W的电力供应; ATX标准: 是由Intel公司于1995年提出的工业标准,从最初的ATX1.0开始,ATX标准又经过了多次的变化和完善,目前国内市场上流行的是ATX2.03和ATX12V这两个标准,其中ATX12V又可分为ATX12V1.2、ATX12V1.3、ATX12V2.0等多个版本。 ATX与AT标准比较： 1、ATX标准取消了AT电源上必备的电源开关而交由主板进行电源开关的控制,增加了一个待机电路为电源主电路和主板提供电压来实现电源唤醒等功能; 2、ATX电源首次引进了+3.3V的电压输出端,与主板的连接接口上也有了明显的改进。 ATX12V与ATX2.03标准比较： 1、ATX2.03是1999年以前PII、PIII时代的电源产品,没有P4 4PIN接口; 2、ATX12V加强了+12VDC端的电流输出能力,对+12V的电流输出、涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护等做出了新的规定; 3、ATX12V增加的4芯电源连接器为P4处理器供电,供电电压为+12V; 4、ATX12V加强了+5VSB的电流输出能力,改善主板对即插即用和电源唤醒功能的支持。 ATX12V标准之间的比较： ATX 12V是支持P4的ATX标准,是目前的主流标准,该标准又分为如下几个版本： ATX12V_1.0：2000年2月颁布,P4 时代电源的最早版本,增加P4 4PIN接口; ATX12V_1.1：2000年8月颁布, 在前一版本的基础上,加强了+3.3V电流输出能力,以适应AGP显卡功率增长的需求 ATX12V_1.2：2002年1月颁布,在前版的基础上,取消-5V输出,同时对Power on 时间作出新的规定; ATX12V_1.3：2003年4月颁布,在前版的基础上,提高了电源效率,增加了对SATA的支持,增加了+12V的输出能力。
如何测试电脑电源好坏
如何测试电脑电源好坏 测能不能用的方法: 1，找个曲别针，弯成U型. 2，电源通电. 3，拿起插主板的排线（最多线的）插头. 4，把U型针插进对应绿色和黑色的两个小孔. 怎样测试电脑电源好坏？？ 具体办法是：用一根金属丝连接主板电源线上面的第四个插口和下面的第七个插口（前提是那个电源上的卡口要朝上）；或者是用万用表连接那个连接硬盘或光驱的电源线的1、3或者2、4口，这是万用表会显示出电源电压的大小。这些数据电源上是有标志的，如果一样或者相差10%，那是正常的。 还有一种说法但这种说法应也算正确吧我不是高手，但和下面这种说法配和大家在测试的时候就不会接错了 测试电源好坏的方法：把电源从主机上取下来，接电源线，在插主板上面的20P （24P）插头上面找到绿色线（PS-ON），再随便找一个黑色线（GND），用一根导线插到这两个插孔里面，就可以启动电源了，如果电源风扇不动，或是转一下后又不动了，都表示电源坏。再有，如果风扇转速正常，也要检查20P（24P）插头是否能够与主板接触良好。 下面这些了解了解也不错 作为个人电脑动力之源的电源，也随着个人电脑的进步而发生变化。从以前 100W的AT电源发展到今天450W乃至更高的ATX电源，不但功率在连续攀升，输出电流也在不断增大，＋5V的输出电流已经超过30安培。 自从1998年1月公布了ATX2.01电源标准后，以后生产的电源都兼容这个标准，只不过各路电压的输出电流在不断增加。我们使用的ATX开关电源，输出的电压有＋12V、－12V、＋5V、－5V、＋3.3V等几种不同的电压。在正常情况下，上述几种电压的输出变化范围允许误差一般在5%之内，如下表所示，不能有太大范围的波动，否则容易出现死机的数据丢失的情况。
电源电路分析讲解(doc17页)
电源电路分析讲解（doc 17页） 电路图中的电源电路 自从IBM推出第一台PC至今，微机电源已从AT电源发展到ATX电源。时至今日，微机电源仍是根据IBM公司的个人电脑标准制造的。市场上的ATX电源，不管是品牌电源还是杂牌电源，从电路原理上来看，一般都是在AT电源的基础上，做了适当的改动发展而来的，因此，我们买到的ATX电源，在电路原理上一般都大同小异。在微机国产化的进程上，微机电源技术也由国内生产厂家逐渐消化吸收，生产出了众多国有品牌的电源。微机电源并非髙科技产品，以国内生产厂家的技术和生产实力，应该可以生产出物美价廉的电源产品。然而，纵观整个微机电源市场情况却不尽人意，许多电源产品存在着各种选料和质量问题，故障率较高。ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见图1,从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：一部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路（包括辅助电源的原边电路），该部分电路和交流220 V电压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T 1以后的电路，不和交
流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过C03、C0 4、C05高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框图见图2,从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW? OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。 1、交流输入回路 交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡髙次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。 2、整流电路： 包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。 3、辅助电源：辅助电源本身也是一个完整的开关电源。只要ATX电源一上电, 辅助电源便开始工作，输出的两路电压，一路为+5VSB电源，该输出连接到A TX主板的“电源监控部件”，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能；另一路输出电压为保护电路、控制电路等电路供电。 4、推挽开关电路： 推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压, 并
直流PWM驱动电源设计(DOC)
南京工程学院 课程设计说明书 成绩题目直流电动机脉宽调速系统设计课程名称电力电子技术 院（系、部、中心）电力工程学院 专业建筑电气与智能化 班级建筑电气091 学生姓名陈曦 学号206091034 设计时间2011.12.12~12.24 设计地点电力工程实践中心8-319 指导教师陈刚廖德利 2011 年12 月南京
1．课程设计应达到的目的 电源和驱)驱动电源及控制用小功率开关电源。其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。动是电力电子技术的两大主要应用领域。课程设计的主要任务是设训一和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM) 2．课程设计题目及要求 设计题目：直流PWM驱动电源的设计 设计要求：课程设计的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源。DC-DC变换器采用H桥形式，控制方式为单极性。 被控直流永磁电动机参数：额定电压20V，额定电流1A，额定转速2000rpm。驱动系统的调速范围：大于1：100，电机能够可逆运行。驱动系统应具有软启动功能，软启动时间约为2s。 主要设计要求如下： 1.阅读相关资料，设计主电路和控制电路，用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原 理图。 2.采购器件，装焊控制电路板。 3.在实验室进行装置调试。 4.设计成果验收。 5.整理设计文件，撰写设计说明书。 6.设计的成果应包括:用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的 详细说明书及焊装和调试完毕的控制电路板。
3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕课程设计任务 1）主电路的设计，器件的选型。包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计(要求采用IPM作为DC/DC变换的主电路，型号为PS21564)。 2）PWM控制电路的设计（指以SG3525为核心的脉宽调制电路和用门电路实现的脉冲分配电路）。 3）IPM接口电路设计（包括上下桥臂元件的开通延迟，及上桥臂驱动电源的自举电路）。 4）DC15V 控制电源的设计（采用LM2575系列开关稳压集成电路，直接从主电路的直流母线电压经稳压获得）。 2人组成1个设计小组，通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。设计的成果应包括：用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的详细说明书及焊装和调试通过的控制电路板。 4．主要参考文献 1）秦继荣编著，现代直流伺服控制技术及其系统设计。 2）电力电子实验台（直流脉宽调速部分）使用说明书。 3）IPM 模块PS21564 使用说明书及参考资料。 4）SG3525 使用说明书及参考资料。 5）LM2575 使用说明书及参考资料。 6）74LS04，74LS00 说明书。 7）二极管IN4148，IN5819 说明书 8）主电路原理图。 9）DIP- IPM 内部功能图 10）SG3525 内部功能图 11）LM2575 内部功能图 12）74LS04，74LS00 内部功能图
开关电源电路分析
开关电源电路分析 开关电源是一种电压转换电路，主要的工作内容是升压和降压，广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在“开” 和“关” 的状态，所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点，缺点是功率相对较小，而且会对电路产生高频干扰，电路复杂不易维修等。 开关电源一般包括四要素：整流滤波、起动电路、正反馈电路和稳压电路。 开关式稳压电源具有转换效率高、耗电省、稳压范围宽、体积小和重量轻等特点。为此，在彩色电视机电路中得到广泛应用。电视机的开关电源有多种形式，但串联式脉冲宽度调制型开关稳压电源应用较为广泛。 下面以此种电路为例来分析。 一、工作原理及主要参数 1.电路组成及工作原理 串联型开关稳压电源的基本形式如图1所示。图中,V为开关管,VD为续流二极管,L为储能电感线圈,CL为滤波电容,RL为负载电阻。 图1 串联型开关电源原理图 其稳态工作过程可作如下分析:
设开关管V 在T1期间导通,T2期间截止,周期性地变化,则其工作周期为T=T1+T2,见图4―57(a)。由于负载RL 端电压为Uo,所以负载功率为Po=U2o/RL,负载电流为Io=Uo/RL 。 2. 主要参数及其计算 (1)占空比δ的确定。当开关电源达到稳态工作时,电路处于平衡状态。开关管V 导通期间的电流增量ΔiL1和截止期间的电流减小量ΔiL2应相等,即有: 1()()i o o o i i o U U T U T L L U U TU U T --= = = δδδ (2)平均电流IL 及L 的确定。由于负载与电感L 是串联的,因此电感中的平均电流即为负载电流Io,故有 o I I = 当Ui 和Uo 确定后,由式(4―28)和式(4―30)δ、Io 也随之确定。 L 的最小 值以Lmin 表示,则 (3)滤波电容CL 的确定。L 中的电流iL 是包含有三角波的脉动电流,因此应在负载RL 两端并联CL,以滤除纹波。 一般选取RLCL >> T 即可满足要求。因一般彩电开关电源中选取T=64μs,负载端滤波电容一般选200μF 左右即可。
ATX电源原理及维修实例
自从IBM推出第一台PC至今，微机电源已从AT电源发展到ATX电源。时至今日，微机电源仍是根据IBM公司的个人电脑标准制造的。市场上的ATX电源，不管是品牌电源还是杂牌电源，从电路原理上来看，一般都是在AT电源的基础上，做了适当的改动发展而来的，因此，我们买到的ATX电源，在电路原理上一 般都大同小异。在微机国产化的进程上，微机电源技术也由国内生产厂家逐渐消化吸收，生产出了众多国有 品牌的电源。微机电源并非高科技产品，以国内生产厂家的技术和生产实力，应该可以生产出物美价廉的电 源产品。然而，纵观整个微机电源市场情况却不尽人意，许多电源产品存在着各种选料和质量问题，故障率 较高。 ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见图１，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：一 部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该部分电路和交流220V电压直 接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T1以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过C03、C04、C05高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框图见图2，从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原 理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。 1、交流输入回路 交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及 限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开 关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网 进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。 ２、整流电路： 包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。 3、辅助电源：辅助电源本身也是一个完整的开关电源。只要ATX电源一上电，辅助电源便开始工作， 输出的两路电压，一路为+5VSB电源，该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能；另一路输出电压为保 护电路、控制电路等电路供电。 4、推挽开关电路： 推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该部分电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号， 当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于 关闭状态，这种工作方式称作它激工作方式。 ５、PWM脉宽调制电路： PWM（Pules Width
开关电源电路详解图
开关电源电路详解图 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。
2、DC 输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖
LED驱动电源恒流电路方案详解
恒流案大全 恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。 恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。 最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。 最常用的简易恒流源如图(1) 所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准，电流数值为：I = Vbe/R1。 这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。 为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(2)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。电流计算公式为： I = Vin/R1
这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。 从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。 最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。如图(3)所示： 电流计算公式为：I = (Vd-Vbe)/R1
电脑开关电源原理及电路图
2.1、输入整流滤波电路 只要有交流电AC220V输入，ATX开关电源，无论是否开启，其辅助电源就一直在工作，直接为开关电源控制电路提供工作电压。图1中，交流电AC220V经过保险管FUSE、电源互感滤波器L0，经BD1—BD4整流、C5和C6滤波，输出300V左右直流脉动电压。C1为尖峰吸收电容，防止交流电突变瞬间对电路造成不良影响。TH1为负温度系数热敏电阻，起过流保护和防雷击的作用。L0、R1和C2组成Π型滤波器，滤除市电电网中的高频干扰。C3和C4为高频辐射吸收电容，防止交流电窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。 2.2、高压尖峰吸收电路 D18、R004和C01组成高压尖峰吸收电路。当开关管Q03截止后，T3将产生一个很大的反极性尖峰电压，其峰值幅度超过Q03的C极电压很多倍，此尖峰电压的功率经D18储存于C01中，然后在电阻R004上消耗掉，从而降低了Q03的C极尖峰电压，使Q03免遭损坏。 2.3、辅助电源电路 整流器输出的300V左右直流脉动电压，一路经T3开关变压器的初级①~②绕组送往辅助电源开关管Q03的c极，另一路经启动电阻R002给Q03的b极提供正向偏置电压和启动电流，使Q03开始导通。Ic流经T3初级①~②绕组，使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，通过正反馈支路C02、D8、R06送往Q03的b极，使Q03迅速饱和导通，Q03上的Ic电流增至最大，即电流变化率为零，此时D7导通，通过电阻R05送出一个比较电压至IC3（光电耦合器Q817）的③脚，同时T3次级绕组产生的感应电动势经D50整流滤波后一路经R01限流后送至IC3的①脚，另一路经R02送至IC4（精密稳压电路TL431），由于Q03饱和导通时次级绕组产生的感应电动势比较平滑、稳定，经IC4的K端输出至IC3的②脚电压变化率几乎为零，使IC3内发光二极管流过的电流几乎为零，此时光敏三极管截止，从而导致Q1截止。反馈电流通过R06、R003、Q03的b、e极等效电阻对电容C02充 电，随着C02充电电压增加，流经Q03的b极电流逐渐减小，使③~④反馈绕组上的感应电
超详细的反激式开关电源电路图讲解
反激式开关电源电路图讲解 一，先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下： 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二，重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三，画框图 一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1
图1，反激开关电源框图 四，原理图 图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图
五，保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类：快断、慢断、常规 计算公式：其中：Po：输出功率 η效率：(设计的评估值) Vinmin ：最小的输入电压 2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98： PF值 六，NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻
电脑电源工作原理
作为PC的动力来源，电源的重要性不言而喻，它能直接影响到整部机器的稳定运行和整体性能发挥。由于早期电脑配件功耗方面要求较低，所以对电源的依赖性较少，在Pentium3时代以前，不是太受重视的，但由于近年来随着硬件设备特别是CPU和显卡的高速发展及更新换代，PC对供电的要求大幅提高，因此电源对整个系统的稳定性起着越来越重要的作用。 为了能用于驱动机箱内的各中PC设备，电源主要通过运行高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC)转换成PC电脑工作所需要的(DC)，这是电源的基本工作原理。 电源是个人电脑中不可缺少的重要组成部件 PC电源的工作流程：当市电进入电源后，先通过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把高压直流电转成高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。最后滤除高频交流部份，这样最后输出供电脑使用的相对纯净的低压直流电。
如上图所示，电源内部的大致流程为：高压市频交流输入→一、二级EMI 滤波电路（滤波）→全桥电路整流(整流)+大容量高压滤波电容(滤波) →高压直流→开关三极管→高频率的脉动直流电→开关变压器（变压）→低压高频交流→低压滤波电路（整流、滤波）→稳定的低压直流输出 一级EMI滤波电路 1、220交流电进入电源，首先经过扼流线圈和电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。这些扼流线圈和电容就组成了一级EMI滤波电路。
二级EMI滤波电路 2、通过一级EMI电路后，再由电感线圈和电容组成的二级EMI电路进一步滤除高频杂波。 有源PFC(主动式PFC) PFC(Power Factor Correction)即“功率因数校正”，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。通过CCC 认证的PC电源，都必须增加PFC电路。PFC电路一般设计在第二层滤波之后，全桥整流电路之前，它在增流滤波电路中有着非常重要的作用，可以在把交流电转换为直流时提高电源对市电的利用率，减少电能损耗，同时使用PFC能减少电源对市电和其它电器的干扰。
电源保护电路系统的设计与制作
电源保护电路系统的设计与制作 为了方便在实验室做各种电路实验，实验室电源系统应具有如下的功能： 输出+12V，-12V，+5V固定电压的直流稳压电压源； 输出输出电压从1.25V到12V可调的直流稳压电压源； 输出电流从2mA到40mA可调的直流电流源； 输出电压约为+16V，-16V的直流电压源（没有经过稳压的电压源，方便做电源实验用）； 输出电压为12V的交流电压源（方便做电源实验用）； 在电子技术实验室使用较广泛的综合电路实验箱所使用的电源一般有好几组电源输出，如+12V，+5V，-12V等等，数字实验电路还有一个+5V电源插口。由于是学生实验用仪器，学生在做实验时操作出错是常有的现象，主要是以下三类错误：一是电源直接短路造成的严重过载而损坏电源电路，此类错误的后果是损坏稳压器，或整流二极管或变压器；二是负载过重，这往往是学生由于接线错误，如芯片的线接错，虽没有直接短路，但可能电流超过额定值，若再加上没有及时排除故障，使得时间过长，而损坏电路，如损坏芯片，进一步损坏电源电路器件；还有一种可能是将+12V或者-12V电源插入到数字实验电路的+5V电源插口，这样造成数字电路（如高低电平信号形成电路，数码信号显示电路等等）中的集成块损坏，特别是TTL集成电路块的损坏。因此，设计制作一个电路保护系统很有必要。 对保护电路的要求： 过压保护：输出的所有电压中，只要任何一个电压超过额定值1V，保护电路动作。 欠压保护：输出的所有电压中，只要任何一个电压低于额定值1V，保护电路动作。 过流保护：任何一个输出电流超过500mA时或所有正电源电流之和超过500mA时或所有负电源电流之各超过500mA时，保护电路动作。 电源电压接错保护：在应加+5V电源接口处错误地加上了其它电源，如+12V，-12V等等，保护电路动作。 常用的电路保护措施有： 熔断器保护，即通常用的保险丝，保险管，它是一种过流保护器件，将它串接在电源电
一个LED驱动电源电路
一，先从一个完整的LED驱动电路原理图讲起。本文所用这张图是从网上获取，并不代表具体某个产品，主要是想从这个图中，跟大家分享目前典型的恒流驱动电源原理，同时跟大家一起分享大牛对它的理解，希望可以帮到大家。那么本文只做定性分析，只讨论信号的过程，对具体电压电流的参数量在这里不作讨论。如图1某LED驱动电路原理图，这是一款可AC/DC输入方式的LED驱动电路，使用无电解电容。是比较典型的LED驱动电路。 图1：某款LED驱动电路原理图 二，原理分析：为了方便分析，把图1分成几个部分来讲， 1：输入过压保护---主要是雷击或者市冲击带来的浪涌)
输入过压保护电路如图2： 图2输入过压保护电路 如果是DC电压从“+48V、GNG”两端进来通过R1的电阻，此电阻的作用是限流，若后面的线路出现短路时，R1流过的电流就会增大，随之两端压降跟着增大，当超过1W时就会自动断开，阻值增加至无穷大，从而达到保护输入电路+48V不受到负载的影响)限流后进入整流桥，R1与RV构成了一个简单过压保护电路，RV是一个压敏元件，是利用具有非线性的半导体材料制作的而成，其伏安特性与稳压二极管差不多，正常情况显高阻抗状态，流过的电流很少，当电压高到一定的时候(主要是指尖峰浪涌，如打雷的时候高脉冲串通过市电串入进来)，压敏RV会显现短路状态，直接截取整个输入总电流，使后面的电路停止工作，此时，由于所有电流将流过R1和RV，因R1只有1W的功率，所以瞬间可以开路，从而保护了整个电路不被损坏。 2、整流滤波电路：当交流AC输入时，则桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，将交流电转变为直流电。当直流DC(+48V)电压直接进入整流桥BD时，输出一个上正下负的直流电压，如果+48V电源本身也是直流的，那整流桥的作用就是对输入起到的是极性保护作用，无论输入是上正下负还是上负下正都不会损坏驱动电源，通过C1\C2\L1进行滤波，图3
开关电源电路详解
FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻):
电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。 VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端(Fuse之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上的考虑，可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ，AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路蛭蠪G所以使用Y2-Cap，Y-Cap 会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、CISPR 22(EN55022) Class B 两种，FCC 测试频率在450K~30MHz，CISPR 22测试频率在150K~30MHz，Conduction可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但