電源紋波測試方法精選(九篇)

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第1篇：電源紋波測試方法范文

關(guān)鍵詞：單級；LED驅(qū)動電源；功率因數(shù)校正；頻閃

引言

文章基于單級有源功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動電源，根據(jù)頻閃的定義、波動深度的表達(dá)式，采用JW1220芯片設(shè)計相應(yīng)的去紋波電路，達(dá)到無頻閃的效果。

1 頻閃和波動深度

1.1 頻閃定義

頻閃就是指開關(guān)周期內(nèi)光的不斷波動。開關(guān)周期就是閃爍頻率，根據(jù)不可察覺的閃爍頻率和波動深度函數(shù)關(guān)系，即波動深度隨驅(qū)動電流頻率的函數(shù)關(guān)系，加利福尼亞的Jim Benya研究發(fā)現(xiàn)：輸出電流的開關(guān)周期應(yīng)該大于2kHz，這樣人的眼睛才不會產(chǎn)生“視覺暫留”現(xiàn)象。

1.2 波動深度的定義

波動深度的表達(dá)式也稱邁克爾遜對比公式，即為最大和最小亮度之差除以最大和最小亮度之和。圖1是波動關(guān)系示意圖，由圖可知，波動深度（閃爍百分?jǐn)?shù)）的表達(dá)式為：

由正向電流與光強(qiáng)關(guān)系可以知道兩者基本上成正比關(guān)系，由于光通量和光強(qiáng)也成正比關(guān)系，因此我們可認(rèn)為電流和光通量成正比關(guān)系。則波動深度也可表示為：

式中，Imax-輸出電流的最大值（mA）；Imin-輸出電流的最小值（mA）。輸出電流的最大值和最小值都是指LED驅(qū)動電源輸出直流上的交流成分的最大值和最小值。

從上述可知，在對人無影響的前提下，隨著閃爍頻率越來越大，波動深度的值越來越高，實(shí)驗(yàn)表明，頻閃波動深度小于5%的光源發(fā)出的光，對人的眼睛不會造成疲勞。

2 方法和結(jié)果

為了解決電流紋波較大的問題，通常會接入較大容量的電解電容，但是電解電容的壽命嚴(yán)重制約著LED壽命，因此許多研究無電解電容的LED驅(qū)動驅(qū)動電源。但是由于沒有電解電容，驅(qū)動電流中含有兩倍工頻的交流成分，在50Hz市電下LED存在100Hz的頻閃。文章是從LED驅(qū)動電源輸出端出發(fā)，利用JW1220芯片組合一個相應(yīng)的去紋波電路，降低輸出端直流電流中的交流成分，達(dá)到一個無頻閃的效果。

2.1 電路的原理

圖2是基于JW1220芯片的去紋波電路原理圖，該電路能達(dá)到LED無頻閃的效果，文章用的LED驅(qū)動電源是采用有源PFC芯片的Buck電路組成，其輸入電壓為220V，工頻50Hz，輸出電壓為77V，輸出電流為240mA。后接入去紋波電路，即去紋波電路的輸入電壓為77V，輸入電流為240mA。

電容器C2是一個集成電容器，C2的變換電壓作為一個參考電壓，外部MOSFET管Q2把LED電流紋波轉(zhuǎn)化為電壓紋波，確保恒定的電流流過LED，JW1220通過檢測外部MOSFET的運(yùn)行狀態(tài)來變化C2的電壓，當(dāng)Q2處于飽和狀態(tài)時，系統(tǒng)的效率比較低，改變C2電壓使VC引腳和ILED（輸出電流最大值）升高，電源的輸出電壓降低。相反，當(dāng)Q2工作在線性區(qū)，LED電流調(diào)節(jié)回路是開放的，C2使得VC引腳電壓和ILED電流降低，電源輸出電壓升高，然后LED電流調(diào)節(jié)回路關(guān)閉，使得整個功耗減小以提高系統(tǒng)的效率。電流調(diào)節(jié)器檢測電阻R4和R5電壓等于參考電壓VC。為了消除電流紋波，C2電容值可以確定電流紋波的最終幅度，它的值應(yīng)該足夠大，但是過大便會減慢動態(tài)響應(yīng)。因此，正常情況下C2選取2.2uF或1uF相對合理。為了限制最大輸出電流尤其在短路狀態(tài)，VS引腳的最大電壓為2V，這樣R4和R5的選取應(yīng)遵循：

根據(jù)輸入值，此電路的R4和R5選取1歐姆。

2.2 測試結(jié)果

無去紋波電路的輸出電壓電流波形，可計算出其波動深度為：

有去紋波電路的輸出電壓電流波形，可計算出其波動深為：

由上面數(shù)據(jù)對比可以看出，通過加入去紋波電路后，很好的濾除了輸出直流電流中的100Hz交流成分，并且實(shí)現(xiàn)了紋波達(dá)到了5%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了去紋波電路的有效性。

3 結(jié)束語

文章通過闡述頻閃和波動深度定義，對LED頻閃有了具體的了解。闡述為了消除電解電容提高LED驅(qū)動電源壽命的幾種方法。提出了一種基于JW1220芯片的去紋波電路，并且通過實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證了電路的有效性，也滿足了市場對LED驅(qū)動電源的要求：高功率因數(shù)，波動深度小于5%。達(dá)到了LED無頻閃的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]Narendran N，Gu Y.Life of LED-based white lightsources[J].Journal of Display Technology.

[2]廖忐凌，阮新波.半導(dǎo)體照明工程的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電工技術(shù)學(xué)報，2006.

[3]王舒，阮新波，姚凱，等.無電解電容無頻閃的LED驅(qū)動電源[J].電工技術(shù)學(xué)報，2012.

[4]劉煉.單級PFC非隔離無頻閃電源設(shè)計[J].燈與照明，2015.

第2篇：電源紋波測試方法范文

【關(guān)鍵詞】開關(guān)型；直流穩(wěn)壓電源；探究；電路設(shè)計

【中圖分類號】G64【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】2095-3089（2016）04-0163-02

在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與技術(shù)革新下，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源以其自身的工作表現(xiàn)與其可靠性成為我國電力系統(tǒng)中廣泛使用的一種設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源自重輕，工作內(nèi)故障低，工作效率高，且其性價比占優(yōu)勢，并具有功耗曉得良好表現(xiàn)。相比于其他開關(guān)型電源，開關(guān)型穩(wěn)壓電源應(yīng)用范圍廣，競爭力強(qiáng)，特別是對于粒子加速器等電源應(yīng)用范圍來說，開關(guān)型穩(wěn)壓電源具有著良好的專業(yè)性與穩(wěn)定性。通過對于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研讀與相關(guān)的影響因素分析，目前此類技術(shù)研究區(qū)域人員都是采用移相控制橋來對DC/DC變換小信號模式進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計。

1.對于動態(tài)小信號模型的相關(guān)闡述

對于動態(tài)小信號模型來說，不同的模型選取進(jìn)而得到的設(shè)計結(jié)果都會存在差異。所以，在模型的選取上，應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況進(jìn)行分析與配置。對于開關(guān)電源來說，其本質(zhì)是作為一個非線性的控制對象在進(jìn)行工作，如果要對其進(jìn)行成功的設(shè)計與分析，那么在進(jìn)行指導(dǎo)建模時，應(yīng)以近似建立在其穩(wěn)態(tài)時的小信號擾動模型為依據(jù)。這一思路一方面取決于小信號擾動模式穩(wěn)態(tài)時具有與設(shè)計目標(biāo)相近的工作表現(xiàn)；另一方面也是由于這樣的模型對于大范圍擾動時的擬態(tài)不夠精準(zhǔn)，會造成相應(yīng)結(jié)論的誤差或偏差。基于此，以小信號擾動模型來進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計是保證其最終設(shè)計結(jié)果滿足設(shè)計要求的必要條件。

2.開關(guān)型穩(wěn)壓電源的相關(guān)性能指標(biāo)

2.1性能指標(biāo)之穩(wěn)定性

通過相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)踐結(jié)果研究表明，在不同的開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計下，會產(chǎn)生不同程度的魯棒性。而在暫態(tài)特性方面，其表現(xiàn)也會相應(yīng)提高。但對于直流新穩(wěn)壓電源來說，其系統(tǒng)下對于增益余量的要求是大于或等于40dB，對于相位余量的要求則是大于或等于30dB。

2.2性能指標(biāo)之瞬間響應(yīng)指標(biāo)

當(dāng)開關(guān)電源處于非穩(wěn)定狀態(tài)下，由于其所受的干擾，輸出量會出現(xiàn)相應(yīng)的抖動現(xiàn)象。且其抖動量會隨著其干擾而變化，當(dāng)干擾停止時，則其最終也會回到穩(wěn)定值，基于此，在對開關(guān)型穩(wěn)壓電源進(jìn)行這方面的性能指標(biāo)確定時，是以過沖幅度與動態(tài)恢復(fù)時間的長短來衡量其系統(tǒng)的動態(tài)特性的。在此定義下，瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)內(nèi)容主要是表現(xiàn)為，如果穿越頻率越高，則其系統(tǒng)恢復(fù)到動態(tài)平衡點(diǎn)的時間就越短，另一方面，系統(tǒng)在干擾情況下所表現(xiàn)的過沖幅度與其相位余量呈相關(guān)性。

2.3性能指標(biāo)之電源精度

在電源精度方面，其控制要求嚴(yán)格，一般其最終的電源精度誤差需要控制在設(shè)計目標(biāo)的1‰以下，且其紋波不得在1‰以上?？紤]到紋波自身的分類有高頻與低頻兩種，而這兩種紋波是基于開頭頻率表現(xiàn)的。如高頻紋波就是受到開頭頻率的影響，必須通過濾波器進(jìn)行控制。而低頻紋波則是受到電網(wǎng)波動的影響，必須通過系統(tǒng)的負(fù)反饋來進(jìn)行控制。

3.關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計

3.1關(guān)于系統(tǒng)下的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)相關(guān)設(shè)計應(yīng)用

目前來說，對于開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)來說，其補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是通過PI或者PID的算法來設(shè)計與制作的。也就是說，PI調(diào)節(jié)器的主要作用是對抗高頻紋波影響，也就是提高系統(tǒng)對于高頻干擾能力的抵抗性，但對于PI調(diào)節(jié)器來說，動態(tài)性差的缺點(diǎn)是無法忽視的。目前來說，實(shí)際應(yīng)用中通過引入微分算法后可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但其缺點(diǎn)也顯而易見：一方面是由于零點(diǎn)的大量引入直接造成系統(tǒng)對于高頻信號的敏感度大幅度提高，放大器在此情況下，很容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；另一方面則是當(dāng)開關(guān)紋波的放大倍數(shù)得到增大時，放大器也會隨之進(jìn)入非線性區(qū)，這結(jié)果只會造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。目前來說，對于這些缺陷是以超前滯后的方法來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?/p>

3.2關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計原理

3.2.1理想性技術(shù)指標(biāo)如下：（1）輸入交流：電壓220V（50—60Hz）；（2）輸出直流：電壓5V，輸出電流3A；輸入交流電壓在180—250V區(qū)間變化時，輸出電壓相對變化量應(yīng)小于2%；（4）輸出電阻R0<0.1歐；（5）輸出最大紋波電壓<10mv。3.2.2關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本工作原理。當(dāng)線性自流穩(wěn)壓電源處于低頻率工作狀態(tài)下時，那么調(diào)整管的工作由于其體積大，則其效率相應(yīng)低，但當(dāng)其調(diào)整管工作處于開關(guān)狀態(tài)下時，那么其的工作表現(xiàn)就為體積小，效率高。

3.3開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計探究

從以上論述可以看出，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)其低功耗的特點(diǎn)是由于晶體管位于開關(guān)工作狀態(tài)下時，對于功率調(diào)整管的功耗要求低。特別是對于理想狀態(tài)下的晶體管來說，當(dāng)其處于一種截止?fàn)顟B(tài)時，晶體管所經(jīng)過的電流為0，相應(yīng)的功耗也就為0；另一方面，由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穿越頻率較高，所以對于電路的動態(tài)響應(yīng)速度得以提高，而且整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度不受低通濾波器的影響；另外，相對于直流470V的電壓來說，并環(huán)穿越頻率遠(yuǎn)未達(dá)到這一頻率，輸出只為48V，特別是其電壓穩(wěn)定性方式，經(jīng)過測試，其低頻紋波穩(wěn)定率都在0.996以上，完全滿足了設(shè)計要求。

4.結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計時，小信號的模型選擇是關(guān)鍵點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，超前滯后網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償原理有效地彌補(bǔ)了精度電源的紋波限制高的問題。通過實(shí)踐也表明，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的適用性非常強(qiáng)，必將為人們生活提供更好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯世俊.淺談高性能開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源[J].學(xué)術(shù)探討，2011，（10）.

[2]樊思絲.高性能開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計探究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，（03）.

第3篇：電源紋波測試方法范文

[關(guān)鍵詞]移相全橋；數(shù)字控制；延時補(bǔ)償

中圖分類號：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0119-02

1 引言

隨著微控制器和數(shù)字信號處理器的快速發(fā)展，電力電子行業(yè)中，開關(guān)電源的控制方式開始由模擬控制向數(shù)字控制的方向轉(zhuǎn)變。與模擬控制相比，數(shù)字控制具有溫漂小、抗干擾能力強(qiáng)、一致性好、易于標(biāo)準(zhǔn)化、控制方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。但同時數(shù)字控制也存在著一些問題，其中最主要一點(diǎn)就是采樣和計算延時。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，離散化的采樣和計算過程會給系統(tǒng)帶來延時影響，這種延時實(shí)際上相當(dāng)于給系統(tǒng)增加了一個滯后環(huán)節(jié)，系統(tǒng)控制的穩(wěn)定范圍會受到影響。為提高數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，改善動態(tài)響應(yīng)速度，對延時進(jìn)行預(yù)估補(bǔ)償就變得必不可少[1-3]。

本文提出了一種延時預(yù)估補(bǔ)償控制算法，在時刻，通過預(yù)先估計時刻的輸出而獲得預(yù)測控制變量，使延遲的被調(diào)量超前反應(yīng)到控制器，從而補(bǔ)償系統(tǒng)的時延[4-6]。在30A/48V移相全橋DCDC數(shù)字電源樣機(jī)中對此控制算法進(jìn)行測試，驗(yàn)證了此算法的正確性。

2 延時預(yù)估補(bǔ)償控制算法

在傳統(tǒng)的離散控制系統(tǒng)中，通過計算時的控制變量來控制時的輸出量。而預(yù)估法在時通過預(yù)先估計時的輸出而獲得預(yù)測控制變量，使延遲的被調(diào)量超前反應(yīng)到控制器，從而補(bǔ)償系統(tǒng)的時延。

3 系統(tǒng)描述

移相全橋DCDC變換電路由4個功率開關(guān)MOS管組成，通過控制開關(guān)管的通斷順序和通斷時間，實(shí)現(xiàn)零電壓零電流開關(guān)；高頻變壓器起到隔離與降壓的作用；整流濾波電路實(shí)現(xiàn)對變壓器副邊的高頻電壓進(jìn)行整流和濾波。數(shù)字控制系統(tǒng)對輸出電壓和輸出電流進(jìn)行閉環(huán)控制，將檢測到的輸出電壓和電流信號送入AD，與設(shè)定值比較后，通過控制算法產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號，控制功率開關(guān)MOS管的通斷，以得到相應(yīng)的輸出電壓和電流值。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采用主程序和中斷執(zhí)行代碼方式工作，所有對時間要求嚴(yán)格的代碼均在中斷中執(zhí)行，對時間沒有嚴(yán)格要求的代碼在主循環(huán)中執(zhí)行。其中AD采樣、保護(hù)、控制算法等控制環(huán)節(jié)需要在定時中斷中完成。

根據(jù)控制策略，在周期內(nèi)，采樣輸出電壓，在周期內(nèi)，采樣輸出電壓，根據(jù)延時預(yù)估補(bǔ)償公式（6），則得到補(bǔ)償輸出電壓，經(jīng)過PI控制，得到控制調(diào)節(jié)量，作為周期的調(diào)節(jié)控制量，周期內(nèi)，采樣輸出電壓，仍使用作為周期的調(diào)節(jié)控制量，周期內(nèi)，采樣輸出電壓，補(bǔ)償輸出電壓，經(jīng)過PI控制，得到控制調(diào)節(jié)量，作為周期的調(diào)節(jié)控制量。由上所述，輸出電壓每個控制周期采集一次，其中偶數(shù)周期內(nèi)計算補(bǔ)償輸出電壓，得到預(yù)估調(diào)節(jié)控制量，調(diào)節(jié)控制量每兩個控制周期更新一次。圖3給出控制環(huán)節(jié)的定時器中斷流程圖。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在30A/48V移相全橋DCDC數(shù)字電源樣機(jī)中對此控制算法進(jìn)行測試，測試項目包括穩(wěn)壓精度、紋波和動態(tài)特性。對于穩(wěn)壓精度和紋波的測試，主要觀察負(fù)載變化對穩(wěn)壓效果和紋波的影響，如表1所示：

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在不同負(fù)載情況下，該系統(tǒng)的穩(wěn)壓精度不超過±0.1%，最大紋波不超過200mV。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，輸出穩(wěn)態(tài)電壓時出現(xiàn)切換負(fù)載，在輸出端的最高電壓不大于105%的設(shè)定值。

6 結(jié)論

本文針對數(shù)字控制中的延時問題，提出了一種延時預(yù)估補(bǔ)償控制算法，并將此算法應(yīng)用于移相全橋DCDC數(shù)字電源系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計方案可行，各項指標(biāo)均滿足要求。

參考文獻(xiàn)

[1] Maksimovic D， Zane R， Erickson R. Impact of digital control in power electronics[C]. Proceedings of the 16th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs， 2004： 13-22.

[2] He Mingzhi， Xu Jianping. Improved digital predictive control of switching DC-DC converters[C].Proc. Of IEEE Applied Power Electronics and Exposition Piscataway， 2007： 1466-1471.

[3] Natori K， Oboe R， Ohnishi K. Analysis and design of time delayed control systems with communication disturbance observer[C]. IEEE International Symposiumon Industrial Electronics， 2007： 3132-3137.

[4] 顏凌峰， 謝運(yùn)祥， 甘久超. 直流開關(guān)電源數(shù)字控制器的補(bǔ)償方法綜述[J]. 電工技術(shù)雜志， 2002， 6：4-7.

YAN Ling-feng， XIE Yun-xiang， GAN Jiu-chao. Time Delay Compensation for Digital Controlof DC Switch- mode Power Supplies[J]. Electric Engineering， 2002， 6：4-7.

[5] 孫鵬菊， 周雒維， 杜 雄. 具有延時補(bǔ)償?shù)恼伎毡阮A(yù)測數(shù)字控制算法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報， 2010，25（5）：123-128.

第4篇：電源紋波測試方法范文

【關(guān)鍵詞】LED;高頻低功耗轉(zhuǎn)換器;采樣;TLV5616

1.引言

根據(jù)能量來源的不同，LED驅(qū)動電路總體上可分為兩類，一是AC/DC轉(zhuǎn)換，能量來自交流市電，二是DC/DC轉(zhuǎn)換，能量來自干電池、可充電電池、蓄電池等。根據(jù)LED驅(qū)動原理的不同，又可以分為線性驅(qū)動電路和開關(guān)驅(qū)動電路。線性電路成本低，價格便宜，但效率較低，一般不會超過60 %。開關(guān)電路效率高，一般可達(dá)80 %左右，成本稍高。TPS61040作為一種高效BOOST的LED驅(qū)動芯片，輸入電壓的動態(tài)范圍為1.8V～6.0V（實(shí)際測得最低可以到1.5V），而輸出最高可達(dá)28V，其峰值400mA的輸出電流意味著最大可以驅(qū)動數(shù)十個LED。

2.總體電路設(shè)計

總體電路設(shè)計如圖1所示，整個系統(tǒng)采用3.3V電壓供電，系統(tǒng)主控芯片MSP430F149負(fù)責(zé)對輸出電流值進(jìn)行采樣并顯示，并能夠通過12位超低功耗串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLV5616對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制輸出電流的目的。為提高軟件設(shè)計性能，按鍵部分采用中斷的方式對輸出電流值實(shí)現(xiàn)1-22mA每次步進(jìn)3mA的加減循環(huán)步進(jìn)。

圖1 總體設(shè)計框圖

3.總體設(shè)計恒力源驅(qū)動部分

驅(qū)動電路采用TI公司的DC/DC芯片TPS61040，它是一款高頻低功耗升壓轉(zhuǎn)換器，專門用于中、小型LCD偏壓和白光LED背光照明。

3.1 TPS61040的封裝及引腳說明

TPS61040采用SOT-23-5或SON-6封裝，其引腳功能說明如表1所示。

表1 TPS61040引腳功能說明

引腳名稱 引腳號 引腳功能說明

SOT-23 SON-6

EN 4 3 使能端。當(dāng)該引腳接地時，芯片處于關(guān)斷模式，工作電流小于1uA

FB 3 4 反饋端。通過反饋原件與輸出端相連，

從而控制輸出電壓

GND 2 1 地

NC NC 5 無連接

SW 1 6 開關(guān)端。外接電感和肖特基二極管，內(nèi)部與功率MOS管漏極連接

Vin 5 2 電源端

3.2 TPS61040作為恒流源的典型應(yīng)用電路

用TPS61040作為恒流的LED驅(qū)動芯片，電路可以采用兩種形式：采用PWM控制或基準(zhǔn)電壓控制，分別如圖2和圖3所示。TPS61040的FB（反饋）腳檢測輸出電壓，只要反饋電壓低于參考電壓（典型值1.233V），則內(nèi)部開關(guān)管Q1導(dǎo)通，電流增大;當(dāng)電感L1電流達(dá)到內(nèi)部設(shè)置峰值電流ILM（400mA）時Q1截止，另外為應(yīng)付極端條件以限制最大導(dǎo)通時間，在導(dǎo)通時間超過6us（典型值）時Q1也會截止。當(dāng)Q1關(guān)斷時，流過L1的電流中斷會升高電感上的電壓，使外部的肖特基二極管D1正偏并導(dǎo)通，D1作續(xù)流二極管保證電流輸出，為輸出電容器C1充電至一個較高電壓，這個電壓高于單獨(dú)的輸入電壓VIN。

在實(shí)際控制中，采用PWM的方式不需要外接其他原件，可以直接用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，通過改變其占空比實(shí)現(xiàn)對電流的控制，但TPS61040作為BOOST芯片，本來就有開關(guān)帶來的紋波，采用PWM方式的紋波會比較大，也不利于對輸出電流的采樣。采用基準(zhǔn)電壓控制的方法，需要外加一個DA芯片，增加了成本，但是其控制方式簡單精確，產(chǎn)生紋波小，利于采樣及反饋控制。本設(shè)計采用基準(zhǔn)電壓控制的方法，通過對FB端的反饋電壓（VFB=1.233V）的改變控制輸出電流，而使用FB端控制TPS61040輸出時，其輸出電流與DAC輸出電壓成反比且非線性，故使用了12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLV5616來控制恒流驅(qū)動電路，其在3.3V基準(zhǔn)電壓時精度可達(dá)0.008mV，可滿足一次步進(jìn)3mA的設(shè)計需要，同時二極管使用肖特基二極管以實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)和高效率。

TPS61040的最大開關(guān)頻率可達(dá)1MHZ，電感與額定負(fù)載電流，輸入和輸出電壓一起決定開關(guān)頻率：

式中，Ip為峰值電流，L為所選電感大小，大約10-50uH左右，電感值選取越小，開關(guān)頻率越大，輸出的紋波也就越小，可以根據(jù)具體輸出精度要求選取電感大小。VIN（max）是最大開關(guān)頻率時的最小輸入電壓，本設(shè)計按鍵設(shè)定電路最大輸出電流為22mA，TPS61040的峰值電流為400mA，根據(jù)下式計算得最大轉(zhuǎn)換頻率，，滿足條件，則接下來需要計算最大負(fù)荷電流：

式中，是預(yù)計的最大轉(zhuǎn)換頻率，η是期望的轉(zhuǎn)換效率，一般在75%-85%。

則最大輸出電流ILOAD（MAX）=0.4A，大于最大輸出電流22mA，滿足設(shè)計要求。

4.測試

4.1 電流精度測試

由于電源電壓的非完全穩(wěn)定輸出導(dǎo)致了DAC基準(zhǔn)電壓的變化，從而使得控制信號的不穩(wěn)定，造成了平均電流的出現(xiàn)的范圍允許的誤差。

4.2 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率

給定輸入電壓3.3V，當(dāng)輸入電流0.1A，輸出電壓16.7V，輸出電流16mA，此時的轉(zhuǎn)換效率為80.97%。當(dāng)輸出電流達(dá)到22mA時，輸出電壓17.74V，輸入電流為0.14A，此時轉(zhuǎn)換效率達(dá)到84.47%。

5.結(jié)論

本設(shè)計使用TPS61040，結(jié)合單片機(jī)控制，提供了一種高效率，可循環(huán)步進(jìn)設(shè)定輸出電流的LED驅(qū)動電路，轉(zhuǎn)換效率較高，電路簡潔易控制，克服了現(xiàn)有LED驅(qū)動電路中，存在的效率低，電路復(fù)雜的缺陷。在測試后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸出電流較小時，由于單片機(jī)并沒有采用低功耗模式，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率不到70%，可以通過啟動MSP430的低功耗減小在單片機(jī)上的電能消耗，另外在電路的FB反饋端使用一小電容接地，可使反饋引腳的紋波電壓降到50mV以下，從而更加精準(zhǔn)的控制輸出電流。

參考文獻(xiàn)

[1]周驊.基于恒流二極管的LED驅(qū)動電路設(shè)計[J].電源技術(shù)，2011，35（9）：1157-1159.

[2]陳越.諧振型高效率LED驅(qū)動器的分析設(shè)計[D].杭州：浙江大學(xué)，2012：20-30.

[3]陸志軍，王強(qiáng).一種新型升降壓LED驅(qū)動電源[J].電源技術(shù)，2010，4（12）：1287-1291.

[4]辛?xí)怨?大屏幕LED電視電源與背光驅(qū)動技術(shù)的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011：2-8.

[5]沙占友.新型單片開關(guān)電源使用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2001：1-2.

第5篇：電源紋波測試方法范文

【關(guān)鍵詞】鎖相環(huán)；高穩(wěn)定度；相位噪聲

一、引言

本文介紹一種高穩(wěn)定度和相位噪聲的鎖相環(huán)設(shè)計，適用于對頻率源指標(biāo)要求較高，鎖定時間要求較低的場合，而且相對于單個高穩(wěn)定度和相位噪聲的頻率源來說成本較低。

鎖相環(huán)電路是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路，它的基本原理是利用相位誤差電壓取消除頻率誤差，所以當(dāng)電路達(dá)到平衡之后，雖然有剩余相位誤差存在，但頻率誤差可以降低到零，從而實(shí)現(xiàn)無頻差的頻率跟蹤和相位跟蹤。而且鎖相環(huán)電路還具有科研不用電感線圈、易于集成化、性能優(yōu)越等許多有點(diǎn)，因此廣泛用于通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、導(dǎo)航、儀表和電機(jī)都方面。

圖1是一個鎖相環(huán)的構(gòu)成框圖，PLL電路基本上由下述三大部分組成：

鑒相器（phase Detector或phase Comparator）鑒相器用于檢測兩個輸入信號的相位差；環(huán)路濾波器（loop Filter）是將鑒相器輸出含有紋波的電流信號平均化，將此變換為交流成分少的直流信號的低通濾波器。環(huán)路濾波器除濾除紋波功能外，還有一種重要作用，即決定穩(wěn)定進(jìn)行PLL環(huán)路控制的傳輸特性；壓控振蕩器（Voltage Controlled Osillator）就是用輸入直流信號控制振蕩頻率，他是一種可變頻率振蕩器。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，要求信號的頻率越來越穩(wěn)定，一般的振蕩器已經(jīng)不能滿足要求，于是出現(xiàn)了高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的時鐘振蕩源。但是高穩(wěn)定度的時鐘振蕩源價格比較昂貴，對于成本的節(jié)約上有很大的限制。于是利用鎖相環(huán)技術(shù)產(chǎn)生高精度高穩(wěn)定度的頻率源應(yīng)運(yùn)而生，只需要一個成本不高的時鐘源和一個高穩(wěn)晶振就可以實(shí)現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定度的時鐘頻率輸出，圖2是一個高穩(wěn)定度鎖相環(huán)的框圖電路。

二、電路框圖

本文利用的是單片機(jī)STC12C5410AD和鑒相器芯片ADF4001以及一個高穩(wěn)壓控晶振實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)電路，電路框圖如圖3所示。

1.器件選擇

單片機(jī)用普通的單片機(jī)即可，本設(shè)計使用的是STC系列單片機(jī)，也可以使用51系列的單片機(jī)；ADF4001是AD公司的一款鑒相器芯片，最大輸出頻率可到200MHz，它內(nèi)部含有一個13位、一個14位的分頻器，可以對輸入頻率進(jìn)行分頻，使鑒相頻率一致；高穩(wěn)定度的壓控晶振可以自己選擇，適合自己要求的，表1是我們自己選擇的恒溫晶振部分指標(biāo)。

2.環(huán)路設(shè)計

環(huán)路濾波器的設(shè)計是鎖相環(huán)的重點(diǎn)，它決定了鎖相環(huán)的指標(biāo)好壞。環(huán)路濾波器的設(shè)計關(guān)鍵在環(huán)路帶寬上，環(huán)路帶寬會影響鎖定時間、相位噪聲和短穩(wěn)等指標(biāo)。環(huán)路帶寬與鎖定時間成反比關(guān)系；大于環(huán)路帶寬部分的相位噪聲由晶振決定，小于環(huán)路帶寬部分的相位噪聲由參考信號決定。環(huán)路濾波器的設(shè)計方法比較多，各有優(yōu)勢，下面是本設(shè)計采用的參數(shù)計算方法，環(huán)路帶寬設(shè)置為0.5Hz、相位裕度45°，鑒相頻率100kHz。采用三階無源濾波器。圖4是我們的三階無源濾波器電路。

首先已知相位裕度φ、參考頻率fc、鑒相頻率fcomp、壓控靈敏度Kv、鑒相靈敏度Kφ、輸出頻率fout、時間常數(shù)T31（取0到1之間）。

根據(jù)以上公式和已知條件，即可計算除電路中各個元器件的值。當(dāng)然這只是一種環(huán)路濾波器的計算方法，也可以使用AD公司提供的ADIsimPLL軟件進(jìn)行計算，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

一般環(huán)路濾波器首選無源濾波器，因?yàn)闊o源濾波器相對于有源濾波器來說，引入的相位噪聲更小一點(diǎn)。除非壓控電壓超出了無源濾波器的輸出電壓范圍，我們才選擇有源濾波器。

3.軟件部分

4.注意問題

（1）電源

因?yàn)槲覀兪褂玫氖歉哽`敏度的壓控晶振，對電壓特別敏感，所以在處理電源濾波上要非常到位，特別是ADF4001的供電電壓必須適用穩(wěn)定度高的穩(wěn)壓器，因?yàn)楣╇婋妷褐苯佑绊懫骷?nèi)部電荷泵的電流，從而影響環(huán)路輸出電壓，導(dǎo)致晶振輸出穩(wěn)定度變差。我們在鑒相器電源引腳一次放置0.1uF、0.01uF、100pF的電容，最大限度濾除電源線上的干擾。還在電源線上串一個小電阻，進(jìn)一步對噪聲進(jìn)行隔離。

（2）VCO的輸出功率分配

VCO的輸出通過一個簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)，將各個端口匹配到50歐姆，如圖所示，利用三個18歐姆的電阻組成的T型網(wǎng)絡(luò)完成。這樣做會使B點(diǎn)和C點(diǎn)的功率比A點(diǎn)的功率低6dB，設(shè)計中應(yīng)該注意。圖5是輸出功率的電阻分配圖。

總之，要取得良好的相位噪聲和短穩(wěn)，要在各個方面進(jìn)行改進(jìn)，還應(yīng)該注意以下的問題：

1）PLL芯片工作的電源紋波足夠低——不會惡化噪聲基底

2）PLL芯片的RF反饋輸入（VCO的輸出）具有合適的驅(qū)動能力——不容許計數(shù)器錯誤計數(shù)

3）PLL芯片的REF參考輸入具有合適的驅(qū)動能力——不容許計數(shù)器錯誤。

4）PLL環(huán)路濾波器的電阻不會增加任何額外噪聲——不高于熱噪聲

5）VCO的工作電壓紋波足夠小——不會惡化由于頻率牽引引起的相位噪聲。

6）環(huán)路濾波器屏蔽足夠好——VCO控制線上不會串入其他干擾信號，防止來源于數(shù)字電路的窄脈沖信號出現(xiàn)在濾波器的輸入端并直接耦合到輸出端。

三、測試結(jié)果

經(jīng)過不斷的調(diào)試，測試結(jié)果如表2

由測試結(jié)果科研看出，經(jīng)過鎖相環(huán)之后，穩(wěn)定度和相位噪聲的指標(biāo)跟晶振的指標(biāo)基本一致，改善了時鐘源的指標(biāo)。

四、結(jié)束語

本文所設(shè)計的高穩(wěn)定度和相位噪聲的鎖相環(huán)設(shè)計，適用于對頻率源指標(biāo)要求較高，鎖定時間要求較低的場合，而且相對于單個高穩(wěn)定度和相位噪聲的頻率源來說成本較低。由于本人水平有限以及研究場合等因素制約，難免會存在一些瑕疵，仍需近深入研究，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的完善和提高。

參考文獻(xiàn)

[1]姜艷波，等編著.穩(wěn)態(tài)電路與鎖相環(huán)電路實(shí)例——CMOS數(shù)字集成電路應(yīng)用百例[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009—05.

[2]黃智偉.鎖相環(huán)與頻率合成器電路設(shè)計[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2008—10.

[3]F.M.Gardner，Phaselock Techniques，2nd ed.，Wiley，New York，1979.

作者簡介：

程開明（1982—），男，陜西乾縣人，大學(xué)本科，西安電子科技大學(xué)工程碩士研究生在讀，現(xiàn)供職于陜西黃河集團(tuán)有限公司，研究方向：微波通信。

第6篇：電源紋波測試方法范文

關(guān)鍵字： 工作模式； 同一拓?fù)洌?循環(huán)使用； 電源箱

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）22?0147?03

0 引 言

多功能電源系統(tǒng)共用一個主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過外部參數(shù)設(shè)定，控制電源系統(tǒng)工作在不同的狀態(tài)，滿足不同場合的需求。本文設(shè)計的電源箱系統(tǒng)，通過三波段開關(guān)切換，能夠滿足艦船遠(yuǎn)洋和陸路兩種場合的應(yīng)用。

由于電源箱系統(tǒng)最大輸出功率為400 W，功率變換器選擇正激電路拓?fù)涫潜容^合適的[1]。但單管正激電路在主功率管關(guān)斷的時候，承受的反壓比較高，電壓越高功率管的價格也越高，而且極易造成擊穿，電路的可靠性也就下降。如果用雙管正激電路，兩個晶體管平均分擔(dān)關(guān)斷時的電壓，在降低電路成本的同時，也提高了電路的可靠性。

1 電源箱系統(tǒng)的設(shè)計方案

電源箱系統(tǒng)工作在三種模式，分別是有市電的情況下，DC 28 V恒壓輸出。無市電的情況下，電池電壓輸出；有市電輸入，不需對外供給能量時，給電池充電，以備下次使用。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。在圖1中，“1”為切換開關(guān)的默認(rèn)狀態(tài)，表示開關(guān)切換至市電AC 220 V輸入，DC 28 V輸出的工作方式；“2”表示開關(guān)切換至電池提供能量，輸出電壓為電池電壓的工作狀態(tài)，“3”表示有市電AC 220 V輸入，功率變換器給電池恒流充電的工作方式。圖中，表示控制信號的流向，表示主功率的流向。

2 電源箱系統(tǒng)的電路設(shè)計

2.1 電池選擇及其參數(shù)計算

綜合電源箱對電池體積、重量和電量的要求，本文選擇材質(zhì)為磷酸鐵鋰電池，每節(jié)電池滿電壓為3.3 V，容量為9 A·h，9節(jié)串聯(lián)，充電率為0.3 C，重量為2.5 kg，體積為275 mm×210 mm×75 mm。根據(jù)電池生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)，可以算出電池滿電壓為[9×3.3=29.7 V]，功率變換器設(shè)置充電電壓不低于此電壓，考慮到電池本身的“虛電”特性，本文設(shè)計電池充滿電壓為30.3 V。電池的充電電流為[9×0.3=2.7 A]，為了保證電池的使用安全，設(shè)計充電電流為2 A，電池最低放電電壓不低于26 V。

2.2 功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及主功率管驅(qū)動電路

雙管正激電路拓?fù)淙鐖D2所示，由于兩個嵌位二極管VD1和VD2的作用，限制了在VF1和VF2關(guān)斷時所受的最大反壓均為直流輸入電壓VDC與二極管壓降VD之和。電路的工作原理如下：

主功率管VF1和VF2同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷。副邊繞組由于主功率管的導(dǎo)通有了感應(yīng)電動勢。副邊繞組、二極管VD3很快建立電流，其速度受制于變壓器和副邊電路的漏電感。因?yàn)樵趯?dǎo)通瞬間L1上流過的電流IL在導(dǎo)通時保持不變。所以，由于VD3的電流建立，二極管VD4的電流比隨之同等的快速減小。當(dāng)VD3中的正向電流增加到原先流過VD4的電流時，VD4轉(zhuǎn)為關(guān)斷。與此同時開始了正激電路能量傳遞的狀態(tài)。

圖2中的兩個主功率管VF1和VF2同時開通或關(guān)斷，但不共地，本文采用常用的UC2845系列驅(qū)動芯片，VF1和驅(qū)動芯片共地，可以直接由此芯片驅(qū)動，VF2的驅(qū)動信號由VF1的驅(qū)動信號變換得到，電路如圖3所示。圖中T2為驅(qū)動變壓器，VD5和VD6為18 V的穩(wěn)壓二極管，C7為隔直電容。

2.3 電源箱系統(tǒng)工作方式的實(shí)現(xiàn)

電源箱系統(tǒng)的第“1”和第“3”工作方式共用一套主功率變換器，通過外部的三波段開關(guān)切換工作模式。圖4為模式切換的控制電路。在圖4中，充電控制開關(guān)在默認(rèn)狀態(tài)下為低電平，三極管VT4和VT5不導(dǎo)通。電阻R19和R20是主功率回路的采樣電阻，當(dāng)主回路的電流小于120%的額定電流時，輸出的Iout信號小于2.5 V，低于電流控制的給定電壓（運(yùn)算放大器N2B的負(fù)向輸入端）2.5 V，N2B輸出低電平，二極管VD10不導(dǎo)通。電壓環(huán)的給定電壓也為2.5 V，電壓反饋取自R43，R44和R49的分壓，合理分配它們之間的比值，主功率變換器輸出恒定的DC 28 V電壓。如果主回路的電流超過120%的額定電流， N2B輸出高電平，二極管VD10導(dǎo)通，R44分壓得到的電壓升高，從而使輸出電壓降低，電路轉(zhuǎn)入恒流控制，輸出功率不再增加，電路保護(hù)。

當(dāng)波段開關(guān)切換到模式“3”，充電控制開關(guān)信號為高電平，三極管VT4和VT5導(dǎo)通。此時的電流控制給定電壓為0.5 V，如果主回路的電流超過2 A時，VD10就能夠?qū)?，從而拉低了輸出電壓，使充電電流一直維持在2 A，一直到電池充滿。VT4導(dǎo)通后，R44和R37并聯(lián)后的等效電阻比R44小，而電壓環(huán)的給定電壓信號不變，致使電路輸出電壓高于模式“1”的輸出電壓，克服了電池的“虛電”特性。當(dāng)波段開關(guān)切換到模式“2”，電池對外提供能量，此時輸出電壓即為電池的電壓。由于無市電AC 220 V輸入，正激電路不工作。

3 電源箱系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

電池試驗(yàn)參數(shù)如下：

在做電源箱試驗(yàn)時，應(yīng)首先使波段開關(guān)切換至模式“3”，對電池進(jìn)行充電。充滿后，才能切換至模式“2”的工作方式，進(jìn)行電池放電性能的測試。根據(jù)任務(wù)書要求，先對電池進(jìn)行大電流放電，后進(jìn)行小電流放電。充電試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

在30 min的時間內(nèi)，電池電壓達(dá)到30.1 V，電池充滿，此模式的紋波電壓均小于100 mV。充滿后進(jìn)行放電試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。在空載時，電池電壓為29.9 V，加入大負(fù)載后，分別在第1，11，21 min測試輸出電壓，由于切換開關(guān)消耗的電壓，此時輸出電壓略低于電池本身的電壓，但高于26 V，滿足設(shè)計要求。表3是工作在模式“1”，在額定負(fù)載的條件下測試的輸出電壓及其紋波電壓，在1 h之內(nèi)，功率變換器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，紋波也小于100 mV，滿足設(shè)計需要。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計的電源箱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三種功能：即為市電輸入，DC 28 V輸出；市電輸入，電池充電；無市電輸入，電池輸出。三種工作方式通過手動開關(guān)切換。電路拓?fù)溥x擇采用雙管正激電路，控制方式既能實(shí)現(xiàn)恒壓，也能實(shí)現(xiàn)電池恒流充電。試驗(yàn)指標(biāo)合格，能夠滿足艦船陸地和岸基供電系統(tǒng)的要求。

表2 放電試驗(yàn)和紋波參數(shù)記錄表格

表3 市電輸入時，功率變換器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)

[1] 張占松 蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計（修訂版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 李定宣.開關(guān)穩(wěn)定電源設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 王金保.新編電子變壓器手冊[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[4] 李建林.電池儲能技術(shù)控制方法研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012（12）：61?65.

[5] 趙錦成，解璞，劉金寧，等.混合能源互補(bǔ)供電在武器裝備中應(yīng)用研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011（3）：53?59.

第7篇：電源紋波測試方法范文

【關(guān)鍵詞】反激式；變壓器；開關(guān)電源；PI Expert

1.引言

近年來，開關(guān)電源的發(fā)展非常迅速。相對于線性電源，開關(guān)電源有著體積小、重量輕、效率高、抗干擾強(qiáng)、輸出電壓范圍寬和便于模塊化等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源分為隔離和非隔離兩種形式，而隔離式又有正激和反激兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

一般在中小功率電源場合，反激式開關(guān)電源往往最具性價比，因此被廣泛應(yīng)用于家電、工業(yè)控制、通訊、LED照明等領(lǐng)域。但設(shè)計一款具有高性價比的開關(guān)電源并非易事，需要設(shè)計人員具備豐富的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。按照傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法，開關(guān)電源需要計算的參數(shù)變量非常多，工作量較大。為配合用戶進(jìn)行開關(guān)電源的設(shè)計，Power Integrations公司推出了PI Expert電源設(shè)計軟件，大大地減輕了設(shè)計人員的工作量。該軟件簡單易用，靈活方便，是一種高效的開關(guān)電源設(shè)計工具。

2.反激式開關(guān)電源的基本原理

所謂反激式開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。反激式開關(guān)電源中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對互相耦合的電感。在實(shí)際應(yīng)用中，反激變換器又經(jīng)常被設(shè)計成不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM模式）和連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM模式），以便根據(jù)具體的使用情況實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的最佳性能[1]。

反激式開關(guān)電源一般由電源整流濾波電路，開關(guān)芯片，高頻變壓器，漏極箝位電路，反饋電路和輸出濾波電路組成。電源濾波電路一方面消除來自電網(wǎng)的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。輸入整流電路將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為高頻變壓器提供直流電壓。開關(guān)芯片是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分，選擇一款好的開關(guān)芯片對開關(guān)電源的性能起著重大的作用。變壓器是整個電源的核心，它把直流高電壓變換成低電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。漏極箝位電路的作用是當(dāng)功率開關(guān)管（MOSFET）關(guān)斷時，對由高頻變壓器漏感所形成的尖峰電壓進(jìn)行鉗位和吸收，以防止開關(guān)管因過電壓而損壞。反饋電路和輸出濾波電路也是開關(guān)電源不可缺少的部分，其設(shè)計的好壞直接關(guān)系著輸出電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

3.PI Expert的主要功能和特點(diǎn)

PI Expert是一個自動化的圖形用戶界面（GUI）程序，通過接收用戶輸入的電源規(guī)格參數(shù)，自動生成基于PI系列IC設(shè)計的電源方案。PI Expert提供了構(gòu)建和測試工作原型所需的一切信息，其中包括輸入電路、器件選擇、器件特性利用、箝位電路以及反饋電路在內(nèi)的完整示意圖和BOM。PI Expert還提供完整的磁特性設(shè)計，也可生成用于機(jī)械裝配的詳細(xì)繞制說明。PI Expert的最新版本為V9.0。

運(yùn)用PI Expert設(shè)計開關(guān)電源有以下幾個步驟：

第一步：用設(shè)計向?qū)陆ㄒ粋€設(shè)計。在向?qū)е形覀冃枰謩e選擇開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)芯片、開關(guān)頻率、外殼、反饋類型、輸入電壓類型，輸出參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)。

第二步：選擇主輸出繞組的匝數(shù)范圍和磁芯選擇范圍，之后點(diǎn)擊完成設(shè)計便可生成一個初步的開關(guān)電源電路圖和設(shè)計參數(shù)列表。

第三步：補(bǔ)充參數(shù)。在PI Expert窗口左側(cè)的“設(shè)計樹試圖”中補(bǔ)充設(shè)置一些未設(shè)置過的參數(shù)，如主輸出電壓，輸出繞組疊加方式，EMI濾波結(jié)構(gòu)等，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊“開始優(yōu)化”即可完成。

第四步：手動調(diào)整。由于軟件根據(jù)自身的算法計算元器件的值，所以存在非標(biāo)或不常用的問題，這會給物料采購帶來麻煩，這時候需要在合理的范圍內(nèi)調(diào)整器件的值。

設(shè)計完成后，PI Expert自動生成電路圖、設(shè)計結(jié)果表單、電路板布局、材料清單和變壓器構(gòu)造示意圖，非常方便。

4.設(shè)計實(shí)例

本文基于PI Expert設(shè)計了一款兩路輸出（+5V/250mA，+12V/1A）的反激式開關(guān)電源，其輸入電壓為通用寬電壓85～265V。此電源采用PI公司TinySwitch-III系列產(chǎn)品中的TNY280PN作為開關(guān)芯片，高頻變壓器使用EE19磁芯，具有輸出過載和短路保護(hù)功能。

4.1 電路設(shè)計

PI Expert會根據(jù)用戶輸入的規(guī)格參數(shù)自動生成電路原理圖，其中，較為關(guān)鍵的參數(shù)有：

（1）輸出疊加方式：因?yàn)榻涣鳢B加式可提供較佳的交叉穩(wěn)壓和工作效率，故輸出繞組采用交流疊加的方式進(jìn)行互連。

（2）反饋類型：為了得到較佳的穩(wěn)壓效果，此處選擇使用TL431作為反饋，并使用偏置繞組進(jìn)一步減少開關(guān)電源的空載功耗。反饋電路的選擇直接決定著輸出電壓的穩(wěn)壓精度，反饋電路一般有初級反饋和次級反饋，次級反饋又有次級穩(wěn)壓管和次級TL431兩種電路形式。使用齊納二極管作為參考的次級側(cè)反饋電路在溫度變化時通?？商峁┘s±7%的輸出調(diào)整率，而帶TL-431的次級側(cè)反饋通?？蔀榫€電壓和負(fù)載漂移提供優(yōu)于±5%輸出電壓穩(wěn)壓精度[2]。

（3）漏極箝位電路：PI Expert提供了三類不同的箝位電路。軟件會根據(jù)電源的總輸出功率自動選擇最佳的箝位電路。由于此電源輸出功率在20W以下，故采用簡單的穩(wěn)壓二極管箝位電路。

PI Expert設(shè)計完成再手工調(diào)整后的開關(guān)電源原理圖如圖1所示。

4.2 高頻變壓器設(shè)計

設(shè)計高頻變壓器是設(shè)計開關(guān)電源最關(guān)鍵的一步。PI Expert在生成原理圖的同時自動生成變壓器的構(gòu)造圖。調(diào)整PI Expert左側(cè)“設(shè)計樹視圖”中的“變壓器”和“繞組結(jié)構(gòu)”參數(shù)即可調(diào)整變壓器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計變壓器時需要注意以下兩點(diǎn)：

（1）為了減低漏感，功率最高的次級繞組應(yīng)離變壓器的初級繞組最近。若某個次級繞組的圈數(shù)較少，則該繞組要橫跨繞線區(qū)域的整個寬度，以便改善耦合。

（2）由于此電源采用次級側(cè)的穩(wěn)壓方式，偏置繞組應(yīng)位于初級繞組和次級繞組之間。當(dāng)偏置繞組位于初級和次級之間時，它相當(dāng)于一個連接至初級返回端的EMI屏蔽層，降低了電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)EMI。

高頻變壓器的最終設(shè)計參數(shù)[3]如下：

磁芯型號：EE19

初級電感：880uH

初級繞組：漆包線，Φ0.2mm，87匝

偏置繞組：漆包線，Φ0.25mm，10匝

次級繞組1：三層絕緣線，Φ0.4mm，4匝

次級繞組2：三層絕緣線，Φ0.4mm，5匝

繞組順序（由里向外）：初級繞組，次級繞組2，次級繞組1，偏置繞組。

5.試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)以上的設(shè)計參數(shù)實(shí)際制作硬件進(jìn)行試驗(yàn)。

在額定負(fù)載情況下，當(dāng)輸入電壓為220V時，實(shí)測開關(guān)電源的輸出電壓波形如圖2所示。從圖上可以看出，開關(guān)電源的輸出特性良好，電壓波動非常小。再測輸出的紋波波形如圖3所示，由圖上可以看出，5V的紋波普遍在±100mV左右，12V的紋波在±100mV以下，效果理想。額定負(fù)載情況下，當(dāng)輸入電壓為85V時，測試輸出電壓的波動和紋波均在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)電源復(fù)位重啟現(xiàn)象；當(dāng)輸入電壓為265V時，測試輸出電壓的波動和紋波均在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)電源復(fù)位重啟現(xiàn)象；再對電源作保護(hù)功能的測試。使開關(guān)電源的輸出過載或短路時，開關(guān)電源進(jìn)入2.5s間隔的自動復(fù)位重啟保護(hù)；輸出負(fù)載正常時開關(guān)電源恢復(fù)正常工作。

6.結(jié)語

試驗(yàn)證明本文基于PI Expert設(shè)計的反激式開關(guān)電源具有良好的工作性能和高可靠性。該電源結(jié)構(gòu)簡單，具有輸出過載和短路等保護(hù)功能。PI Expert是一款高效的設(shè)計工具，借助PI Expert軟件可以大大縮短開關(guān)電源的開發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.開關(guān)電源實(shí)用電路[M].北京：中國電力出版社，2006.

第8篇：電源紋波測試方法范文

關(guān)鍵詞： 負(fù)電壓電路； 開關(guān)電源； 參數(shù)分析； 電路設(shè)計

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）15?0101?04

Design of negative voltage circuit based on LTC3863

LIU Yong1， WANG Xiao?zhe2

（1. Shaanxi Siyu Inforation Technology Co.， Ltd.， Xi’an 710075， China； 2. Shaaxi Changling Electrical Co.， Ltd.， Baoji 721006， China）

Abstract： Many circuits in modern electronic systems need negative voltage as the power supply or control signals. The traditional circuits using transformers has the disadvantages of big volume and low efficiency. The principle that produces the negative voltage is analyzed in this paper. A design method of negative voltage circuit based on LTC3863 is proposed in combination with actual application in engineering. The parameters of main components in the circuit are analyzed and calculated. The simulation and experimental results show that the circuit has the characteristics of high efficiency and small size， and can be widely used in embedded and hand?held terminal systems.

Keywords： negative voltage circuit； SMPS； parameter analysis； circuit design

0 引 言

隨著電子技術(shù)的提高以及電子產(chǎn)品的發(fā)展，一些系統(tǒng)中經(jīng)常會需要負(fù)電壓為其供電。例如在LCD背光系統(tǒng)中，會使用負(fù)電壓為其提供門極驅(qū)動和偏置電壓，在部分系統(tǒng)的運(yùn)算放大器中，也經(jīng)常會使用正負(fù)對稱的偏置電壓為其供電。此外還有部分集成電路如AD835等、電子開關(guān)SW276等器件，也需要負(fù)電壓供電或作為控制端。通常所說的負(fù)電壓，只是相對于零電位參考點(diǎn)而言。根據(jù)所選擇的參考點(diǎn)，可以把電壓分為正電壓和負(fù)電壓。絕大多數(shù)情況下選擇大地作為電壓的參考點(diǎn)（零電位），高于大地電位的就是正電壓，反之就是負(fù)電壓。當(dāng)然隨著電位參考點(diǎn)的變化，正負(fù)電壓的界定標(biāo)準(zhǔn)也會相應(yīng)變化。一般而言，正電壓的低電平端是零電位，也就是通常說的大地端，而負(fù)電壓則相反，大地端的零電位恰恰是負(fù)電壓的高電平端。

要從一個正電壓源產(chǎn)生一個負(fù)電壓，一般原理是通過儲能器件的反向電勢，改變流經(jīng)負(fù)載中電流的方向從而產(chǎn)生負(fù)電壓，主要方法包括采用變壓器、開關(guān)電源等。其中變壓器法體積大，效率低；開關(guān)開關(guān)電源法設(shè)計參數(shù)計算比較麻煩，分立元器件使用得多，電路體積大。本文提出一種基于LTC3863的負(fù)電壓電路設(shè)計方法，在輸入3.5～60 V的條件下，可產(chǎn)生-12 V/1 A的負(fù)電壓，該電路使用元器件種類數(shù)量少，整個電路占空間小，具有出色的靈活性和輕負(fù)載效率，特別適合于嵌入式及手持終端等設(shè)備中使用。

1 負(fù)電壓產(chǎn)生原理

在電壓變換設(shè)計電路中，開關(guān)電源（SMPS）因其高效、靈活等特點(diǎn)，成為工程師的首選設(shè)計方案。根據(jù)電路拓?fù)涞牟煌?，開關(guān)電源可以將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成不同的直流輸出電壓。實(shí)際應(yīng)用中存在多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比較常見有三種基本類型，按照功能劃分為降壓（buck）、升壓（Boost）、升/降壓（Buck?Boost或反轉(zhuǎn)）。在以上三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，Buck?Boost模式能產(chǎn)生負(fù)電壓，重點(diǎn)對其進(jìn)行簡要分析。Buck?Boost模式電路一般都包括MOSFET開關(guān)、二極管、輸出電容和電感。MOSFET是拓?fù)渲械挠性词芸卦?，通常與控制器連接，控制器輸出脈寬調(diào)制（PWM）方波信號驅(qū)動MOSFET柵極，控制器件的關(guān)斷或?qū)?。為了使輸出電壓保持穩(wěn)定，控制器檢測開關(guān)電源輸出電壓，并改變方波信號的占空比（D），即MOSFET在每個開關(guān)周期[（TS）]導(dǎo)通時間。D是方波導(dǎo)通時間和周期的比值[（TONTS），]直接影響開關(guān)電源的輸出電壓。MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)將電路分為兩個階段：充電階段和放電階段，充電期間電感所儲存的能量，在放電期間傳遞給輸出負(fù)載和電容上?；倦娐泛喕鐖D1所示。

圖1 Buck?Boost模式簡化電路

在圖1中，[Vin]為輸入電源，[V1]為控制開關(guān)，[L1]為儲能電感，[V2]為整流二極管，[C2]為儲能濾波電容，[Vout]為輸出電壓。當(dāng)控制開關(guān)[V1]接通的時候，輸入電源[Vin]開始對儲能電感[L]加電，流過儲能電感[L1]的電流開始上升，上升速度[didt=VinL，]同時電流的變化在儲能電感中也會產(chǎn)生磁場；當(dāng)控制開關(guān)[V1]由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時候，儲能電感[L1]會產(chǎn)生反電動勢，使電流繼續(xù)流動，此時電流不斷下降，下降速率[didt=-VinL，]并通過整流二極管[V2]進(jìn)行整流，再經(jīng)電容儲能濾波，然后向負(fù)載提供電流輸出?？刂崎_關(guān)[V1]不斷地反復(fù)接通和關(guān)斷，在負(fù)載上就可以得到一個負(fù)極性的電壓輸出。

2 LTC3864特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

凌力爾特公司 （Linear Technology Corporation）的LTC3863是一款高性能的反相DC/DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片，能夠從一個3.5 ～60 V[的正輸入范圍產(chǎn)生一個-0.4～]

-150 V的負(fù)輸出電壓。該器件采用單電感器拓?fù)湟约耙粋€有源[P]溝道MOSFET 開關(guān)和一個二極管，其高集成度可造就一款簡單和低組件數(shù)目的解決方案。LTC3863 有卓越的輕負(fù)載效率，在用戶可編程的突發(fā)模式（Burst Mode?）操作中僅吸收70 μA靜態(tài)電流。其峰值電流模式、恒定頻率PWM架構(gòu)可提供電感器電流的正控制、簡易的環(huán)路補(bǔ)償和絕佳的環(huán)路動態(tài)特性。開關(guān)頻率能利用一個外部電阻器在50～850 kHz的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，而且可同步至一個75～750 kHz的外部時鐘。LTC3863提供了可編程軟起動或輸出跟蹤。安全功能包括過壓、過流和短路保護(hù) （包含頻率折返）。該器件采用MSOP?12和3 mm×4 mm DFN封裝，體積極小，適用于對空間體積要求比較高的場合。

在圖2中，1管腳（PLL/MODE）是外部時鐘輸入或Burst模式的使能端，當(dāng)有脈沖接入時內(nèi)部PLL電路對其跟蹤并作為控制頻率，當(dāng)沒有外部時鐘時該管腳可作為工作模式控制端。2管腳（FREQ）是開關(guān)頻率的設(shè)置輸入端，通過連接到地電阻，選擇不同的開關(guān)頻率，也可以直接連接DC電壓作為頻率控制。3管腳（SGND）是信號地，是所有小信號模擬輸入的地平面參考，在PCB板上通常與電源地通過單點(diǎn)連接。4管腳（SS）是軟啟動和外部跟蹤的輸入端，通過連接到底電容設(shè)置輸出電壓的穩(wěn)定時間，也可以通過電阻連接其他電源作為軟啟動的控制端。5管腳（VFB）是輸出反饋端，通過分壓電阻設(shè)置輸出電壓的值，該點(diǎn)電壓如果過低，會自動降低開關(guān)頻率，防止開關(guān)周期中開的時間過短。6管腳（ITH）是電流閾值及補(bǔ)償控制端，是LTC3863內(nèi)部誤差放大器的輸出，輸出范圍為0～2.9 V。7管腳（VFBN）是反饋輸入端，通過分壓電阻分別與VFB、輸出電源連接。8管腳（RUN）是控制使能端，當(dāng)電壓大于1.26 V時控制器工作，由于內(nèi)部上拉電阻，該管腳可以懸空使用。9管腳（CAP）是內(nèi)部驅(qū)動器DRV的負(fù)驅(qū)動端，通常連接至少0.1 μF的低損耗陶瓷電容。10管腳（SENSE）是電流傳感輸入端，通過高精度傳感電阻[RSENSE]與電源[VIN]連接，設(shè)置最大限制電流。11管腳（[VIN]）是電源輸入端，也是芯片的供電端，應(yīng)至少連接0.1 μF的旁路電容到地。12管腳（GATE）是外部P溝道MOSFET的驅(qū)動DVR輸出端，內(nèi)部DVR的正負(fù)供電壓差8 V，如果小于3.5 V將不能正常工作。13腳（PGND）是電源地，通過散熱焊盤與印制板連接。

圖2 LTC3863內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 電路設(shè)計及參數(shù)計算

3.1 電路設(shè)計基本要求

按照筆者實(shí)際工作中需求，對該電路設(shè)計主要有以下設(shè)計要求：

（1） 輸入電壓：+5～+12 V；

（2） 輸出電壓：（-12±0.5） V；

（3） 負(fù)載電流：1 A；

（4） 輸出電壓紋波：1%；

（5） 輸出電壓負(fù)載調(diào)整率：1%；

（6） 轉(zhuǎn)換效率：80%（輸出電流1 A時）。

3.2 電路原理設(shè)計

按照設(shè)計要求及LTC3863的使用要求設(shè)計電路原理圖如圖3所示，該電路可從一個4.5～16 V輸入產(chǎn)生一個-12 V/1 A的輸出，工作原理類似于反激式轉(zhuǎn)換器，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時將能量存儲在電感器中，而當(dāng)開關(guān)切斷時則通過二極管將能量釋放至輸出端。為了避免當(dāng)輸出短路時由于最小導(dǎo)通時間的原因而產(chǎn)生過大的電流，該控制器在輸出小于標(biāo)稱值的一半時折返開關(guān)頻率。

圖3 電路原理圖設(shè)計

3.3 電路參數(shù)分析及計算

（1） 輸出電壓

該電路的設(shè)計輸出主要由輸出分壓電阻設(shè)置。根據(jù)LTC3863內(nèi)部VFB和VFBN之間設(shè)定固定電壓0.8 V，可知輸出電壓[Vout]與反饋電阻有如下關(guān)系：

[VOUT=-0.8? RFB1RFB2] （1）

根據(jù)輸出要求，可以設(shè)置[RFB1=]1.2 MΩ，[RFB2=]80 kΩ。

（2） 開關(guān)頻率

開關(guān)頻率、電感、電容等參數(shù)的選擇直接關(guān)系到轉(zhuǎn)換電路的效率。開關(guān)頻率如果選擇較高，可以大幅度減小電感、電容的體積，但會因MOSFET的快速轉(zhuǎn)換及損耗導(dǎo)致開關(guān)電路的效率降低。所以，以上參數(shù)的選擇都相互影響。開關(guān)頻率如果不提供外部時鐘輸入，則可通過調(diào)整2管腳（FREQ）的接地電阻值確定開關(guān)頻率，可調(diào)整范圍為50～850 kHz，如果該管腳接地則固定頻率350 kHz，該管腳懸空開關(guān)頻率為535 kHz，接地電阻與開關(guān)頻率的關(guān)系可通過查找該器件datasheet中數(shù)據(jù)確定。本設(shè)計中確定開關(guān)頻率400 kHz，通過查表得知電阻[RFREQ]為61.9 kΩ，如圖4所示。

圖4 開關(guān)頻率與頻率選擇電阻的關(guān)系

（3） 限流取樣電阻

在該電路設(shè)計中，管腳SENSE與電源[VIN]之間的電阻[RSENSE]取值決定輸出電流的大小。該電阻是一個精密取樣電阻，電感中能夠經(jīng)過的最大電流為[95 mVRSENSE，]可以根據(jù)式（2）計算該電阻的取值。通過計算及分析，該電路設(shè)計中[RSENSE]取值為16 mΩ，精度1%，額定功率0.1 W。

[IOUT（LIMIT）=95 mVRSENSE - ΔIL2?（1-D）] （2）

（4） 電感

電感值的大小影響到效率及紋波，電感值大會使得電流紋波變小，效率提升，但需要更大的體積及飽和率更高的磁芯。同時電感值也會影響到反饋環(huán)路的穩(wěn)定性，感值過大會降低環(huán)路穩(wěn)定度，也會因電流上升率緣故使電路瞬態(tài)響應(yīng)變慢。電感值的選擇可以根據(jù)公式（3）進(jìn)行初步計算，在初步計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)效率、電流、紋波等要求進(jìn)行調(diào)整，本設(shè)計中取值[L=10 μH。]

[L= VIN（MAX）2?（VOUT+VD）0.4?IOUT（LIMIT）?f?（VIN（MAX）+VOUT+VD）2] （3）

其余元器件的選型此處不再逐個分析，元器件型號及具體參數(shù)如圖2原理設(shè)計中所示。

4 仿真及驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)圖2中原理設(shè)計，對該電路進(jìn)行仿真分析及排版驗(yàn)證。在該電路中，主要通過MOSFET的通斷控制電感[L]的充電、放電過程，通過電流的反向流動產(chǎn)生負(fù)電壓。對電路中的12管腳控制端[VGATE、]電感正端的電壓[VL、]電感中的電流[IL、]電壓輸出[VOUT]分別進(jìn)行測試，其波形如圖5所示，可以看出電感[L]的隨[VGATE]的充放電過程。

該電路可以通過PLL/MODE選擇工作在Burst模式或Pluse?Skipping模式。當(dāng)PLL/MODE管腳懸空時，電路工作在Burst模式下，如果[VFB]比參考電壓高，芯片內(nèi)部的誤差放大器將會自動降低ITH腳的電壓，當(dāng)ITH腳電壓低于0.425 V時會自動進(jìn)入休眠模式，該模式下大部分內(nèi)部電路將會被關(guān)閉，直至外部電壓降低至能夠關(guān)閉該狀態(tài)。當(dāng)PLL/MODE管腳接地時，電路工作在Pluse?Skipping模式下，芯片內(nèi)部ICMP電路將會使外部MOSFET保持開關(guān)狀態(tài)，該模式下輸出電壓的紋波、噪聲幅度都比較小，對射頻干擾也比較小，但是轉(zhuǎn)換效率沒有Burst模式高。兩種工作模式下轉(zhuǎn)換效率的比較如圖6所示。

圖5 電路測試點(diǎn)電壓、電流波形圖

5 結(jié) 語

負(fù)電壓產(chǎn)生電路在電子線路設(shè)計中經(jīng)常用到，本文設(shè)計了一種基于LTC3863的負(fù)電壓電路，在輸入3.5～60 V的條件下，可產(chǎn)生-12 V/1 A的負(fù)電壓，經(jīng)測試該電路能夠達(dá)到使用要求，并在筆者實(shí)際工程中已經(jīng)成熟使用。該電路使用元器件種類數(shù)量少，整個電路占空間小，具有出色的靈活性和輕負(fù)載效率，特別適合于嵌入式、手持終端等設(shè)備中使用。

圖6 兩種工作模式下轉(zhuǎn)換效率比較

參考文獻(xiàn)

[1] 張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計平[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[2] 王英劍，常敏慧，何希才.新型開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999.

[3] 董玉林，王曉明，劉瑤，等.開關(guān)電源紋波和噪聲的抑制[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，28（5）：302?304.

[4] 欒成強(qiáng).高壓負(fù)電源的設(shè)計及應(yīng)用[J].國外電子元器件，2001（6）：71?72.

[5] 胡玉祥.具有跟蹤溫度變化能力的負(fù)電壓發(fā)生器設(shè)計[J].電測與儀表，2003（2）：50?51.

[6] 程劍平，魏同立.鋰離子保護(hù)電路中的負(fù)電壓檢測[J].電子器件，2002，25（4）：409?412.

第9篇：電源紋波測試方法范文

關(guān)鍵詞：89C52單片機(jī)； D/A轉(zhuǎn)換； A/D轉(zhuǎn)換； 恒流源電路

中圖分類號： TN911?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0153?04

0 引 言

從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對提高一個國家勞動生產(chǎn)率的水平，即提高一個國家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重的作用。在電源種類繁多和技術(shù)的多樣化中，不斷地提出更多、更高、更先進(jìn)的要求來迎合當(dāng)今社會時代的步伐。電源設(shè)備是電子儀器的一個重要組成部分，通常有直流電壓源、電流源、交流電壓源，電壓源等。隨著信息時代的飛速發(fā)展，電源設(shè)備也逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展，便有了數(shù)控直流電流源的研究方向[1?3]。

數(shù)控直流電流源是一種低紋波、高精度并當(dāng)負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時具有良好的穩(wěn)定性、輸出可預(yù)置的數(shù)控直流電流源，它是現(xiàn)代科學(xué)研究和生產(chǎn)的需要，也代表著直流電流源發(fā)展的方向，而且得到了越來越廣泛的應(yīng)用[4]。

1 設(shè)計任務(wù)要求

在此設(shè)計并制作出一款數(shù)控直流電流源[5]。其原理示意圖如圖1所示。

具體要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：

（1）輸入交流為200～240 V，50 Hz；輸出直流電壓≤10 V。

（2）輸出電流范圍：20～2 000 mA；

（3）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的2%+1 mA；

（4）具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤2 mA；

（5）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10 V以內(nèi)變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的2%+1 mA；

（6）紋波電流≤1 mA。`

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用STC89C52[6]單片機(jī)作為整機(jī)的控制部分，通過鍵盤改變或設(shè)定數(shù)字量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生相應(yīng)的電壓值，從而控制恒流源電路；為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電流值的功能，可以在輸出回路上串聯(lián)取樣電阻，將實(shí)際輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)過A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，用單片機(jī)實(shí)時對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示[7]。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔、靈活，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足性能指標(biāo)的要求。具體框圖如圖2所示。

3 各部分模塊電路設(shè)計

3.1 鍵盤與顯示電路

鍵盤電路和顯示電路由8255驅(qū)動[8]，如圖3所示。顯示部分采用共陽數(shù)碼管動態(tài)掃描方式，在程序控制下，可以顯示輸出電流和采樣電流；鍵盤采用矩陣結(jié)構(gòu)，有：顯示切換鍵、后退鍵、加1鍵、減1鍵、確認(rèn)鍵、0～9數(shù)字鍵入鍵等。

3.2 電源電路

±15 V電源電路由輸出電壓極性不同的集成穩(wěn)壓器MC7815，MC7915構(gòu)成，如圖4所示。

圖4（a）中4個1N5408組成整流橋，可以把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，C1，C2，C3，C4為大容量濾波電容，C5，C6，C7，C8為高頻濾波電容，它們用于抑制芯片自激，減小高頻噪聲。

兩種芯片輸入端分別加上18 V以上的輸入電壓，輸出端便能輸出±15 V的電壓，R1，R2，R3用于調(diào)整集成穩(wěn)壓器MC7815輸出端的電流平衡。圖4（b）所示，+5 V電源電路由MC7805芯片構(gòu)成，C9為大電容用于濾波，C11，C12用于抑制輸出噪聲[9]。

3.3 電流源電路

電流源電路由OP07運(yùn)算放大器和輸出三極管組成，如圖5所示，其基本控制原理是：

[I0R0=IR3+W2]

[I1=VbR2]

[Va=kVb=kR2I1]

[=kR2·R0R3+W1·Io]

式中：k是[k=R1+W1W1]；[Va]是單片機(jī)內(nèi)部數(shù)字量所對應(yīng)的模擬電壓；[Io]是輸出的電流。由此可見，當(dāng)[R1]，[W1]，[R0]，[R3]，[W1]，[R2]都確定后，那么[Io]由[Va]惟一的決定，與輸入電壓和負(fù)載都無關(guān)。也就是說，[Io]由單片機(jī)的數(shù)字量決定。這樣，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控恒流電源。

3.4 電流采樣電路

為了能夠?qū)敵鲭娏鞯倪M(jìn)行實(shí)時的觀察，必須在輸出回路上要有采樣電路，圖5中Rx就是采樣電阻，Vx就是采樣得到的電壓，經(jīng)過OP07放大以后的電壓為Vc，此電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)，經(jīng)處理后進(jìn)行顯示，這樣就實(shí)現(xiàn)了對輸出電流的顯示。由圖可知：

[Vc=1+R6+W3R5Vx= 1+R6+W3R5I0Rx]

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件部分是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心，軟件的設(shè)計要兼顧功能的實(shí)現(xiàn)，同時也要考慮操作的方便性，體現(xiàn)人性化操作，要提示盡量詳細(xì)的信息，并要有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)功能，如規(guī)定輸出電流最大2 000 mA，則鍵盤輸入的數(shù)字量不要超過2 000 mA，以免過載燒掉功率管等，軟件部分由以下幾個大的模塊組成。

主程序要完成中斷系統(tǒng)、定時器、用戶單元的初始化工作，其主要任務(wù)是進(jìn)行鍵盤掃描和完成顯示。其具體流程如圖6所示。定時器中斷程序的任務(wù)是完成A/D的采樣（采樣頻率），同時完成閃爍等功能，中斷程序流程如圖7所示。

5 系統(tǒng)測試

由表1測試結(jié)果可看出，本系統(tǒng)達(dá)到了以下兩項指標(biāo)：

（1）輸出電流范圍：20～2 000 mA，并且線性良好。

（2）可設(shè)置并顯示輸出電流給定值，輸出電流與給定值偏差的絕對值不大于給定值的2%+1 mA；

由表2測試結(jié)果可看出，本系統(tǒng)達(dá)到了下面的指標(biāo)：具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤2 mA；

由表3測試結(jié)果可看出，本系統(tǒng)達(dá)到以下的指標(biāo)：改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10 V以內(nèi)變化時，輸出電流變化的絕對值不大于輸出電流值的2%+1 mA；由表4測試可看出，本系統(tǒng)達(dá)到了以下的指標(biāo)：紋波電流≤1 mA。

通過表1～表4可知，該系統(tǒng)各項指標(biāo)都達(dá)到了預(yù)定的要求，并且在軟件管理上本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人性化、智能化管理，具體如下：鍵盤輸入均有短音提示，數(shù)據(jù)采用移位輸入，符合人們操作習(xí)慣；輸入數(shù)據(jù)時，處于閃爍狀態(tài)，可以用退格鍵取消剛輸入的數(shù)據(jù)，按下“確認(rèn)”鍵后，數(shù)據(jù)輸出，同時停止閃爍；數(shù)據(jù)輸入最多4位，輸入第5位后，會有長音提示，提醒操作人員；按下“確認(rèn)”鍵時，如果輸入數(shù)據(jù)超過20～2 000 mA（系統(tǒng)指標(biāo)規(guī)定），會有長音提示，提醒操作人員，同時數(shù)據(jù)無效（不會輸出）。當(dāng)+1，-1操作時，當(dāng)數(shù)據(jù)超過20～2 000 mA，同樣會有長音提示，以提示操作人員，此時數(shù)據(jù)無效（不會輸出）。

6 結(jié) 論

系統(tǒng)輸出實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)輸出電流穩(wěn)定，不隨負(fù)載和環(huán)境溫度變化，輸出電流誤差范圍±5 mA，輸出電流可在20～2 000 mA范圍內(nèi)任意設(shè)定。

經(jīng)測試，本系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度較高、操作簡單、人機(jī)界面友好。在科學(xué)研究和設(shè)備生產(chǎn)中，能夠廣泛應(yīng)用到這種可靠性高、操作簡單的數(shù)控電流源，不僅能夠提高設(shè)備的性能，同時能夠縮短研發(fā)周期，本系統(tǒng)具有較高實(shí)用性[10]。

參考文獻(xiàn)

[1] 張明銳，姜以寧.基于51 單片機(jī)的多功能數(shù)控電流源設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2012（1）：132?133.

[2] 王維斌.數(shù)控直流電流源的設(shè)計[J].科技信息，2011（26）：412?413.

[3] 李銀祥.數(shù)控電流源[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2001（6）：52?53.

[4] 趙東坡.基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2008（6）：58?60.

[5] 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.第六屆全國電子設(shè)計競賽獲獎作品選編[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.

[6] 張志良.單片機(jī)原理與控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[7] 丁敏.數(shù)控直流恒流源的設(shè)計[J].中國科技信息，2011，25（6）：110?112.

[8] 陳明熒.8051單片機(jī)設(shè)計實(shí)訓(xùn)教材[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.