开关电源的设计与原理篇1
【关键词】pwm；双闭环；检测仪器；开关电源
0引言
随着我国科技不断稳步发展，越来越多的设备需要用到电源，如：稳压电源、直流电源、交流电源等等。但随着设备先进性的不断提高，设备的功能越来越强大，对电源的要求也越来越高，特别是检测仪器仪表，精度要求非常高，需要有非常稳定可靠的电源来确保测量精度。因此，开关电源取代普通的电源设备，广泛应用于检测仪器仪表中。本文设计一种基于pwm脉冲宽制调试的双闭环开关电源，采用国外先进的全波整流控制器，该控制器工作模式不仅可以是电流式也可以是电压式，还能够为谐振零电压开关提供高效、高频的解决方案，因此具有非常广阔的应用前景。本文采用全桥整流装置，利用双闭环负反馈的直流-直流变换控制系统，能太太提高开关电源的电压、电流等精度，符合检验检测仪表行业的要求。
1检测仪器电源系统概况
随着信息时代的发展，便携式电子产品被越来越多的消费者亲睐。与此同时，解决能量消耗即电源管理问题成为重中之重。因此，具有高效节能特型的开关电源在近年来发展迅速，并在计算机通讯等领域的应用越来越广泛。而pwm型开关电源芯片就具备了此类特性，其核心技术集中在控制环节。此设计采用pwm控制电路，适用于开关电源芯片控制。对pwm调制电路为保证开关电源正常工作应具有的功能展开分析，得到设计要求。对pwm控制电路的组成模块、分类、基本原理及各项性能指标，进行细致深入的研究，最后得到调制电路的基本电路结构及满足性能指标的组成模块，对各个模块的功能和逻辑是电路设计的重点，最终该电路实现能产生一定脉冲驱动信号的功能。
2系统控制原理图
双闭环负反馈pwm秒冲宽制调制系统中，有两级的反馈系统。串级系统即是电流双闭环反馈系统，而转速反馈构成外环系统，内环是电流反馈。本方案设计三处进行系统的电流取样反馈，取拥缌髦岛拖低成杓频牡缌髦迪啾冉希当取样电流值过大时，系统会自动调节降低工作电流；但取样的电流过小时，系统会自动调节提高工作电压，这是内环电流反馈的工作情况。外环的转速反馈系统，系统通过电压检测装置检测系统的电压情况，再与设计的电压值相对比进行电压高低的调节，达到稳定电压的效果。基于双闭环的设计思想，图1中的各个部分相互独立工作、互不影响，如果某一部分出现故障，不影响另一部分系统的工作，系统内部由电流形成负反馈，外部由电压形成负反馈系统。电流电压负反馈一起运作，能太太的提高系统的稳定性和进度，满足检测仪器仪表的使用要求，达到良好的效果。双闭环反馈系统原理如图1所示。
图1所示虚线框中的1#.2#.…….n#是各个高频开关电源，其稳压或稳流精度很高，原因在于该内部自动控制原理图最终可以简化为一阶系统比例积分环节，图中它们工作在稳流状态下。
3硬件电路设计
图2为开关电源的硬件电路组成部分，设计采用国外先进的放大器作为本设计的核心器件。芯片的1脚与3脚相连接，构成差分放大，能有效的减小误差，提高设计的精度。
图2所示输出法人取样电压通过R5和R6设置，电压输出端与电阻5和6形成零点电位，电阻1/2/3与电容1/2/3形成效应，与pi构成补偿系统，电阻1和7在电路中形成增益作用。在电流内环中加入斜坡补偿以保证系统的稳定性。硬件电路通常容易出现不对称信号的问题，本设计利用电压负反馈补偿信号的作用，将电阻8作为上拉电阻提供直流电压，与RC构成的多谢震荡器作用，提供反馈电压，从而解决波形的不对称性。图中电流检测信号is经过i-V变换电路转换成电压信号。芯片741是一个pwm脉冲宽制比较器，根据比较器原理，依据三极管放大电路原理，在芯片3脚接地，芯片的2脚相当于一个反相输入端，对信号进行比较。其内部的过流及限流比较器实现逐周期过流及限流保护。当2V2.5V时，执行过流保护模式。
4结语
本设计依据3895芯片，利用双闭环负反馈的原理，引入电流负反馈和电压负反馈，提高了开关电源的精度，利用pwm脉冲宽制调制技术，提高了电源变换的效率和稳定了。开关电源系统设计之后，对该系统多次进行调试测，反馈结果稳定良好，系统稳定性好，动态响应快，证明本方案是可行的。
【参考文献】
开关电源的设计与原理篇2
【关键词】监控分站;远距离;采集;总线接口
引言
随着采煤技术的进步和大型煤矿的发展，煤矿掘进工作面和采煤工作面不断的加长[1]，超过3km的掘进工作面和采煤工作面已经比比皆是。《aQ6201煤炭安全监控系统通用技术要求》规定，传感器及执行器至分站之间的传输距离应不小于2km，众多安全监控系统生产厂家对传感器与分站的传输距离和供电距离定为2km，超过2km后，很难保证传感器的正常稳定工作，同时由于工作面所需采集参数众多，所需接入传感器数量大，传感器多采用三线制或四线制频率传输的方式，导致工作面的布线成本大大增加。为了解决煤矿现场出现的以上问题，提高传感器的工作稳定性以及减少工作面的布线数量，本文对多路RS485总线的煤矿安全监控分站进行研究，其主要特点是具备七路本安电源输入和六路RS485总线接口（其中四路RS48接口是与数字型传感器关联使用），与传感器配合使用的每路RS485接口均具备独立的24V电源输出，为总线型传感器的远距离供电提供动力保障。同时由于分站采用RS485总线接口与传感器连接，其一根四芯线缆可以接入多个传感器，大大减少了工作面的布线数量，降低煤矿企业生产成本。
1.组成模块
分站采集各频率、开关量、总线型传感器的参数后，通过传输接口将这些参数传送至地面的计算机，计算机通过监测软件将这些环境参数以及设备工作状态，展示给地面的工作人员，从而完成监测的功能[2]。同时，分站按照采集到的环境参数及接收到的控制逻辑，通过控制执行器对被控制设备进行实时控制，从而完成控制功能。按其功能主要由：通讯模块、频率数据采集模块、开关量输入输出模块、RS485接口扩展模块、电源模块、数据存储模块、人机交互模块、嵌入式软硬件模块[3]部分组成。其硬件组成模块框图如图1所示。
图1分站硬件组成模块框图
2.硬件电路详细设计
2.1输入输出电源设计
具备7路独立电源输入接口，其中1路用于分站自身供电，其余6路用于对外的频率端口和RS485端口电源输出。对外部输出的6路独立输入电源进行管理及保护设计，提供12路电源输出，分别提供给4路模拟量接口、4路开出控制接口、4路RS485接口，其中4路模拟量接口共用1路电源、4路开出控制接口共用1路电源、4路485接口各用1路电源。对模拟量接口及开出控制接口实现过流保护[4]、电源控制、状态输出，其所有电源输出端口具有抗浪涌、群脉冲能力。分站输入输出电源设计原理框图如图2所示。
图2分站输入输出电源设计原理框图
2.2频率量和开关量输入端口设计
可以接入8个频率量（或开关量）传感器，频率量和开关量输入口采用兼容设计，数据采集模块完成频率信号、开关量信号信号的隔离、转换及整形，具有抗浪涌、群脉冲能力，输出信号供最小系统采集。输入端口采用tVS保护器件，提高抗浪涌和群脉冲能力，采用信号电流驱动光耦隔离，光耦后端采用施密特触发器对频率信号整形。频率量和开关量信号采集原理框图如图3所示。
图3频率量和开关量信号采集原理框图
2.3RS485总线接口设计
具备6路独立的RS485总线信号通信模块，各路RS485信号互相隔离。端口采用tVS、共模线圈等保护器件，提高抗浪涌和群脉冲能力，UaRt与RS485接口芯片相互隔离，采用不带隔离功能的RS485接口芯片加外部光耦隔离等方式实现。RS485总线接口设计原理框图如图4所示。
图4RS485总线接口设计原理框图
2.4开关量输出端口设计
通过隔离、驱动电路，完成4路控制信号输出。处理器输出信号驱动光耦隔离，光耦后端采用三极管驱动信号输出。输出端口采用tVS保护器件，提高抗浪涌和群脉冲能力。开关量输出端口设计原理框图如图5所示。
图5开关量输出端口设计原理框图
2.5人机交互模块设计
显示采用单色320×240点阵图形液晶显示模块、2个红/绿LeD指示灯用于指示电源及分站运行、H38V3V红外接收采用芯片、五维薄膜按键，实现文字及数据信息显示、电源及通讯状态指示、红外遥控接收及按键输入功能。人机交互模块设计原理框图如图6所示。
图6人机交互模块设计原理框图
2.6最小系统设计
通过串行FLaSH芯片at45DB321D，完成4mBytes数据的存储;通过芯片Cat1161完成外部看门狗及eepRom的存储功能;通过恩智浦LpC1778处理器作为主控芯片实现数据处理、控制、逻辑运算、存储、系统掉电时钟管理等功能，与其他电路模块一起，实现频率信号和ttL电平信号采集、485通讯控制、控制信号输出等功能。最小系统设计原理框图如图7所示。
图7最小系统设计原理框图
3.结论
针对目前国内煤矿安全监控分站在采煤工作面和掘进工作面的应用现状与问题，本文提出了一种监控分站的设计新思路，并设计研究出一款基于LpC1778的六路RS485总线煤矿安全监控分站，改善了目前煤矿安全监控系统中传感器无法长距离供电、采掘工作面布线多的问题，降低了煤矿的生产成本。该煤矿安全监控分站已取得防爆证和安标证，且已应用到诸多采煤现场，取得了良好的成效。
参考文献
[1]申宝宏，郭玉辉.我国综合机械化采煤技术装备发展现状与趋势[J].煤炭科学技术，2012（2）：1-3.
[2]王启峰，祝国源，孙小进.基于FpGa的煤矿安全监控系统监控分站的设计[J].工矿自动化，2010（10）：29-31.
[3]徐竟天.基于aRm9嵌入式和工业以太网的矿井瓦斯监控系统研究[m].西安：西安电子科技大学，2011.
[4]程晓洁.基于低压差电源稳压器的CmoS过流保护电路设计[m].四川：西南交通大学，2006.
开关电源的设计与原理篇3
关键词：应急照明、接线方式、施工方法
中图分类号：tU997文献标识码：a
一、三种常用的应急照明灯具
1.1疏散指示灯
交流电源正常工作时，对蓄电池充电，当交流电源因故障而不能正常供电时，转换成备用电源工作的应急状态，始终使标志清楚明确，有效地引导人员安全疏散。
1.2双头应急灯
正常状态下灯具关闭，电池充电，火灾发生时，灯具点亮通过电池供电，能有效照明和显示疏散通道的灯具。由光源、灯体等部件组成。双头应急灯实际上是停电应急灯，并不适合于强制点亮。
1.3普通灯具加备用电池的应急灯具
普通灯具加应急电池及应急启动装置组成的应急灯，多用于车间备用照明。当电源断开时，通过启动装置，经电池供电点亮灯具，实际上是停电应急灯。当电源持续供电时，通过消防控制模块+接触器+强制点亮线+双控开关+应急灯具，实现强制点亮功能。
二、用电负荷及应急照明方式的选择
在我国用电负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治及经济上所造成的损失或影响程度分为一级、二级、和三级；其中一级为重要负荷，不能停电，通常是两路独立电源供电及备用发电机组（或epS）；二级为保证负荷，优先供电，少停电，少有双电源供电，一般自备发电机组；三级为一般负荷，断电后影响较小，一般是单电源供电，不需要备用电源。
当应急照明为三级负荷时，应急照明灯具与普通照明同在一个回路，火灾发生时，切断市电，充电检测线失电，采用应急电池供电照明。例如：我公司承建的南京长澳冻干粉针车间应急照明设计为三级负荷即采用这种方式。当应急照明为二级负荷时，应急照明与普通照明为分开的单独回路，火灾发生时首先切断市电、消防电源继续供电，火灾信号发出后，通过消防强启，强制点亮应急照明。例如：我公司承建的南京圣和冻干车间、固体车间应急照明为二级负荷，即采用这种方式。
强启是指在应急状态下将灯具点亮。应急灯具的强启分为两种一、充电检测线失电，自带电池供电给应急照明灯具。二、充电检测线带电应急照明强启线供电给应急灯具。
三、应急灯具工作的原理及接线方式
3.1、疏散指示灯、安全出口灯的原理及接线方式
疏散指示灯、安全出口灯常亮，灯具内部有电压自动转换电路，市电电压如下降到187V-132V之间某电压值时，灯具会由主电状态转入应急状态由电池供电，当市电电压上升到132V-187V之间某一电压值时，灯具会由应急状态恢复主电状态。接线方式如图一所示：
图一：疏散指示灯安全出口灯的接线方式
3.2、双头应急灯停电启动原理及接线方式
应急灯停电启动的原理图如图二所示：
图二：停电启动的原理
当火灾时充电检测线失电，继电器线圈失电，常闭触电闭合，接通灯具，灯具点亮。双头应急灯以及加电池的应急灯具都是采用上述方式启动。双头应急灯，采用三线制，接线方式如图三所示：
图三：双头应急灯的接线方式
3.3应急照明做备用照明的原理及接线方式
应急照明正常情况下作为普通灯具使用，当火灾或者停电时市电断开，充电检测线失电，继电器器线圈失电，常闭触电闭合，接通灯具，灯具点亮。一般采用四线制，接线方式采用如图四所示：
图四：应急照明灯的接线方式及原理
3.4采用双控开关强启的原理及接线方式
当电力负荷为二级负荷，消防电源与市电分开，且当火灾发生时消防电源不切除，保证消防水泵、排烟风机、走廊应急照明的供电。当照明电源不断开时采用如下方式强启走廊应急照明灯具，保证人员疏散。
3.4.1在非应急状态下：此灯具作为普通灯具使用，与双控开关静触头1连接的导线处于导通状态，灯具点亮；与双控开关静触头2连接的导线处于断开转态，灯具熄灭。原理如图五所示：
图五：双控开关强启应急灯非应急时原理图
3.4.2在应急状态下：火灾发生时火灾报警启动，应急照明箱内接触器常开触点闭合，消防强启线上电，原来关闭的灯具，强制点亮。此时双控开关，在任意位置都是点亮的，开关失效。保证车间内人员从容撤离。原理如图六所示：
图六：双控开关强启应急灯应急时原理图
3.4.3在消防电源切除的状态下：充电检测线失电采用备用电池供电，原理如图七所示：
图七：消防电源断电时应急灯原理图
四、应急照明施工的方法及要点
4.1电线电缆保护管的选用
《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303―2005，以下简称《验收规范》）要求疏散照明应敷设耐火电线、电缆，电线采用额定电压等于或高于750V的铜芯绝缘电线（20.1.4.8条）。阻燃型及耐火型电线、电缆允许长期工作的最高额定温度一定要符合设计要求，安装前一定按设计要求验收导线。施工过程中要加强监督检查，以免错用普通电线。应急疏散照明线路的保护管在《验收规范》中都要求使用钢导管，而对其他应急照明线路的保护管材质未做强制规定。
4.2应急照明线路的敷设
应急照明线路单独敷设,在每个防火分区有独立的应急照明回路，不能与普通照明线路混用。穿越不同防火分区的线路应有防火隔堵措施。（防火隔堵的具体作法详见标准图集《钢导管配线安装》（03D301―3）第38页）。当火灾应急照明线路的工作电源与备用电源在同一桥架敷设时，中间加隔板。明敷管线时，钢性导管上涂防火涂料保护。线管、线槽的pe保护线连接完成后，经检查确认才能穿线。应急照明线路不能与其他普通照明线路混用。
4.3应急照明配电箱的安装
应急照明配电箱的安装工艺同普通照明配电箱的安装工艺，但应急照明配电箱与其他普通照明配电箱应有明显的区分标志。应急照明配电箱的结构及电气元件宜选用耐火耐热型，当用普通型配电箱时，其安装位置应尽可能避开易受火灾影响的区域。
4.4应急照明灯具的安装
疏散标志灯的箭头指向应与逃生疏散方向一致，安装部位一般在走道及楼梯转角处。疏散标志的箭头应指向通往出口的方向。灯具安装高度由设计决定。标志的间距不应大于20m，袋形走道的尽头离标志的距离应小于或等于10m。封闭楼梯间、防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室也应安装疏散指示标志。
五、小结
现场施工人员应该充分理解应急照明的供电方式及启动原理，对于应急照明的施工要认真思考，在充分理解设计意图及规范的前提下，深化设计并施工。设计和施工中一个小小的疏忽，在火灾时都可能引起严重的后果。一个完善的、质量过硬的火灾照明应急系统，可能为逃生者赢得宝贵的时间。我们应以高度的责任感去面对火灾应急照明的设计及施工，保障客户的生命财产安全。
作者简介：蒋荣（1988年1月）研究生学历工程硕士学位
开关电源的设计与原理篇4
关键词：电源电路；555定时器；延时控制
中图分类号：tm131文献标识码：a
在多媒体教学设备中，投影仪将教学内容清晰直观地呈现给学生，是多媒体教学系统的核心，随着使用人数与频率的增多，一些不规范的操作大大减少了投影仪的使用寿命，尤其是投影仪灯泡的使用寿命。因为投影仪内部为大功率灯泡，长时间工作导致内部温度高，正常情况下，投影仪内部有保护电路，关闭投影仪不切断电源时，其内部的散热风扇会继续运转，其温度降低到一定值时，投影仪才能正式关机。如果投影仪内的风扇因断电而停转，灯泡无法及时将余热散尽，导致灯泡内部发光部分元件的物理强度降低，加剧液晶片和电路的老化，严重的直接导致灯泡爆裂。因此，对投影仪断电保护技术的设计具有一定意义。
1.现状分析与总体设计
目前在多媒体教学系统中的投影仪中除爱普生和松下机型当中，有几款有延时降温保护外，其他机型几乎没有，一般都是依靠中控设备来实现对投影机延时供电，来对投影仪降温冷却，以此达到自动保护投影仪的目的。当有些多媒体教学系统中未配置中控设备时，那投影仪关闭后只能人为等待4分钟左右再切断电源，实际情况是大多数老师在上完课后，认为等4分钟左右的时间太麻烦而直接关闭电源，最后导致灯泡损坏、甚至烧坏液晶板，使投影仪的使用寿命大大降低。大多数高等院校，其多媒体教学系统都在100左右，此错误操作定会带来很大的经济损失（灯泡价格在2500左右），同时又将严重影响教学。因此，设备的使用和维护，如何延长设备的使用寿命，这一工作就显得非常重要。
电路要解决的技术问题是提供一种操作简单、能够在切断电源的情况下，可以延时断电的电源控制电路，需要由电源电路、开关电路、延时电路、继电器执行电路组成。
2.电源电路设计
电源部分采用降压变压器降压，桥式全波整流，7812三端稳压电路稳压输出12V直流供电电压，电源部分原理图如图1所示。
一般7812输入电压Ui大于Uo电压3V～5V，才能保证稳压器工作在线性区。若输入电压太小3V则电路不工作，输入电压太高（最高可达35V）则造成稳压器过热，使用寿命降低，故设计降压变压器选220V降到12V变压器，由桥式整流电路两端输入与输出电压关系Uo=0.9Ui，电容C1上两端电压为Uc1=0.9Ui×1.414≈15.3V，其中Ui=12V。该设计的12V直流电源供电电路三端稳压器工作稳定，使用寿命长。
3.555时基电路功能与设计
555定时器是一种多用途数字与模拟混合集成电路，功能主要由两个比较器决定，两比较器的输出电压控制RS触发器与放电管状态。在电源脚与地脚接入电压后，5脚悬空，则电压比较器C1的同相输入端电压为2/3Vcc，C2的反相输入端电压为1/3Vcc。当触发器输入端tR电压小于1/3Vcc，则比较器C2输出为零，RS触发器置1，输出端3脚为0，放电管截止；当C1比较器输入端电压大于2/3Vcc，同时tR端电压大于1/3Vcc，则C1的输出为0，C2输出为1，RS触发器置1，输出端3脚为低电平，放电管导通。555时基电路主要采用555定时器构成的单稳态触发电路，该部分电路原理图如图2所示。
其工作原理自锁开关S按下并自锁后，2脚和6脚输入电位为0，555电路3脚输出高电平；当自锁开关S再次按下后，自锁弹起，2脚和6脚输入电位由Vi决定，设计中Vi为大于2/3Vcc。
4.系统整体设计
4.1电路组成与作用
该电路要解决的技术问题是提供一种操作简单、能够在切断电源的情况下，可以延时断电的电源控制电路。电路主要由电源电路、时基电路、延时电路、继电器执行电路组成，各电路的作用为：（1）电源电路是将220V交流电转变成12V直流，提供后续电路供电电压；（2）时基电路主要由555集成电路t1构成，利用555集成电路3脚输出电压控制开关三极管Q1、Q2的导通状态；（3）延时电路主要由三极管Q1、Q2，电解电容C6、555集成电路t2组成，其作用S联动开关切断后的延时4分钟后切断投影仪电源；（4）继电器执行电路主要由继电器K与续流二极管组成，其作用是S联动开关切断后，延时指示红色发光二极管LeD点亮，表明4分钟后继电器执行电路控制主电源开关K1，切断主电源。
4.2电路设计特征
（1）当自锁开关S1按下后，220V/12V变压器输出12V交流电，经过桥式整流，电容C1、C2滤波后为15V，再经过7812稳压成直流12V输出给555时基电路t1、t2供电。
（2）555电路t1的2脚与6脚相连后与电阻R1、R2、自锁开关S2的一端相连，R1、R2串联分压，555电路t1的2脚与6脚电压取自电阻R2，且R2=3K、R1=1K。
（3）开关三极管Q1、Q2设计为开关状态。
（4）555电路t2的2脚与6脚相连后与电解电容C6正极、自锁开关S3的一端相连。
（5）电解电容C6取值为1000uf/25V，电阻R5为可变电阻，阻值2m，通过开关三极管Q2相连。
设计后的延时断电控制电路原理图如图3所示，电路工作原理如下：
（1）当联动开关S1、S2、S3按下并自锁，J2插座及电路得电，555电路t1的2脚与6脚输入电压为0，小于1/3Vcc，555电路t1的3脚输出高电平，三极管Q1导通导致三极管Q2基极电位为0，三极管Q2截止；同理555电路t2的2脚与6脚输入电压为0，小于1/3Vcc，555电路t2的3脚输出高电平，继电器K1得电，开关K1闭合，延时指示电路LeD红灯D1点亮。
（2）当投影仪使用完毕，需要切断电源时，按下联动开关S1、S2、S3，由于电解电容C6两端电压不能突变，其正极仍然是0电位，555电路t2的3脚仍输出高电平，继电器开关仍然吸合，J2插座及电路仍然得电；与此同时555电路t1的2脚与6脚输入电压为9V，大于2/3Vcc（8V），555电路t1的3脚输出低电平，三极管Q1截止，其集电极为高电位，三极管Q2导通，电解电容C6充电，充到电压2/3Vcc（8V）时间约为t=1.1RC，延时时间（3分钟～40分钟），设计中延时时间为5分钟；当C6电压充至大于2/3Vcc（8V）时，555电路t2输出低电平，继电器K失电，开关K1断开，插座J2断电。
结语
电路经过测试，电路运行正常，完全达到预定目标，且该电路具有成本低廉、体积小巧，极大地减少因人为操作不当，导致投影仪快速老化和灯泡爆裂。
参考文献
[1]吴庆州，戴新宇.投影仪专用延时断电插座的制作[J].电子世界，2004（8）：61-62.
[2]王丽卿，刘如春.投影仪强制延时自动断电保护器设计[J].职大学报，2012（4）：69-70.
[3]张振国，张军.投影仪延时保护电路[J].中国教育技术装备，2009（40）：48-49.
开关电源的设计与原理篇5
常规设计方案中励磁装置的调节器等工作电源采用厂用电与直流电分别给开关电源供电，然后在开关电源输出侧隔离，通过二极管阻塞反向电压，再将同电压等级的输出电源并接在一起给调节器或其它设备供电，其供电模式为双电源热备，如图1所示。这样的设计方案虽然简单，有较高的可靠性，但是存在以下缺点：没有相应声光指示工作电源状态。四个开关电源中如有损坏时或直流系统或厂用电中的某一路供电出现故障后，这时励磁装置虽然能正常工作，但此时运行人员可能在较长时间不能及时发现问题。若此时再发生供电系统异常或开关电源损坏，就会造成发电机失磁的重大故障。工作电源出现故障后无法准确判断出是哪路电源出了故障，就无法在不停机的状态下更换开关电源，需停机检修更换，这样会对用户造成不必要的经济损失。
2改进后的设计方案
2．1系统原理
针对现有的设计方案暴露出的缺点，我们在2013年4月提出设计变更方案，进行了大量的试验工作，对新增的电源监测装置进行了长时间的烤机，最终于2013年6月完成成品。
2．2电源监测装置原理
开送电源监测装置的电路结构如图3。第一分压电路9包括串联连接的电阻R1和电阻R2，其的一端与基准电压（例如＋9V）连接，另一端接地，电阻R1和电阻R2的节点作为输出端输出第一参考电压至运放iC1D和运放iC1B的反相输入端。所述第二分压电路10包括串联连接的电阻R4和电阻R5，第二分压电路10的一端与基准电压（例如＋9V）连接，另一端接地，电阻R4和电阻R5的节点作为输出端输出第二考电压至运放iC1C和运放iC1a的同相输入端。运放iC1D的同相输入端和运放iC1C的反相输入端分别通过电阻R3接入电源1，运放iC1B的同相输入端和运放iC1a的反相输入端分别通过电阻R6接入电源2。运放iC1D、运放iC1C、运放iC1B、运放iC1a的输出端分别通过电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与发光二极管LeD1、LeD2、LeD3、LeD4的阳极连接。这样，由运放iC1C、iC1D等元件组成具有迟滞特性的电压比较电路，检测＋5V（Ⅰ）（即电源1）电压是否正常，假设＋5V电压升高至＋5．5V或降低至＋4．7V电压时，运放iC1C或iC1D输出高电平，驱动发光二极管LeD1、LeD2发出警示。＋5V（Ⅱ）（电源2）的电压检测由运放iC1a、iC1B等元件组成，原理同上。本装置还包括分别与电源3、电源4、电源5、电源6、电源7、电源8连接的光耦oC1a、oC1B、oC2a、oC2B、oC3a、oC3B，每一光耦的输入端与待测电源连接，光耦接收端的集电极接上拉电阻，发射极接地，所述上拉电阻的一端接直流电压，另一端与发光二极管的阳极连接。以光耦oC1a为例，光耦oC1a的输入端通过电阻R23接入电源3，光耦oC1a接收端的集电极通过上拉电阻R15接入直流电压（＋12V），光耦oC1a接收端的发电极接地，上拉电阻R15的另一端与发光二极管LeD5的阳极连接。在上述电源3的电压正常时，光耦oC1a的集电极电平是零，若电源3的电压消失时，光耦oC1a的集电极输出高电平，发光二极管LeD5亦被点亮。其它光耦的连接方式和工作原理与前述相同，在此不再赘述。发光二极管LeD1～LeD10的阴极与开关管t1的控制端连接，开关管t1的第一端通过继电器J1线圈接入直流电压（＋12V），二极管D5连接在线圈的两端，开关管t1的第二端接地。开关管t1为npn三极管。由发光二极管LeD1～LeD10构成或门电路，任何一个发光二极管被点亮后其阴极均可输出高电平，开关管t1的控制端（即npn三极管的基极）在得到高电平后导通，继电器J1动作，其动作接点输出故障信号。开关管t1的第一端与直流电压之间还连接一发光二极管LeD11，用于总故障报警。电源检测单元内部工作电源：由双路＋24V（Ⅰ）、＋24V（Ⅱ）经D3、D4隔离后并联给DC－DC直流变换器p1供电，p1输出＋12V电压。电路中工作电源的＋12V亦由＋12V（Ⅰ）、＋12V（Ⅱ）经D1、D2隔离后并联提供。这样整个电路的工作电源就有四路电源共同供电，可提高本电路工作的可靠性。
2．3新方案实施后的效果
通过大量的模拟故障试验与长时间烤机试验后，证明该电源设计方案稳定可靠，并且在任意开关电源不正常时均可对外发出信号警示，由此得出新方案比传统方案更智能化、安全化，能使现场调试人员及运行人员及时发现故障问题，从而及时消除其故障，避免造成更大的损失。
3结论
开关电源的设计与原理篇6
关键词：项目教学法；电源技术；项目实施
中图分类号：G642.4文献标志码：a文章编号：1674-9324（2014）10-0071-02
一、引言
《电源技术》是高职高专电子类专业的一门重要的专业课，它具有较完善的理论体系和较强的实践性，其教学任务是使学生掌握电源技术的基础知识、熟悉几种典型电源的工作原理、掌握DC/DC基本电路的设计方法，为今后的学习和研究打下基础。传统的教学方式采用老师讲解为主、学生听课为辅的教学方法，使学生只能被动地、抽象地接受理论知识，不利于提高学生的实践能力、自学能力和创造能力。为了提高学生的动手能力，提高教学效果，在《电源技术》教学中采用项目教学法，通过多个难度循序渐进的项目，使学生更好地掌握理论知识的同时，提高实践能力。
项目教学法的特点：
1.以项目为主线，重组知识体系，把电源技术的基础知识和典型工作过程穿插到每个项目中，让学生在实际操作中进一步理解和掌握，提高他们的学习主动性。
2.加强职业规范性培养。在电路设计、画原理图、pCB图、制版、焊接电路中加强规范性要求，达到与社会接轨。
3.加强职业能力培养。把电子类高职专业的职业技能要求穿插在每个项目中，进一步提高学生的职业能力，为今后更好地适应社会打下基础。
项目教学法是通过实施一个完整的“项目”，由学生在一定的时间范围内独立组织和实施工作的教学方法。这个过程是师生共同围绕一个项目任务去发现问题并解决问题的过程，整个过程分为几个具体的步骤实施，其中分析问题、方案设计、项目实施及最终评价，都以教师为主导、学生为主体协作完成。学生以项目任务为目标，制定相关的实施计划，通过该项目掌握电源技术知识，并通过实际动手操作提高分析和解决问题的能力，提升职业技能。
二、项目教学法在《电源技术》课程中的实施
1.项目的制定。下面以“开关稳压电源”为例说明《电源技术》课程项目教学的实施过程。项目名称：开关稳压电源设计。项目描述：设计并制作如图1所示的开关稳压电源。
在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：（1）输出电压U0可调范围：30V～36V。（2）最大输出电流i0max：1a。（3）U2从18V变到21V时，电压调整率：Su≤2%。（4）i0从0变到1a时，负载调整率SL≤5%（U2=18V）。（5）输出噪声纹波电压峰-峰值U0pp≤1V（U2=20V，U0=36V，i0=1a）。（6）DC-DC变换器的效率n>70%（U2=20V，U0=36V，i0=1a）。（7）具有过流保护功能，动作电流i0（th）=1.3+0.2a。教学目标：要求学生掌握pwm控制模式、DC/DC升压电路的工作原理、电源技术的主要指标，掌握画原理图和pCB图，制版、焊版、调试等职业技能能力。项目课时：24学时。学生分组：学生分组在项目教学法中是一件很重要的工作，组员的搭配、工作的分工等直接影响学生学习的效果。根据学生的学习能力、动手能力、性别等采用互补方式进行搭配。每组一般为3～4人，每组设一名组长，全面负责项目的实施，并针对各个成员的能力不同进行内部分工，同时协调各成员的工作，从而培养学生的团队协作能力。
2.项目的实施过程。（1）项目设计。根据项目设计要求，结合电源技术内容，教师引导学生进行任务分析，共同得出开关稳压电源电路框图，如图2所示。电路主要由以下几个部分组成：DC/DC主电路、驱动电路、控制电路、滤波电路、保护电路等组成。
主电路DC/DC模块：根据项目设计要求，主电路采用BooSt型DC/DC升压方式，如图3所示，其使用单开关管，能降低开关管损耗，且控制容易，电路较为简洁，但在功率较高的情况下，电感设计要求较高，经验成分多，设计不好会造成过大的冲击电流，影响效率，也容易使开关管损坏。
驱动电路：根据项目设计要求，需要宽范围调节BooSt升压适合本项目的DC/DC拓扑结构，利用UC3824芯片作为核心，该芯片抗电压波动能力强，并可使负载调整率得到明显改善，采用可调电平与可调三角波比较的方式产生pwm波作为驱动信号，模块元件较多，但调节范围宽，可移植性好，扩展能力强，而且其频响特性好稳定裕度大，过流限制特性好，具有过流保护和欠压锁定功能，对系统的控制更为方便。控制电路：本项目采用硬件反馈的方式实现电压控制。输出电压的采样信号通过电位器改变采样回路的上下电阻比值来调整，采样信号与基准信号在误差放大器中比较，产生直流电平改善输出pwm波的占空比从而达到稳定输出电压的作用。该电路简单，容易实现项目要求，便于学生理解吸收。滤波电路：对于高职高专学生来说，滤波电路的设计要求太高，这里不做要求，只是根据经验采用电容滤波。保护电路：出于保证不减小电源输出功率的目的，在加负载的条件下将原边电流以电压的形式准确地反映在一个Lm393比较器上，当开关电源的输出电流超过规定值时，感应电压通过迟滞比较器与预置的基准电压比较后翻转，同时使uc3842内部电路进行脉宽调整，场效应管接收到uc3842动作后就自动断开负载，起到保护作用。提高电路工作效率设计：在DC/DC变换电路中，主要消耗功率的元件有主回路的开关管、快恢复二极管、储能电感等部件。目前对电源的工作效率要求越来越高，根据本项目要求主要采用以下两种措施：①采用低内阻的高效率moSFet作为主回路的开关元件，本项目中采用了iRF640。②采用高速低正相压降的快恢复二极管降低其功耗，本项目中采用了FR157。（2）电路工作原理。在学生实施项目过程中，难免有些学生会因为对电路工作原理没有完全掌握，在设计或者调试过程出现重大问题，导致项目失败。因此，在学生设计好方案以后，可结合参考电路对整个项目的设计方案工作原理进行一次讲解。项目主要工作原理：本项目采用UC3842作为控制核心固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，通过对输出电压不断地采样，反馈输出变化，调整负载电阻R1、R2的比例来改变占空比使输出稳定，并具有过流限制、过压保护和欠压锁定功能。项目加入输入过压、输入过流、输出过流等保护电路，以保证系统稳定可靠地工作。（3）项目的评估。对于项目教学法来说，一个项目的评估是一个至关重要的步骤。本项目最后采用的是学生自评、小组互评和教师评估三种结合模式。在学生自评过程中，学生能进一步回顾整个项目设计实施过程，总结经验、加深知识和技能的掌握。在学生互评过程中，学生能通过对别人的项目设计实施过程了解，对比自己在整个过程的优缺点，取长补短。在教师评估过程中，能全面了解在该项目实施过程中存在的问题，并得以解决，为今后进一步学习打下基础。
三、教学总结
通过教学实践证明，项目教学法在《电源技术》教学中的应用效果显著。它大量减少了学生学习抽象的理论知识时间，把理论知识通过项目载体变得形象化，做到“学中做、做中学”，明显提高了学生的学习兴趣，培养了学生自学能力、独立思考能力和动手能力，也提高了课堂的教学质量和教学效率。但在此过程中仍然会发现一些问题：
1.根据学生的学习能力不同，项目进度会有所差异，尤其优等生和差生之间。针对这一情况，在此项目的基础上增加自主发挥部分，把项目要求进一步提高。
开关电源的设计与原理篇7
abstract:Howtoimplementtheenergy-savingprincipleinelectricalDesignisdiscussedfromfouraspectsoflightingenergy-conservationdesign,lossreducingofline,energy-conservationinairconditioningsystem,transformerreasonablechooses.
关键词:电气设计;节能;措施
Keywords:electricaldesign;energy-conservation;measurements
中图分类号:F270文献标识码:a文章编号:1006-4311(2010)03-0043-01
随着我国经济的反战,能源被提到了越来越重要的地位,我国是个能源消费大国,能源相对短缺,然而能源浪费却相应严重。作为二次能源的电能供需矛盾近年来越来越突出,节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针,如何“节电能、降能耗”,节约电能就成为每位电气设计人员必须认真考虑的问题。下面就电气设计中的几种节能措施谈谈笔者的浅见。
1照明节能设计
在民用建筑中,照明设备的用电占比大概为20%以上,照明节能设计就是在保证不降低照明质量的要求下,尽量减少照明电路中能量的损失,从而达到能量利用的最大化。
照明节能设计的措施通常一般有以下几种:
①照明方式选择。
充分利用自然光,这是节省照明能耗的重要方式之一,即在设计中电气设计人员应当尽量考虑到自然光与人工照明的充分结合,从而节省照明电能。
②选择合理的光源。
其最基本的原则就是应根据不同的场所选择不同的光源。
例如一般的房间应当选用荧光灯。但是在显色性要求较高的场所应当采用稀土节能荧光灯,三基色荧光灯,小功率高显色型钠灯等光源。室外场所的照明则应当选用高压钠灯等使用时间较长的气体光源。
③选择恰当的照明方式或装置也是一种可行的节电能的方法。
根据照明使用的要求分别采用各种节能型开关,如病房、卧房可采用调光开关;室外场所和公共场所得照明则可采用光电、声控开关;走道、走廊等场所可采用节能声控开关。
2降低线路损耗
当电能传输时,在电路网络中就产生功率损耗,一般来说,其与线路的长度和负载的大小相关联。因此,应当尽量提高系统的功率系数、减少导线的电阻,从而降低其损耗。其措施主要有以下几种:
①路路径的选择要合理。为减小导线长度,线路尽可能不走弯路,尽量走直线;
②合理选择导线截面积。导线的截面积大小的确定应根据电流指标与经济条件来确定。对于线路较长的电路,在满足电流以及电压降要求的情况下,可使导线的截面积加大1～2级;
③合理确定电气用房所在的位置。其遵守的基本原理就是尽量减小供电路径。
3空调系统的节能
公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50%以上,系统节能潜力巨大。具体应遵循一下原则:
①机电设备启停优化控制;
②变风量、变流量系统最优控制;
③冬夏季部分负荷时水泵分设控制;
④与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制;
⑤参数设定节能控制,包括温度标准设定、焓值控制、利用室内Co2浓度控制新风量等。
4合理选择变压器
开关电源的设计与原理篇8
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
[1]芮骐骅，汪学明，刘炎，等.煤矿井下便携式电子设备电源设计要点[J].工矿自动化，2012（6）：36?38.
[2]邹立君，唐心辰.浅谈一种便携式环境测试仪电源电路的设计[J].民营科技，2012（1）：45.
[3]李朋飞.宽输入电压范围多路输出小功率开关电源研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.
[4]nationalSemiconductor.Lm5117wideinputrangesynchronousbuckcontrollerwithanalogcurrentmonitor[eB/oL].[2011?05?25].http：//.cn/product/cn/lm5117.
[5]nationalSemiconductor.Lm25088/Lm25088Qwideinputrangenon?synchronousbuckcontroller[eB/oL].[2013?03?20].http：//.cn/product/cn/lm25088.
[6]maxim.maX764，maX765，maX766，?5V/?12V/?15Voradjustable，high?efficiency，lowiQDC?DCinverters[eB/oL].[2013?06?28].http：///en/ds.
[7]张亮.基于aDp1053的数字控制DC/DC电源的研究[D].广州：华南理工大学，2012.
[8]杨军，孟志华，杨俊.利用FpGa芯片实现pwm电源[J].信息化研究，2010，36（11）：41?44.
[9]苏荣锋，许瑞年，黄毛毛.基于FpGa生成pwm波的实现[J].核技术，2012，35（6）：423?426.
开关电源的设计与原理篇9
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。
关键词：建筑电气工程气节能设计能设计明节能设计
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-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。
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)．
开关电源的设计与原理篇10
【关键词】高层建筑；电气设计；节能原则
现代建筑向“纵深”发展，成为社会向前推进的必然趋势。随之而来的高层建筑电气设计也已成为一门综合性的应用技术，智能化、环保化的要求还在不断给我们提出新的研究课题。如何在不影响功能的情况下改善高层建筑高耗电量的现状，也迫切需要我们找到应对措施。本文针对高层建筑电气设计阶段相关问题，提出自己的看法。
1高层建筑电气设计要点
1.1电力负荷的确定
电力负荷是供电设计的主要依据。
国家现行规范，一类高层民用建筑的消防用电设备（如消防水泵、消防电梯、喷淋泵、排烟风机、消控控制中心、应急照明）、电梯、生活水泵用电、电话机房、安保设备和航空障碍灯等应按一级负荷要求供电，其它用电负荷分别为二级或三级负荷。电力负荷预算时应分别计算动力电和照明电。电力负荷预算正确与否，对电气设备的选择、配置，保证电气设备系统安全、高效运行，对整体工程的经济分析和相关设计，都有重要的指导意义。
高层建筑的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。
1.2电源及电压的选择
至少设两个独立电源，采用10KV标准电压双回路供电。两路各带一半负荷同时供电、互为备用。10KV双回路供电电源分别来自不同的变电站，或来自双回路超高压变电站的两段独立母线。
某些超高层公共建筑可选择10KV三回路电源引入，采用两路使用一路备用的运行方式。
针对高层建筑中存在大量的一级负荷，还需备用柴油发电机组，要求在15s内自动恢复供电，应付意外情况的发生。
1.3配电系统的设计
一般高压采用单母线分段形式。母线分段数目取决于电源进线回路数目，如有多台变压器组可分多段，自动切换，互为备用。10KV外部接线考虑环网接线形式，以提高配电网的可靠性。电源进线采用电缆进线。当供电电源分为主电源和副电源时，也可选用单母线不分段的结线。
高压供电系统及低压干线基本采用放射式供电，楼层配电则适合采用混合式系统。配电设备中的主要部分是干线。高层建筑的竖井多采用插接式母线槽，各楼层竖井设有配电间。水平干线较难走线，可采用全塑电缆与竖井母干线联接。层间配电箱经插接自动空气开关从竖井母干线取得电源。如果高层建筑需要较大供电负荷，应分散设立区域配电中心（可考虑设备层、中间层或最顶层）。
1.4主要设备的选型
1.4.1高压开关柜
通常高层建筑的变配电室设在主楼地下层，不宜采用油开关。根据高层建筑地下室的规定，选用具有“五防”功能的真空开关手车式高压开关柜。
1.4.2电力变压器
根据《民用建筑电气设计规范》选择，主楼内不能装置油浸电力变压器。
高层建筑单体面积大，负载多，可选择多台大容量变压器组合使用。对季节性负载集中设置，以便在过渡期停用相应变压器，从而降低能耗。
1.4.3低压配电屏
多为大容量出线，建议采用手车式。
1.4.4应急备用发电机组
应急发电机组应自成系统，避免接入其他负荷。位置宜靠近各区域配电中心。发电机选型建议采用燃汽轮发电机，较之传统的柴油发电机，这种发电机具有体积小、重量轻、故障率低的优势，尤其适用于高层建筑。
1.5变电所位置的确定
缩短供电半径是提高供电质量、降低电耗的基本出发点。高层建筑的主要用电负荷（如中央空调机房、泵房）都设在地下层，通常情况下，变配电所也设在地下层就具有经济上及环保方面的双重意义。
1.6电气照明设计
高光效电光源是节能的需要。以此为出发点，根据使用功能、照度设计、眩光控制进行光源的选择、布局。由于电光源的装饰特性，它的布局还必须符合人们的审美情趣，力求在使用功能与艺术境界方面达到统一。
1.7电缆与电线
一般动力设备与照明回路采用阻燃缆线；消防设备与应急照明应选择矿物绝缘的防火缆线，才能保证其紧急状态下的正常功能。
1.8防雷与接地
高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接牢固，关键是做好金属管线的接地。高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地，都是合为一体组成综合接地系统。接地电阻按最小的要求而定，通常是在4欧以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体已能满足接地电阻的要求，仍需要装设水平的人工接地体，将主要的建筑物基础连接成接地网。这对均衡电位、提高安全性都有好处。
2高层建筑电气设计的特点与对策
①高层建筑由于照明及空调负荷多、电梯等运输设备多、给排水设备多，所以用电量特别大，对供电的可靠性要求很高；②高层建筑中，动力电与照明电各成系统、分别供电。动力负荷多采用放射式供电，照明负荷则采用母线槽配电方式；③高层建筑内部空间大、柱距大，又因其电气设备多，导致墙面埋线多、地面管道多；④高层建筑主体通常采用干法施工，并且建筑构件的预制装配化使施工周期缩短，要求电气施工科学地高效运行；⑤消防要求高。高层建筑高度高、设备多、人员密集、装修豪华、火灾隐患多，施救难度大，故对消防提出很高的要求。设计中对选材要有消防方面的针对性；⑥用电设备分散，管理难度大，要求微机系统监控管理；⑦防震要求：配电屏、灯具等电气设备的防震处理；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理；⑧节能要求：高层建筑的电气设计中，要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。围绕经济、节能和环保护的原则，采用技术先进、安全适用的配电方式，选用高效率变压器、电动机和高光效电光源、无功功率补偿装置和设备监控系统，减少电耗，节约用电。
3高层建筑电气设计中的节能原则
节能环保业已成为我国当前一项国策。作为电能高消耗主体的高层建筑，必须在设计阶段坚定节能方针，从设备选型、配置到传输线路的距离、功耗；从吸收先进技术到降低无谓能耗，高层建筑节能潜力很大，也对电气设计人员提出了更高要求。
高层建筑电气设计必须能满足建筑物的功能，在照度、色温、温湿度、空气流通诸方面达到使人舒适的程度，为建筑物的各种服务功能提供充足的动力电。在此基础上控制无谓能耗，作为节能的着眼点。首先找出哪些能耗是与发挥建筑物功能无关的，再制定、采取节能措施。如变压器的功率损耗、输电线路上的有功损耗都是无用的能量损耗；还有量大面广的照明用电，都可以通过采用先进技术及新型节能光源加以改善。
节能设计要结合实际经济效益因素，不能因为节能而盲目投资，增加运行费用。技术或设备的革新、换代增加的投资，应该能在较短的时间内用节能所节省的运行费用收回。选用节能设备时，应具体了解其原理、性能、效果，经技术、经济两方面比较而定。节能措施必须遵循技术先进、经济合理、环保实用的原则。
参考文献