【关键词】单片机稳压电源连续可调ADC
经过前期的调查研究统计，发现大多高校的电工实验设备在进行戴维南定理验证实验过程当中当两个电源同时作用时造成低电压电源输出升高的问题，例如我校的电工实验设备在进行该实验的过程中，当电源一（6V）与电源二（15V）两电源同时作用一系统时往往会造成电源一电压升高从而造成实验结果不正确。而且大多高校使用的电工实验设备与我校的电工实验设备原理相同，都存在上述问题。遂开发出基于STC89C51单片机的数字化控制的电工实验用可灌入式稳压电源，使实验过程中电源一输出稳定，从而保证实验结果准确。
该项目最大的特色及创新点是创造性的以单片机为核心，组成数据处理电路，在检测与控制软件支持下，通过对电源电压进行数据采样与设定数据比较，从而调整和控制电工实验设备中电源的输出。
采用模拟电路的可调稳压电路是用一个多档开关来控制输出电压，而所谓的显示系统只是再多档开关的每个档的旁边注明电压值。随着电子行业的发展，他不耐用的弊端已经使它逐渐离开了历史的舞台。
一、系统硬件部分
（一）STC89C51主控部分。
STC89C51主控部分是系统控制核心，主要负责对电工实验设备的输出电压进行采样并与手动设定的参考电压进行对比，而后通过控制数字电位器的阻值来实现对稳压电源的调节，并且对输出的电压值进行实时显示。STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用高密度非易失存储器制造技术工艺，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC的STC89C51是一种高效微控制器。
（二）采样电路。
图2采样电路
（三）变压稳压电路。
变压电路将工频220V/50Hz电压经过降压、整流、滤波后输入给稳压芯片。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用，故本设计采用LM317为稳压芯片。
（四）直流稳压输出控制电路。
数字电位器也称数字可编程电阻器，是采用CMOS工艺制成的数字-模拟混合信号处理集成电路，能在数字信号的控制下自动改变滑动端的位置，从而获得所需要的电阻值。数字电位器本身就是一个包含控制接口、存储器和电阻的系统，它是通过软件和控制接口进行编程的，因此，在调节过程中不会产生电噪音。故本项目采用数字电位器控制输出电压。
二、结束语
本系统操作自动化，系统的整个测量过程如数据的采集、传输与处理以及显示等都用微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。本设计具有友好的人机对话能力。与此同时，智能直流稳压电源还通过显示屏将仪器的测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。
参考文献：
[1]谭浩强，张基温，唐永炎.C语言程序设计教程[M].北京：高等教育出版社，1992.
[2]张友德等.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2006.
[3]尹建华，张惠群.微型计算机原理与接口技术[M].北京：高等教育出版社，2003.
关键词:能源管理中心;问题与数据价值挖掘;案例与效益
1建设背景
永丰余造纸(扬州)有限公司为了实现自身高质量发展，需要对设备和工艺进行工业智能化升级改造，以满足自身造纸工艺和能源管理运作需求;同时实现公司能耗数据在线与政府平台的稳定传输。公司能源管理中心建设的创新点在于:能源在线监测的所有功能均能满足规范要求［1］，同时又符合公司多年来运作习惯需求，能够实现新的智能化监测、智能化能耗分析与优化方案的解决。
2建设目的和设计原则
公司主要消耗的能源有煤炭、电力和蒸汽(热力)等，建设能源管理中心的目的是将各种能源消耗的实时数据，通过有线或无线搭建工业通讯网络，整合原有的SCADA、PLC、DCS和ERP等工业系统，将各系统上数据传输至新建的能源系统数据服务器中进行处理。从而规避人为抄表误差，降耗提效，减缓设备老化速度，利用系统发现数据价值，并通过优化、改造和管理等手段来实现区域内节能增效。能源管理系统建设的设计原则要求如下:整体性、先进性、前瞻性、稳定性、可操作性、完整性、可查询性、易维护性、数据安全性和成本控制等。
3系统实现功能分析
3．1系统功能总要求
1)实现在线监测功能:将实时数据传输至扬州市级能源在线监测平台;2)实时监测能源质量和效率，对能耗和运行参数异常能够自动报警和追溯;3)能够实现各生产车间、生产线、重要工序、重点耗能设备和班组的能耗统计与对标分析，挖掘节能潜力;4)能够对重点耗能设备进行重点管理;5)能够实现能耗精确统计、自动抄表和填报报表。能源8大分类管理见图1。
3．2系统遵循标准
系统设计时必须符合MESA规定的标准及公司内部各相关验收规范的要求。
3．3系统建设路线与设计
能源管理系统框架如图2所示。
4项目实施过程中存在的问题
公司部分三级以下计量器具没有安装到位，导致在线监测系统不具备数据传输功能。因此，必需通过加装能源计量器具，加装Lora远距离无线传输终端，才能直接将测试能源数据传输给原DCS系统或能源管理中心的采集服务器。数据传输终端参数设置见表1。SCADA系统对接程序自身程序不能够高频次和多数据读取，通过将原有使用的USB转串口更换为热电前置机自带串口直接对接传输，系统才能够恢复稳定传输。将原本采用数据变位上送，更改为定时上送，使通讯通道更加稳定。改善后能够稳定对接传输，SCADA数据对接表见表2。公司IT人员通过数据比对发现:能源管理系统平台每天08:05、16:05和0:05这3个时间点，由于少量纸卷在复卷机上还没有称重，而生管系统平台纸卷重量输出值显示为0。原因是能源管理系统数据读取时间太早，数据还没有来得及处理。解决的方法是将能源管理系统平台数据抓取时间分别推迟8h，也就是改为每天16:05、0:05、08:05这3个时间点读取。改善后能源管理系统产量数据与原ERP系统数据完全一致。通过人工数据与系统数据比对，找出对接计量器具存在选型错误、接口错误、线路虚接、PT和CT二次仪表内部参数设定错误、程序内部计算公式错误、热力的温度压力补偿错误和产能逻辑关系错误等问题，经过一对一进行修正后恢复正常。通过2个月的观察及不断修正和完善，能源管理中心能源数据按照规范和要求与扬州市能源在线监测平台实现了稳定对接。
5测试数据价值挖掘
空压机的型式与厂商不同，其设定的最佳压力值和控制的方式都会有所不同。造纸企业采用最多的还是是离心式和螺杆式空压机。在传统空压系统中，空压机由其内部的压力传感器监控，这些传感器压力参数设置后，便于多台空压机能随着压力的降低而一台台开启，形成压力阶梯控制。为了确保最大压缩空气消耗量时的压力能达到最低的压力水平，习惯的做法是将空压机维持在较高的压力水平，以避免生产过程中出现因欠压而跳机问题。但不必要的较高压力会造成能源的浪费，其表现在以下两个方面:一是空压机需要在高压的情况下运作，消耗的电量更多;二是当管网空气压力较高时，所有用气设备就会使用更多的压缩空气。如:如果所需的压力为0．6MPa，而系统平均压力需保持在0．65MPa，那么多余的0．05MPa压力就需要增加5%～10%的能耗。如何达到数据价值化，就需要跨界集成，协同创新:通过集成螺杆式空压机的加载/卸载命令控制，通过变频和离心式压缩机内部压力设定控制，经过集成优化控制后，压缩机仅输出实际所需的压力和空气量，系统压力始终保持稳定。公司压缩机的总功率为1770kW，输出所需的空气量为242m3/min，通过系统优化后，系统压力由0．65MPa降为0．6MPa稳定运行，其节能量计算见表3。由此得出:旧的习惯、思维和信息闭锁等一旦被打破，各系统运作才会流通顺畅;创新工作来自于日常节能技术的整合;改善一点点，就可以获得较大成效。从表3可知，降低压缩空气系统压力0．05MPa，压缩机本体能耗可下降3%，空气管网消耗功率下降5．8%;按照公司自发电力成本电价0．30元/kW计算，年节能收益达27．14万元。
关键词：稳定土搅拌站；电气系统；
为适应高等级公路、城市道路、机场、码头、运动场等基层材料施工需要所采用的专用搅拌设备。它可使用生石灰、熟石灰、土、沙石、粉煤灰、水泥等为原料。生产水泥稳定沙砾、灰土稳定基层、可压混凝土等基层物料。它生产的基层物料配比准确，搅拌均匀满足工程施工要求。
稳定土搅拌站的电气控制系统安装有以下几个步骤
一、熟悉稳定土搅拌设备系统和工作原理：
稳定土搅拌设备系统构成：
1、配料供给系统：料斗、调速变频计量皮带机、皮带输送机、平皮带。
2、拌和系统：电机减速机、双卧轴连续式搅拌机。
3、水泥料供给系统：水泥罐、调速变频计量刚性叶轮给料机、螺旋电子称输送机。
4、自动供水系统：储水罐或储水池、潜水泵、水管道、减压阀、水流量计。
5、电气系统：电气控制柜及电气元件、操作室。
6、储料仓装置系统：双卸料口储料仓、斜皮带机，空压机
7、计量控制系统：电磁（变频）计量调速机、微机控制手动、自动两种形式、各种作用的传感器等电气元件。
稳定土搅拌设备的工作原理是各种选定物料如石灰、碎砂石、土粒、粉煤灰等装载机装入配料料斗，经皮带给料机计量给出送至皮带集料机。同时稳定剂如石灰、水泥等粉料经各种途径送至粉料储存仓，由螺旋输送机输入计量料斗，再使粉料给料机计量给出送至皮带集料机。各种骨粉料由皮带集料机送至搅拌缸，同时打开水阀门，水经过水流量计送入拌缸。搅拌混合好的成品稳定土经斜皮带送至成品储料仓。
二、合理布线做好线路连接
根据《电气布线图》敷设走线槽，根据《电器接线图》连接操作台、电器柜及各电机、电磁阀、传感器等电器件之间的连线。并根据《电器原理图》进行复查，确保接线正确无误。要求接线头处用绝缘胶布包好以防外露。传感器等信号线应与强电信号线及动力电缆以不同路径走线，分槽布置避免走在一起，以提高控制系统的抗干扰能力。操作台、电器柜均已经安装在控制室内、各种测速传感器、称重传感器、信号放大器等安装在电子皮带秤或电子螺旋秤上。在外部接线前先检查各部分电器是否完好无损，固定是否牢固等，接线螺钉不得松动，焊接处不得脱落，腐蚀。电机在接线前应对电机进行常规检查测其相间及对地绝缘情况。电路安装时电缆线应遵循由高到低、由远到近的顺序延线槽通道拉至各电器元件及执行元件接线处。
三、做好电气系统的保护接地和保护接零措施
系统采用接地保护作为安全保护要求安装现场有良好的接地保护措施，电机电缆的保护线，电器箱的外壳，水泥仓等结构部分的接地端子等均与主接地螺栓，主接地极做电气连接，且保护线不允许串联。如果外部电源允许接零保护，保护线PE与电机电缆的保护线，电器箱外壳，设备主接地螺栓连接。设备的主接地端子，水泥仓接地端子，主控制室支腿上的接地端子与主接地极连接的接地线可采用满足接地线相应要求的导线或扁钢等导体。设备做好等电位接地，接地电阻不大于4欧。
四、做好搅拌站的防雷措施
稳定土搅拌站为金属结构，且位于空旷地带，易遭到直接雷击。因此，为了保护工作人员的生命安全及保证生产的顺利进行，搅拌站应设有防雷系统装置。稳定土搅拌站防雷措施主要包括直接雷击和感应雷击两部分。具体如下：（1）稳定土搅拌站防直接雷击的措施主要是在水泥罐顶安装接闪器。搅拌站属于一般性工业建筑物，依据防雷分类属于第三类防雷建筑物，采用滚球法设计接闪器，接闪器包括避雷针和两个金属球，其中避雷针长1.5米，上滚球直径30厘米，下滚球直径60厘米，接闪器通过扁铁接地，接地电阻小于或等于10欧。（2）稳定土搅拌站防感应雷击的措施是为防止感应雷电流沿电源线路侵入控制室造成设备损坏。电源部分应采用二级电源防雷措施。第一级防雷装置是在控制室总电源处安装一套三相电源防雷装置作为电源的第一级保护。第二级防雷装置是在控制室控制电源如PLC、仪表等端安装一套单相电源防雷装置作为电源的二级保护。电源经过避雷器后接地，接地电阻小于或等于4欧。
五、做好稳定土搅拌站设备的调试工作
在设备全部安装完毕后，检查电气接线无误后方可进行电气调试工作。（1）接通主电源，根据各负载的大小调整其电流值以起到保护作用。合上控制电源开关观察各仪表及电脑显示是否正常。（2）各电动机逐个进行试运转，检查运转方向是否正确，如果不正确应立即停机并换相，并检查电动机运转是否正常有无卡阻现象。（3）开启空压机，使空压机系统压力达到0.7MPa。操作各电磁阀控制按钮，检查各电磁阀、各气缸工作是否正常，调整各油雾器供油量大小，（4）进行计量传感器的标定，设置各称参数用砝码对各称进行标定，砝码重量要尽量接近各称的量程，标定后再用已知重量的物体校对称是否准确。
六、稳定土搅拌站的操作使用方法
设备使用前，有关人员应仔细阅读设备使用说明书与电气原理图，辨识清楚各电气设备安装位置，作用。熟悉各操作按钮、显示仪表指示灯的功能。
开机前准备工作：（1）合上总电源开关、合上所有控制电源空气开关，通过钥匙电源开关接通电源。电器柜门上的电压表显示380V左右。（2）按响电铃，提醒现场工作人员准备开机生产。（3）启动空压机，打开水阀门。（4）启动斜皮带、启动拌缸、启动上料平皮带（5）启动各料斗变频器电源、启动电子螺旋称、启动调速螺旋机变频器电源。（6）启动水泥螺旋输送机将水泥送到储料斗里。（7）根据施工要求将配方输入到微机里进行正常生产。
生产结束后，关闭给料机（粒料、水泥）―关闭水泵―关闭平皮带（皮带无存料）―关闭搅拌缸（搅拌缸内无存料）―关闭斜皮带（皮带无存料）―关闭储料仓门―关闭空压机―清理搅拌缸―关水阀―关闭总电源。
七、稳定土搅拌站的维护及保养
1、每天检查搅拌臂上的叶片是否松动，否则应紧固调整。
2、清理搅拌轴及搅拌叶上的残料，清扫各皮带上下层表面上的粘料。
3、将成品料仓里的存料清理干净。
4、定期清理控制柜、操作台及接线盒上的积尘。
5、定期检查一次接触器、继电器等电器元件接头有无松动现象。
6、定期检查各输送皮带磨损情况及搅拌叶片磨损情况，如磨损严重应更换。
关键字：直流稳压整流滤波变压器
市电220VAC经过变压、整流、滤波、稳压四个过程后形成了所需要的直流稳压电源，实现了市电220V向直流电压的转换如图1所示。设计直流稳压电源的过程恰好和上述过程相反，应先从最右边的直流电压稳压输出部分开始，向左边推导、设计电路。
现直流稳压电源设计步骤归纳如下：
1、确定电源的输出电压UOUT、最大电流IOUT
首先应先确定电源的电压和电流，同时能够确定负载电路的功率。设计直流稳压电源最终是为了给负载供电，所以在设计之前就要搞清楚负载到底需要多大的电压和电流。负载的工作电压一般都可以通过分析电路获得。例如负载可能是一只灯，也可能是一台收音机或者电视机等电子设备。作为负载一般都有额定工作电压，即电压是一个某一固定值或一定范围的值，为分析问题方便我们一般选择电压固定输出，即UOUT确定。负载的电流往往不是一个恒定值，大部分负载所需电流会随着状态的改变而变化，如负载电流会随着音量的升高、显示器画面亮度的增加而增加。在电源设计时我们要计算出电流可能出现的最大值，这个值我们记为IOUT。
2、稳压电路设计
假设负载工作电压为UOUT=5VDC，最大电流为IOUT=500mA。电流和电压78系列三端稳压器所能承受的最大电流，故考虑使用78系列三端稳压器进行稳压。7805三端稳压器能够提供5V稳定电压和最大1.5A的输出电流，故选之。
3、整流滤波设计
整流选择桥式整理，整流管选择常见的1N4007。
滤波可以选择用大容量点解电容进行滤波，理论上滤波电容容量大滤波效果好，一般选取时根据电路的功耗来估算，负载功耗小一般取1000μF；负载功耗大，或对电源要求质量高的电路，例如音频功率放大器，电容取值一般较大，有时取值在10000μF以上，本电源中取1000μF电容即可。
确定电容容量的同时要注意其耐压值不能小于施加在其两端的电压，否则电解电容可能会因为电压过高发生爆裂。本设计中选取耐压值要考虑变压器副线圈电压的大小，在此先选择耐压为25V的点解电容，滤波电容确定为1000μF/16V的电解电容。
在滤波电容和稳压器之间为克服导线的电感效应而加一只小电容，该电容的容量为0.1μF～1μF之间，本设计中选择0.1μF/16V电容。
在稳压器输出端加滤波电容以稳定输出电压，该电容不用太大，选择470μF/16V。
4、变压器选择
变压器能通过原副线圈的匝数比来改变输出电压。在该设计中我们选择能将市电220VAC电压值变小的降压变压器，到底变压器副边线圈输出电压多大才合适呢？
首先考虑78系列三端稳压器输入端IN电压至少要比输出端OUT高出3V，所以整流滤波之后电压应大于5V+3V=8V。
其次假设变压器经变压之后副边线圈电压有效值为U2则U2=8/1.2=6.7V，所以变压器选择副边线圈电压为8V的比较合适，
变压器的最大功率应该考虑负载的功耗，负载的最大功耗为POUT==UOUT×IOUT=5×0.5=2.5W，考虑一定的余量应该选择的变压器功率大于3W，所以本次设计的变压器功耗为3VA，这样表示指的是变压器的视在功率为3VA。
再回头看一下7805输入端电压为8V，我们选择电容的耐压值都是16V，能满足条件。
至此，我们已经确定了直流稳压电源的各个部分，该电源的原理图如图所示：
参考文献：
[1]模拟电子技术基础，华成英，高等教育出版社.
[2]电子设计从零开始，杨欣，清华大学出版社.
[3]模拟电路项目教程，张杰，韩敬东，北京交通大学出版社.
作者简介
王然升（1980年3月），男，汉族，山东诸城人，讲师，烟台师范学院，学士，主要从事电子电路方面的教学工作。
关键词：交流变直流电路设计
中图分类号：G633.7文献标识码：C文章编号：1672-1578（2017）02-0111-01
电对于我们来说，通常是无色无味并且无法看见和听见的，只有通过专门的仪器才能探测到它的存在。在现代的工业、农业的生产中及人类的日常生活中，交流电被大量的使用着，这是由于在生产、输送及使用等方面交流电具有特别的优势和重大的经济价值。而直流电则被广泛的应用在电解，电镀，各种电子仪器，以及电子产品等方面。那么交流电是如何变成直流电的呢？利用交流变直流怎样设计出相应的电子产品呢？下面我将进行分析和探讨。
1设计思路
一般而言，交流电（AC）主要指的是方向和大小会随着时间而作出周期性改变的电流。而直流电（DC）则指的是方向和大小均不会随时间发生变化的电流。
通常来说，交流电变直流电主要经过整流、滤波、稳压三个步骤。实现交流电的整流，一般情况下的整流装置均是通过晶体二极管的性能――单向导电来进行整流。而且在任何情况下，该电路设计中的整流器都只能一个方向导电。整流通常有桥式整流、全波整流、半波整流等几种形式。
另外，整流电路在电路设计中的作用主要是通过利用单向整流原件，使具有正负交替变化的正弦交流电压整流成单方向的脉动电压。然而，这种单向的脉动电压往往包含着的脉动成分很大，与理想的直流电压距离很远。本文中我们采用桥式整流电路来实现我们的设计需要。
2设计案例：实现220V交流电变5V直流电的电源电路设计
2.1电路实现功能
该电路输入的是家用220V的交流电，经过全桥整流的方式，稳压后输出5V直流电。
2.2特点
输出电压比较稳定，具有方便与实用的特点，最大的输出电流是1A，可以带动一定的负载。
2.3电路工作的原理
当变压器的输入端经过一个保险连接到电源插头后，若变压器或是后面的电路有短路的情况发生，保险内的金属丝会因大电流带来的高温产生溶化后断开。变压器的后面有4个二极管共同组成为一个桥式的整流电路，整流后得到一个电压波动较大的直流电源，因此，在这里接了一个数值330uF/25V的电解电容。在变压器的输出端有9V的电压，它经过桥式整流和电容滤波后，在电容C1的两端大约会产生比11V多一些的电压，如果从该电容的两端接一个负载，当负载发生变化或是交流电源发生少许的波动都将导致C1两端的电压产生程度较大的变化，所以想要得到一个稳定性较高的电压，在这里可以接一个三端的稳压器元件。所谓的三端稳压器指的是一种集成电路元件，内部是由一些电阻和三极管构成，在对电路进行分析时可简单将它认作是一个能自动进行调节的电阻元件，当负载电流变大时在三端稳压器内的电阻会自动的变小，而当负载电流变小时其电阻又会自动的变大，这样就可以做到保持稳压器内输出的电压基本保持不变。
由于要输出5V的电压，因此，可选择使用7805，其之前的字母一般会因生产厂家的不同而出现不同的情况。本文中采用的是LM7805，它的最大输出电流是1A，内部存在有限流式短路进行保护，在短时间之内，如几秒钟，输出端对地（2脚）的短路是不会使7805烧坏的，如果时间较长的话，就不一定了，这跟散热条件相关。在三端稳压器后面我们会接一个105的电容，该电容起到滤波和阻尼的作用。最后在C2的两端再接一输出电源的插针，用于与其它用电器连接，如MP3等。尽管7805的最大电流是1A，但实际在使用之时一般不会超过500mA，否则的话会产生较大的温度，而烧坏整个电路。一般在负载电有200mA之上时会加入散热片。对于5v的直流电源在现实中需求的情况比较多，在单片机和一些电路中也应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220v的交流电得到这样的电源，故而设计了这样的一个电路。
按照本文电路设计，进行仿真模拟和测试。发现加上220v交流电源后，发光二极管会亮，显示电路工作状态正常。然后采用万用表对输出电路进行开路检测，显示输出Vo=5.02v，接着接上10k左右的负载，显示Vo=4.85v。至此，实验结束，电路设计方案成功。
3结语
通过对本文的学习，希望高中生能积极的参与到物理课的科学实践中来，树立起创新意识和实践意识。能将平时的课程结合有关的生活实际，进行有效的开发和运用，培养学生成为一个不仅理论过关，而且动手能力突出的高能人才。
参考文献：
关键词：波纹；开关电源；晶体管
引言
在用电控制的仪器设备中，都需要稳压电源，由于价格、功率等的要求，因此设计人员更倾向于使用开关电源，而很少使用线性电源。开关电源的优势在于转换效率高，最高可以达到将近97%，另外开关电源重量轻、体积小。开关电源最大的缺点是输出的纹波和噪声电压较大，而这一性能影响到仪器设备的运行，特别是对于需要处理小信号的仪器中，电源产生的噪声可能会干扰输入的信号，使得仪器无法正确运行。如何处理好电源的噪声，有很多方法[1][2]，本文通过一个典型电源电路分析开关电源产生纹波和噪声的原因及减小纹波和噪声的措施，并详细探讨了电源各部分电路的原理功能和实现的方法。
1干扰产生分析
电信号干扰分为：噪声（nois）和纹波（ripple）两种，其表现形式为图1形式。噪声的定义是指在直流电压或电流中，叠加了振幅和频率上完全无规律的交流分量。该分量会干扰电路的分析、逻辑关系，影响其设备正常工作。纹波是指叠加在直流电压或电流上的交流信号，会降低电源的效率，严重的波纹更有可能会损坏用电设备，另外波纹还会干扰数字电路的逻辑关系，影响设备工作状态。通常的开关电源输出的直流电压中叠加了由噪声和波纹引起的交流信号。波纹主要是由于开关电源的开关动作造成的，而波动的频率跟开关的频率是一致的，大小取决于输入、输出电容的参数。作为开关的元件都有寄生的电感与电容，当元件在电流流动变化工作时，会产生电压与电流的浪涌，这些浪涌信号都会在电源产生干扰信号。浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。该峰值电流远远大于稳态输入电流，这种瞬时过电流称为浪涌电流，是一种瞬变干扰。噪声电压主要跟电源的拓扑结构、电路中的寄生参数、工作的电磁环境以及印制电路板的布线有关。当信号较小的时候，会产生干扰的信号。图2（a）是实验信号波形，（b）是小信号上叠加了干扰的波形。干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声，干扰的产生来自多方面，电路设计不合理、器件使用不当、工作环境干扰、电源噪声等，其中电源产生的噪声是常见主要的原因，而这些干扰信号会造成后续电路一系列的处理误差，所以在要求较高的场合，这样的噪声是必须要解决的。
2解决措施
开关电源电路一般由整流平滑电路、集成开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路、次级侧整流平滑电路等构成。其工作原理：开关电路供应稳定电压和平滑的电流，是本电路的主要部分，开关晶体管的集电极电流决定电源的输出电流。纹波的解决措施[3][4]主要有：调整电感和电容参数、增加电容电阻缓冲网络。
2.1调整电感和电容参数
电流波动与电感参数、以及输出电容大小有关，通常电感值越小，波动越大，输出电容值越小，波纹越大。因此可以通过增大电感值和输出电容值来降低波纹。在这里以BUCK型开关电源为例，当开关电源工作时，提供的电压不变，但是电流会变化，为了稳定电源的输出电流，在如图4（a）的指示位置并联一个电容C+。通过增加电感值的方法来减小波纹的做法是受限的。因为电感越大，体积就越大。电感的取值可以这样计算：假定输入电压为Vin，输出电压为Vo，工作频率为f，输出电流为I，电感中电流的波动值为驻I的话，有：在电路调试过程中发现，随着C+不断增加，减小波纹的效果会越来越差，同时增加f，会增加开关损失。因此可以通过再加一级LC滤波器的方法来改善，如图4（b）所示。LC滤波器抑制波纹的效果较好，只要根据需要除去的纹波频率选择合适的电感电容即可。
2.2增加电容电阻缓冲网络
在二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻与电容取值要经过反复试验才能确定，一般选择电阻为10Ω-100Ω，电容取4.7pF-2.2nF。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。
3电路设计及实测
根据以上分析，设计出了一种开关稳压电源如图5所示，采用可控硅触发方式。通过整流放大后的波纹去触发可控硅的导通，当整流电压值为零时，可控硅自动关断。只要用输出电压的变化来控制触发信号的前沿，即可实现稳压。稳压电路主要由可控硅、4个晶体管和1个变压器等组成，如图5所示。我们在multisim环境下对该电路进行仿真，效果非常好。再用实际电路搭试，并加上30欧姆纯电阻阻抗后，选取了7个测试点，测试波形见图6所示。图中变压器T、二极管D1～D4和电容器C1-4组成整流滤波电路，测试点1电压纹波波形见图6中1的图像，显然是在全波整流后的纹波出现；电阻R2、R3和隔直电容C5组成取样电路，测试点2电压纹波波形见图6中2的图像；控制可控硅的纹波信号测试点3、4电压纹波波形见图6中的3、4的图像；隔直后的测试点5电压纹波波形见图6中的5的图像；线圈T2控制信号的初级波形见图6中7的图像；线圈T2次级控制可控硅信号见图6中6的图像。当电压没有纹波时，线圈T2不发挥作用，但当电压有波动时（纹波），则自动控制可控硅工作，抑制电压的波动。在电路中的电感对抑制电压的波动也起到了良好的作用，其电感值可以根据电压的大小和对纹波的要求进行适当的选择。该电路在最后的输出功率可以达到110W，当负载发生变化10-104欧姆时，电压变化的范围大约是1毫伏。
4结束语
本文对开关电源噪声与纹波的产生原因和抑制方法进行了分析和讨论，并设计出了一种晶体管开关稳压电源电路，观察仿真实验，可以得出该设计能够抑制一定的电源噪声与波纹。在实际中，需要依据产品的参数，如体积、成本等问题综合考虑，选择合适的设计方法。
参考文献：
【关键词】带隙基准源；LDO稳压器；温度系数；电源抑制比
1.引言
随着电子技术的高速发展，DC/DC变换器已广泛应用于便携式电子系统中，如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、PDA等。而低压差LDO（LowDrop-out）属于DC/DC变换器中的降压变换器，比传统的线性稳压器有更高的电源转换效率，而比开关式稳压器有更简单的结构、更低的成本和更低的噪声特性，广泛应用在锂电池充电以及低压数字电路电源等场合。带隙（Bandgap）基准电路由于具有较高的精度已被广泛应用在各种模拟集成电路中。基准电压的精度直接影响输出电压的精度，因此高精度基准参考电压电路是LDO稳压器的的关键模块。
典型的LDO线性稳压器的系统框图如图1所示。主要由调整元件（PassElement）、参考基准电路（Reference）、误差放大器（EAMP）及采样电阻网络（RS1及RS2）等组成。其工作原理是：电路上电后，启动电路使电路尽快上电启动，误差放大器的同相输入端输入由采样电阻RS1及RS2对输出电压VO采样后的采样电压VP，且VP=Vout·RS·[1/（RS1+RS2）]；反向输入端输入带隙基准模块产生的带隙基准电压VREF，误差放大器的输出驱动调整元件，通过改变其导通电阻，最终实现稳定输出，输出电压Vout为：
具有良好性能的带隙基准电路必须保证在一定的范围内随着电源电压、工艺参数及温度的变化而发生极小的变化。虽然通过复杂的电路设计可以使得设计的基准电压具有极小的温度系数和极高的电源抑制能力，但过于复杂的电路设计会导致电路较高的电流消耗，从而使整个LDO的静态电流增加，效率降低。本文设计了一款基于LDO器的结构较为简单的带隙基准电路，放大器设计为三级放大，具有较高的增益，从而可减小基准电压源温度系数的漂移；经过对放大器偏置电路的精心设计获得较好的电源抑制能力。
2.带隙基准基本电路的结构与实现
带隙基准源发展至今，已取得了许多成就，为了满足不同的要求，有很多种不同的电路构架。其主要工作原理是利用工艺参数随温度变化的特性，产生正负两种温度系数，正温度系数电路的实现一般是用运算放大器使得偏置在不同电流下的两条电路支路电压相等，通过在大电流密度的支路上串联一个电阻就可以得到两个VBE电压之差。而负温度系数则直接使用双极晶体管的基极-发射极的PN结电压。图2是带隙基准的基本电路结构，R1支路产生VBE电压，运算放大器AV使得X点和Y点稳定在近似相等的电压，在R3上就可以得到两个VBE电压之差，然后利用运算放大器的负反馈通过电阻比值把两个电压相加，就可以在放大器的输出端得到基准电压。
对图2进行分析，输出电压为：
从式（2）、（3）中可得到带隙基准电压只与PN结的正向压降、电阻的比值以及Q2和Q1的发射区面积比有关，因此在实际的工艺制作中将会有很高的精度。当基准建立之后，基准电压与输入电压无关合理设置电阻比例和PNP管发射极面积比，可以使正负温度系数相抵消，使带隙基准电压VRE具有接近零的温度系数。
3.本文设计的基准电路图
3.1带隙基准电路中运放和偏置电路的设计及分析
基于上述原理，设计的带隙基准电路如图3所示。电阻R1、R2、R3和晶体管Q1以及Q2构成带隙核心电路；晶体管M1～M9组成了图3中的运算放大器AV，该运算放大器有三级放大从而可获得较高的增益，较高的放大器增益可确保流过电阻R1和R2上的电流相等，从而可减小由于流过电阻R1和R2上的电流的差别导致的基准电压源温度系数的漂移；M10、M11和电阻R4为放大器提供偏置。
3.2其他重要组成电路的设计
小宽长比的MOS管M12、M13和电阻R5串连，组成一个等效电阻很大的二极管，构成启动电路；电容C1、C12为补偿电容，同时，C1还兼有输出滤波功能。电路的工作过程如下，当电路刚上电时，电路处于锁定状态，M8截止，启动电路将M9的栅极电压下拉至零，M9导通，产生较大的VRE，同时产生偏置电流，使电路摆脱锁定状态，由于运算放大器的负反馈作用最终将输出电压VREF稳定在由（4）式确定的值上。
3.3带隙基准电路
该电路设计的新颖之处在于放大器的偏置电路的设计上。从对输入电源Vcc的电源抑制特性上考虑，要提高输出电压VREF的电源抑制比，就需要提高负反馈运算放大器的电源抑制比。图3设计的偏置电路中，若去掉晶体管M11，同样可以产生偏置，但此时偏置电流与电源电压直接相关，使得整个电路的电源纹波抑制能力差。增加了M11管后，通过使用电路产生的基准电压VREF来产生电路的偏置电流，从而可大大提高电路的电源纹波抑制能力。
4.性能仿真验证
表征基准电压源性能的主要参数有基准电压温度系数以及基准电压对电源变化的抑制能力包括电源抑制比和电压调整率。高精度基准要求较小的温度系数和强的电源抑制能力。
根据以上分析，使用CadenceSpectre对电路进行仿真，图4为带隙基准源温度特性曲线仿真结果。从图4可以得出，由温度系数ar（表示由于温度变化引起输出电压的漂移量）的计算公式：
温度从-40～140℃变化时，温度系数为7.7?10-6/℃，电路表现了良好的温度特性。
图5为电压源抑制比（PSRR）仿真结果，可以看出在低频时，基准源电路的电源抑制比可达-76dB。
图6为电源供电电压扫描仿真结果，从图中可以看出，电路能够正常启动的正常启动的最低电压为1.5V，同时考虑温度和模型变化时，电路的正常工作范围为2～4.5V。
5.结论
本文针对LDO线性稳压器对基准模块一方面有较高的精度要求，另一方面又有较低静态电流要求的矛盾，设计了一个结构简单实用，性能出色的带隙基准电路。仿真结果表明，基准电压的温度系数较小，电源抑制能力较强。同时，启动电路及偏置电路的设计可以为其他相关电路的设计提供很好的借鉴。
参考文献
[1]BehzadRazavi，陈贵灿，程军，张瑞智等译.模拟CMOS集成电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2003.
[2]康华光，陈大钦，张林.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]杨卫丽，汪西川，邓霜.一种低功耗差动CMOS带隙基准源[J].微计算机信息，2005（07）：120-122.
[4]程军，陈贵灿.两种新型CMOS带隙基准电路[J].微电子学与计算机，2003（07）：67-70.
[5]曾健平，田涛，刘利辉等.低功耗高电源电压抑制比CMOS带隙基准源设计[J].湖南大学学报（自然科学版），2005（05）：39-42.
[6]姜生瑞，郭利芳，张颖斐.高性能带隙基准电压源的设计[J].电子测试，2012（09）：62-67.
[7]PhilipE.Allen.CMOSAnalogCircuitDesign，SecondEdition.Beijing：PublishingHouseofElectronicsIndustry，2002：84-179.
[8]Wilson，V.Current-modeamplifiers，CircuitsandSystems，IEEEInternationalSymposiumonDigaitalObjectIdentifier.1989，vol.3：1576-1579.
【关键词】机电设备；开关电源；设计
1.机电设备中开关电源的工作原理
1.1原理简介
在节电设备的开关电源中，开关元件主要是利用电子技术通过半导体等相关的元器件对开关的打开以及关闭进行控制，从而有效的保证电压能够稳定的输出。通过开关电源能够使得晶体管能够实现接通与关闭，晶体管导通的情况下，电压比较低，电流比较大；晶体管关闭时，电压比较高，电流比较小。半导体元件中电压与电流的成绩就是该元件的损耗量，所以说此类开关电源能够在损耗比较低的情况下能够提供多种直流电源。
在PWM工作的时候其首先是将输入电流的电压进行斩波，从而将其转换为与输入电压幅值相同的脉冲电压。对于机电设备开关电源的调节主要是通过脉冲的占空比进行控制的，通过PWM将其斩波为交流方波之后，就可以通过变压器等设备对幅值进行控制。想增加电压的组数，只需对变压器的绕组数目的增加就可以实现。通过整流滤波的作用，就能够获得我们所需要的直流电压。
在对机电设备开关电源的设计中，输入能够从母线出获取，这是对于变频器的特点进行分析得出的结论。在开关电源的设计中主要包括以下几个方面：输入电路、功率因数的校正以及转换、输出电路和频率振荡器等部分。
若想实现电能的转换主要是靠高频的电子开关实现的，根据数据分析可知若接通占空比的高地决定着负载电压的高地。
1.2UC3842的反激式原理简介
对开关电源的分类通常有反激式变换器以及正激式变换器两种，在本文中笔者将对反激式变压器进行着重讨论。反激式变换器主要指的是变压器的初级性与次级性时不同的，而正激式变换器则与之相反。
对于反激式变换器的工作原理介绍：在打开的时候，Q1为导通的状态，在LP的两侧对其加以电压U0，此时的电流就会呈线性增加的方式进行升高，反激式变换器则进行储能作用；反激式变换器的此时的电压为N0/N2与Vm以及D的乘积，在这个时候位于L5两侧的电压上方的为负电压，下方的为正电压，但是D0由于反偏的作用就会停止。在其关闭的时候，Q1处于关闭状态，此时其中的电流为0，但是在原边中的电压的极性则呈反向，相应的副边电压也会发生调换，这时候之前所储存在变压器中的磁能就会转变为电能进行释放。
对于单端的反激式变换器来说，在其开关导通的时候能够进行电能的储存，在将开关关闭的时候能够将之前所储存的电能进行释放，所以说高频变压器不仅具有变压、隔离的作用，同时还是一种能够进行能力储存的元件。
2.关于开关电源的设计细节
2.1所选用的器件介绍
通过UC3842能够产生PWM波形，能够对电流方式进行很好的控制。在这种电路中不但具有振荡器，而且具有能够为温度补偿提供参考等作用，若想有效的驱动MOSFET，就必须选用大电流图腾柱输出。
在UC3842中，首先要在其引脚的电路的1脚要求与定时电阻和电容之间进行连接，其作用是控制震荡频率；2脚与阻容元件之间进行连接，其主要作用就是对误差放大器的频率进行补偿；其3脚要与反馈电压的输入端之间进行连接，这样才能够实现其电压转向反响输入端的功能；与4脚进行连接的则是电流的检测输入端；；7脚的作用为基准的电压输出。
在TL431电路中的电压基准与齐纳管的运行为同种原理，利用外部电阻能够实现对其电压编程为40V，通常将其坎作为能够维持电压稳定的二极管，在其两端的输出电压主要是由它外部所连接的电阻所决定的。当TL431的输出电压提高的时候，就会使得其中的晶体管VT能够导通，其输出电压相应的就会降低。
由于在开关电源的输入端的电源大多都是从直流的母线中所取得的，在反激变换功率关断的时候就会使得电压出现顶峰，为了对电路进行保护就必须对其采取相应的措施以抑制。通过RCD能够有效的缓解存在于元器件两侧的过电压。通过RCD电路的设计，根据楞次定律的相关知识可以知道，当关断MOS的时候，能够在变压器的原边中形成一个非常高的瞬时电压，由此可见在设计选择MOS的时候要保证其能够承受的电压在实际电路输入电压的1.5倍以上。
2.2关于电路
在机电设备的开关电源的设计主要是为了实现对于功率开关管的控制以及IC的控制，其电源的供给主要是通过直流母线，之后再设计各种电压的开关电源。在本文中笔者将对10V的开关电源的设计过程进行阐述，向大家讲解机械设备的开关电源设计中的关键。
UC3842这种芯片能够很好的实现对电流控制的功能，这种芯片主要是通过对频率的调节从而实现对输出电压的有效控制。在其工作的状态中在滤波器的作用下，能够对开关的噪音以及谐波等进行滤除。交流电压之间形成一个能够抗串膜的干扰电路，主要就是为了能够对噪声实现其抑制的作用。
电路中的交流电源能够在经其处理之后进去到整流器之中，从而获得我们所需要的电压。也就是说通过滤波电容的输入将输入电压中所存在的一些干扰因素进行去除，从而得到一个稳定的输出电压。
对于启动电路中主要包括电阻以及电容，若想保证其在启动之后能够正常工作，首先要保证其功率能够达到2W，在电容中所存储的能量要保证能够满足开关电源启动时的需求，不能够低于150uF。
由于此电源开关中有很多电路输出，不能够单纯的对其中的某一路进行反馈，所以说要在电路中设计一个反馈线圈来进行对电压的反馈，由此实现对没路输出进行很好的控制。通过整流滤波的作用能够为人们提供一个相对较为稳定的电压反馈。
在通过UC3842对电路进行保护的时候，如果输入端出现短路的情况，就会导致过流的现象，从而导致漏极电流明显的提高，其中的电压也会有明显的提高。
如果引脚中的电压超过2V的时候，比较器中就会输出比高电平，这样就会使锁存器复位，输出也就会随之而关闭。在这种情况下芯片的引脚中是没有输出电压的，从而达到了保护电路的目的。如果电路中的电压太高，不能够很好的实现对占空比的调整，就会导致变压器中的电压升高，从而输出也会关闭。
在电路短路的情况下，电流的突然增大所产生的热量就会使电阻值增大，实现断路的作用，经过技术解决之后，自恢复开关便能够恢复其阻抗值。
根据示波器的显示我们可以发现，在直流母线的上电过程中电压不够稳定，但是在芯片的调解下，能够有效地保证电压输出，由此可见其抗干扰的能力是非常强的，所以在一些比较复杂的环境中也能够正常的工作。
在机电设备开关电源的设计中要实现电源通道之间的相互隔离，只需在原基础之上加入一些新的元器件就能够达到我们的目的，投资不高，能够更好的对变频器进行利用。根据机电设备中开关电源的使用调查情况可以发现，此电路系统是非常安全的。
3.变压器的设计细节
3.1变压器参数
变压器的工作频率为50kHz，变压器的工作周期为30us，其工作效率η为0.87；变压器的电压为220v±50%，所以其范围为110v—330v，该变压器的输出功率为120w。
3.2变压器设计过程
在变压器的设计过程中首先要按照整流管的损耗选择合理的刺心，变压器的输入功率通过计算式计算为率P输入=P输出/η=120/0.87=138W。变压器的磁芯一般都是选用铁氧体的磁芯，主要原因是由于这种磁芯的电阻率比较高，而且价格比较便宜。
UC3842能够有效的对电流的峰值进行控制，在其正常运转的情况下，该芯片的占空比要小于0.6，在变压器的设计过程中占空比按照0.5进行计算，所以说在变压器的工作过程中开关管的导通时间为12.5微秒，变压器的输入电压为180v。
变压器工作过程中的磁通密度也非常重要，在其温度处于100摄氏度的时候其磁感应强度为400mT，将此时变压器的振幅折中计算，此时交变电流的磁通密度为0.238T。
对于边缘线的匝数的计算时，首先要掌握变压器中磁芯的有效面积，不同的变压器的型号可以找出其中的固定数值等方面进行计算。变压器的电源输出端与负载之间连接的时候通常都会使得电压降低，在变压器的设计中就要在设计基础之上对每个输出电路多设计出一匝，这样能够得到一个要高一些的电压，自后再由稳压器的转换得到我们所需要的电压。
4.结语
对于机电设备开关电源的设计具有非常高的要求，在对于开关电源的设计中只有很好的把握好其中的技术关键才能够保证设计成功。
由于机电设备经常性的开启和关闭，所以在设计开关电源的时候要保证能够在电磁干扰比较低的情况下为其提供稳定的电源，通过选取合理的电容值，避免波纹的出现对机电设备的供电产生影响。由于机电设备开关电源在性能方面比较优越，在未来的机电设备中的应用会变得越来越广泛，所以对于此类问题的研究还要不断的深入。
参考文献
[1]张帅，李俊刚，王兴.开关电源设计[J].科技资讯，2011，34.
关键词：UPS不间断电源工作原理选用系统维护
中图分类号：TG434.1文献标识码：A
近年来，随着城镇污水处理厂的快速发展，其生产装置的自动化水平也大幅度提高，因此，对企业供电质量提出了更高的要求。为保证生产装置自控系统（PLC、DCS系统）、计算机网络系统以及其他电子设备在电网中断的情况下能正常工作，采用了UPS不间断电源，它是一种含有储能装置，以蓄电池-逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。
UPS不间断电源的工作原理
UPS（UninterruptedPowerSupply）即不间断电源，一般由整流器，逆变器，静态切换开关、旁路系统及与其配套的蓄电池组等元器件组成。按工作方式来划分，UPS可以简单的分为后备式和在线式两种。
后备式UPS
在市电正常供电时，UPS的任务主要是对蓄电池进行充电，其输出电压基本上就是输入电网的电压。其不能抑制和隔离电网中的各种噪声和干扰，输出的电压不是稳压稳频的，最多是进行简单的调压，且需要一定的转换时间（通常小于10ms）。
1.2在线式UPS
在线式UPS在原理上却有所不同。在市电正常时，交流输入经AC/DC转换成直流，一方面为蓄电池充电，另一方面给逆变器供电，逆变器一直处于工作状态，将直流电再经过DC/AC逆变成交流电为用电设备供电；当市电中断时，立即改为蓄电池经逆变器向负载提供交流电。因此，在线式UPS输出的是稳定的，纯洁的，高品质的交流电源。它可完全消除在输入电源中可能出现的任何电源问题(电压波动，频率波动，谐波失真和各种干扰)，大大改善了供电的品质，保护负载安全，有效地工作。所以，目前城镇污水处理厂通常采用的是在线式UPS。其工作原理框图如图1所示。
图1在线式UPS工作原理图
UPS的选用
正确合理地选用UPS,不仅能延长其使用寿命,还能使用电设备得到稳定、安全、可靠的不间断电源，那么UPS如何选用？下面就分几方面介绍一下UPS选用时应确定的参数和注意的问题。
2.1UPS容量计算
UPS的额定容量通常是指逆变器交流输出的视在功率(kVA)。
在选择UPS额定容量时,除要按负荷的视在功率计算外，还要计及动态（按负荷从0~100%突变）稳压和稳频精度的要求，以及温度变化、蓄电池端电压下降和设计冗余要求等因数的影响。一般采用式(1)计算UPS的容量
SC=KiKdKtKaP∑/COSφ式（1）
式中SC-----UPS计算容量（kVA）;
Ki-----动态稳定系数，取1.1~1.15;
Kd-----直流电压下降系数，取1.1；
Kt-----温度补偿系数，取1.05~1.1；
Ka-----设备老化系数及设计裕度系数，取1.05~1.1；
P∑-----全部负荷的计算功率(kW);
COSφ-----负载的功率因数，为0.7~0.8（滞后）。
则可靠系数Krel=KiKdKtKa=1.33~1.53
取可靠系数平均值Krel=1.43和COSφ=0.7,则由式（1）得到式（2）
SC=KrelP∑/COSφ=2.04P∑式（2）
其中，容量计算要求负荷统计准确。
2.2UPS的输入要求
通常，UPS对输入电压的要求为380V（-10%~+15%），输入电压频率为50Hz（-5%~+5%）。当市电输入处于过低或过高时，应考虑配置参数稳压器。由于UPS的输入功率因数通常为0.7~0.8，所以配置参数稳压器时，应考虑其容量为UPS标称容量的2~3倍，且稳压器应有来电自投功能，以便市电恢复时，UPS自动转换到正常的工作状态。
2.3UPS应急供电时间
为保证用电设备按照操作顺序进行停机，其蓄电池的额定放电时间可按停机所需最长时间来确定，一般可取8~15min。当有备用电源时，为保证用电设备供电连续性，其蓄电池额定放电时间按等待备用电源投入考虑，一般可取10~30min。设有应急发电机时，UPS应急时间可以短一些。如有特殊要求，其蓄电池额定放电时间应根据负荷特性来确定。
2.4UPS系统设计的注意事项：
(1)供电系统应相对稳定，符合国标要求(电源质量)；
(2)供电系统采用双回路供电系统，即双路自投电源；
(3)UPS输入回路必须加装报警回路，UPS本身报警声响不够，操作人员无法监听；
(4)UPS电源系统输入、输出须经专用电源盘。
3.UPS系统的维护
3.1UPS主机的维护
UPS主机一般是智能型的，它对环境温度要求不高，一般来说，保持适当的机房温度和湿度，并保持机房的清洁卫生即可。否则，UPS长期工作后，在主机内所积蓄的灰尘，一旦受潮将可能使主机产生故障。另外，注意在UPS关机后需要重启时，应避免带负载启动UPS。否则，大负载的冲击电流会引起UPS瞬间过载，严重时会损坏逆变器。最后，注意UPS正常工作时，不能让UPS经常处于满载或过载状态，以延长主机的寿命。
3.2蓄电池的维护
蓄电池是UPS的心脏，不管UPS电路多么先进，其性能最终取决于它的蓄电池，蓄电池的稳定性和在放电过程中能够提供给负载的实际容量对确保电力设备的安全运行具有十分重要的意义。
一般人可能认为，UPS使用的是全密封免维护铝酸电池，既然是“免维护”，为什么还要强调对电池的维护？实际上，虽然现在一般较好的电池寿命可长达5年，有的更是10年甚至更长，但如果维护不到位，实际寿命很有可能只有1到2年。所以要想延长电池的寿命，使它保证在一个良好的状态并确保用电的安全，定期做一些维护工作还是很有必要的。主要的维护工作和注意事项有以下几个方面：
电池对环境温度要求较高，工作环境一般要在20℃~25℃之间，低于15℃时，其放电容量下降，温度每降低1℃，容量下降1%，而温度过高（大于30℃）其寿命就会缩短。
要防止电池短路或深度放电，深度放电会造成电池内阻增大或充电电压过低，从而导致降低甚至失去充电能力，放电程度越深，循环寿命越短。因为电池每被“深度放电”一次就会导致实际保存容量（Ah）下降一次，所以这很容易造成电池过早地报废失效。因此，在设计UPS容量时，应保证负载为UPS总容量的50%至70%之间为好，这样，在今后做放电维护或市电停电时，就可避免电池在低放电速率下进入深度放电状态。
在不经常停电的地区，建议每隔两至三个月对UPS进行一次人为断电，让UPS工作一段时间，防止电解液沉淀，以便让电池维持良好的充放电特性，延长使用寿命。
要定期对电池进行检查、测量、并做好记录。检查项目包括：电池组的浮充电压、每块电池的浮充电压。在测量单块电池电压时，应使用专用电池测量仪表来测量，而且应在断开市电的状态（即电池处于放电状态）下进行，否则，所测得的电池电压是虚电压，测得单块电池的电压不能低于标称值的70%。
定期检查电池是否损坏，有无泄漏，表面是否有灰尘等杂物，电池架、连接线、端子是否有松动或锈蚀等。一旦当发现电池电压有异常、损伤、电解液泄漏、温度异常等现象，应及时更换有故障的电池。
4.结束语
综上所述，UPS作为保障电力供应和优化配电质量的有效手段，已经在城镇污水处理工程中得到了广泛的应用，并逐渐发展成为质量稳定，性能可靠的供电中心。同时，随着低功耗、高效率、高可靠性的UPS的出现，它的使用量会越来越多。由此可见，在污水处理工程中，UPS不间断电源具有广阔的应用前景。
参考文献：［1］工业与民用配电设计手册/中国航空工业规划设计研究院等编—3版北京：中国电力出版社，2005
1体积较小
伴随着电子技术的发展，各种电子设备产品的集成化程度正逐渐提高。近年来，输变电线路中所采用的在线监测设备体积极大的缩小，如果其供电电源的体积过大，不仅会带来安装与维护上的困难，而且两者之间也不能很好的匹配。
2供电稳定、持续
一方面，为保证在线监测设备的正常、稳定运行，要求供电电源应具备足够的输出功率，电源的输出电压也应当稳定，输出波动范围小；另一方面，由于在线监测设备的功能，主要是对输变电线路及设备的各种参数数据进行实时测定，因此必须保持电源供电的持续，不能间断。
二、在线监测设备供电电源的主要取能方式的对比及选择
目前，应用于在线监测设备供电电源的主要取能方式有：太阳能电池板取能、激光取能、超声波取能、电流互感器取能等等。各种取能方式的基本应用原理及优缺点为：
1太阳能电池板取能
太阳能电池板取能，是利用光电转换原理，将太阳的辐射光通过半导体软件转换为电能进行存储的方式。由于太阳能电池板只在受光后方能发电，并不具有保持电能的能力，因此电源采用太阳能电池板时，通常还需要与蓄电池联合供电。这种取能方式的优点是，实现了电源传感部分的无源供能，不需要外接电源，且运行时不受电网电流大小的影响。而主要缺点是，在不受光时必须依靠蓄电池保持持续供电，因此蓄电池的使用寿命对供电的持续、可靠有着很大影响。然而目前市场中蓄电池的正常使用寿命普遍较短，对于野外工作的在线监测设备而言，经常性更换蓄电池也较为麻烦，因此这种取能方式的实际应用很少。
2激光取能
激光取能方式的基本应用原理是通过光纤将激光光源从低电位侧传送到高电位侧，再由光电池将激光能量转换为电能，以提供在线监测设备的稳定电能输出。这种取能方式的主要优点是，每个设备都配备有一个光探测器装置，能根据电流反馈控制激光发射器的光源输出大小，从而保证了电能输出的稳定，且具有噪声低、电源波纹小的特点，不容易受到外界因素干扰。它的主要缺点是，目前我国光电技术的应用仍不成熟，而国外购买的光电器件普遍又造价偏高，且激光发生装置如果在长时间大功率工作，容易出现老化现象而缩短使用寿命。
3超声波取能
超声波取能方式的应用原理是，利用超声波振荡装置驱动与之连接的石英传感器，使超声波被转换为电能。这种取能方式是一种无线输能的方式，其主要优点是，超声波在空气中传输的损耗很小，且供能方式实现较为容易，因此近年来在军事领域中的实际应用较为普遍。它的主要缺点是，一是接受天线的设计存在问题，尤其是天线放置方式和面积设计上容易对电源绝缘设计造成影响；二是超声波的输出，容易对附近变电站或其它电力设备的运行造成信号干扰问题。
4电流互感器取能
电流互感器取能的应用原理是，利用电流互感器从设备线路中感应电压，并通过一系列整流、滤波、稳压等处理方式后，提供给设备高压侧必要的供电电源。目前，我国电流互感器取能的技术应用及技术原理已较为成熟，在实际应用中具有成本低、设备结构简单、易于实现等优点。它的主要缺点是，由于电流互感器的取能来自于设备母线，其工作状态容易受到电网电流的影响。目前，在电流互感器取能实际应用时，应着重解决以下两方面问题：一是解决当母线电流处于小电流状态或空载状态时，如何持续保证电源的供应；二是解决当母线电流处于大电流状态或超短路电流状态时，如果给电源板以充足的保护。综合各种取能方式的优缺点和技术应用的成熟度，在本文中提出了利用电流互感器取能以解决设备供电电源的设计方案，同时还设计了锂离子电池组进行协同供电，作为供能不足时的备用电源，有效保证了电源的持续、稳定供应。
三、供电电源取能系统的设计方案分析
1设计方案原理
本文采用的是一种利用电流互感器取能和锂离子电池组协同供电的设计方案。电流互感器能随着设备母线一次电流的变化，感应出对应的交流电动势，并通过一系列整流、滤波、稳压等处理方式后，将其转换为可靠的直流电源。为避免母线电流处于大电流状态或超短路电流状态时，造成过压危险，在设计中还接入了一个泄流保护电路。而锂电池组则是作为一个稳定输出的备用电源，它与充放电管理电路之间直接相连接即可。图1即为该取能系统的结构示意图。该取能系统主要由小型的双线圈电流互感器、切换控制电路、继电器、整流滤波电路、泄流保护电路、滤波稳压电路以及锂电池等几个部分所组成。
2小型双线圈电流互感器设计
本文采用的是小型的开口式双线圈互感器设计，其开口铁芯是从设备母线中获取能量并传输能量的基础媒介，因此铁芯设计是整个系统设计的关键所在。对于开口铁芯的基本设计要求为：在保证大功率电源提供的基础上，尽可能减小一次启动电流，并提高电流适用性的工作范围宽度；为避免供电电源设计过大，开口铁芯的尺寸与结构也不宜过大。经过综合研究分析，本文中所设计的开口式双线圈互感器，其一次电流的适用范围在100A~1000A以内也能正常工作，正常输出功率可达到2W以上。同时，为了尽量减少开口铁芯的结构尺寸，并结合材料价格因素，最终选择硅钢片作为铁芯材料，它的饱和磁感应强度相比普遍材料更高，在相同条件下所得到的最大输出功率以及最大电压也更大，且价格成本也较为低廉。
3整流滤波电路、稳压电路设计
双线圈电流互感器，在母线中感应出对应的交流电动势，需要通过一系列整流、滤波、稳压处理，方能转变为在线监测设备所能使用的直流电源。因此在该取能系统中设计有整流滤波电路和稳压电路。整流滤波电路主要作用是对电流互感器的二次电压，进行整理和滤波处理以实现初步稳压。其主要设计要点有：一是要保证整流二极管的反向耐压值应足够大，导通压降应足够小，从而尽量减少整流二极管的损耗；二是要保证滤波电感的直流电阻应当较小，以尽量减少电路的损耗；三是应保证滤波电容具备较大的容量，大容量电感不仅能存储更多的能量，而且能有效避免继电器开断过程中二次电压不足的问题。
4泄流保护电路设计
由于开口式双线圈的一次电流适用范围较大，通过设计泄流保护电路，可以有效避免母线电流处于大电流状态或超短路电流状态时，所造成的过压危险。本文所设计的泄流保护电路，它与开口铁芯是直接串联，但感应电流的方向是相反的，从而起到部分抵消开口铁芯磁通的作用。在线路连接之间还设置有一个连接开关，以决定泄流保护电路是否工作。当运行时一次电流较小，泄流保护电路处于断开状态；当一次电流较大时则开关闭合，泄流保护电路开始动作，起到去磁保护作用。
5锂电池组及充放电电路设计
锂电池作为一种可循环充电、放电的电池，具有使用寿命长，充放电电流稳定的特点，适宜作为一个稳定输出的备用电源，它与充放电管理电路之间直接相连接。在实际应用中，单节锂电池的工作电压为4.2V左右，为保证足够的电压余量以确保电路的正常、稳定工作，在本文中设计了三节锂电池串联供电，其输出电压可达到12.6V左右，远超出最低输入电压7V的标准，能完成满足设计需要。
（攀枝花学院电气信息工程学院，四川攀枝花617000）
【摘要】本文设计的数字电压表具有高精度、低成本和便携的特性。使用ADC0809作为A/D转换芯片，能将模拟电压信号通过逐次比较的方式输出8位二进制；通过AT89S52对其进行处理，转换为十进制数，由LCD1602液晶显示出数字电压；利用+9V蓄电池与LM7805组成稳压电路，保证系统电源为+5V稳定输入；设计的数字电压表能测量一路0~+5V的电压，精度为0.020V。
关键词ADC0809；数字电压表；AT89S52；LCD1602
Basedon89S52SinglechipDigitalVoltageMeterDesign
YUANWei-mingYUJuan
(SchoolofElectricandInformationEngineering,PanzhihuaUniversity,PanzhihuaSichuan617000,China)
【Abstract】Inthispaper,designofdigitalvoltmeterhascharacteristicofhighprecision,lowcostandportable.UsingADC0809asA/Dconversionchip,analogvoltagesignalcanbeoutputbymeansofsuccessivecompared8-bitbinary;ByAT89S52devicesforhandling,convertedtoadecimalnumber,byLCD1602LCDdigitalvoltage;Using+9vbatteryandLM7805regulatingcircuit,guaranteethestabilityofsystempowerfor+5vinput;Designofthedigitalvoltmetertomeasureallthe0~+5Vvoltage,accuracyof0.020V.
【Keywords】ADC0809;Voltmeter;AT89S52;LCD1602
0引言
随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。数字电压表（DVM）是采用数字化测量技术设计的电压表。数字电压表与模拟电压表相比，具有读数直观、准确、显示范围宽、分辨力高、输入阻抗大、集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛的应用。
1系统总体方案设计
设计采用AT89S52作为控制芯片，A/D转换利用8位ADC0809芯片，电源输入分别为+5V电源适配器和9V电池，可通过开关选择；系统利用两个LED指示灯分别判断当前电压是否超出量程、是否稳定，并通过LCD1602液晶显示当前电压。
系统电路主要由以下几部分构成：AT89S52单片机最小系统，电源电路，A/D转换电路，电压采集电路，LCD显示电路。硬件结构设计如图1所示：
图1硬件结构设计图
2硬件设计部分
2.1电压的采集与转换电路
本设计电压信号的采集考虑到干扰较大，使用并联电容的方式滤波，有效地避免了杂波信号。模数转换采用ADC0809芯片，利用通道IN0输入采集电压，根据地址表将三位地址控制位接地，通过电源适配器或电池与稳压电路的电压为其提供稳定的+5V基准电压，保证转换电压的精度；芯片采用的是逐次比较的方式将模拟信号转换为8位二进制数，理论精度能达到+0.019V。
2.2电源电路
本设计系统需要稳定的+5V直流电压，电源电路分为两个部分，由电压适配器或+9V电池为系统供电，可由开关进行切换，从而体现可移动的便捷性。其中ADC0809转换芯片为电源直接供电，保证电源供电的稳定。在用电池供电涉及到稳压电路，本次设计使用LM7805芯片作为稳压电路的稳压芯片，并通过多次滤波保证电压转换的稳定。
2.3系统电路设计
由Altium软件设计系统电路原理图，如图2所示。
3软件设计部分
本设计的的软件部分主要分为电压采集、转换、显示；涉及到LCD1602与ADC0809的驱动程序，其中加入了LED指示灯的判断程序，以提高对采集电压的情况较为容易的判断，电压的采集通过定时器控制采集频率，使其能够及时的返回采集的电压。软件设计流程如下图：
图3软件设计流程图
系统软件程序主要分为数据采集、电压数值转换与LCD显示部分，其数据采集用定时器控制其定时采集数据，采集数据的接收端口为P1，返回8位二进制数，数据采集程序代码如下：
uintadc0809_init()
{
START=0;
OE=0;
START=1;
START=0;
while(EOC==0);//等待转换结束
OE=1;//为高电平时，转换的数据输送到单片机
dat_0809=P1;//从P1引脚读转换后的信息
OE=0;
returndat_0809;
}
4系统仿真与调试
本设计编程语言为C语言，利用Keil软件实现程序的编译,系统的仿真调试采用Proteus软件；通过仿真对六项不同输入电压进行测试，得出实测电压，如表1所示：
表1仿真测试结果
通过分析表1的数据，系统的测量误差都保持在理论误差之内。
5结论
通过对制作的数字电压表进行测试，系统通过电池或电源适配器供电，能稳定的输入+5v电压；用其检测电压，能够将0~5V的模拟电压信号转化为数字信号，通过单片机的处理，能够在液晶显示器显示，对测试数据分析，精度保持在0.02V内。
参考文献
［1］胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].电子工业出版社,2005:2-7.
［2］吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.
［3］房建东,高胜利.电子技术[M].内蒙古大学出版社,2004.
［4］房小翠,王金凤.单片机实用系统设计技术[M].国防工业出版社,1999.
【关键词】抗干扰;电源芯片;智能;误差放大
Abstract：Inrecentyears，withtherapiddevelopmentofnewenergytechnology，developahighefficiencyandenergysaving，servicelifelongpowerchipsbecomeahotspot.AC/DCswitchingpowersupplyconvertersourcewithitsadvantageofpriceandvolumeefficiency，hasbeenwidelyappliedinthefieldofsmallpowersources.BasedontheworkingprincipleofAC/DCswitchingpowersupplyconverter，foundthattheerroramphadagreatinfluenceontheprecisionofthepowerchip，andaccordinglyputsforwardakindofcombinederroramplifier，wouldreducetheoutputvoltageofthelightloadtofullloadto40mv.Andputforwardtheintelligentresistancepeakcircuit，reducedtheLEBendandtheswitchisoff，thetimelagofsafetyperformanceimprovement.Thischiptest，finallyfoundtheESDresistanceupto10kv，chipperformanceisstable.Hopeforthefuturepowersupplychipdesigntoprovidethereference.
Keyword：anti-interference;powerchips;intelligent;erroramplifier
引言
AC/DC开关电源转换器以其价格、效率、体积等优势在小功率电源领域得到了广泛应用，电脑、显示器、路由器、移动设备都离不开AC/DC开关电源[1]。经过数十年的发展，开关电源的功率、工作频率等都大幅提升，但是由于电源中的电流和电压不能突变，交替过程中会产生功率损耗。研究表明，此损耗与频率成线性关系，因此电源工作频率越高，损耗也就更大。
近些年来，随着新能源技术的飞速发展，研发一种高效节能、使用年限长的电源芯片势在必行[2]。从需求来看，电源发展趋于智能化、集成化、数字化、微型化、高频化等方向[3]。本文基于AC/DC开关电源转换器的工作原理，设计了一种PFM型恒流恒压模式抗干扰AC/DC适配器。设计中发现误差放大器对整个电源芯片的精度影响很大，据此提出一种组合式的误差放大器，设置两条不同增益的误差放大电流，分别为40倍和400倍，将轻载到满载的电压输出降低到40mV。减少了LEB结束与开关断开的时间差，使安全性能提高。经过试验测量，发现本电源芯片抗ESD能力达到10kV，性能稳定。
1.AD/DC开关电源工作原理
AC/DC开关电源输入信号为低频交流电压，输出信号为直流电压和电流，中间的转换过程通过整流电路和滤波器完成。由于开关电源极易受到干扰，一般都是隔离放置。电路内部还需要升压装置，故器件本身体积较大。
其工作原理是[4]：交流信号首先经过桥式整流器和PFC功率校正器，在经过EMI滤波器变成类直流信号，随后经过升压装置进行耦合传输，开关导管完成信号输出。开关电源一次传递的能量由PFM控制开关的占空比确定，在输出端完成整流后实现AC/DC转换。其电路结构示意图如图1所示。
图1AC/DC开关电源电路结构
上述系统一般通过光耦合将输出的电压信号反馈给电源芯片，图1中的电压信号以原边反馈形式输出。电源芯片负责求出参考电压信号与反馈电源信号的误差，并通过误差放大器将其放大。此误差为控制系统工作频率和脉冲宽度的信号，直接决定占空比和传递能量的大小。
根据本文的相关要求，初步设置电流误差不超过10%，电压误差不超过5%，输出恒压电压的波动值小于0.2V，电源转换效率不低于70%，电磁干扰裕量设置为6dB，抗ESD能力达到8kV以上。选用PFM型恒流恒压模式抗干扰AC/DC适配器，芯片内部系统框架如图2所示。
图2电源芯片内部系统框架
2.芯片重要模块电路研究
芯片中至关重要的模块就是带隙基准电压源，其作为整个电路原始电压参考值，影响着整个系统的性能[5]。带隙基准电压源电路稳定后才能提供参考电压Vref，此电路的电压由VCC提供，变化范围在9V～18V，工作环境欠佳。本文对其进行改进，将VCC的电压降低到6V，在通过高压管给芯片带隙基准电压源供电，这样可以使电压源较为稳定。改进之后，芯片核心电路不在需要高压管，会节省其体积并降低制造成本。
低压线性差稳压源可以给芯片内部电路供电，并供给一些偏置装置。一般情况下，低压线性差稳压源的供电能力要不低于2mA，此为电路的满载电流。电流过低，低压线性差稳压源的电压将会降低，导致电路无法工作。
误差放大器可以提高输出电压精度，其系统电路如图3所示。
图3误差放大器电路
传统放大器的输出电压为：
其中，VH为误差放大器的正端电位，V;Vref为误差放大器的负端电位，V;gm为跨导，S;RO为上电阻，Ω;VDC是DC端的电位，V。
为了增大芯片的控制范围，将输出电压的范围设置为1V～5V，重载时的输出电压取1V，轻载时取5V。将其进行折算，得到的输出电压偏差为：
其中，R1为下电阻，Ω;NS、Naus为电感，如图3所示。
说明传统芯片轻载与满载变化过程会出现0.2V的电压差。为了克服这个问题，提出一种复合放大电路，其包含快、慢两条增益电路。在负载迅速变化时，快速通路作用;当系统接近稳定时，慢速通路作用。这样两个增益通路共同作用实现了电源芯片的高精度输出，从而保证了系统的稳定性。改进的误差放大器电路如图4所示。
图4改进的误差放大器电路图
3.芯片系统测试
对AC/DC开关电源转换器芯片各个部分进行设计之后，最终得到的电源芯片含有5个pin脚，其典型应用电路连接如图5所示。
图5电源芯片典型应用电路连接
由图5可以看出，整个芯片所需要的电量都是由电容C提供。OUT是输出脚，可以控制开关管的连接与断开。对芯片系统进行测试，结果见表1。
表1芯片系统板端实验数据
90V264V
I（mA）U（V）纹波（mV）I（mA）U（V）纹波（mV）
04.854404.8547
1004.9681004.9169
2004.95732004.9677
3005823005.0288
4005.04924005.0393
5005.09945005.09101
6005.15996005.13110
7005.191197005.19118
8005.241208005.24130
9005.281309005.29138
10005.3215010005.33141
10255.3215210255.35156
10505.1716010505.06150
10914.7515810754.75148
11052.514810862.5155
为了满足不同国家的需求，芯片系统电压选择了90V和264V两种初始条件。从表1中的数据分析，线损补偿大约为10%，基本接近设计目标9%。整个系统补偿过程为类似线性补偿，最大波纹出现在电流为1050mA时，为160mV，小于200mV的设计值。系统的转换效率约为74%，达到高效的要求。电源芯片抗干扰裕量为7.6dB，大于设计值6dB。气隙放电模式的系统能抵抗10KV的ESD干扰。经测试，本芯片系统满足各项设计指标。
4.结语
随着新能源技术的飞速发展，研发一种高效节能、寿命长的电源芯片势在必行。本文基于AC/DC开关电源转换器的工作原理，设计了一种PFM型恒流恒压模式抗干扰AC/DC适配器。讨论了带隙基准电压源、低压线性差稳压源、误差放大器等字模块。设计中发现误差放大器对整个电源芯片的精度影响很大，据此提出一种组合式的误差放大器，设置两条不同增益的误差放大电流，分别为40倍和400倍，将轻载到满载的电压输出降低到40mV。减少了LEB结束与开关断开的时间差，使安全性能提高。经过试验测量，发现本电源芯片抗ESD能力达到10kV，最大波纹为160mV，电源芯片抗干扰裕量为7.6dB，且性能稳定。希望为今后AC/DC开关电源转换器的设计制造提供帮助。
参考文献
[1]邹爱萍.Buck型DCDC开关电源芯片工作原理分析[J].电源技术应用，2013，05：125-126.
[2]许幸，何杞鑫，王英.新型高效同步整流式DC-DC开关电源芯片的设计[J].电子器件，2006，03：643-646.
[3]常昌远，姚建楠，谭春玲，等.一种PWM/PFM自动切换的DC-DC芯片[J].应用科学学报，2007，04：433-436.
[4]应建华，张姣阳，方超.AC/DC开关电源中温度补偿电流源的设计[J].半导体技术，2007，11：980-983.