对于现在一个电子系统来说，电源部分的设计也越来越重要，下面探讨一些关于电源设计方面的心得，来个抛砖引玉，让我们在电源设计方面能够都有所探索和长进。
1、如何选择合适的电源实现电路
根据分析系统需求得出的具体技术指标，可以来选择合适的电源实现电路了。一般对于弱电部分，包括了LDO（线性电源转换器），开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之下，LDO设计最易实现，输出波纹小，但缺点是效率有可能不高，发热量大，可提供的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计灵活，效率高，但纹波大，实现比较复杂，调试比较繁琐等等。
2、如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数
很多的未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理，比如担心开关电源的干扰问题，PCB layout问题物理论文，元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用一个开关电源设计还是非常方便的。
一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。
开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确地采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，以瞬态响应能力是会有很多影响。
而输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET等等，这些的选择基本上就是要满足一个性能和成本的平衡，比如高的开关频率就以使用小的电感值（意味着小的封装和便宜的成本），但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而效率降低。使用低得开关频率带来的结果则是相反的。
对于输出电容的ESRT和MOSFET的Rdson参数选择也是非常关键的，小的ESP可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。
3、如何调试开关电源的电路
3.1电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内，这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。
3.2一般来说开关控制器是闭环系统，如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围，开关电源就会工作不正常，所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR值的输出电容，会产生很多的电源纹波，这也会影响开关电源的工作的。
4、如何来评估一个系统的电源需求
对于一个实际的电子系统，要认真分析它的电源需求。不仅仅是关心输入电压，输出电压和电流，还要仔细考虑总的功耗，电源实现的效率，电源部分对负载变人经的瞬态响应能力，关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波，还有散热问题等等cssci期刊目录。功耗和效率是密切相关的，效率高了，在负载功耗相同的情况下总功耗就少，对于整个系统的功率预算就非常有利了，对比LDO和开关电源，开关电源的效率要高一些，同时物理论文，评估效率不仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率，还要关注轻负载的时候效率水平。
至于负载瞬态响应能力，对于一些高性能的CPU，应用就会有严格的要求，因为当CPU突然开始运行繁重的任务时，需要的启动电流是很大的，如果电源电路响应速度不够，造成瞬间电压下降过多过低造成CPU运行出错。一般来说，要求的电源实际值多为标称值的±5%所以可以据此计算出允许的电源纹波，当然要预留余量的。
散热问题对于那些大电流电源和LDO来说比较重要，通过计算机也可以评估是否合适的。
5、接地技术的讨论
接地的定义：在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是“线路电压的参考点”；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。
接地方式：接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频（floMHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。
信号回流和跨分割的介绍：对于一个电子信号来说，它需要寻求一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得非常关键。
第一，根据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就是说回流要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。
第二、对于一个广发高速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层或电源层为参考来计算的，如果高速线附近有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。所以，布线的时候要把高速线分配到近地平面的层，或者高速线旁边并行一两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三、为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后物理论文，它的回流途径就会很长了，容易受到干扰。当然，不是严格要求不能跨越电源分割，对于低速的信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。（这是针对多层板多个电源供应情况说的）
6、单板上的信号如何接地
对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量，近地平面或者电源平面等等。
7、单板的接口器件如何接地
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
摘要:对抽水蓄能电站在电力系统中具有调峰填谷的独特运行特性进行了分析，从抽水蓄能电站的选址、关键技术的引进和抽水蓄能电站的建设与环境三方面出发，给出抽水蓄能电站科学合理的规划建议。 论文关键词：抽水蓄能电站 规划设计 关键技术 环境 0 引言 近二十多年来，我国经济和社会有了快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，用户对供电的要求也越来越高。抽水蓄能电站作为我国电源结构中一种新型电源，以其调峰填谷的独特运行特性，在电力系统中发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能。抽水蓄能电站将成为水电建设的主流。因此，科学合理的规划这一有效的、不可或缺的抽水蓄能电站势在必行。 1 抽水蓄能电站选址规划 抽水蓄能电站的运行原理是利用电力负荷低谷时的电能把水抽至上水库，将水能转化为电能，在电力负荷高峰时期再放水至下库发电，将水能转化为电能，它将电网负荷低谷时的多余电能转变为电网高峰时期的高价电能，从而起到电网调峰的作用。因此，建设抽水蓄能电站的关键是选好站址。 抽水蓄能电站的站址规划是在负荷中心的周围地区寻找可能开发的站址。其可选面不象常规水电站那样只能沿着河流寻找合适的站址，它的可选面比较宽。一般要求上、下池之间的落差愈高愈好。选址时首先要开展普查工作，调查所给区域内所有可开发的抽水蓄能电站站址的基本建设条件，弄清所在电网的负荷水平、负荷特性和电源结构，调峰电源的缺口，以及对调频、调相、事故备用等动态功能的需求。通过比较从中选出建设条件较好的站址，然后进行规划阶段勘测设计工作，通过理论推正和实际考察来确定一期开发工程的实施。针对抽水蓄能电站的特点，大多选址是在已有水库的地方寻找山头建设上池，其中上池用于蓄水，以原有水库作为下池。部分站址也可选择已有水库附近的谷地建设下池，以原有水库作为上池。大多是汛期抽水，枯水期发电。因此，站址选对了可大量节约建设资金。例如广州抽水蓄能电站(简称广蓄电站)是一个纯抽水蓄能电站，其位于广东省从化县吕田镇，距广州市90km。上水库位于召大水上游的陈禾洞小溪上，下水库位于九曲水上游的小杉盆地。广蓄电站承担广东电网的调峰、填谷、调相、事故备用要求的任务和西电东送电量不均匀性的调节作用。该站址的自然条件较好，无论是上、下库成库条件还是落差，都比较理想，选择的合理科学，其电站装机可达到240万kW。考虑到电力系统的需求，广蓄电站分两期建设。一、二期工程装机120万kW，年发电量分别为23.8、25.089亿kW·h。广蓄电站的上、下水库容量，可供8台机组满负荷发电约6h，抽水约7h。经多年运行，循环效率可达76%。 2 关键技术的引进规划 在抽水蓄能电站关键技术方面，对高悬水库基础的渗流场进行分析，提出渗流控制标准和相应的渗流控制措施。一般防渗漏规划设计，可行方案有3种：①上游坝面喷混凝土；喷混凝土方案造价适中，施工便利，但要在实验过后准确把握其有效性。②坝体灌浆；灌浆方案造价最低，但耐久性、可靠性不如钢筋混凝土面板。③上游坝面增设钢筋混凝土面板防渗；钢筋混凝土面板方案造价最高，但防渗及加固效果最好，耐久性强，坝体实际承受的扬压力最小。 抽水蓄能电站的关键设备是水泵、水轮、电动发电机组。抽水蓄能电站的机组能起到作为一般水轮机发电的作用和作为水泵将下池的水抽到上池的作用。在电力系统的低谷负荷时，其作为水泵运行，完成上池蓄水；在高峰负荷时，其又作为发电机组运行，利用上池的蓄水发电，送到电网。在抽水蓄能电站机组运行技术方面，需要开展机组起动方式，工况转换及变频起动装置(SFC)谐波分析和预防措施研究。这样不仅能进一步优化水泵水轮机和发电电动机的主要技术参数（上、下库正常蓄水位，死水位，调节库容以及装机容量等）和机组总体结构而且提高了抽水蓄能电站的运行稳定性。初期的机组是水泵与水轮机分开的组合式水泵水轮机组。后来才发展为可逆水泵水轮机，正转是水轮机，反转即是水泵。电动发电机也是一台特殊的电机机组，受电时是电动机驱动水泵抽水，为上池放水；水泵变为水轮机时，电动发电机也就成为发电机。 除上述外，还应进一步开展抽水蓄能电站工程结构问题研究；开展大PD值预应力钢筋混凝土高压管道结构及埋藏式钢岔管道结构受力分析研究，提高我国大PD值压力管道的设
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(Uimin=85V)
中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805
PO/W
图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
供了依据。
1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。
图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
η/％(Uimin=195V)
图5宽范围输入时K与Uimin′的关系
图6固定输入时K与Uimin′的关系
根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：计算TOPswitch－II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12V，35W的通用开关电源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。
若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF（mA）3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0
然而，高质量电源子系统与其配电系统之间却存在一个难题。尽管供电在任何系统中都是一种不可或缺的功能，但它却无法获得用户的直接赞赏或认同。用户需要的是额外的特性、功能和性能；供电被看作设计中固有的部分。增加特性有利于营销宣传，并获得更多的利润，而电源网络的元件成本和占板面积却没有这些好处。事实上，有些人会把电源子系统占用的电路板面积看作没有意义的负担，就像财务部门或邮件收发室一样。
作者：李雅静 单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处
蓄电池组容量计算根据《铁路通信电源设计规范》，沈阳通信站及GSM－R核心网机房－48V高频开关电源设备配置2组蓄电池组，并联使用，且2组蓄电池组的容量相等，每组蓄电池组的容量为总容量的二分之一，蓄电池组的后备时间按1h设计［1-2］。－48V蓄电池组容量的计算公式如式（式略）其中，对于通信站，蓄电池放电小时数T=1h，η=0.55;对于中间站，蓄电池放电小时数T=3h，η=0.75。如不考虑温度影响，对于通信站，计算公式可简化为（式略）沈阳通信站及GSM－R核心网机房直流用电设备由传输系统、接入系统、数据网、调度通信系统、GSM－R数字移动通信系统核心网设备等部分构成，总功耗约为40kW。由式经计算可知，沈阳通信站及GSM－R核心网机房－48V高频开关电源配置2组蓄电池，每组1000AH，各为蓄电池总容量的50%，后备时间1h。整流设备容量计算沈阳通信站及GSM－R核心网机房高频开关电源整流模块按N+1冗余方式配置。根据规范规定，当N≤10时，备用1块;当N＞10时，每10只备用1块［1］。电源输出总电流是由N个整流模块并联输出得到，并考虑整流器的N+1备份保护设计，则高频开关电源整流模块计算公式（式略）UPS电源容量计算沈阳通信站及GSM－R核心网机房共用主机房和电源室，故在本次交流供电系统的设计中共用1套UPS不间断电源设备和交流分配柜(除GRIS设备，GRIS设备电源系统设计方案见。UPS交流不间断电源容量计算公式UPS容量=负载功耗/功率因数/转换效率式中，功率因数＞0.8;转换效率≥90%［2］。对于不间断电源UPS，当输出功率为UPS的额定输出功率的60%～80%时，UPS工作在最佳运行状态，且UPS的实际功率不宜长期超过额定功率的80%［5］。沈阳通信站及GSM－R核心网机房交流用电设备由综合视频、综合网管、时间同步、电源及环境监控、数据网网管、OMC－R、接口检测服务器、接口监测存储器、接口监测采集器、无线网管中心端等部分构成，总功耗为54kW(除GRIS设备及网管终端的功耗3kW)。由式经计算可知，沈阳通信站及GSM－R核心网机房UPS交流不间断电源设备总容量为90kVA。1+1双母线并机方案设计沈阳GSM－R核心网机房GRIS设备采用1+1并机双总线供电方案，故为GRIS设备单独设置4套20kVAUPS不间断电源设备，构成1+1并机双总线供电方案，（式略）4套20kVAUPS设备的交流输入由高频开关电源的交流分配柜提供。UPS1和UPS2共用1组蓄电池和交流输出分配柜;UPS3和UPS4共用1组蓄电池和交流输出分配柜。2个STS切换柜PDU配电单元同时为负载供电，最终实现1+1双母线并机方案。UPS蓄电池组容量计算沈阳通信站及GSM－R核心网机房UPS蓄电池组的设计采用恒电流法，后备时间按1h设计［1-2］，详细计算公式（式略）根据以上公式，沈阳通信站及GSM－R核心网机房配置90kVAUPS，后备时间1h，根据规范要求，配置2组蓄电池且并联使用。由式分别计算可知，沈阳通信站及GSM－R核心网机房90kVAUPS电源共配置12V200Ah蓄电池2组，每组60只;核心网GRIS设备4组20kVAUPS电源共配置12V100Ah蓄电池2组，每组32只。高频开关电源交流输入配电柜容量计算高频开关电源交流配电柜容量计算式中，V交流取值为380V或220V，通信站均为380V;功率因数按0.8计算;转换效率按0.9计算［2］。经计算可知，沈阳通信站及GSM－R核心网机房应配置380V/400A交流配电柜，为高频开关电源整流设备和UPS设备供电。
由于电源室与沈阳通信站及GSM－R核心网机房的距离较大，传输线的微小电阻也会造成很大的压降和功率损耗，造成电源传输损耗大、线缆芯径粗等问题。由于与交流电源相比，直流电源电压较小，因此这一问题对直流电源配线的影响更为严重。考虑到通信电源系统的供电方式不同，在对通信设备供电电源线缆选型时，应该逐段进行分析计算，逐段确定电源线缆的型号。电源线缆的选择需要考虑以下两点。(1)《铁路通信电源设计规范》(TB10072—2000)规定:－48V电源供电馈线的截面设计应满足通信设备供电需要、强度要求，直流放电回路全程最大电压降宜按3.2V计算。［1］(2)交流供电馈线的截面设计应考虑电缆允许的通流量的大小:70mm2以下的电缆按照4A/mm2的通流量计算;90mm2以上的电缆按照2.5A/mm2的通流量计算。直流电源配线计算直流列头柜容量计算对于沈阳通信站及GSM－R核心网机房，核心网设备列总功耗最大，包括MSC、SGSN、GGSN及GPRS接入路由器等设备，设备功耗共计2.3kW，故以此为例说明－48V直流列头柜容量的具体计算方法。对于直流列头柜，总熔断器的容量一般为列头柜负载的1.1～1.5倍(一般取1.3倍)。经计算可知，设备载流量共计约480A，根据列头柜厂家设备规格，最终选定总熔断器为600A的直流列头柜，其可承载的负载电流在450～500A。以上计算中采用的是厂家设备机柜的满载额定功耗，设备实际功耗≤满载额定功耗，核心网设备列运行后实际负载电流约为300A≤480A，故列头柜容量设计符合需要，且具有一定的预留，可满足核心网设备满载情况下的使用。对于其他设备列，如果机柜位置和列头柜支路空开未用满，输出分路的数量一般情况下按照实际负载数量再做20%～30%的预留。直流列头柜电源配线计算直流电源的基础电压为－48V，通信设备电压允许的波动范围一般在－40～－57V，比如传输设备的安全电压范围在－43～－56.7V。直流供电回路导线截面一般按电流矩法进行计算［3］，对于铜线、铜芯电缆及铜排，截面积的计算公式（式略）根据规范规定，－48V电源供电馈线的直流放电回路全程最大电压降宜按3.2V计算［1］。－48V电源供电馈线的直流放电回路上允许的电压降，其数值等于直流放电回路全程最大电压降减去串接在回路中各种配电设备和元件的总电压降［3］。由式可知，对于同样的来说，即是影响S的主要因素。对于沈阳通信站及GSM－R核心网机房，核心网设备列所用－48V直流列头柜的数值最大，故以此为例说明直流电源线截面积的具体计算方法。核心网设备列－48V直流列头柜直流放电回路的传输距离为120m，核心网设备列总功耗为2.3kW。由式(8)经计算可知，核心网设备列－48V直流列头柜电源线采用两正两负共计4根300mm2的直流电源线。交流列头柜电源配线计算对于交流设备来说，负载电流和电源线截面积的大小对传输距离并不敏感，可以采用常规算法进行计算［3］。（式略）
对于沈阳通信站及GSM－R核心网机房，以有线通信交流设备列为例说明交流电源线截面积的具体计算方法，该列由电源及环境监控系统、综合视频监控系统、时间同步系统、数据网网管服务器等设备构成，设备功耗共计2.3kW。由式(9)经计算可知，该列交流列头柜应采用截面积为50mm2的交流电源线;查表1可知，125A＜I≤160A对应的交流电源线截面积为50mm2，两者结果相同。故有线通信交流设备列～220V交流列头柜电源线采用主备2根50mm2的交流电源线。6通信电源系统优化沈阳通信站及GSM－R核心网机房作为哈大客运专线的核心节点，为了保证通信电源系统更安全、稳定、有效，针对设计过程中的重点难点，提出以下建议及优化方案，以供参考。GSM－R核心网机房、路局调度所及路局通信站等枢纽节点，建议直流和交流供电均采用双电源双总线系统进行冗余供电，即需要配置2套相互独立的高频开关电源、UPS不间断电源和配电系统。目前哈大客运专线仅对于核心网关键设备保证了1+1双总线并机方案设计，高频开关电源仅配置了1套，故在今后的设计中此方面仍可进行优化。另外，由于哈大客运专线是利用既有房屋进行重新装修后新建电源室和主机房，故直流分配柜至直流列头柜的电源线传输距离较长，在设计中发现直流电源线截面积过大，造成电源线不易敷设的问题，建议在今后的设计中可以考虑在主机房单独设置电源二次分配柜，输入端与电源室的配电柜相连，输出端与各个列头柜相连，减少电源线的传输距离，亦可减少敷设难度和传输损耗。7结语近年来，通信电源技术和产业飞速发展，围绕提高效率、提高性能、小型轻量化、安全可靠、减少电磁干扰和电噪声等方向进行着不懈研究。铁路通信电源系统从体制、规范、维护、产品标准等方面不断引进新技术，为我国铁路通信系统的发展奠定了坚实的基础。对于铁路通信系统尤其是铁路枢纽通信系统的设计，通信电源系统必将发挥着越来越重要的作用。
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(Uimin=85V)
中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805
PO/W
供了依据。
1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：计算TOPswitch－II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12V，35W的通用开关电源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。
若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF（mA）3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0
（2）对其他参数的影响
当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。
TOPSwitch－II独立于Ui、PO的电源参数值，见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。
表3独立于Ui、PO的电源参数值
独立参数典型值
开关频率f(kHz)100
输入保护电路的箝位电压UB(V)200
输出级肖特基整流二极管的正向压降UF(V)0.4
初始偏置电压UFB(V)16
（3）输入滤波电容的选择
参数TOP221TOP222TOP223TOP224TOP225TOP226TOP227
高频变压器初级电感LP(μH)86504400220014751100880740
高频变压器初级泄漏电感LPO(μH)175904530221815
次级开路时高频变压器的谐振频率fO(kHz)400450500550600650700
初级线圈电阻RP（mΩ）50001800650350250175140
非隔离型降压式电源设计方法概论非隔离降压型电源是现在普遍使用的电源结构，几乎占了日光灯电源百分之九十以上。很多人都以为非隔离电源只有降压型一种，每每一说到不隔离，就想到降压型，就想到说对灯不安全（指电源损坏）。其实降压型不只是一种，还有两种基本结构，即升压，和升降压，即BOOST AND BUCK-BOOST，后两种电源即使损坏。不会影响到LED的好处。降压式电源也有其好处，它适合用于220，但不适用于110，因为110V本来电压就低，一降就更低了，那样输出的电流大，电压低，效率做不太高。 降压式220V交流，整流滤波后约三百伏，经过降压电路，一般将电压降到直流150V左右，这样即可实现高压小电流输出，效率可以做得较高。一般用MOS 做开关管，做这种规格的电源，我的经验是，可以做到百分之九十那样差不多，再往上也困难。原因很简单，芯片一般自损会有0.5W到1W，而日光灯管电源不过就是10W左右。所以不可能再往上走。现在电源效率这个东西很虚，很多人都是吹，实际根本达不到。常见有些人说什么3W的电源效率做到百分之八十五了，而且还是隔离型的。告诉大家，即便是跳频模式的，空载功耗最小，也要0.3W，还什么输出3W低压，能到百分之八十五，其实有百分之七十算很好了，反正现在很多人吹牛不打草稿，可以忽悠住外行，不过现在做LED的懂电源的也不多。我说过，要效率高，首先就要做非隔离的，然后输出规格还要高压小电流，可以省去功率元件的导通损耗，所以象这种LED电源的主要损耗，一就是芯片自有损耗，这个损耗一般有零点几W到一W的样子，还有一个就是开关损耗了，用MOS做开关管可以显著减小这个损耗，用三极管开关损耗就大很多。所以尽量不要用三极管。还有就是做小电源，最好不要太省，不要用RCC，因为RCC电路一般的厂家根本做不好质量，其实现在芯片也便宜，普通的开关电源芯片，集成MOS管的，最多不过两元钱，没必要省那么一点点，RCC只省点材料费，实际上加工返修等费用更高，到头到反而得不偿失的那样。降压式电源的基本结构就是将电感和负载串入300V高压中，开关管开关的时候，负载即实现了低于300V的电压，具体的电路很多，网上也很多，我也不画图再说了。现在9910，还有一般的市场上的恒流IC基本都是用这种电路来实现的。但这种电路就是开关管击穿的时候，整个LED灯板就玩完，这应该算是最不好的地方了。因为当开关管击穿的时候，整个300V的电压就加在灯板上，本来灯板只能承受一百多伏电压，现在成了三百伏了，这种情况一发生。LED肯定要烧掉。所以很多人说非隔离的不安全，其实就是说降压的，只是因为一般非隔离的绝大多数是降压的，所以认为非隔离的损坏一定要坏 LED。其实另外两种基本的非隔离结构，电源损坏，不会影响LED的。降压式电源要设计成高压小电流，效率才能高，细说一下，为什么?因为高压小电流，可以让开关管电流的脉宽大一些，这样峰值电流就小一些，还有就是，对电感的损耗也小一些，通过电路结构就可以知道，电路不方便画，具体也难以再叙述下去了。就随便总结一下，降压电源的好处是，适合于220高压输入使用，以使得功率器件承受的电压应力小，适合做大电流输出，比如做100MA电流，比后两种方式来的轻松，效率要高。效率算比较高的，对电感的损耗较小，但对开关管损耗大一些，因为所有经过负载的功率必须要经过开关管传输，但输出的功率，只有一部分经过电感，如300V输入，120V输出的降压型电源，只有180V的部分要经过电感，120V的部分是直接导通进入负载的，所以说对电感损耗比较小，但输出的功率，全部要经过开关管转化。分解两种恒流控制方式下面要说
2监控系统软件系统设计
监控系统的软件部分采用模块化开发方式。整个系统共分为初始化、数据采集管理、控制与维护、人机界面、通信、系统维护等六个模块。在这六个模块中，数据采集管理模块及控制维护模块是整个监控系统的核心模块。数据采集模块可以分为模拟量采集与处理模块、数字量采集与处理模块、报警处理模块三个部分，分别负责系统模拟量和数字量的采集、汇总、处理、存储、转发等工作，同时在分析数据的基础上对系统的运行状态进行分析和判断，如果系统运行状态存在发生故障的可能性，就相应发出报警信号。系统的控制和维护模块的主要功能是接收来自于数据采集模块的数据及初判结果，并根据结果进行电源运行状态的管理，其中包括对系统的自检、故障自诊断、程序复位、系统安全等方面的功能。除此之处，还要完成对其他模块的调度。
1 引言
在全球“节能减排”大背景下，LED作为一种节能型新光源在城市景观、交通指示和公众广告等行业都有着相当广泛地应用。LED具有高效、长寿命、低功耗和安全等优点。LED光源与其他光源主要区别在于LED光源需要一个恒流源驱动电源。
2 方案比较选择
升压式有源功率因数校正方案具有输出电流纹波小、效率高、磁性元器件设计简单等优点。但电路结构复杂、成本较高不适于大批量生产。
反激式有源功率因数校正方案只需要一级就可以实现功率因数校正和输出恒压/恒流的要求。具有电路结构形式简单、成本低等优点。
临界模式在照明和其他低功率应用中很常见，成本低廉，设计简单，适合大批量生产。综合成本、生产性等因素，选用临界反激模式有源功率因素校正方案。
3 电路设计
该电源设计重点为变压器设计，驱动芯片为L6561。本文侧重介绍变压器理论推导和主要参数设计。主要参数包括：输入电压 ＝176VAC～264VAC，输出功率Po（max）＝17W，输出电流Io＝0.34A～0.36A，输出电压 ＝25VDC～50VDC，效率 ≥85%，功率因素PF≥0.95。
变压器设计需进行理论分析，理论分析中所涉及参数及其意义分别如下所示： 、 、 分别为初级、次级与辅助绕组匝数， 为匝比， 为输入功率， 为磁芯电感系数， 为输入电压有效值， 为初级电感量， 为初级电流有效值， 为初级电流峰峰值， 分别为开关管周期、导通时间和关断时间
……输出电压； ……驱动电源效率。
由功率与电压电流关系推导初级峰值电流：
4 变压器主要参数设计
（1）初级电感量设计
L6561芯片最小驱动频率 ,考虑到EMI设计要求，选取 ,综合考虑次级反射电压、初次级电流峰峰值等要求，取 =4， =170V， =51V。根据3.1推论的结论可知：
5实验结果
根据以上设计，制作了原理样机。常温时测试驱动电源参数，当=220VAC，Io=0.355A， =47.8V时，主要测试参数如下：PF≥0.967， ≥86.7%。
1 电路设计背景和目的
通过多年的教学经验和对中职院校的学生进行的调研情况来看，中职院校的学生普遍文化基础薄弱，对文化课、理论课不感兴趣，但是大部分中职学生对实训课程感兴趣，喜欢动手操作，能够尝试动手去做一些实验，有的甚至能独立完成一些电子产品的安装与调试。例如，简单的门铃电路，流水灯电路等。因此，针对中职院校学生的实际情况，结合我学院电气工程系的学生学习情况，今年，我系领导决定对学生的课程安排进行了大胆改革，去掉纯粹的理论课，所有专业课程都变为一体化课程，让学生通过动手操作掌握理论知识，真正做到在做中学，在学中做，在这样的背景下，我尝试了将所担任学科《电子技术基础》这门理论课程融入到《电子电路的安装与调试》这门实训课程中去，变理论课实训课程为一体化课程。依托这样的改革前提，我尝试对直流稳压电源的电路进行了以下设计，目的就是为了更好的适应电气工程系的改革实践，同时也能够使学生在实际动手操作过程中深刻理解相应的电子专业理论知识，能够培养学生掌握理论知识的能力，激发学生热爱电子专业的热情，提高了学生学习的积极性，最重要的是让学生学会了技能，一技在手，更好地走上工作岗位，尽快地适应社会。
2 电路设计实验设备及器件
所谓巧妇难为无米之炊，电路设计同样需要必要的实验设施和工具，而实验条件的好坏和选择工具的正确与否是设计的关键和前提。下面我来具体阐释我的设计思路中所需要的实验条件、实验工具和必要的原材料：
2.1 电路所需实验设施和工具
本次设计的完成需要在专业的电子试验台上进行，需要的工具如下：示波器、万用表、变压器（12v）、电烙铁、钳子和镊子等，另外需要必要的焊锡和连接线。
2.2 电路所需元器件清单
元器件清单如下：
1A二极管IN4007，V1、V2、V3、V4，4只；发光二极管V5，1只；熔断丝FU 参数为1A1只；100uF 50 V电容C1，1只；10uF25V电容C2，1只；500uF 16V电容C3，1只；2200uF电容C4，1只；开关SW，1只；2.7KΩ电阻R1，1只；190Ω电阻R2，1只；280Ω电阻R3，1只；1KΩ电位器R4，1只；三端集成稳器CW7812 U（可调范围1.25V～12V），一只；可调电阻RW，1只。
3 电路设计思路
直流稳压电源又称为直流稳压器，其作用就是将交流电转化成相应用电器所需要的稳定电压的直流电。其关键是输出直流电压的稳定性，所以我们设计电路的着眼点就是电路转化的稳定性。
3.1 直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其组成框图如图1：
直流稳压电源各部分的作用
（1）电源变压器：主要是降压器，用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的交流电压Ui。（2）整流电路：利用整流二极管单向导电性，把交流电U2转变为脉动的直流电。（3）滤波电路：利用滤波电容将脉动直流电中的交流电压成分过滤掉，滤波电路主要有桥式整流电容滤波电路和全波整流滤波电感滤波电路。（4）稳压电路：利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的，用于将不稳定的直流电压转换成较稳定的直流电压。
3.2 直流稳压电源的设计方法
直流稳压电源的设计，是根据其输出电压UO、输出电流IO等性能指标的要求，确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的相关性能参数，选择出这些元器件。
具体设计方法分为三个步骤：第一步：根据直流稳压电源的输出电压UO、最大输出电流IOMAX，确定出稳压器的型号及电路形式。第二步：根据稳压器的输入电压Ui，确定出电源变压器二次侧电压U2；根据稳压电源的最大输出电流IOMAX，确定出流过电源变压器二次线圈的电流I2和电源变压器二次线圈的功率P2；再根据P2，确定出电源变压器一次线圈的功率P1。然后根据所确定的参数，选择合适的电源变压器，一般为12v。第三步：确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压URM和滤波电容的容量值以及耐压值。根据所确定的参数，选择合适的整流二极管和滤波电容。
4 电路设计步骤
电路设计思路想出后，考虑实际电路具体设计步骤，完整的设计步骤是整个电路的核心部分，因此在设计过程中实际设计步骤显得尤为重要，具体步骤为以下几步：
4.1 电路图设计方法
电路图设计使用PCB制图软件制作
4.2 电路原理图的设计
电路原理设计使用Protel2000制图软件设计电路原理图如图2。
4.3 直流稳压电源实物设计
如图3所示安装直流稳压电源电路的前半部分整流滤波电路，然后从稳压器的输入端加入直流电压UI？燮12V，调节RW，如果输出电压也跟着发生变化，说明稳压电路工作正常。用万用表测量整流二极管的正、反向电阻，正确判断出二极管的极性后，先在变压器的二次测线圈接上额定电流为1A的保险丝，然后安装整流滤波电路。安装时要注意，二极管和电解电容的极性不能接反。经检查无误后，才将电源变压器与整流滤波电路连接，通电后，用示波器或万用表检查整流后输出电压UI的极性，若UI的极性为正，则说明整流电路连接正确，然后断开电源，将整流滤波电路与稳压电路连接起来。然后接通电源，调节RW的值，如果输出电压满足设计指标，说明稳压电源中各级电路都能正常工作。
5 电路设计总结
通过论述直流稳压电源电路的设计过程，强化了本人所教学科《电子技术基础》中模拟电路部分知识和《电子电路的安装与调试》实验部分知识。所设计的直流稳压电源电路，广泛运用于生活中，例如手机的充电电源、冰箱的稳压电源等。同时，也通过查阅参考书，网上资料等拓宽了自己专业方面的知识面。论述过程中，通过边教学边调研边实践的方式使本人对直流稳压电源电路设计过程有了一些新的认识，特别是强化了自己的教学能力，增强了所教专业学生掌握理论知识的能力，提高了其动手操作的能力。通过一段时间的教学效果来看，我所教授专业的学生对学院的此种教学改革适应快，容易接受，对教师所设计的教学模块感兴趣，并且激发了继续探究这一教学模块的动力，这也充分证明了学院提出的此种教学改革是可行的。
参考文献
[1]郭S.电子技术基础（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社.
