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開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文1
Design and development of MIDAS⁃based electronic component management system
for university electronic design contest
ZHANG Xiang⁃ming
（College of computer science， South⁃Central University for Nationalities， Wuhan 430074， China ）
Abstract： In order to improve the management efficiency of components for the undergraduate electronic design contest， and raise the utilization rate of electronic components， a set of electronic component management system based on MIDAS （multi⁃tier distributed application services suite） and ADO technology was designed and developed. In combination with the management features of electronic components in daily training of electronic design contest in colleges and universities， a distributed multi⁃tier architecture was used in the electronic components management system design and implementation. The bar code technology was adopted in the system. The results show that the developed system has the advantages of simple operation， high efficiency， and can improve the management efficiency of distribution， collection， laboratory procurement and inventory early warning of electronic components.
Keywords： multi⁃tier distributed application services suite； electronic device competition； electronic component management system； and chips； ADO technology
0引言
隨著中國教育體制改革的不斷推進(jìn)，各高校越來越重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，以期達(dá)到提升學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)、增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)市場和社會的目的。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是一項(xiàng)面向理科學(xué)生的重要賽事，其全國競賽組委會由國家教育部、信息產(chǎn)業(yè)部及部分參賽省市教委代表及電子類專家組成，負(fù)責(zé)全國競賽的組織領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)工作，其重要性不言而喻[1⁃2]。
競賽要使用到大量的電子元器件，涉及的元器件品種多達(dá)幾百種，且使用數(shù)量繁多。學(xué)生在競賽前期的實(shí)訓(xùn)中，需要頻繁地領(lǐng)用元器件，高校實(shí)驗(yàn)室管理人員需要對元器件的消耗情況進(jìn)行匯總，對貴重器件進(jìn)行登記與跟蹤，同時還要對元器件庫存有充分的了解，以便對元器件庫進(jìn)行有效合理的補(bǔ)充。目前很多高校的元器件管理工作仍處在于手工管理狀態(tài)：仍然以手工方式登記學(xué)生領(lǐng)用情況，以人工方式對器件進(jìn)行跟蹤，目測元器件庫存是否充足，學(xué)生領(lǐng)用元器件查找費(fèi)時，這些問題極大地影響了電子競賽的高效管理[3]。
為提高競賽管理效率及元器件使用率，將構(gòu)建一套智能化的電子元器件管理系統(tǒng)。因競賽實(shí)訓(xùn)工作均在學(xué)校內(nèi)完成，故將系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)為三層C/S（客戶/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，采用MIDAS和ADO技術(shù)來開發(fā)系統(tǒng)，按軟件工程理論和方法對系統(tǒng)的各項(xiàng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)元器件采購計(jì)劃管理、元器件入庫、學(xué)生領(lǐng)用元器件、元器件查詢、元器件統(tǒng)計(jì)分析等主要功能。
1系統(tǒng)架構(gòu)和開發(fā)環(huán)境
基于高校電子設(shè)計(jì)競賽的實(shí)際情況，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)的多層分布式環(huán)境來開發(fā)，使用DELPHI7.0為開發(fā)平臺，充分地運(yùn)用其MIDAS，ADO等技術(shù)來構(gòu)建一個基于數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯應(yīng)用服務(wù)層及客戶層的分布式智能化管理系統(tǒng)，開發(fā)過程中使用的一些相關(guān)技術(shù)分析如下：
1.1多層分布式系統(tǒng)
分布式結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一種分布式應(yīng)用系統(tǒng)，被分成數(shù)個不同的部分并且被執(zhí)行在不同的機(jī)器之中，引入了應(yīng)用程序服務(wù)器概念，應(yīng)用程序服務(wù)器是一個包含系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的應(yīng)用程序，以一種特定的組件形態(tài)，如MicroSoft的COM/DCOM，CORBA等對象，封裝應(yīng)用系統(tǒng)的邏輯程序代碼，執(zhí)行特定企業(yè)功能，然后把這些企業(yè)對象分發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器。
1.2體系結(jié)構(gòu)
三層或多層體系結(jié)構(gòu)中比二層C/S結(jié)構(gòu)增加了一個中間層到客戶端和數(shù)據(jù)庫端間。中間層的實(shí)現(xiàn)有多種方法，目前最常用的是應(yīng)用服務(wù)器，把使用的事務(wù)和消息服務(wù)器看作應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)“中間件”平臺[4]，客戶端程序不直接與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信，而是通過中間層⁃應(yīng)用服務(wù)器來訪問，當(dāng)有客戶端程序發(fā)出數(shù)據(jù)請求時，通過指令傳送到應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器接到指令后，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)（Function）、過程（Procedure）等業(yè)務(wù)邏輯來向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)出指令，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器經(jīng)過運(yùn)算后，將處理結(jié)果反饋至應(yīng)用服務(wù)器，再由應(yīng)用服務(wù)器將中間結(jié)果反饋至客戶端程序，從而大大減少數(shù)據(jù)庫端訪問量過大的開銷，提高數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)運(yùn)行效率[5]，如圖1所示。
圖1 三層C/S體系結(jié)構(gòu)
1.3MIDAS技術(shù)
多層分布式應(yīng)用服務(wù)包（Multi⁃tier Distributed Application Services Suite，MIDAS），在Delphi企業(yè)版里被用來創(chuàng)建多層應(yīng)用程序。MIDAS提供了一套高級組件、服務(wù)和核心技術(shù)，可以簡化跨平臺（Windows，UNIX，Linux）、跨產(chǎn)品的多級分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，通過它可以用相同的組件訪問不同的后端應(yīng)用程序服務(wù)器，在帶寬具有挑戰(zhàn)性的網(wǎng)絡(luò)中，與其他解決方案所產(chǎn)生的分布式應(yīng)用相比，具有更快、更容易和更高的特性[6]。
MIDAS三層體系結(jié)構(gòu)指邏輯上的三層，即應(yīng)用表示層、應(yīng)用邏輯層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用表示層主要負(fù)責(zé)用戶端界面，提供給用戶一個操作方便且簡單快捷的應(yīng)用服務(wù)接口；應(yīng)用邏輯層（或?yàn)閼?yīng)用服務(wù)器）是整個結(jié)構(gòu)中最重要的部分，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的應(yīng)用邏輯處理；數(shù)據(jù)層（又為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取和管理。應(yīng)用邏輯層將業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問及合法性檢驗(yàn)等工作放到了中間層進(jìn)行處理。通常情況下，客戶端不直接與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，而是通過通信協(xié)議與中間層建立連接，再經(jīng)由中間層與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。Delphi對多層分布式應(yīng)用程序的支持主要得益于其MIDAS技術(shù)，該技術(shù)允許分割數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，并實(shí)現(xiàn)對商業(yè)規(guī)則和進(jìn)程的集中管理[7]。
2系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)需求分析
在軟件工程理論中，需求分析是軟件工程設(shè)計(jì)最重要的一環(huán)，是連通用戶與軟件開發(fā)人員的橋梁，是整個開發(fā)過程的重要基礎(chǔ)。電子元器件因種類多、設(shè)計(jì)期間用量大、參賽參訓(xùn)人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)人員管理雜等特點(diǎn)，元器件管理系統(tǒng)需要有準(zhǔn)確、全面的一手用戶需求資料，從而設(shè)計(jì)出符合要求的功能需求，為電子設(shè)計(jì)競賽實(shí)驗(yàn)室管理人員提供高效、準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)，更好地做好服務(wù)[8]。歸納出以下需求：
（1） 元器件基本要素：元器件是元件和器件的概稱，包括元器件類別、名稱、規(guī)格、型號等要素。
（2） 元器件存放要素：為方便電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)時學(xué)生快捷領(lǐng)用元器件，在元器件存放時，嚴(yán)格按規(guī)定存放到指定編號的小器件單元，單元按元器件類別分類存放，按序編號。
（3） 元器件采購要素：包括元器件類別、名稱、規(guī)格、型號、日期、數(shù)量、單價(jià)、供應(yīng)商等。
（4） 元器件的出庫要素：學(xué)生領(lǐng)用和元器件調(diào)撥，包括元器件類別、名稱、規(guī)格、型號、數(shù)量、出庫類別、領(lǐng)用人學(xué)號、姓名（或被調(diào)撥單位名稱）、領(lǐng)用日期等要素。
（5） 用戶信息：包括實(shí)驗(yàn)室管理人員、學(xué)生，權(quán)限分為查詢、統(tǒng)計(jì)、入庫、出庫、可領(lǐng)用等。
（6） 系統(tǒng)的功能需求。根據(jù)電子設(shè)計(jì)競賽實(shí)訓(xùn)元器件管理的特性及元器件發(fā)放的流程分析，電子元器件管理系統(tǒng)需要完成的功能有：元器件基本設(shè)置、采購及入庫、元器件發(fā)放（或領(lǐng)用）、元器件調(diào)撥、元器件庫存統(tǒng)計(jì)及預(yù)警、元器件相關(guān)查詢等功能。
2.2系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)
通過上述的系統(tǒng)需要分析，設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)應(yīng)完成的具體功能結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。
圖2 元器件管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
（1） 用戶權(quán)限管理功能模塊。電子設(shè)計(jì)競賽日常培訓(xùn)由實(shí)驗(yàn)室工作人員管理，負(fù)責(zé)元器件的采購計(jì)劃、元器件的發(fā)放與回收、庫存分析等工作。按用戶的實(shí)際操作范圍，生成不同的角色，每一角色具有不同的使用權(quán)限，然后為不同的操作用戶分配不同的角色。權(quán)限分為：普通管理員、超級管理員。
（2） 元器件倉庫管理功能模塊。對元器件倉庫按元器件的類別進(jìn)行分類管理，并按元器件的規(guī)格、型號來分別設(shè)置元器件倉庫存放地點(diǎn)，設(shè)置統(tǒng)一編號管理元器件倉庫。可實(shí)現(xiàn)按倉庫編號查元器件名稱、數(shù)量等操作；可根據(jù)元器件查找倉庫，方便學(xué)生領(lǐng)用時快速尋找元器件。
（3） 元器件進(jìn)庫管理功能模塊。根據(jù)年度采購計(jì)劃；采購后元器件入庫。入庫信息包含供應(yīng)商、價(jià)格、日期、倉存單元編號等信息；該模塊能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入與修改操作及元器件的入庫和查詢匯總操作等功能。
（4） 元器件出庫功能模塊。元器件出庫方式主要有：學(xué)生領(lǐng)用元器件、元器件調(diào)撥。學(xué)生領(lǐng)用元器件，需先經(jīng)遠(yuǎn)程預(yù)約領(lǐng)用，由實(shí)驗(yàn)室人員按預(yù)約進(jìn)行發(fā)放；實(shí)驗(yàn)室人員能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的元器件存放地址準(zhǔn)確找到元器件；元器件調(diào)撥必須要有調(diào)入單位信息，需經(jīng)超級管理員審核方可執(zhí)行。
（5） 元器件庫存預(yù)警功能模塊。根據(jù)實(shí)際庫存及系統(tǒng)預(yù)設(shè)預(yù)警數(shù)量，系統(tǒng)自動并作出相應(yīng)庫存預(yù)警。
（6） 元器件倉存統(tǒng)計(jì)查詢功能模塊。按各種統(tǒng)計(jì)要求設(shè)計(jì)各類統(tǒng)計(jì)查詢功能，可統(tǒng)計(jì)某段時間內(nèi)元器件的使用量，并可生成各類報(bào)表。
（7） 條碼管理。學(xué)生學(xué)號、元器件均采用條碼管理，方便錄入。
2.3系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電子元器件管理系統(tǒng)建立在局域網(wǎng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)之上，將存在于實(shí)際操作和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)抽象為業(yè)務(wù)邏輯對象，通過對象管理框架進(jìn)行管理。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建若干適應(yīng)電子競賽用元器件實(shí)際情況的功能模塊，通過友好的用戶界面與用戶交互，完成電子設(shè)計(jì)競賽和實(shí)驗(yàn)室人員元器件管理服務(wù)的系統(tǒng)。其中：
（1） 對象管理框架層：提供實(shí)現(xiàn)電子元器件管理的各種功能的核心構(gòu)架；
（2） 系統(tǒng)功能模塊層：在用戶界面層，用戶命令的處理均由各項(xiàng)功能模塊完成；
（3） 圖形用戶界面層：提供友好的交互式的圖形界面，使學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室人員可以直觀方便地完成電子元器件管理系統(tǒng)的各項(xiàng)功能；
（4） 系統(tǒng)支持層：電子元器件管理系統(tǒng)是一個多層分布式的管理系統(tǒng)，分布式技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效支持分散數(shù)據(jù)的集中管理，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操作功能有效支持了系統(tǒng)對象在底層數(shù)據(jù)庫的管理[9⁃10]。
3系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)與特點(diǎn)
根據(jù)多層分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和電子元器件管理的特點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層、業(yè)務(wù)邏輯層、用戶表示層的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)電子元器件管理系統(tǒng)的功能要求，選取MicroSoft SQL Server 2000作為后臺數(shù)據(jù)庫。SQL Server2000具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性、安全性管理和并發(fā)控制。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫（ElecComponentsDb），建立若干個數(shù)據(jù)表，分別存放用戶權(quán)限管理、元器件類別、元器件入庫資料、元器件領(lǐng)導(dǎo)用管理、元器件調(diào)撥等信息，并設(shè)置若干個由多個表JOIN連接的視圖，以設(shè)計(jì)各類管理功能需要的交叉查詢功能。大量在客戶端不能完成的系統(tǒng)功能，全部設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的存儲過程，用存儲過程來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，達(dá)到了既快速，又安全的目的。主要存儲過程有：
（1） 元器件領(lǐng)庫存余量計(jì)算算法功能：PROCEDURE ElecChipsCalc；
（2） 元器件分類匯總：PROCEDURE ElecChipsStas；
（3） 元器件進(jìn)倉處理：PROCEDURE ElecCmpsIn；
（4） 元器件領(lǐng)用處理： PROCEDURE ElecCmpsOut等。
3.2應(yīng)用服務(wù)器的建立
（1） 使用數(shù)據(jù)集組件連接遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫
使用Delphi7.0分布式VCL組件建立一個OLE Automation服務(wù)器，客戶端程序通過應(yīng)用服務(wù)器的IAppServer接口連接客戶端應(yīng)用程序供其調(diào)用。通過加入讀取INI文件中存儲的服務(wù)器、用戶名、口令等信息的代碼以及授權(quán)等信息碼后。從外置INI文件讀取信息的程序代碼如下：
sf：Tinifile；//INI文件實(shí)例
begin
sf：=Tinifile.Create（ExtractFilePath（Paramstr（0））+'ScunSys.ini'）；
with sf do
begin
edtserv.text：=readstring（'system'，'Server'，'（Local）'）；
edtdb.text：=readstring（'system'，'DbName'，'scunpersondb'）； //
edtuser.text：=readstring（'system'，'UserName'，'sa'）；
edtpwd.text：= readstring（'system'，'password'，'**'）；
// 讀取服務(wù)器信息、數(shù)據(jù)庫、User用戶信息、Password口令信息等
end；
（2） 通過RDM的IAppServer接口來存取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集
在RDM中通過數(shù)據(jù)集組件的方式顯然不能完全解決數(shù)據(jù)的高速存取及數(shù)據(jù)連接池的問題，且安全性不能得到保障，故在本系統(tǒng)中采用了通過設(shè)置IAppServer接口函數(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集的存取操作.
在系統(tǒng)中，根據(jù)獲取數(shù)據(jù)集、存儲數(shù)據(jù)集及其他功能實(shí)現(xiàn)的方式設(shè)立以下幾種主要的業(yè)務(wù)函數(shù)：
① 通過數(shù)據(jù)庫端存儲過程獲取數(shù)據(jù)。（有數(shù)據(jù)集返回）
function AccqDataFromStoreproc （）： OleVariant； 該函數(shù)返回值為一數(shù)據(jù)集，直接賦值給DataSet.Data，從客戶端接收SQL語句獲取數(shù)據(jù)。程序代碼如下：
function TScunAppS.AccqDataFromStoreproc（const spName： WideString；Params： OleVariant； const spdname： WideString）： OleVariant；
var
i：integer；
sconn：Tadoconnection； //設(shè)置TAdoConnection實(shí)例
fromsp：TadoStoredproc； //設(shè)置TAdo Storedproc；實(shí)例接收客戶端傳遞的存儲過程名稱及其參數(shù)列表
begin
sconn：=Tadoconnection.create（self）；
if ScunAppInfo.ConnectDB（sconn） then
begin
fromsp：=TadoStoredproc.Create（self）；
spdsp：=Tdatasetprovider.Create（self）；
with spdsp do
begin
DataSet：=fromsp；
exported：=true；
resolvetodataset：=true；
name：=spdname；
end；
with fromsp do
begin
close；
connection：=sconn；
Procedurename：=spname；
if （varisarray（params）） then
begin
parameters.Clear；
for i：=vararraylowbound（params，1） to vararrayhighbound（params，1） do
begin
Parameters.Add；
Parameters[i].Value：=params[i]；
//從params分離出存儲過程參數(shù)
end；
end
else
exit；
prepared：=true；
try
active：=true；
result：=spdsp.Data； //獲取數(shù)據(jù)集，Variant參數(shù)回傳客戶端
except
on e： Exceptiondoraise；
end；
end；
end；
scunappinfo.stpspname：=spdname；
end；
② 更新數(shù)據(jù)集函數(shù)有兩個：UpdateByScript，UpdateByStoreProc，從客戶端接收SQL語句更新數(shù)據(jù)集。
③ 其他類函數(shù)：ECmpLogin， ECmpUnLogin，ReleaseDSProvider，用于對應(yīng)用服務(wù)器的操作和管理。
3.3客戶端應(yīng)用程序的建立
在Delphi中建立一個項(xiàng)目組，連接應(yīng)用程序服務(wù)器，然后建立一個新的Application應(yīng)用程序。新建一數(shù)據(jù)模塊，加入一個MIDAS組件板中的TDCOM Connection組件，設(shè)定其Computer Name屬性值為應(yīng)用程序服務(wù)器位于的主機(jī)名稱。設(shè)定TDCOM Connection要使用的應(yīng)用程序服務(wù)器，設(shè)置應(yīng)用程序服務(wù)器的GUID和填在TDCOM Connection的ServerGUID屬性值。再添加TClientDataSet組件，設(shè)置其Provider Name 屬性值，激活TClient DataSet的實(shí)例，使其通過中間層從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中取得數(shù)據(jù)集。
在多層體系中，應(yīng)用程序?qū)⒋碌臄?shù)據(jù)暫存在客戶端應(yīng)用程序中，系統(tǒng)真正要求將數(shù)據(jù)集更新回?cái)?shù)據(jù)庫時，必須調(diào)用應(yīng)用程序服務(wù)器提供的Apply Updates方法，才會把更新的數(shù)據(jù)集真正的更新回后端數(shù)據(jù)庫中，其更新方法如下：
If（DataModule1.Clientdataset1.changecount>0） then
//判斷數(shù)據(jù)集是否有更新發(fā)生
begin
DataModule1.Clientdataset1.Post；
DataModule1.Clientdataset1.ApplyUpdates（0）；
//更新數(shù)據(jù)集至數(shù)據(jù)庫
end；
3.4主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)
（1） 根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)書，制作程序用戶界面圖，并編寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)電子元器件管理系統(tǒng)的各項(xiàng)主要功能。如圖3所示為電子元器件管理系統(tǒng)的主界面窗口。
圖3 電子元器件管理系統(tǒng)主界面圖
（2） 用戶登錄密碼加/解密算法實(shí)現(xiàn)。因使用的數(shù)據(jù)庫SQL Server2000存放用戶信息的表字符均為明文，而管理人員復(fù)雜，登錄用戶密碼易被泄密，故采用異或算法來對用戶密碼明文進(jìn)行加密，讀取密碼時進(jìn)行解密。具體算法如下：
ss：=''；
ts：=trim（passWord.text）； //用戶輸入的密碼加密
for i：=1 to length（ts） do
ss：=ss+char（ord（ts[i]） xor 127）；
解密算法同樣采用xor算法來實(shí)現(xiàn)。
（3） 元器件入庫管理模塊。系統(tǒng)設(shè)定元器件入庫前必須要有預(yù)算計(jì)劃，每次入庫自動生成一個入庫單號，然后在該入庫單下進(jìn)行元器件各類參數(shù)信息的錄入。見圖4為元器件入庫管理模塊。
圖4 元器件入庫管理模塊圖
（4） 元器件領(lǐng)用管理模塊。在電子設(shè)計(jì)日常實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生經(jīng)常要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行領(lǐng)用元器件，在領(lǐng)用元器件前學(xué)生必須經(jīng)過系統(tǒng)的預(yù)約，預(yù)約領(lǐng)哪些元器件，并經(jīng)指導(dǎo)老師審核后，方可到實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)取所預(yù)約的元器件。元器件領(lǐng)用管理模塊實(shí)現(xiàn)功能如圖5所示。
圖5 元器件領(lǐng)用管理模塊圖
其他功能模塊均已按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并經(jīng)測試使用正常。在系統(tǒng)的使用過程中，學(xué)號、元器件編號無使用條碼錄入，增添了程序的可操作性和快捷性。
3.5多層穩(wěn)固性及容錯與負(fù)載平衡能力的處理
系統(tǒng)采用了多個應(yīng)用服務(wù)器來同時處理客戶端進(jìn)程，系統(tǒng)的穩(wěn)固性必然受到影響，程序在開發(fā)過程中使用DELPHI提供的TSimple Object Broker 組件的內(nèi)置功能來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)固性。通過修改TSimple Object Broker的屬性servers值來添加及維護(hù)一個能夠執(zhí)行應(yīng)用程序服務(wù)器的機(jī)器列表，并設(shè)置TDCOM Connection 或TSocket Connection以連接遠(yuǎn)程服務(wù)器。當(dāng)連結(jié)的主機(jī)故障時， TDCOM Connection 或TSocket Connection 可以從TSimple Object Broker 取得一個新的能夠執(zhí)行應(yīng)用程序服務(wù)器的遠(yuǎn)程機(jī)器名稱，然后再連結(jié)到這臺新機(jī)器以取得應(yīng)用程序服務(wù)器的服務(wù)[11]。
本系統(tǒng)采用動態(tài)平衡算法來保證負(fù)載平衡能力，主要依靠TSimple Object Broker組件強(qiáng)大的功能，設(shè)定TSimple Object Broker 的LoadBalanced 屬性來提供簡單的負(fù)載平衡能力。這樣當(dāng)某臺應(yīng)用服務(wù)器出現(xiàn)故障時，客戶端系統(tǒng)能通過TSimple Object Broker組件的負(fù)載平衡能力自動尋找正常運(yùn)行的應(yīng)用服務(wù)器，并接管該進(jìn)程的管理功能，從而達(dá)到負(fù)載平衡的功能。
開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文2
【關(guān)鍵詞】開關(guān)；電源；原理；趨勢
電子設(shè)備的運(yùn)作需要電源供電，因而一個安全高效的電源，是組成技術(shù)指標(biāo)合格的電子設(shè)備的必要部件之一。當(dāng)下最常見的直流穩(wěn)壓電源主要有兩類，一類是線性電源，另一類是開關(guān)電源。線性電源穩(wěn)定性較好，輸出紋波電壓小，但要浪費(fèi)較多的調(diào)整管功率，所以電源體積較為臃腫。相比之下，開關(guān)電源高效節(jié)能，外形小卻能穩(wěn)定輸出較高電壓，并且擴(kuò)充方便，包含技術(shù)含量高，常被應(yīng)用于數(shù)碼設(shè)備、計(jì)算機(jī)等。開關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來發(fā)展的主流趨勢，在當(dāng)下已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。
一、開關(guān)電源的基本原理及組成
（一）開關(guān)電源的基本原理
根據(jù)控制原理的差異，開關(guān)電源分為三種：脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制和混合調(diào)制。
（1）脈沖寬度調(diào)制式，簡稱脈寬調(diào)制式（Pulse Width Modulation，縮寫為PWM），當(dāng)前集成開關(guān)電源多采用此種方式。這種方式穩(wěn)定電壓的方式是，在開關(guān)頻率不變化的前提下，依靠脈沖寬度的增大或縮小改變占空比例，進(jìn)而調(diào)節(jié)電壓達(dá)到穩(wěn)定。它核心部件是脈寬調(diào)制器。濾波電路的運(yùn)行十分便捷，因?yàn)殚_關(guān)是按照穩(wěn)定的周期工作的。然而，這種控制方式也有缺陷，它不能寬范圍地調(diào)整輸出的電壓，因?yàn)槭芄β书_關(guān)最小導(dǎo)通時間不夠的話，就不能完成寬范圍的調(diào)整。還有一個缺陷就是，輸出端要求較高，為了避免空載時電壓輸出上升，需要安排接假負(fù)載。
（2）脈沖頻率調(diào)制方式，簡稱脈頻調(diào)制式（PulseFre-quency Modulation，縮寫為PFM）。在這種調(diào)制方式運(yùn)作的時候，脈沖寬度是固定的，開關(guān)頻率的增加或減少控制了占空比，使得電壓保持穩(wěn)定。脈頻調(diào)制器是它的核心部件。設(shè)計(jì)電路的時候，它不使用脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，取而代之的是，用固定脈寬發(fā)生器，同時，使用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)頻率的變化。
這種調(diào)節(jié)方式的基本原理是，調(diào)節(jié)控制器輸出信號的脈沖寬度的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，改變其占空比，從而控制輸出電壓Uo保持穩(wěn)定。它輸出電壓范圍寬，輸出端可不接假負(fù)載。
（3）混合調(diào)制方式，在這種調(diào)整方式下，可以靈活調(diào)整脈沖寬度或開關(guān)頻率，它屬于PWM和PFM的混合方式。混合調(diào)制方式兼有脈寬調(diào)制器和脈頻調(diào)制器兩種組件。由于tp和T均可單獨(dú)調(diào)節(jié)， 因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合制作供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬范圍調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。
此三種方式都可以叫做時間比率控制（TimeRatio Control， 簡稱TRC）方式。其中，脈寬調(diào)制器在諸如UC3842型脈寬調(diào)制器中是一個獨(dú)立的集成電路，而在LM2576型開關(guān)穩(wěn)壓器、TOP250型單片開關(guān)電源集成電路中與其他設(shè)備一同集成使用。
（二）開關(guān)電源的組成
（1）輸入電路：線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路。
（2）變換電路：含開關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開關(guān)電源電源變換的主通道， 完成對帶有功率的電源波形進(jìn)行斬波調(diào)制和輸出。
（3）控制電路：向驅(qū)動電路提供調(diào)制后的矩形脈沖，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。基準(zhǔn)電路、采電路、比較放大、V/F變換、振蕩器。基極驅(qū)動電路：把調(diào)制后的振蕩信號轉(zhuǎn)換成合適的控制信號， 驅(qū)動開關(guān)管的基極。
（4）輸出電路：整流、濾波。把輸出電壓整流成脈動直流，并平滑成低紋波直流電壓。
二、電源開關(guān)的發(fā)展趨勢
開關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來發(fā)展的主流趨勢，在當(dāng)下已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。接下來，筆者立足當(dāng)前的開關(guān)電源的發(fā)展實(shí)際和理論發(fā)展，淺析開關(guān)電源的未來其發(fā)展趨勢。
（一）小型高頻化
磁性元件和電容的大小和質(zhì)量決定了電源大小。當(dāng)前的技術(shù)開發(fā)的一個方向在于，減小這些元件的大小，并盡可能低提升開關(guān)頻率。這樣既能減小電源尺寸受到磁性元件和電容尺寸和重量的影響，還能避免受到不必要因素的干擾，提升系統(tǒng)性能，所以小型高頻化是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢之一。
（二）使用穩(wěn)定化
比起線性使用的電源，開關(guān)電源的使用次數(shù)要多好多倍，由于經(jīng)常使用其穩(wěn)定性便不如前者。電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇這些部件是決定使用的穩(wěn)定性和時間長短的要素。因此，當(dāng)下的設(shè)計(jì)正是從集成度的提升著眼，盡力地改善器件的使用，增強(qiáng)開關(guān)電源的穩(wěn)定性。進(jìn)化，開關(guān)電源的集成度還有待提高。比較可取的是，利用模塊化技術(shù)，它可以提升開關(guān)的穩(wěn)定性，適合用于分布式電源系統(tǒng)。
（三）低噪化
在傳統(tǒng)的開關(guān)電源中，頻率越高噪聲越大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲，所以低噪聲化也是開關(guān)電源的未來發(fā)展趨勢之一。
（四）計(jì)算機(jī)智能控制化
當(dāng)前計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)不斷革新，未來的電路將會加以結(jié)合，利用微機(jī)檢測和控制，能有效、多反面監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時檢查、登記和預(yù)警等。
（五）低壓輸出化
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器和便攜式電子設(shè)備的工作越來越低，這就要求未來的DC-DC變換器能夠提供低輸出電壓以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備的供電要求。
三、總結(jié)
本文的上半部分，分析了開關(guān)電源根據(jù)控制原理的差異可以分為三種：脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制和混合調(diào)制，同時還介紹了開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成原理。
后半部分，立足當(dāng)前的開關(guān)電源的發(fā)展實(shí)際和理論發(fā)展，分析未來其發(fā)展趨勢為：小型高頻化、使用穩(wěn)定化、低噪化、計(jì)算機(jī)智能控制化和低壓輸出化等。
參考文獻(xiàn)
[1]沙占友.新型單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.
[2]沙占友，王曉君，龐志鋒.集成穩(wěn)壓電源實(shí)用設(shè)計(jì)軟件[M].北京：中國電力出版社，2008.
開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文3
【關(guān)鍵詞】PWM；雙閉環(huán)；檢測儀器；開關(guān)電源
0 引言
隨著我國科技不斷穩(wěn)步發(fā)展，越來越多的設(shè)備需要用到電源，如：穩(wěn)壓電源、直流電源、交流電源等等。但隨著設(shè)備先進(jìn)性的不斷提高，設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，對電源的要求也越來越高，特別是檢測儀器儀表，精度要求非常高，需要有非常穩(wěn)定可靠的電源來確保測量精度。因此，開關(guān)電源取代普通的電源設(shè)備，廣泛應(yīng)用于檢測儀器儀表中。本文設(shè)計(jì)一種基于PWM脈沖寬制調(diào)試的雙閉環(huán)開關(guān)電源，采用國外先進(jìn)的全波整流控制器，該控制器工作模式不僅可以是電流式也可以是電壓式，還能夠?yàn)橹C振零電壓開關(guān)提供高效、高頻的解決方案，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文采用全橋整流裝置，利用雙閉環(huán)負(fù)反饋的直流-直流變換控制系統(tǒng)，能太太提高開關(guān)電源的電壓、電流等精度，符合檢驗(yàn)檢測儀表行業(yè)的要求。
1 檢測儀器電源系統(tǒng)概況
隨著信息時代的發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品被越來越多的消費(fèi)者親睞。與此同時，解決能量消耗即電源管理問題成為重中之重。因此，具有高效節(jié)能特型的開關(guān)電源在近年來發(fā)展迅速，并在計(jì)算機(jī)通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。而PWM型開關(guān)電源芯片就具備了此類特性，其核心技術(shù)集中在控制環(huán)節(jié)。此設(shè)計(jì)采用PWM控制電路，適用于開關(guān)電源芯片控制。對PWM調(diào)制電路為保證開關(guān)電源正常工作應(yīng)具有的功能展開分析，得到設(shè)計(jì)要求。對PWM控制電路的組成模塊、分類、基本原理及各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行細(xì)致深入的研究，最后得到調(diào)制電路的基本電路結(jié)構(gòu)及滿足性能指標(biāo)的組成模塊，對各個模塊的功能和邏輯是電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，最終該電路實(shí)現(xiàn)能產(chǎn)生一定脈沖驅(qū)動信號的功能。
2 系統(tǒng)控制原理圖
雙閉環(huán)負(fù)反饋PWM秒沖寬制調(diào)制系統(tǒng)中，有兩級的反饋系統(tǒng)。串級系統(tǒng)即是電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速反饋構(gòu)成外環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋。本方案設(shè)計(jì)三處進(jìn)行系統(tǒng)的電流取樣反饋，取擁緦髦島拖低成杓頻牡緦髦迪啾冉希當(dāng)取樣電流值過大時，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)降低工作電流；但取樣的電流過小時，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)提高工作電壓，這是內(nèi)環(huán)電流反饋的工作情況。外環(huán)的轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)通過電壓檢測裝置檢測系統(tǒng)的電壓情況，再與設(shè)計(jì)的電壓值相對比進(jìn)行電壓高低的調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定電壓的效果。基于雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)思想，圖1中的各個部分相互獨(dú)立工作、互不影響，如果某一部分出現(xiàn)故障，不影響另一部分系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)內(nèi)部由電流形成負(fù)反饋，外部由電壓形成負(fù)反饋系統(tǒng)。電流電壓負(fù)反饋一起運(yùn)作，能太太的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和進(jìn)度，滿足檢測儀器儀表的使用要求，達(dá)到良好的效果。雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)原理如圖1所示。
圖1所示虛線框中的1#.2#.…….N#是各個高頻開關(guān)電源，其穩(wěn)壓或穩(wěn)流精度很高，原因在于該內(nèi)部自動控制原理圖最終可以簡化為一階系統(tǒng)比例積分環(huán)節(jié)，圖中它們工作在穩(wěn)流狀態(tài)下。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
圖2為開關(guān)電源的硬件電路組成部分，設(shè)計(jì)采用國外先進(jìn)的放大器作為本設(shè)計(jì)的核心器件。芯片的1腳與3腳相連接，構(gòu)成差分放大，能有效的減小誤差，提高設(shè)計(jì)的精度。
圖2所示輸出法人取樣電壓通過R5和R6設(shè)置，電壓輸出端與電阻5和6形成零點(diǎn)電位，電阻1/2/3與電容1/2/3形成效應(yīng)，與PI構(gòu)成補(bǔ)償系統(tǒng)，電阻1和7在電路中形成增益作用。在電流內(nèi)環(huán)中加入斜坡補(bǔ)償以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。硬件電路通常容易出現(xiàn)不對稱信號的問題，本設(shè)計(jì)利用電壓負(fù)反饋補(bǔ)償信號的作用，將電阻8作為上拉電阻提供直流電壓，與RC構(gòu)成的多謝震蕩器作用，提供反饋電壓，從而解決波形的不對稱性。圖中電流檢測信號Is經(jīng)過I-V變換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號。芯片741是一個PWM脈沖寬制比較器，根據(jù)比較器原理，依據(jù)三極管放大電路原理，在芯片3腳接地，芯片的2腳相當(dāng)于一個反相輸入端，對信號進(jìn)行比較。其內(nèi)部的過流及限流比較器實(shí)現(xiàn)逐周期過流及限流保護(hù)。當(dāng)2 V2.5 V時，執(zhí)行過流保護(hù)模式。
4 結(jié)語
本設(shè)計(jì)依據(jù)3895芯片，利用雙閉環(huán)負(fù)反饋的原理，引入電流負(fù)反饋和電壓負(fù)反饋，提高了開關(guān)電源的精度，利用PWM脈沖寬制調(diào)制技術(shù)，提高了電源變換的效率和穩(wěn)定了。開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，對該系統(tǒng)多次進(jìn)行調(diào)試測，反饋結(jié)果穩(wěn)定良好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，動態(tài)響應(yīng)快，證明本方案是可行的。
【參考文獻(xiàn)】
開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文4
關(guān)鍵詞： 動態(tài)激光調(diào)節(jié)； 數(shù)字式LED； 開關(guān)電源； 失真補(bǔ)償方程
中圖分類號： TN86?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）07?0143?04
Design of digital LED switching power supply under high?voltage dynamic measurement
LIU Lin
（College of Information and Electronic Engineering， Shangqiu Institute of Technology， Shangqiu 476000， China）
Abstract： The reliability of the traditional design method is poor due to the dynamic nature existing in the laser conditioning process in the design of LED switching power supply. Aiming at this problem， a design method of the digital LED switching power supply under high voltage dynamic measurement is proposed. The two?order lattice notch filter is used to establish the power supply signal analytical model driven by digital LED to obtain the optimal transmitting power of the switching power supply. According to the dynamic carrier value of the power supply， the distortion compensation equation is fitted. The characteristic parameters of the switching power supply are extracted to fuse to the main magnetic?core component of the digital LED switching power supply designed with LLC principle. The maximum gain required by the LED switching power supply circuit is given. The practical turns ratio of the LED switching power supply transformer is obtained. The wire diameter of each coil of the transformer inductance is calculated to design the digital LED switching power supply under high?voltage dynamic measurement. The experimental simulation results show that the method has high design accuracy， and can prolong the service life of LED switching power supply effectively.
Keywords： dynamic laser conditioning； digital LED； switching power supply； distortion compensation equation
0 引 言
LED照明產(chǎn)品以其耐震動、能耗小、光效高、響應(yīng)快等優(yōu)勢成為替代白熾燈和熒光燈等老式電源的新一代綠色光源[1?3]。對于一個優(yōu)質(zhì)的LED照明產(chǎn)品來說，要在市場上取得領(lǐng)先的銷售地位不但要擁有一個質(zhì)量優(yōu)等的LED芯片，而且還必須具有一個良好的LED驅(qū)動系統(tǒng)[4?6]。目前大多數(shù)的開關(guān)電源技術(shù)還不夠成熟，存在可靠性低、效率較低等弊端，這些弊端大幅度地降低了LED照明燈具的壽命。在這種情況下，如何有效地提升LED開關(guān)電源的效率和可靠性成為電源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以計(jì)算出變壓器電感電量各繞組的線徑，以此為依據(jù)完成對高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，成為很多專家和學(xué)者研究的重點(diǎn)課題，同時也出現(xiàn)了很多好的方法[7]。
文獻(xiàn)[8]提出一種基于高功率因數(shù)的高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法。該方法先給出數(shù)字式LED驅(qū)動功率的因數(shù)，利用SN3350構(gòu)成PWM恒流可調(diào)電路，給出開關(guān)電源的功率因數(shù)均值，以此為依據(jù)完成對數(shù)字式LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法穩(wěn)定性較強(qiáng)，但是存在設(shè)計(jì)過程繁瑣，耗時長的問題。文獻(xiàn)[9]采用一種基于雙同步斬波模式的高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法。該方法時間復(fù)雜度較低，但是采用當(dāng)前方法進(jìn)行LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)時無法適應(yīng)激光調(diào)節(jié)的動態(tài)性，存在LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)可靠性差的問題。文獻(xiàn)[10]重點(diǎn)提出一種基于反激式的高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法。該方法可擴(kuò)展性較強(qiáng)，但是存在魯棒性較差的問題。
針對上述問題，本文提出一種基于高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果證明，所提方法設(shè)計(jì)精度較高，可以有效地延長LED開關(guān)電源的使用勖。
1 數(shù)字式LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理
在對數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的過程中，先給出變壓器一次繞組上的電流表達(dá)式，得到初級繞組和次級繞組的匝數(shù)比，獲取LED開關(guān)電源變壓器各繞組的匝數(shù)比，給出輔助繞組匝數(shù)與次級繞組匝數(shù)的比值，計(jì)算出變壓器初級電感感量，利用該電感感量完成對數(shù)字式LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。具體的步驟如下：
假設(shè)，由[Lp]代表變壓器初級繞組的電感量；[Vde]代表初級繞組兩端的電壓；在驅(qū)動信號為高電平時，[Np]代表開關(guān)電源一次繞組，當(dāng)[Np]上的電流線性上升時，則利用式（1） 給出[Np]上的電流表達(dá)式：
[ip=VdctonLpNp] （1）
式中[ton]代表MOS管的導(dǎo)通時間。
假設(shè)，由[is]代表次級繞組[Ns]上的電流；[isk]代表次級繞組上的峰值電流；[uout]代表輸出電壓；[toff]代表MOS管[Q1]的有效關(guān)斷時間；[Ls]代表次級繞組的電感量，則利用式（2）得到初級繞組和次級繞組的匝數(shù)比：
[NsNp=ufNf?Nsufmin×iskipkNs?isuoutLstoff×Q1] （2）
式中：[uf]代表兩端的電壓表述方程；[Nf]代表輔助線圈；[ufmin]代表電感的電學(xué)特性；[ipk]代表電流的峰值電流。
假設(shè)，[uoutmax]代表輸出功率最大時的輸出電壓，[uinmax]代表初級繞組上的最小輸入電壓，則利用式（3）獲取LED開關(guān)電源變壓器各繞組的匝數(shù)比：
[Nfisk=uinmax?Aeuinmax?uoutmax?ipk?dI?J?Lp] （3）
式中：[Ae]代表磁芯的橫截面積；[d]代表線徑；[I]代表電流值；[J]代表電流密度；[Lp]代表初級繞組的電感電量。
假設(shè)，[iskipk]代表次級電流峰值[isk]和初級電流峰值[ipk]的關(guān)系，則利用式（4）得到輔助繞組匝數(shù)與次級繞組匝數(shù)的比值：
[NfNs=iskipk?ton×tofff?D?ι??P] （4）
式中：[f]代表電源IC 的工作頻率；[D]代表MOS驅(qū)動信號的占空比；[ι]代表法拉第電磁感應(yīng)定律；[?P]代表磁芯材質(zhì)。
假設(shè)，[?]代表電源芯片的最大值；[μ]代表損耗分配因子，則利用式（5）計(jì)算出變壓器初級電感感量：
[μ?c=μ???j?θr?α?] （5）
式中：[?j]代表損耗分配因子；[θr]代表電容的容差；[α?]代表副邊繞組峰值電流。
假設(shè)，[Np]代表變壓器[TI]原邊繞組的匝數(shù)，則利用式（6） 完成對數(shù)字式LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)：
[εe=TI?k??P?μ?cNp] （6）
綜上所述可以說明，利用數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)原理可以設(shè)計(jì)LED開關(guān)電源。
2 高壓動態(tài)測量下的LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1 開關(guān)電源特征參量的提取
在對數(shù)字式LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，利用二階格型陷波器構(gòu)建LED驅(qū)動的供電信號解析模型，給出驅(qū)動補(bǔ)償系數(shù)，得到LED開關(guān)電源特征參量。具體的步驟如下：
假設(shè)，[zt]代表電源驅(qū)動信號；[xt]代表電源驅(qū)動信號模型的實(shí)部；[yt]代表電源驅(qū)動信號的固有模態(tài)函數(shù)；[at]代表系統(tǒng)融合參量；[eiθt]代表驅(qū)動電路可調(diào)電壓。則利用式（7）計(jì)算[zt]：
[zt=eiθt×xtyt?at] （7）
假設(shè)，[PN]代表數(shù)字式寬頻最大功率；[LN]代表傳輸數(shù)據(jù)的時間；[UN]代表LED的電容濾波；[mN]代表電阻隔離。則利用式（8）得到LED開關(guān)電源的最優(yōu)發(fā)射功率：
[?F?PN=EN?PNLN?mN?UN] （8）
假設(shè)，[v]代表驅(qū)動的速度；[β]代表傳播常數(shù)。則利用式（9）給出電源載波值動態(tài)失真補(bǔ)償方程：
[C2=vβ] （9）
利用給定的[β]代表傳播常數(shù)，提取LED開關(guān)電源的特征參量，利用式（10）表述：
[kp=krur+k?u?+kzuzfrur+βuz] （10）
式中：[krur]代表LED開關(guān)電源[ur]軸最小工作電源電壓；[k?u?]代表初級的漏感能量；[fr]代表特征參量在[ur]軸的分量。
假設(shè)，[k0]代表沿[ur]軸分量的初始值；[n]代表信號濾波的數(shù)量。則利用式（11）獲取LED開關(guān)電源正常控制模式下的狀態(tài)：
[TL=n?ark0?urV0] （11）
式中[V0]代表外部電阻的比值。
綜上所述可以說明，在對數(shù)字式LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，利用二階格型陷波器構(gòu)建LED驅(qū)動的供電信號解析模型，給出驅(qū)動補(bǔ)償系數(shù)，得到LED開關(guān)電源特征參量，計(jì)算出LED開關(guān)電源正常控制模式下的狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)對數(shù)字式LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
2.2 基于功率校正的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)
在對數(shù)字式LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，以2.1節(jié)獲取的LED開關(guān)電源正常控制模式下的狀態(tài)[TL]為依據(jù)，利用LLC諧振半橋的控制芯片設(shè)計(jì)出電感[L]與開關(guān)頻率關(guān)系，給出輸入電壓最低，電路峰值最大時的電感方程，獲取變壓器實(shí)際匝比，計(jì)算出變壓器電感電量各繞組的線徑，完成對數(shù)字式LED開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。具體的步驟如下：
假設(shè)，[Uin_ms]代表輸入電壓的有效值；[Uo]代表PFC輸出電壓；[fsw_min]代表最低開關(guān)頻率。利用式（12）得到電感[L]與開關(guān)頻率的關(guān)系：
[L=U2in_msUo-2Uin_ms2fsw_minUoPoηTL] （12）
式中：[Po]代表輸出功率；[η]代表效率。
在選取LED開關(guān)電源的芯片時，要保障在最惡劣的情況下輸入電壓最低，電路峰值最大時也不會飽和，利用式（13）給出其電感方程：
[LIp=NAeΔB] （13）
式中：[ΔB]代表磁感的工作范；[Ae]代表磁性等效截面積；[N]代表電感線圈匝數(shù)。
假設(shè)，[U′in]和[U′o]分別代表輸出與輸入的等效基波分量；[Lr]代表變壓器漏感；[Lp]代表變壓器初級電感量，則利用式（14）獲取等效的電路增益函數(shù)：
[??=Lp?k，QMPKU′in?U′o?Uo_ fr×Lr，Lp] （14）
式中：[MPK]代表電路所需的最大增益；[Uo_fr]代表最大輸出電壓和諧振點(diǎn)輸出電壓；[k]和[Q]代表變壓器的電感匝數(shù)和峰值最大電流。
分析式（13）可以得出，峰值增益是[k]和[Q]的函數(shù)，在選取[k]和[Q]時，其峰值增益需要滿足電路最大的增益范圍，利用式（15）計(jì)算峰值增益：
[MPK=Mmax?Mfrk?Q×Uo_max] （15）
式中：[Mmax]代表電路所需最大增益；[Mfr]代表諧振點(diǎn)增益；[Uo_max]代表最大輸出電壓。
假設(shè)，[Np_min]代表變壓器初級最少匝數(shù)；[Bm]代表磁芯最大不飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。則利用式（16）得到變壓器實(shí)際匝比：
[na=nk+1kNp_min?Bm] （16）
假設(shè)，[Κp]代表開關(guān)電源的電流有效值，則利用式（17）獲取線圈的線徑和電流值的密切關(guān)系：
[?γ=Κp?na???LIp] （17）
利用式（16）計(jì)算的結(jié)果為依據(jù)，可以完成對數(shù)字式LED開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3 實(shí)驗(yàn)仿真證明
為了證明提出的基于高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的有效性，需要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下搭建高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)仿真平臺。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于3臺420 W的LED開關(guān)電源樣機(jī)，如圖1所述。
3.1 不同方法的LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的有效性
分別采用本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法和基于反激式方法進(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)，比較兩種不同方法獲取電路峰值增益和輸出電流有效值設(shè)定值，利用對比的結(jié)果衡量不同方法進(jìn)行LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的有效性，對比結(jié)果見圖2，圖3。
分析圖2和圖3可以得出，利用本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法進(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的綜合有效性要優(yōu)于反激式方法進(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的綜合有效性，這主要是因?yàn)樵诶帽疚姆椒ㄟM(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)時，先融合二階格型陷波器組建LED驅(qū)動的供電信號解析模型，得到LED開關(guān)電源最優(yōu)發(fā)射功率，給出電源載波值動態(tài)失真補(bǔ)償方程，提取開關(guān)電源特征參量，從而保障本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法進(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的綜合有效性。
3.2 不同方法的LED開關(guān)電源能耗和負(fù)載均衡性對比
分別采用本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法和基于反激式方法進(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)，比較兩種不同方法進(jìn)行LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的能耗和負(fù)載均衡性，對比結(jié)果見圖4，圖5。
從圖4和圖5中可以說明，利用本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法設(shè)計(jì)數(shù)字式LED開關(guān)電源的整體優(yōu)越性要高于反激式方法進(jìn)行數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)的整體優(yōu)越性，這是由于在利用本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法設(shè)計(jì)數(shù)字式LED開關(guān)電源時，給出輸入電壓最低，電路峰值最大時的電感方程，獲取變壓器實(shí)際匝比，計(jì)算出變壓器電感電量各繞組的線徑，大幅度提升了本文所提動態(tài)激光調(diào)節(jié)方法設(shè)計(jì)數(shù)字式LED開關(guān)電源的整體優(yōu)越性。
4 結(jié) 語
針對采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)時，無法適應(yīng)激光調(diào)節(jié)的動態(tài)性，存在LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)可靠性差的問題。本文提出一種基于高壓動態(tài)測量下的數(shù)字式LED開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果證明，所提方法設(shè)計(jì)精度較高，可以有效地延長LED開關(guān)電源的使用壽命。
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開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文5
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；非隔離DC/DC；BUCK轉(zhuǎn)換器
中圖分類號： TM762.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1非隔離DC/DC變換器的拓?fù)浞N類及優(yōu)勢
其中應(yīng)用比較廣泛，在自動化設(shè)備上實(shí)用性較高的主要有以下幾種： BUCK變換器、BOOST變換器、反極性BOOST、BUCK-BOOST等。
非隔離DC/DC調(diào)整器最大的優(yōu)勢是效率，較高的轉(zhuǎn)換效率意味著能源的最大利用。同時還具有元器件簡單、功率密度大的優(yōu)點(diǎn)。
我們可以預(yù)見到，非隔離DC/DC電源是大勢所趨。
2 LT1767簡介及引腳功能
本文介紹的3.3V電源系統(tǒng)是由LINEAR公司的LT1767集成控制芯片實(shí)現(xiàn)的BUCK調(diào)整器電路。
3一種變頻器通訊轉(zhuǎn)接板3.3V電源的設(shè)計(jì)
變頻器應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場時，需要同其他的自動化設(shè)備一起接入現(xiàn)場的多種現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)。ANYBUS通訊轉(zhuǎn)接板的作用就是實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)備與現(xiàn)場總線PROFIBUS的連接。
ANYBUS通訊轉(zhuǎn)接板需要2路電源：+5V和+3.3V。其中+5V電壓取自驅(qū)動板上的AC/DC電源的多路輸出。+3.3V是由+5V電壓通過非隔離DC/DC電路實(shí)現(xiàn)的。
表2 ANYBUS通訊轉(zhuǎn)接板對電源的基本要求
3.1 LT1767調(diào)整器的工作原理
變頻器ANYBUS通訊轉(zhuǎn)接板的3.3V電源是以LT1767為核心，搭配必要元器件組成的Buck拓?fù)溟_關(guān)電源（如圖3所示）。因?yàn)楣β蔒OS管集成在LT1767芯片里，這款電源看起來電路簡潔。分析圖3的開關(guān)電源原理之前，首先看一下LT1767芯片的內(nèi)部框圖，如圖2所示。
LT1767采用恒頻控制方式，芯片內(nèi)部時鐘和雙閉環(huán)反饋來控制功率開關(guān)的導(dǎo)通占空比。最初的開關(guān)周期起始于置位 Flip-Flop的振蕩器脈沖。Flip-Flop置位后，輸出高電平，開通開關(guān)管switch；當(dāng)開關(guān)管中的電流達(dá)到電流比較器翻轉(zhuǎn)的閾值時，F(xiàn)lip-Flop復(fù)位，輸出低電平，關(guān)斷開關(guān)管switch。
3.2 直流3.3V_BUCK調(diào)整器的工作過程分析
4.1 直流3.3V開關(guān)電源電路板PCB
根據(jù)上述的電路原理，我們采用PADS Layout軟件設(shè)計(jì)出3.3V直流開關(guān)電源的電路板PCB，如圖5所示。PCB布局要尤其注重輸入和輸出環(huán)路的走線。由于LT1767工作于1.25MHz頻率，線路的寄生參數(shù)和引線電感需慎重考慮。
4.2實(shí)測工作電壓波形
結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的開關(guān)電源，經(jīng)過樣板試制和電源測試，證明電源的各項(xiàng)參數(shù)和表征能夠滿足變頻器ANYBUS通訊轉(zhuǎn)接板的要求，能夠提供高精度的3.3V直流電壓，工作穩(wěn)定可靠。
參考文獻(xiàn)
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開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理范文6
【關(guān)鍵詞】AP8012H 電能表 開關(guān)電源
現(xiàn)階段，由于線性電源具有可靠高、設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)被單相電能表廣泛采用，然而功耗高、效率低是它顯著的缺點(diǎn)，這給國家電網(wǎng)公司每年浪費(fèi)了大量的能源。國家電網(wǎng)公司為了倡導(dǎo)節(jié)能減排，對電能表的功耗開始嚴(yán)格的限制。線性電源方案的電能表已經(jīng)無法滿足國家電網(wǎng)的功耗要求，然而開關(guān)電源方案的電能表具有功耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，恰好可以彌補(bǔ)線性電源的缺點(diǎn)。
1 電能表對電源的指標(biāo)要求
電源的輸入從電網(wǎng)取電，電網(wǎng)的額定電壓為：220VAC，由于電網(wǎng)的環(huán)境比較復(fù)雜，所以要求電源能夠在85VAC～265VAC的電壓環(huán)境下工作，并且具有抗雷擊信號、脈沖群信號的能力。
電源的輸出主要給電能表的各個模塊供電，電能表的模塊包括：計(jì)量模塊、MCU及模塊、繼電器控制模塊、載波通信模塊、RS-485通信模塊等，模塊的具體要求如表1所示。
2 AP8012H介紹
AP8012H是無錫芯朋微電子股份有限公司（Chipown）研發(fā)的一款反激式開關(guān)電源控制芯片，內(nèi)部集成了PWM控制器和800V高壓MOSFET，采用SOP8封裝，適用于6W以下的離線式開關(guān)電源。該芯片具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)，并且還集成了高壓啟動模塊等功能。其特點(diǎn)是：低待機(jī)功耗、電路簡單、固定工作頻率、寬工作電壓、完善的保護(hù)功能等。
3 基于AP8012H設(shè)計(jì)的開關(guān)電源原理
根據(jù)指標(biāo)要求，原理框圖如圖1所示。
3.1 EMC處理設(shè)計(jì)
EMC處理電路主要有兩個作用：
（1）濾除來自電網(wǎng)的雷擊干擾、脈沖群干擾等，保護(hù)電源模塊不被損壞；
（2）濾除開關(guān)電源自身產(chǎn)生的高頻信號，避免污染電網(wǎng)和無線電。
主要通過壓敏電阻、安規(guī)電容、共模電感組成濾波網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，對于220Vac輸入的電壓，壓敏電阻可以選用TDK品牌的20K420，安規(guī)電容可以選用0.1uF，共模電感可以選用33mH。
3.2 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)
輸入整流濾波主要的作用是：把電網(wǎng)50Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。主要通過整流橋和高壓電解電容來實(shí)現(xiàn)，電解電容的容量的設(shè)計(jì)可以根據(jù)以下公式取得：
式中，VDCmax一般取最小交流輸入的0.15倍，Pin為輸入功率，Dch為輸入整流濾波電容的占空比，一般取0.2，Vlinemin為最小交流輸入電壓，fL為電網(wǎng)的頻率，CDC為電容的容量。
3.3 高頻變壓器設(shè)計(jì)
根據(jù)電能表的指標(biāo)要求，電源的最大功率為3.3W，初步評估高頻變壓器可以選用EE16磁芯，由于變壓器的設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，具體的參數(shù)設(shè)計(jì)不再介紹，最終設(shè)計(jì)的變壓器初級圈數(shù)為：120圈，電感量為2mH，三個次級輸出，圈數(shù)分別為：26圈、15圈、15圈，一個輔助繞組，圈數(shù)為28圈。
3.4 輸出整流濾波電路設(shè)計(jì)
主要由整流二極管和電容組成。二極管選型的額定電流一般取輸出電路的3倍，耐壓根據(jù)輸入電壓的最大值，再根據(jù)變壓器的匝比來計(jì)算，整流二極管的反向恢復(fù)時間也是很重要的一個參數(shù)，一般選用快恢復(fù)二極管；電容的容量大小主要決定了輸出電壓的紋波大小，主要根據(jù)輸出電流和脈沖電壓的頻率取得。
3.5 LDO型號選擇
LDO為低壓差的三端穩(wěn)壓器，主要用于穩(wěn)壓輸出，本原理框圖的3個LDO輸出電壓為5V，電流在30mA到100mA之間，明達(dá)微品牌下的MD7550可以滿足上述3個LDO的需求。MD7550的靜態(tài)電流僅1.2uA，輸入與輸出的壓差僅10mV，輸出電流為100mA，非常適合低功耗的電源設(shè)計(jì)。
4 典型設(shè)計(jì)
如圖2所示。
5 結(jié)束語
本文介紹了基于AP8012H設(shè)計(jì)的電能表開關(guān)電源，此電源已經(jīng)在單相遠(yuǎn)程載波電能表上得到應(yīng)用，并且已經(jīng)通過了國家電網(wǎng)公司的檢驗(yàn)測試，在測試的報(bào)告中，電能表的工作功耗僅0.4W，相比線性電源方案的電能表，功耗降低了50%，未來的使用，將為電力公司節(jié)約電能打下了基礎(chǔ)。
⒖嘉南
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