電源電路的設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：電源電路的設(shè)計范文

【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，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)其實際情況進行分析與配置。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行工作，如果要對其進行成功的設(shè)計與分析，那么在進行指導(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?；诖?，以小信號擾動模型來進行開關(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)性差的缺點是無法忽視的。目前來說，實際應(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。但其缺點也顯而易見：一方面是由于零點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行補償?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

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)穿越頻率遠未達到這一頻率，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。為了進一步提高開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，超前滯后網(wǎng)絡(luò)補償原理有效地彌補了精度電源的紋波限制高的問題。通過實踐也表明，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的適用性非常強，必將為人們生活提供更好的服務(wù)。

參考文獻：

[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）.

[3]王滔.開關(guān)型穩(wěn)壓電源[J].科技風(fēng)，2012，（11）.

第2篇：電源電路的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：波紋；開關(guān)電源；晶體管

引言

在用電控制的儀器設(shè)備中，都需要穩(wěn)壓電源，由于價格、功率等的要求，因此設(shè)計人員更傾向于使用開關(guān)電源，而很少使用線性電源。開關(guān)電源的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)換效率高，最高可以達到將近97%，另外開關(guān)電源重量輕、體積小。開關(guān)電源最大的缺點是輸出的紋波和噪聲電壓較大，而這一性能影響到儀器設(shè)備的運行，特別是對于需要處理小信號的儀器中，電源產(chǎn)生的噪聲可能會干擾輸入的信號，使得儀器無法正確運行。如何處理好電源的噪聲，有很多方法[1][2]，本文通過一個典型電源電路分析開關(guān)電源產(chǎn)生紋波和噪聲的原因及減小紋波和噪聲的措施，并詳細探討了電源各部分電路的原理功能和實現(xiàn)的方法。

1干擾產(chǎn)生分析

電信號干擾分為：噪聲（nois）和紋波（ripple）兩種，其表現(xiàn)形式為圖1形式。噪聲的定義是指在直流電壓或電流中，疊加了振幅和頻率上完全無規(guī)律的交流分量。該分量會干擾電路的分析、邏輯關(guān)系，影響其設(shè)備正常工作。紋波是指疊加在直流電壓或電流上的交流信號，會降低電源的效率，嚴(yán)重的波紋更有可能會損壞用電設(shè)備，另外波紋還會干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響設(shè)備工作狀態(tài)。通常的開關(guān)電源輸出的直流電壓中疊加了由噪聲和波紋引起的交流信號。波紋主要是由于開關(guān)電源的開關(guān)動作造成的，而波動的頻率跟開關(guān)的頻率是一致的，大小取決于輸入、輸出電容的參數(shù)。作為開關(guān)的元件都有寄生的電感與電容，當(dāng)元件在電流流動變化工作時，會產(chǎn)生電壓與電流的浪涌，這些浪涌信號都會在電源產(chǎn)生干擾信號。浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設(shè)備的峰值電流。該峰值電流遠遠大于穩(wěn)態(tài)輸入電流，這種瞬時過電流稱為浪涌電流，是一種瞬變干擾。噪聲電壓主要跟電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路中的寄生參數(shù)、工作的電磁環(huán)境以及印制電路板的布線有關(guān)。當(dāng)信號較小的時候，會產(chǎn)生干擾的信號。圖2（a）是實驗信號波形，（b）是小信號上疊加了干擾的波形。干擾可以表現(xiàn)為尖峰、階躍、正弦波或隨機噪聲，干擾的產(chǎn)生來自多方面，電路設(shè)計不合理、器件使用不當(dāng)、工作環(huán)境干擾、電源噪聲等，其中電源產(chǎn)生的噪聲是常見主要的原因，而這些干擾信號會造成后續(xù)電路一系列的處理誤差，所以在要求較高的場合，這樣的噪聲是必須要解決的。

2解決措施

開關(guān)電源電路一般由整流平滑電路、集成開關(guān)電路、浪涌電壓吸收電路、電壓檢測電路、次級側(cè)整流平滑電路等構(gòu)成。其工作原理：開關(guān)電路供應(yīng)穩(wěn)定電壓和平滑的電流，是本電路的主要部分，開關(guān)晶體管的集電極電流決定電源的輸出電流。紋波的解決措施[3][4]主要有：調(diào)整電感和電容參數(shù)、增加電容電阻緩沖網(wǎng)絡(luò)。

2.1調(diào)整電感和電容參數(shù)

電流波動與電感參數(shù)、以及輸出電容大小有關(guān)，通常電感值越小，波動越大，輸出電容值越小，波紋越大。因此可以通過增大電感值和輸出電容值來降低波紋。在這里以BUCK型開關(guān)電源為例，當(dāng)開關(guān)電源工作時，提供的電壓不變，但是電流會變化，為了穩(wěn)定電源的輸出電流，在如圖4（a）的指示位置并聯(lián)一個電容C+。通過增加電感值的方法來減小波紋的做法是受限的。因為電感越大，體積就越大。電感的取值可以這樣計算：假定輸入電壓為Vin，輸出電壓為Vo，工作頻率為f，輸出電流為I，電感中電流的波動值為駐I的話，有：在電路調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，隨著C+不斷增加，減小波紋的效果會越來越差，同時增加f，會增加開關(guān)損失。因此可以通過再加一級LC濾波器的方法來改善，如圖4（b）所示。LC濾波器抑制波紋的效果較好，只要根據(jù)需要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容即可。

2.2增加電容電阻緩沖網(wǎng)絡(luò)

在二極管高速導(dǎo)通截止時，要考慮寄生參數(shù)。在二極管反向恢復(fù)期間，等效電感和等效電容成為一個RC振蕩器，產(chǎn)生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC緩沖網(wǎng)絡(luò)。電阻與電容取值要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定，一般選擇電阻為10Ω-100Ω，電容取4.7pF-2.2nF。如果選用不當(dāng)，反而會造成更嚴(yán)重的振蕩。

3電路設(shè)計及實測

根據(jù)以上分析，設(shè)計出了一種開關(guān)穩(wěn)壓電源如圖5所示，采用可控硅觸發(fā)方式。通過整流放大后的波紋去觸發(fā)可控硅的導(dǎo)通，當(dāng)整流電壓值為零時，可控硅自動關(guān)斷。只要用輸出電壓的變化來控制觸發(fā)信號的前沿，即可實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓電路主要由可控硅、4個晶體管和1個變壓器等組成，如圖5所示。我們在multisim環(huán)境下對該電路進行仿真，效果非常好。再用實際電路搭試，并加上30歐姆純電阻阻抗后，選取了7個測試點，測試波形見圖6所示。圖中變壓器T、二極管D1～D4和電容器C1-4組成整流濾波電路，測試點1電壓紋波波形見圖6中1的圖像，顯然是在全波整流后的紋波出現(xiàn)；電阻R2、R3和隔直電容C5組成取樣電路，測試點2電壓紋波波形見圖6中2的圖像；控制可控硅的紋波信號測試點3、4電壓紋波波形見圖6中的3、4的圖像；隔直后的測試點5電壓紋波波形見圖6中的5的圖像；線圈T2控制信號的初級波形見圖6中7的圖像；線圈T2次級控制可控硅信號見圖6中6的圖像。當(dāng)電壓沒有紋波時，線圈T2不發(fā)揮作用，但當(dāng)電壓有波動時（紋波），則自動控制可控硅工作，抑制電壓的波動。在電路中的電感對抑制電壓的波動也起到了良好的作用，其電感值可以根據(jù)電壓的大小和對紋波的要求進行適當(dāng)?shù)倪x擇。該電路在最后的輸出功率可以達到110W，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化10-104歐姆時，電壓變化的范圍大約是1毫伏。

4結(jié)束語

本文對開關(guān)電源噪聲與紋波的產(chǎn)生原因和抑制方法進行了分析和討論，并設(shè)計出了一種晶體管開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，觀察仿真實驗，可以得出該設(shè)計能夠抑制一定的電源噪聲與波紋。在實際中，需要依據(jù)產(chǎn)品的參數(shù)，如體積、成本等問題綜合考慮，選擇合適的設(shè)計方法。

參考文獻：

第3篇：電源電路的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：Multisim 直流穩(wěn)壓電源

中圖分類號：G719.21 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0181-04

Study of Circuit Design with Multisim Based on the Series

DC Regulated Power Supply

Li Yuelan

（Ningxia Vocational Technical College of Industry and Commerce，Yinchuan Ningxia，750001，China）

Abstract：This article is to analyse the series DC regulated power supply with multisim，there are lot of advantages with multisim，The first，quick and easy to build the circuit；The second，it can make theory touch with practice and make students improved comprehension greatly to theory.The third， it can make teaching steps be had the working process of the complete，the same to say， designing―welding―assembling―debugging，it is important basis for students to design circuit.

Key Words：Multisim；Series DC Regulated Power Supply

本文撰寫的背景是，《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》是《電子技術(shù)》這門課程在工學(xué)結(jié)合課程模式下所產(chǎn)生的一門新課程，在新模式下所產(chǎn)生的《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程與以往的《電子技術(shù)》課程相比優(yōu)點在于：瓦解以前學(xué)科式章節(jié)模式，重新組合教學(xué)內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容以工作過程為導(dǎo)向，項目為載體；整個課程內(nèi)容重點體現(xiàn)能力訓(xùn)練、工作經(jīng)歷相結(jié)合的教育模式；注重角色的變化，體現(xiàn)了學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)的角色扮演。高等職業(yè)教育開設(shè)《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該具備改造、設(shè)計電路；焊接、組裝電子產(chǎn)品；調(diào)試、維護產(chǎn)品的能力?，F(xiàn)如今《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程內(nèi)容設(shè)計和組織課堂過程發(fā)現(xiàn)，這門專業(yè)核心課程整個內(nèi)容注重學(xué)生組裝與調(diào)試能力突出，而改造、設(shè)計電路能力欠缺，甚至沒有。對于大專層次的學(xué)生，如果改造、設(shè)計電路能力不加重視，從而培養(yǎng)出來的學(xué)生與中專層次的學(xué)生就沒有了區(qū)別。為此，在《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》課程中采用Multisim軟件，對每一電子產(chǎn)品原理圖的仿真分析可以提高學(xué)生對電路原理的理解，開拓學(xué)生電路設(shè)計的思路及其培養(yǎng)學(xué)生對電子產(chǎn)品設(shè)計的能力。

1 Multisim簡介

Multisim源于加拿大后期被美國NI公司（美國國家儀器公司）收購，其具有數(shù)千種電路元器件供實驗選用，虛擬測試儀器儀表種類齊全，可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路。實現(xiàn)計算機仿真設(shè)計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計與試驗方法比較，具有設(shè)計與實驗可以同步進行，可以邊設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便；實驗中不消耗實際元器件，實驗成本低，實驗速度快，效率高，設(shè)計和實驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用等特點。其解決理論教學(xué)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題，并很好的將設(shè)計環(huán)節(jié)展現(xiàn)在教學(xué)中。

2 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路整體設(shè)計分析

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電路放大作用，增加負(fù)載電流；在電路中引入電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且通過改變的反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。本文以具有放大環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為例進行分析，如圖1所示。

2.1 穩(wěn)壓設(shè)計原理

當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載電阻的變化等）使輸出電壓U0升高（降低）時，取樣電路將這一變化趨勢送到集成運放的反向輸入端，并與同相輸入端電位UZ進行比較放大；集成運放的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因為電路采用的射極輸出形式，所以輸出電壓UO必然降低（升高），從而使UO得到穩(wěn)定。

2.2 輸出電壓的可調(diào)范圍

在理想運放條件下，凈輸入電壓為零，即，則電位器滑到最上端時，輸出電壓最小，為：

，則電位器滑到最下端時，輸出電壓最大，為：

2.3 調(diào)整管的選擇

根據(jù)電路中元件選擇，變壓器二次側(cè)電壓有效值39.239 V，橋式整流及電容濾波電路得到V。調(diào)整管一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數(shù)，

，

。

3 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路模塊設(shè)計分析

串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路如圖1所示，電路主要由整流濾波模塊，同相比例運算電路模塊，電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路模塊，射極輸出器模塊組成。

3.1 橋式整流電容濾波電路

橋式整流電路工作原理如圖2所示，設(shè)變壓器二次側(cè)電壓為當(dāng)為正半周時，電流由2點流出經(jīng)1點到R1，再經(jīng)4點到達3點，負(fù)載R1上的電壓當(dāng)為負(fù)半周時，電流由3點流出經(jīng)1點到R1，再經(jīng)4點到達2點，負(fù)載R1的電壓。輸出電壓的平均值為。

橋式整流電容濾波電路工作原理如圖3所示，當(dāng)二次側(cè)電壓處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓時，電流一路經(jīng)負(fù)載R1，另一路對電容C充電，理想情況下，當(dāng)上升到峰值后開始下降，電容通過負(fù)載R1放電，其電壓開始下降，趨勢與基本相同，但由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)下降到一定數(shù)值后，的下降速度小于，使得大于，從而導(dǎo)致二極管截止，電容C繼續(xù)通過R1放電，按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)?shù)呢?fù)半周與以上原理相同。由圖3中波形圖可以看出，經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足的條件，此時電容的耐壓值應(yīng)大于。

3.2 同相比例運算電路

同相比例運算電路工作原理如圖4所示，左圖中根據(jù)理想集成運放工作在線性區(qū)時，滿足“虛短”和“虛斷”的概念，

，

右圖中，由基本原理可推到出

3.3 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路

同相比例運算電路和電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路是一體，但此電路承擔(dān)兩種功能，工作原理如圖4所示，左圖中由于R1是輸入端與輸出端的連接元件，所以R1是反饋網(wǎng)絡(luò)。其是從輸出電壓取樣，通過反饋網(wǎng)絡(luò)得到反饋電壓，然后與輸入電壓相比較，求得差值作為凈輸入電壓進行放大，故此反饋類型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。由可得此反饋類型僅僅決定于，而與負(fù)載電阻無關(guān)，因此，可以將電路的輸出看成為電壓控制的電壓源，且輸出電阻為零。右圖中電阻是反饋電阻并且類型是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由：

可得是控制的電壓源，穩(wěn)定輸出電壓。

3.4 射極輸出器電路

共集電極放大電路工作原理如圖5所示，共集電極放大電路是從發(fā)射極輸出的，所以簡稱射極輸出器，此電路的電壓放大倍數(shù)。

因此，小于1但近似等于1，即略小于，電路沒有電壓放大作用，此外，跟隨變化，故電路又稱為射極跟隨器。

3.5 采樣-電壓比較-穩(wěn)壓-放大電路

采樣-電壓比較-穩(wěn)壓-放大模塊也就是以上同相比例運算電路構(gòu)成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路、射極輸出器電路綜合體模塊。主要采用集成運放構(gòu)成了深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻趨近于零，因而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。輸出電壓如圖6所示，輸出電壓通過三極管構(gòu)成的射極輸出器將其穩(wěn)定，其穩(wěn)壓電源可通過電阻R3調(diào)節(jié)其輸出電壓范圍，最大約為30 V，最小10 V。

4 結(jié)語

由上述仿真結(jié)果可知，先是具有放大環(huán)節(jié)的可調(diào)穩(wěn)壓電源電路整體設(shè)計思路作以分析，然后對電路的每一模塊進行詳細的分析，電路的元器件其取值都將影響穩(wěn)壓電源性能，從變壓、整流、濾波、電壓比較、穩(wěn)壓到最終輸出電壓的可調(diào)，體現(xiàn)了電路整個設(shè)計思想和工作原理，結(jié)論與理論相一致。

現(xiàn)如今各高職院校在教學(xué)中，仿真軟件應(yīng)用有兩種形式：Multisim以一門單獨EDA即電子自動化設(shè)計課程展開教學(xué)；《電子技術(shù)》課程在實驗部分有所應(yīng)用，（教材中以獨立實驗的特點編寫，但真正很少實現(xiàn)）。問題所在：軟件和實體沒有有效的結(jié)合起來，理論中電路原理教學(xué)沒有應(yīng)用到仿真軟件，不能快速有效提高學(xué)生理解能力；Multisim實驗教學(xué)形同虛設(shè)，在理論教學(xué)和實驗教學(xué)中由于軟件的配備、時間的分配等問題的存在不能夠?qū)崿F(xiàn)仿真教學(xué)；《電子產(chǎn)品組裝與調(diào)試》作為一門基于工學(xué)結(jié)合的課程，現(xiàn)還是試探和完善階段，Multisim的應(yīng)用還是個空白。

如果在教學(xué)中采用Multisim軟件，如以上串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路的分析過程，可以解決以上的問題。仿真軟件Multisim的引入，能夠快捷方便的搭建電路，預(yù)測電路的結(jié)果；大大縮減理論知識的教學(xué)時間，較短的時間將理論融會貫通，提高學(xué)生對電路工作原理的認(rèn)識與理解的能力；使整個教學(xué)環(huán)節(jié)有一個完整的工作過程，即設(shè)計―焊接―組裝―調(diào)試的過程，更加完善工了學(xué)結(jié)合課程模式；為電路的改造和設(shè)計奠定基礎(chǔ)，為學(xué)生將來的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

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第4篇：電源電路的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：大功率　LED路燈　驅(qū)動電源　設(shè)計

引　言

所謂“綠色照明”是指通過可行的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，改善提高人們的生活品質(zhì)。完整的“綠色照明”內(nèi)涵包括高效、節(jié)能、安全、環(huán)保等四項指標(biāo)，不可或缺。作為“綠色照明”之一的半導(dǎo)體照明是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一，它具有高效、節(jié)能、安全、環(huán)保、壽命長、易維護等顯著特點，被認(rèn)為是最有可能進入普通照明領(lǐng)域的一種新型第四代“綠色”學(xué)源。2003年6月17日，我國正式啟動“國家半導(dǎo)體照明工程”。隨著“綠色照明”理念的提出和推廣，以半導(dǎo)體材料制作的LED光源被逐漸的應(yīng)用到了景觀照明方面，與此同時大功率的LED路燈引起了人們的廣泛關(guān)注。大功率LED路燈的工作原理是，通過直流低壓對大功率LED組進行點亮，從而滿足人們的照明需求。大功率LED路燈不僅具有亮度高和顯色性好的優(yōu)勢，并且因為LED路燈的需要輸入的電能是低壓直流，所以對電能的要求少。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，由于大功率LED路燈對電能的要求少，使得太陽能LED路燈作為未來道路的照明方式成為可能。在目前的LED應(yīng)用過程中，由于大功率LED所需要的必須是低壓直流電源，所以普通的家用交流電無法滿足大功率LED的要求，即使經(jīng)過了普通降壓和穩(wěn)壓的電源也必須通過重新改良過后才能用于為大功率LED驅(qū)動電能。本文通過對大功率LED的工作特性深入探析理解，并對目前常用的一些驅(qū)動電源進行簡要分析，對高效的發(fā)揮出大功率LED的優(yōu)勢驅(qū)動電源必須具備的哪些條件提出了多個設(shè)計要素。

一、LED驅(qū)動電路研究的意義和價值

LED路燈是低得罟、大電流的驅(qū)動器件其發(fā)光的強度由流過LED的電流決定電流過強會引起LED的衰減電流過弱會（dian4　liu2　guo4　ruo4　hui4）影響LED的發(fā)光強度因此LED的驅(qū)動需要提供恒流電源以保證大功率LED使用的安全性同時達到理想的發(fā)光強度。用市電驅(qū)動大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC（功率因素校正）和恒流問題還需有比較高的轉(zhuǎn)換效率有較小的體積能長時間工作易散熱低成本抗電磁干擾和過溫、過流、短路、開路保護等。本文設(shè)計的PFC開關(guān)電源性能良好、可靠、經(jīng)濟實惠且效率高在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。

LED由于節(jié)能環(huán)保、壽命長、光電效率高、啟動時間按短等眾多優(yōu)點，成為了照明領(lǐng)域關(guān)注的焦點，近年來發(fā)展迅速。由于LED獨特的電氣特性使得LED驅(qū)動電路也面臨更大的挑戰(zhàn)，LED驅(qū)動電路關(guān)系到整個LED照明系統(tǒng)性能的可靠性。因此為防止LED的損壞，這些都要求所設(shè)計系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)控制LED輸出電流。目前采用的穩(wěn)壓驅(qū)動電路，存在穩(wěn)流能力較差的缺點，從而導(dǎo)致LED壽命大為縮短。

當(dāng)前，直流輸入LED驅(qū)動電源已經(jīng)發(fā)展了較長的一段時間，電路已比較成熟，而用于市電輸入照明的LED驅(qū)動電路，很多采用交流輸入電容降壓及工頻變壓器降壓，電源體積過大，輸出的電流穩(wěn)定性差，性能很低。目前針對市電輸入的降壓驅(qū)動電路是當(dāng)前LED驅(qū)動市場的難點和熱點。LED照明時一種綠色照明，其驅(qū)動電源的輸出功率較小，在此情況下實現(xiàn)電源的高效率是另一大難點。同時，由于LED的使用壽命理論上長達10　萬小時，這要求驅(qū)動電源很高的可靠性。

二、設(shè)計方案

HV9910　應(yīng)用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調(diào)制（PWM）　方法，采用了一個小電感和一個外部開關(guān)來最小化LED驅(qū)動器的損耗。不同于傳統(tǒng)的PWM控制方法，該驅(qū)動器使用了一個簡單的開/　關(guān)控制來調(diào)整LED的電流，因而簡化了控制電路的設(shè)計。

2.1　電路的特點

1）無需電解電容及變壓器，這樣增加了電源的使用壽命。如果LED驅(qū)動器理有電解電容，那壽命主要取決于電解電容，電解電容的使用壽命有一個大家公認(rèn)的近似計算法則：即溫度每下降10　度使用壽命增加一倍。比如說標(biāo)稱105　度2000　小時的電解電容，在65　度下使用壽命大約是32000　小時。

2）高效率。這款靈活簡單的LED驅(qū)動器IC效率超過93%，可減少相關(guān)元件的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)成本。HV9910　可將調(diào)整過的85V至265Vac　或8V至450Vdc　電壓源轉(zhuǎn)換為一個恒流源，從而為串連或并聯(lián)的高亮LED提供電源。

3）電路簡單，僅需一個芯片HV9910　的實現(xiàn)就能實現(xiàn)所有的功能，沒有用到變壓器，提高了功率的效率，減少了空間，增加了系統(tǒng)的可靠性。

2.2　電磁兼容，高PFC、過EMI

采用高PFC　功能電路設(shè)計的室外LED　路燈電源，內(nèi)置完善的EMC電路和高效防雷電路，符合安規(guī)和電磁兼容的要求。再用電壓環(huán)反饋，限壓恒流，效率高，恒流準(zhǔn)，范圍寬，實現(xiàn)了寬輸入，穩(wěn)壓恒流輸出，避免了LED正向電壓的改變而引起電流變動，同時恒定的電流使LED得亮度穩(wěn)定。整機元件少，電路簡單。

2.3　電源的PCB設(shè)計

本文在PCB　布局過程中，將易受干擾的元器件、輸入與輸出元件、具有較高的電位差的元器件或?qū)Ь€間距離盡可能加大，提高電路的抗干擾能力。

本文遵守以下原則進行PCB布線：

1）盡量避免相鄰的線平行排列，平行走線的最大長度小于3cm，避免線間電容使電路發(fā)生反饋耦合和電磁振蕩；

2）為避免高頻回路對整個電路的影響，盡可能減小其面積，并使用較細的導(dǎo)線；

3）合理設(shè)計PCB導(dǎo)線的寬度，電源進線線寬1.5mm，開關(guān)電源輸入線的相線與中線間距3.5mm，電源地與輸出地間距、變壓器的初級與次級間距均大于8mm；

三、可靠性設(shè)計

要在照明領(lǐng)域中大量使用大功率白光LED，只有保證大功率白光LED驅(qū)動電源安全可靠地工作，才能保證大功率白光LED的長壽命和發(fā)光亮度穩(wěn)定。

3.1過壓過流保護

在實際使用中，會出現(xiàn)負(fù)載短路或者空載的情況，會造成整個驅(qū)動電源的破壞，所以在驅(qū)動電源設(shè)計的時候，需要增加過壓與過流保護。

3.2隔離保護

LED是低電壓的產(chǎn)品，當(dāng)驅(qū)動電源的開關(guān)損壞時，也不能有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。所以要求電路的負(fù)載電路做到隔離保護。

3.3浪涌保護

在實際應(yīng)用中，電網(wǎng)很不穩(wěn)定，尤其是雷雨季節(jié)，會有浪涌電壓存在，所以在驅(qū)動電源設(shè)計時，要考慮到整個產(chǎn)品的防雷，盡量避免在異常時造成永久性的破壞。

3.4散熱設(shè)計在大功率LED應(yīng)用中，LED能承受的電流與溫度有一定的關(guān)系，所以在驅(qū)動電源設(shè)計時，需要考慮大功率白光LED的散熱問題和驅(qū)動電源本身的散熱問題。

第5篇：電源電路的設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】低壓開關(guān)柜；雙路電源；進線設(shè)計

中圖分類號：S611文獻標(biāo)識碼：A文章編號：

低壓開關(guān)柜會經(jīng)常需要兩路電源進線。這兩路電源一路為市電，另一路為自發(fā)電源，要求在某一路電源停電時切換到另一路電源上。但一路電源合閘后另一路就不準(zhǔn)合閘，以避免一路有電電源向另一路無電電源倒送電，造成事故。

一、低壓開關(guān)柜

1、概述

低壓開關(guān)柜中進線柜、母聯(lián)柜、電容柜采用固定分隔式結(jié)構(gòu)，出線柜采用抽屜式結(jié)構(gòu)。本技術(shù)要求適用于本合同的成套低壓固定分隔式開關(guān)柜或抽屜式開關(guān)柜，它對戶內(nèi)低壓開關(guān)包括母線的設(shè)計、材料、結(jié)構(gòu)、試驗、技術(shù)文件等提出了最低要求。

2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

除相關(guān)文件提出的要求外，所有設(shè)備還應(yīng)符合中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)（GB）或有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的最新版本，應(yīng)提供經(jīng)LOVAG認(rèn)可的國際權(quán)威試驗室的型式試驗報告、國內(nèi)型式試驗報告和3C認(rèn)證證書。

3、使用條件

（1）海拔高度：2000米以內(nèi)；

（2）環(huán)境溫度：-20～+50℃；

（3）相對濕度：95%（20℃時）。

4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)

（1）400V，3相4線，50Hz，中性點接地。

（2）電壓變化范圍：正常±10%，瞬時-20%，頻率變化范圍±4%。

5、系統(tǒng)說明

（1）本設(shè)備用于本項目變電所的低壓配電系統(tǒng)。

（2）本低壓開關(guān)柜應(yīng)包括主電路、輔助電路、母線，是一臺或多臺低壓開關(guān)電器及其保護和控制裝置的組合，同時包括控制、測量、信號指示和各種附件以及所有內(nèi)部電氣和機械的連接。

（3）低壓控制裝置包括低壓一次設(shè)備（如熔斷器、斷路器、接觸器、熱繼電器等）和二次系統(tǒng)。按照本技術(shù)標(biāo)書所附系統(tǒng)圖的要求，將有關(guān)的一、二次設(shè)備組裝在封閉的金屬柜內(nèi)，成為低壓開關(guān)柜。

（4）元器件選用

要求智能型框架斷路器具有完善的三段式保護：過載長延時、短路瞬動、短路延時、接地保護（根據(jù)施工圖要求進行配置）及上下級配合功能。

所有受電主開關(guān)和饋電開關(guān)，應(yīng)使用同一公司同一品牌的產(chǎn)品。

（5）斷路器安裝方式

整定電流500A以上的斷路器采用框架式（ACB）抽出安裝。整定電流500A及以下的斷路器采用塑殼式，采用插拔式安裝。

（6）其它

風(fēng)機正、反轉(zhuǎn)可在低壓開關(guān)柜內(nèi)和現(xiàn)場完成。

二、低壓開關(guān)柜中雙路電源進線的設(shè)計

雙路電源進線的常用設(shè)計方法是采用雙投開關(guān)，如HS13。這種雙投開關(guān)的結(jié)構(gòu)決定了只能做在柜深較深的固定式面板的柜中，如PGL柜中，局限性就比較大。

現(xiàn)在主隔離開關(guān)都選用全封閉式免維護引進產(chǎn)品QSA刀熔開關(guān)或QA無熔斷器隔離開關(guān)。如果兩路電源每路進一只QSA(或QA)，出線端并聯(lián)引出，只要專門設(shè)計機械聯(lián)鎖機構(gòu)以保證兩只開關(guān)不能同時合閘，那么無論是在選用元件的先進性，安裝的靈活適應(yīng)性上都將比舊式的雙投開關(guān)好。機械聯(lián)鎖裝置有多種設(shè)計方案，原理都是利用合閘開關(guān)旋轉(zhuǎn)90，后反映到距離的變化，阻止另一開關(guān)的旋轉(zhuǎn)(合閘)。但這些設(shè)計有的要破壞開關(guān)的完整性—焊接轉(zhuǎn)軸等，有的要妨礙柜中元件的維護、檢修。

現(xiàn)在設(shè)計一種適用于任何柜體，且只與操作手柄的安裝孔(在門上)及鎖頭(可卸件)發(fā)生關(guān)系的機械聯(lián)鎖機構(gòu)(見下圖)。在GLG-0.4分隔式低壓開關(guān)柜和XLL-0.4組合分隔式開關(guān)柜上安裝使用了幾十套，效果很好。

1.聯(lián)鎖擋板2.定位板3.偏心輪4.防伸擋板

5.自攻螺釘ST4.8x196.緊定螺釘7.螺釘8.導(dǎo)向銷

機構(gòu)是用套在鎖頭方軸上特制凸輪塊隨鎖頭旋轉(zhuǎn)時最高點頂住聯(lián)鎖擋板，壓住另一把QSA鎖頭方軸上凸輪的最低邊，因而阻止了兩只開關(guān)同時合附的可能性。在實際制作中，因手柄長度較長(140mm)，當(dāng)一只開關(guān)合上后，強行扳動另一只開關(guān)時，凸輪對聯(lián)鎖擋板所施的力矩約是手柄所施力的5倍，無疑會對另一開關(guān)軸產(chǎn)生很強的推力，迫使兩根軸向上下兩端延伸，兩軸間距增大。一旦間距增大到超過偏心凸輪的最高點與最低點的差值時，凸輪便會強行轉(zhuǎn)過聯(lián)鎖擋板的阻止產(chǎn)生誤動作，這是絕對不允許的，為此在兩凸輪的最外兩邊裝設(shè)兩塊“防伸擋板”，防止兩軸的延伸。這樣，除非將固定“防伸擋板”的兩只ST4.8mmx19mm。自攻螺釘切斷，否則便不可能誤動作。

這種機械聯(lián)鎖機構(gòu)巧妙地利用操作手柄四只安裝孔，結(jié)構(gòu)緊湊，大面積的聯(lián)鎖擋板裝在門背后隨門一起轉(zhuǎn)動，不占倉位面積，不遮視線，不影響接線和倉位元件維修。安裝開關(guān)柜時可以在所有元件安裝完畢后再加裝本聯(lián)鎖裝置，安裝維修極為方便。，

聯(lián)鎖機構(gòu)總計五種零件，九件。其中兩種，四件為機加工件；三種，五件為飯金件。因精度要求不高，制作較為方便，而且適用范圍廣，可適用于QSA-16oA-QSA-63oA；QA-400A~QA-630A等用H系列旋轉(zhuǎn)操作手柄的任一種開關(guān)。

最近我發(fā)現(xiàn)用兩只QSA豎直合并后，中間加聯(lián)鎖機構(gòu)及出軸，并將兩只開關(guān)固定在一勢板上，做成QSA(或QA)式的雙投開關(guān)的資料。與這種產(chǎn)品相比，上述的雙電源進線設(shè)計仍有其優(yōu)越性，這是由于:(1)新雙投開關(guān)占用倉位較多。以QSA-630A為例，豎裝兩開關(guān)總長為6900m加板后整體不會小于750mm，只能裝在800~880mm高的倉位中；而機械聯(lián)鎖式用兩只橫裝的QSA-630A總高540mm，可裝在600-660mm的倉中，縮小了一個檔次的倉位高度；(2)雙電源進線中較常用一路開關(guān)(如常用市電)較易損壞，而另一路開關(guān)使用時間相對小得多。當(dāng)常用的一路開關(guān)需更換時，新雙投開關(guān)因連在一起只能一起換掉；而分立式雙路開關(guān)只需換掉一只常用開關(guān)即可，維護費用相對較為節(jié)省；(3)新雙投開關(guān)完全由兩只QSA(或QA)拼裝加附加機構(gòu)而成，而分立式雙路開關(guān)僅增加一套成本不高、易于自制的機械聯(lián)鎖機構(gòu)，總計價格估計不會高于新雙投開關(guān)。

三、低壓開關(guān)柜雙電源供電的實現(xiàn)

對于單母線分段雙電源供電系統(tǒng)，可有多種運行方式，本設(shè)計僅為二路電源同時供電，以母聯(lián)作備自投的一種常用方案，其特點是當(dāng)工作電源失電后，母聯(lián)在滿足自投條件下自動投入運行；當(dāng)失電線路恢復(fù)來電時，又能自動切斷母聯(lián)斷路器，自動恢復(fù)原線路供電。

1、ATS裝置動作的基本條件

（1）母線工作電源由人工手動切除，或保護裝置動作跳閘造成母線失電，ATS裝置不應(yīng)動作

（2）I(II)段母線工作電源斷開后，II(I)段工作母線應(yīng)具有60％～70％的額定電壓（228V~266V）方具備自投條件。

（3）工作母線失壓保護按母線額定電壓的25％（95V）整定，電壓繼電器1KV～4KV全部按串聯(lián)連接，線圈長期允許工作電壓為440V。若運行中發(fā)生B相熔絲熔斷，1KV（3KV）和2KV（4KV）的電壓降相同，同為190V，此時因1KV(3KV)繼電器實際工作電壓高于整定值，因而1KV（3KV）不會誤動作，僅發(fā)生缺相報警信號，因而避免了ATS的誤動作。

（4）ATS是否投入運行，由運行值班人員根據(jù)所需的運行方式?jīng)Q定，并由工作轉(zhuǎn)換開關(guān)1SA（2SA）切換至所需工位。

2、母線初次送電

I，II段母線分別由二路電源供電，轉(zhuǎn)換開關(guān)1SA~3SA均在手動位置，由工人手動操作，先后合上進線斷路器1QF，2QF。

3、自投過程

（1）將母聯(lián)斷路器3QF置于熱備用狀態(tài)。

（2）在二路電源同時供電的情況下，操作轉(zhuǎn)換開關(guān)1SA~3SA，置于自動工作位置。

（3）假設(shè)I段工作母線失壓并斷流，時間繼電器1KT動作，1KC釋放，I段進線斷路器經(jīng)延時后跳閘，延時時間的整定應(yīng)避免母線晃電造成瞬間斷電而誤動作。

（4）1QF跳閘后，母聯(lián)3QF合閘回路全部通路，并完成自投合閘過程。

4、自復(fù)過程

（1）當(dāng)I段進線電源側(cè)三相全部恢復(fù)供電后，3KT即失電延時返回，并接通3QF跳閘回路，使母聯(lián)跳閘。

（2）3QF跳閘后，1HQ即得電，并將I段進線電源合上恢復(fù)供電。

（3）如運行要求不需要來電自復(fù)，只須將3QF分閘回路切換片1XB切換至信號位置，指示進線電源已恢復(fù)供電。

5、故障失電

I(II)段母線在運行時如發(fā)生故障,過流繼電器2KC(4KC)動作，I(II)段進線斷路器1QF(2QF)立即分閘，并啟動5KA(6KA) ，使3QF合閘回路斷開，禁止ATS誤動，并發(fā)出過流報警信號。報警信號由人工手動復(fù)位。

結(jié)束語

以上所設(shè)計的雙路進線QSA(QA)聯(lián)鎖機構(gòu)無論在通用性、可靠性、經(jīng)濟性和新穎性方面都占優(yōu)勢，可供成套廠、設(shè)計院及新型雙投開關(guān)試制廠設(shè)計部門參考。

參考文獻

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第6篇：電源電路的設(shè)計范文

--用PROTEL DXP電路板設(shè)計的一般原則

電路板設(shè)計的一般原則包括：電路板的選用、電路板尺寸、元件布局、布線、焊盤、填充、跨接線等。

電路板一般用敷銅層壓板制成，板層選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經(jīng)濟指標(biāo)等方面考慮。常用的敷銅層壓板是敷銅酚醛紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧玻璃布層壓板、敷銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環(huán)氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點。 環(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在 260℃的熔錫中不起泡。環(huán)氧樹脂浸過的玻璃布層壓板受潮氣的影響較小。 超高頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。

在要求阻燃的電子設(shè)備上，還需要阻燃的電路板，這些電路板都是浸入了阻燃樹脂的層壓板。 電路板的厚度應(yīng)該根據(jù)電路板的功能、所裝元件的重量、電路板插座的規(guī)格、電路板的外形尺寸和承受的機械負(fù)荷等來決定。

主要是應(yīng)該保證足夠的剛度和強度。

常見的電路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm

從成本、銅膜線長度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。 電路板的制作費用是和電路板的面積相關(guān)的，面積越大，造價越高。 在設(shè)計具有機殼的電路板時，電路板的尺寸還受機箱外殼大小的限制，一定要在確定電路板尺寸前確定機殼大小，否則就無法確定電路板的尺寸。 一般情況下，在禁止布線層中指定的布線范圍就是電路板尺寸的大小。電路板的最佳形狀是矩形，長寬比為 3:2 或 4:3，當(dāng)電路板的尺寸大于 200mm×150mm 時，應(yīng)該考慮電路板的機械強度。 總之，應(yīng)該綜合考慮利弊來確定電路板的尺寸。

雖然 Protel DXP 能夠自動布局，但是實際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。要進行布局時，一般遵循如下規(guī)則：

1．特殊元件的布局 特殊元件的布局從以下幾個方面考慮：

1）高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設(shè)法減小連線的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出的元件之間的距離應(yīng)該盡可能大一些。

2）具有高電位差的元件：應(yīng)該加大具有高電位差元件和連線之間的距離，以免出現(xiàn)意外短路時損壞元件。為了避免爬電現(xiàn)象的發(fā)生，一般要求 2000V 電位差之間的銅膜線距離應(yīng)該大于 2mm，若對于更高的電位差，距離還應(yīng)該加大。帶有高電壓的器件，應(yīng)該盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。

3）重量太大的元件：此類元件應(yīng)該有支架固定，而對于又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。

4）發(fā)熱與熱敏元件：注意發(fā)熱元件應(yīng)該遠離熱敏元件。

5）可以調(diào)節(jié)的元件：對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機的結(jié)構(gòu)要求，若是機內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)該放在電路板上容易調(diào)節(jié)的地方，若是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相對應(yīng)。

6）電路板安裝孔和支架孔：應(yīng)該預(yù)留出電路板的安裝孔和支架的安裝孔，因為這些孔和孔附近是不能布線的。

2．按照電路功能布局 如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對元件進行布局，信號從左邊進入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。 按照電路流程，安排各個功能電路單元的位置，使信號流通更加順暢和保持方向一致。 以每個功能電路為核心，圍繞這個核心電路進行布局，元件安排應(yīng)該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個元件之間的引線和連接。 數(shù)字電路部分應(yīng)該與模擬電路部分分開布局。

3．元件離電路板邊緣的距離 所有元件均應(yīng)該放置在離板邊緣 3mm 以內(nèi)的位置，或者至少距電路板邊緣的距離等于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)中進行流水線插件和進行波峰焊時，要提供給導(dǎo)軌槽使用，同時也是防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，引起銅膜線斷裂導(dǎo)致廢品。如果電路板上元件過多，不得已要超出 3mm 時，可以在電路板邊緣上加上 3mm 輔邊，在輔邊上開 V 形槽，在生產(chǎn)時用手掰開。

4．元件放置的順序 首先放置與結(jié)構(gòu)緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開關(guān)和連接插件等。 再放置特殊元件，例如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等。 最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。

布線的規(guī)則如下：

1）線長：銅膜線應(yīng)盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)該如此。銅膜線的不拐彎處應(yīng)為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。當(dāng)雙面板布線時，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。

2）線寬：銅膜線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它的最小值取決于流過它的電流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇 0.3mm。一般情況下，1~1.5mm 的線寬，允許流過 2A 的電流。例如地線和電源線最好選用大于 1mm 的線寬。在集成電路座焊盤之間走兩根線時，焊盤直徑為 50mil，線寬和線間距都是 10mil，當(dāng)焊盤之間走一根線時，焊盤直徑為 64mil，線寬和線間距都為 12mil。注意公制和英制之間的轉(zhuǎn)換，100mil=2.54mm。

3）線間距：相鄰銅膜線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時為了便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。在布線密度低的情況下，間距應(yīng)該盡可能的大。

4）屏蔽與接地：銅膜線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強。另外地線的形狀最好作成環(huán)路或網(wǎng)格狀。多層電路板由于采用內(nèi)層做電源和地線專用層，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。

焊盤

焊盤尺寸 焊盤的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑加上 0.2mm 作為焊盤的內(nèi)孔直徑。例如，電阻的金屬引腳直徑為 0.5mm，則焊盤孔直徑為 0.7mm，而焊盤外徑應(yīng)該為焊盤孔徑加1.2mm，最小應(yīng)該為焊盤孔徑加 1.0mm。 當(dāng)焊盤直徑為 1.5mm 時，為了增加焊盤的抗剝離強度，可采用方形焊盤。 對于孔直徑小于 0.4mm 的焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=0.5~3。 對于孔直徑大于 2mm 的焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=1.5~2。

常用的焊盤尺寸如表 1-1 所示表 16-1

常用的焊盤尺寸

焊盤孔直徑/mm 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0

焊盤外徑/mm 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4

注意事項：

設(shè)計焊盤時的注意事項如下：

1）焊盤孔邊緣到電路板邊緣的距離要大于 1mm，這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。

2）焊盤補淚滴，當(dāng)與焊盤連接的銅膜線較細時，要將焊盤與銅膜線之間的連接設(shè)計成淚滴狀，這樣可以使焊盤不容易被剝離，而銅膜線與焊盤之間的連線不易斷開。

3）相鄰的焊盤要避免有銳角。

大面積填充

電路板上的大面積填充的目的有兩個，一個是散熱，另一個是用屏蔽減少干擾，為避免焊接時產(chǎn)生的熱使電路板產(chǎn)生的氣體無處排放而使銅膜脫落，應(yīng)該在大面積填充上開窗，后者使填充為網(wǎng)格狀。 使用敷銅也可以達到抗干擾的目的，而且敷銅可以自動繞過焊盤并可連接地線。

跨接線

在單面電路板的設(shè)計中，當(dāng)有些銅膜無法連接時，通常的做法是使用跨接線，跨接線的長度應(yīng)該選擇如下幾種：6mm、8mm 和 10mm。

接地

1地線的共阻抗干擾 電路圖上的地線表示電路中的零電位，并用作電路中其它各點的公共參考點，在實際電路中由于地線（銅膜線）阻抗的存在，必然會帶來共阻抗干擾，因此在布線時，不能將具有地線符號的點隨便連接在一起，這可能引起有害的耦合而影響電路的正常工作。

2．如何連接地線 通常在一個電子系統(tǒng)中，地線分為系統(tǒng)地、機殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等幾種，在連接地線時應(yīng)該注意以下幾點：

1）正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號頻率小于 1MHz，布線和元件之間的電感可以忽略，而地線電路電阻上產(chǎn)生的壓降對電路影響較大，所以應(yīng)該采用單點接地法。 當(dāng)信號的頻率大于 10MHz 時，地線電感的影響較大，所以宜采用就近接地的多點接地法。 當(dāng)信號頻率在 1~10MHz 之間時，如果采用單點接地法，地線長度不應(yīng)該超過波長的 1/20，否則應(yīng)該采用多點接地。

2）數(shù)字地和模擬地分開。電路板上既有數(shù)字電路，又有模擬電路，應(yīng)該使它們盡量分開，而且地線不能混接，應(yīng)分別與電源的地線端連接（最好電源端也分別連接）。要盡量加大線性電路的面積。一般數(shù)字電路的抗干擾能力強，TTL 電路的噪聲容限為 0.4~0.6V，CMOS 數(shù)字電路的噪聲容限為電源電壓的 0.3~0.45 倍，而模擬電路部分只要有微伏級的噪聲，就足以使其工作不正常。所以兩類電路應(yīng)該分開布局和布線。

3）盡量加粗地線。若地線很細，接地電位會隨電流的變化而變化，導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應(yīng)該盡量寬，一般以大于 3mm 為宜。

4）將接地線構(gòu)成閉環(huán)。當(dāng)電路板上只有數(shù)字電路時，應(yīng)該使地線形成環(huán)路，這樣可以明顯提高抗干擾能力，這是因為當(dāng)電路板上有很多集成電路時，若地線很細，會引起較大的接地電位差，而環(huán)形地線可以減少接地電阻，從而減小接地電位差。

5）同一級電路的接地點應(yīng)該盡可能靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)該接在本級的接地點上。

6）總地線的接法。總地線必須嚴(yán)格按照高頻、中頻、低頻的順序一級級地從弱電到強電連接。高頻部分最好采用大面積包圍式地線，以保證有好的屏蔽效果。

抗干擾

具有微處理器的電子系統(tǒng)，抗干擾和電磁兼容性是設(shè)計過程中必須考慮的問題，特別是對于時鐘頻率高、總線周期快的系統(tǒng)；含有大功率、大電流驅(qū)動電路的系統(tǒng)；含微弱模擬信號以及高精度 A/D 變換電路的系統(tǒng)。為增加系統(tǒng)抗電磁干擾能力應(yīng)考慮采取以下措施：

1）選用時鐘頻率低的微處理器。只要控制器性能能夠滿足要求，時鐘頻率越低越好，低的時鐘可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于方波中包含各種頻率成分，其高頻成分很容易成為噪聲源，一般情況下，時鐘頻率 3 倍的高頻噪聲是最具危險性的。

2）減小信號傳輸中的畸變。當(dāng)高速信號（信號頻率高=上升沿和下降沿快的信號）在銅膜線上傳輸時，由于銅膜線電感和電容的影響，會使信號發(fā)生畸變，當(dāng)畸變過大時，就會使系統(tǒng)工作不可靠。一般要求，信號在電路板上傳輸?shù)你~膜線越短越好，過孔數(shù)目越少越好。典型值：長度不超過 25cm，過孔數(shù)不超過 2 個。

3）減小信號間的交叉干擾。當(dāng)一條信號線具有脈沖信號時，會對另一條具有高輸入阻抗的弱信號線產(chǎn)生干擾，這時需要對弱信號線進行隔離，方法是加一個接地的輪廓線將弱信號包圍起來，或者是增加線間距離，對于不同層面之間的干擾可以采用增加電源和地線層面的方法解決。

4）減小來自電源的噪聲。電源在向系統(tǒng)提供能源的同時，也將其噪聲加到所供電的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的復(fù)位、中斷以及其它一些控制信號最易受外界噪聲的干擾，所以，應(yīng)該適當(dāng)增加電容來濾掉這些來自電源的噪聲。

5）注意電路板與元器件的高頻特性。在高頻情況下，電路板上的銅膜線、焊盤、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感和電容不容忽略。由于這些分布電感和電容的影響，當(dāng)銅膜線的長度為信號或噪聲波長的 1/20 時，就會產(chǎn)生天線效應(yīng)，對內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾，對外發(fā)射電磁波。 一般情況下，過孔和焊盤會產(chǎn)生 0.6pF 的電容，一個集成電路的封裝會產(chǎn)生 2~6pF 的電容，一個電路板的接插件會產(chǎn)生 520mH 的電感，而一個 DIP-24 插座有 18nH 的電感，這些電容和電感對低時鐘頻率的電路沒有任何影響，而對于高時鐘頻率的電路必須給予注意。

6）元件布置要合理分區(qū)。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題。原則之一就是各個元件之間的銅膜線要盡量的短，在布局上，要把模擬電路、數(shù)字電路和產(chǎn)生大噪聲的電路（繼電器、大電流開關(guān)等）合理分開，使它們相互之間的信號耦合最小。

7）處理好地線。按照前面提到的單點接地或多點接地方式處理地線。將模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開連接，再匯聚到電源的接地點。 電路板以外的引線要用屏蔽線，對于高頻和數(shù)字信號，屏蔽電纜兩端都要接地，低頻模擬信號用的屏蔽線，一般采用單端接地。對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬屏蔽罩屏蔽。

8）去耦電容。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計電路板時，每個集成電路的電源和地線之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用，一方面是本集成電路的儲能電容，提供和吸收該集成電路開門和關(guān)門瞬間的充放電電能，另一方面，旁路掉該器件產(chǎn)生的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為 0.1μF，這樣的電容有 5nH 的分布電感，可以對 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用。一般情況下，選擇 0.01~0.1μF 的電容都可以。

一般要求沒 10 片左右的集成電路增加一個 10μF 的充放電電容。 另外，在電源端、電路板的四角等位置應(yīng)該跨接一個 10~100μF 的電容。

高頻布線

為了使高頻電路板的設(shè)計更合理，抗干擾性能更好，在進行 PCB 設(shè)計時應(yīng)從以下幾個方面考慮：

1）合理選擇層數(shù)。利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線層，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生電感、縮短信號線長度、降低信號間的交叉干擾，一般情況下，四層板比兩層板的噪聲低 20dB。

2）走線方式。走線必須按照 45°角拐彎，這樣可以減小高頻信號的發(fā)射和相互之間的耦合。

3）走線長度。走線長度越短越好，兩根線并行距離越短越好。

4）過孔數(shù)量。過孔數(shù)量越少越好。

5）層間布線方向。層間布線方向應(yīng)該取垂直方向，就是頂層為水平方向，底層為垂直方向，這樣可以減小信號間的干擾。

6）敷銅。增加接地的敷銅可以減小信號間的干擾。

7）包地。對重要的信號線進行包地處理，可以顯著提高該信號的抗干擾能力，當(dāng)然還可以對干擾源進行包地處理，使其不能干擾其它信號。

8）信號線。信號走線不能環(huán)路，需要按照鏈方式布線。

9）去耦電容。在集成電路的電源端跨接去耦電容。

第7篇：電源電路的設(shè)計范文

關(guān)鍵詞:背光源;發(fā)光二極管;動態(tài);降低功耗;驅(qū)動電路

中圖分類號:TN141.9 文獻標(biāo)識碼:A

The Matrix LED Dynamic Backlight and Drive Circuit's Design

ZHENG Xiao-bin, YAO Jian-min, LIN Zhi-xian, XU Sheng, LI Yuan-kui, RUAN Kai-ming, GUO Tai-liang

(College of Physics and Information Engineering Fuzhou University, Fuzhou Fujian 350002, China)

Abstract: Because of its non-luminous, the liquid crystal needs backlight. At present majority use the Cold Cathode Fluorescent Lamp(CCFL) as backlight. But the brightness is not easy to be controlled and response slow and so on disadvantages of CCFL, it results the energy wasted and motion blur of the liquid crystal display. This study introduced a structure of direct dynamic backlights based on LEDs, in which the light emission of every LED was restricted to a smaller area on the diffuser film and every LED was only responsible to illuminate one part of LCD. Designed the drive circuit of dynamic backlight, the LED backlight achieves the corresponding brightness by the analysis to the demonstration picture to obtain the parts of different best brightness and using the way of dynamic controlling the brightness. Using Matlab software simulation LED backlight, results show that the dynamic backlight can effectively reduce power consumption and improve image contrast.

Keywords:backlight; LED; dynamic; reduce the power consumption; drive circuit

引 言

液晶顯示(liquid crystal display,LCD)已在眾多領(lǐng)域迅速取代了傳統(tǒng)陰極射線管(cathode ray tube, CRT) 顯示技術(shù)[1],使LCD顯示器成為了家電市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。由于液晶本身不發(fā)光,需要通過背光照明,因此目前大多數(shù)產(chǎn)品采用陰極射線熒光燈(CCFL)作為背光源。但因CCFL的亮度不容易控制,而液晶電視是采用調(diào)節(jié)LCD的控制電壓,改變液晶的透過率來實現(xiàn)對LCD總體亮度的控制,這種方式在很多情況下造成了背光模組的光能和電能的浪費。另一方面,隨著世界各國對環(huán)保的重視以及RoHS法規(guī)的實施,近年來LCD廠商正積極地尋求冷陰極熒光燈的替代方案。

過去數(shù)年,LED已得到廣泛應(yīng)用,其中成長最快的應(yīng)用領(lǐng)域是LCD的背光應(yīng)用。且數(shù)年間LED已在小尺寸顯示屏的背光應(yīng)用領(lǐng)域得到普及,已取代了CCFL,而在中大尺寸的應(yīng)用中,LED取代CCFL也正成為趨勢[2]。LED背光已開始邁入需要更高性能和更長工作時間的中大尺寸顯示屏背光的應(yīng)用中。采用以色彩還原好、省電、壽命長為優(yōu)點的LED背光源,是高端液晶電視的趨勢。文中所做項目攻克了背光源模塊過厚、傳統(tǒng)LCD背光散熱量大、工作時間過長和高溫下亮度和色彩易漂移的技術(shù)難題,使其色域范圍超過 110% NTSC[3]。

1 點陣式LED動態(tài)背光源

LED(light emitting diode)即發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。同時LED是一種電流型器件,即它的工作狀態(tài)是以通過它的電流為標(biāo)準(zhǔn)的,其工作電流在20mA左右,管壓降在1.8～4V。一般在20mA工作電流時,LED能發(fā)揮最大的光電效率,超過這一電流值,雖然其亮度還能增加,但二極管的功耗和發(fā)熱激增,壽命會大大縮短。為了將LED的工作電流控制在20mA,過去大都采用串聯(lián)電阻的方法――限流電阻法,而現(xiàn)在一般采用集成電路恒流源。

點陣式LED背光,就是LED均勻地分布在整個背光面上,各個LED所照射出的光均勻地投射在整個背光膜上。點陣式LED如圖1所示。我們知道,單獨控制液晶的每一個像素點的點亮是難以實現(xiàn)的,但是可以通過盡量細分對液晶的照明區(qū)域,使單個LED 只負(fù)責(zé)為液晶的部分區(qū)域提供背光照明,這樣就可以最大程度地提高LCD的顯示質(zhì)量。

采用亮度動態(tài)控制的方式可以很方便地通過調(diào)節(jié)LCD背光源電源電壓或輸入電流的大小,從而改變LCD的發(fā)光強度,可使電視在LCD較低能耗條件下工作。亮度動態(tài)控制就是通過對顯示的畫面進行分析,得到不同區(qū)域的最佳亮度的同時控制LCD背光達到相應(yīng)的亮度。采用動態(tài)背光源能有效地改善目前LCD所存在的兩大問題:動態(tài)模糊(motion blur)和對比度低。

整體背光的亮度隨著影像內(nèi)容個別進行亮度調(diào)變,動態(tài)背光模塊驅(qū)動模式所展現(xiàn)的并不是恒定亮度均勻光源,而是提供一個類似影像內(nèi)容調(diào)變的動態(tài)的背光源,此模式可有效解決暗室漏光問題,大幅提升影像動態(tài)對比度[4]。由于主動式動態(tài)背光模塊驅(qū)動模式所展現(xiàn)的并不是恒定亮度均勻光源,而是提供一個類似影像內(nèi)的主動式動態(tài)背光源,因此功耗大小隨不同影像內(nèi)容有所差異。因此動態(tài)LED背光模塊的平均功耗將會比傳統(tǒng) CCFL 背光模塊低,達到省電節(jié)能的功效,同時也可有效降低 LED 熱源的產(chǎn)生,解決一般 LED 背光源模塊所面臨的問題。因此,可使LED將不再需要額外的風(fēng)扇及特殊散熱結(jié)構(gòu),即可有效降低整體材料及制造加工成本,同時由于 LED 低功耗將可進一步提高LED產(chǎn)品壽命與可靠度。同時借由動態(tài)驅(qū)動電路設(shè)計,可進一步提升影像的畫面質(zhì)量,消除普通液晶顯示在顯示快速移動物體時出現(xiàn)的拖影現(xiàn)象。

2 驅(qū)動電路設(shè)計

LED動態(tài)背光原理框圖如圖2所示。視頻源信號是由計算機DVI顯卡接口輸出的分辨率為1024×768、刷新率為60Hz的視頻信號。視頻接收單元的解碼芯片采用Silicon Image公司的SiI161芯片,其解碼輸出24bits的RGB像素數(shù)據(jù)?？刂颇K的作用是由FPGA接收、緩存及處理數(shù)據(jù),并驅(qū)動VGA轉(zhuǎn)換電路和LED背光源驅(qū)動電路。數(shù)據(jù)緩存采用數(shù)據(jù)乒乓存儲機制,將RGB三色數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)緩存單元中的兩部分SRAM中。FPGA將處理后的數(shù)據(jù)送到VGA轉(zhuǎn)換電路模塊,驅(qū)動LCD顯示屏。同時,FPGA通過對灰度數(shù)據(jù)的采樣與計算,傳遞給LED背光源驅(qū)動電路所需要的數(shù)據(jù)和控制信號。LED背光源的驅(qū)動電路主要包括集成灰度調(diào)制電路和行后級放大單元電路。

2.1 集成灰度調(diào)制電路

LED灰度級顯示的方法目前有很多,包括幅值法、空間法、時分法,其中較為常見的是PWM法(脈寬調(diào)制法),也叫占空比法。這種方法是在掃描脈沖對應(yīng)時間內(nèi),從數(shù)據(jù)脈寬中劃出的一個灰度調(diào)制脈沖[5]。數(shù)據(jù)脈沖的寬度可以劃分為多個等級,不同的寬度等級代表不同的灰度信息,從而可以使被選通的像素實現(xiàn)不同的灰度等級。PWM方式根據(jù)數(shù)據(jù)大小的不同,在一個周期內(nèi)輸出灰度調(diào)制脈沖的占空比將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。以8位數(shù)據(jù)為例,如圖3所示,輸出的脈寬信號與數(shù)值大小成比例關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)最大時(脈沖1,11111111),脈沖高電平占滿整個周期,達到全占空比;當(dāng)數(shù)據(jù)為最大數(shù)據(jù)的一半時(脈沖2,10000000),則脈沖高電平占整個周期的一半,以次類推,當(dāng)數(shù)據(jù)為0時,則整個周期內(nèi)脈沖為低電平。這種灰度調(diào)制方法可以很容易地通過數(shù)字電路控制將灰度數(shù)據(jù)信息攜帶在列信號脈沖上,是平板顯示器中常用的灰度實現(xiàn)方案,尤其是電流型器件,如LED、OLED、FED的驅(qū)動電路中均有采用[6]。

本系統(tǒng)集成灰度調(diào)制采用PWM灰度調(diào)制芯片BHL2000。BHL2000專用集成電路芯片是由北京北方華虹微系統(tǒng)有限公司開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超大規(guī)模集成電路,廣泛應(yīng)用在LED大屏幕和其它類型的顯示屏系統(tǒng)上。它采用雙端口SRAM技術(shù),解決了其它芯片數(shù)據(jù)傳輸會占用可貴的顯示時間的突出問題,保證了圖像的亮度和灰度[7]。BHL2000采用PWM調(diào)制方式,主要由譯碼器、比較器、SRAM、計數(shù)器等部分構(gòu)成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

BHL2000芯片內(nèi)部采用雙端口SRAM技術(shù),數(shù)據(jù)的寫入和讀出操作分別由不同的時鐘和地址控制,因此數(shù)據(jù)的寫入和讀出互不影響。在寫入時鐘WR驅(qū)動下,數(shù)據(jù)從DIN0~DIN7輸入,在內(nèi)部移位寄存器中串行移位16次后,由級聯(lián)口SHIFT0~ SHIFT7移出。行、場控制信號HS、YS則確定數(shù)據(jù)在存儲器中的存儲位置,最多可以存8×16×32個字節(jié)。輸出行、場控制信號HCLK、CLR確定取數(shù)位置,在讀出時鐘CLK控制下進行灰度調(diào)制,輸出脈寬信號O0~O15。BHL2000的16路漏級輸出接上拉電阻可產(chǎn)生最大80mA的驅(qū)動電流[8],同時串有8路級聯(lián)信號到下一個芯片。本系統(tǒng)中為了點亮一個48×32的LED點陣,需要三片BHL2000級聯(lián)。

2.2 行后級驅(qū)動單元

行后級驅(qū)動單元實現(xiàn)的是行掃描功能。利用FPGA送給行后級驅(qū)動單元的32路行信號可實現(xiàn)對LED背光的逐行掃描和隔行掃描。

本系統(tǒng)采用48×32點陣LED作為背光源,因此每顯示一行需要的電流是比較大的,假如每顆高亮度LED燈的額定電流是25mA,則驅(qū)動一行所需要的電流是25×48=1.2A,一般的驅(qū)動放大芯片無法滿足要求。因此,需要采用有較大驅(qū)動能力的MOS管,在本系統(tǒng)中使用的是STM4953。STM4953是雙P溝道增強型場效應(yīng)管,輸出電流可達4.5A,完全可以滿足系統(tǒng)的要求。

其內(nèi)部有兩個CMOS管,1、3腳為VCC,2、4腳為控制腳,2腳控制7、8腳的輸出,4腳控制5、6腳的輸出,只有當(dāng)2、4腳為“0”時,7、8、5、6腳才會輸出,否則輸出為高阻狀態(tài)。

3 系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)采用FPGA對整個系統(tǒng)控制。FPGA控制模塊是整個系統(tǒng)的時序產(chǎn)生控制電路部分,它通過產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號,分別對數(shù)據(jù)緩存及處理單元、集成灰度調(diào)制驅(qū)動單元、行后級集成驅(qū)動單元進行控制。FPGA控制電路產(chǎn)生SRAM的控制信號和相應(yīng)的地址信號來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)緩存單元的控制,同時 FPGA控制電路對集成灰度調(diào)制驅(qū)動單元的控制,是通過產(chǎn)生BHL2000的灰度調(diào)制控制信號來實現(xiàn)。而 FPGA控制電路對行后級集成驅(qū)動單元的控制,是通過產(chǎn)生1/32的行脈沖信號并送到STM4953來實現(xiàn)。圖5是 FPGA產(chǎn)生的控制信號的總體流程圖。

根據(jù)系統(tǒng)輸入、輸出信號的要求,本設(shè)計采用Cyclone公司的EP1C6 為目標(biāo)芯片,以quartus為開發(fā)工具,Verilog語言為開發(fā)語言,進行FPGA設(shè)計。本設(shè)計對集成灰度調(diào)制和行后級采用模塊化設(shè)計,如圖6所示。BHL2000模塊的功能是送給BHL2000芯片所需的控制信號wr、hs、vs、hclk、clk、clr及8位串行灰度信號。row模塊的功能是向行選驅(qū)動模塊提供32位并行的行信號 row[31..0]。

4 實驗結(jié)果

為了驗證點陣式動態(tài)背光源的效果,本設(shè)計采用Matlab進行模擬圖像所需的背光源,試驗中選用了2幅1024×768像素的8bit灰度圖像。如圖7所示為仿真試驗結(jié)果圖。測試圖像自左至右依次為測試圖1、測試圖2;圖(a)為原始圖像;圖(b)為LED背光仿真圖;圖(c)為基于LED影像背光的試驗結(jié)果圖。

由試驗結(jié)果可以看到,當(dāng)原始圖像的像素灰度數(shù)值越小時(如測試圖2與測試圖1比較時),背光亮度可降低的幅度越大,因此能更有效地降低背光源的功耗;仿真結(jié)果圖像(c)與原始測試圖像(a)相比,整體亮度會有所降低,不影響圖像的顯示質(zhì)量,但基于動態(tài)背光源所顯示的圖像比恒定的背光源能更有效地降低功耗,另外圖像的對比度也有一定的提高。

5 結(jié) 論

本文提出了一種基于點陣式LED的動態(tài)背光源結(jié)構(gòu),將單個LED發(fā)出的光投射區(qū)域限制在散光膜的單一區(qū)域,即每個LED只負(fù)責(zé)液晶部分區(qū)域的背光照明。并設(shè)計了動態(tài)背光源的驅(qū)動電路,通過對顯示的畫面進行分析,采用亮度動態(tài)控制的方式可以得到不同區(qū)域的最佳亮度,同時驅(qū)動LED背光達到相應(yīng)的亮度。本文利用Matlab軟件仿真LED背光源,結(jié)果表明采用動態(tài)背光源能有效地降低功耗,提高圖像對比度。

參考文獻

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第8篇：電源電路的設(shè)計范文

2012年7月4日下午3時10分左右，大雨過后，某油田抽油機站房，工人鄔某手扶電動機時，感覺有電，本能的一甩手，人站立不穩(wěn)，跌倒，頭磕到抽油機電動機底座上，頭部磕破，包扎后，送醫(yī)院，經(jīng)檢查醫(yī)療觀察后，自行回家。

二、事故調(diào)查和原因分析

對事故現(xiàn)場我們做了如下勘查：

1.該抽油機的動力電源變壓器560KVA，10KV進戶，低壓側(cè)中性點與接地裝置連接，實測接地電阻R0=4Ω。是變壓器低壓中性點直接接地的接地系統(tǒng)。

2.變壓器低壓配電柜內(nèi)有一自動斷路器Q10，額定電流為400A，瞬時動作整定電流為Ia=10IE=4000A；按GB50054的規(guī)定，瞬時動作短路電流為5200A時才能瞬時動作。變壓器低壓配電柜內(nèi)還有三根母線，一根載流零線N，這四根線送往抽油機站房，載流零線N為照明供電。抽油機設(shè)置人工接地裝置。實測接地電阻Rc=4Ω。如圖1所示。

3.抽油機的電源開關(guān)箱內(nèi)有一個開關(guān)是自動斷路器Q11，額定電流IE=100A，瞬時動作整定電流為Ia=10IE=1000A。按GB50054的規(guī)定，瞬時動作短路電流為1300A時才能瞬時動作。

4.電源來的N線直接送到抽油機的電源開關(guān)箱內(nèi)，未送到抽油機電動機上，即抽油機電動機未接地。即未與電源的保護接地線PE連接。因為電源未送出保護接地線PE。 即電源來的N線，按載流零線使用，未按PEN線使用。

5.對抽油機送電，把一根金屬棒A放在離電動機20m遠的地面的水坑中，用萬用表500V交流電壓擋，測量電動機與水坑中金屬棒A之間的電壓：220V；說明電動機帶電。

6.對抽油機斷電，用兆歐表測量絕緣電阻，電動機的相線對地絕緣電阻為零。說明電動機帶電是電動機漏電引起。

7.測電源相電壓為222V，短路電流Id為：222÷（R0+Rd）=222÷（4+4）=27.5A.。這個短路電流小于變壓器配電柜內(nèi)的自動斷路器Q10的動作電流5200A、抽油機電源開關(guān)Q11的動作電流1300A，使這兩個開關(guān)都不能動作。抽油機上的對地電壓，即電阻Rc上電壓降Uc=111（V）。

因此，抽油機帶電的原因是電動機帶電未與電源接地線PE連接，導(dǎo)致短路電流（27.5.5A）小于自動斷路器動作的電流值（5200A，2600A），不可能動作“跳閘”，是導(dǎo)致抽油機帶電的的原因。

圖1抽油機電動機帶電的故障分析

8.鄔某的接觸電壓大約為110V，鄔某的人體電阻按GB/T 13870.1-92《電流通過人體的效應(yīng) 第一部分：常用部分》，接觸電壓100～220V時，人體阻抗約為1000Ω，地面接觸電阻（包括鞋襪電阻）按500Ω考慮，通過鄔某的人體電流約為111÷1500=74mA.。按GB/T13870.1，人體長期通過這個電流，也會導(dǎo)致死亡。鄔某接觸時間短，是鄔某免于一死的原因。

三、整改意見

1.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

按GB50054的規(guī)定，該加油機電動機可以采用圖2、3、4的TN、TT、IT接地系統(tǒng)。加油機電動機的金屬外殼“接地”。“地”是TN、TT、IT系統(tǒng)的供電電源的保護接地線PE。

圖2 TN系統(tǒng)接線圖

圖3 IT系統(tǒng)接線圖

圖4 TT系統(tǒng)接線圖

2.該抽油機電動機應(yīng)組成TN系統(tǒng)，PE線或PEN線重復(fù)接地，加設(shè)漏電斷路器

圖2中，變壓器供電電源為TN-C系統(tǒng)，抽油機電動機配電箱電源開關(guān)Q11處的N線作為PEN線使用，設(shè)立PEN端子，從PEN端子分出PE線和N線。N線可以為接觸器220V線圈控制電源和照明供電；PE線接到抽油機電動機接線盒的接地端子上，抽油機電動機金屬外殼再接到接地裝置上。實現(xiàn)抽油機電動機與電源的保護接地線PE連接，又與接地裝置連接。同時過電流保護裝置采用漏電斷路器，如Q11。如有可能Q10也采用漏電斷路器。

圖5 采用TN 系統(tǒng)又與接地裝置連接還采用漏電斷路器的示意圖

圖5中，如果采用TN系統(tǒng)，采用自動斷路器時，短路故障時一般不能動作。采用漏電斷路器時，一定能動作。

設(shè)抽油機電動機距離變壓器2000m；采用3×35+16的電纜供電；銅線。銅電阻率為 0.0175 Ω mm2/m；相線電阻（銅）為0.0175×2000÷35=1.00（Ω）；接地線線電阻（銅）為0.0175×2000÷16=2.1875（Ω）；短路回路中的相零回路阻抗ZS為3.1875Ω，短路電流Id1，為222÷3.1875=70（A），Q11如果采用自動斷路器，額定電流為100A，瞬時動作電流為1300A；Q11不能動作。

自動斷路器Q10，額定電流為400A，瞬時動作短路電流為5200A，70A的短路電流不可能使它瞬時動作。

Q11如果采用漏電斷路器，額定工作電流為100A，額定動作電流為0.2A；漏電斷路器Q11能動作。

圖5中，如果采用TT系統(tǒng)，采用自動斷路器時，短路故障時肯定不能動作。采用漏電斷路器時，一定能動作。

設(shè)RO=4Ω；RC=4Ω。短路電流Id2，為222÷8=27.75（A），Q11如果采用自動斷路器，額定電流為100A，瞬時動作電流為1300A；Q11不能動作。

自動斷路器Q10，額定電流為400A，瞬時動作短路電流為5200A，27.75A的短路電流不可能使它瞬時動作。

采用額定動作電流為0.2A的漏電斷路器時，一定能動作。

如果采用TN系統(tǒng)接線時，短路電流大，漏電斷路器Q11動作可靠。萬一TN系統(tǒng)的接地線PE斷線時，失去TN系統(tǒng)功能，又是TT系統(tǒng)，但可靠性差，因為RO和RC會隨時間季節(jié)的變化而變化。因此維持TN系統(tǒng)的導(dǎo)電連續(xù)性是必要的。

如果按圖5所示，是TN系統(tǒng)，又是TT系統(tǒng)，采用漏電斷路器，抽油機不可能長期帶電。同時最好在抽油機站設(shè)置二級漏電斷路器，即再設(shè)置一級漏電斷路器，額定動作電流一般不大于200mA。

第9篇：電源電路的設(shè)計范文

1循序漸進的思路

醫(yī)院信息化建設(shè)不可能一蹴而就，在建設(shè)中，關(guān)鍵思路一定要是循序漸進。尤其是醫(yī)院決策層與實施者。

醫(yī)學(xué)是一門非常復(fù)雜的科學(xué)，復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尼t(yī)療流程中又具特殊性，而針對不同患者的醫(yī)療過程又參雜著太多的患者主觀因素，以及來自醫(yī)院和醫(yī)療體制、政策導(dǎo)向等等的客觀因素，使得醫(yī)院信息化建設(shè)比在其它行業(yè)相比更加特殊和復(fù)雜，這決定了醫(yī)學(xué)有效融合于信息化建設(shè)是非常困難的。

醫(yī)院信息化建設(shè)是一個范圍極廣、極具專業(yè)性的綜合項目，需要掌握專業(yè)的醫(yī)學(xué)知識，需要掌握專業(yè)的信息化技術(shù)，需要掌握專業(yè)的管理知識。而承擔(dān)醫(yī)院信息化建設(shè)組織、管理主要職能的信息管理人員又很難集這些專業(yè)知識于一身，所以尋求醫(yī)學(xué)和管理工程與信息技術(shù)的融合點就顯得尤為重要。這要求信息管理的專業(yè)人員要了解基本的醫(yī)療常規(guī)、熟悉醫(yī)療流程和相關(guān)的政策性醫(yī)療規(guī)范，要求醫(yī)療專業(yè)人員要熟悉軟件操作流程、了解基本的信息技術(shù)和信息化的基本環(huán)節(jié)，還要求參與信息化建設(shè)的信息管理人員和業(yè)務(wù)人員必須掌握一定的管理知識。

當(dāng)前多數(shù)醫(yī)院的目標(biāo)都是"建設(shè)成數(shù)字化的醫(yī)院"。但具體到怎么做，分為幾個階段，每個階段又要達到什么樣的效果，是不是與醫(yī)院自身的發(fā)展相吻合等具體問題時，恐怕就很少有人認(rèn)真地考慮過。這造成了在實際的信息化進程中，由于缺少了科學(xué)的規(guī)劃和明確的時間預(yù)期，結(jié)果往往就是走一步看一步，回過頭發(fā)現(xiàn)離目標(biāo)還是非常遙遠。

缺少了明確的信息化建設(shè)目標(biāo)和總體規(guī)劃，還會帶來另外一個嚴(yán)重的問題，就是信息化建設(shè)流于形式，信息化應(yīng)用的實際效果不是很好。所以醫(yī)院信息化還必須要有科學(xué)的建設(shè)原則，要以醫(yī)療行業(yè)規(guī)范和法律法規(guī)為基礎(chǔ)，以高水平的醫(yī)院管理為前提，要以患者的醫(yī)療信息為核心，以財務(wù)信息為紐帶，以決策支持信息為主導(dǎo)；要突出臨床和管理兩條主線，并做到兩條主線在相互作用中能相互促進；要在信息化的數(shù)據(jù)流向中，全面體現(xiàn)以患者為中心的服務(wù)理念；要有效利用信息化的數(shù)據(jù)資源，深度挖掘用于決策支持的管理數(shù)據(jù)。以信息化促進管理，以管理促進醫(yī)療水平的提高。

2醫(yī)院決策層高度重視高度負(fù)責(zé)的思路

在信息化建設(shè)之初，多數(shù)包括院領(lǐng)導(dǎo)在內(nèi)的院職工都想像著信息化建設(shè)的種種益處，而實際上由于多數(shù)醫(yī)院對信息化建設(shè)的認(rèn)識不足，導(dǎo)致對信息化建設(shè)重視不夠，缺少相應(yīng)的人力、財力和管理的投入。而且由于信息化對傳統(tǒng)管理模式的巨大沖擊，醫(yī)院信息化建設(shè)存在著許多不可回避和難以解決的問題，所以在絕大多數(shù)醫(yī)院，信息化建設(shè)實施的實際效果遠不及預(yù)期。在醫(yī)院信息化建設(shè)中，由于過程較長、投入巨大，短期效果不明顯、又無顯性的經(jīng)濟效益。所以對醫(yī)院來講，很難將其作為一項重點來抓，院領(lǐng)導(dǎo)更是很難深入其中。

醫(yī)院信息化建設(shè)進程中，會帶來思想意識的改變、業(yè)務(wù)流程的改變、管理模式的改變。所以醫(yī)院信息化建設(shè)也是業(yè)務(wù)流程優(yōu)化與重組的過程，也是轉(zhuǎn)變思想觀念的過程，也是進一步完善醫(yī)院管理的過程，也是提高醫(yī)院整體醫(yī)療水平的過程，而這些又都是離開醫(yī)院決策層離開院長無法完成的事情。而在醫(yī)院信息化項目實施進程中，會涉及到醫(yī)院管理和業(yè)務(wù)流程的方方面面，需要不同科室之間、不同專業(yè)人員之間的協(xié)同配合才能完成。如果缺少了院長強有力的推行力度，很難保證信息化建設(shè)的進度、深度和質(zhì)量。更需要院領(lǐng)導(dǎo)的直接和深入?yún)⑴c來保障信息化能夠配合和承載更多的管理手段。這就要求院領(lǐng)導(dǎo)對信息化的基本環(huán)節(jié)能夠有初步的了解。只有這樣才能消除人們對信息化建設(shè)的誤解和顧慮，保障信息化的技術(shù)手段有效運用于主體醫(yī)療業(yè)務(wù)和醫(yī)院的整體管理，下達及時、準(zhǔn)確、有效的決策來推進醫(yī)院的信息化建設(shè)。

在漫長的醫(yī)院信息化進程中，各個階段除了需要前期的大量硬件投入和軟件投入，還必須保證相應(yīng)的運行成本和維護成本，有的時候隨著信息技術(shù)的更新或醫(yī)療體制的改革，也需要相應(yīng)的軟、硬件升級成本。然而，由于政策因素、管理因素、認(rèn)識因素和信息技術(shù)因素的相互作用與影響，絕大多數(shù)醫(yī)院的信息化建設(shè)預(yù)期效果往往不是很好，又很難見到直接的經(jīng)濟效益。在這樣的背景下，醫(yī)院對信息化建設(shè)的投入有所顧慮，很難保證足夠的建設(shè)資金，更缺少了相應(yīng)的跟進投入。衛(wèi)生部要求醫(yī)院按照總收入5%的比例投入信息化建設(shè)，但近年來絕大多數(shù)醫(yī)院仍然還是只進行一次性的前期投資，很少有醫(yī)院能夠投入信息化建設(shè)的跟進資金，這嚴(yán)重制約了醫(yī)院信息化建設(shè)向縱深發(fā)展。醫(yī)院信息化建設(shè)的資金投入不足，源于醫(yī)院決策層對信息化建設(shè)的過程、效益和醫(yī)院管理軟件的產(chǎn)品特性認(rèn)識不夠全面，必須加以糾正。

3了解自己真正需求，尋找合適合作伙伴的思路

這一思路是信息化建設(shè)能否成功的最關(guān)鍵因素之一。當(dāng)前，由于人才與時間的限制，多數(shù)醫(yī)院都是借助外力實現(xiàn)信息化建設(shè)的跨越式發(fā)展的。而在選擇合作伙伴時，一定要知道自己需要什么。幾年前，盛京醫(yī)院郭啟勇院長就曾在一次行業(yè)會議上談起"醫(yī)院信息化建設(shè)選擇合作伙伴如選擇結(jié)婚對象"的理論。把選擇供應(yīng)商視為像選擇婚姻一樣，就會非常慎重，要門當(dāng)戶對，要看未來發(fā)展，要看做人、看做事，要看對方身體是否健康，都希望對方能長壽，還要看對方的過去，分析其現(xiàn)在，展望其未來，各方面都合適才能結(jié)婚，婚后還要買房、買車……要有不斷的投入。當(dāng)重視選擇合作伙伴如選擇婚姻般時，就意味著：①要慎重，要慎重對待備選對象；②要不斷投入，這樣才能經(jīng)營好家庭，不斷經(jīng)營才能長久；③合作中雙方在互相成就各自的事業(yè)?？死斠朗兄行尼t(yī)院與廈門智業(yè)的合作，也是找對找準(zhǔn)合作伙伴的成功案例。

4把中醫(yī)學(xué)的"整體觀念"、"辨證論治"運用到醫(yī)院信息化建設(shè)中的思路