开关电源原理设计范例(12篇)
开关电源原理设计范文1篇1
>>基于TL494太阳能降压充电电路设计基于STC89C52和TL494的开关电源的设计基于脉宽控制器TL494的升压开关电源设计基于TL494芯片PWM控制电路工作原理分析与检测直流降压斩波电路的设计一种基于TL494芯片的电动车电机控制器基于PSCAD的直流斩波电路的仿真基于MATLAB/Simulink的直流斩波电路分析直流斩波电路的MATLAB研究基于CPLD的直流无刷电机驱动电路设计直流斩波电路的Matlab／Simulink仿真研究基于AD760的高精度直流电压输出电路设计基于小型高效直流开关电源的控制电路设计GTO斩波调速系统主电路的设计基于串联直流稳压电源电路的Multisim应用于电路设计分析研究基于CPLD的WatchDog电路设计基于EMCCD的驱动电路设计基于89C51单片机的数控直流电源电路设计基于Matlab的交流斩波型PFC电路仿真研究交流信号转直流信号电路设计常见问题解答当前所在位置：.
[2]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2010.119-120.
[3]胡寿松.自动控制原理[M].北京：机械工业出版社，2007.264-265.
作者简介：
开关电源原理设计范文篇2
论文摘要：能源是人类生活中最重要的资源，是关于我们现实和未来生存发展的最基本、最核心的动力问题。目前，我国正处于国民经济快速发展时期，中国经济高速增长的必要支撑条件之一是能源需求的巨幅增长，这对于我们这个能源资源人均拥有量大大低于世界平均水平的国家来说是一个不可承受之重。所以我们有权利也有责任在设计工作中认真考虑节能问题，并把节约电能放在首位。
近年来，国家及相关部门已经深切认识到节能问题的重要性和紧迫性，建筑节能工作已经全面展开并不断深化，建筑节能技术不断进步，建筑节能的设计标准也在不断的完善。而且随着社会的发展和进步，公众节能的意识不断增强，节能的理念也越来越为更多的人所接受。
建筑节能实际上是一项十分艰巨而复杂的工作，它甚至比某些建筑智能化系统的应用更为困难。因此，要想在建筑节能方面有所收获的话就要对其进行系统、全面和综合的分析、研究、实践。在此，笔者将就建筑电气节能技术的原则及措施加以简要论述。
1.建筑电气节能的设计原则
1.1适用性原则
所谓的适用性原则就是在满足为建筑物内的良好的人工环境提供必要的能源，为建筑设备提供必须的动力，为用电设施提供可靠的负荷容量等条件的情况下，优化供配电设计，从而促进电能的合理化运用。也就是说不能因为节能而影响建筑物的整体功能。要保证建筑物照明的照度、色度及显色指数；要满足建筑物舒适卫生的良好环境；满足各处运输通道的畅通无阻等等。
1.2节约性原则
所谓的节约性原则就是指在电气节能设计中要充分考虑到实际的经济效益，不能因为节能而过高的消耗投资，增加运行费用。而是要科学合理的选用节能设备和材料，争取实现用较低的投资得到最大的经济效益。使因节能而增加的投资可以在最短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。
1.3节能性原则
所谓节能性原则就是要节省无谓消耗的能量。首先要找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物的功能无关的，在考虑采取什么措施节约能源。如着眼于电气设备自身的电能消耗、变压器的功能损耗、传输线上的电能损耗等方面，节能设计应该把握“满足功能、经济合理、技术先进的原则”。
2.建筑电气节能设计
2.1供配电系统的节能设计
根据负荷容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统，做到系统尽量简单，可靠，操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半径减少线路损耗。合理选择变压器的型号、容量和台数，以适应由于季节性和工作时间造成的负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。
当线路上有电流流过时，由于线路上电阻的存在，势必会产生有功功率的损耗。因此，线路传输上的损耗是电能利用率低的一个重要原因。要想减少此类损耗主要着眼于四个方面。第一、选用电导率较小的材料做导线。通常选用铜芯线缆，但考虑到要节约用铜，也可以改为采用新型的铜铝复合材料线缆。第二、减少配线的长度。因此在布线时尽量使线路走直线，低压线路要不走或者少走回头线，变压器要尽量接近负荷中心，减少供电距离，且低压配电的供电半径不要超过规定。第三、增大导线截面。对于比较长的线路在满足载流量、动热稳定、保护配合、电压损失等条件下，可根据情况加大一级线缆的截面。第四、合理调剂季节性负荷。也就是要使供电线路得到充分的利用。如将空调风机、风机盘管与一般照明、电开水器等计费相同的负荷集中。
2.2变压器的节能设计
2.2.1变压器的损耗主要分为两部分
a.与负载无关的空载损失。b与负载成平方比的负载损失。变压器有载时，除了固定铁损外，还存在由于电流通过一次、二次线圈的电阻损耗，即铜耗P在不同负载条件下，变压器的总损耗为与P之和。
2.2.2变压器的效率
变压器的效率为输出功率P2与输入功率P之比，变压器的最高效率点是由变压器固有结构的特性、空载损耗P0、短路损耗P决定的。从经济运行的角度考虑，对于季节性变化较大的负荷，宜装设两台变压器，当负荷长时间较低时可停用1台，以保持经济运行。转贴于2.3电动机节能设计
降低电动机电能损耗的主要途径，是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中，应根据负荷特性考虑选择更为节电的电动机，其关键在于明确负荷是连续的还是断续的。若为连续负荷，要了解电动机的输出功率是否与各种负荷相匹配，如果是风机和泵等平方递减负荷特性，在轻载时打开风门和阀门，采用调速电动机在低速运行可以节约电能。断续负荷时，如果轻负荷时不能停止电动机的工作，则应考虑采用调速装置，即在额定负荷下运行时采用常用电源，使电动机在额定转速下运行；而需要低速运行时，考虑采用逆变器变频装置或其他方式调速。
3.电气照明系统的节能设计
3.1充分利用天然光源
照明节能工程中的一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。随着人们对能源和环境保护的日益关注，建筑物中如何充分利用天然光源来节约照明用电已引起广泛重视。天然光源是取之不尽、用之不竭的能源。在照明节能的实施工程中，应当充分加以利用，制定建筑物的采光标准，确定采光方式，将采光方式，将采光和照明有机地结合起来。白天尽可能地利用天然光源，使建筑物内获得稳定的光照条件。同时，室内引入阳光，既能大大节约照明能耗，亦有助于提高室内温度，对于降低建筑能耗也具有重要的现实意义。
3.2采用高效节能光源
在满足照明质量的前提下，应选用细管径直管荧光灯、紧凑型荧光灯。对灯具悬挂位置较高的场所的一般照明，宜采用高压钠灯、金属卤化物灯或镇流高压荧光汞灯，其综合费用低、视觉质量高，同时也节约能源。除特殊情况外，不宜采用管形卤钨灯及大功率普通白炽灯，灯具悬挂位置较低的场所照明宜采用荧光灯。
3.3根据照明部位的灯光布置形式和环境条件
选择合适的照明控制方式房间有多列灯具时，按与侧窗平行控制;生产场所按车间、工段、工序分组控制;电化教室、会议室、报告厅等场所，按靠近或远离讲台分组控制。建筑科技的飞速发展，让灯具的控制方式更加个性化、人性化、智能化，例如，人体感应或动静感应开关，智能化面板开关等新的控制方式逐步进入到我们的身边。
4.结束语
近年来，为了解决能源浪费问题，新一代建筑电气技术正在试图采用各种先进的控制方式对传统建筑电气设备进行有效的控制。可以说建筑电气的节能在技术方面还是有很大的上升空间和发展潜力的。
参考文献
［1］高晋峰．论民用建筑工程照明设计中的节能；智能建筑电气技术，2010(4)．
［2］张军．关于建筑电气节能设计措施的探讨；中国科技信息，2007(6)．
［3］齐雪艳．现代住宅电气设计节能技术探讨；黑龙江科技信息，2008(10)．
开关电源原理设计范文篇3
1引言
随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源得到了广泛的应用，以往开关电源的设计通常采用控制电路与功率管相分离的拓扑结构，但这种方案存在成本高、系统可靠性低等问题。美国功率集成公司?POWERIntegrationInc?开发的TOPSwitch系列新型智能高频开关电源集成芯片解决了这些问题，该系列芯片将自启动电路、功率开关管、PWM控制电路及保护电路等集成在一起，从而提高了电源的效率，简化了开关电源的设计和新产品的开发，使开关电源发展到一个新的时代。文中介绍了一种用TOPSwitch的第三代产品TOP249Y开发变频器用多路输出开关电源的设计方法。
2TOP249Y引脚功能和内部结构
2．1TOP249Y的管脚功能
TOP249Y采用TO－220－7C封装形式，其外形如图1所示。它有六个管脚，依次为控制端C、线路检测端L、极限电源设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。各管脚的具体功能如下：
控制端C：误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，利用控制电流IC的大小可调节占空比，并可由内部并联调整器提供内部偏流。系统关闭时，利用该端可激发输入电流，同时该端也是旁路、自动重启和补偿电容的连接点。
线路检测端L：输入电压的欠压与过压检测端，同时具有远程遥控功能。TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA。若L端与输入端接入的电阻R1为1MΩ，则欠压保护值为50VDC，过压保护值为225VDC。
极限电流设定端X：外部电流设定调整端。若在X端与源极之间接入不同的电阻，则开关电流可限定在不同的数值，随着接入电阻阻值的增大，开关允许流过的电流将变小。
源极S：连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点和电源回流基准点。
开关频率选择端F：当F端接到源极时，其开关频率为132kHz，而当F端接到控制端时，其开关频率变为原频率的一半，即66kHz。
漏极D：连接内部MOSFET的漏极，在启动时可通过内部高压开关电流提供内部偏置电流。
2．2TOP249Y的内部结构
TOP249Y的内部工作原理框图如图2所示，该电路主要由控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器／误差放大器、脉宽调制器（PWM）、门驱动级和输出级、过流保护电路、过热保护电路、关断／自动重起动电路及高压电流源等部分组成。
3基于TOP249Y的开关电源设计
笔者利用TOP249Y设计了一种新型多路输出开关电源，其三路输出分别为5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，电路原理如图3所示。该电源设计的要求为：输入电压范围为交流110V～240V，输出总功率为180W。由此可见，选择TOP249Y能够满足要求。
3．1控制电路设计
该电路将X与S端短接可将TOP249Y的极限电流设置为内部最大值；而将F端与S端短接可将TOP249Y设为全频工作方式，开关频率为132kHz。
图2
在线路检测端L与直流输入Ui端连接一2MΩ的电阻R1可进行线路检测，由于TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA，因此其欠压保护工作电压为100V，过压保护工作电压为450V，即TOP249Y在本电路中的直流电压范围为100～450V，一旦超出了该电压范围，TOP249Y将自动关闭。
3．2稳压反馈电路设计
反馈回路的形式由输出电压的精度决定，本电源采用“光耦＋TL431”，它可以将输出电压变化控制在±1％以内，反馈电压由5V／12A输出端取样。电压反馈信号U0通过电阻分压器R9、R11获得取样电压后，将与TL431中的2．5V基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变TOP249Y的控制端电流IC，再通过改变占空比来调节输出电压U0使其保持不变。光耦的另一作用是对冷地和热地进行隔离。反馈绕组的输出电压经D2、C2整流滤波后，可给光耦中的接收管提供电压。R4、C4构成的尖峰电压经滤波后可使偏置电压即使在负载较重时，也能保持稳定，调节电阻R6可改变输出电压的大小。
3．3高频变压器设计
由于该电源的输出功率较大，因此高频变压器的漏感应尽量小，一般应选用能够满足132kHz开关频率的锰锌铁氧体，为便于绕制，磁芯形状可选用EI或EE型，变压器的初、次级绕组应相间绕制。
高频变压器的设计由于要考虑大量的相互关联变量，因此计算较为复杂，为减轻设计者的工作量，美国功率公司为TOPSwitch开关电源的高频变压器设计制作了一套EXCEL电子表格，设计者可以方便地应用电子表格设计高频变压器。
3．4次级输出电路设计
输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管选用肖特基二极管可降低损耗并消除输出电压的纹波，但肖特基二极管应加上功率较大的散热器；电容器一般应选择低ESR?等效串联阻抗?的电容。为提高输出电压的滤波效果，滤除开关所产生的噪声，在整流滤波环节的后面通常应再加一级LCC滤波环节。
3．5保护电路设计
本电源除了电源控制电路TOP249Y本身所具备的欠压、过压、过热、过流等保护措施外，其控制电路也应有一定的保护措施。用D3、R12、Q1可构成一个5．5V的过压检测保护电路。这样，当5V输出电压超过5．5V时，D3击穿使Q1导通，从而使光耦电流增大，进而增大了控制电路TOP249Y的控制端电流IC，最后通过内部调节即可使输出电压下降到安全值。
图3
为防止在开关周期内，TOP249Y关断时漏感产生的尖峰电压使TOP249Y损坏，电路中设计了由箝压齐纳管VR1、阻断二极管D1、电容C5、电阻R2、R3组成的缓冲保护网络。该网络在正常工作时，VR1上的损耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承担；而在启动或过载时，VR1即会限制内部MOSFET的漏极电压，以使其总是处于700V以下。
4电源性能测试及结果分析
根据以上设计方法，笔者对采用TOP249Y设计的多路输出开关电源的性能进行了测试。实测结果表明，该电源工作在满载状态时，电源工作的最大占空比约为0．4，电源的效率约为90％，纹波电压控制、电压调节精度及电源工作效率都超过了以往采用控制电路与功率开关管相分立的拓扑结构形式的开关电源。
开关电源原理设计范文篇4
【关键词】建筑；电气节能；设计；照明节能；探讨
中图分类号：TE08文献标识码：A
建筑节能实际上是一项十分艰巨而复杂的工作，近些年，节能已经成为当前社会热议的话题，也成为国家当前的重要工作之一，国家的相关部门已经深刻认识到节能问题的重要性和急迫感。因此，已经在社会大范围的进行宣传和提倡，已经逐渐深入人心，工作全面并不断深化，而社会公众节能意识也不断增强，节能理念已经被更多人主动接受，因此，建筑电气节能设计和照明节能设计普及势在必行。
一、建筑电气消耗的组成
根据科学统计，建筑耗能占到我国一次性能源消耗总量的近三成，是其他发达国家的三倍甚至更多，在民用建筑中，电能的消耗主要是照明、电磁炉、空调、水泵等设备用电。这其中又以照明和空调用电居多，空调用电有季节性，夏季使用量较多，而照明没有季节性，一年四季离不开照明。而且在照明工程中的光源、灯具、启动设备、照明方式及其控制的选用，变压器的经济运行，减少线路能量损耗及提高系统功率因数等环节，均蕴含着巨大的节能潜力，不仅能有效缓和电力供需矛盾，节约能源，改善环境，而且有着显著的经济效益。
二、建筑电气设计遵循的原则
1.适用性原则
建筑的电气设计必须是以满足为建筑物内的良好的人工环境提供必要的能源为基础，给建筑物提供必须的动力，不能因为节能而停止某些电气的运转，导致建筑物整体功能受到影响。可以在不影响电气使用的前提下，优化电气使用，促进电能的合理化运用。例如：有三部电梯正常运转，可以为使用者提供正常的上下楼，不能因为节能，而关掉一部或者两部电梯，虽然节能了，但是影响电梯的使用。完全可以根据白天和黑夜电梯使用频率来进行分时段的停运，可以在深夜的时候关闭一到两部电梯，既不影响使用，又达到节能的目的。
2.节约性原则
我们知道，随着科学技术的不断发展，现在的电气节能技术越来越先进，但是一些技术虽然很先进，但是投资较大，电气节能的部分远低于节能的投资，这样就得不偿失了。我们虽然以节能为目的，但是也要综合考虑到成本，需要在电气节能设计中充分考虑到实际的经济效益，不能以牺牲投资为代价换取节能，这不是节能的真正目的。节能的真正目的是，电气设计中遵循节约原则，科学合理的选择节能设备和材料，能实现以最低的投资得到最大的经济效益，这样既能实现节能，而且投资的部分在较短的时间内通过节能减少的费用得到收回，达到利益和节能双赢。
3.节能性原则
节能性原则还是建立在不影响建筑功能使用的前提下，找出不必要的电量消耗的地方，节能设计应该把握“满足功能、经济合理、技术先进的原则”。例如，在进行设计的时候，要重点考虑到电气设备的电能消耗，电线的电能消耗，通过合理设计，采取相应措施，降低耗能。
三、建筑照明系统的节能设计
1.在设计中合理选择灯具
照明系统的节能，关键要看灯具的选择，选择节能灯具自然就能节约电能，如果选择耗能高的灯具，节能只能是一句空话，光源必须配备各种灯具,才能真正体现其实用价值，灯具选择不当,将使能量损失高达30%～40%,反之,灯具效率高,可使单位面积耗电量下降,降低投资和运行费用。因此在确保成本的控制下，选择正规厂家的节能灯具，使用有保障，切实能起到节能的效果。
2.选择合适的照明装置中的配件
我们知道，照明装置中很多时候会用到镇流器，它是照明设备中耗能的一部分，因此，在进行镇流器的选择和使用时，一定要选择品质优良、可靠性好、效率高、能耗低于传统电感型镇流器的电子镇流器。同时，应重视高次谐波对供配电系统的影响,并应采取相应的措施，电子镇流器的使用使电网中高次谐波的含量大量增加,对供配电系统造成危害。因此,我们要采取选用符合国家电磁兼容标准的产品等相应的措施来防范和抑制高次谐波，减少对供电系统的危害。
3.充分利用太阳光源
充分利用太阳能源，太阳能源作为一种无污染的天然能源，可以说是用之不竭，很多设计者在进行建筑照明设计的时候充分考虑到太阳光源，白天充分利用太阳光源，取得充足的光照，节约了白天的照明用电。并且在设计中加入太阳能设施，在白天将光能转换为电能，晚上再使用储备的电能，减少能源的消耗，这些技术已经在很多建筑中得到应用，许多建筑晚上使用的电能都是白天屋顶上的太阳能设备转换而来的。
4.根据建筑的不同情况来进行相关设计
建筑中格局不同，功能也就不同，例如民用的建筑中，有卧室、客厅、厨房灯，办公用建筑有会议室、休息室、报告厅等场所，公用建筑中有公用大厅、等候区等场地。根据不同场所，提供不同等级的光源，目的就是既满足使用，又降低耗能，打个比方，会议室的灯光强度和密度就可以和休息室的强度和密度区分开。同时，科技的飞速发展,让灯具的控制方式更加个性化、人性化、智能化,例如,人体感应或动静感应开关,智能化面板开关等新的控制方式逐步进入到我们的身边，都可以应用到设计中来。
5.选择智能照明系统
在日常生活中经常出现室内没有人，但是却灯火通明，这样因为人为原因造成的电能的消耗是惊人的，因此，在设计中选择照明智能系统，通过监控、红外线检测等智能化装置，能够了解到室内是否有人，然后通过系统自主选择是否关闭照明电源。当然这样投资的费用较高，但是随着科学技术的不断发展，照明智能系统会更加完善，同时成本也会逐渐降低，可以在建筑照明节能设计中重点考虑。
四、总结
节能已经成为当前社会的发展趋势，作为建筑电气设计人员，要紧随时展，在建筑电气节能设计和照明节能设计中，实现真正的节能。就需要在设计过程中，要遵循相应的设计原则，采取科学合理的节能设计措施，这样不仅可以使设计在技术上满足功能需求，也使整个建筑物的电气设计在一定的程度上具有先进性和经济合理性。
参考文献：
[1]林瑞满.浅谈建筑电气节能设计的问题及对策[J].科技促进发展,2010年第02期
开关电源原理设计范文篇5
关键词：电力系统规划；运行规划；发展规划
一、电力系统规划的目标要求
在电力系统规划设计中，首先在总体上需要考虑以下两个问题：一是技术上的合理性，二是投入上的经济性。
规划设计所追求的目标就是技术性能合理和总支出费用最低的问题。为了使规划方案具有相对的合理性，就需要认真研究电力系统的自身特点和规划的具体环境，然后选择有效的量化分析手段，以便使决策行为最大限度符合预定的目标。
电力系统的发展水平和结构变化对于国民经济的发展具有巨大影响，因此，合理进行电力系统规划可以避免不必要的重复投资；同时，电力工业又是一个设备和技术密集性行业，设备使用寿命相对较长，不合理的规划又将造成连续顺性的费用和维护费用的极大浪费。由于计算机技术的应用，使得规划方案形成的科学性和求解过程定量化成为可能。
二、电力系统规划的任务及流程
一是能源规划，属于电力规划的前期准备，主要任务包括研究规划区一次能源平衡关系和开发条件；分析各类能源的储存分布、输送方式、可供能力、成本估算等，为电力规划及其他能量转换需求提供依据。
二是电力负荷预测，主要任务是，依据规划地区国民经济发展速度及要求，预测规划期内对用电总需求的相关数据。
三是电源规划，主要任务是，根据能源规划和规划期电力负荷需求，提出电源布局与电源容量建设方案。
四是电网规划，主要任务是，根据电力负荷预测和电源规划，提出主干网络结构设计规划方案并给出系统地理接线图。
实际上，电源规划与电网规划是不可分割的整体，对电力系统而言，只是两者的作用或功能不同，一是发电，一是输电。一般情况下，两者分开处理，然后进行总体协调。但两者的目的是一致的，即共同实现系统未来的供求平衡。
三、电力系统规划的划分
电力系统可以从不同角度进行分类，若按用途划分，则有运行规划和发展规划两类。
运行规划主要针对电源环节而言，它的基本任务是解决电力系统在短期内的电力供求平衡问题。具体内容包括：制定发电设备检修计划，确定机组出力分配，进行发电成本和互联系统效益分析，制定燃料需求及储存计划等。
发展规划的基本任务是解决电力系统在远景（5-20年之间）的电力供求平衡问题。其内容包括：电源布点、装机规模、更新计划、网络结构、输电走向、联网设计等。并在总体上力求电力系统的潮流分布合理，电能质量合格和运行的经济性。
发展规划若按规划的周期长短，又可以分为短期、中期和长期三种。
短期规划一般指5年左右的规划设计，主要针对网络部分进行优化或改进设计。研究5年内电源、电网建设方案并进行技术经济分析。根据国民经济和社会发展五年规划及经济结构调整对电力工业发展的要求，找出电力工业中不相适应的主要问题；深入研究电力需求水平及负荷特性、电力电量平衡、环境及社会影响等。提出5年内电源结构调整和建设原则，需调整和建设的项目、进度及顺序；电网结构调整和建设原则，需调整和建设的项目、进度及顺序；开展二次系统规划工作。进行逐年投融资、设备、燃料及运输平衡，测算逐年电价、环境指标等。
中期规划，一般是指10年左右的规划设计，主要对系统未来发展结构或方向进行规划估计，通常一个中型水电站建设周期为10年左右，为此需将电源和电网综合在一起规划设计。研究5～15年内电力系统发展和建设方案，根据：国民经济及社会发展目标、发电能源资源开发条件、节能分析、环境及社会影响等。分析：电力需求水平及负荷特性、电力流向。提出：规划水平年的电源布局、结构和建设项目；电网布局、结构和建设项目；宜对建设资金、电价水平、设备、燃料及运输等进行测算和分析。
长期规划，一般是指20年左右的规划设计，它主要是对系统发展的未来给出一种趋势性的设想方案。
研究电力发展的战略性问题。根据国民经济和社会发展长期规划、经济布局和能源资源开发与分布情况宏观分析电力市场需求；综合分析煤、水、电、运和环境等。提出：电力可持续发展的基本原则和方向；电源的总体规模、基本布局、基本结构，能源多样化等；电网主框架。必要时提出：更高一级电压的选择意见；电力设备制造能力开发要求；电力科学技术方向。
1.各阶段规划内容与差别
五年规划（设计）包括：大区电力系统设计，省或地区系统设计，电厂接入系统设计，工程设计的系统专业配合，电力系统专题设计。
中期规划包括：电力需求预测，动力资源开发，电源发展规划，电力网发展规划，环境及社会影响分析，重点是测算和分析电力建设资金、电价水平等。长期规划包括：电力需求预测，动力资源开发，电源发展规划，电力网发展规划，环境及社会影响分析，重点是研究资金、电价、设备供应、人员培训等问题，提出措施。
电力系统规划之间的关系及作用。五年规划（设计）以现状为基础，并应在中期、长期规划的指导下进行编制。中期规划的深化和具体表现，也是对中期、长期规划进行补充和修订。其是编制、报批项目建议书、项目可行性研究报告书的依据，电力工程项目开展设计工作的依据。
中期规划以五年规划为基础，并应在长期规划的指导下编制。其是长期规划的深化，也是长期规划的补充和修订，是电力工程项目开展初步可行性研究、设计工作的依据。
长期期规划以五年规划和中期规划为基础，研究电力发展的战略性问题。
2.电力系统规划设计的内容
（1）五年规划（设计）即大区电力系统设计。任务是以系统内大电源的接入和主网络方案为研究对象，主要解决系统内主力电厂的合理布局和主网架的结构问题，相应于推荐方案的无功补偿容量及其配置，某些系统运行技术条件的校核，可能采取的技术措施及实施方案（如系统调峰、调频、调相调压及系统稳定、短路电流、过电压等问题）。（2）省或地区系统设计。在大区系统主力电源接入系统方案和主网架方案已经确定的条件下，研究省及地区电源接入系统方式及二次电压等级的网络方案，通过系统潮流、调相调压及短路电流计算，提出省及地区的系统接线方案及相应需要建设的输变电项目（包括无功补偿配置）。（3）电厂接入系统设计。根据负荷分布和电厂合理供电范围，研究电厂最佳接入系统方式（包括电压等级及出线回路数）、电厂送出工程相关网络方案、建设规模及无功补偿配置，并提出系统运行对设计电厂的技术要求（如稳定措施、调峰、调频、调压设备的规范及发电机的进相及调相能力等）。（4）本体工程设计的系统专业配合。把电网规划设计、电厂接入系统设计中确定的技术原则落实到具体工程设计中去，包括设计规模，分期建设方案，电气主接线、主设备规范，建设进度、技术条件校核及可能采取的措施等。系统专业的配合资料是本体工程设计的依据和基础资料。电力系统专题设计：系统扩大联网设计；系统高一级电压等级论证；交、直流输电方式选择；电源开发方案优化论证；输煤输电方案比较；弱受端系统供电方案；特殊负荷的供电方案；发电机励磁方式论证；发电机快控汽门控制方式研究等等。
中期规划包括电力需求预测，动力资源开发，电源发展规划，电力网发展规划，环境及社会影响分析等。
长期规划包括电力需求预测，动力资源开发，电源发展规划根据动力资源和负荷分布条件；电厂建设条件、可能开发的设备制造的技术条件，提出发电电源构成和电源布局方案（包括对发电机组设备技术水平的要求）。电力网发展规划根据对大气环境及社会影响的分析，提出相应的建议。此外，还必须研究技术进步问题，提出对技术进步的要求和课题，以保证电力系统能不断地向用户提供充足、安全、可靠、质量合格、价格合理的电力。还包括环境及社会影响分析等。
四、电力系统规划的方法
1.基本条件分析
电力工业发展的基本条件有3个，即电力负荷需要、动力资源开发及运输条件许可、发变电设备的制造及供应及时。
2.基本功能分析
分析电网功能就是分析电网各部分及某些大电源及主要网架的作用。对基本功能的分析要分层次进行，首先是全网供电范围、电源建设地点、电源的作用、分区电网之间的送受电关系等，其次应分析主力电源的合理送电范围、功率流向及相应的网架，最后是地区电网的情况。分析时要注意：随着系统的发展，电网各部分无论是电源、网架还是输电线的功能都是变化的。
3.基本形态分析
分析发电厂与变电所之间的连接方式，也就是电网结构。最基本的电网结构有辐射型、链型及环型3种，电网结构主要取决于电厂和负荷的分布、电网覆盖地域的情况等。电网结构设计的基本原则是分层分区原则，即不同电压等级电网构成不同的层次，不同地域的下一级电网解列构成不同的地区电网，地区电网本身具有足够的电压支撑和无功储备。
4.动态分析即弹性分析或可变因素分析
主要是指电网实际发展进程与设计预计有差别时规划电网的适应能力。可变因素主要是指：负荷实际增长超过或低于预计；电源建设进度或顺序发生变化；主要送电线路投产时间提前或推迟等。因此电力系统规划要采用滚动的方法不断修正。
5.限制性条件分析
在制定电力系统规划方案时要特别注意那些会影响方案成立的限制性因素，这些因素主要是：自然地理条件的限制性因素；供水水源条件；煤矿建设进度不能满足电厂需要；厂、所区公路、铁路、码头的建设进度和规模不能满足要求；主要输电线存在跨江、河问题；主要电气设备制造困难等。
开关电源原理设计范文
关键词：RCC；开关电源；频率计算；变压器设计
中图分类号：TN710-34；TM433文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)24-0199-03
DesignforRCCSwitchModePowerSupplyBasedonFrequencyAccount
YANGShu-tao,GUJia-chen,QILi,WANGZai-li
(Unit63889ofPLA,Mengzhou454750,China)
Abstract：RCC(ringingchokeconvertor)isoneofthemostpopularwaystodesignlow/mediumSMPS(switchmodepowersupply).DuetotheparametersareinteractionalinthedesignofRCCSMPS,theinteractionmakescalculationanddebuggingcomplex.Theexistingwayspreelectthefrequency,andthenvalidatethemrepeatedlybyAP.Severaltimecalculationisneeded.Moreover,thesystemishardtoworkinthebeststate.ThetransformerdesignisthekeylinkinSMPS,andthemostimportantreferenceisfrequencyintransformerdesign.Iftheworkingfrequencycanbeobtainedinadvance,oratleastmakecertainoftheinfluencefactors,theaccountanddebuggingtimewillbeshortenobviously.Theformulaforfrequencyisderivedfirsttodeterminethemainsourceoffrequency,andtherelationofthetransformerinductanceandtheinputvoltage.Andthentheotherparametersofthetransformerareconfirmed,atlasttheotherparametersofwholeSMPSaredetermined.TherationalityofthedesignwasprovedbythesimpledebuggingforSMPShardwares.
Keywords：RCC;switchmodepowersupply;frequencyaccount;transformerdesign
RCC（RingingChokeConvertor）式开关电源具有所需器件少，成本低，不用外部时钟控制，工作于临界连续状态，可以方便地实现电流型控制，在结构上是单极点系统，容易得到快速稳定的响应，具有自动功率限制等优点[1-2]。RCC电路原理简单，由开关变压器和主开关管谐振产生振荡，副开关管可以调节占空比，以此调节输出电压[3-4]。但是RCC电源的占空比、工作频率随使用环境和内部参数的变化而改变，使得开关管控制极的电流驱动波形难以确定，给器件参数选定，尤其是变压器的设计带来困难[5-6]。传统设计主要有诺模图法和磁芯面积乘积AP计算校验法[3-4]。这两种方法在定频率计算中较实用，但若未知频率，将不能用以上两种方式设计。传统的方法是给RCC电源预设一频率，然后设计变压器[1，3，5]。但因变压器参数直接影响到电源的工作频率，所设计的变压器工作频率经常与预设频率相差太大而不能正常工作；电源参数需多次重复设计，导致初期设计计算量大，而且该“拼凑法”在后期调试中，实际频率很难与理论值吻合，导致电源不能工作在设计的最佳状态。
本文推导出频率计算公式，并得出频率与输入电压成正比，与负载电流、初、次级电感量成反比。在确定的输入电压和已知的最大输出功率下，根据电源给定的输入电压、输出电压、额定工作频率和占空比直接求取变压器的初、次级匝数，一次设计就能确定变压器所有参数，解决了高频变压器设计中需要反复设计与验证的问题。基于该方法设计了一台5V/10A的开关电源，并对电源的工作频率、占空比等参数进行了验证。
1RCC原理
1.1RCC原理
RCC原理图如图1所示。上电后，C3两端电压使电流经起振电阻R1，R2，驱使主开关管Q1导通，随着Q1导通，经由反馈电感T1的反馈信号加强对Q1控制极正向驱动，使Q1迅速导通。因感应电动势与电流变化率成正比，当变压器初级电流最大(饱和导通)时，T1′两端电压为0，Q1退出饱和状态开始关断。此时，T1′感生反向电动势，加速Q1关断，同时饱和状态R4两端电压驱使Q2开通，并将Q1控制极短路，使Q1关断，经起振电阻R1，R2重新使Q1导通，依此循环[3，7-8]。RCC电路始终工作在临界导通模式，不会出现反激变换中的连续能量传递模式，其初级电流始终都是一个锯齿形三角波形，而不会出现梯形波[8-10]。RCC电路调节电压的输入方式是通过控制初级峰值电流来实现的［3］。
1.2自振荡频率计算
若变压器T1的初级、次级电流为i1,i2，电压为u1,u2，匝数为N1,N2，电感量为L1,L2，分析变压器初级电感，由电磁感应定律知，在导通时间Δt下有以下关系：u1=L1i1Δt
（1）在Δt为导通时间Ton时，初级有电流最大值：I1max=u1Ton/L1
（2）则导通时间：Ton=L1I1max/u1
（3）由变压器基本原理得次级最大电流值为：I2max=N1N2•u1L1Ton
（4）由于次级电流以u2/L2比率减小，则次级输出瞬时电流为：i2=I2max-u2L2Δt
（5）当Δt=Toff时，有：I2max-u2ToffL2=0
（6）由式（3），式（4），式（6）可知，关断时间为：Toff=N1N2Ton=N1N2•L2u2I1max
（7）由式（3），式（7）可知，占空比为：D=11+u1u2L2L1
（8）由式（8）可知，占空比与变压器初级电感量L1成正比，与输入电压u1、次级电感量L2成反比，占空比不受初、次级电流变化的影响。
理想状态下变压器的输入输出能量相等：12L1I21maxf=u1i1
（9）由式（3），式（7），式（9）整理得：f=12i2u2u2L1/u1+L22
（10）由式（10）可知，振荡频率f随u1的升高而升高，随输出电流i2、初次级电感量L1，L2的增大而减小。根据式（8），式（10），可确定变压器的初、次级电感L1，L2，它们是检验电源能否达到设计要求的重要参考。
2设计实例
基于频率计算法设计了一个50W的RCC开关电源，其原理图如图2所示。为了图面清晰，图中未画出工频滤波和整流电路。该电源采用典型RCC拓扑结构，其整流、滤波、缓冲吸收电路、电压负反馈电路、过流控制的设计可参照文献［3，11-12］。
2.1选择磁芯
所设计的电源最大输出功率为Pout=50W，所需的输入功率Pin=Pout/η，预计效率为0.8，以时变压器能承载的最大功率应不小于62.5W。若设计的电源最低工作频率不低于50kHz，查磁芯参数表知，EE30磁芯在50kHz时最大输出功率为64W[13-14]，能满足所需功率的要求，其磁芯有效截面积Ae=109mm2。
2.2求初、次级匝数
自激反激式变压器匝数N的计算公式为［1］：N=u22BwAef
（11）式中：输出电压u2=5.7V（含整流管压降0.7V），若允许磁芯工作磁通密度Bw≤120mT，将Bw代入式（11）得N2≥4.35，则取整为5匝。
由于变压器的输入/输出能量相等：12u1I1maxTon=12u2I2maxToff=u2i2T
（12）从而有：I2max=2i21－D
（13）由于次级最大平均电流为10A，设计占空比D为0.3，则输出瞬时极限电流I2max=28.57A，由式（6）解出次级电感量L2=2.45μH。同理可以得出初级极限电流I1max=1.34A，初级电感量L1=1.39mH。由式（4）知N1=106。
2.3选定线径
漆包线电流密度J=4A/mm2，则线径为：Φ=2×I/(J×π)
（14）相应可得初次级绕组线径分别为：Φ1=0.253mm，Φ2=1.784mm。对照GB（国标）线径表，取接近且不小于计算值的初级线径为0.28mm，次级线径为1.25mm，两股并绕。
2.4磁芯窗口空间校验
线圈所占窗口面积为：Aw1=πΦ214N1+πΦ222N2=17.6mm2
（15）查相应磁芯参数表知，EE30磁芯的窗口面积Aw=73.35mm2，若窗口使用系数取推荐经验值[3]0.4，则0.4Aw=29.34mm2＞Aw1，磁芯空间可以容下绕组。
2.5气隙计算
为了有效防止磁芯磁饱和，RCC式开关电源高频变压器应在磁芯中插入气隙[10，14]，使磁芯的导磁率下降。气隙Lg的计算公式为[3]：Lg=μ0AeN21L1
（16）式中：μ0为真空中磁导率，所有量均为已知。计算得Lg=1.26mm。由于磁芯为EE型对称安装，磁芯气隙均分到磁芯所留空隙中，EE30磁芯安装时，需要保留Lg/2=0.63mm的间隙。变压器的主要参数如表1所示。
3实验结果及分析
输出电流为10A时初级电流i1和次级电压u2如图3所示。从数字示波器的波形可以看出，此时的占空比D为0.31，与设定的占空比相差3.33%，频率f为47.6kHz，与设定频率相差3.93%。这是由于高频变压器次级线圈取整引起的，通过调节磁芯气隙可以简捷调节变压器初、次级线圈的电感值，使各项指标与理论值相吻合。因误差不大，该设计中没有做此调整。
采用自耦变压器调压，测得在母线电压降低为250V，次级电流保持10A时次级电压如图4所示。
图3满载时的初级电流、次级电压此时的占空比D为0.36，频率f为40kHz，说明RCC变压器工作占空比随输入电压的减小而增大，工作频率随输入电压的减小而减小。将u1=250V代入占空比计算式（8）和频率计算式（10），求解得出D=0.343，f=40.7kHz，实际工作占空比与理论值相差5.56%，工作频率与理论值相差1.72%。输入直流电压为300V，输出电流为5A时，变压器次级线圈电压如图5所示。
此时的占空比D为0.3，频率f为100kHz，说明当改变输出电流值时，电源的工作占空比并没有发生变化，占空比与输出电流大小没有关系。而工作频率随输出电流的减小而线性增大。将io=5A代入占空比计算式（8）及频率计算式（10），求解得出D=0.3，f=92kHz，工作频率与理论值相差8.69%。
4结语
RCC电路通过变压器初级线圈与开关管谐振产生自振荡，在输入电压和负载一定时，振荡频率受初、次级电感量的影响较大。因RCC工作频率可变，而过低频率将导致磁芯磁饱和，因此设计RCC变压器时必须留有气隙，以增大磁阻，防止磁芯饱和。与普通变压器工作方式不用，RCC变压器初、次级线圈相当于储能电感，加之变压器磁芯装配预留气隙产生的漏感以及缓冲网络引发的损耗，不能简单用初级的压匝比求次级匝数。为此，本文提出了一种用于RCC开关电源设计的频率计算验证方法，可以根据变压器的输入电压、输出电压、工作频率和占空比等参数直接计算变压器的相关参数。依照该方法设计的电源不需重复设计和校验即可工作在预设的状态，解决了RCC变压器需反复设计的问题。基于该方法设计了一台实验样机，实验表明，其工作状态与设定状态基本一致，说明用变压器匝数直接计算法设计RCC电源是可行和有效的。本文推导出了RCC电源的工作频率、占空比与变压器初、次级电感量、输入电压、输出电流的关系，为RCC式开关电源的设计和调试提供了依据。
参考文献
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开关电源原理设计范文
关键词:低功耗设计;多电源多电压单元库的环境;统一功率格式
UPF-CompliantLibrary/Environment
intheMulti-SupplyMulti-VoltageEra
TsaiShi-Huei,KoanHuang,CHENHung-ming
(FaradayTechnologyChinaCorp.,Shanghai,200233China)
Abstract:Whilevariouslowpowerdesigntechniquesneedtobeemployedtoreducedevicepowerconsumptionandincreasebatterylifetime,howtoefficientlydesignandmanagethesecomplexlowpowerschemesintertwinedwithchipdesignactivitiesbecomesamajorconcern.Inthispaper,wewillreviewtraditionalMSMVlibraryenvironment,thencompareitwithUnifiedPowerFormat-basedmethodology.Later,wewillintroducespecificlibraryrequirementsandsharesomeviewsonUPF-basedmethodology.
Keywords:LowPowerDesign;Multi-SupplyMulti-Voltage;UnifiedPowerFormat
1传统的方法
传统上电源和地在设计RTL的阶段是不被考虑的。造成这个结果的原因在电源线和地线在布局布线的时候单元会自动地接合。因为相同的资料会经由每个使用过的单元与模块所携带,资料会被视为冗余,因此在逻辑设计的时候会被移除,以便使RTL设计人员能够更加专注于信号线的逻辑行为。
2过渡到多电压多电源设计
随着多电压多电源设计的流行,情况发生了很大变化。因为供应电压的不同,除非设计应用到多轨(multi-rail)单元,否则单元不再能被自动地接合。一个实际的实现方式是将这些单元集合成一组再供给相同的电压参考源,限制他们在一个特定分配的区域,然后给他们连接一个适当的电压源,这样,有效地构成了我们经常提到的“电压域”的概念。
电压域打开或关闭是按照正常模式或待机(Standby)模式的操作来设计,用以减少电源的浪费。电源线不再是静态的连接,而是和特定电压域的电源开或关等状态的行为有关。为了截取电源开关状态的差别,电源跟地连接的需求至少在门级仿真的时候,正确的电源开关行为要能够被确认。
对每个电压域基于模块的方法可能习惯于得到综合产生的电压域网表,然后在该电压域的网表加入传统电源与地的连接,并且在芯片整合的时候进行调整。
3改写传统的流程
所以利用现在的工具以及传统的流程来处理多电压多电源设计一般来说要牵涉到下列的工作:
将每个电压域以模块的方式来呈现
在门级网表的阶段接上电源线和地线
在电压域间连接适当的逻辑
将电源的开与关视为模块功能的一部分
经由仿真来做最后的确认
因此我们看到了在门级网表加入电源与地连接线的需求,所以经由这个流程接口也能达到一致,而相应的电源开关行为能够经由电力来源的状态被捕捉到,表1举一个例子来说明从单元的角度来看差别何在。
4会发生问题的地方
虽然上述的方式可行,但使用者必须注意避免在人工定制的过程里出现必定会发生的人为错误。有些在传统流程里常会发生问题的地方如下所列:
在网表级处理电源与地线
为了集合并且联接相同电压的组(cluster)所做的手工连接
芯片实现时所做的顶层整合
验证时对电源/地线行为的建模/仿真
因为数字仿真只有“0”或“1”两种状态的处理,并没有告诉我们逻辑“1”是指1.0V或1.2V电压,所以我们很难去利用传统的仿真来判别一个电平移位器(levelshifter)已经被正确地用在两个不同的电压域之间。同样地,在仿真的时候,如果被连接到逻辑“1”,你将不知道这个电压源是1V还是1.2V。因此,除了仿真之外,需要大量的检查清单来帮忙解决潜在的人工错误以及在仿真过程的遗漏。
5需要解决的办法
从以上的探讨,我们了解到一旦电源和地的资料能被很清楚地定义,那么不同电压域就能够被分开来处理,每个电压域能够用传统流程来处理。然而,在整合的阶段,每个电压域的电源线与地线需要被显示正确连接到的供应电压,而信号跨过不同的电压域将需要做电平移位,隔离或不断电(always-on)逻辑的处理来确保每个连接的功能性与电性都没有受到损害。
所以基本上我们需要一个对每一个电源域基于模块的设计方法,这方法看起来要求跟现在设计的代码风格几乎一致,还要能减少人工处理网表时容易发生错误的方式。考虑到现在SoC设计的规模跟复杂度,一个加速SoC设计协作的方法也是必须的。
6电子设计自动化(EDA)
产业给的回响
电子设计自动化产业看到了客户的需求自然是不会错过,他们的回答是使用额外的电源规格作为输入来促进设计自动化,不修改现有的设计以及编码风格,一个典型的流程建议如图1。
没有额外的电源规格输入,工具将如过去实现单一电源的设计,当输入额外的电源规格,工具将电源的需求考虑进去而实现出多电压多电源的设计。
7核心方法学
因为工具对多电压多电源的处理能力是由额外加入的电源规格所引发,这样有助于探索电源规格的内容而得到更多的领悟。尽管规格本身告诉我们设计本身电源要求的意图,但真正的物理实现是需要包括额外的单元来处理在不同电压域之间电气方面的安全保护。总的来说,我们看到新的方法学要求设计的电源规格,针对电源管理定制的单元库以及支持针对多电压多电源低功耗设计的工具三者协同来完成。
7.1单元库
因为我们已经知道由单电压设计转到多电压多电源的低功耗设计包含了电源与地作为信号线的连接,在设计里头单元与端口(Port)需要处理电源与地的管脚将不可避免。我们能预见在Liberty里面必须要有新的句法(Syntax)来描述PG管脚才能支持电源与地等管脚的建模,相关的构成(Construct)以及属性(attribute)也需要用来应付不同电压域间的接口以及控制与保持(retention)逻辑的信号。
对标准单元,我们必须在Liberty的句法上关注下列各方面在建模式的考量:
需要对电源与地的管脚明确的建模
需要对输出管脚电源关断功能建模
需要特别详述对输入输出管脚相关的电源与地管脚
表2扼要说明在Liberty针对电源与地管脚的属性新的句法。
表3扼要说明针对特殊的电源管理单元在Liberty库里相对的句法。
智原科技已经将上述的特殊电源管理单元打包到PowerSlashTM锦囊里提供给客户开发低功耗应用的设计,锦囊里一般的内容如图2所示。
7.2电源规格与工具
电源规格如电子设计自动化产业所定义的,以UPF为例,对于一个低功耗设计已经完整的定义如下:
电源域
供给电源的网络
电源状态
电源防护策略
下列的工作可以视为对工具经典的规格要求:
划分电源域
指派以及连接电源/地轨
塞入不断电,保持以及接口逻辑
实现设计并且验证
图3说明能加入电源规格的EDA工具促使多电压多电源设计自动化完成,所见的版图是客户在65nm工艺下的低功耗设计。
我们看到了为了支持综合、静态时序分析、测试、仿真、形式验证以及布局布线工具等各个阶段的设计流程,下列的资料是必须要提供的:
在域里特殊单元的功耗以及相关的时序
在域里不断电,保持单元的行为建模
在域里特殊单元的开关行为建模
在域里个别域的电源开关行为建模
对接口逻辑特殊单元的功耗以及相关的时序
对接口逻辑不断电,保持单元的行为建模
对接口逻辑特殊单元的开关行为建模
除了个别域的电源开关行为建模是跟RTL行为仿真有关外,其他的资料能够被以各种单元库的形式来建模,所以EDA工具能够提供相应的操作。
8总结
由以上的讨论,我们知道新的方法学能够利用引入电源规格来自动化的处理多电压多电源设计,但这需要IP供应商提供相对应的单元库,设计者要提供电源规格,EDA供应商要提供功能强大的工具来促使整个设计的自动化得以实现。
作为一个专业的IP供应商,除了提供符合UPF规格的库外,智原科技进一步开发了内部使用的工具来提高ASIC客户准备电源规格的效率,这个服务也作为标准交付的一部分。
此外,电源规格应该是设计规划的一部分而且在设计的初期阶段就该被广泛地讨论与检视。从建模的角度,一个用户定制化的机制来支持新的电源管理特殊单元也已经被工具提供商所认可。
参考文献
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[3]LibraryCompilerUserGuide:ModelingTiming,SignalIntegrity,andPowerinTechnologyLibrariesVersionB-2008.09,September2008
[4]UnifiedPowerFormat(UPF)StandardVersion1.0,February2007
作者简介
蔡旭回,IP技术部经理智原科技(上海)有限公司件。
开关电源原理设计范文篇8
【关键词】DSP高频通信电源探讨
随着电力通信网络建设的全面铺开，各地方电力通信服务的领域也得到了快速扩展。从现实的角度来看，电力通信系统当中各环节的运作都脱离不开系统电源装置的电流供给，整个高频通信电源装置的性能至关重要。从以往高频通信电源的设计及其目前应用情况来看，将朝着高效率、高频化的通信电源系统研发方向发展。为此，需要将原有的通信电源装置进行改良设计，经研究可知，在DSP支撑下的高频通信电源装置的设计是在开关电源功率因数校正原理的基础上而来的，该电源开关的频率为100KHz。
1分析基于DSP的高频通信电源的可行性及其设计方案
1.1基于DSP的高频通信电源的可行性研究
近年来，凭借多项科技的发展，我国的通信网络运行更为高效，其中的各部分装置的性能也越来越优良。在具体执行通信系统操作的过程中，系统的电源特性优劣对于整个环境中的电流分流以及系统稳定都有一定的影响。在以往，普通的通信电源的应用使得通信网络的高效能运作受到了一定的阻碍。为了升级通信网络中的各项功能，便提出一种基于DSP的高频通信电源的设计方案，以供构建更加完善的通信系统的过程中实施。
DSP是数字信号处理器的缩写，它是一种用数值计算的方式来对信号进行加工的技术类型的装置。该装置是具备专用的计算机性能的一种芯片，DSP技术在实践领域中的应用范围较为广泛，且该装置的应用特性极佳。
1.2基于DSP的高频通信电源的设计方案分析
从具体情况来看，“小型高效”是电源系统装置发展的主流趋势，凭借先进的技术手段来实现高频化的电源设计，是当前乃至未来一段时间通信直流电源的发展方向。从整体情况来看，基于DSP的高频通信电源的设计方案的整个设计内容较为繁杂，但其核心就在于将数字信号处理器与整个电源系统相匹配，从而实现高效能、高频化的通信电源系统设计的目标。在DC/DC变换电路上所采用的是全桥移相控制的ZVS变换器，它作为电源装置的主变换电路。通过深入了解全桥移相控制变换器的工作原理，能够发现其存在全桥移相控制变换器副边占空比丢失的问题，因此，在DSP的支持下，将其结构进行适当的调整，即保留以往高频变压器原边串联的谐振电器装置的架构，并同时在滞后桥臂处增加辅助谐振网络的移相全桥的变换结构。这样一来，便可以实现超前臂与滞后臂开关管装置的零电压开关的设计，极大地改善了以往通信电源的性能。
2基于DSP的高频通信电源设计方案的实现
2.1在DSP支撑下的高频通信电源设计方案的实现
通过对集中常用的电源模块实施并联操作的测试可知，系统当中电流的自动均流状况都存在一定的问题，在此基础上，提出了一种将控制电路相结合的实用性平均电流自动均流电路的设计方案，这便解决了应用原有通信电源所产生的电流分流等现实问题，提升了电力能源的有效利用，以及维护了通信设备的安全、稳定运行管理。从实践操作过程来看，高效率是考核通信电源装置运作效能最关键的指标，对于高功率因数的通信开关电源而言，可以用两级电路组成的运作方式来实现高效率方案的设计，相对来讲，为了保证装置设计的经济性，小功率通信电源就无需进行此操作，并尽量降低通信系统中小功率期间的损耗。
2.2综述基于DSP的高频通信电源装置的优势
从以往的研究过程中可知，电源的控制已经从传统的模拟控制形态跨越至全数字化控制的阶段，这也是通信电源装置技术沿革的必然发展方向。之所以会设计一种基于DSP的高频通信电源装置，其原因在于这套智能化的控制系统能够模拟人脑的思维模式，提升通信电源装置在整个系统中的自适应等方面的性能，强化通信系统的运营服务质量。此外，鉴于DSP的体积较小，且系统升级便捷，如若在日后遇到硬件资源配置等问题，则也极容易快速调整，不会影响整体通信系统的有序运作，与此同时，基于数字信号处理技术的高频通信电源装置控制系统的可靠性较以往有所该善，这样一来，该设计方案具备较高的产业价值，会带动产业经济的发展。
3结束语
总而言之，通过分析高频通信电源及其相关技术的基本发展状况，能够了解到实际应用中对高频通信电源装置的需求，并以实践经验来探究更先进的高频通信电源。经研究分析以及实际运用可知，基于DSP的全数字控制下的高频化、高效率的新型通信开关式电源装置，能够辅助系统环境得到性能更稳定的直流电，而且，相比以往所采用的电源装置的形态而言，基于DSP的高频通信电源装置的体积更加小巧，但其为整个系统所输送的直流电量更充沛，可以满足系统应用的现实要求。
参考文献
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作者简介
胡诚（1982-），男，湖北省咸宁市人。大学本科学历。现为国网鄂州供电公司工程师，从事电力系统通信运行检修工作。
作者单位
1.国网鄂州供电公司湖北省鄂州市436000
开关电源原理设计范文1篇9
关键词：堆取料机；控制系统；硬件电路；功能模块
中图分类号：TH246文献标识码：A文章编号：1671-2064（2017）07-0085-02
堆取料机可以不间断、均匀地输送物料，已经被广泛应用到港口、电厂、钢厂、矿山等行业中。伴随着科学技术的发展以及工业4.0和中国制造2025目标的制定，对堆取料机的智能化要求也越来越高，因此，针对其使用功能，设计出满足用户要求的控制系统，已成为标志堆取料机设计先进程度的非常重要指标。本文对RX94P堆取料机进行了控制系统设计。
1系统运行原理分析
1.1变频器变频调速原理
变频器对供电电源进行整流，即三项桥式整流，三项可控硅整流，再次记性逆变，即直流变为交流的过程，通过控制晶闸管的门极电路的触发事件及先后顺序，以此频率控制输出电源的频率[1]。
1.2旋转编码器工作原理
编码器通过实心轴、驱动轴两轴配接的柔性联轴器耦合传动。驱动部件为电机、皮带、小齿轮、测量轮，采用光电扫描技术，用金属、塑料或玻璃材料制成的圆盘、通过打孔或刻的方法将圆盘沿圆盘圆周方向划分为等分的透光和部透光区域，光电二O管LED和光敏元件分居码盘两侧，如果光束顺利经过栅孔区域，被光敏元件接收到，即产生一光脉冲。码盘稍微旋转后，光束被不透光区域遮拦，则不产生脉冲。随后这些信息被处理为电脉冲或数字信号。本设计中，为防止多光束由于光束发散引起的串扰影响。要求掩码光栅和码盘光栅距离越近越好，并且，同时考虑码盘在冲击振动情况的摆动幅度，防止两者刮擦。故而对码盘材料选型、安装距离的把握十分严格。
1.3液压系统升降原理
堆取料机液压系统采用液压隔膜式计量泵的液压系统，其结构由柱塞、缸体、缸盖、进出口阀、液压隔膜式和三阀构成。在工作中由膜片离隔液压油和介质，液压隔膜式计量泵柱塞由连杆机构的往复运动带动进行工作。柱塞在液压腔内作往复运动，促使液压油的压力变化，使液压隔膜式挠曲位移来输送介质，液压腔内液压油量的相对不变，由三阀的功效来保持。转载阀自动排出液压油中步入液压腔内的气体。限位补偿装配是借助液压隔膜式推动限位阀的开放，按液压腔内的真空度随时增补油量，保证液压腔内液压油的充满。
2系统硬件电路设计
根据当地用户电网质量及多雷雨天等特殊情况，设计选用ABB公司避雷装置，4P，可达到瞬间保护PLC、变频器等元件免受雷电等影响。并且根据用户的具体使用要求及设备总的装机容量，确定控制柜的壳体尺寸，及装备所用的铜牌、控制电缆等。在元件选取中，根据电机功率选取适当的变频器、软启动器、接近开关、光电开关、模拟量模块等。并根据与上位机通讯的需求，强化了通讯接口，使得本设备能够具备良好的人机交互能力，并对设备本身及操作社进行良好地保护[2]。
（1）供电设计。本系统的供电部分，根据圆料场的供电电压选取AC380、50HZ这一等级的电气元件。本机动力电即AC380V电压，可直接通过设备中心柱的滑环接入本机中，控制电源为AC380V交流电，通过控制变压器，500W型，变压至AC220V，此电源为系统的继电器及控制灯、照明灯等的电源，也要通过直流电源将AC220V电源变至直流DC24V，此电源等级为系统PLC输入电源，接近开关共电源（2）变频器控制电路设计。在本系统中，设备的取料行走部分采用变频器控制，为一拖二控制。变频器的操控原理为：变频器与可编程序控制器采用协议通讯的交换方法，开关量与模拟量均能通过所设定协议进行与变频器间的通讯。本系统采用西门子440系列变频器，变频器通过内部设定的固定频率运行，及自定义启动、运行、故障点及频率给定后，在外部启动运行中间继电器开点闭合后，变频器自动按照设定的频率自动运行。按取料工艺要求，取料机的左右移动速度与回转方位的关系应是按照现场实际堆取物料的要求而设定，无一定规则，在实现了变频器与PLC良好通讯的同时，可实现完全自动控制，并把设定通讯讯号，无损的传递于上级机构。堆取料机系统行走机构采取变频控制技术，对于大车行走的平稳性、安全性及电流的脉动冲击都有较大幅度改善。（3）电机控制电路设计。控制电机采用西门子变频器操作，正反转控制，可以在低转速时获得相对高的转矩，从而对堆料行走起到平稳、均匀给料的作用，如图1所示。
3系统功能模块搭建
系统功能模块指的是，将堆取料机的各个运动环节分开，在各个程序块设计、调试完好后，组合在一起，完成整个系统，设计简洁，能及时发现设计中的错误，当设备在现场调试时，可根据用户不同的要求，只在各个系统块上改动即可，对整体系统的程序改动不大。本系统主要模块包括[3]：
（1）堆料臂模块。堆料臂通过液压系统上升、下降电磁阀控制其动作，并根据料臂出料口1100mm与700mm两个料位开关控制物料堆积，在物料触及1100mm开关时，通过PLC内部时间继电器，延时5秒后，上升结束，并在最后一次触及料堆时触及700mm料位开关，此时料臂停止动作，即视为，此处物料堆积完毕，可进行下一步换队、取料等操作。（2）大车（调车）行走、工作模块。大车电机与调车电机为同轴电机，并互锁，大车电机选用变频调速电机，可控制整个堆料机的工作进给速度，从而控制取料的数量。（3）料耙工作模块。料耙指的是在取料机上能够前后行走的机构，主驱动电机为18.5KW绕线式电机，主要靠焊接在机身上电容两线式接近开关控制前后行走，靠接近开关外侧限位开关做极限保护。（4）限位设计模块。堆取料系统，限位开关及接近开关主要是设置在机身上，只取限位开关上的闭点进入PLC中，接近开关选用直流24V输入进PLC的输入端。
4结语
本文设计了RX94P堆取料机控制系统，通过对系统功能原理分析，硬件电路设计、和功能模块的搭建，搭建了一套堆取料系统的电控模型，本系统已实际应用于山西某水泥厂，在实际安装、调试中严格执行本设计指导思想，用户表明该堆取料机生产效率较之以往方案提高效率30%以上，而该系统人性化操作及完善的保护系统对于设备的长期稳定运行提供了良好的保证。
参考文献
[1]唐济扬.基于现场总线技术的先进控制系统[J].制造业自动化，2000（07）：95-98.
开关电源原理设计范文篇10
关键词：智能控制；FPGA；DC/DC转换器；电源切换
中图分类号：TN710?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）22?0152?04
微波探测仪因其可以应用于反恐防暴、灾后救援等领域而受到人们的广泛重视，作为一种电子设备，电源在其中的地位不言而喻。因其需要多种电压值供电，所以DC/DC变换器就成为必不可少的部分[1?2]。为给探测仪供电，设计了该变换器。主要指标为：输入电压范围22～29.4V，额定输出电压电流分别是15V、1.5A，12V、1.2A，5V、0.85A，-5V、0.09A，电压稳定度为±5%，负载调整率小于1%，纹波系数为±2%，纹波电压抑制比大于0.80，效率大于70%。
1概述
本文首先通过一个切换电路实现适配器供电与电池组供电的自动切换，而后直接给各通道电压转换芯片供电，转换芯片将电源电压转换成负载需要的电压值[3]。由于12V和5V通道不需要持续供电，所以增加了智能控制，由FPGA实现。各通道中用到的电压转换芯片有：LM5117[4]是一款同步降压控制器，频率可在50～750kHz范围内设定。5.5～65V的宽电压输入范围，输出电流可达12A以上，轻负载条件下效率较高。LM25088[5]是一款高压异步buck型控制器。4.5～42V的宽电压输入范围，最大输出电流可达7A，甚至更高，在50kHz～1MHz范围内频率可调。MAX764[6]是一款高效率宽负载反向转换器。输入电压范围3～16V，最大输出电流250mA。开关频率高达300kHz。由其特征知，满足本文设计要求。
2硬件电路
2.1切换电路
切换电路如图1所示，工作原理为：只有电池组供电时，电池组正极通过R51，U14，R54，R56接地，电阻R56上的分压触发三极管U9（2N5551）导通，使电池组正极通过R55和R52接地，R55上分压加在Q10（IRF9530）栅极和源极之间，使其导通，电池组给负载供电。根据U9特性，选定R51为6.2kΩ，R54为3kΩ，R56为47kΩ。结合Q10参数以及电池组电压变动范围，设定电阻R52为15kΩ，R55为20kΩ。当适配器接到A点时，使光耦3管脚和4管脚导通，电池组通过电阻R51被短路；此时，只有适配器给负载供电。光耦选用导通电流为16mA的TLP521，R53选择10kΩ。
2.215V电压输出电路
2.2.1工作原理
LM5117包含一个内部高电压偏置稳压器，为PWM控制器和NMOS栅极驱动器提供了VCC偏置电源。其内部还包含一个双电平UVLO电路，当VCC电压超过自身UV阈值且UVLO电压高于UVLO阈值时，HO和LO驱动器被启用。直到VCC电压和UVLO都低于自身UV阈值时，或芯片温度超过热关断阈值时断续模式被激活。UVLO电压拉低时可提供非常低的静态关断电流，实现故障保护功能。LM5117包含几个大电流NMOS驱动器和
一个相关的高边电平转换器，以驱动外部高边Q16器件。这个高边栅极驱动器与一个外部二极管D26及一个自举电容C27配合工作。为了满足持续供电需要，将RES管脚直接接至VCC管脚，使得重启定时器被禁用，稳压器在非断续模式逐周期电流限制下工作。其原理图见图2。
2.2.2重要器件参数确定
定时电阻：开关频率通过RT引脚和地之间电阻来设定，本文设置的开关频率是100kHz，可由式（1）计算得到RT的阻值为51.1kΩ。选择标准值51kΩ。
[R23=5.2×109fSW-948]（1）
滤波电感：通常情况下，20～40%的满载电流是在磁芯损耗和电感铜损之间一个很好的折中方案。为了平滑输出的纹波电压，输出电容要承担更大的负荷。本设计中，选择的纹波电流为7A的40%。已知开关频率、最大纹波电流、最大输入电压和额定输出电压，电感值可由式（2）计算得到26.23μH，L选择接近标准值的22μH。
[LO=VOUTIPPMAXfSW×1-VOUTVINMAX]（2）
功率MOSFET[7]：本设计施加在NMOS器件的最大漏?源电压为29.4V。选定的NMOS器件必须能够承受29.4V电压以及来自漏?源极的所有振铃。为此，选用STP36NF06。
2.3+12V电压输出电路
工作原理：鉴于12V通道与15V通道电路所选择的电压芯片是相同的，虽然所选元器件参数略有不同，但是基本原理都是一样的，所以就不再赘述。不同的是12V供电通道负载对精度要求比较高，在输出端口增加了磁珠设计，提高它的抗干扰能力。
2.4+5V电压输出电路
2.4.1工作原理
LM25088控制方法采用仿真电流斜坡的电流模式控制。峰值电流控制模式提供了内在线电压前馈，逐周期电流限制和易于循环补偿功能。LM25088?2为过载保护提供了一个通用重启定时器。其原理图如图3所示。
2.4.2重要器件确定
定时电阻：通过R31的阻值大小可以改变LM25088振荡器的开关频率，因为开关频率为287.5kHz。
由式（3）计算得到21.041kΩ，选用21kΩ的标准电阻值。
[R31=1287.5kHz-280ns152pF]（3）
滤波电感：滤波电感值的计算采用公式（2），选择的纹波电流为3A的40%。计算得12.03μH，所以选择标准电感值为10μH的滤波电感。
功率MOSFET选择：NMOS管的选择与15V通道中的选择完全一致，就不再赘述。
2.5-5V电压的实现
电路采用MAX764芯片设计，结构简单易于实现，完全采用手册中的典型设计即可满足要求，所以这里不再给出电路图。
2.6智能控制电路
电路如图1虚框中所示，其工作原理和元器件的选择与切换电路相同，只是在B点接FPGA控制信号端口，接锂电池处换成12V或5V电路输出端，输出端子接12V或5V负载[8?9]。
3测试结果
经过调试电源转换器功能正常。根据上述性能指标，分别对其中的四路通道进行了测试[10]，部分实测数据如表1所示，结果如表2所示。图4给出了转换器的实物图，图5为部分电路额定电流输出时的纹波电压截图，图6是部分电路在额定电流下输出端电压随着输入电压改变的变化曲线图。
4结语
本文设计的DC/DC变换器采用了新的转换芯片和电源切换电路；整个电路设计结构简单、性能稳定、响应速度快，调压精度高；切换电路能够迅速实现供电方式的相互切换；智能通断控制由FPGA实现，对供电通道的通断控制，方便灵活易于修改，极大地提高了整个电路的扩展性能。该变换器成功应用于微波探测仪中，效果良好。表明该设计拥有实用价值，具有一定的借鉴意义。
参考文献
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开关电源原理设计范文篇11
1实验平台的特点
开放性设计平台具有通用性强、功能强大等优点,传统验证性实验箱具有成本低、性能稳定等优点,实验平台综合了两者的优点,具体特点如下。(1)通用性强,用途广泛。实验平台支持硬件电路及软件系统设计,同时满足开设传统电子电路实验及基于FPGA的大型综合设计性实验的要求。目前,该实验平台主要应用在通信原理、数字系统设计、数字电子设计、模拟电子设计等课程的实验教学中。同时,还广泛应用在学生课外创新实践活动中。(2)系统功能强大,支持二次开发。FPGA子板逻辑资源丰富,扩展接口众多,核心芯片全面支持NiosII处理器,不仅满足当前综合设计性实验的要求,而且基于FPGA的开放性可对实验平台进行二次开发,满足新技术、新实验的要求。(3)成本低,易于维护及升级。首先,当前商品化的通信实验平台价格昂贵,基本在万元价格,而该实验平台的成本大概为600元左右,大大节约了实验经费。其次,该实验平台的面板结构采用母板和子板相结合的形式,当核心处理芯片损坏或者需要升级换代时只需更换子板即可,避免了传统实验箱更换微处理器必须更换整个实验箱的弊病。(4)性能稳定,安全可靠,便于携带。实验平台采用220V标准电源供电,且配备箱式外壳,在实验室资源配置紧张时,学生可携带实验平台回宿舍等地实施实验,灵活方便。该实验平台已在本院实验教学中使用多年,故障率低,无安全事故发生。
2实验平台的应用案例
基于该实验平台设计了众多通信相关综合设计性实验,如“扩频通信收发系统设计”[12]、“DPSK调制解调系统设计”、“HDB3线路编译码系统设计”、“(7,4)汉明码编译码传输系统设计”等。基于扩频通信在移动通信中的重要地位,近年来常以“扩频通信收发系统设计”作为通信原理的课程设计题目。该实验不仅覆盖了通信原理众多重要的基础知识点,而且重在锻炼学生的电路分析设计及硬件系统软件化设计等实用的工程应用能力,是基于该实验平台典型的应用案例。下面以该实验为例,讲述实验的设计以及实验平台在实验过程中的应用。
2.1扩频通信收发系统设计
“扩频通信收发系统设计”实验的功能及实现要求如下(见图4):在实验平台上设计实现扩频通信收发系统,发送端将多路信息源信号复接后通过扩频调制、DPSK数字调制处理后发送出去,接收端从接收信号中准确提取位时钟信号和帧同步信号,经过扩频解调并拆分出多路信号,还原出与发送端信息源一致的数字信号。实验要求DPSK解调在实验平台母板上以硬件的方式实现,发送端以及接收端中的数字信号处理部分功能采用软件设计并分别固化到FPGA子板的收发子系统上,最后通过整机联调完成实验任务。
2.2实验平台在扩频通信收发系统设计实验中的应用及效果
实验的基本流程如图5所示。在实验准备阶段,给学生发放实验指导书及提供实验平台,学生通过查阅相关资料,熟悉软硬件平台并根据实验要求确定可行的实验方案。在实验设计阶段,强调学生的自主创新设计及实验动手能力锻炼。学生在ALTERA公司提供的QUARTUSII设计平台上,应用原理图的方法或者采用VHDL等硬件描述语言按实验要求编程设计扩频通信收发系统发送端及接收端的信号处理部分功能,或者利用MATLAB中提供的动态系统模拟、交互式仿真分析软件Simulink对扩频通信收发系统进行建模设计。软件设计完毕并仿真通过后,通过FPGA子板上的JTAG接口把设计程序下载到实验平台的收发子系统中,配合BPSK解调电路及自行设计的归零码电路进行软硬件综合调试以验证整个扩频通信收发系统是否满足实验要求。调试完毕后,通过FPGA子板上的AS接口固化设计程序。在实验验收阶段,采取现场实物验收方法,验收通过后撰写相关实验报告,实验完毕。“扩频通信收发系统设计”作为通信原理的课程设计题目实施多年,教学效果显着。学生普遍反映,该实验平台性能稳定,接口齐全,使用方便;利用该实验平台完成“扩频通信收发系统设计”实验的过程中,不仅系统地掌握了扩频通信相关知识和FPGA设计技术,学习了电路设计、故障定位及排查的方法,而且培养了发现问题、解决问题和综合运用知识的能力,提高了创新设计及实验动手能力。
开关电源原理设计范文篇12
关键词：有源箝位；DC-DC；反激变换器
DIO：10.3969/j.issn.1005-5517.2017.2.015
引言
独立风能、太阳能发电系统受天气影响很大，输出功率不稳定，所以，迫切需要配置储能系统来保证系统供电的可靠性和连续性。双向DC-DC变换器可实现发电系统能量与蓄电池能量的双向传递。双向DC-DC变换器朝着高频性、高可靠性、高效率、小型轻量化和高性能的方向发展。传统的双向DC-DC变换器工作在硬开关状态，开关损耗大、可靠性低，解决问题的最佳方式是采用软开关技术。有源箝位双向DC-DC反激变换器可以实现变压器漏感能量的吸收、开关管的关断电压抑制，以及实现开关管的ZVS等功能。此外，在双向反激变换器中采用有源箝位技术，未增加电路控制的复杂程度，是双向反激电路实现电压箝位和软开关的首选技术。
本文主要对双向反激变换器的有源箝位变换器的工作原理和开关技术进行了分析。
1电路拓扑与工作模态分析
1.1电路拓扑
有源箝位双向反激直流变换器的电路拓扑如图1所示。该拓扑结构是以基本双向反激变换器隔离变压器为基础，在隔离变压器两侧添加有源箝位电路形成的。
其中，Uin、Uout为输入输出电压；激磁电感L.和理想变压器Tx组成反激变压器；Lr1、Lr2为变压器一次侧漏感和二次侧漏感；Cr1、Cr2分别为主开关管S1、S2的结电容；Cc1、Cc2分别为箝位电容，与箝位开关管S3、S4串联组成箝位电路。
在发电系统能量与蓄电池能量的双向传递过程中，大部分时间工作在能量的正向传递过程，所以，以向蓄电池充电的方向为正。
1.2工作模态分析
进入稳态工作后，以开关管S1和S4的开通为起点。一个周期由十个模态组成，运用十个区间来分析变换器的工作过程，每个区间的参数波形变化如图2所示。
在模态分析之前，需进行假设：分析开始时，变换器进入了稳定工作状态，激励电感Lm上的电流恒为正；箝位电容Cc1和Cc2非常大，开关过程中其两端电压近似不变；电感Lr上储存能量足够大，能够实现开关管S1的零电压导通；电感Lr1、Lr2之值远小于激磁电感值Lm（Lr约为5%～10%的Lm）；箝位电容Cc1与电感L1谐振周期要满足关系式：。
（1）
t1-t2：在t1时刻，开关管S1和S4关断，原边电流给S1的输出电容Cr1充电，变压器开始放电，副边电流反向给S2的输出电容Cr2放电，这个模态时间很短，所以可以近似认为Cr1的电压线性增加，Cr2上的电压线性减小。
t2～t3：当Cr1电压充电至Uin+Uc1时，原边辅助箝位开关管S3的体二极管导通，原边电流开始给箝位电容Cc1和输出电容Cr1充电，由于Cc1比Cr1大很多，忽略对Cr1的充电。当S3的体二极管导通时，开关管S3的漏源电压UDS被箝位在一个负的体二极管导通电压上，此期间开关管S3开通，可实现S3的零电压开通。这期间Cc1两端的电压上升，Cr2的电压减小。
t3-t4：在t3时刻，当Uc1被充电至Uin+Uc1，时，副边开关管S2的体二极管导通，则S2的UDS被箝位在体二极管的导通电压上，此期间开通S2，可以实现S2的零电压开通。
t4-t5：在t4时刻，开关管S2和S3零电压开通，则副边电流从箝位开关管S2的体二极管转移至导电沟道上，S2同步整流。激磁电感电流Lm线性减小，箝位电容Cc1和电感Lr1发生谐振，电感Lr1电流线性减小，箝位电容Cc1的电压增大，因为Cc1电容很大，所以谐振过程中电压近似不变。S1两端电压被箝位在U1+UCc1。
（2）
t5-t6：t5时刻，开关管S2和S3断开，电感Lr1被输出电容Cr1充电，副边电流方向不变，开关管S2的体二极管续流。
t6～t7：t6时刻，原边输出电容Cr1的电压降为0，之后S1的体二极管导通，原边开关管S1的漏源电压UDS被箝位在一个负的体二极管导通的压降值上，原边上的电感Lr1上的反向电流线性减小，副边电感Lr2电流线性减小。
t7～t8：t7时刻起，原边开关管S1零电压开通，变压器原、副边继续换流。当电感Lr1电流ir1和激磁电流im相等时，换流结束，S2的体二极管出现反向恢复电流。
t8～t9：这个模态期间，S2的w二极管反向截止，副边电流给输出电容Cr2充电。
t9～t10：t0时刻，输出电容Cr2两端电压被充电至Uc2，辅助开关管S4的体二极管导通，继续给电感Lr2续流，在ir2电流变为0之前开通，都可实现开关管S4的的零电压开通。之后开始重复t0时刻开关周期工作。
2主要电路参数设计
2.1零电压开通条件
要实现开关管S1的零电压开通，必须使其在t6-t7之间开通。在t7时刻，电感Lr1的电流变向，重新给Cr1进行充电，S1的DS电压不再为0。因此，开关管S3关断和S1开通之间的最佳延迟时间为谐振电感Lr1和谐振电容Cr1谐振周期的四分之一，因此需要满足关系式：
（3）
此外，在开关管S3关断时刻（t5时刻）电感Lr1的存储能量必须足够大，能够存储Cr1上电荷的完全释放能量，因此，在该时刻满足以下能量关系：ELr1>ECr1，其中，。当电感Lr1在S3关断时刻没有存储足够的能量，只能一定程度上降低S1的开通损耗。
2.2参数设计
2.2.1主要技术设计指标
本有源箝位反激变换器的设计目标，如表1所示。
2.2.2变压器的参数设计
变压器在有源箝位反激变换器中充当传输能量的元件，其设计思路和一般反激变换器设计思路一致。输入电压越低，占空比越大，峰值电感电流越大，所要求的励磁电感也越大，所以应在最小输入电压的条件下设计变压器的各项参数。
（1）磁芯材料
参照设计规格中的额定功率和开关频率，本次设计选用PC40磁材，该材料的主要参数如表2所示。
（2）磁芯尺寸
采用面积乘法（AP）确定磁芯尺寸，所谓的面积乘法，该变压器的设计容量为：
（4）
式中，Ae为磁芯有效面积；Aw为可绕导线窗口面积；η为电路效率；Js为导线的电流密度，选取4A/mm2；Km为窗口填充系数，Km=0.2-0.3，此处选取0.25；Kf为波形系数，选取Kf=4。
根据计算结果，选取EE60磁芯，其参数如表3所示。该磁芯Ap>Apmin，故满足要求。
（3）初级绕组匝数
初级绕组的计算公式为：
带入已知参数，可得Np=23.0350t，取整后，最终初级绕组匝数Np为24t。
（4）次级绕组匝数
次级绕组的计算公式为：
式中，UD为二极管压降，一般选取UD=0.7。将已知参数带入，求得Ns=3.6774t，取整，次级匝数Ns为4t。
2.2.3电路参数设计
（1）占空比
在变压器的原、副边交替互补导通的情况下，只存在电流连续模式。在连续模式中，根据伏秒平衡得式（5），联立式（5）和式（6）即可得出正向工作时的占空比取值范围为0.37～0.49。
5）
（6）
（2）原边激磁电感Lm
变换器在充、放电工作过程中，必须保证激磁电感电流im恒为正值，激磁电感Lm需满足关系式（7），副边激磁电感为。
（7）
（3）原边串联电感Lr1
根据2.1提到的零电压开通条件可知，电感Lr1的存储能量必须足够大，能够存储电容Cr1放的能量，所以满足式（8），同理可求副边串联电感Lr2。
（8）
（4）原边箝位电容Cc1
箝位电容的数值设计主要基于反激变压器的漏感值，箝位电容与漏感组成的谐振网络，其谐振周期的一半应大于开关管S1的最大关断时间，即满足式（9），原副边拓扑结构对称，同理可得副边箝位电容Cc2
3工作波形仿真与实验
3.1工作波形仿真
本文使用PSIM软件，对所设计的有源箝位双向反激变化器进行仿真实验，仿真参数见表1。此外，变压器采用EE60磁芯，原边电感Lm=350“H，变压器匝数比N=6：1，原副边谐振电感为Lr1=30μH、Lr2=0.1μH，原副边箝位电容为Cc1=0.22μF、Cc2=6.6μF。通过仿真，得到正向传递时的工作波形，如图3所示。仿真结果与理论分析基本保持一致。
3.2实验结果
结合上述分析，研制了实验样机，如图4所示。
（1）电路工作在满载情况时
蓄电池端充、放电的电流波形如图5所示。在图5中，IS2为蓄电池上的充电电流，通过霍尔传感器转化成电压形式，测量电压1V则相当于此时产生电流为20A。由图可知，蓄电池上的电流为25A。图5a为反激变换器初级侧电流，该变换器工作在连续模式下，并在开关管开通和关断瞬间，电流产生波动。图5b为工作在充电过程中（正方向），流经蓄电池的电流随开关管动作的变化，图5c为放电过程中的变化。当开关管开通或关断的瞬间，开关的切换会对高压探头表笔产生干扰，蓄电池充电电流出现波动起伏，呈衰减趋势，逐渐趋于稳定状态。
（2）软开关的实现
如图6所示，US1为主开关管S1的驱动电压，UDS为S1的DS电压。US2为主开关管S2的驱动电压，UDS为S2的DS电压。在S1、S2的开通信号到来之前，开关管DS之间的电压下降至零附近，开关管开通的电压基本没有波动，说明在满载情况下，很好地实现了ZVS。
