关键词：单机片；升压电路；设计与仿真
前言
三项逆变电源在设计阶段需要注意升压电路的设计，一般而言应该在直流电源与逆变电路之间放置相应的升压电路，而最常用的是DC/DC模式，其功能的发挥在于将蓄电池组合体升压到DC540V。但是实际应用过程中会出现电压波动情况，因此应该保证整个输入电压应该保持在108V左右，输出电压则应该保持在540V左右。Boost升压电路的整个结构相对比较简单，整个结构系统中一般只有一个开关管，这种设计方案可以解决传统设计电路对电源功效的损耗，该种结构体系的体积相对较小。
一、设计模式
整个电路的设计电压应该经过严格调试后直接传送到STC12C54010AD单片机，这是因为该种单片机具有八个通道，并且可以持续性的保证输出PWM驱动信号，可以满足一般电路动能的需求，因此该种电路的设计并不需要增加A/D转换电路，也不需要额外增加PWM信号路径，只需要调试PI计算方法就可以严密的控制电路信号传输模式与信号内容，从而让信号传输形成一个完整的循环模式，保证电压的稳定输入与输出。在此过程中需要借助单片机I/O接口，并在此基础之上建立A/D转换口，在DC2DC升压系统的维护下保证整个设计电路系统的完整性，从而最大程度的改善系统功能是设计的关键所在[1]。
二、硬件设计方案
在单机片电路中，如果开关管的通态时间为ton，则电路连通阶段的电能感应量值为L上的积蓄能，可以表示为EIiton。如果断电持续时间为toff，那么在断电阶段的电感L释放能量的积蓄能可以表示为（U0-E）Iitoff。如果整个电路的运行相对稳定，那么一个周期T内的电感L释放的积蓄能量与最终积蓄能量是相等的，那么可以最终表述为：
其中表示电路的输出电压高于电源实际电压，因此此种电路被称之为升压电路，英文称之为Boost变换器。它也直接表示升压的比值，可以通过相应的方法进行调节，以此来改变整体电压的输出量。如果将升压比的倒数记为β，那么β就表示输出的电压量小于电源的电压。升压电路的输入电压高于电源电压主要是因为L电路储备电压能具有调节电压的作用，此外，电容也可以保持整体电路电压保持稳定。如果将电路中的电能损耗忽略不计，那么电源的供电能量仅仅是由电压负载消耗的，而升压电路则可以被直接当作直流变压器。
整个电路的系统的组成要见还包括二极管，它的最大直流电量可以表述为。一般电路的电压都有承载度，因此，如果考虑电路的电压、元器件的成本等，那么应该选择RM200HA224F规格的。
电路的电容设计应该以电路的电感电流连续模式为基础，考量电容器内部二极管的电流承载力Id，应该维持整个电流流向为平直电流，因此，在指定的电压限制中，应该设置电容的电压为：。其中为波纹电压，规定取值为10V，因此C=31.69（μF）。在电路通电以及充电的阶段内，一般电容的规定容量必须可以进行负载供电，因此所要求的电容也相对较小，而实际选择的电容一般取值为50μF，耐压值应该保持在900V。
对隔离驱动电路进行设计的方法一般是直接驱动法、隔离驱动法和集成模块驱动电路、该逆变电源采用FXB系列集成模块EXB841来驱动IGBT模块。集成模块驱动电路与分立元件的驱动电路相比，有体积小、效率高、可靠性高的优点。EXB841适用于开关频率为40kHz以下的开关操作，可以用来驱动400A，600V或300A，1200V的IGBT。它采用单电源工作，供电简单，内置高速光耦实现输入、输出的隔离，同时，芯片内部设有过电流保护电路，且过电流保护后在封锁自身输出的同时，由专门的故障信号输出端发出故障信号[2]。
电路整体设计完成后应该对电路进行保护系统设计，直流电源中的功率器件IGBT是系统的主要部件，也是最昂贵的部件。由于它工作在高频、高压、大电流的状态，所以也是最容易损坏的部件[3]。因此IGBT的保护工作显得十分重要。该系统中具有较为完备的保护电路及保护程序，保护电路主要有以下几个部分：输出过压保护电路；输入过压、欠压保护电路；IGBT短路保护电路；温度保护电路。
结论：综上所述，在现代物理学发展的推动下，对升压电路的相关研究也随之提高，尤其是在单片机应用基础之上对其相关技术与仿真的研究推动我国电力系统的发展，更成为实现我国工业现代化的强有力保障。
参考文献：
[1]薛俭雷，田春华，万永刚.太阳能电池升压电路的设计与仿真[J].微型机与应用，2012，13：22-24.
关键词：线性稳压器；开关稳压器；电源
中图分类号：TP303+.3文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）11-2656-04
Abstract：AnalyzesthebasicprinciplesandcharacteristicsoftheDC-DCregulator，analyzesandcomparestheperformanceandstructureoftheprincipleoflinearregulatorandswitchingregulator，andprovidesavarietyofimportantfactorsintheactualsituationoftheDC-DCdesign.Describestothebasicmethodofpowerchipselection，andprovidesareferencefortheDCpowercircuitdesign.
Keywords：linearregulator；switchingregulator；powersupply
电源的应用无处不在，所有的电子系统都需要恒压电源或者恒流电源的支持。输出直流称为直流电源，由前端直流转后端直流的称为DC-DC变换器，而直流转交流的变换器称为逆变器。所以，DC-DC变换器是用于提供DC电源的电路或模块。
1DC-DC变换器的主要分类
1.1线性型（Linear）
线性型变换器：可以从电源向负载连续输送功率的DC-DC变换器。线性型变换器通过在线性区域内运行的晶体管或场效应晶体管（FieldEffectTransistor或FET），电路的输入电压中减去超额电压，调节从电源至负载的电流流动，从而产生经过调节的输出电压。
1.2开关电源型（Switcher）
开关电源型变换器：以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率。其特点是开关器件的周期性开通和关断（定频型、变频型、定变混合型）。将原直流电通过脉冲宽度调制PWM（PulseWidthModulation）或脉冲频率调制PFM（PulseFrequencyModulation）来控制有效的直流输出。PWM调制稳定电压的方式是，在开关频率不变化的前提下，依靠脉冲宽度的增大或缩小改变占空比例，进而调节电压达到稳定，它核心部件是脉宽调制器。在PFM调制方式运作的时候，脉冲宽度是固定的，开关频率的增加或减少控制了占空比，使得电压保持稳定，脉频调制器是它的核心部件[1]。
2线性稳压器（LinearRegulator）
线性稳压器如78XX系列三端稳压器等，是一种无需使用开关元件而能提供恒定电压恒定电流输出的DC-DC转换器。
2.1线性稳压器的工作原理
线性稳压器和输出阻抗形成了一个分压网络。线性稳压器等效于受控的可变电阻器，可根据输出负载自行调解以保持一个稳定的输出。输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样，误差放大器的同相输入端连接到一个参考电压Vref。误差放大器试图使其两端输入相等2.2线性稳压器的类型
线性稳压器中的元件是双极型晶体管或场效应管MOSFET。双极型线性稳压器具有较高的压降电压，并能支持较高的输入电压并拥有更好的瞬态响应。MOSFET低压差线性稳压器LDO（LowDropoutRegulator）能支持非常低的压降，低静态电流，改善噪声性能和低电源抑制。为使线性稳压器处在正常工作状态之下，Vin和Vout之间最小压差称为压降电压（Drop-outVoltage），不同的稳压器结构会产生不同的压降电压，这也是几种线性稳压器的最大区别。如LM340和LM317这些稳压器使用NPN达林顿管，称其为NPN稳压器（NPNRegulator）。然而低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（Quasi-LDO）为新型电源设计提供了更高性能[2]。
2.3LDO的应用选择
开关稳压器是一种采用开关组件与能量存贮部件（电容器和感应器）一起输送功率的DC-DC转换器，它提高了电源转换效率和设计灵活性。开关稳压器主要分为以下两类：电感储能开关稳压器和无电感型开关稳压器（充电泵）。
3.1电感储能开关稳压器的工作原理
电感用于储存能量及向负载释放储能，电感在开关管开通状态下从Vg获得能量。
4DC-DC变换器的应用选择
5结论
通过分析比较最常见的两类三种直流稳压电源，了解了直流稳压电源的结构及构成原理，提出了电源电路环路控制的设计方案，为直流稳压电路正确合理的设计提供了参考方案。根据不同的实际设计需要和参数选用不同类型直流稳压电源，有利于整个系统平稳安全的工作。
参考文献：
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【关键词】变压器冲击；励磁涌流；预防性试验；剩磁；消磁
0前言
某电厂有两台9FA燃气-蒸汽联合循环发电机组，发电机（390H）采用美国GE公司设备，220KV升压站采用SF6气体绝缘组合电器（GIS），为双母线带母联方式。GIS和主变压器的联络采用220KV高压电缆连接并采用直埋的方式，主变正常运行变比为236KV/19KV，容量为480MVA，发电机出口带开关，作为单元机组与系统的并网点。主变在每次检修工作后，需倒送电正常，给机组辅机供电后，机组才具备启动条件。
#1机组检修过程中，主变做了预防性试验，试验内容包括：介质损耗、直流电阻测量等项目。机组检修后，按照GE9F燃气机组的开机方式，主变首先合闸受电。在#1主变合闸时，主变差动（A相）保护动作，合闸失败。
对变压器进行全面检查，包括油样化验、瓦斯继电器检查、检修试验数据复审，均未发现异常。于是重点对故障录波器录取的波形进行了分析。故障录波器录取波形如下：
分析波形分析，波形出现明显的间断，是很典型的励磁涌流。调看发变组保护G60的分析报告，其中二次谐波含量为0.12，而变压器差动保护的二次谐波闭锁设定值是0.13，二次谐波含量没有达到闭锁值，没有闭锁差动保护出口。初步判断是励磁电流，造成的保护误动。
经过仔细回顾检修过程，我们发现试验人员因为天气原因，首先进行了变压器的其他试验项目，最后进行的是变压器直阻测量，并且试验后，未进行消除剩磁的处理。我们认为变压器试验后的剩磁是造成此次变压器励磁涌流大幅增长的原因。
1直流电阻测试产生剩磁的原因
由于电力变压器绕组的电感很大为数百亨至数千亨，而直流电阻很小最小至数百微欧，用稳压电源给大型变压器绕组充电达到稳定的时间可能长达数十分钟至数小时，为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，现在普遍使用的是采用稳压稳流电源充电的方法。此次变压器直阻测量使用的测量仪器是保定市金达电力科技有限公司生产的BZC-3391（带助磁）恒流式测试仪。该仪器可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，此次测试选择的是稳流状态下。其工作原理如下：RN为电流取样电阻，E为稳压稳流电源的最大稳压电压，I为仪器设定的稳流电流，开关K合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态。E越高充电速度越快，I越大铁芯磁通密度饱和程度越高，可有效降低电感L以缩短稳定的时间、I越大测量信号Vx越大，数据更准确稳定，为了节省测试时间，获得更准确的测试数据，试验中，选用的是恒流模式，稳定电流选择的是10A。
快速准确测量五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻测量难度相对较大，依据目前解决该难点均是采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。
为了更好的达到助磁效果，实际采用的高低压绕组串联助磁方法，其高低压绕组的电流方向一致，由于高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，l0A的励磁电流即可满足所有容量变压器的要求（五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组低压绕组采用四端法测试时，达到铁心饱和的励磁电流需几十安以上）。
综上所述，由于以上测试方法，主变铁芯可能出现大幅度饱和，而较长的测试时间（低压绕组测试时间约为每相30min）会造成较大的剩磁存在。
2目前现场消除剩磁的方法
2.1直流法消除剩磁
按电工理论，正反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。
E―蓄电池（12V）；R―可变电阻（0―100Ω，5A）；A、A1―直流电流表（5～10A）；K―双刀双投刀闸；K1、K2、K3―小刀闸；R1―固定电阻（200Ω）。
在被试变压器高压绕组（三相变压器可分别在AB和BC端）通入直接电流，例如为5A，其方向应与测试绕组直流电阻时的电流方向相反；合K1，断开K，使A1电流降至“零”；通入相反方向电流4.7A；依次类推，每次电流值降低5%～6%，直至电流为0.05A以下时，直流去磁结束。具体操作步骤如下：
1）K开，K1开，K3合，K2合，合K至“正”，电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，至电流A1接近“零”，K1开；
2）K开，K1开，K3合，K2合，合至“负”电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，电流A1接近“零”，K1开；
如此往复，试验电流不断减小，可消除剩磁。
2.2交流法消除剩磁
在被试变压器低压侧（ac，ab和bc之间）分别施加50Hz交流电压，高压中性点接地。视电源容量，调节补偿电容器C，使电源电流减少，被试变低压侧以反映平均值电压表Va读数为准，逐渐升高电压至50%额定电压，并停留约5min，将电压缓慢降至“零”再重新缓慢升高电压至100%额定电压，直到完全去磁。
判断完全去磁的方法：
1）在电压上升和下降过程中，同一电压下的励磁电流值相同；
2）励磁电流的波形上下对称，无偶次谐波分量。
3消除剩磁的实例
用直流和交流方法对一台750MVA、500kV三相变压器进行了去磁。本来，其中的一种方法均足以去磁，但为了检验直流法的效果，特增加了交流法。
在AB和BC端间，分别进行直流去磁，耗时约7h。同时接线，进行交流去磁，在第一次升电压至50%额定电压时，即尚未开始交流去磁，励磁电流中已无偶次谐波，说明直流去磁的效果很好，我们已对7台（相）500kV变压器进行过直流去磁，并用交流法的励磁电流无偶次谐波判别方法，予以验证，均取得满意效果。
4结论
1）绕组直流电阻的测试，会在变压器铁心中残留剩磁，建议现场220～500kV变压器高压绕组的测试电流，以不大于5A为宜。
2）当剩磁产生较大影响时，应考虑剩磁的消除。交流消磁法由于使用的设备较复杂，不利于现场使用。现场消磁应优先考虑直流法消磁剩磁。
3）工程实际中，无需将剩磁消除到完全消失，可使用1A电流，多次放电，理论上可以降低剩磁值，降低变压器涌流值。
4）在试验顺序中，采用先直流后交流试验顺序，可以减少剩磁的存在，例如，先做直阻测试，后做交流介损试验。
关键词：直流，稳压电源，设计
Abstract:powersupplyisdesignedinthispaperiscomposedoftwoparts,respectively,stepvoltageoutputpowergroupandthepositiveandnegativedoublepowergroup.AT89S52microcontrollerasthecoreofthedesignofthecontroldevice,withthehelpofDACseriesofdigital-analogconversionchip,LM317andLM337regulatorandCD4051asthetransformoftheoutputvoltage.DCregulatedpowersupplydesignhascertainprotectivefunction,andcanbeconvenientlyonthevoltagedisplay,eachwith0.1Vstepincreasingordecreasingvoltage,enoughtosatisfymanyexperimentalsituations.
Keywords:DC,DCpowersupply,design
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
一、引言
直流稳压电源是电子及电气中常用的设备之一。传统的直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下问题：当输出电压需要精确输出，困难较大。另外，常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。现设计精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有较高的应用价值。
二、本系统功能特点
(1)一组电源最大输出电流可达2.5A，输出电压从0.0V～＋12.0V以0.1V步进连续可调（递增或递减），在输出电压在小于＋3V时，短路保护；当输出电压为＋3V～＋12V时输出电流超过2.5A时保护。另一组电源最大输出电流为1A，输出电压为：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V八种电压依次可调。
(2)输出端无论是过流还是短路，保护电路的动作都是以切断输出回路的方式工作，且当输出短路不再存在或负载足够轻时电路会自动恢复正常工作状态。保护动作时兼有声光报警信号。
(3)电路能够将两组电源的输出电压幅值实时直观地显示出来。
本文以AT89S52单片机为本设计的核心控制器件，借助于DAC系列数模转换芯片将数字量转换成模拟量，并通过I/U的转换以电压的形式输出；运用LM317与LM337结合的方式作为稳压器，用CD4051作为输出电压的变换。
三、系统硬件的设计与实现
系统硬件的结构框图如下图所示。主要由单片机、两组电源、显示、检测与保护电路、报警电路及键盘输入电路组成。
3.1、步进电压输出电源组工作原理
在这部分电路中主要的器件有单片机AT89S52、D/A转换器DAC0832、运放OP07和电流放大所用三极管。其电路原理框图如下图所示。
工作原理：首先给各芯片正常工作的条件，先利用单片机产生一组8位二进制代码并从P0口输出，可以通过按键来调整单片机输出二进制代码的加1和减1。8位二进制范围在00000000～11111111有效,再用此组二进制码送到DAC0832的数据输入端（DI0～DI7）,本系统是因D/A转换简单，故采用直通方式工作。与单片机电路连接如下图所示。
在电流/电压转换之后用运算放大电路进行了4倍的电压放大电路。电路连接如下图所示。
3.2、常用正负双电源组工作原理
该电源组输出正负对称的直流电压，电压值为8组实验最为常用的电源：0.0V、±3.0V、±4.5V、±5.0V、±6.0V、±12.0V、±15.0V、±24.0V。为了确保用电安全，电路在开机状态下必须能有0V的输出功能。电路原理图如下图所示。
图中二极管D1、D3的作用是输入开路时，防止C13、C23通过LM317、LM337放电。D2、D4的作用是输出端短路时，防止C12、C22向稳压器的调整端放电。在LM317稳压电路中，它的基准电压为＋1.25V，输出电流可达1.5A。图中R1、R2为泄放电阻，其输出电压的改变通变换调整端的电阻予以实现。
3.3、保护电路工作原理
保护环节的硬件电路主要由取样电路、A/D转换电路、单片机、保护控制与报警电路四部分构成。构成框图如下图所示。
它能在输出端短路或是负载过重导致的过流现象存在时动作，以切断输出回路保护电源本身不致损坏。其取样电路采用阻值极小的大功率电阻，这里取值为0.1Ω，如下图所示。
串联电阻R2、R3的作用为了防止输出端短路是的高电压反馈到A/D转换器的模拟量输入端而导致其损坏。当输出端连接上负载时，在取样电阻就会有电流流过，并产生一定的压降，并作为取样信号送到A/D转换电路进行模数转换。
3.4、显示电路工作原理
显示电路运用了最为常用的1/3位A/D转换集成电路ICL7107，由于该芯片要求正负双电源供电。以ICL7107本身38脚产生振荡信号作为资源，用一个六非门集成电路CD4069（或74LS04）与电阻电容构成负压产生电路。而芯片参考电压（36脚）仍用TL431提供。如下图所示。
3.5、数控部分
数控部分是稳压电源实现数字化控制的核心。以AT89S51单片机为控制核，采用DAC模块实现稳压电路的输出控制，并由ADC模块实现输出电压的测量，利用键盘和显示模块实现人机交互。键盘模块采用4×4矩阵键盘，实现输出电压的数字化设定和步进调整。而DAC模块和ADC模块都采用串行控制芯片，减少了单片机IO口的使用。
四、系统软件设计
本系统的软件用C语言编写而成。包含主程序、D/A转换程序、A/D转换程序、保护动作程序几个模块组成。主程序流程图如下图所示。
由于设计使用的51系列单片机没有SPI接口，故采用软件模拟SPI的操作方法实现串行控制。在ADC采样时，对输出电压进行多次采样(如100次)，取其平均值作为采样结果，否则采样过于频繁，测量不准确。而预设DAC输出时，根据设定值预设一个DAC控制字，使输出接近设定值。在微调DAC输出时，只需对DAC控制字进行增1或减1操作即可。在键盘扫描时，如果按下的是数字键，则储存数字;如果按下的是单位键，则组合之前按下的各数字键，使之成为一个数值，作为新的设定值;如果按下的是步长键，则可设置步长值;如果按下的是步进键，则对DAC设定值按所设置的步长增或减，使输出电压步进变化。
五、结果分析
（1）由于选择A/D与D/A转换器精度远高过指标要求的精度，且电路中所用的电阻均采用精密电阻，所以可以保证设定值和实际测量值的精度要求经过测试，误差最大为0.06V。
（2）输出端并联大容量的电容滤波与优质高频吸收电容（突波电容）,进一步降低输出电压的纹波系数。
六、结束语
本文介绍的电源以AT89S52单片机为核心控制器件，此电源不仅拥有完善的过流保护功能、直观的电压显示、良好的稳定性和较大的输出电流，而且能同时输出常用正负双电源和以0.1V步进递增或递减电压，足以满足众多实验场合的需求。
参考文献
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关键词：开关电源；井下电机；PWM；UC1525A
中图分类号：F407.61文献标识码：A
井下智能钻井工具一般采用涡轮发电机作为电源，驱动井下电机控制执行机构工作，实现井下闭环控制。涡轮发电机输出的直流电压受泥浆脉冲影响，波动大，未经过开关稳压，导致电动机供电电压不稳定，在低速运行时不平稳，限制了电动机的低速性能，影响井下智能钻井工具正常工作。为此，设计了一种井下DC-DC开关电源，为井下电机提供稳定直流电压，确保电机在低速状态下平稳运行，进而提高井下智能钻井工具工作的可靠性及稳定性。
1总体设计方案
1.1总体电路设计
DC-DC电源工作在井下高温高压环境中，且靠近发电机及力矩电机震动源。在这种环境温度下，常规半导体电子器件及其组成的电路将难以可靠工作。本设计中输入电压高于输出电压，为尽可能减少所用器件以降低高温情况下因单个器件不稳定导致平均工作寿命减少的情况发生，对比其他电路结构及功率输出情况后，采用BUCK结构电路。开关频率定为3kHz，输入直流电压范围：90-220V，输出电压：48V±2V，输出电流：10A±2A，最大功；500W，最大外径：100mm，工作温度：125℃。
1.2主电路设计
主电路中，输出滤波电感采用铁硅吕磁环，以适应井下振动环境，电感按临界模式计算，为：
式中Vo为输出电压，Dmin为占空比最小值，Iomin为输出电流最小值，T为周期。
单个电感采用五个77191A7铁硅铝磁环叠加共绕，采用了多个磁环叠加绕制后并联使用。
输出端滤波电容最小值满足：
PWM控制电路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，该控制器工作温度可到125℃，满足井下工作环境对器件的要求，输出级为两路图腾柱式输出，最大驱动电流200mA。
开关MOS管的源极是悬浮的，为形成相对的驱动电压Ugs，采用变压器隔离驱动，开关管采用MOSEFT，驱动功率相对较小，为加速MOSEFT快速导通和截止，减少开关损耗，输出端加入耦合电容和PNP型三极管。为防止由于变压器漏感带来的尖峰电压击穿MOSFET，采用钳位二极管。
考虑到井下高温强振的工作环境，高频变压器采用德国VAC公司超微晶磁材料VITROPERM500F（居里温度为600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM500F用作开关电源功率变压器，铁损低，饱和磁通密度、磁导率高，可以抵抗强振动应力。
通过以上设计与计算，得到主电路电路设计图如图1所示。
1.3单端正激式辅助电源设计
为保证主电路PWM控制器稳定工作，引入辅助电源，为开关管驱动电路及两个PWM控制器UC1525A供电。设计参数12V/400mA，即该电路可实现输入60～200VDC，输出12V/400mA。由于主电路采用的是BUCK非隔离结构，辅助电源设计时为简化电路采用非隔离式，如图2所示。
辅助电源中，考虑涡轮发电机整流后的电压容易超出三极管极限参数，为保证稳定，自启动电路设计采用两个三极管串联使用，Rb1，Rb2，Rc1为限流电阻。C13上的电压给辅助电源上的PWM控制器提供启动时间，随后当变压器输出端有稳定电压时，将由输出端提供能量。为防止输出端负载对充电回路的影响，加入二极管D14。采用该种方法设计可以减少限流电阻上的损耗，保证辅助电源稳定启动，为主电路PWM控制器提供相对稳定的电源做好铺垫。
单端正激式变压器磁芯材料采用德国VAC公司的超微晶材料磁环W373，由于辅助电源功率较小，故开关频率可以取得稍大，开关电源频率为50KHz。
整流滤波电路设计同BUCK结构设计类似。控制器同样采用TI公司的UC1525A，与BUCK结构设计方法相同。
1.4开关电源热设计
本文所设计的开关电源在井下高温强振环境中工作，必须将发热器件产生的热量尽快发散出去，使温升控制在允许的范围之内，以保证可靠性。考虑工作环境特点，本设计采用散热片为开关电源散热。
MOS管采用IRFP460A，为尽可能好的散热，将功率管固定于散热片上，功率管和散热片之间加入导热系数好的散热硅脂。
2开关电源性能测试
为确保所设计的开关电源能够满足系统性能需求，在实验室对样机进行性能测试。
2.1开关电源基本功能测试
由于前端电压波动较大，为更好地看到效率与输出功率及输入电压波动情况，采用取样分别测量整流后电压70V、100V、145V、195V时效率随输出功率变化情况。测量输出功率时用直流档，测量整流前端输入功率时用有效值档，结果如表1所示。
2.2开关电源可靠性测试
满额功率输出时，温度达到动态平衡时开关管最大温升约为15℃（采用点温仪测试）。电压及纹波参数均未出现异常现象，常温特性比较好。电源性能良好，输出电压误差小于1V。经过近800次开关通断电，电路工作状况未发生问题，电路输出电压不受影响。
长时间工作于150℃时，电路板及开关器件均正常，随着负载功率上升，输出电压有下降趋势。
3结论
3.1应用于钻井井下的开关电源，其主电路拓扑形式选用BUCK电路，所用电子器件少，结构形式简单，能够满足井下狭小空间对于工具尺寸的要求。
3.2开关电源控制环路设计过程中需建立开关电源完整的小信号数学模型，并对其进行开环小信号分析，确保其稳定性。
3.3主电路与辅助电路设计中对输出滤波参数的计算一方面采用理论计算，一方面采用经验值并考虑温度等特性，器件选型上有一定余量，保证其稳定工作。
3.4在高温条件下，需要考察开关电源功率器件散热量和环境温度的平衡温度点以及功率器件在电源舱不同位置时的温升平衡点，确定功率器件最佳散热位置布局，实现开关电源温升最小化。
参考文献
[1]PRESSMANAL.开关电源设计[M].王志强，译.北京：电子工业出版社.2005.
[2]周习祥，杨赛良.BUCKDC/DC变换器最优化设计[J].电子设计工程，2010.
[3]赵负图.电源集成电路手册[M].化学工业出版社，2003.
摘要：智能建筑瞬变浪涌电滋干扰瞬变脉冲
随着国际信息潮流冲击和微电子科技的沸腾，加上通讯、计算机及自动控制技术日新月异，使得建筑开始走向高品质、高功能领域，形成一种新的建筑形式――智能建筑（InetlligentBuildings）。由于在智能建筑中运用了许多计算机和微电子设备，对其供电电源的质量提供了新的要求。因为电源品质的好坏，将直接影响智能建筑中设备的运行稳定性和可靠性，甚至导致重大人身、设备事故和造成巨大的经济损失。这种影响不仅来自供电电源的电压、频率及电流等基本要素是否满足用电设备的要求，而且也来自所提供的供电电源的电网质量。
由于电子计算机、微处理器以及其他电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低、对供电电源的质量要求高、过电压耐受能力差的弱点，使得这些高灵敏的电子系统在运行时，经常出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动甚至造成用电设备的永久性损坏，给人们日常生活造成巨大损失。为此，在智能建筑中，探究其供电电源质量，实施有效的防护办法，已是必然的趋向，而且受到世界各国普遍关注。
1电源质量的技术指标
衡量电源质量的技术指标主要包括摘要：电压波动、频率波动、谐波和三相不平衡等。众所周知，供电电源质量会受到多种因素的影响，如负荷的变化、大量非线性负载的使用、高次谐波的影响、功率因数补偿电容的投入和切断、雷电和人为故障、公共设施（如电动机、电梯等）等都会影响电源的品质，从而降低供电电源的质量。
1.1电压波动（Undulatingvoltage）
理想电源电压正弦波的波形是连续、光滑、没有畸变的，其幅值和频率是稳定的。当负荷发生变化时，负荷出现较大的增加时，非凡是四周有大型设备处于启动时，使得供电电源正弦波的幅值受到影响，产生低电压。当供电电源电压波动超过答应范围时，就会使计算机和精密的电子设备运算出现错误，甚至会使计算机的停电检测电路误认为停电，而发生停电处理信号，影响计算机的正常工作。一般计算机答应电压波动范围为摘要：AC380V、220V±5％。计算机在电压降低至额定电压的70％时，计算机就视为中断。为此，《电子计算机机房设计规范》GB50174－93（以下简称《规范》）对电压波动明确规定，将电压波动分为A、B、C三级（见表1）。
电压波动等级表1
电压等级A级B级C级
波动范围±2％±5％＋7％～-13%
1.2频率波动（Undulatingfrequency）
供电电源频率波动主要由于电网超负荷运行而引起发电机转速的变化所致。而计算机的外部设备大多采用同步电动机,一般计算机频率答应波动范围为50Hz±1%.当供电电源频率波动超过答应范围时,会使计算机信息存储的频率发生变化而产生错误,甚至会产生信息丢失等。《规范》对频率波动明确规定，将频率波动分为A、B、C三级（见表2）。
频率波动等级表2
频率等级A级B级C级
波动范围±0.2％±5％＋7％～-13%
1.3波动失真（Waveforndistortion）
产生电源电压波形失真的主要原因是由于电网中非线性负载，非凡是一些大功率的可控整流装置的存在会对供电电源的电压波形产生烃，还会使计算机的相对控制部分产生不利的影响；这种波形畸变，还会使计算机直流电源回路中的滤波电容上的电流明显增大，电容器发热；还由于锯状波形的出现，会使计算机的停电检测电路误认为停电，而发出停电处理信号，影响计算机的正常工作。衡量波形失真的技术指标是波形失真率（Waveformdistortionrate），即用电设备输入端交流电压所有高次谐波之和和基波有效值之比的百分数。《规范》对波形失真率规定分为A、B、C三级（见表3）
波形失真率等级表3
波形失真等级A级B级C级
失真率（％）3－55－88－10
1.4瞬变浪涌和瞬变下跌
瞬变浪涌（Transientvoltagesurge）是指正弦波在工频一周或几周范围内，电源电压正弦波幅值快速增加。瞬变浪涌一般用最大瞬变率表示。瞬变下跌（Tran－sitionvoltagefall），又称凹口，它是指正弦波在工频一周或几周范围内，电源电压正弦波幅值快速下降。瞬变下跌一般用最大瞬变下跌率表示。瞬变浪涌和瞬变下跌，瞬间内电压幅值快速增加或减小会对计算机系统形成干扰，导致其运算错误或者破坏存储的数据和程序。目前，国内未对瞬变大瞬变率摘要：（半周或更长）≤20％；恢复过程中降至15％以内，为50ms；然后降至6％以内，为0.5s。答应最大瞬变下跌率摘要：（半周或更长）≤30％；恢复到－20％以内，为50ms；恢复到－13.3％以内，为0.5s。
1.5瞬变脉冲（Transientvoltagepulse）
瞬变脉冲，又称尖峰或者电压闪变，是指在小于电网半个周期的时间内电网理想正弦波上叠加的窄脉冲。引起瞬变脉冲的原因很多，一般主要由以下几方面摘要：
1.5.1内部过电压（Internalovervoltage）
即在电力系统的内部，由于重负荷、感性负荷、补偿电容的投入和切除，开关和保险装置的操作以及短路故障的发生，都会使系统参数发生变化，引起电力系统的内部电磁能量的转化和传递，在系统中出现过电压。据统计，在整个瞬变脉冲事故中因内部过电压造成的占有80％。
1.5.2雷电（Lightning）
在雷电中心1.5km～2km范围内都可能产生危险过电压，损坏电路上的设备。当雷击输电线或雷闪电发生在线路四周时，通过直接或间接耦合方式雷闪放电形成暂态过电压将以流动波形式沿线路传播，危及设备平安。据统计，在整个瞬变脉冲事故中因雷击产生过电压造成的约占18％左右。
计算机和精密仪器设备的信号电压很低，一般只有10V左右，所以对闪电脉冲过电压极为敏感，极易受闪电脉冲过电压的干扰和损坏。一般电气设备答应的闪电脉冲电压为6，000V，而计算机和精密仪器设备估计在几十伏到几百伏就会受到损坏。
1.6三相不平衡（Unbalancethreephasecircuit）
由于三相负荷分配不均等，使三相负荷电流不对称，由此产生三相负序分量。不平衡度是衡量三相负荷状态的指标，主要包括电压不平衡、电流不平衡、相角不平衡。三相不平衡窨到什么程度才会影响计算机的稳定、可靠运行，目前尚无完整资料。只有参考厂商有关三相不平衡具体要求，以保证计算机及其设备正常、稳定运行。一般计算机答应相电压不平衡≤120o±3o。
1.7瞬间停电（Interruptpower－supply）
假如发生电网瞬间停电，将直接影响计算机的正常运行。当电源中断1.5ms以内是，可由计算机主机的大电容器放电来维持计算机的继续运行，对系统无影响。而当在电源中断1.5ms以上时,由于存储器一般采用MOS电路,一旦停电时间长,计算机就会失去记忆,使大量运算过程的数据丢失,致使计算机运算错误乃至停机.一般计算机要求电源中断在10ms之内.对于瞬间停电答应持续时间,《规范》中对供电质量规定分为A、B、C三级。
A级摘要：Oms～4ms；B级摘要：4ms～200ms；C级摘要：200ms～1500ms
1.8电磁干扰（ElectromagneticInterference简称EMI）
电磁干扰，有也称电磁污染，它是电子系统辐射的寄生电能。电磁干扰主要来自以下两方面摘要：
①电缆、电线既是造成电磁干扰的主要发生器，也是主要的接收器。作为发生器，它向空间辐射电磁波，对计算机系统形成的干扰。作为接收器，它也能敏感地接收从其它相邻干扰源所发射电磁波的干扰。由于计算机系统中的逻辑脉冲前沿很陡峭（纳秒级），对30Hz~100Hz的电磁干扰十分敏感，会使计算机系统中的逻辑出现错误动作。
②核电脉冲（NuclearElectromagneticPulse简称NEMP）核爆炸产生的电磁脉冲强度高、覆盖面大、持续时间短（1μs）、等值频率可高过100MHz。电磁脉冲将在电网络中耦合产生暂态过电压，危害极大。
以上是衡量电源质量的主要技术指标，这些技术指标的好坏，反映了电源质量的情况，将直接影响计算机系统的运行，为此，应视电源污染的程度以及计算机系统对电源品质的要求，采取相应的防护办法，防止电网中其它设备的干扰，提高供电质量，使计算机系统能够稳定、可靠运行。
2改善电源质量的方法
影响电源质量的因素是复杂的，然而，当受到污染后的电源为计算机和精密电子设备供电时，对其运行是极为有害的。当城市电网的电源质量不能满足要求时，要根据需要，采用合理的供电系统以及必要的技术办法，有针对性地消除污染电源对计算机和精密电子设备的影响。这些办法包括摘要：采用隔离变压器、滤波器、稳压设备、不间断电源以及瞬变信号、滤除高频噪声、稳定电压和城市电网隔离，消除电压和频率的偏差以及吸收浪涌等各种干扰，从而获得理想的电源。
常用的几种计算机供配电系统主要有直接供电系统，隔离变压器、稳压器和滤波器组合系统；不间断供电系统等。
2.1直接供电系统
直接供电系统就是将市电（通常为AC380V，50Hz）直接接至配电柜，然后再分送给计算机设备。直接供电系统只适用于电网质量的技术指标能满足计算机的要求，且四周没有较大负荷的启动和制动以及电磁干扰很小的地方。直接供电系统优点是摘要：供电系统简单、设备少、投资低、运行费用少、维修方便等。它的缺点是对电网质量要求高，对电源污染没有任何防护，易受电网负荷的变化影响等。
2.2隔离变压器、稳压器和滤波器组合系统
隔离变压器、稳压器和滤波器组合系统是计算机房多采用的一种配电系统。该系统消除电网中的瞬变干扰、较大负荷的启动和制动、电压波动及电磁干扰等。该系统优点是价廉、运行可靠、维修方便、运行费用低等。它的缺点是在电网的较大频率波动时和忽然停电等电源污染没有防护。
2.3不间断供电电源
不间断供电电源（UninterruptablePowerSupply，简称UPS），它是电力变流器、储能装置（蓄电池）和开关组合成的一种电源设备。不间断供电电源具有稳压、稳频、抗干扰、防止浪涌等功能。而且，当发生忽然停电时，不间断供电电源可以对用电设备继续供电一段时间，使人们能及时处理计算机等设备中内存的信息，或者立即启动备用电源，使计算机等设备继续工作。
2.4瞬变浪涌保护器（Transientvoltagesurgeprotector）
暂态过电压是配电系统中最常见的干扰形式，雷电仅是一种；主开关操作、无功补偿电容器及电梯等重负荷设备的投入和切除，都会产生暂态过电压。大部分过电压的产生带有随机性和重复性，往往伴随电网中其它干扰发生而产生。上面的几种供电系统，包括稳压电源和不间断电源均不能消除过电压，因为稳压电源和不间断电源对快速脉冲过电压不能及时反应，甚至会将稳压电源和不间断电源损坏。因此，必须采用瞬变浪涌保护器，来保障电子设备免受暂态过电压的干扰和侵害。
2.4.1高频信号保护器
高频信号保护器主要防止天线的雷击和感应雷击，因为天线受雷击或雷电感应时，天线对偶极子上都将形成对地的暂态过电压，天馈线上两极导线上的暂态过电压是对共同地的，即形成共模暂态电压。高频信号保护器其内部采用特制的电感线圈，线圈两头并接于馈线上，中心抽头接地。在正常工作时，由于信号频率高，并接在信号线两端电感线圈呈高阻抗，不影响正常工作。当出现暂态过电压时，形成的暂态过电流经电感线圈两端到电感中心入地，线圈两半处于并联工作状态。由于暂态过电流流过两半线圈时，在两半线圈中产生的磁通量相互抵消，暂态过电流对地呈低阻抗，从而有效地限制信号线对地的共模暂态电压幅值。高频信号保护器主要用于防护雷击或雷电感应引起的天馈线对地的共模暂态电压幅值，从而保护通信设备免受暂态过电压侵害。
2.4.2电源过电压保护器
雷电及其它瞬变浪涌冲击现象，对精密电子设备和计算机设备（包括UPS电源），造成很大的危害。电源过电压保护器是利用快速响应模块，通过其优良的非线性伏安特，来实现抑制暂暂态过电压的。在正常工作时，模块呈高阻抗特性，泄漏电流很低，不影响正常工作。当出现暂态过电压时，模块呈低阻抗特性，使暂态过电流迅速泄放，从而抑制暂态过电压，维持电压稳定。
2.4.3采用等电位联结