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開關電源與設計方案范文1

關鍵詞：開關電源 降壓輸出 升壓輸出

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0189-02

1 引言

隨著電子產品的進步和發展，各種電子產品逐漸進入了人們的生活，而生活中形形的電子產品免不了供電系統的支持，而本產品就是為了電子元器件的各種應用而設計完成。

2 系統應用支撐

LM3481是一款輸入電壓在2.96V～48V，輸出電壓在1.275V～300V，最大電流為20A的高性能控制器。被廣泛應用于汽車啟動―停止、筆記本電腦、機頂盒等電路中。所以此系統可以用于DC 5V供電電源。

3 系統方案

使用LM3481芯片實現在不同電壓輸入條件下的電壓穩定輸出。該LM3481器件是開關穩壓器通用的低端N-FET高性能控制器。該設備適用于拓撲結構需要一個低邊場效應管，如升壓，反激式，SEPIC等使用。LM3481裝置可在非常高開關頻率下工作，LM3481可以通過使用一個外部電阻或通過將其同步至外部時鐘被調整到100kHz至1MHz之間的任何值。其輸入電壓范圍在2.97V～48V左右，具有較寬的輸入范圍，同時其最大輸出電流為20A，可滿足大部分電子元器件的需求。

4 系統硬件設計

本作品是利用WEBENCH進行的電源設計，設計過程如下：

（1）在WEBENCH Designer 頁面輸入設計電源的供電要求、輸入電壓最小值和最大值、輸出電壓、輸出電流和環境溫度，然后點擊“開始設計”。

（2）之后WEBENCH會給出設計方案，在給出的各個設計方案中根據各個參數選擇最符合自己要求的核心芯片，其中可以利用WEBENCH工具的x型、仿真和優化工具幫助自己選擇合適的芯片，經過自己的比較分析，我所選用的芯片是LM3481。

（3）選定LM3481，點擊“開始設計”， WEBENCH會給出基于芯片LM3481的相關設計，例如：圖表、原理圖、工作數值、元件清單等等。據此進行自己的電路設計和制作。如圖1所示。

（4）已知電源的原理圖，在Altium Designer10軟件中畫出設計電路的原理圖和PCB圖，如圖2、圖3所示。

5 仿真結果分析

根據WEBENCH自身的功能，我們進行了對本設計的效率等的仿真如圖4～圖5所示。

6 實驗總結與體會

本次項目，通過WEBENCH網絡設計軟件設計了一款基于LM3481芯片的DC-DC開關電源。通過在線軟件WEBENCH的幫助，成功實現了LM3481電路圖，仿真等一系列功能。同時設計的基于LM3481的DC―DC開關電源電路設計簡單，性價比高，可靠性好，因此具有較好的應用前景。

參考文獻

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]王兆安，劉進軍.電力電子技術（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]普利斯曼，比德斯，莫瑞.王志強 譯.開關電源設計[M].電子工業出版社，2010.

收稿日期：2016-08-12

開關電源與設計方案范文2

關鍵詞：高性能數字信號處理器；swift designer；電源設計；TPS54312

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)11-086-03

Design of Power Module Based on High-powered DSP Systems

YANG Jin,QIU Zhaokun

(SPDF,School of Electronic Science and Technology,National University for Defence Technology,Changsha,410073,China)

Abstract：The design of power module is an important part in high-powered DSP system.This paper takes a detailed introduction on the design of using TPS54312 and TPS54616,taking ADSPTS101 for example.Firstly,it compares three ways of power and their principle,and then it introduces how to design the appropriate schematic document,at the same time,it gives analysis and synthesis using the soft swift designer offered by TI.And it achieves power desire by the DSP system after testing.

Keywords：high-powered DSP;swift designer;power design;TPS54312

1 引 言

隨著近年來芯片制造技術的不斷發展，以及市場對高性能數字信號處理器的需求，新的功能更強，速度更快，功耗更低的數字信號處理器(DSP)產品不斷推出，給電路設計帶來了極大的方便。但與此同時，這些高性能器件的使用對供電模塊的設計提出了更高的要求。高效、穩定、滿足上電次序的供電模塊設計具有重要意義，將直接影響整個系統的穩定，甚至整個系統的實現。

當前，DSP、FPGA等芯片的供電方式主要有3種：采用線性電源芯片，采用開關電源芯片，采用電源模塊。這3種方式的一個總體對比如表1所示。

線性電源的基本原理是根據負載電阻的變化情況來調節自身的內阻，從而保證輸出端的電壓在要求的范圍之內。由于采用線性調節原理，瞬態特性好，本質上沒有輸出紋波。但隨著輸入輸出電壓差的增大或是輸出電流增加，芯片發熱會成比例增加，因此線性電源要求有較好的散熱處理控制。線性電源的輸入電流接近于輸出電流，它的效率(輸出功率/輸入功率)接近于輸出/輸入電壓比。因此，壓差是一個非常重要的性能，因為更低的壓差意味著更高的效率。LDO線性電源的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。線性電源對電流輸入較小的應用系統提供了一種體積小、廉價的設計方案。

開關電源利用磁場儲能，無論升壓、降壓或是兩者同時進行，都可以實現相當高的變換效率。由于變換效率高，因此發熱很小，散熱處理得以簡化。又由于是開關穩壓器電源， 與LDO線性電源相比，DC/DC調整器輸出紋波電壓較大、瞬時恢復時間較慢、容易產生電磁干擾(EMI)。要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源，關鍵在于電路設計，尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。因此在三種電源設計方案中，開關電源的設計要較另兩種電源設計方案復雜。但由于開關電源設計靈活，耗熱小，成本也較低，在系統電源模塊設計中，仍不失一種較好的選擇。

電源模塊原理上講是個開關穩壓器，效率非常高。相對于普通開關穩壓器，它的集成度更高，只需要一個輸入電容和一個輸出電容即能工作，設計簡便，適合D要求開發周期非常短的應用。

2 芯片選型和功能介紹

由于ADSPTS101信號處理部分僅是整個系統的一個子部分，結合其他部分的供電要求，FPGA芯片采用ATERA公司的EP1C12F324，IO電壓3.3 V，內核電壓1.5 V，ADSPTS101的IO供電壓3.3 V，內核電壓1.2 V。其中EP1C12F324對上電次序的要求并不是太嚴格，電源設計較為簡單，采用AS2830-1.5電源芯片即可達到要求。而ADSPTS101對上電次序有較為嚴格的要求，當上電次序沒有達到要求時，既使上電后進行復位初始化后，初始狀態仍然可能不對。因此，系統電源部分設計的重點在于滿足ADSPTS101的上電要求。當然，采用電源模塊，如PT6944芯片可以滿足設計要求，但基于開關電源和電源模塊的比較優勢，本系統采用開關電源進行設計。采用的電源芯片為TI公司的TPS54616和TPS54312。

TPS54616是一款TI公司推出的適合DSP,FPGA,ASIC等多芯片系統供電的電源芯片，是一款低電壓輸入、大電流輸出的同步降壓DC/DC調整器， 內含30MQ、12 A峰值電流的MOSFET開關管，最大可輸出6 A電流。輸出電壓固定3.3 V，誤差率為1%。開關頻率可固定在350 kHz或550 kHz，也可以在280 kHz到700 kHz之間調整。另外，它還具有限流電路、低壓閉鎖電路和過熱關斷電路。

TPS54312也同樣是TI推出的一款低電壓輸入，大電流輸出的同步降壓DC/DC調整器。所不同的是，TPS54312對于連續3 A的電流高效輸出，集成的MOSFET開關管為60MQ，同時其固定電壓輸出為1.2 V。

另外，TPS54616和TPS54312均采用集成化設計，減少了元件數量和體積，因此，可廣泛用于低電壓輸入、大電流輸出的分散電源系統中。

TPS54616和TPS54312功能管腳定義類似，其引腳封裝分別如圖1所示。

以TPS54616為例，簡述各引腳功能，TPS54312對應命名相同的引腳功能相似。

AGND：模擬地；BOOT：啟動輸入，應和PH腳間連接一個0.02~0.1 μF的電容；NC：不連；PGND：電源地，使用時與AGND單點連接；PH：電壓輸出端；PWRGD：當VSENSE>90%參考電壓時，輸出為高阻，否則輸出為低電平，利用這點，可用于I/O口電壓和內核電壓的控制，設計出符合要求的上電次序；RT：頻率設置電阻輸入，選擇不同的阻值連接，可設置不同的電源開關頻率；SS/ENA：慢啟動或輸入輸出使能控制；FSEL：頻率選擇；VBIAS：內部偏壓調節，與AGND間應連接一個0.1~1 μF的陶瓷電容;VIN：外部電壓輸入;VSENSE：誤差放大反饋輸入,可直接連到輸出電壓端。

3 電路設計

在Protel中搭建原理圖，如圖2所示。

設計主要考慮了輸入濾波、反饋回路、頻率操作、輸出濾波、延時啟動等問題。

3.1 輸入輸出濾波

兩電源芯片輸入電壓均為5 V，為有效慮除輸入電源中的高頻分量，輸入端均接一個10 μF的旁路電容。同時，為減少輸入紋波電壓，各接入一個100 μF和180 μF的濾波電容。經過這樣的組合濾波，可以得到一較為干凈的輸入電源。

在輸出端，為了得到質量較好的輸出波形，輸出濾波網絡由一個4.7 μH電感及一個470 μF和1 000 pF的電容組成。

3.2 反饋回路

TPS54312上為直接反饋，經過濾波輸出后的電壓直接連接到VSENSE上，TPS54616加上一個反饋電阻，作用其實是相同的，都是直接反饋。

3.3 開關頻率設計

如果讓RT腳空接，FSEL接地或接在VIN上，則開關頻率為350 kHz或550 kHz。如果采用外接電阻進行開關頻率選擇，有計算阻值的公式為：R=500 kHz/選擇的開關頻率×100 kΩ。設計中選用開關頻率700 MHz，計算得應接電阻阻值為71.5 kΩ。

3.4 延時啟動

兩芯片均有慢啟動和輸出輸入使能控制功能。通過在腳SS/EN上連接不同容值的電容，可以獲得不同的慢啟動時間。盡管有專門的計算公式可以進行計算，但這里設計可以利用TI為專門電源設計推出的軟件swift designer，可以為設計提供很大的方便。swift designer提供一系列的電源芯片支持設計，包括對TPS54312和TPS54616的支持。

在swift designer中設置參數，然后按“GO”，軟件即能自動按照要求的參數選擇電源芯片和搭建好電路。設參數為：輸出電壓1.2 V，輸出電流3 A，輸入最小電壓4.8 V，最大5.2 V，慢啟動時間3 ms，開關頻率700 kHz。軟件可以自動生成電路圖，軟件自動選擇的電源芯片是TPS54312，同時電路已經連接好。

同樣修改參數，輸出電壓3.3 V，輸出電流6 A，輸入最小電壓4.8 V，最大5.2 V，慢啟動時間6 ms，開關頻率700 kHz。同樣，這時軟件自動生成5 V轉3.3 V的電路圖(略)。

在swift designer軟件的幫助下，使設計變得靈活和簡便。要獲得正確的上電次序，設計中還應做一些調整。將TPS54312的PWRGD腳接至TPS54616的SS/ENA腳，如圖2中原理圖所示，同時接成上拉狀態。這樣，只有當TPS54312輸出電壓大于 1.2 V*90%時，腳PWRGD輸出為低，從而使能TPS54616，產生3.3 V的電壓輸出，從而獲得正確的上電次序要求。在TPS54312輸出電壓沒有達到要求時，TPS54616被上拉，不能產生3.3 V輸出。這樣通過慢啟動時間的設置和對使能端引腳的控制兩重保險，可以完全確保正確的上電延時和上電次序。同時，我們可以根據不同芯片對上電延時和上電的次序進行靈活調整，滿足上電要求。

4 仿真分析

swift designer軟件還提供了初步的仿真分析，能直觀地給出分析表，循環響應圖，輸入電壓抖動的影響圖，效率圖和PCB布線圖。下面是一系列相關仿真分析。

從仿真可以看出，設計所采用的電源轉換具有較高的轉換效率，同時由于輸入抖動而帶來的影響也在系統可接受范圍之內，加上電容濾波后，輸出電壓紋波效果還會有所改進。由于軟件沒有對上電次序的先后給出直觀仿真，但通過對兩電源芯片慢啟動時間的設置先后和使能端的控制，系統上電次序得到了較好保證。

5 結 語

供電模塊設計對整個系統實現和系統良好運行意義重大，尤其對一些特殊供電要求的高性能器件而言更是如此。在電源模塊的設計中，要綜合考慮系統要求，設計靈活性，實現難易程度，成本、效率、封裝等相應因素，從而做出全面的、折衷的考慮，以尋求最佳的設計方案。經過在雷達信號處理板上的實際應用，設計滿足各項電壓、電流和功耗要求，同時由于采用較好的上電次序設計，保證了ADSPTS101的內核先于IO上電，從而使整個系統穩定性和可靠性得到了較好保證。

參 考 文 獻

［1］韓江濤,胡慶生,孫遠.基于TPS54610的FPGA供電模塊設計［J］.電子技術應用,2006,32(10):114-117.

［2］高可靠DC-DC電源模塊［J］.國外電子元器件,2003(8):78.

［3］童剛,裴昌幸.DSP的雙電源解決方案［J］.電子工程師,2002(11):19-21.

［4］黃天戍,霍鵬.基于DSP+CPLD的新型智能監測系統設計與開發\[J\].微計算機信息,2006(8Z):182-184.

［5］Designing with the TPS54311 through TPS54316Synchronous Buck Regulators［P］..2007.

\[6\]Switchmode-Power Supplies Reference Manual and Design Guide［P］..1999.

作者簡介

楊 進 男，1983年出生，碩士研究生。主要從事FPGA、DSP結合信號處理的應用開發工作。

邱兆坤 男，1977年出生，副教授，博士。主要從事雷達信號處理，時頻信號分析。

開關電源與設計方案范文3

關鍵詞：開關電源；反激式電路；高頻變壓器

引言

開關電源是綜合現代電力電子、自動控制、電力變換等技術，通過控制開關管開通和關斷的時間比率，來獲得穩定輸出電壓的一種電源，因其具有體積小、重量輕、效率高、發熱量低、性能穩定等優點，在現代電力電子設備中得到廣泛應用，代表著當今穩壓電源的發展方向，已成為穩壓電源的主導產品。文章設計了一種基于TOP-Switch系列芯片的小功率多路輸出DC/DC的反激式開關電源。

1 電源設計要求

文章設計的開關電源將用于軌道車輛電動門控制系統中，最大的功率為12W，分四路輸出，具體設計參數如下：（1）輸入電壓Vin=110V；（2）開關頻率fs=132kHz；（3）效率η=80%；（4）輸出電壓/電流 48V/0.2A，15V/0.02A-15V/0.02A，5V/0.3A；（5）輸出功率12W；（6）電壓精度1%；（7）紋波率1%。（8）負載調整率±3%，電源最小輸入電壓為Vimin=77V，最大輸入電壓為Vimax=138V。考慮到設計要滿足結構簡單，可靠性高，經濟性及電磁兼容性等要求，結合本設計輸出功率小的特點，最終選用了單端反激式開關電源，它具有結構簡單，所需元器件少，可靠性高，驅動電路簡單的特點，適合多路輸出場合。

2 單端反激式開關電源的基本原理

單端反激式開關電源由功率MOS管，高頻變壓器，無源鉗位RCD電路及輸出整流電路組成。其工作原理是當開關管Q被PWM脈沖激勵而導通時，輸入電壓就加在高頻變壓器的初級繞組N1上，由于變壓器次級整流二極管D1反接，次級繞組N2沒有電流流過；當開關管關斷時，次級繞組上的電壓極性是上正下負，整流二極管正偏導通，開關管導通期間儲存在變壓器中的能量便通過整流二極管向輸出負載釋放。反激變壓器在開關管導通期間只存能量，在截止期間才向負載傳遞能量，因為能量是單方向傳導，所以稱為單端變化器[1]。

圖1 單端反激式開關電源的原理圖

3 TOP-Switch系列芯片的介紹及選型

TOP-Swtich單片開關電源是開關電源專用集成電路，它將脈寬調制電路與高壓MOSFET開關管及驅動電路等集成在一起，具備完善的保護功能。使用該芯片設計的小功率開關電源，可大大減少電路，降低成本，提高可靠性[4]。

對于芯片的選擇主要考慮輸入電壓和功率，由設計要求可知，輸入電壓為寬范圍輸入，輸出功率不大于12W，故選擇TOP264VG。

4 電路設計

本設計開關電源的總體設計方案如圖2所示。

4.1 主電路設計

4.1.1 變壓器設計

變壓器的設計是整個電源設計最重要的部分，它的設計好壞直接影響到整個電源性能。

（1）磁芯和骨架的確定

由參考文獻[1]可查出，當P0=12W時可供選擇的鐵氧體磁芯型號，由于采用包線繞制，而且EE型鐵芯廉價，磁損耗小且適用性強，故選擇EEL19。從廠家提供的磁芯產品手冊中可以查到磁芯有效截面積Ae=0.23cm2，磁路有效長度Le=3.94cm2，磁芯等效電感AL=1250Nh/T2

（2）確定最大占空比

（式中VOR為初級感應電壓，VDS為開關管漏源導通電壓，其中VOR=135V，VDS=10V）

（3）初級波形參數計算

初級波形的參數主要包括輸入電流平均值IAGV、初級峰值電流IP

輸入電流平均值

初級峰值電流

（其中KRP為初級紋波電流IR與初級峰值電流IP的比值，當反激式開關電源工作在不連續狀態時取KRP=1）

（4）確定初級繞組電感

（5）計算各繞組的匝數

初級繞組的匝數 實取33匝

次級為5v輸出的繞組定義為NS=4turn

對于±15V輸出 實取12匝

對于48V輸出 實取36匝

對于偏置繞組 實取10匝

4.1.2 無源鉗位電路的設計

反激式開關電源，每當功率MOSFET由導通變為截止時，在開關電源的一次繞組上就會產生尖峰電壓和感應電壓，和直流高壓一起疊加在MOSFET上，漏極電壓

這就要求功率MOSFET至少能承受450V的高壓，并且要求鉗位電路吸收尖峰電壓來保護功率MOSFET。本電源的鉗位電路由穩壓管和二極管D1組成，其中VR1為瞬態電壓抑制器P6KE200，D1為快恢復二極管IN4936，當MOSFET導通時，原邊繞組電壓上正下負，使D1截止，鉗位電路不起作用；當MOSFET截止瞬間，原邊繞組電壓上負下正，使得D1導通，電壓被鉗位在200V左右。

4.1.3 輸出環節的設計

以+5V輸出為例，次級繞組高頻電壓經肖特基二極管SB120整流后，用超低的ESR濾波，為了得到獲得更小的紋波電壓，在設計時又加入了次級LC濾波器，實驗表明，輸出的電壓更符合期望值。

4.2 反饋環節的設計

反饋回路主要由PC817和TL431組成，這里用的TL431型可調式精密并聯穩壓器來代替普通的穩壓管，構成外部誤差放大器，進而對輸出電壓作精密調整，當輸出電壓發生波動時，經過電阻R13、R14分壓后得到取樣電壓與TL431中的2.5V的基準電壓進行比較，在陰極K上形成誤差電壓，使光耦合器中的LED工作電流產生相應變化，再通過光耦合器去改變單片開關電源的控制端電流，進而調節輸出占空比，使輸出電壓維持不變，達到穩壓目的。

5 結束語

文章設計的開關電源具有結構簡單，所需元器件少，體積小，成本低的特點，并且滿足所有設計要求，在軌道車輛電動門控制系統中有很好的應用前景。

參考文獻

[1]楊立杰.多路輸出單端反激式開關電源的設計[J].現代電子技術，2007.

[2]沙占友.開關電源實用技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

開關電源與設計方案范文4

關鍵詞 并聯開關電源；均流控制；單片機

中圖分類號 TM 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0096-02

目前直流電源并聯供電系統多以固定比例均流方式運行，由于各電源模塊之間的差異性及負載的不穩定因素，工作時，支路電源模塊可能超出正常工作范圍，損壞或降低電源壽命。本文應用數字電源設計思想，利用單片機調節供電支路的電流輸出比例，根據負載變化和支路電源特性對各支路電流進行合理分配，該系統能保證供電支路符合支路分流比例，通過實時監控負載工作情況，分析支路電源的運行特性，從系統整體和支路電源特性出發保證供電系統的穩定和高效率運行。

1 系統設計原理

1.1 系統結構

雙電源并聯供電系統的結構如圖1所示，該系統由DC-DC電源電路、電流檢測、均流電路和單片機控制器等組成，兩個電源模塊通過電流總線向一個負載供電，電流傳感器能夠檢測各支路及總線電流值。

圖1 系統結構圖

1.2 可變比例分流電路設計

本設計應用UC3902結合乘法器實現自主分流控制。UC3902是UC公司開發的負載均衡控制芯片，使多個并聯在一起的電源模塊承擔的負載電流量相等，負載均衡是通過單片機檢測各支路電流并控制每個模塊的功率級完成的，由于均流信號來自取樣電阻，故目前并聯供電模塊只能按固定比例（一般為1：1）進行均流。可變比例分流是通過在UC3902均流控制器的基礎上引入乘法器實現，原理如圖2所示，UC3902的輸入信號為DC/DC模塊輸出支路通過取樣電阻Rs的電流值的與DA輸出電壓的乘積，UC3902可根據輸入的電流信號自動調整兩路DC/DC模塊的輸出電流符合比例規則，單片機改變DA的輸出電壓值，可精確調節分流比例。由于分流控制直接由均流芯片完成而不需要通過單片機控制，因而具有較好的精度及響應速度。

1.3 電流采集及均流控制電路

采用UC3902結合乘法器的均流控制電路如圖3，為實現電流比例的

調節，在UC3902的電流檢測放大器前端引入乘法器AD633，AD633的X端連接檢測電流的取樣電阻，Y端連接DA輸出，根據公式，AD633輸出可根據式（1）計算。

W= （1）

AD633后接一級運放，設定固定放大倍數為A==10，因此UC3902

的SENSE端輸入電壓為USENSE=ISENSE*RSENSE*UDA*10，因母線電壓與USENSE成正比，當檢測電阻RSENSE固定時，根據公式可知母線電壓與ISENSE*UDA成正比例，因此，可調節DA的值來控制兩路電流的比例系數。

1.4 單片機程序設計

主控程序流程如圖4所示，通過鍵盤可選擇系統的工作模式，在自動均流模式下根據檢測的負載電流值按約束規則進行比例分配；在可變比例模式下，系統通過按鍵輸入分流比例，進行恒比例分流控制。當檢測到的電流過大，如超過4.5 A，則進行過流保護。

2 系統測試

為進一步驗證系統設計的科學性并檢驗系統運行指標，按該方案在實驗室設計一套模擬雙電源并聯供電系統樣機進行測試。

1）設置系統在自動均流模式下運行，改變負載大小，調整負載電流，系統按總線電流大小遵循一定約束規則分配支路電流。自動模式約束規則：總線電流小于1.5 A或大于2.5 A，支路分流比例1：1；總線電流介于1.5 A到2.5 A，支路分流比列為2：1，測試數據如表1。

2）設置系統在可調流模式下運行，通過鍵盤改變分流比例，改變負載大小，調整負載電流，系統設定比例分配支路電流，測試數據如表2。

3 結論

本文在分析傳統并聯供電均流控制技術的基礎上，提出了一種應用單片機控制的并聯供電系統設計方案，實現并聯支路的可變比例分流控制，解決在多電源供電系統中模塊電源存在差異性問題，提高了并聯電源分流精度、運行的可靠性及工作效率，為并聯電源智能化管理與監控提供一種很好的解決方案。由于系統架構設計合理，功能電路實現較好，模擬系統的性能優良且運行穩定，其中，最大均流誤差小于1.0%，系統工作效率高，保護電路工作正常。

參考文獻

[1]童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[M].高等教育出版,2003.

[2]孫存娟,王旭東.基于UC3902模塊電源并聯均流技術的研究[J].電力電子技術,2009,02.

[3]張天芳.開關電源的并聯運行及其數字均流技術[J].淮海工學院學報(自然科學版),2006,01.

[4]彭建學,葉銀忠,劉以建.分布式直流開關電源并聯技術[J].上海海事大學學報,2009,01.

開關電源與設計方案范文5

【關鍵詞】等離子電視;電源;電磁兼容

1.等離子電源的EMI分析

電源部分是整機的能源提供者，所以電源品質的好壞決定了系統工作的狀態。我們先進行需求分析：等離子電視功耗大于75W，根據標準要求必須加PFC電路，提高有功功率。由于有待機功耗要求，因此采用反激加諧振的方式，這樣既滿足了驅動要求，又滿足待機功耗要求。

因此電源部分共包含4個大的模塊，電源輸入端濾波整流電路、PFC電路、諧振電路、反激電路。

（1）濾波整流電路。既抑制電源本身的干擾通過電源線進入供電網絡，又防止供電網絡的干擾進入電源。

（2）PFC電路。PFC電路工作過程中，MOSFET管在工作時由柵極驅動脈沖控制通斷狀態，引起干擾。PFC電路中的二極管在導通和截止狀態間切換，反向恢復電流也會引起干擾。

（3）反激電路和諧振電路。反激電路和諧振電路中的MOSFET在切換通斷狀態時兩端電壓產生突變，變壓器初級線圈中電流產生反電動勢，次級電路中二極管在通斷過程中存在反向恢復電流，這些都引起干擾。

2.電源的EMC設計

2.1 EMI濾波電路

為了抑制整機電路和電源自身所產生的干擾不向外傳播，也為了外部電網的干擾不進入電源和整機，在電源入口處設計了EMI濾波電路。

開關電源的干擾分為差模干擾和共模干擾，共模干擾是火線或零線與地線之間產生的干擾，差模干擾是火線與零線之間產生的干擾。

2.1.1 差模濾波

開關電源的差模傳導騷擾，主要是由電路中開關電源在開關動作時在電源輸入線上產生一個周期性的電流信號。由于電解電容作為儲能電容，存在ESR和ESL，當周期電流信號經過儲能電容時，電容兩端就會產生電壓降，這個電壓降導致電源端口產生電流回路，形成差模傳導騷擾，并通過LISN把干擾傳導到接收機。

變壓器初級線圈、開關管和濾波電容構成的高頻開關電流環路，使高頻電流反饋到交流電源中形成干擾;同時，變壓器初次級間的分布電容會使初級回路中產生的干擾向次級傳遞，加大干擾傳遞環路，使更多電流流入LISN，加劇干擾。

當電路中添加了差模濾波后，差模電流減小回流路徑，減少對接收機和電網的干擾。

2.1.2 共模濾波

開關電源的共模傳導騷擾，主要是由開關電路中的電壓瞬變造成的，開關管的負載為高頻變壓器初級線圈，為感性負載，在開關管開關瞬間，在初級線圈的兩端出現較高的浪涌尖峰電壓，而由于初級線圈和次級線圈之間的分布電容、電源線對地線的阻抗、次級線圈電源和地之間電容的存在，構成了電源和地之間的電流回路，形成共模干擾。

當電路中添加了共模濾波后，共模電流回流路徑減小，減少對接收機和電網的干擾。

2.1.3 濾波電路設計

我們設計EMI濾波器如圖1所示，電路包括兩級濾波結構，共模電感L103、共模電容CY102、CY102和差模電容C101組成第一級，共模電感L104、共模電容CY103、CY104和差模電容CX102組成第二級。R104、R105、R106為泄放電阻，保證電源斷電后迅速放電到安全電壓以下。

由于變壓器初次級分布電容的存在，引起共模干擾，因此可以通過減小初次級分布電容改善共模干擾，可以在變壓器初次級間增設屏蔽層。同時將變壓器屏蔽層接至初級的中線端，還可以抑制差模干擾。

圖1 EMI濾波電路

2.2 PFC電路

電路中由于MOSFET的開關狀態引起干擾，因此我們針對MOSFET加抑制措施，可以通過以下方法改善PFC電路的干擾：

調整驅動電阻R422、R423，改變開關速率;

MOSFET漏源極加吸收電容C410;

電阻D410兩端加磁珠BD1、BD2吸收干擾。

圖2 PFC電路

2.3 反激電路

在電路中，初級部分由于MOSFET通斷引起的干擾，我們通過電阻R210、電容C207、二極管FR107組成的吸收電路進行抑制，二級管采用快恢復二極管。也可以通過調節MOESFET柵極輸入的PWM脈沖改變MOSFET開關頻率來進行改善。

次級部分二極管的反向恢復電流引起的干擾，我們通過在二極管兩端并聯電容C301來吸收。如圖3a所示。

2.4 諧振電路

電路中通過調整MOSFET驅動電阻R515、R516和R518、R519來設置不同的開通和關斷時間，減小MOSFET的開關帶來的干擾，如圖3b所示。

圖3 反激電路和諧振電路

2.5 PCB設計

開關電源EMI設計中，PCB布板是非常關鍵的一環。優秀的PCB布板，即使有干擾源，也能最大程度地阻斷傳播途徑，將干擾水平降到最低;不良的PCB布板，即使干擾源不大，也會通過走線將其放大并傳播出去，甚至產生較大的干擾。PCB布板主要注意以下幾點：

（1）大電流信號走線要順、短、粗;

（2）大電流信號和小信號要分離走線，避免功率信號干擾小信號;

（3）不同系統之間的共地信號連接點盡量唯一確定;

（4）存在電流環路的地方，比如反激電路漏極的吸收環路，應該盡量使環路面積最小。

3.小結

通過對等離子電視電源的干擾分析，針對電路模塊設計出一套濾波電路，該套電路應用后，傳導和輻射都得到較好的抑制，配合整機的設計和整改，測試結果合格，滿足了項目要求。

參考文獻

開關電源與設計方案范文6

【關鍵詞】 載波通信 低壓電力線 干擾和噪聲

電力線載波通信（Power Line Carrier-PLC）是利用電力線路作為傳輸通道的載波通信，是電力系統一種特有的通信方式。本文中的直流低壓輸電線為+48V的直流輸電線，在低壓輸電線上基于PL3015的電力載波終端來實現400m的電力載波通信。

一、數據通信的實現

1.1 電力載波終端

電力載波終端的電力載波芯片選用PL3105C，它除了內嵌直序擴頻通信的數字信號處理單元外，還集成8/16位高速處理器內核和AD轉換、定時器、串口等模塊。電力載波終端的內部硬件結構如圖1所示。

電力載波終端是實現電力載波信號與數字信號之間相互轉換，它是整個電力載波通信的核心，它的特點與功能如下：（1）兼主控制器和擴頻調制解調功能；（2）DCSK擴頻調制和Y-NET自動組網技術，超強的電力線通信性能；（3）開放的接口，實現數據在電力線網絡中透明的傳輸，支持多種協議，如串口等；（4）使用方便，即插即用，無需二次開發，快速實現點到點的通信，應用十分廣泛。

1.2 通信實現

可根據需要，自定義實現指定設備間的電力線通信，即點到點，串口到串口的連接方式，現場設備通過串口分別與電力載波終端連接，低壓電力線載波通信系統的總體框圖如圖2所示，進行信息交換。

二、面臨的問題

（1）直流低壓電力線上干擾強，它是影響數據在直流低壓線上高質量傳輸的主要因素。直流低壓線上的干擾主要來自加載在電力線上面的設備，如開關電源、功放、電機等。開關電源發出的基波頻率從15KHz到1MHz以上，所占頻帶很寬，其諧波的振幅也很大，產生的強干擾將給通信帶來致命的傷害，以至于在接收端根本無法識別出發送的信號。（2）直流低壓電力線上信號衰減強，它制約了載波通信的距離。載波信號的衰減是隨著傳輸距離的增加而增加的。（3）直流低壓電力線上具有隨機性和時變性。由于直流低壓電力線上的容量不是很大，當負載接入或打開時，電力線上的容量有很大波動。由于負載的接入具有隨機性和時變性同樣造成電力線上容量的波動具有隨機性和時變性。

三、解決方法

（1）運用DCSK擴頻技術。擴頻通信用偽隨機編碼將待傳送的信息數據進行調制，實現頻譜擴展后再傳輸，在接收端則采用同樣的編碼進行解調及相關處理。DCSK擴頻技術抗干擾性強、誤碼率低。對于各種干擾信號，因其與接收端解擴碼的非相關性，解擴后窄帶信號中只有很微弱的成分。此時，信噪比很高，達到了抗干擾性強、誤碼率低的效果。（2）采用中續通信。在長距離電力線上分段串入載波通信模塊，將長距離通信分割成數段短距離通信，電力線中間串入載波通信模塊起到通信中續的作用，增強信號強度，提高通信距離與質量。（3）降低電力線上的干擾，這里主要是指降低開關電源的干擾。可將電力線上的開關電源換為線性電源，在電源模塊電源近端加EMC濾波器，根據電源輸出端的功率在輸出端增加RC濾波和磁環。

四、結束語

本文在給出了載波通信模塊設計的基礎上，綜述了直流低壓電力線載波通信的設計方案，提出了在實際應用上面出現的問題，同時給出了解決這些問題的方案。但直流低壓電力線載波通信這一技術還需要我們更加深入的研究，盡可能全面的實驗，為這項技術早日廣泛應用于生產和生活而努力。

參 考 文 獻

[1] 齊淑清. 電力線通信（PLC）技術與應用[M]. 北京：中國電力出版社，2005：13-14