开关电源电路范文第1篇
摘要：512路峰值检波数据采集系统用于监测大功率放大器老化实验时的输出功率，该系统分成四个机箱，每个机箱由32个4路检波模块和一块数据处理模块构成。数据处理模块，运行环境为STM32F103VET，设计了专门的嵌入式软件。四路检波模块，射频及模拟电路部分相互独立，数模转换及通讯部分共用一个单片机。
关键词：峰值检波；功率监测；嵌入式系统
1 引 言
目前，射频功率放大器进行批量老化实验通常会遇到几个问题：功率测试设备仪器昂贵，以及如何高效的监测每个放大器是否正常工作。为此我们设计一个了专门的系统，该系统能够实时上报各个功率放大器当前的输出功率，监测功率放大器的老化状态。
2 系统方案设计和工作原理
512路峰值检波数据采集系统分成四个机箱，每个机箱由32个4路检波模块和一块数据处理模块构成。1号机箱四路检波模块地址01-32，2号机箱四路检波模块地址33-64，3号机箱四路检波模块地址65-96，4号机箱四路检波模块地址97-128。数据采集模块通过RS485通讯接口收集128路峰值检波模块的检波数据，然后通过以太网通讯接口将检波数据上报给用户单元。数据处理模块，运行环境为STM32F103VET，设计了专门的嵌入式软件。四路检波模块，射频及模拟电路部分相互独立，数模转换及通讯部分共用一个单片机。系统框图如图1所示。
四路检波模块中射频及模拟电路部分相互独立，数模转换及通讯部分共用一个单片机，如图2所示。输入信号功率-10dBm～15 dBm；经过衰减器信号功率降为-25dBm～0dBm；经过肖特基检波器，射频信号转变为0.02V～1V电压信号；经过对数放大，电压信号范围0V～4V；将该信号送入峰值保持电路，峰值保持电路负责
记录检测到的最大电压，并受单片机控制每50ms复位一次；单片机依次对四路峰值保持电路进行采样做AD变换，并将数据汇总上报。
数据处理模块的功能收集32个4路检波模块的检波数据，然后上报给用户单元。数据处理模块和4路检波模块之间通讯采用485总线，查询工作，各模块收到相应命令后依次上报数据。数据处理模块和用户单元之间通讯采用以太网通讯（RJ45接口），工作在查询模式，通讯速率32个模块数据更新一次的时间不超过1.5秒。
3 软件设计
程序运行时，首先上电复位，然后初始化时钟和中断源，再打开中断。初始化数据主要包括RS485通讯波特率，SPI通讯速率，以太网通讯的IP地址和端口号，数据采集模块实际采集的检波模块数量等。数据采集模块通过RS485輪询采集各个检波模块的检波数据，实时更新数据，当接收到用户单元通过以太网发来的命令时，根据命令类型进行响应，如上报检波数据和存在故障的通道号。图3为软件流程图。
系统和参数初始化主要包括系统时钟设置，I/O初始化，SPI初始化，EEROM数据读取，定时器设置，串口初始化，网络初始化，创建TCP监听端口，中断初始化。初始化的参数均为存储在EEROM中的数据，上电后通过SPI口读取。系统时钟设置主要设置STM32F103VET平台的运行主频率，以保证系统的稳定运行；I/O口初始化根据硬件连接来定义各个I/O口输入输出功能和初始化电平；SPI通讯口主要用来存取EEROM中的数据，当用户单元通过以太网接口发送参数设置命令后，数据采集模块将相关参数存储到EEROM中；系统中设置了两个定时器，10ms定时和1S中定时，分别用于RS485通讯和以太网数据上报定时；串口初始化包括串口通讯波特率、中断设置和收发数据帧数据初始化；网络初始化包括采集模块IP地址设置、端口号设置、MAC设置、网关和子网掩码设置、设备通道数设置、创建TCP监听端口等。
数据采集模块通过以太网接口创建的TCP连接来接收用户单一的相关指令，根据接收的指令类型，做出相应的数据处理。数据采集模块接收到用户单元发送的以太网数据TCP包后，先校验数据包数据接收是否正确，若不正确，则丢弃该数据包；然后比对数据包的设备串号和该数据采集模块是否相符，若不相符，则不响应该数据包；在比对串号成功的基础上，数据处理模块根据指令的类型，进入到相应的子程序，如返回所有通道检波功率数据子程序，返回某个通道的检波功率数据子程序，返回通讯障碍的通道号子程序和设置设备通道数子程序。
4 上位机测试
上位机软件使用labview 2010开发，如图4所示。系统测试时，需选择对应的机箱IP地址，上位机和数据处理模块通过以太网进行通信，及时上报采集到功率监测数据。
5 结 论
512路峰值检波数据采集系统实现了射频功率放大器批量老化试验时的功率监测，具有成本低，效率高的优点，无需再使用昂贵的射频功率计和射频开关矩阵。
参考文献：
[1] 丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].第三版.西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[2] Eamon Nash.改善高动态范围均方根射频功率检波器的温度稳定性和线性度.ANALOG DEVICES.AN-653. www.analog.com.
作者简介：曾瑞锋（1984.09—），男，福建长汀人，2007年东南大学硕士毕业，现为中国电子科技集团第五十五研究所工程师。从事微波电路设计；梁庆山（1981.11—），男，江苏镇江人，工程师，硕士研究生。从事微波射频电路设计。
开关电源电路范文第2篇
摘 要：针对电源的远程监测及控制，提出了基于TCP/IP协议的远程电源管理方法。叙述了远程管理电源的系统硬件、软件设计。提出了由STM32F103 32位ARM微控制器为主控，W5500以太网控制器为通讯单元，有源以太网为控制电源。提出了利用TCP/IP协议方式进行信息的远程传输，构建远程管理系统的Internet接口，利用网络实现电源的远程监测及控制。
关键词：STM32F103;W5500;CH340;POE供电;TPS23753;TCP/IP协议;远程管理电源
0 引 言
弱电系统工程又称智能建筑工程，主要指通讯自动化（CA），楼宇自动化（BA），办公自动化（OA），消防自动化（FA）和保安自动化（SA），简称“5A”。在弱电系统工程中，需要使用大量直流24 V、12 V等集中供电电源，这些传统的集中供电电源并没有远程管理功能，要检查电源是否正常工作，需要维护人员亲自到现场检测。弱电系统工程中，有些正在正常使用的设备比如摄像机、门禁读卡机、门禁控制器等可能需要进行复位重新启动，此时，也只能依靠维护人员到现場对该设备进行手动复位。如果给这些集中供电电源增添远程管理功能，则可以实现电源的远程监测，也可以对远程电源实行开/关控制，从而让设备断电/上电重新启动，实现了设备复位功能的远程控制。电源添加了远程管理功能后，既减少了维护人员的工作量，又提高了弱电系统工程设备维护的效率。
1 总体方案设计
本设计采用TCP/IP协议传输数据。TCP/IP协议是可以在多个不同网络间传输数据的协议簇，不需要依赖特定的硬件或者操作系统，具有开放的协议标准，就算在不使用Internet的情况下，应用TCP/IP协议也可以使硬件和软件的结合变得较为容易。
现今弱电系统工程中所使用的传统式集中供电电源，技术成熟，质量稳定。本设计基于广州市康讯动力科技有限公司生产的12 V 20 A集中供电电源为基础，在原电源电路上加上基于TCP/IP协议的远程管理功能模块。模块采用有源以太网（Power Over Ethernet，POE）供电方式，无须额外提供电源。系统结构设计如图1所示。
如图1所示，数据通过RJ45网络接口，经过W5500以太网控制器处理，送到STM32F103 MCU（下文MCU均代表型号为STM32F103的微控制器）。220 V市电输入主电源电路，变成输出12 V20 A的直流电源。主电源电路与MCU连接，实现远程开/关控制及电流电压检测。POE交换机输出的直流电源，通过RJ45网络接口，进入POE电源转换器，转换成MCU及W5500以太网控制器需要的5 V、3.3 V电源电压。
2 系统设计分析
2.1 硬件设计
2.1.1 主电源部分
主电源部分为220 V市电输入，输出电压12 V，电流20 A的开关电源电路，主电源驱动采用成熟的TL494电源管理芯片，电源变换器使用半桥拓扑结构。
2.1.2 主电源电流与电压采集
电流检测使用了Allegro公司一种基于霍尔效应的线性电流传感器IC芯片ACS712，ACS712具有2.1 kV RMS电压隔离和低电阻电流导体的全集成。Allegro的ACS712可以为工业，商业和通信系统中的AC或DC电流感应提供经济、精确的解决方案[1]，特别适合要求电气隔离的电流采样方式。电流、电压检测原理图如图2所示。
如图2所示，12 V正电压经U1的1、2脚输入，从U1的3、4脚输出，U1检测到的电流信号Iv送到MCU电流检测输入端。输出的电压12V+o经过R4、R5分压，得到1/10的比例电压Vf，送到MCU电压检测输入端。
2.1.3 主电源开/关控制
主电源的开/关可以通过MCU、W5500以太网控制器实现远程控制，其控制原理图如图3所示。
如图3所示，主电源正常工作为开时，12V+o的输出电压通过R7提供给Q1基极偏置电流，Q1导通，E3两端电压为0 V，TL494第4脚DTC的死区电压为0 V，TL494驱动输出为开启状态。当MCU收到W5500以太网控制器的远程关电源信号时，MCU电源控制脚驱动U2光耦导通，R7提供给Q1基极偏置电流为0 V，Q1截止TL494第14脚的5 V基准电压Vref通过R6给E3充电，当E3充满电后，电压通过D2加到TL494第4脚，TL494第4脚有死区电压时，TL494驱动封锁，输出为关闭状态，主电源停止工作。图3的电路除了具备开/关机功能，还可以实现主电源开/关的软启动和输出短路保护功能。
2.2 TCP/IP协议网络控制部分
以STM32F103 32位ARM微控制器做主控，W5500以太网控制器做网络通信单元，网络控制电源使用POE有源器件控制器TPS23753芯片。
2.2.1 主控电路
TCP/IP协议处理的数据量比较大，需要使用高速、容量大的微控制器为主控。STM32F103xx集成了以72 MHz频率运行的高性能ARM Cortex-M3 32位RISC内核，高速嵌入式存储器（闪存存储器最高128 kB，SRAM最高20 kB）[2]。芯片集成定时器Timer，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART等多种外设功能，时钟频率达到72 MHz，为同类产品中性能最高。内部包含大容量只读程序存储器，具有丰富的引脚结构以及在线系统编程（ISP）功能，可以满足本设计的需要，故选用STM32F103微控制器为该系统的主控制电路。系统的主控制电路如图4所示。
为方便该系统与电脑连接，实现编程及调试，使用USB接口CH340G芯片。电路原理参看图4中U7 CH340G USB接口芯片部分。
2.2.2 以太网控制器
W5500芯片是硬连线的TCP/IP嵌入式以太网控制器，可使用串行外围接口（SPI）为嵌入式系统提供更便捷的Internet连接。使用单个芯片实现TCP/IP堆栈，10/100 Mbps以太网MAC和PHY，最适合需要高稳定性互联网连接的用户。W5500使用32 kB内部缓冲区作为其数据通信存储器，用户可以通过使用简单的套接字程序而不用处理复杂的以太网控制器来实现所需的以太网应用程序。提供SPI（串行外设接口）以便与MCU轻松集成。W5500的SPI支持80 MHz速度和新的高效SPI协议[3]，因此用户可以实现高速网络通信。以太网控制原理图如图5所示。
2.2.3 以太網控制电路的电源
以太网控制电路的电源，使用POE供电方式。POE供电是一种可以在以太网中透过双绞线来传输电力与数据到设备上的技术。POE供电能借以太网获得供电，无需额外的电源插座，能省去配置电源线，使成本相对降低。POE不需要更改以太网的缆线架构即可运作，采用POE系统既节省成本易于布线安装又能够实现远程通电、断电的功能[4]。
本设计的电源属于受电端设备PD，PD的核心部分为电源管理芯片，采用TI的芯片TPS23753，该芯片技术成熟，性能稳定。POE电源模块原理图如图6所示。
2.3 软件程序设计
本设计采用TCP/IP协议实现对数据的传输。TCP/IP协议划分为应用层、传输层、网络层、链路层的4层模型结构。TCP/IP模型及协议[5]，如表1所示。
为节省资源，提高运行速度和效率，本设计采用UDP方式传输。W5500以太网控制器已经集成了TCP/IP协议栈，只需要选择UDP工作方式即可，不需要对其编程，因此，只需要对MCU编写程序。
设备启动，MCU给W5500加载网络参数，选择工作方式，W5500完成初始化后，等待网络数据，收到远程网络请求时，请求MCU接收数据，MCU发出许可指令后，W5500把数据发给MCU，MCU将收到的数据作指令解释，执行指令，MCU将主电源电压、电流值采集，按格式打包数据送至W5500，由W5500通过网络发送给远端请求的设备（电脑）。如果MCU收到的是开启/关闭主电源的指令，通过图4中的主电源远程开/关控制接口，控制主电源的开/关状态。
3 电路板设计及调试
为了在弱电系统工程中方便安装工作，将整个电源设计成导轨安装方式，分两块电路板，上下层结构，嵌装在一个带导轨支架的铝质外壳内。经过优化布线设计的PCB电路板如图7所示。
如图7所示，图7（a）为主电源板，包含有TL494电源驱动，高频变换器，半桥拓扑结构。图7（b）中电路板由以太网控制部分、主电源的市电输入EMI滤波部分、直流12 V输出滤波部分构成。以太网控制部分有RJ45网络接口，USB编程接口，方便在线编程调试。在Keil编译器上使用C语言进行编程，通过USB编程接口，将程序写到MCU中。使用通用的TCP/IP调试工具，可以实现调试、设置及远程操作。
4 结 论
本文对基于TCP/IP协议远程管理电源的实现进行了分析，利用STM32F103微控制器为主控，基于TCP/IP协议进行数据传输，采用POE网络供电方式，实现了电源的远程管理，并对外观、电路板设计进行了描述。该系统有效降低了弱电工程维护人员的工作量，提高相应设备维护的效率，具有良好的实用价值。
参考文献：
[1] Allegro. ACS712 DATASHEET [EB/OL].（2020-01-30）.https：//www.allegromicro.com/en/products/sense/current-sensor-ics/zero-to-fifty-amp-integrated-conductor-sensor-ics/acs712.
[2] STMicroelectronics.STM32F103C8数据手册 [EB/OL].（2015-08-21）.https：//www.st.com/content/st_com/zh/products/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32-mainstream-mcus/stm32f1-series/stm32f103/stm32f103c8.html.
[3] WIZnet. W5500 Datasheet v1.0.9-English [EB/OL].（2019-05-22）.http：//wizwiki.net/wiki/doku.php？id=products：w5500：datasheet.
[4] 维基百科.以太网供电 [EB/OL].（2018-12-18）.https：//zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD% 91%E4%BE%9B%E7%94%B5.
[5] 陈欣.基于TCP/IP协议的通信电源监控系统的研发 [J].电源技术，2015，39（8）：1760-1761.
作者简介：刘木泉（1968—），男，汉族，广东肇庆人，研发部工程师，研究方向：电子电源、自动化控制。
开关电源电路范文第3篇
1 开关电源的发展背景和变化趋势
随着科学技术的发展、生活水平的提高, 人类在生产生活中, 对大自然所造成的污染与破坏也愈加严重, 加上自然资源的逐渐消耗, 人们已经开始意识到了环保节能的重要性。比如说在电源方面, 电源是所有的电子设备都必不可少的组成部分, 而最初的线性电源, 体积较大、需要输入电压范围较大、耗电量较大, 已经逐渐不符合现在以及未来的电子设备的构造理念, 因此开关电源这一控制电源的新元件被创造了出来。早在20世纪60年代, 开关电源便已问世, 但是当时的开关电源基本上全是由分离的元件构成的, 然而此时的开关电源依旧存在的如开关频率低、效率不高、并且线路比较复杂。当20世纪70年代的时候, 脉宽调制器集成电路的研制使得开关电源直接集成化, 并且双极型的器件向MOS型的器件的变化让电力系统得以高频化。到了20世纪80年代的时候, 随着电子化技术的兴起, 功率变换器的性能也得到了提升, 使开
2 高频开关电源的设计配置和技术的特性以及应用的特点
2.1 开关电源的构型
开关电源的典型结构如图所示, 其工作原理是:市电进入电源首先经整流和滤波转为高压直流电, 然后通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲, 再经过整流和滤波电路, 最终输出低电压的直流电源。同时在输出部分有一个电路反馈给控制电路, 通过控制PWM占空比以达到输出电压稳定。 (如图1所示)
2.2 技术方面的性能
高频开关电源系统的工作效率高峰范围应该在40%~80%。与此同时, 在对其研究中发现, 电源的效率随着电路的负载率的提高也会不断的增加。
2.3 开关电源设计时的配置原则
通常而言, 在采购开关电源的制作元件时, 一般会着重考虑扩容等方面的要素。开关电源的容量一般会大于通信设备当前的实际负载, 如果没有对冗余模块进行智能化的控制, 那样会使得电源的工作效率有所降低。
2.4 实际的应用方面
基站的开关电源在大多数的情况之下是在浮充的状态中工作的, 整体系统的输出量占到总量的1/3左右, 而模块需要在负载率达到40%之上才会达到最佳的能量转换状态。
2.5 节能方面的创新
在节能方面一方面需要提升高频开关电源的转换的工作效率, 从而使得通信的运营成本降低;另一方面需要使得基站的高频开关电源的设备的使用寿命适当的延长, 从而可以有效的降低维修者的劳动强度, 使得企业能够拥有更高的经济价值, 再者从节能的角度, 还可以使得投资的成本得以降低, 但是效益却提升。
3 节能技术的相关原理分析探讨
3.1 整流模块的功率组及特性
高频开关电源整流模块的功率组成大致包含空载损耗、带载损耗、输出功率等主要的特性包括:一定工作模式下空载损耗是固定不变的;带载损耗随负载增加而增加, 但工作效率随之大幅度提高。节能应用方面:通过控制模块工作模式 (开/关机) , 减小空载损耗并提高模块能源转换效率, 从而实现节能降耗。
3.2 节能控制技术原理
(1) 在现有的整流模块结构形式不变化的基础上, 只更改电源监控系统的软件, 使得整个通信电源系统能够工作在一个整流的最佳效率点, 关闭暂时不需要工作的整流模块。同时确保如果负载有变化, 通信电源系统仍可稳定供电。
(2) 根据实际负载, 监控系统自动对冗余整流模块进行软关断, 使之处于休眠、备用状态, 提高电源转换工作效率。
(3) 对系统负载、电池充电电流的变化能够实现冗余模块的智能控制 (开启/休眠智能选择) , 提高系统能源转换效率。
(4) 对系统整流模块采用自动轮换工作方式, 轮换原则为“先开后关”, 即先投入原来休眠模块工作, 后“关闭”原来工作的模块, 避免部分模块长期工作, 部整流模块均衡使用, 提高设备运行寿命。
分模块长期休眠, 保证。
3.3 整流模块软关断节能技术分析
(1) 上图2所示的上半部分为整流模块远程关断示意图, 它只关闭模块辅助控制电源的直流部分, 而交流部分损耗仍然存在, 实验测试结果表明, 该方法只可以把整流模块的自身电能损耗降低到50%。
(2) 上图3所示的下半部分为整流模块通过软件升级的监控模块实施软关断示意图3, 它可以实现同时关闭模块辅助电源的交流部分和直流部分, 实验测试结果表明, 该方法可以把整流模块的自身电能损耗降低到16%, 节约34%。因此整流模块软关断技术应用也是节约电能的关键措施之一。
4 开关电源节能方案测量方法
4.1 整流模块节能前、后能耗测量
模拟基站通信电源系统后备电池浮充状态时的实际负载量配置, 采用一台l50A (三个50A整流模块) 配置, 进行T24d、时的节能测试, 试验中采用纯电阻恒定负载, 软关断其中两个整流模块使之处于休眠状态。 (如图4所示)
4.2 整流模块节能前、后效率曲线
经过研究可知, 开关电源节能升级之前, 负载率低, 工作效率也低;当开关电源节能升级后, 由于部分整流模块处于“休眠”状态, 其负载率提高, 系统工作效率也提高, 降低了电能损耗, 达到节能的目的。 (如图5所示)
5 结语
通信高频开关电源智能控制节能技术的应用, 解决了高频开关电源在实际使用中效率低、浪费能源的现状, 平均约提升10%的工作效率点, 降低企业运营成本, 提高了企业的竞争力。在履行企业节能减排的社会责任, 节约大量的电费开支, 为企业和社会创造巨大经济效益。
摘要：电源是任何电子设备都必不可少的组成部分, 随着时代的进步, 人们对电子电源的要求越来越向高频化和节能化发展。开关电源被称为高效节能型的电源, 已经成为了稳压电源的主流产品, 高频开关电源的节能问题更是日益引起人们的重视, 本文将对高频开关电源的节能技术方面进行分析。
关键词：高频开关电源,节能技术,提升效率
参考文献
[1] 雷媛媛, 吴胜益.试论开关电源技术[J].通信电源技术, 2008.
[2] 李文才, 鲁传峰.新一代开关电源发展趋势[J].能源技术与发展, 2008 (5) .
开关电源电路范文第4篇
[摘要]音频功率放大器对电源的要求比较特殊,一般电源很难满足要求,而电源的好坏又很大程度上决定的功率放大器的音效好坏,本文根据教学实验需要，分析了一种专门用于音频功率放大器的高频开关电源的设计方法，从而得出结论,认为高频开关电源是可以用于高保真音频功率放大器的。这使高频开关电源的应用领域扩展到了高保真音频功率放大器中,为以后的研究提供基本的理论基础。
[关键词]高频开关电源 电磁兼容 音频功率放大器 负载特性
一、引言
音频功率放大器主要由前置级、音调级、功率放大级3部分组成。前置级要求输入阻抗高、输出阻抗小、频带宽、噪声小；音调级对输入信号主要起到提升、衰减作用；功率放大级是音频功率放大器的主要部分，它决定输出功率的大小，要求输出效率高，输出功率大的特点。对整机的要求是失真小、噪声低，有较好的扩音效果。
通用的整流电源必须使用大容量变压器,这样才能保证相对较高的电气性能。但是，可想而知，这样电源系统的体积就会很大，相对笨重，成本也很高。一般的高保真音频功率放大器都是使用这种整流电源来供电的。
为了得到质量轻，体积小，成本低，而且电气特性优良的电源系统，我们首先想到了高频开关电源，因为高频的存在，使得用于变换的变压器体积小，质量轻。而现代电力电子技术的成熟也能保证开关电源有很好的电气特性。
众所周知，因为音频功率放大器要求电流变化的范围等因素的存在，一般通用的开关电源在音频功率放大器中表现欠佳，因此它在高保真音频功率放大器中没有获得广泛应用。所以开发音频功率放大器专用开关电源就很必要了。
通过对一系列的实验数据的分析我们发现，音频功率放大器对电源供电系统的要求很特殊。所以我们又分析了开关电源的特点，综合考虑，设计专用的开关电源。实验和主观听音评价都表明，高频开关电源在音频功率放大器中表现得很优秀。它完全可取代一般笨重的整流电源，成为高保真音频功率放大器电源的主流。
二、电磁干扰问题
电磁干扰问题是在设计开关电源时一定要考虑的问题，而在音频功率放大器中使用的开关电源我们就要更加注意此问题，因为电磁干扰是影响功放音质表现的主要因素，开关电源电磁干扰的形成有很多种，其中典型的如以下几个方面：
1.工频信号的电磁干扰
顾名思义，工频信号的来源是工频电网中的电压电流信号，一方面，工频电压中的基波分量本身就是一种干扰，只是干扰的频段较低。所以在一般的开关电源中，工频电压的基波分量的影响几乎不能查觉。另一方面，电力电子设备的出现，使电力控制等领域又有了实质性的发展。但是同时也带来负面影响。就是它会给电网带来谐波污染，而这大量的谐波污染又会反过来影响电力电子设备的稳定性。
2.功率变换管开关电磁干扰
在应用了PWM技术的开关电源中，主功率开关管一般在高电压和大电流或者以高频开关方式下工作，开关电压及开关电流一般都会畸变，例如，如果在阻性负载时，开关电压和电流的波形会呈现出近似为方波的类型波，这样，其中就一定含有大量的高次谐波分量。因为电压差可以产生强电场、电流的流动可以产生强磁场，而且大量的谐波电压电流的高频部分在设备内部会产生杂乱的电磁场，从而干扰设备内部电路，使系统工作不稳定，性能降低。与此同时，由于电源变压器存在的漏电感及分布电容和主功率开关管都不是工作在理想状态，在开关管在用很高的频率运做时，就会产生高频高压的尖峰谐波振荡，这种谐波振荡会产生高次谐波，就会通过开关管与散热器间的分布电容传入内部电路。
3.整流回路产生的电磁干扰
一般开关电源中有两个整流回路：一次整流回路和二次整流回路，这两者都不同程度的产生电磁干扰，虽然要经过滤波处理，但是二次整流回路和一次整流回路都依然会有少量的谐波干扰，因为变换频率远高于工频电网频率50Hz。即，整流回路产生的电磁干扰也是一种高频干扰。
综合以上分析，我们可以看出，这些干扰有着共同的特性，那就是它们都是高频干扰源。开关电源电磁干扰的频率都高于开关电源的开关频率。很多移动通信设备由于开关电源的电磁兼容性不好都影响了他们的正常工作。假如我们将开关频率设计在100 kHz以上，即使对这些干扰不采取其他特别的措施，也不会影响到通频带相对比较窄的音频功率放大器的正常工作。事实上，人们对于开关电源存在各种各样的电磁干扰已经做了各种努力，在几十年的开关电源发展史中，人们也在降低其电磁干扰方面尝试了很多的方法并有了一定的突破。例如，吸收电路可以降低电路中电压和电流的变化率；用软开关技术来修正电路的变换波形；使用EMI滤波技术抑制开关电源的传导干扰；选择合适的驱动电路，选用优秀元器件(包括功率管、二极管、变压器等)；进行合理的PCB布局、布线及接地，减小 PCB的电磁辐射和PCB上电路之间的串扰；加强屏蔽等措施。
三、音频功率放大器对开关电源的基本要求
音频功率放大器是一种功率经常突变的负载,对电源要求是:功率储备量大、反应迅速。对电源的功率储备量大，是因为只有这样才能应付各种音乐巨大的动态；要求电源反应迅速，是因为音频功率放大器经常处于负载的迅速变化中，电源的反应速度必须非常快，才能还原那些猝发性的高频信号。大的功率储备量和高反应速度是设计音频功率放大器专用开关电源的两条基本原则。通常的开关电源没有在这两方面做出特别的考虑，这正是它们无法适应音频功率放大器的根本原因。事实表明依照这两条原则设计出来的开关电源，在音频功率放大器中的表现是优秀的。
开关电源的高频变换电路形式很多，常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
推挽变换器功率开关管承受的电压应力高,只适用于低输入电压的场合,而且开关管关断时漏感能量在开关管上引起高的电压尖峰,给主功率变压器的绕制提出了很高的要求,同时变压器的偏磁问题给器件的一致性和驱动电路脉冲宽度的一致性提出了较高的要求。
在中大功率DC- DC变换器中一般采用全桥变换的电路结构,全桥变换器有两种典型的控制方式,即PWM控制和移相控制。PWM控制因为具有很多的优良性能而应用得十分普遍,但是由于PWM控制变换器中的开关器件一直工作在硬开关状态,每个周期都在高电压下开通,大电流下关断,使器件承受的开关应力大。另外,在高频PWM中会产生相当大的开关损耗,且开关损耗会随着开关频率的提高而增大,使得开关电源效率无法提高。而采用软开关技术的功率器件在零电压、零电流的条件下导通或关断,可以有效地降低开关管的损耗,因此理论上将开关管视为零损耗。采用移相控制软开关变换技术,实现超前相臂和滞后相臂的软开关方式有很多,也很复杂。
反激式开关电源的电路中存在一些电压剧变的节点。和电路中其他电势相对稳定的节点不同,这些节点的电压包含高强度的高频成分。这些电压变化十分活跃的节点称为噪声活跃节点。噪声活跃节点是开关电源电路中的共模传导干扰源,它作用于电路中的对地杂散电容就产生共模噪声电流。因此，反激式开关电源产生的电磁干扰相对较大。
单端正激型开关电源的结构比较简单，已广泛用于中小功率输出场合。但是由于这种拓扑结构的特点是功率变压器工作在B-H曲线的第一象限，因此必须采用适当的去磁方法，以消除磁心单向磁化饱和的潜在隐患。
四、音频功率放大器开关电源设计方法框图
基于以上分析，我们能够得出图1所示的适合音频功率放大器的开关电源基本工作框图。
其中，PWM控制驱动电路是整个电路的控制核心，可以由单片机或DSP实现；直流输出通过取样电路、放大电路进入控制核心，与基准电压比较，形成闭环。
五、结论
本设计方法既能用于直流电功率测量，又能用于低频交流电功率测量，从直流到音频范围内都能正常工作。由于采用有效值乘积的计算方式，不论对正弦单频信号，还是复杂波形的音乐、语音信号，本设计方法直接给出的都是负载实际消耗的有功功率，满度误差一般不超过±3％，基本能够满足教学实验的要求。且本设计方法的突出优点是电路简单可靠，工作频率范围宽，低成本，以有效值方式实现了有功功率的测量。既可单独使用，也可直接内嵌到相关设备中实现直流和低频电功率的测量及数字显示，非常适合教学实验及科研使用，值得推广。
参考文献:
[1]徐垦.新型的真有效值数字测量表A New Digital Measurement Meter for True Effective Value [J].电测与仪表,2005,42(6).
[2]蔡菲娜.基于C8051F单片机的非正弦波功率表的研制Study of non-sinusoidal waveforms Watt-meter based on C8051F-SCM[J].电测与仪表,2004,41(3).
[3]王学伟,周海波,张礼勇.电功率采样测量技术及其发展概况The survey and development of power sampling measurement technology [J].电测与仪表,2002,39．
[4]陈霞.利用AD7755实现电能有功功率的测量Using AD7755 to realize active power measurement [J].山东理工大学学报(自然科学版),2004，18(5)．
[5]张平柯．高频开关电源在高保真音频功放中的应用研究[J].器件与电路，2007,(6)．
(作者单位：浙江理工大学信息与电子学院）
开关电源电路范文第5篇
摘 要：电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。论述了开关电源的基本原理以及开关电源技术的发展和未来趋势。
关键词：开关电源；原理；发展趋势
Basic Principle, Development and Trend of Switch Power Supply
LI Jing1， WEI Lin2
（1.Zhengzhou Xingtongpu Cogeneration Power Plant，Henan Zhengzhou 450000；2.Zhengzhou Bureau for 2001 Project，Henan Zhengzhou 450000)
Key words: switch power supply；basic principle；development；trend
1 开关电源的控制结构
一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、采样、基准电源、比较放大、震荡器、V/F转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。实际的开关电源还要有保护电路、功率因数校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。
2 开关电源的构成原理
（1）输入电路：线性滤波电路、浪涌电流抑制电路、整流电路。作用：把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源。
（2）变换电路：含开关电路、输出隔离（变压器）电路等，是开关电源电源变换的主通道，完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出。
（3）控制电路：向驱动电路提供调制后的矩形脉冲，达到调节输出电压的目的。基准电路、采样电路、比较放大、V/F变换、振荡器。基极驱动电路：把调制后的振荡信号转换成合适的控制信号，驱动开关管的基极。
（4）输出电路：整流、滤波。把输出电压整流成脉动直流，并平滑成低纹波直流电压。输出整流技术现在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。
3 国际开关电源发展的一个侧面
70年代起，我国在黑白电视机，中小型计算机中开始应用5V，20-200A，20kHZ AC－ DC开关电源。80年代进入大规模生产和广泛应用阶段，并开发研究0.5～5MHz准谐振型软开关电源。80年代中，我国通信电源在AC－DC及DC－DC开关电源应用领域中所占比重还比较低。90年代，中小型（500W以下）AC－DC和DC-DC开关电源的特点是：高频化（开关频率达300－400kHZ）以达到高功率密度，体小量轻；力求高效和高可靠；低成本；低输出电压（≤3V；AC输入端高功率同数等。在今后几年内仍然将沿这些方向发展。
从主要技术标志上看，几十年来推动开关电源性能和技术水平不断提高的本要标志是：
（1）新型高频功率半导体器件的开发使实现开关电源高频化有了可能。
如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和晶闸管，从而使中小型开关电源下作频率可达到400kHZ（AC－DC）和1MHZ（DC-DC）的水平。
（2）软开关技术使高效率高频开关变换器的实现有了可能。
PWM开关电源按硬开关模式工作，因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此必须研究开关电比／电流波形个交更的技术。
（3）控制技术研究的进展。
如电流型控制及多环控制，电荷控制，一周期控制，功率因数控制，DSP控制；及相应专用集成控制芯片的研制成功等，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。
（4）有源功率团数校正技术（APFC）的开发，提高了AC－DC开关电源功率因数。
由于输入端有整流一电容元件，AC－DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备（如逆变器，UPS）等的电网测功率团数仅为0.65，80年代用APFC技术后可提高到0.95 ～0.99，既治理了电网的谐波\"污染\"，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC －DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFC则是三相PWM整流开关拓扑和控制技术的结合。
（5）磁性元件新型磁材料和新型变压器的开发。
如集成磁路，平面型磁心，超薄型（Low profile）变压器；及新型变压器如压电式，无磁心印制电路（PCB）变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。
（6）新型电容器和EMI滤波器技术的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。
（7）微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式；并对开关电源提出了小型轻量要求，此外要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。