数字电源论文范文
数字电源论文范文（精选10篇）
数字电源论文 第1篇
众所周知, 电源是所有电子产品中起着“心脏”作用的关键组成部件, 一个“机体”能否正常稳定的工作, “心脏”的好坏起到了至关重要的作用[1]。随着电子技术的发展, 人们对电源性能的要求越来越高, 不仅要求电源输出直流稳定, 更对其输出电压范围的可调性与精度都要求甚高。相对于模拟可调, 数字可调更加精确、便捷。故文章设计了一个数字可调直流稳压电源, 其具有精度0.01V的步进调制、范围为1.25V-10.00V (可扩展) 的直流电压输出、输出误差较小且具有带负载和数码显示功能等特点。
2 总体设计思想及方案
本设计主要采用单片机AT89C52作为处理计算核心[2], 完成外部调节与控制。本系统主要由六个单元模块组成, 即电源模块、按键模块、单片机最小系统模块、显示模块、线性电阻模块和电压输出模块。其连接原理框图如图1所示。其中电源模块[3]采用7815与7805芯片分别产生15V和5V的电压给其它模块供电。输出模块采用LM317芯片构成, 为了满足LM317的工作特性[4], 故该系统必须为LM317增设一个输入比较的线性电阻模块。线性电阻模块是由若干个阻值以2的指数倍增长的电阻串联而成, 它利用继电器和单片机巧妙地将数字信号与模拟信号融合到一起, 即线性电阻模块的输出电阻取决于单片机获取的数字信号, 从而可以使系统实现一定范围内任意连续可调的电压输出。由于要对输出电压进行数字调节和显示, 因此还要增设按键模块和显示模块。显示模块使用4个数码管对所输出的电压进行显示, 而按键模块使用4个按键组成, 对单片机产生中断信号, 使单片机控制LED数码管显示, 并且同时计算, 控制线性电阻模块的总电阻输出, 由于此阻值决定了电源系统最后的输出电压, 从而实现输出电压与显示电压的一致。
3 主要单元模块电路分析与设计
3.1 单片机最小系统模块分析与设计
单片机最小系统在本设计中起到接收按键中断信号, 控制数码管显示并处理计算, 改变线性电阻的输出阻值等作用。该模块电路是由复位电路、时钟晶振电路、电平上拉电路和单片机芯片AT89C52组成。其中时钟晶振电路使用12MHz的晶振, 给单片机提供时钟信号, 而复位电路采用的是上电复位电路。AT89C52的P2.0到P2.7和P0.0到P0.3引脚连接在线性电阻模块的12个继电器开关上, P3.0到P3.2加上P1.7引脚连接在按键开关上, P3.3为外部中断1下降沿触发, 绑在按键开关公共端, P3.4到P3.7引脚端连接在数码管位码上。
3.2 按键模块分析与设计
按键模块是用4个按键对单片机产生中断信号来控制显示模块显示和线性电阻模块的阻值, 以便实现输出电压的数字调节。此模块设置的4个按键, 其功能分别为:
KEY1:每按键一次加一, 输出电压增加1V;
KEY2:每按键一次加一, 输出电压减少0.1V;
KEY3:每按键一次加一, 输出电压增加0.01V;
KEY_OUT:按键按一次, 确认输出电压, 使电阻模块去匹配, 使输出与显示值一致。
该按键电路是将一个外部中断拓展成多个[5]。按键开关一端接地, 另一端通过二极管与电阻接到Vcc上, 二极管1N4007的管压降为0.7V, 端口8接到单片机外部中断1上。按键没有按下时端口4、5、6、7均为高电平, 8也为高电平;每当按键按下, 会将端口4、5、6、7对应接地, 电平被拉低, 8端口也会被拉低从而产生下降沿进入中断从而改变显示模块和线性电阻模块的值的变化。
3.3 电压输出模块分析与设计
电压输出模块主要采用LM317芯片完成转换输出。由于LM317芯片的输入电压一般要比输出电压高3V (即有3V的压降) , 所以要求其输入Vin接15V的电压。LM317芯片输出电压取决于ADJ端口 (1引脚) 与V0端 (2引脚) 之间的电阻R12和1引脚所接的电阻R1, 计算公式如 (1) 所示。
上式中, 由于R12为定值电阻, 所以输出电压仅仅决定于R1的大小。由于本设计产生的电压在1.25V到10V之间, 当Vo=10V时, 根据式 (1) 计算出R1= (10/1.25-1) *512=3968Ω, 由于R1来自线性电阻模块的阻值, 所以本系统的线性电阻模块采用12位阻值以2的指数递增的电阻串联, 可实现从1Ω到4095Ω之间的任何一阻值的选取, 即可使系统得到范围为1.25V到10V之间的任意电压输出。由式 (1) 还可以得到最小精度为1/512*1.25=0.0024V的调节, 这样就可满足最小0.01V的步进调制了。
3.4 线性电阻模块分析与设计
此模块, 前人大多使用变阻器调节或者数字模拟开关CD4066进行调节[6], 考虑到数字模拟开关存在着较大内阻 (大约为50Ω左右) 会对线阻总阻值产生较大影响, 因此在本设计中, 使用继电器来代替数字模拟开关。又考虑到担心单片机的输出电流不够无法驱动继电器导通, 于是给继电器添加了一个三极管和一个放电二极管, 利用三极管的导通截止特性来加大继电器的驱动电流, 以便使单片机可控[7]。也就实现了用数字信号来精确控制模拟电阻总阻值的效果。
每当继电器部分电路接收到单片机传输过来一个高电平时, 对应三极管导通, 从而使继电器导通, 继电器就将其并联的电阻短接, 使对应电阻可选择性的接入串行电阻中, 从而达到通过数字信号改变电阻总值的目的。例如, 获取的数字信号为000101101010B, 则对应电阻为28+26+25+23+21=362Ω。
由于继电器导通可认为导线直接连接几乎没有内阻, 所以排出了由其内阻影响线阻总阻值的情况。由于此模块中线性电阻采用阻值为1、2、4……2048Ω (阻值以2的指数倍增长) 的12个电阻串联而成, 根据等比数列的求和公式可得到此模块理论电阻取值范围为1Ω到4095Ω, 精度为1Ω。
4 软件程序分析与设计
在软件编程上, 采用了中断、延时和数组调用等功能。设定了一个按键为标志位, 首先给4个数码管赋予初值, 当按键中断信号来了, 就可通过循环使LED数码管在不停地扫描显示, 只有当按键标志位的中断信号来到时, 确认下数码管显示的数值, 此时才使单片机内部进入计算阶段, 匹配出与之相应的线性电阻的12位二进制代码, 并行输出, 由于一位二进制数控制一个继电器开关, 那么就可得到线阻模块最后与数码管显示匹配的串行输出总阻值;再根据式 (1) 计算出LM317的输出电压V0, 由于IADJ一般在0u A到100u A之内较小, 故通常情况下是可以忽略的。但此设计中为了提高精度, 不能忽略, 因此在程序编写上取个中间值50u A, 如此在软件上完成通关按键对显示和电压的控制与调配。
5 系统功能测试分析
5.1软件仿真测试
使用仿真软件protuse7.10对电路系统进行理论仿真, 得到的测试数据如表1所示。
由表1中的测试数据可以看出, 该电源系统实现了输出电压在1.25V到10V的调节;由测试数据6和7可以看出, 该电源系统还实现了精度为0.01V的电压调节。
测试还得到:把输出电压任意调到5.25V, 在其后接一个保护电阻, 再继续连接一个绿色LED时, 该绿色LED灯能亮, 说明该电源系统可以接负载。
5.2 实物电路功能测试
用UT39B型数字万用表测试该电源电路的输出, 得到的测试数据如表2所示。
由表2中测试数据可以看出, 当测试数据靠近电压范围的两端时误差相对来说较大, 但是测试数据越距中间范围时误差越小, 几乎为零。究其原因, 这与LM317的电压输出计算中的IADJ值有关。IADJ原为变值, 而算法中使用的是一个中间值, 因此存在这样的波动误差。由于总的平均误差不大, 是在误差允许的范围内, 所以该电源系统的设计还是成功有效的。
6 结束语
测试结果表明, 文中设计的数字可调直流稳压电源的方案相比于市场上其他的方案, 更具有控制灵活方便、调节精度细、显示误差小、工作比较稳定等优点, 故使用价值更高。当然, 该设计也存在功能需要进一步提升的地方, 比如如何可以更简便地扩大电压输出范围, 算法计算如何更精确来减小显示误差等问题仍需进一步完善。总之, 设计高性能的电源是市场所需。
摘要：对所有电子产品而言, 电源是其不可缺少的“心脏”。随着电子技术的发展, 对电源性能要求越来越高, 不仅要求其直流稳定, 更对其电压范围的可调与精度有了更高的要求。文章在基于单片机技术基础上设计了一个数字可调直流稳压电源。该电源的硬件电路是由六个单元模块组成, 采用单片机AT89C52作为处理计算核心, 完成外部调节与控制, 实现了输出电压范围数字可调、可扩展的, 精度为0.01伏特, 并且具有一定负载功能的直流稳压电源的设计, 该电源系统具有一定的市场价值与推广价值。
关键词：直流稳压电源,数字可调,STC89C52RC,LM317
参考文献
[1]周国雄, 晏密英.一种输出可调智能开关稳压电源设计[J].微计算机信息, 2008, 24 (34) .
[2]赵建领.51系列单片机开发宝典[M].北京:电子工业出版社, 2007, 1.
[3]陈念军, 胡荣强, 等.基于单片机控制的输出连续可调开关电源的设计[J].电气应用, 2006, 25 (4) .
[4]王港元.电子设计制作基础[M].南昌:江西科学技术出版社, 2011, 9.
[5]张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社, 2004, 9.
[6]李一鸣.基于数字控制的开关电源设计[J].吉首大学学报 (自然科学版) , 2009 (6) .
[7]郑锋, 王巧芝, 等.51单片机运用系统典型模块开发大全[M].北京:中国铁道出版社, 2013.
数字电源论文 第2篇
长虹数字高清（CHD）系列彩电开关电源原理与维修
长虹数字高清（CHD）系列大屏幕彩电(如CHD2992、CHD2983等)开关电源采用三肯公司推出的STR-F6656厚膜集成电路作为核心器件。该厚膜集成电路具有输出功率大、外围电路简单、保护电路完善、便于维修等诸多优点，与该厚膜块引脚功能完全相同但输出功率有所差别的STR-F系列其它厚膜块还有：STR-F6454、STR-F6658、STR-F6626等。
STR-F6656厚膜块内含大功率场效应（MOS）管、独立的振荡电路，及其相应的控制、保护电路,整机开关电源实际电路图如①所示..图①
开关电源原理分析
1．进线抗干扰、自动消磁电路
220V交流市电经插麻XP800输入机内，经电源开关S801通/断控制，再经保险管F801送入由T803B、R801、CZ802组成的第一道抗干扰电路，其中T803B是一个结构完全对称的互感滤波器，第一道抗干扰电路主要是为了防止市电网中的高频干扰信号窜入机内开关电源。
经第一道抗干扰电路后的220V交流市电分两路，一路送入自动消磁电路，另一路送入由C802、C803A、C804A、T803A组成的第二道抗干扰电路。自动消磁电路由R808与装配在CRT上的消磁线圈组成，在开机瞬间，由于R808阻值由小增大，使流过消磁线圈内的电流由小变大，此时将在消磁线圈内周围产生出一交变磁场，从而消除CRT阴罩板上的杂散磁场，以完成自动消磁动作。第二道抗干扰电路的主要作用是防止机内的高频信号窜入市电网，从而造成污染市电网的现象。
2．整流滤波电路
经第二道抗干扰电路的220V交流市电，进入由VD801~VD804组成的桥式整流电路，该电路将220V交流电变成210V左右的直流电压，再经VD806、T804、VD805加到开关变压器T862（2）脚，由T862（1）脚外接电容C810滤波，得到约308V左右的脉动直流电压，该电压经开关T862（1）（4）绕组加到厚膜块NQ821（3）脚内部大功率MOS开关管的漏（D）极。
电路中与VD801~VD804并联的C805~C808为浪涌吸收电容，其目的是保护VD801~VD804不被流涌电流所击穿，VD806、T804、VD805串联在整流电路与波波电容C810之间，可以进一步限制浪涌电流，同时，由于T804次级直接被短接，使得流过T804初级的残余高频脉冲被进一步消除，所以，只允许直流电压通过其初级，这样可以进一步提高开关电源的工作效率。
3．开关电源的启动
300V左右的直流电压经开关变压器T862①～④绕组后加到厚膜块内部大功率开关管的漏（D）极，另外，市电经R815降压，VD801半波整流，加到ＮQ821（4）脚,同时向C823充电，当C823上充得的电压≥13.5V时，NQ821内部振荡电路开始工作，该电路输出一开关脉冲加到NQ821内开关管Ｇ极，NQ821内开关管开始导通，电源被启动，即NQ821内部电路的启动快慢由电阻R815的阻值和C823的容量决定。
说明:在电源的启动过程中，许多人往往认为电源启动时，送入NQ821（4）脚的电压是一交流电压，因为启动电阻R815的一端与市电相接，其实这种认为是完全错误的。实际上这是一种较典型的半波整流电路，它巧妙地利用了四只整流二极管的一只二极管VD801，其示意图如图2
当市电220V某时刻为上负下正时，该电压经R815加到NQ821（4）脚，再经NQ821（5）脚后加到VD801正极，VD801导通，最终回到电源的负端，反之，则VD801截止。所以，该启动电路实际上只用了市电的一个半周，是一个典型的半波整流电路。
4.电源的二次供电
由于本开关电源为它激式开关电源，在电源被启动后，启动电路为其提供的电压及电流不足以维持厚膜块NQ821继续工作。所以，电路中设计有为NQ821内振荡电路提供持续电压的电路，我们特将该电路称为二次供电电路，该电路的电压一般取自开关变压的互感绕组。这是它激式开关电源的一大特点。
当电源启动后，在T862⑥～⑦绕组将产生一互感电压，该电压经限流电阻R817后，再经VD828整流，C825滤波，得到42V左右的直流电压，该电压经以VQ821、VD827等元件组成的电子稳压系统稳压，得到稳定的18V电压加到NQ821（4）脚，向NQ821提供持续的工作电压，此时，启动电阻R815不再为NQ821提供电压。
电源的稳压过程
稳压控制环路主要由NQ833、NQ838、NQ821（1）脚内部等电路构成。误差取样及比较电路由R852、VQ851、R834、NQ833（SE140N）担任。脉宽调制由NQ838及NQ821（1）脚内部电路构成。
NQ833（1）脚经电阻R834、VQ851 E C极与 B 148V相接，为误差电压输入端，（2）脚经电阻R831与光耦器NQ838（2）脚相接，为误差电压输出端。当机器工作在TV、SVHS及AV状态时，主板上IPQ板1080I端输出2.8V高电平，该高电平经XS853送到VQ850 b极，VQ850饱和，VQ851 b极电压降低也随之处于饱和状态，此时R852两端被VQ851 e c极短接，开关电源 B电压端输出为148V。
当某种原因使 B 148V升高时：
B148V↑→Ｕ NQ833(1)↑→Ｕ NQ833(2)↓→Ｕ NQ838(2)↓→NQ838内光电二极管发光强度↑→NQ838内光敏三极管导通程度↑→U NQ821(1)↑→NQ821内开关管导通时间↓→ B 148V↓
若 B 148V由于某种原因而下降时，其稳压过程则与上述过程相反。
延迟导通电路
NQ821内部开关管截止期间，NQ821（3）脚外接电容C825与开关变压器初级①～④绕组将发生
谐振，并且在Ｃ825上将产生谐振电压。如果设法使C825两端谐振电压最低时，开关管下一次导通才开始，则可使开关管的导通损耗减到最小。
如图1，图中VD824、VD826、R818、C824、VD825A组成延迟导通电路，在开关管截止期间C825与T862①～④绕组产生的谐振电压由于互感作用，在⑥～⑦绕组上将产生一感应电压，该电压经VD824整流后，反向击穿VD826，经R818对C824充电，同时经VD825A加到NQ821（1）脚，使NQ821`内部开关管继续截止一段时间，当C824上充得的电压经过R821A、R822以及NQ821（1）脚内部电路放电一段时间后，待NQ821（1）脚电压下降到门限电压0.73V以下时，NQ821内部开关管才开始导通，此时，C825上谐振电压最低，开关管的导通损耗降到了最低限度。
所以，C824的容量大小决定了其充放电时间的长短，适当选择C824的容量，刚好使C825两端的谐振电压最低时，NQ821内开关管才开始导通，便实现了延迟导通的目的。
保护电路
本机开关电源具有过流保护、过压保护、过热保护功能。
过流保护电路由NQ821（2）脚外接R822、R821A组成。当某种原因使电源出现过流时，NQ821内开
关管漏（D）极电流显著增大，R822上压降迅速增大，该电压经R821A反馈到NQ821（1）脚，使（1）脚电压迅速上升，N801内开关管导通时间迅速缩短，限制了开关管漏极电流，达到了过流保护的目的。
过压保护电路由NQ821（4）脚内部相关电路及外部VD829组成，NQ821（4）脚既是供电端又是一过压检测端，VD829为过压保护二极管，当某种原因使开关电源各次级输出电压异常升高时，开关变压器T862（7）脚输出的感应电压也将升高，经VD828整流、C825滤波得到的近42V电压也将随之升高，该升高的电压反向击穿VD829并加到NQ821（4）脚，当该脚电压上升到22.5V以上，其内部过压保护电路启动，截断送入开关管G极的开关脉冲，电源停振。
过热保护功能完全由NQ821内部电路完成，当NQ821中的铜基板温度上升至140℃以上时，其内部过热保护电路启动，截断送入开关管G极的开关脉冲，电源停止工作。
待机控制电路
待机控制电路由VQ832、VQ833、VQ822、VD836等元件构成。该电路经R832接于光藕器NQ838（2）
脚，待机时，开关电源输出电压的高低主要取决于VD836的稳压值（本机VD836选用6.8V稳压管）。
机器正常工作时，从主板上IPQ板POWER端送来低电平4.2V，VQ832、VQ833同时饱和，VQ822因无基极偏置电压而截止，VD836相应截止，此时，整个待机控制电路均不工作。
当机器接收到待机指令时，从主板上IPQ板送来高电平5.0V，此时，VQ832、VQ833截止，VQ822基极因出现高电平0.7V而饱和。VD836正端接地而被反向击穿，NQ838（2）脚电压下降近一半，NQ838内光敏三极管导通程度增加，NQ821（1）脚电流迅速上升，NQ821内开关管提前截止，导通时间迅速缩短，次级各绕组电压均下降约一半，其中 B 148V电压下降至75V左右。
机顶盒电源提升控制
当机器接收机顶盒（HDTV）输出的60Hz数字高清信号时，需对开关电源 B电压端输出的电压进
行提升，以适应60Hz HDTV信号的接收，该提升工作由电路中VQ850、VQ851完成。
当机器识别到目前接收的是60Hz HDTV信号时，从主板上IPQ板1080I端送出一低电平0V，该低电平令VQ850截止、VQ851 b极电压升高并由饱和转为截止状态，R852被接入电路，造成输入到三端误差比较放大块NQ833（1）脚的误差取样电压降低，从而导致开关电源 B电压端由148V上升至157V，达到了电源提升的目的。
电源次级各输出电路
从T862（16）脚输出的交流电压经ZP831限流、VD831整流、C838滤波，得到8V直流电压，送到主板上用于产生5V-2及5V-3电压。
从T862（14）脚输出的交流电压经ZP832限流、VD832整流、C839滤波，得到25V直流电压，送到主板上向伴音功放电路及行激励电路提供工作电压。从T862（11）脚输出的交流电压经ZP833限流、VD833整流、C836滤波得到18V直流电压，该电压一路经NQ831稳压得到12V电压，送到主板，一路向IPQ板中部电路提供工作电压，另一路经N504稳压得到9V电压，向主板各放大电路提供工作电压。
从T862（10）脚输出的交流电压经VD835整流、C845滤波得到148V直流电压，除向行扫描电路提供工作电压外，还经降压、稳压向高频调谐器N501提供32V调谐电压。
11．目前，本开关电源的改进
长虹公司前期推出的CHD系列数字高清彩电，只设计有60Hz HDTV信号接收功能，现在，为了兼容50Hz HDTV高清信号的接收，经设计更改，不仅在IPQ板上增加了HDTV 50Hz处理电路，同时还对开关电源进行了改进，其改进电路如下：
自动消磁电路的改进:
前期生产的CHD系列数字高清彩电开关电源中的自动消磁电路如图①所示，由R808与消磁线圈
构成，机器正常工作时，消磁电阻R808一直与220V市电相接，一直处于高阻发热状态。目前，经设计更改，消磁电路已改为如图③所示电路，该电路采用继电器控制消磁电阻R808，这样不仅可以消除消磁电阻R808的发热功耗，以进一步降低整机功耗，还能保证机器随时可以进行自动消磁动作，当需要进行消磁动作时，断电后，再次接通电源即可，避免了花较长时间等待消磁电阻变冷的状况。
如图③所示，该电路由R842A、NQ840、VD840、C860、R843A、R844、VQ841、VD825组成。通电并二次开机时，从NQ831（2）脚输出的12V电压经R842A后，一路经继电器NQ840内线圈加到VQ841 c极，另一路经C860、R843A、R844到地，给C860充电，由于C860两端电压不能突变，将在R843A与R844之间产生0.7V电压，此时，VQ841饱和，继电器NQ840线圈内有电流流过，NQ840内常开触点吸合，接通消磁电路，完成自动消磁动作。
图③
随着C860的充电，VQ841 b极0.7V电压逐渐下降，2秒后，VQ841 b极电压从0.7V下降至0V，VQ841截止，NQ840内常开触点再次断开，热敏电阻R808与220V市电之间因此被截断，机器正常工作。
（2）50Hz HDTV电源降低控制:
为了适应50Hz HDTV信号接收功能，要求开关电源 B电压端输出电压低于正常值148V，更改后的控制电路如图④所示，电路中NQ833由SE140更换成SE125，VQ850、VQ851等元件仍为HDTV 60Hz电源提升电路，增加了VQ853、VQ852等元件组成的HDTV 50Hz电源降低控制电路。
图④
当机器接收TV、AV、SVHS信号时，开关电源 B电压端输出148V电压，此时，插座XS853中的1080I端为2.8V高电平，插座XS852中的1080（50Hz）端为低电平0V。
当机器选择从HDTV端口输入50Hz高清信号时，主板上IPQ板送来2.8V高电平，该高电平经插座XS852中的1080（50Hz）端加到VQ853 b极，VQ853饱和，VQ852随之饱和，误差电压取样电路中的R834被VQ852 e c极短路，送入三端比较放大块NQ833（1）脚的误差电压升高，通过稳压控制环路的控制，最终使 B电压端由148V下降至128V。
开关电源的检修
全无（保险管F801被烧黑）
1．测厚膜块NQ821（STR-F6656）（3）脚对地阻值是否未对地短路，若未对地短路，则应判定故障在交流220V进线滤波及桥式整流电路或自动消磁电路，此时应重点检查，进线滤波电路中的CZ802、C802及桥式整流电路中的二极管VD801～VD804，是否有击穿现象，若是前期生产的CHD系列数字高清彩电，同时不要忽略对自动消磁电路中的热敏电阻R808进行检查。
2．若厚膜块NQ821（3）脚已对地短路，则断开NQ821（3）脚与外接电路，若外接电路对地仍短路，则只需查电源滤波电容C810，谐振电容C825是否击穿短路。其中C810在实际维修中损坏率较高。
当断开NQ821（3）脚与外接电路后，外电路正常，但（3）脚对地短路，则说明NQ821内部大功率MOS开关管已击穿（注：有的机器当NQ821内部大功率开关管击穿时，NQ821表面有明显的炸裂痕迹，但有的机器NQ821则表面完好），必须换新。在更换保险管F801和厚膜块NQ821之前必须查换C810、T862、VD821、C822等元件。
实际维修中，C810容量下降或完全失容；T830性能不良；VD821、C822击穿短路均可能导致N801内大功率开关管损坏。
注：当发现NQ821（3）脚内部大功率开关管击穿短路或NQ821表面已炸裂时，除了F801、NQ821明显损坏外，同时以下元件可能将连带损坏：
VQ821 b c e极间击穿；VD827击穿；有时VD829也同时被击穿，R822开路，检修时请一同将其更换，否则，若只更换F801、NQ821，则开关电源仍然不会启动，而出现声光全无的故障。
全无，但保险管F801完好 断开开关电源次级 B148V电压端的负载，实际电路中可断开电感L836，若 B 148V恢复正常，则
说明故障在其负载电路，反之，应检查开关电源本身。在断开电感L836的情况下其检修步骤、方法及技巧如下：
通电测NQ821（3）脚是否有300V左右电压，若无，则判定故障在市电交流220V输入电路，该电路常见故障有：T803B、T803A虚焊，VD806、VD805开路。
若NQ821（3）脚300V左右电压正常，则以NQ821（4）脚电压为依据来判断故障部位，故障时，该脚电压一般有下列几种表现：
NQ821（4）脚电压为0V
测NQ821（4）脚对地是否短路，若未短路，则只需检查启动电阻R815是否开路，若（4）脚已对地明显短路，则断开（4）脚：
A．若测得（4）脚外接电路对地短路，则应检查C823是否对地短路，VQ821、VD827是否同时被击穿短路。
B．若断开NQ821（4）脚后，测得外电路与NQ821（4）脚均对地短路，则说明NQ821及二次供电路均被击穿，检修时，除了更换NQ821外，二次供电电路中的VQ821、VD827、VD829必须同时更换。
NQ821（4）脚电压在2.5V ~ 14V之间稳定不变。
同时断开VD829正端、VQ821 e极，VD836通电测N801（4）脚电压，此时，该脚电压通常将有下列两种表现：
A．NQ821（4）脚电压仍在2.5V ~ 14V之间稳定不变
此时，应先检查C823是否漏电；R815阻值是否变大；光耦器NQ838（3）（4）脚间是否击穿短路，若C823、R815、NQ838均正常，则应判定NQ821损坏。
B．NQ821（4）脚电压在11V~16V间反复跳变
此时，若 B电压输出端恢复至148V，同时电源发出“叽叽”的叫声，则说明故障在VQ821的二次供电（即以VQ821、VD827等元件组成的电子稳压系统）电路。
注1：这种情况必须是将 B电压端与其负载之间XP801断开的前提下才会出现。
注2：此时，可在通电的情况下，用测量电压的方法逐级检查VQ821、VD827等元件组成的电子稳压系统，以快速找到故障元件。如：测得VQ821ｃ极电压高于20V，而b极电压低于18V许多，则说明R817，VD827等元件正常，立即可判定故障为VD827稳压值下降或R819阻值增大或开路。
NQ821（4）脚电压在11V~ 16V间反复跳变
A．NQ821（1）电压若在3.8 ~ 5.8V之间变化,则说明过流保护电路出现故障，此时只需检查过流检测电阻R822阻值是否变大或开路。
B．若NQ821（1）脚电压为0.1V左右，则说明故障在 B电压端，此时只需检查C835、C845、VD835是否短路即可。实际维修中，VD835击穿短路较为常见。
电源输出电压低
断开L836，若 B端电压恢复正常，则说明故障在负载电路，在断开负载电路的情况下：
1． 若只有 B端148V电压低，而2． VD833、VD832、VD831负端输出电压正常。
此时，说明故障在 B端电压形成电路，应查换C845、VD835、T862，实际维修中，以C845容量严重下降造成输出电压低居多。
3． 开关电源各组输出电压均低
这类故障说明，电源启动电路、二次供电电路正常，故障可能由过流保护电路、稳压控制环路、开/待机控制电路引起，其具体判断及检修方法如下：
短路光耦NQ838（1）（2）脚或断开（1）（2）脚中任意一脚，瞬间通电，同时监测 B148V端电压：
A．148V端电压仍低，则可判定故障在R822、NQ838、NQ821等元件组成的电路。
B．若148V端电压瞬间上升到150V以上，则说明故障在NQ833等元件组成的误差取样、比较电路或VQ822、VD836组成的待机控制电路。
此时，为进一步缩小故障范围，先将光耦NQ838（1）（2）脚恢复至原状，然后再断开R832，再次通电测 B端电压，若电压恢复到正常开机值148V，则说明故障在待机控制电路，否则，应判定故障在NQ833等元件组成的电路。
四．开关电源输出电压高（通电瞬间，B端电压升高达160V以上）
此类故障应首先将检修目标锁定在稳压控制环路，就本机开关电源而言，应查NQ833内外部电路，NQ838、NQ821（1）脚内外部电路，其具体检修方法如下：
1．短路NQ838（3）（4）脚，通电测 B 端电压：
A．若输出电压仍高：
则应检查，R820是否开路；NQ838（3）脚 ~ NQ821（1）脚间印制线是否断裂。若检查均正常，则应判定故障在NQ821。B．若输出电压降为0V：
则说明NQ838（3）（4）脚引脚外围电源热地部分电路正常，故障在NQ838（1）（2）脚外部（包括NQ838本身）电源冷地部分。
2.判断故障在NQ838（1）（2）脚外部电源冷地部分后，将NQ838（3）（4）脚恢复原状，再用导线将NQ838（2）脚对地接一7V稳压二极管，通电测 B端电压：
A．若输出仍高：
则断电后再通电，同时测N830（1）脚是否有近15V的电压，若有，则立即判定故障在NQ838；若无，则应检查VD833、L833、ZP833、C836是否开路，VD833负端是否对地短路。
B．若降为90V左右。
则可判定NQ838及其（1）脚电压正常，故障在NQ833内外部电路，此时应检查R834是否阻值较大或开路，若检查R834无误后，则可判定故障在NQ833。
五 电源带负载能力差
此类故障一般表现为：在将机器音量加大或屏幕亮度变亮时，图像行幅有收缩现象，此时，若用万用表测量 B 148V端电压，能观察到该电压有明显波动现象：
在检测时，只需按下列步骤即能排除故障：
1．测NQ821（1）脚电压，若该脚电压明显低于正常值2.2V，则说明VD825A、C824、R818、VD826、VD824组成的延迟导通电路存在开路现象。
2．确认VD825A ~ VD824之间无误后，则查过流检测电阻R822阻值是否变大。
特别提示：该电阻阻值较小，当其变大到0.18Ω以上时，将明显影响开关电源的带载能力，此时，若用普通指针式万用表测量，易忽略该电阻阻值已变大，而引起误判，建议在检修时使用精确度较高的数字万用表。
当排除上述元件存在故障后，一般代换元件NQ821或T862便可排除故障。
六 待机时，B端电压异常
本机开关电源在待机时，B端电压下降为95V左右，当待机时 B端电压出现异常，如待机时电压为148V或95V~ 148V之间。其故障部分应在待机控制电路。
试论数字化控制开关电源技术 第3篇
开关电源的数字控制主要有以下两种方法：第一种是通过高性能数字芯片如DSP对电源实现直接控制，数字芯片完成信号采样AD转换和PWM输出等工作。由于输出的数字PWM信号功率不足以驱动开关管，需通过一个驱动芯片进行开关管的驱动。第二种是单片机通过外接A／D转换芯片进行采样，采样后对得到的数据进行运算和调节，再把结果通过D／A转换后传到PWM芯片中，实现单片机对开关电源的开关电源间接控制。控制电路由于要用多个芯片，电路比较复杂；单片经过A／D和D／A转换，有比较大的时延，势必影响电源的动态性能和稳压精度。
一、基于数字信号处理的开关电源
利用高性能的DSP数字芯片对电源直接控制，简化了控制电路的设计。这些芯片有较高的采样速度和运算速度，可以快速有效地实现各種复杂的控制算法，对电源的控制有较高的动态性能和稳压精度。因此，这种方法将会在今后开关电源的数字控制技术中发挥重要作用。
二、基于单片机控制的开关电源
随着电子技术的迅猛发展和超大规模集成电路设计的进一步提高，单片机技术得到了迅速发展。利用单片机作为控制核心，设计方案容易掌握，而且单片机的要求不高，成本较低。通过外接A／D转换芯片进行采样，采样后对得到的数据进行运算和调节，再把结果通过D／A转换后传到PWM芯片中，实现单片机对开关电源的间接控制。
数字控制的开关电源不可避免地存在以下问题：AD转换器的速度和精度成反比。为了保证开关电源有较高的稳压精度，AD转换器必须有比较高精度的采样，但高精度的采样需要的AD转换时间更长。作为反馈环路的一部分，AD转换时间过长必然造成额外的相位延迟时间。除了和模拟控制存在的相位延迟以后，转换过程的延迟时间必然也会造成额外相位滞后，使回路的响应能力变差。模拟芯片用RC补偿进行PI调节的方法一样，在控制回路中用引入PI调节的方法以提高控制回路的响应能力。这种做法需要占有数字芯片较大的系统资源，因为数字控制和模拟控制不同，信号采样是离散的，两次采样之间有一段间隔时间，这段时间的值是无法得到的。要实现精确的控制，每次采样之间的时间间隔不能太长，即采样频率不能太低。作为数字芯片，每次AD转换结束后，得到的结果都会被送到系统的中央运算处理器中，然后由处理器对采样的值进行运算和调节。在采样频率比较高的时候，这种做法比较耗费系统资源，对数字芯片的要求也比较高。由于目前专门用于电源控制的数字芯片还比较少，在要求比较高的场合一般都会用DSP芯片，其运算和采样速度快，功能强大，但价格比较高。而且，DSP芯片不是专门的电源控制芯片，一般的电源应用对其芯片资源的利用率不高。
随着数字芯片和电源技术的发展，出现了为电源控制而开发出来的控制处理器。它不同于数字芯片的中央处理器，控制处理器主要由高速AD转换器，数字PID补偿器和数字PWM输出三部分组成。反馈环路的控制由它来完成，中央处理器作为管理模块应用在电源上。
控制处理器由高速A／D转换器，数字PID补偿器和数字DPWM输出组成。外部存储器记录了控制处理器的相关程序。高速A／D转换器是基于CMOS的传输延迟时间td影响输入电压VDD的原理做成的，VDD电压和传输时间是成近似的反比例关系，即VDD越大，信号传输延迟时间越小。
采用新的技术，大大降低了AD转换需要的时间，可以达到MHz级采样频率。高采样频率可以使DPWM的信号的更新速度达到几百纳秒一次，实现和模拟控制，通过不断更新PWM信号来进行稳压。DPWM时钟由处理器系统时钟通过锁相逻辑环路（PLL）进行倍频后，频率可以达到200MHz。通过这种分辨率高达5ns的DPWM控制信号，电源开关频率可以达到1MHz。数字补偿器为电源设计提供很大的灵活性，控制参数通过外部存储器的程序来设定，可以通过编程来改变控制策略，调试更方便。由于芯片是专门为电源设计开关，简化了结构，降低了成本。这种专门为电源设计开发的控制处理器将会得到广泛使用。
浅淡现代数字微波机房电源供电方式 第4篇
关键词：数字微波,机房,电源供电
随着广播电视新技术的发展, 以及国家无委提出模拟微波停用的最后期限的来临, 我省局无线管理中心微波部为适应广播电视事业发展的需要, 从2002年7月开始全面展开了对我省干线模拟微波电路数字化的改造工程。到目前为止, 省内主干线电路、北线、东线、南线已改造完成12个站。还剩通往各市的16个干线站, 省局无线中心已将此列入工作计划。在数字微波电路改造过程中, 因原模拟微波设备及电源系统全部更新, 借此, 本人对市站数字微波电路改造中对机房的供电方式和电源的安全使用提出一些不太成熟的建议, 供同行探讨与研究。
1 未改造前模拟微波机房的供电状况
离石站现模拟微波机房最大的用电特点和存在的问题就是交流、直流混合供电。除微波收发信机各机架和调制解调机架电源由交直流稳压稳流硅整流器直接提供-24 V供电外, 其它附属设备如视音频切换器、电缆视频校正放大器、视音频均衡分配放大器、波导充气机、电脑、监视器多路综合参数测量仪和多通道报警系统监测机柜均采用交流220 V供电, 同时220 V电源线路与信号线使用同一电缆沟和电缆槽, 这种情况在各市微波站机房中普遍存在。这种情况导致了如下状态的出现:1) 同一微波机房中, 需要同时用交直流电源对不同机械的负载设备供电。2) 在同一个机器中, 需要同时用交直流电源对不同的机柜的负载设备供电。3) 在同一机柜中, 需要同时用交直流电源对负载设备供电。
2 模拟微波机房交直流混合供电带来的问题
1) 机房安全存在很大隐患
未改造前模拟微波机房里面有交流、直流负载设备, 导致机房里交、直流负载设备交、直流无法分离, 供电消防安全问题比较突出。
为了提升整体微波通信运行质量和安全水平, 各地都花费巨资开展机房安全整治工作, 重点是消除电源设备、电缆走线和消防报警等方面存在的安全隐患。具体项目包括3线分离 (交流线、直流线及信号线3线分离走线) , 架空地板拆除, 下走线改上走线, 消防设施整改等。通过这些整改工作, 机房的安全等级有了明显的提高。目前, 我省通往各市干线的微波机房是广电传输网络最重要的枢纽机房之一, 但现在这些机房在供电方面的配置却存在不容忽视的安全隐患。如离石站机房里有大量交流、直流电线, 与信号电缆交错走线, 必然给三线分离的工作造成极大的困难。特别是同一列的机械中既有直流设备柜, 又有交流负载设备柜, 交直流电源电缆一定会挤在一起, 电源输出端子和设备又没有明显的电压等级标识, 将成为机房安全方面的最大的隐患。
2) 增加电源等基础设施的建设成本
按照目前的供电方式, 每一套系统都要有交流和直流两套电源系统供电, 从基础设施建设的角度看, 必然使电源的建设成本增加, 造成整体的建设成本加大。虽然现在容量小, 但随着广播电视节目套数的增加和系统的扩容, 负荷的增加必将促使建设独立的电源系统。根据现在快速发展的善, 从长远来看, 这种投资必不可少。
3) 机房维护管理难度增大
从电源系统维护角度来说, 对一个交直流滥用的机房, 既要维护直流电源系统、又要维护220 V交流电源系统, 无疑增加了维护工作量。而且对同一个系统来说, 需要两种电源供电, 任何一种电源掉电, 都会对安全播出造成严重的后果。就这种供电模式而言, 电源系统数量越多, 出问题的概率越大, 运行维护管理将会遇到更多的问题。
4) 提高了对电磁防护的要求
随着电子设备的集成度越来越高, 系统设备对电磁兼容性的要求也越来越严格。而由于交直流混合供电造成过多的交直流变换, 必将导致谐波等电磁干扰大大增加, 形成对微波传输系统设备控制信号的干扰源, 微波传输网络的疑难故障也会增加。
综上所述, 借助对微波数字电路供电系统的改造, 使全部设备采用单一的直流供电方式。
3 统一使用直流电源作为系统供电电源
1) 由于数字电路微波统一使用直流-48 V开关模块电源, 所以直流-48 V微波数字电源技术已经非常成熟, 它是一种模块化的设备, 直接使用蓄电池组作为后备电源, 一般后备工作时间在数小时以上, 具有工作可靠、维护方便的特点。这种供电方式经不少微波通信站的使用, 证明是安全有效、切实可行的。
2) 从安全供电角度来说, 由于本质的区别, 交流电源系统与直流系统比较, 其安全系数要低得多 (二者不是同一档次) 。虽然就单个设备而言, 通过冗余技术可以使设备本身的可靠性提高 (例如UPS主机已经可以达到99.99999%) , 但对整个交流供电系统而言有很多不可备份的单独故障点, 这些单点故障, 都会影响到整个系统的安全供电。
3) 交流系统主要使用UPS提供后备供电, 而目前受UPS系统技术和设计所限, 后备时间一般都在1 h以内, 远比直流系统的后备时间短得多。
4) 对于数字微波传输网络设备来说, 直流电源仅在使用市电时需要进行一次整流交换, 其余均为直接供电。而交流电流通过对设备供电时往往需要经过多次的AC/DC或DC/AC的变换。因此, 从原理上来说, 直流电源系统的效率比交流电源系统要高。
5) 从建设成本比较, 不可否认, 在现有技术条件下, 直流开关模块电源系统的造价远低于UPS系统。我们认为, 目前数字微波机房设备全部使用直流-48 V数字开关电源, 是最安全、最可靠的解决方案。
4 设备使用直流电源的可行性
按照供电方式, 目前数字微波机房的设备可以分为使用直流电源和交流电源两类。一类是数字微波设备, 本身就是直流-48 V数字开关模块电源;另一类是视音频切换器、电缆视频校正放大器、视音频分配放大器、电脑、波导充气机、监视器以及多路综合参数测试仪和多通道报警系统监测机柜。这一类设备通常都是品牌设备, 可与生产厂家直接联系, 采用特殊的直流供电方式定制。根据我站最近与视音频切换器、电缆视频校正放大器生产厂家联系, 均愿意提供或改造现有设备的供电直流-48 V措施。从目前高科技发展的状况看, 设备电源已不是生产厂家的难事了。由此看来, 微波数字电路机房的设备使用直流电源在技术上和商务上均是可行的。
5 结论和建议
当前, 借助这次模拟微波电路全部更新改造为数字微波电路的契机, 在采用单一直流供电方式之时, 对原机房设备用电需求混乱带来的不安全因素和维护压力, 应加以重视, 借此机会予以彻底解决。否则将会给运行维护带来不便与安全隐患, 甚至会导致严重的事故, 给安全播出带来严重后果。
根据现代微波传输现状和电源安全的要求, 本人有如下建议。
1) 从微波机房的电源维护和消防安全考虑, 应明确机房内所有微波传输的相关配套设备统一使用-48 V电源作为供电电源。
2) 尽快制定“数字微波机房设备供电技术要求”的技术规范, 明确相关的技术要求、技术指标。
3) 在数字微波机房设备的工程规划、设计、建设阶段就将电源问题解决好。在技术方案和设备采购过程中, 相关部门应向设备厂家明确提出设备采用直流电源供电的技术指标与相关要求, 选择使用针对广播电视部门的直流标配产品。
4) 设备厂家在设计和生产广电微波相关设备时, 应明确规范设备应采用-48 V直流电源供电, 统一采购-48 V直流电源供电的标配配套产品。
6 结束语
数字电源论文 第5篇
工作原理
高斯贝尔GSR-VD33数字卫星接收机电源为典型的自激式开关电源，220V交流市电经保险管和由L1、C1组成的抗干扰抑制电路，滤除电网中干扰信号后通过VD1-VD4整流、E1滤波得到约300V直流电压。300V直流电压一路经开关变压器B1初级绕组①-②加至开关管VQ5（BUT11A）的集电极，另一路通过启动电阻R1加到VQ5基极，使VQ5导通。VQ5导通后，VQ5集电极电流在B1初级绕组①-②上产生感应电压，由于绕组间的电磁耦合，B1反馈绕组③-④产生感应电压，感应电压经VD6、R5加到VQ5基极，使VQ5迅速进入饱和导通状态，在此期间，C4被充电，随着C4两端充电电压的不断升高，反馈电流逐渐减小，直至VQ5基极电位降至关断值，使VQ5关断截止。在VQ5截止期间，C4经R5放电，当C4放电达一定程度，C4两端电压不足以使VQ5保持截止状态，启动电压经R1加至VQ5基极，VQ5又进入导通状态，如此循环，形成开关电源的振荡过程。在开关电源循环振荡过程中，开关变压器次级各绕组输出交流电压，分别经整流、滤波、稳压等电路处理后，得到不同的稳定电压为主板各功能电路提供电源。
该开关电源稳压调节电路主要由IC1（4N35）、IC2（TL431）和VQ3（9013）等组成，当由于某种原因引起输出电压升高时，3.3V输出电压随之升高，取样电路将这一升高的变化量送到电流比较放大器IC2的控制端R，经内部电路比较放大，输出端K电压下降，IC1内部发光二极管电流增大，发光管亮度增强，使VQ3导通程度加深，加快C4充放电速度，缩短VQ5导通时间，使开关电源输出电压下降。当某种原因引起输出电压下降时，稳压过程和上述相反。
C9、R2、VD5组成尖峰吸收电路，用于限制高频变压器漏感产生的尖峰电压，保护开关管。VQ2、R3组成过流保护电路，当VQ5电流增大时，R3两端压降也增大，最终使VQ2导通，分流VQ5基极正反馈电流，使VQ5集电极电流减小，对VQ5起到过流保护作用。
常见故障分析
1、通电后，立即烧保险。
此类故障应从市电输入端检查入手，用测电阻的方法很容易发现故障点。重点检查抗干扰电路中C1、滤波电路中的E1有无漏电，桥式整流电路中整流二极管VD1-VD4有无短路，VQ3、VQ5是否已击穿。
2、通电后，不烧保险，但无任何显示。
此故障一是由于300V电压未加入主变换电路，另一原因是主变换电路未工作。检修时先测量E1两端有无300V直流电压，若E1两端无300V电压，应检查L1、NTC是否断路。若E1两端有300V电压，而VQ5集电极无电压，则是开关变压器初级绕组①-②断路；若主变换电路未工作，则应检查相关振荡电路元件，重点检查启动电阻R1和C4是否已损坏等。
3、输出电压升高。
高速数字信号处理器系统电源设计 第6篇
关键词：高速数字信号处理,DSP+FPGA,系统电源
1 概述
现代信号处理对信号处理的实时性要求越来越高, 实时信号处理系统具有更快的处理速度和更大的数据吞吐率, 往往处理器要求达到每秒几十, 甚至几百亿次运算, 这使得单个处理器无能为力, 很多数字波束 (DBF) 雷达系统中都引入了并行计算系统, 采用了多处理器并行处理技术。多处理器并行处理高速数字信号处理板上大部分电路是高速数字电路, 电源对逻辑电路影响主要集中在电源的响应带宽和纹波电压上。高速数字逻辑器件在状态转换瞬间需要吸收较大电流, 容易导致供电电压下降, 电源的带宽足够宽时可以获得更快的反应速度, 避免因为电源电压的波动导致的逻辑错误;纹波电压是稳压源电压输出的波动, 纹波电压会引起数字信号的边缘抖动, 也会造成逻辑误判, 因此电源的设计要求带宽宽和纹波电压小。
2 高速数字信号处理器电源设计研究
图1是高速数字信号处理系统设计框图。DSP_A和DSP_B是并行系统的运算核心模块, 主要完成并行算法的复杂运算;数据的输入通道有条:GPIO口、SFP光纤接头和SATA接头, 如果前端是A/D采集模块, 通常使用PM1和PM2用作数据输入通道。FPGA是系统的数据交换中心, 负责控制两个DSP数据的输入输出与数据预处理, 系统结构设计适合数据流流水处理方式, 又适合并行分布式处理, 同时支持扩展多个处理板。
目前直流稳压电源根据调整管的工作状态来分主要有两种, 一种是线性稳压电源, 一种是开关稳压电源。线性直流稳压电源调整管工作在线性状态下, 调整管可以看成是一个连续可变的电阻, 当输出电压偏离了设定电压时, 反馈回路便调整管子的电阻, 使得输出电压维持在一个稳定电压值上, 而不会受到负载变动的影响。线性电源的输出电压比输入电压低, 具有反应速度快、输出纹波小、工作噪声低的特点, 但是效率比较低, 而且发热量大, 会间接增加系统的热噪声, 因此线性电源比较适合小电流、输入输出压差小的应用场合。
开关电源的调整管不是工作在线性状态下, 而是工作在饱和态和截止态。开关电源常用脉冲方式控制调整管的开关状态, 调整方式有脉宽调制和频率调制两种, 脉宽调制方式控制调整管的脉冲信号频率不变, 通过调节脉冲信号的脉宽来维持输出电压的稳定。频率调制方式主要是通过改变脉冲信号的频率来维持输出电压稳定。直流开关电源效率远比线性电源高, 通常达到70%以上, 具有发热量少, 稳压范围宽、稳压精度高的特点, 已被广泛应用于各种电子设备。系统设计大电流工作电压采用开关电源提供[2,3]。
FPGA的中的RocketIO MGT收发模块和PCI-E都有高速的差分收发器, 两者对电源的噪声非常敏感, 因此在实际设计中采用了线性稳压设计, 以期降低电源噪声 (纹波) 所带来的影响。利用3.3V作为输入, 经过UC385-ADJ分别产生MGT1.2V、MGT1.5V和MGT2.5V 3组专门用于RocketIO MGT模块的低噪声电源。FPGA配置芯片的核电压1.8V所需电流较小, 因此采用线性稳压芯片AMS1117-18实现, 以减少占用PCB面积。图2是系统的电源结构图。
ADSP-T201有严格的上电顺序, VDDCORE可以先于VDDDRAM和VDDIO上电, 也可以后于VDDDRAM和VDDIO上电, 但VDDDRAM必须要在VDDIO上电之后才能供电, 所以必须设计上电顺序控制电路, 图3为本设计采用的上电顺序控制电路。由于内部有上电保护锁存器, 外设的电压必须要在VDDIO上电后才可以供电, 系统设计上电顺序依次是1.2V、2.5V、3.3V, VDDDRAM所需的1.6V电压由3.3V经过UC385-ADJ稳压所得。
除了提供稳定的电压外, 系统设计需要在各个芯片的每个电源脚尽可能放置一个退耦电容, 对于普通的逻辑芯片, 采用10~100nF的陶瓷电容, 对于DSP、FPGA和PCI-E接口控制器每个电源引脚需要在尽可能靠近引脚的地方混合使用1n F和10nF的陶瓷电容放置。而对于DSP的锁相环逻辑电源引脚、PCI-E接口控制器的锁相环电源引脚以及FPGA的RocketIO MGT模块的各个电源引脚要加上一个LC滤波器, 以减少噪声的影响。
3 系统电源需求分析[22, 24, 32, 36]
电源设计首先要估算板上器件所需要消耗的电流, 按照最大功率并且保持20%的功率裕度原则设计。板上功耗较大的器件有DSP、FPGA、PCI-E接口控制器。
ADSP-TS201正常工作需要3组电源分别给核心电压、锁相环、片上DRAM和IO口供电, 工作电流会随着频率的提高而线性增加, 也会随着环境温度升高而增加。DSP工作电流主要由静态电流和动态电流两部分构成, 其1.2V核心电压VDD的电流消耗可以表示为:
IDD-DYNAMIC为核心动态电流, 最大值达4.381A, IDD-STATIC为静态电流, 最大值为320mA, IDD-ANALOG为DSP锁相环电路逻辑所需电流, 大小为55mA。根据公式 (1) 可以计算到单个DSP的IDD电流最大值为4.756A。DSP片上DRAM所需的电流相对较小, 在600MHz主频下工作时, IDD_DRAM典型值为280mA, 最大值为430mA, 因此得IDD_DRAM (max) 为430mA。
DSP的IO电流IDD_IO由外部总线接口电流IDD_IO_EP和高速链路口电流IDD_IO_LINK两部分构成。外部总线接口电流IDD_IO_EP是总线接口静态电流和动态电流之和, 其中总线接口静态电流为7mA, 动态电流与总线工作频率有关, 当总线工作时钟为100MHz时动态电流大小为38mA, 因此得外部总线接口电流的最大值为IDD_IO_EP (max) 为45mA。同样的高速链路口电流IDD_IO_LINK也是动态电流与静态电流之和, 链路口的静态电流为53mA, 动态电流与传输模式和频率有关, 当DSP四个链路口都工作在600MHz时钟频率下以4bit模式传输时, 动态电流为165mA, 因此得高速链路口电流的最大值IDD_IO_LINK (max) 为218mA。所以DSP的IO电流的最大值IDD_IO (max) 是IDD_IO_EP (max) 与IDD_IO_LINK (max) 之和为263mA。而FPGA的工作电流也是会随着核心频率提高而工作电流增大, 并且随着片上逻辑资源的使用率的增大而线性增加, XC4VFX60内核最大电流IDD-INT (max) 为5.5A, 所有SelectIO的BANK最大工作电流IDD-O (max) 为4A, 辅助电压工作电流IDD-AUX为0.3A, 由公式 (2) 可以推算FPGA的最大功耗为17.35W。
PEX8311的PCI-E端的IPCIEVDD1.5最大值为250mA, 本地端控制内核电流IPCIEVDD2.5最大值为146mA, 本地总线接口电流IPCIEVDD3.3最大值为144mA, 由此可以计算PEX8311最大消耗功率为1.2W。表1是系统设计电源需求汇总。
表中DSP与FPGA可以共享一个1.2V稳压电源作各自的核心电源和锁相环电源, DSP的IO电源、PCI-E接口的本地总线核心逻辑电压 (VDD2.5) 和FPGA辅助电源及部分IO电源可以共享一个2.5V的稳压电源, FPGA部分IO口电源和板上其他芯片共享一组3.3V的稳压电源。DSP的片上存储器电源VDDDRAM需要独立提供1.6V电压。根据SDRAM模组和板上其他芯片大概估算3.3V电源也需要有5A以上的电流。
4 系统电源测试总结
测试的目的主要是验证设计的系统电源的性能是否符合设计要求, 是否满足各个高速处理模块的供电需求。各组电源电压用万用表测试结果如表2。
测试数据表明, 各路电压输出误差不超过标称电压的±5%, 均符合各个芯片的工作电压要求, 利用示波器在限制20MHz带宽的条件下, 图4用交流耦合测试的各路开关电源模块 (PTH08T210W) 输出纹波电压峰峰值 (VPP) 为27mV, 图5线性稳压器AMS1117纹波电压峰峰值为12.5mV, 低压差线性稳压器UC385-ADJ各路输出的纹波电压峰峰值不超过14mV。值得注意的是UC385-ADJ的输出电容不可不接, 而且必须要接100uF以上的钽电容或者固体电容才能稳定工作。
5 结论
本文提出了高速数字信号处理器电源设计的基本方法, 分析了DSP+FPGA信号处理板的系统电源需求, 经测试该电源设计符合高速数字信号处理器的供电需求。实际应用验证也表明该电源系统带宽宽和纹波电压小, 电压输出具有高稳定性的特点。
参考文献
[1]刘书明, 罗勇江.ADSP TS201XS系列DSP原理与应用设计[M].北京:电子工业出版社, 2007.
[2]谢忠华.开关电源设计中应注意的问题[J].武汉科技学院学报, 2005, 18 (9) :46-49.
数字电源开关并联供电的应用研究 第7篇
多个开关电源模块并联运行虽然提高了可靠性,并能实现电路模块标准化等优点,但是并联工作的各个电源模块特性不可能完全一样,若不采取处理可能会影响其中的模块承受较大的输出电流,引起分配电流不均,导致该模块甚至整个电源系统的故障。因此,在多模块并联运行系统中必须引入有效的均流控制策略,从而使各模块均匀地承担负载功率,提高系统的可靠性。
1 DC-DC模块设计方法及实现方案
本系统实验电路采用TI公司的开关降压转换集成芯片TPS5430构成DC-DC主电路,TPS5430内部集成PWM产生电路、高位场效应管驱动电路以及110m欧低导通电阻的NMOS开关管,效率高达95%,输出电流最高可达到3A,有较宽的输出电压范围。TPS5430固定500KHz开关频率,因此可采用较小的滤波电容、电感消除纹波。同时,TPS5430集成度高,只需要配合少量外围元器件(自举电容、起储能与滤波作用的电感与电容、反馈电阻),构成BUCK电路,即可高效、精确、稳定地得到输出电压,单电源模块应用原理图如图1所示。
(1)二极管的选取。为了达到高效率,要使用压降小并且恢复速度快的续流二极管D1。普通的二极管,正向压降比较大,同时,由于开关管高速地在导通与截止状态之间转换,普通二极管反应速度不够快,二极管会大量发热并且使TPS5430的输出波形也会受到影响,整个系统的效率很低。
(2)输出滤波器的选择。电感L1和电容C1是DC-DC输出滤波器的关键,它们共同担负着储能与滤波的作用。在设计输出滤波器时,可以选择一阶LC滤波器或二阶甚至更高阶LC滤波器,但兼顾到对效率及纹波的要求,可选择低阶滤波,以降低滤波器的消耗。由于TPS5430开关管的工作频率为500KHz,频率较高,故对电容电感的选择已经较为苛刻。
2 均流控制方法及实现方案
主从均流法、输出阻抗法、最大电流自动均流法、平均电流自动均流法和外加均流控制器法等是目前开关电源并联供电系统常用的均流方法,其中最大电流自动均流法具有均流精度高、负载调整率高、动态响应好、易于实现冗余的特点而得到广泛应用。负载共享控制器UCC39002设计原理是根据最大电流自动均流法设计,它控制多个独立电源或者DC/DC模块并联供电自动均流的理想选择。
在本系统实验电路中,使用两片UCC39002实现均流控制。在DC-DC模块正常工作时,将两路UCC39002的均流母线LS连接,根据UCC39002均流原理,UCC39002将会自动选出电流最大的一路,并将最大的一路电源作为主电源,此路UCC29002内部的三极管截止,即没有电流流入其A D J脚,故该路中只是反馈线上比无UCC39002时多了一个小电阻R4。而电流较小的另一路电源成为从电源,均流母线上的电压将由主电源的输出电流决定,从电源的UCC39002接收到母线上的信号后,会控制从电源DC-DC模块稍稍提高输出电压,具体工作原理是,从电源UCC29002内部三极管导通,此三极管发射极有一个500Ω电阻到地,此时通过该三极管的电流即为VEAO/500,有此附加电流流过R4后,A点电压下降,从而B点基准电压也下降,而不再是1.22V,此时为了使VSENSE恢复到1.22V,TPS5430将增加PWM脉冲宽度,增加Vout从而提高该路电流输出,减小与主电源的电压差,通过减小从电源与主电源的电压差来提高该路输出电流,从而达到均流。
3 过流保护故障与自动恢复方法及实现方案
在本系统实验电路中,采用硬件电路实现。当开关电源的输出电流超过规定值时,利用电阻采样转换为电压与可预置的基准电压比较后,控制TPS5430的开关频率输出使能端ENA,也可设计为控制继电器断开负载,起到保护作用。为了实现自动恢复功能,本系统设计了单稳态触发延时电路,每次触发后系统停止工作可预值时间后,继续检测过流故障是否已经被排除。如果过流故障排除,系统自动恢复。
4 结论
根据所设计的实验电路,我们试制了实验样机,通过实验数据测试与分析,调整实验负载电阻至额定输出功率为32W工作状态下,供电系统的直流输出电压Vout维持在8.0±0.28V之间,纹波电压峰峰值在30mV左右,供电系统的效率高达93.6%,调整负载电阻至额定电流值范围内的任意输出电流值,两个电源模块的输出电流的相对误差绝对值小于3.2%,均流效果非常好,同时该系统集成性高,电路结构简单,所用器件少,还不易发热,保证了整个系统高效、稳定、可靠的运行。
摘要：开关电源模块并联供电系统是大功率输出、不间断供电电源技术发展方向之一。本文提出了一种开关电源模块并联供电系统的设计思路。
关键词：电源开关,并联,供电
参考文献
[1]孙道宗,王卫星等.基于TPS5430和MAX1674的智能充电器.电子设计工程,2010,18(8):145.
数字电源论文 第8篇
美国微芯科技公司宣布, 为通用多环路开关电源 (SMPS) 及其他电源转换应用, 推出7款新一代16位dsPIC数字信号控制器 (DSC) 。这些器件在用于数字电源转换的DSC中, 是业界最小的封装 (仅6 mm6 mm) .其价格远低于Microchip的第一个SMPS系列, 性能却翻了一番。
这些产品具有“智能电源外设”, 其中包括相互连接的模拟比较器、脉宽调制器 (PWM) 和模数转换器 (ADC) 。这些外设都专用于数字电源应用, 可针对各种拓扑结构由软件进行配置。这样的灵活性让电源设计人员能够就具体的产品应用, 随心所欲地进行优化。
此外, 利用dsPIC33系列的在线编程能力, 通用SMPS平台可在生产过程的最后阶段才进行差异化, 以节省时间及成本。
直流电源数字化设计与实现 第9篇
目前大部分同步电机的直流励磁电源装置采用的是三相全控整流桥模拟控制电路, 运用电压负反馈, 触发脉冲板分别对6个可控硅进行触发的控制原理。其调节电压电流是电位器模拟调节方式, 经长期运行会发现缺点较多: (1) 电位器作为一种模拟器件, 具有连续调节能力, 但容易出现接触不良的问题, 而且与数字化发展方向不吻合。 (2) 模拟控制线路复杂, 调节精度低, 系统参数修改不方便。 (3) 模拟电位器调节方式带来一系列不灵活与不方便, 不利于远程计算机软件操作控制。
基于以上各方面的考虑, 采用数字式励磁调节系统已成为发展趋势。提出了直流励磁电源的数字化调节方案, 该方案摈弃了传统的利用模拟电位器进行电压或电流的调节方法, 利用数字化的手段进行电压或电流的调节。采用单片机+PLC对励磁电源进行改造, 实现了励磁电源的数字化, 将具有可靠性高, 易实现智能控制, 调整简单等特点。以方便实现具有最小励磁电流和最大励磁电流限制功能, 以防同步机欠励及过载。计算机软件界面将带有完善的故障检测功能, 如同步电压监视、三相全桥六脉波整流器故障监视、电流监视、快熔断监视等功能。
2 硬件系统平台
同步机的直流电源系统由两部分构成:第一是励磁功率主电路部分, 向同步电机的励磁绕组提供可调节的直流励磁电流;第二是励磁调节器部分, 通过测量、比较、计算等环节控制励磁功率的大小。其硬件系统平台如下图1所示:
3 直流励磁电源调节方案
数字直流励磁电源调节方案如图2。由上位工控机, 下位机PLC, A/D, D/A模块, 数字式励磁板控制器, 直流电压电流变送器, 数显表, 反馈板等组成。机房上位机工控机通过RS485端口传送与接收调节信号, 设定参数, 包括显示传送励磁电压和电流, 过压和过流保护值, 欠流保护值等。通过窗口和移动条来实现调节电压和电流的步进值。下位机PLC与上位机RS485端口实现数据通信。通过电压电流变送器将励磁电源输出电压电流变送为4-20m A的模拟量送到PLC的A/D端口, 转换为数字量上传到工控机显示励磁电压电流, 同时通过PLC将其数字量与上位机设定的值相比较综合判断, 再将所得结果通过D/A转换出0-10V的模拟量, 此模拟量作为励磁触发控制板的励磁调节, 实现反馈比较综合的数字化调节过程。
4 直流电源励磁调节和控制策略
PID控制器作为同步电机励磁控制器的基本控制方式, 其调节理论比较成熟, 其调试与应用经验非常丰富, 在现代电力系统运行过程中, 发挥着重要作用。受时变性、运行条件、网络参数等因素的影响和制约, 电力系统经常发生变化, 导致恒定增益系数的 (PID) 控制器在一定程度上不能满足系统的实际需要。通过选用自校正 (PID) 励磁控制器, 按照极点配置设计方法, 对于同步电机的参数, 通过在线方式进行辨识, 对 (PID) 控制器的增益系数进行实时的改变。从而对同步电机励磁实现自适应控制。对于该控制器来说, 能够对同步电机运行条件及网络结构的变化进行自动跟踪, 与规励磁控制器相比, 其性能更加优越。
PID调节器是一种线性调节器, 这种调节器是将设定值r (t) 与输出值c (t) 进行比较构成控制偏差
将其按比例、积分、微分运算后, 并通过线性组合构成控制量, 如图3所示, 所以简称为P (比例) 、I (积分) 、D (微分) 调节器。
5 总结
本直流励磁电源数字化调节, 采用计算机数据采集软件, 计算机与现场的PLC、数字仪表、单片机控制的晶闸管触发控制板的通信。实现了直流励磁电源的电压与电流调节的实现方式, 一个是现场励磁柜的采用模拟电位器+仪表的调节方式。二个是远程计算机软件数字化界面的调节方式。
摘要：利用数字式励磁调节系统对电压或电流进行凋节成为一种趋势。本文通过分析硬件系统平台, 阐述直流励磁电源调节方案, 同时提出相应的调节和控制措施, 进而为设计和实现直流电源数字化提供参考依据。
关键词：电位器,模拟控制线路,硬件系统,直流励磁电源
参考文献
[1]张春林, 严萍.基于DSP的数字化高压直流电源的研究[J].高电压技术, 2008, 34 (10) .
[2]张卓然.基于DSP的飞机高压直流电源数字调压器研究[J].电力电子技术, 2005 (4) .
[3]刘传奇.可调遥控电源开关的设计[J].科技风, 2013 (12) .
[4]胡念英.直流电源数字化调节的实现[J].南阳理工学院学报, 2010, 02 (4) .
基于ARM的智能数字开关电源设计 第10篇
随着现代科技事业的发展,电器设备的精度提高、可靠性加强,智能化和数字化的实现,开关电源正朝着高精度、智能化、数字化的方向发展[1,2,3]。开关电源通过控制开关通断的时间比率来维持输出电压的稳定,具有体积小、重量轻、效率高、纹波小、噪声低、易扩容、智能化程度高等特点[4,5,6,7]。
本文采用SAMSUNG公司的SC344B0X 的ARM7芯片设计了一种智能化、数字化的可调开关直流电源,对电源主电路实现了全数字控制,输出电压可调,并提高了输出电压的精度和稳定度。控制算法通过软编程可以使系统升级,也便于用户根据各自的需要灵活地选择不同的控制功能。
1 电源系统的总体设计
电源系统的设计要求是:工频电源交流220 V输入,直流电压可调输出10~2 000 V,输出电流小于100 mA,用户可以使用键盘随时更改输出电压,显示屏上显示当前的工作状态。根据要求设计的电源系统由电源电路和控制电路两部分组成,如图1所示。
电源电路部分主要包括整流滤波、BUCK变换器、推挽式直流变换器、滤波器,把工频电源转化成所需要的直流电源。控制电路部分主要包括ARM7控制单元、电压分压反馈取样、键盘/显示,根据用户的输入参数来调整输出的直流电压,并把当前的工作状态显示出来。EMC保护用来消除工频电源中的噪声干扰,保护系统电路不被损坏。
2 电源电路部分的工作原理及设计
2.1 整流滤波及BUCK变换器的设计
整流滤波把工频的交流电源变成直流电源,其电路如图2所示,输入/输出的波形如图3所示。为了提高整流效率,采用全桥整流,整流桥硅使用性价比高的KBP3510,2个400 V的47 μF电容并联,输出直流电压Uo约为300 V。
BUCK变换器又称降压变换器,它是ARM根据当前输入的参数和反馈电压,产生 PWM1, 使用IGBT集成驱动器来驱动主电路中的IGBT,由于占空比的变化控制了输出电压的值,电路如图4所示。BUCK变换器必须工作在连续工作状态,则电感L的临界值为
2.2 推挽式直流变换器及滤波器的设计
由于电源的输出功率小于200 W,采用推挽式直流变换器可以满足此要求。如图6所示,S1和S2是IGBT,它们交替导通,每个开关导通比为50%,S1,S2导通分别由PWM2,PWM3控制,PWM2,PWM3是ARM给出的控制信号。S1,S2的作用是在高频变压器T的初级产生对称的交变方波,当S2导通(S1截止)时,T的磁芯中磁通上升,当S1导通(S2截止)时,T的磁芯磁通下降。在次级产生一个变电压,经D1,D2整流后,便得到直流的输出电压Uo2,在理想状态下
在高频上,变压器通常采用导磁较高的铁氧体磁芯或铍莫合金铁芯等磁性材料,其目的是为了获得大的励磁电感,减小磁路中的功率损耗,使之能以最小的损耗和失真传输具有宽频带的脉冲能量。本文采用PQ型铁氧体磁芯,内芯为圆柱,绕线方便同时也便于绕成蜂房式线圈以减小分布电容,且没有棱角,高压时不易打火击穿,次级边的匝数不超过2 000圈,初、次级的匝数比为1∶12。
由于高压变压器的匝数多,初次级之间的耦合度较强,且寄生电容大,它的输出波形接不连续,波形如图7所示。因此输出的电压要有滤波器,才能得到比较稳定的电压。滤波器的设计如图6所示,电容耐压3 kV,容量为470 pF。
3 ARM控制系统及其软件实现功能
该系统采用的ARM是SAMSUNG公司的SC344B0X芯片,是一款低价格、高性能的ARM芯片,拥有出色的外设模块 ,适用于工业控制、 生物识别、多媒体监控、网络流媒体和智能电器等[8,9]。其主要特点有:
(1) ARM7TDMI内核,支持Thumb(16位)/
ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;带有8 KB高速缓存器,主频可达66 MHz;
(2) LCD控制器,可以支持256色STN,且LCD有专用DMA;
(3) 5个PWM定时器,1通道内部定时器;
(4) 16位看门狗定时器;
(5) 8通道10位ADC;
(6) 71个通用I/O口,8通道外部中断源。
采用SC344B0X所设计的系统,几乎所有的指令都可以在20 ns内完成,配合强大的指令运算功能,很容易实现各种控制算法及高速采样,为了减小系统的静差,采用了闭环来实现对整个系统的控制。
该电源系统中ARM的主要功能及软件实现如下:
① 产生PWM波。PWM1用于对BUCK电路中的IGBT的驱动。根据输出采样,设定和调整定时器中周期寄存器的值和比较寄存器中的值来改变输出PWM1波的周其期和脉冲宽度。PWM2,PWM3设定周期为50 kHz的彼此交互的方波。
② 实时采样。采用SC344B0X 中集成的8路10位的ADC 转换电路实现电压、电流实时采样,每一通道的最小转换时间为500 ns,通过采样模块MAX122,将采样信号转换为2407 的ADC 所需的0~3.3 V电平,在1个开关周期中,将采样80 次(开关频率为50 kHz),采样后,通过软件编程调整驱动BUCK中电路中的IGBT管的PWM1 波形,达到稳压的目的,同时当输出电压、电流过高或欠压时,ARM调用相应的子程序来处理突发事件,起到保护作用。
③ 软件编程时设置看门狗电路防止死机。
4 结 语
本文在上述分析的基础上,设计出一台基于ARM智能数字控制技术的开关电源。电源的指标满足性能要求:输出电压连续可调、纹波系数低于0.5%、输出电压稳定度小于0.3%。该电源现已投入使用,运行良好。
参考文献
[1]周志敏,周纪海,纪爱华.开关电源实用技术[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[2]蔡宣三,龚绍文,高频功率电子学[M].北京:科学出版社,1993.
[3]胥静.嵌入式系统设计与开发实例详解——基于ARM的应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[4]孟建辉.开关电源的基本原理及发展趋势[J].通信电源技术,2009,26(6):62-63.
[5]雷媛媛,吴胜益.试论开关电源技术的发展[J].通信电源技术,2008,25(4):75-76.
[6]王晓雷,吴必瑞,蒋群.基于MSP430单片机的开关稳压电源设计[J].现代电子技术,2008,31(12):186-187.
[7]高锐,陈丹,杨贵恒.开关电源的数字控制技术[J].通信电源技术,2009,26(3):36-39.
[8]张磊,李小兵,胡天友.ARM芯片S3C44B0在高精度直流开关电源设计中的应用[J].电源技术应用,2006,9(3):53-56.
数字电源论文范文
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
