电源稳定性设计范例(12篇)
时间：2024-04-13
时间：2024-04-13
[关键词]稳压电源；系统设计；雷达
中图分类号：TU851文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）01-0030-01
稳压电源是雷达各个分系统的重要部分，它直接决定了雷达是否能正常工作。为了解决雷达稳压电源传统指标测试效率低和准确率不高的问题，提出了自动测试的系统设计方法，介绍了稳压电源自动测试系统的组成和功能，阐述了自动测试系统完成测试的过程和数据处理方法，并与传统测试方法进行了比较，展示了自动测试系统的优越性。
1测试系统设计目标
1.1传统测试方法面临的问题
传统的稳压电源测试方法是需要测试人员用数字三用表对稳压电源的各个引脚的输出信号依次进行测量，并与文件中规定的各个引脚信号电平进行对比。这种测试方法不但需要大量测试时间，而且由于雷达稳压电源引脚很多，大部分都是210个引脚，导致测试过程中容易点错引脚或者看错图纸等情况出现，需要测试人员反复验证，测试效率不高。而且随着稳压电源型号增多，又导致测试人员配置日益不足，给稳压电源的生产验收工作带来极大的不方便。
1.2自动测试系统设计目标及可行性
稳压电源的自动测试系统的设计目标就是把测试人员从繁杂的测试过程中解放出来，通过计算机帮助测试人员进行稳压电源输出信号的测量工作，并与预先设置的信号电平进行比较，从而判断出该型号稳压电源是否正常，并估计故障点的位置，以协助操作人员进行维修。另外，测试系统在硬件不变的情况下，还要具有可扩充性，以便于在硬件不变的情况下，测试以后可能出现的新型号稳压电源。
标准化使自动测试系统的实现成为可能。现在稳压电源采用PDS210JW接插件，输入采用直流24V。设计一个通用接口和控制软件，既可以实现对现有稳压电源的自动测试，也可以通过软件的更改实现新型号稳压电源的测试。
2自动测试系统组成
自动测试系统组成包括硬件设备和测试控制软件两部分，共同完成稳压电源的自动测试。
2.1自动测试系统硬件组成
稳压电源自动测试系统硬件组成如图1所示，主要有支架、电源、控制计算机、电子开关、数字多用表模块、打印机、显示器以及连接电缆等组成。
控制计算机主要任务是控制电子开关工作，然后通过数字三用表采集和储存测试数据，并判断被测稳压电源的工作状态是否正常。
显示器主要任务是方便人机交流，显示测试数据和判断结果，并方便测试人员人为控制测试过程开始或中断。
打印机主要任务是打印测试数据和判断结果，便于存档或测试人员讨论分析。
电子开关控制测试支架上的210个引脚的中断或连通，以便于每次只测试一个引脚的输出信号。
数字多用表模块主要任务是采集测试数据。
测试支架的功能是固定待测稳压电源，保证测试线路的可靠连通。
打印机打印控制显示系统处理后的测试结果。
2.2自动测试系统软件组成
该测试系统主要任务是控制测试仪表和电子开关，完成对待测稳压电源的自动测试，它的软件设计主要包括3个部分：控制软件、计算显示软件和监视软件。
其中控制软件的功能是方便用户设置测试稳压电源型号、控制测试过程的开始和中断等，并控制仪表按要求步骤工作和采集测试数据。
显示判断软件的功能是对采集数据进行计算存档和在界面上显示，并与预先设置的标准信号进行比较，判断稳压电源的工作状态，并推测故障稳压电源可能的故障部位，以便于测试人员对测试结果进行分析。
监视软件的功能是监视测试系统运行状态，对测试系统发生的故障进行定位，在发生故障或测试结束时，报警提醒测试人员。
3测试方法概述
3.1测试过程
在测试稳压电源时，先按照图1连接好待测稳压电源和仪器仪表之间的电缆，然后开启控制计算机检查设备是否正常，设置待测稳压电源型号，完成之后在控制界面启动自动测试。
控制程序控制电子开关接通第一个引脚，待稳压电源工作稳定后开始测试第一组数据，控制程序从数字三用表中取走当时的测试数据，储存并送到显示系统，并在显示界面显示采集数据结果和判断结果。
在控制显示系统采集完第一个数据测试后，向电子开关发出改变引脚的命令，然后电子开关断开上一个引脚，接通下一个引脚，并开始采集下一组数据。
当新引脚超出预设的引脚范围时，控制系统发出结束命令，关闭仪表，整个稳压电源测试完成。
3.2测试数据处理
自动系统采集的数据分为两种，可以供测试人员选择使用，一种是未经过处理的原始采集数据；另一种是经过显示判断软件处理后的最终结果[10]。当自动测试系统完成对稳压电源的自动测试后，由于测试数据比较多，靠人书写比较费时而且容易出差错，显示判断软件通过显示器提示测试人员是否储存测试数据，并可以通过打印机接口把数据打印存档。
【关键词】单片机；直流稳压；数模转换
一、数字式可调稳压电源原理介绍
1.方案分析与选择
方案一：数控部分用单片机带动数模转换芯片提供线性稳压电压的参考电压。
优点：对于单片机，系统工作在开环状态，对数模转换的精度要求较高，设计成本低。
缺点：功耗较大，LED数码管输出显示不是系统的精确输出电压，须对它进行软件补偿。
方案二：数控部分用AVR单片机的PWM组成开关电源，再利用AVR的AD转换对输出电压进行实时转换，利用软件进行电压调整以达到稳压。
优点：硬件简单，稳压的大部分工作由软件完成，对单片机的运行速度要求很高，利用手头的ATmaga16L单片机最高8MHz工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高，功耗小。
缺点：输出纹波电压较大，对软件的要求很高。
方案二简单的电路结构起初对设计者很吸引，但是后来了解到AVR单片机的PWM的精度用于开关电源比较勉强，而且开关电源有个通病：纹波电压大，考虑到设计目标对电源的功耗要求不是很严，同时为了保证纹波足够小也鉴于自身对于51单片机和线性电源较为熟练，故选择方案一。
2.总体设计原理
本设计采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，利用4×4键盘输入数字量，通过控制单元输出数字信号，再经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，最后经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。
二、数字式可调稳压电源硬件电路设计
本系统的硬件电路设计主要围着AT89S52单片机作为整机的控制单元用PROTEL99SE设计软件来布线的，其中还用到了模数转换芯片DAC0832、外部存储芯片24C01、放大器芯片LM324、4×4矩阵式键盘、数码管等其他器件。总体框图考虑到各个元件的电气特性，例如元器件之间的干扰问题，接地问题，布线问题等，本系统将硬件电路设计分为数字部分和模拟部分。
（一）稳压电源数字部分电路
稳压电源数字部分电路即单片机接口电路主要包括：DAC0832数模转换电路、EEPROM接口电路、键盘接口电路、扬声器接口电路、复位电路、晶振电路及数码管显示部分电路。
1.单片机接口总电路
单片机AT89S52与器件的接口总电路如图1所示，下面将各部分电路介绍，AT89S52的P0、P2.5-P2.7接数码管输出显示部分电路，其中P0口用来输出字段码；P2.5-P2.7用来输出数码管选通位信号；P2.0、P2.2分别接外部存储芯片24C01的数据线（SDA）和时钟线（SCL）；P2.3接扬声器电路，为执行内部程序指令，EA/VPP必须接VCC。
AT89S52的P1口与数模转换芯片DAC0832相连接，用来输出数字量信号；RST为复位脚，用来输入复位信号，同时它还与P1.5-P1.7一起用作ISP下载端口；P3口用做键盘信号输入端口，XTAL1、XTAL2接晶振电路。
2.单片机电路接口电路
主要有：24C01与单片机AT89S52接口电路、4×4矩阵键盘接口电路、扬声器电路、AT89S52单片机复位电路及外部晶振电路、数码管显示部分电路。下面简单介绍一下存储芯片。
稳压电源设计中利用它存储电压输出值，实现掉电保存当前电压值的功能。它的引脚1、2、3、4、7接地；8脚接+5V；5脚与6脚分别接单片机的P2.0、P2.2的同时接5.1K上拉电阻后再接+5V（因连接总线的器件的输出端必须是集电极或漏极开路，以具备线“与”功能）。
3.数字部分电路PCB设计
本系统中，数字部分电路PCB采用Pro-tel99se软件进行设计。如图2所示：
（二）稳压电源模拟部分电路
稳压电源模拟部分电路主要包括电源部分电路，由运放LM324、达林顿管TIP127等构成的输出电压控制单元电路。另外，模拟部分电路属于高压部分，稳压管和达林顿管发热量比较大，要带散热片；同时须将它与5V低压工作的数字部分电路分开，这样可有效地防止元件的损坏，这也是系统为什么将电路设计分为数字部分和模拟部分的原因。
1.电源部分电路
在系统设计中考虑到单片机及其他器件的电源供电问题，采用一个变压器将220V交流电降压再经电桥整流，获得25V左右的平稳电压，然后用稳压管78L24、78L12、78L05进行三次稳压，分别获得24V、12V和5V的稳定电压，24V提供的是运算放大器LM324和达林顿管TIP127的工作电压，5V是AT89S52单片机和DAC0832的工作电压。图3所示。
2.输出电压控制单元电路
系统中，矩阵键盘输入数字信号经AT89S52处理后输出给DAC0832，数字信号经过数模转换后输出的是电流量，因此必须将电流量接电阻后接反馈放大电路以实现稳压输出。本设计的模拟部分利用了LM324作为放大器，采用二级放大电路，第一级为同相比例放大电路，第二级为闭环反馈放大电路。
本设计实际用到的数字式可调稳压电源模拟部分输出电压控制单元电路，其中用电位器和微调电阻作为校准电压值硬件补偿；用达林管TIP127作为调整管，由于其工作时发热量较大，须外加散热装置。
三、数字式可调稳压电源软件设计
本系统软件设计要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，处理后的数据送4位共阳数码管，再送到8位数模转换芯片（DAC0832），以实现数字量对电压的控制。系统中的主程序主要完成键盘扫描、判断、处理和数码显示。
1.编程语言及输入
C语言在单片机的应用中，由于其逻辑性强，可读性好，比汇编语言灵活简练，目前越来越多的人从普遍使用汇编语言到逐渐使用C语言开发，市场上几种常见的单片机均有其C语言开发环境。因此，在本系统中，考虑到汇编语言的这些缺点，采用了C语言作为软件设计语言。
2.软件补偿编程
由于系统采用DAC0832进行模数转换线性稳定度不够好，因此系统实际输出电压值与输出显示值存在误差，必须用软件补偿的办法来消除误差。为此通过测试多组实际输出电压值与输出显示值对比，然后进行软件补偿，所以程序中调用软件补偿函数对输出电压值的补偿，从而消除误差。
四、结束语
本系统的不足之处就是不能对输出电压进行实时采样，为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，系统通过加入模数转换模块（ADC0809芯片）进行模数转换，间接用单片机实时对电压采样，然后进行数据处理及显示。这样一来使系统输出误差更小，效果更好，这也是系统将来的一种功能扩展。
单片机实现的数字式可调稳压电源由于原理简单、稳定性好、精度高、成本低、易实现等诸多优点而受到越来越广泛的重视。其性能优于传统的可调直流稳压电源，操作方便，非常适合一般教学和科研使用。
参考文献
[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
[关键词]电力系统；规划设计；内容；公式；准备阶段
中图分类号：TM715文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）36-0600-01
一、电力工程设计中所包含的系统规划设计的内容
第一，电力工程项目所在区域中的电力负荷的预测和分析，对于要进行建设电力工程项目的区域一定要进行电力负荷预测和负荷特性分析的工作，这是电力规划设计中基础的工作。进行电力负荷预测的时候，可以先进行中短期负荷的预测工作，要进行预测的时候一定要综合所在区域的国名经济发展计划和发展的趋势进行预测，这样得出的数据才是接近实际情况的，此外要运用工程价值原理进行电力工程全寿命周期分析比较。并且要对接入电力系统后对电网的影响进行分析。
第二，对于电力系统的设计分析，其核心内容在于对电源的规划，调查周边电网电源规划情况，并对其进行详细分析，是电力工程项目能够接入系统的重要的一环，。电力电源一般分为地方电源以及统调电源两类，地方电源主要指的是个人（尤其是光伏发电设备）、企业自备的发电机组等，而统调电源则是指属于电网控制管理调度的各类大型发电厂。各类的电源的装机容量和发电能力是各不相同的，所以对于电源的分析统计也就显得尤为重要了。
第三，要综合建设地点附近的电源电网的规划情况，进而计算出新建电力工程项目的出力情况的分析。对建设地附近的电源电网的规划情况的分析工作，以得到将要建设的电力工程可以做出的电源的出力情况，以确定是否要进行该项电力工程项目的实施。对于电源装机容量进行分析的时候要综合考虑统调的电源和地方的电源，因为不同的电源在不同的时期对于电源的供应情况是不尽相同的，只有进行综合的分析，才可以得到最正确的分析的结果。这样才能更加的明确项目实施的可行性。
第四，在对电力系统的规划设计中，必须要优先考虑电力电量的平衡，对电力负荷以及电源出力分析做出前期评估，大致计算出每年电力系统的最大负荷，且分析电力系统中的各类电源出力将两者结合起来计算得出电力电量盈亏，以此来得到电力系统的发电设备容量和所需的变电等数据。基本要求是能够满足系统需要的备用容量以及工作容量的总和，并且在保证电力电量平衡的同时，还要根据分区间的电力电量交换来对设备容量进行增减操作。
第五，通过综合电力负荷分析和电力规划的结果，确定电力和电量是否是平衡的。电力电量的平衡会约束电力系统的规划设计工作，对于电力电量的平衡进行计算，会直接影响电力系统设计的设计方案，进而影响电力工程项目的规模和布局，在进行电力工程项目的设计的时候还要综合考虑新建的电力工程要通过什么样的方案接入电力系统。在进行电力工程接入系统方案的确定时候，要考虑被接入电网的特点和发展的情况，还要综合考虑政府对于接入方案的审批意见，最终确定接入的方案。电力工程的接入方案要考虑到实际的用地情况、接入方案是实施性和能源的消耗的问题，只有确保整体的接入方案的节能才能进行实施。
第六，规划设计区域之内电网的主干网架的规划设计。一般电网网络的结构是影响到城市配电网的供电可靠性与质量的重要因素，也是城市中电网发展的一个基础工作，所以，对规划城市中配电网网架结构的规划工作是一个主要目的与内容。对配电网来说，因为它在结构上较为简单，并且与实际的联系非常密切，有着很大不确定的性质，所以在进行规划设计的过程中只需要进行规划原则的明确就可以了。
第七，电力系统规划设计中电力工程电气的计算工作，电力工程的电气的计算工作包括以下几方面的内容，其中包括电流的潮流计算、电流的稳定性计算、短路电流的计算和进行无功补偿的计算。潮流计算主要是对电力网络中的功率和电压的分布进行计算，通过潮流计算可确定系统运行方式，检查各元件是否满足运行要求，并为系统继电保护和稳定计算提供依据和初值。潮流计算作为电力系统设计中最基本的计算，是比较电力工程各接入系统方案最直观的方法。通过潮流计算得出的电网各节点电压、各网络元件电力损耗、以及电力潮流的分布情况，可直接用于分析各接入系统方案的可靠性、合理性和经济性。
稳定计算是指根据要求，对电力系统的各种故障情况进行模拟计算和分析，从而确定电力系统稳定问题的主要特征和稳定水平。稳定计算多是基于潮流计算结果的基础之上，在工程设计中常用到的稳定计算包括电力系统暂态稳定计算、电压稳定计算、以及频率稳定计算等。通过进行各种稳定计算，可校验各接入系统方案的运行参数能否满足稳定运行的要求，在必要的情况下提出安稳策略和保障措施。短路电流计算主要是验算在给定的网架中，由于故障短路而在电气元件上产生的不正常电流值。计算项目工程接入系统节点处的各种短路电流，能为电气设备的选型提供依据。
在进行确定网架结构和系统运行方式的时候，进行短路电流计算可正确选择及校验电气设备，选用正确的继电保护整定值和熔体的额定电流，从而确保在故障情况下能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。系统的短路电流宜限制在合理的水平，当短路电流水平过大而需要大量更换工程相关网区已有电气设备时，应提出限制短路电流的措施。进行适当的无功补偿，可向电力网络中的感性负荷提供相应的无功功率，从而减少各种网络元件因传输无功功率所造成的电能损耗。
二、如何进行电力系统规划设计的工作
1、进行电力系统规划设计的准备阶段
在进行电力系统规划设计工作之前，我们应该先收集里工作比较近区域的电力系统的现状，并对其进行了解，把这些收集到的资料基本情况和特点进行分析和整理。当然，还要收集，现在原有的变电站、线路和统调电源的资料，收集完资料后，开列成表格的形式录入数据库内，这样就形成了电网的基础数据，这样还能方便今后的观察。与此同时，我们还要收集电力主网规划的最新报告，对近区的电网的发展方向和变化特点进行一定的了解，将规划电力网络资料录入数据库，形成各规划水平年的网架基础数据。
2、电力系统规划设计的开展工作
在开展电力系统规划工作之前，我们要先关注电力系统变化的最新情况，更新好数据库的资料，收集和研究每个地区的负荷情况以及特点，并且还要掌握大网内各个电厂、变电站、电力线路的地理分布情况和他们的数据资料，为今后的电力系统规划设计工作做好准备。我们还要针对新项目工程，对当地的负荷情况的收集工作展开，还要及时的封信当地以及附近电力系统的资料。最后，我们还要对各类电气进行计算，配合项目工程的设计工作。
参考文献
[1]张云飞.电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].中国高新技术企业，2011，07：82-83.
[2]魏子添.浅析电力系统规划设计[J].科技传播，2011，09：62-63.
[3]钟俊强.分析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].广东科技，2012，03：66-67.
关键词：555单稳态定时器；延时电路；继电器
中图分类号：H02H文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0310072－01
1综述
近几年来，由雷电引发的灾害发生的频率呈上升趋势。随着用电器使用数量的不断增加，雷电在摧毁用电器的同时造成的火灾和触电事件也随之增加，雷电灾害的频繁发生给人们的日常生活带来了很大困扰，由于雷击瞬间产生能量大，难控制，危险性高，给人们的生活工作带来极大的影响，对国家造成的经济损失是不可估量的。由于电压不稳定对电器会造成不必要的损害，为此我们认为对电磁脉冲的防护以及对电源电压欠压保护是必要的。过流过载极易导致用电器损坏并容易造成火灾。为了方便人们的生活和工作，响应安全用电的号召，减少不必要的经济损失，至今市场上仍未出现一种安全可靠的用电保护器，而NE555新型用电保护器的设计更是填补了市场在这方面的空缺。
基于NE555新型用电保护器的工作设计包括两大部分：避雷部分，过压欠压、过流过载保护部分。
2设计方案
2.1设计思路
1）在电源保护器中将雷电迅速导入大地，避免因雷电沿电网进入用户造成火灾或其它的不良事故。
2）当电网供电过压、欠压或者动力电侵袭时通过采样检测和控制电路，使该电源自动断电，停止该向用电，起到保护作用。并不影响其它的其它电源的工作。
3）当负载超过规定限额时，通过控制电路该电源自动停止供电。并且在负载正常时又能自动地恢复工作。当严重超载或发生短路时，采取限流保护，减少火灾等事故发生。
4）出现漏电触电事故时，通过保护器检测，该电源自动起保护停止工作，只有在故障排除后人工操作是电源恢复工作。
本设计包括两大部分：①电源避雷部分；②过压欠压，过流过载保护部分。①电源避雷部分是在雷电发生时，把将落在电源线路和天线上的超高压脉冲电流通过电容和SETCO42、SETCO45等元件导入大地，以此对电器起到保护作用；②过压欠压保护部分则是利用变压器的变压特性，把市电的变化引起电压的变化情况通过变压器反映在后面的电路中，通过稳压二极管设定基准电压与变化电压在LM339中进行比较，从而输出高、低电平，以此触发555单稳态定时器，根据其输出高、低电平的变化点亮红、绿LED灯，以此反馈电路中的过压欠压、过载过流等一些异常情况；同时555定时器输出的高、低电平决定着继电器的释放与吸合，并且随着定时器的延时来保证所接设备的正常工作，达到防止其受到损害的效果。
2.2核心元器件与主要技术指标
LM339继电器NE555SETCO42SETCO45
主要技术指标：
温度设定范围为：-20ºC～80ºC
温度控制静态误差：≥1ºC
控制输入电压：180V≤U≤250V
2.3集成电路的选择
集成电路的种类较多。电压的控制难度大，因而灵敏度较低。但LM339是美国一家知名公司生产的二端式集成电路，具有体积小重量轻、线形度好性能稳定等一系列优点。它的测压范围为0V～20V，满刻度范围误差为±0.03V，当电源电压在2～36V之间，稳定度为1%时，误差只有±0.01ºC，完全适合用于本设计对电压测量的要求。另外，LM339是温对于提高保护器抗干扰能力也有很大的帮助，完全适合用于本设计对电压测量的要求因此本设计选用LM339作为电压比较电路。
在使用LM339时，为了避免器件与水的的直接接触，应将集成电路装入保护套管中，或将器件用聚四氟乙烯硬质乙烯树脂等材料密封，以避免水对电路造成危害对集成电路腐蚀和对测量精度产生影响。
3单元电路
3.1电路设计
3.2NE555
NE555只需简单的电容和电阻，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。并且其操作电源范围比较大，它的输出电平及输出触发电平均能与逻辑电路的高低电平匹配，输出端供给电流大，可直接推动多种自动控制负载，计时精度高、温度稳定性佳，且价格便宜，所以我们选择NE555计时IC。
3.3继电器
3.3.1继电器工作的外界环境
1）温度：外界温度一般为-5℃～40℃。昼夜平均温度一般不会超过35摄氏度。
2）湿度：是指继电器周围环境的湿度。一般不会超出继电器的正常工作范围。
3.3.2灵敏度
1）吸合时间=25ms
2）释放时间=25ms
4工作原理
1）当发生雷击时产生强大电压时，单元电路一中红灯亮（正常时绿灯亮），并且产生的强电流通过电容以及setco42，setco45等元件接地，过滤掉，起到防雷击保护作用，以防强电流击毁后续设备，从而达到保护电路设备的目的。
2）电源电压在180～250V，即该用电保护器处于正常工作电压范围时，单元电路二中绿灯亮，连接电器正常工作，并且可以根据其所处环境的需要对电压进行调整。
3）电源电压高于250V或低于180V时，即过压或欠压时，单元电路二中红灯亮，连接电器出现异常工作，并且自动切断电源，直至电压处于正常工作范围时恢复工作。
4）电源电压恢复到正常电压范围时，以及把电路接触不良，不慎操作等引起的电路时通时断等问题排除后，该保护器可以自动延时一段时间（比如1～10min，具体时间可由自己设定）后接通电器设备电源。
在设计方案中，我们的技术核心有：变压器、LM339、555单稳态定时器及基本的电子元器件。在保护器工作中，我们利用变压器的变压特性，把市电的变化引起电压的变化情况通过变压器反映在后面的电路中，通过稳压二极管设定基准电压与变化电压在LM339中进行比较，从而输出高、低电平，以此触发555单稳态定时器，根据其输出高、低电平的变化点亮红、绿LED灯，以此反馈电路中的过压欠压、过载过流等一些异常情况；同时555定时器输出的高、低电平决定着继电器的释放与吸合，并且随着定时器的延时来保证所接设备的正常工作，达到防止其受到损害的效果。
5制作与调试
5.1制作
为了操作和维修方便，本设计将电源及主控制部分分开单独安装，分为四个部分，四个电路分别为：采样电路、防雷电路、主控电路、延时电路。此外还增加了若干插口，以便各部件的连接。
硬件电路制作包括印刷线路板制作、焊接接等几个方面，印刷线路板的设计是在计算机上利用protel软件进行辅助设计。
5.2调试
依次对防雷击电路、采样电路、主控电路、延时电路分别进行调试。对于动态过程可以简短的调试配合硬件电路的调试。
6结语
本设计是一个集成电路控制智能新型保护保护器灵敏的利用继电器的通与断来控制输出，当漏电、触电、欠压、过压、过流、过载、动力电或雷电侵袭等情况出现时自动断电，并能自动恢复，并能抑制雷电，保护器稳定可靠，在日常生活、工农业生产和科学实验中都有较广的使用价值。并且使用了集成电路使电路体积微小化，简单化，精确化。使产品更加实用化。
参考文献：
[1]陈大钦，电子技术基础实验，高等教育出版社，1999.
关键词：射极跟随器；直流电源；稳定
中图分类号：TN710.9
直流稳压电源的集成电路越来越多，但是一般集成的电压源输出的电压值都是固定的，一般为5V\12V\24V，所以在特殊情况下，当需要提高超过上述范围的电源电压时，一般采用分立电路来独立的设计电压电源电路，因此，如何进行电路设计以及怎样保证输出电压的具有稳定性就成为我们面临的一个难题。本文主要针对基于射极跟随器来构成直流稳定电源的设计，将从两个方面做主要介绍，一个是射极跟随器的分析，另一个是如何设计电源电路，从而保证输出电源电压不会由于负载变动而产生波动。
1射极跟随器分析
射极跟随器是指从基极输入信号，从发射极输出并跟随输入信号进行工作的一类放大器。它的主要特点表现为输入阻抗高，输出阻抗低，所以使输出电压几乎不受负载电流变化的影响而一直保持在一个相对稳定范围。所以经常将这类放大器用于多级放大电路的输入级和输出级上。下面是射极跟随器的简易电路图，如图1所示。
图1射极跟随器电路
其中，RL为负载电阻，从交流角度来看，电阻RE与RL并联，也就是说可以将电阻RL看成是并联在电阻RE上的，所以改变RL产生的影响与改变RE产生的印象是一样的。又因为对于一般的晶体管而言，它的发射极的电位受其基极的电位的影响远比受其发射极电阻RE的影响大得多。所以在发射极电流较小的情况下，我们一般认为发射极的电位只与基极的电位有关而不受其负载电阻RL的影响，所以改变负载电阻RL的阻值大小，输出电压的值保持不变，所以，一般可近似认为射极跟随器的输出阻抗为零。
射极跟随器的频率特性非常好，但是由于输入端的输入阻抗较高等原因，从发射极向基极加反馈时会容易引起震荡，所以必须考虑电源电路的去耦。
2直流稳定电源电路设计
直流电源电路是在射极跟随器电路的基础之上建立起来的，电路的输入信号采用输入直流电压信号，其简易电路如图2所示。
图2直流电源电路
在图2中，电容C1（0.1μF）是电源的小容量去耦电容，即用于降低电源对地的交流阻抗而使用的电容。从而抑制电源电路发生震荡，保证输入电压的稳定。根据电容的阻抗值与频率的关系，理论上来看，频率越高阻抗越小，但是根据真实的电容的阻抗值与频率关系的特性曲线得知，当频率超过某一特定的频率值之后，电容阻抗与频率不在满足这一等式，相反随着频率的升高，电容阻抗值可能会升高。
所以在实际应用中，小容量的电容（0.01-0.1μF）比较适合用于较高频率下，此时电容的阻抗较小；而相对大容量的电容（1-100μF）则比较适合用于频率较低的电路中，保证电路中电容的阻抗值最小。一般情况下我们用到的直流电源电路都属于低频电路，所以在这里为了减少布线的阻抗，用小容量的电容做去耦电容，并且布局时紧靠电源支路，从而保证去耦作用达到最优的效果。
电容C2是为减少输出端输出阻抗的而设计的电容。若在电源电路中存在负反馈回路，则整个电源电路的输出阻抗将会下降，所以可以说输出端阻抗对输出电压的影响不是特别明显，也就是说此时电容C2的设计不是必须的。但是在没有负反馈回路的电路中，考虑到输出阻抗对输出电压的影响，建议使用电容C2降低输出阻抗，从而保证输出电压的稳定性，此时电容C2一般取值为1-10μF左右。
根据要求输出的电压值，确定齐纳二极管D两端的电压值。在这里先假设要选用齐纳二极管的电压为5.6V。又因为，基极到发射极的偏置电压VBE（0.6V-0.7V）左右，所以可以大概算出，输出电压近似为5V。也就是说，选择合适的齐纳二极管就能得到任意的输出电压。当然考虑电路设计，为消除齐纳二极管的噪声，建议在齐纳二极管附近并联一个电容C3（10μF左右即可）。
G为比较放大器，将电路的输出电压Vout与基准电压V输入到比较放大器的两个输入端，再通过比较放大器的处理之后，将两者的比较结果返回到设计放大器的基极，这就构成了最基本的负反馈回路。
通过加入负反馈回路，当负载电阻或负载电流发生变化时，因为电路的贯通性必然导致输出电压Vout发生变化，但是又由于负反馈电路的存在，会在输出电压发生波动时通过反馈回路及时将电压波动反馈给输入端，并与设定值进行比较从而很大程度的抵消电压的波动，保证输出电压Vout基本恒定，且基本等于基准电压V。从而建立起一个能够输出稳定电压的电源电路。
参考文献：
本文以数字集成电路为核心，设计能够实现智能控制的半导体激光器电源。
半导体激光器LD工作影响因素
半导体激光器的核心是PN结一旦被击穿或谐振腔面部分遭到破坏，则无法产生非平衡载流子和辐射复合，视其破坏程度而表现为激光器输出降低或失效。
造成LD损坏的原因主要为腔面污染和浪涌击穿。腔面污染可通过净化工作环境来解决，而更多的损坏缘于浪涌击穿。浪涌会产生半导体激光器PN结损伤或击穿，其产生原因是多方面的，包括：①电源开关瞬间电流；②电网中其它用电装备起停机；③雷电；④强的静电场等。实际工作环境下的高压、静电、浪涌冲击等因素将造成LD的损坏或使用寿命缩短，因此必须采取措施加以防护。
传统激光器电源是用纯硬件电路实现的，采用模拟控制方式，虽然也能较好的驱动激光，但无法实现精确控制，在很多工业应用中降低了精度和自动化程度，也限制了激光的应用。使用单片机对激光电源进行控制，能简化激光电源的硬件结构，有效地解决半导体激光器工作的准确、稳定和可靠性等问题。随着大规模集成电路技术的迅速发展，采用适合LD的芯片可使电源可靠性得到极大提高。
系统设计
系统框图见图1。主要由以下几部分构成。
・供电电源：实现系统供电电压(交流220V)与系统工作电压之间的转换。并采用滤波技术，使得半导体激光器工作的电压纹波很小，保证半导体激光器的正常工作。
・智能控制：主要由CPU来完成。LD电源工作在恒流模式下，设定电流后，CPU根据传感器采样的电流信号值，经过一定的算法后将输出电压经过运放电路送到激光器驱动芯片的反馈引脚，进行自动调节以达到设定的电流输出，实现激光器的智能化。・保护电路：半导体激光器驱动系统必须配备保护电路。保护电路将减小LD实际运用中受到的外界影响，增强了系统的可靠性。这部分主要包括过温保护、过流保护、浪涌保护等电路。
硬件电路
设计电源在连续模式下输出电流0～1.5A连续可调，具有很高的电流稳定度和很小的纹波系数，满足中小功率LD所要求的分辨率、稳定性和噪声性能。
恒流源电路
LD供电电路是一个恒流源(见图2)。ETC公司恒流源驱动芯片HY6340为核心元件。供电电压VEE的稳定对输出恒流信号的稳定起着重要作用，因此采用多重滤波技术，将VEE的纹波控制在1mV以下，保证HY6340芯片输出端12、13、14引脚信号的稳定。调节5引脚和6引脚到VEE之间的电压可以分别设定过流保护阀值和过温保护值。在恒定电流工作方式下，通过调节21引脚的输出电平来控制输出电流的大小在0-1.5A之间连续可调。
处理单元
选用Silicon公司的C8051F020为数字处理单元。在扫描按键功能实现中使用了CH451，芯片内置去抖功能和键盘中断功能。可以节省单片机的内部运行时间，确保按键读取的准确性。
电路
为实现调制信号输出电压的独立可调，在输出端添加了两级输出运放U14A和U14B。考虑到带宽要求所以放大器选用Maxim公司的高速运放MAX4215。利用高速运算放大器组成减法电路，使得输出信号由原来的对称于地电位的2Vp―p变为以2.5V电压为中心的2vp-p。当需要外接调制电路时则启动核心单元控制继电器，从而达到内置调制电路和外接调制源之间的转换。
软件设计
软件采用c51编写程序，包括主程序和中断响应程序部分。
主程序主要是实现软启动、慢关机和控制发火。在系统启动时，初始化系统后进入人机对话界面，扫描是否有按键按下，若有则调用按键处理程序，操作者可通过键盘设定输出电流输出电压基准值，同时显示，以便确认。开始工作，通过缓慢增加电压的方式来实现系统的软启动，保护LD。正常工作时，硬件电路中采样电流信号，从数模转换电路出来的信号经过采样电阻，得到相应的电压信号，传给单片机，送出显示。若出现电流波动情况则进行PID控制，其中采用了中值与均值复合滤波方法处理。系统对D／A输出信号调整，进而调整输出电流。主程序中的循环部分不断探测LD的工作电流、工作温度和发射功率，并显示出来以便查看。如果出现故障，中断信号送入单片机端口(分别相应过压、过流、突然断电情况)，系统分别调用中断程序实现对系统的快速保护。主要控制功能均利用中断实现，保证系统响应的实时性。最后当操作者按下按键关闭设备时，系统调用慢关闭程序，安全地停止工作。
数字滤波
对系统干扰作用的冲击信号往往具有较宽频谱，且具有随机性。对此，系统采用了软件方法对采样信号进行了数字平滑滤波。通过对信号进行处理，减少干扰对有用成分的作用。常见数字滤波的方法有中值滤波、均值滤波等。将中值滤波与均值滤波方法结合，构造一种复合滤波方法，具体做法是：首先对样本信号排序，去掉其中的最大值和最小值，再对余下数据组成的序列计算均值作为滤波结果，这样既可滤除冲击干扰又保留了有用信号成分。
保护设置
软启动和慢关机：系统的启动或关闭均由启动／停机键控制。如果判断为开机。则命令LD驱动芯片预热工作，再逐渐增大工作电流至设定值，实现软启动。如果判断为关闭，则逐渐降低工作电流直到零，实现侵关机。
电流过载保护：程序设定或通过键盘确定电流值上限值，CPU通过控制数字电位器调节激光驱动芯片PIN21的电压并检测电流，保证流经LD的电流的稳定，防止出现过流而损，坏LD。实时比较电流设定值和采样值，当实际值大于上限时，系统启动限流保护动作。
测试结果
根据设计制作了数字式电源，连接现有的实验室用的半导体激光器，进行性能测试。
开机后激光器预热半小时，通过软件设定方式调节激光器的工作电流至1.5A，激光器启动系统运行，工作电流平稳上升达到1.5A，动态响应时间在1.5～2s之间。系统输出电流为1.5A，连续工作4小时，每间隔10分钟记录1次电流，按照时间排列测试次序和相应的电流值。测试结果数据描绘曲线见图3。结果表明系统的控制电流稳定，误差小。测试结束后关闭激光器，系统逐步减小输出电压信号，降低输出功率至零后激光器停止工作。结果表明，采用数字控制方案的电源达到激光器的稳态精度要求。
关键词：KU波段低噪声放大器；设计；理论；仿真
中图分类号：S611文献标识码：A
一、低噪声扩大器设计理论
（一）低噪声扩大器的电路构造
低噪声扩大器通常由扩大器材、输入输出匹配网络、级间匹配网络和直流偏置电路等有些构成。低噪声扩大器的电路构造方式有平衡式和非平衡式两种。这篇文章选用有反应的非平衡式扩大器。相对于平衡式扩大器，其主要长处是构造简略紧凑、本钱更低，在取得低噪声功能的同时也可取得较高的增益，且能在较宽的频率范围内取得平整的增益特性
（二）低噪声扩大器的性能指标
微波低噪声扩大器的主要指标有：作业频带、稳定性、噪声系数、增益、驻波系数以及增益平整度等。其间噪声系数和增益对全部体系的影响较大。
1、稳定性
通常将扩大器分为肯定稳定和潜在不稳定两大类。假如负载阻抗和源阻抗能够恣意挑选，扩大器都能稳定地作业，则称为肯定稳定或无条件稳定；假如负载阻抗和能源阻抗不能随意意挑选，只有在一定范围内取值扩大器才干稳定作业，称为潜在不稳定或有条件稳定。肯定稳定的充要条件为：
2、噪声系数
噪声系数的定义是输入端信噪比与输出端信噪比的比值。信号经过放大器以后，因为放大器发生噪声，使信噪比变坏，信噪比降低的倍数即是噪声系数。在计算多级放大器的噪声功能时，主要考虑的是系统总的噪声系数。级联二端口网络噪声系数的计算公式为：
由上式可知，当最高级网络的增益足够大时，最高级网络的噪声系数F1对体系的总噪声系数Ftot起决定作用。因而，要降低放大器的噪声系数，除了要挑选噪声系数小的晶体管以外，还要将放大器的输入网络设计成最好噪声匹配状况。
3、增益
微波低噪声放大器的增益是微波晶体管的S参数、源阻抗Zs、负载阻抗ZL、二极管的直流偏置和作业频率的函数。微波放大器的功率增益有多种界说，比如：实践功率增益、变换功率增益和资用功率增益。对于实践的低噪声放大器，功率增益通常是指信源阻抗和负载阻抗都是5Ω状况下实测的增益。
4、驻波系数
低噪声放大器的输入输出驻波比表征了其输入输出回路的匹配状况。在设计低噪声放大器的匹配电路时，为了取得最小噪声，输入匹配网络设
计为挨近最好噪声匹配网络而不是最好功率匹配网络，而输出匹配网络通常是依照最大增益设计。所以，低噪声放大器的输入输出端老是存在
某种失配。假如失配超越必定极限就会导致损耗添加，电路不稳，故需要对驻波比进行优化。输入输出端口的匹配程度，决定了端口对输入输出信号的反射状况，匹配越好，信号的反射越小。
（三）低噪声放大器的设计过程
低噪声放大器的设计过程通常包含以下五个过程：
1、器材和模型挑选。
2、电路方式挑选。
3、稳定性设计。
4、直流偏置电路设计。
5、匹配电路优化设计。
二、低噪声放大器的设计与仿真
（一）器件及电路结构选择
1、器材与构造
LNA构造形式主要有单端式、负阻反射型、平衡式等三种，单端式LNA的长处是本钱低，但匹配、调试都很艰难，整机功能通常，通常用在对放大器的功能需求不高的体系中；负阻反射型LNA主要用于作业频率高，电路损耗大，单级增益低的体系中，随着技能的开展，这种构造现在用的越来越少；平衡式LNA具有杰出的匹配，易于完成单级标准化，具有杰出的匹配、噪声特性、相位特性和动态规模，端口驻波比较低，易于供给恣意级级联。缺陷是电路复杂，使明晶体管较多，本钱较高，通常用于对LNA功能需求高的体系，与GaAsMESFET比较，HEMT具有更高的电子迁移率、截止频率和更大的跨导，在低噪声使用方面具有无与伦比的优越性。依据设计目标需求，挑选Fujitsu公司的FHX04XHEMT芯片，该芯片具有0.25μm栅长，200栅宽，在12GH、VDS=2V、IDS=10mA，
单级增益可达到10.5dB，同时具有0.75dB的噪声系
数。根据指标要求，本文采用图1所示的平衡式方案，其中的3dB耦合器采用Lange耦合结构，根据增益要求，平衡结构的每一支路采用两级芯片串联。输入输出及级间用微带结构匹配，以电阻电容元件实现偏置、笔直电路。电路基板厚度为0.5mm，介电常数9.6。
图1平衡放大器的结构框图
（二）直流偏置设计
根据芯片参数，选择直流工作点为Idss=10mA，Vgs=-05mV。微带电路中偏压电路的设计原则如下：
1、反射小，即对主传输线的附加驻波要小。
2、引入噪声小，即要求在有高频能量传输的网络中，尽量使用无耗网络，特别是放大器的第一级，如果实在不能避免则必须要加滤波网络来减小附加噪声的引入。
3、附加损耗小，即要求在频带内呈现纯电阻要小，使能量尽可能的沿主线传输到负载，但能耗网络的引入可以改善系统的驻波，因此可以根据具体的设计需要进行取舍。
4、高频能量泄漏小，即要有一定的频率选择性，不能使频带内的高频能量沿馈电泄漏出去，而使放大器的增益和输出功率降低。
据此，应用高低阻抗和扇形短截线做成偏置网络，减少微波信号对直流电路的影响。
（三）偏置电路的设计
偏置电路是扩大电路的重要组成部分，挑选适宜的偏置网络也是电路设计的重要部分。直流偏置电路设计的目的是挑选适宜的静态作业点，使之能依据应用需要，表现有源器材的功能，而且维持电压、电流、温度满足动态规模的安稳作业。依据VMMK-1225管的数据手册，在Vds=1.5V，Ids=40mA的偏置条件下，Vgs=0.8633V。因而能够选用单极性无源偏置网络，在管子的漏极和栅极加偏置，源极为直流接地状况，选用常用的电阻自偏压构造为晶体管供给相应的直流电压和电流，偏置电路如图1所示。
图1LNA偏置电路
（四）稳定性设计
只有在微波管处于安稳的情况下才干进行匹配电路的计划，改进晶体管安稳性变成其重要条件，改进方法主要有以下几种：
1、负反应，能够在源极串联电阻后接地，构成负反应，使电路处于安稳状况，在实践电路中，反应元件常用微带线来构成。
2、采用铁氧体隔离器，能够起到极好的安稳效果，隔离器的衰减对噪声功能有必定的影响。
3、安稳衰减器，能够在漏极串联电阻或Π型阻性衰减器，一般接在低噪声放大器末级或末前级输出口。
4、当放大器频带外增益呈现不易消除的增益尖峰时，比如在工作频带外的低端，能够运用低端增益衰减网络。本文选择在源极串接微带负反应电路的方法改进管芯的安稳性。在源极串联短路微带线，构成
负反应，通过重复调试断定微带线参数，确保电路处于安稳状况。图2给出了改进后安稳系数的仿真成果，能够看出全部频带内安稳系数大于1，在全部频带内无条件安稳。
偏置电路是扩大电路的重要组成部分，选择适合的偏置网络也是电路计划的重要部分。直流偏置电路计划的意图是选择适合的静态工作点，使之能依据运用需要，体现有源器件的功能，并且坚持电压、电流、温度满意动态规模的安稳工作。
图2LNA的稳定系数
（五）输入输出匹配设计
1、最小噪声的输入匹配设计
依据噪声理论，低噪声放大器的噪声系数主要由最高级放大器决议，因而最高级输入端需要用最小噪声匹配。输入端匹配网络的使命，归结起来是把晶体管出现的复数阻抗变换为信源实数阻抗（即50Ω电阻性的源阻抗）。匹配电路输出端的视入阻抗应等于最好噪声源阻抗，如此使放大器取得最好噪声。本文中仿真环境的温度为16.85℃，依据上述理论，取得最高级放大器的输入匹配电路、噪声系数以及输入驻波比，如图3所示。
图3LNA的偷入匹配电路、噪声系数和偷入驻波比
2、最大增益的输出匹配设计
依据最大增益原则，输出匹配网络的意图是把晶体管输出复阻抗匹配到实数阻抗50Ω。图4为最高级放大器的输出匹配电路、增益以及输出驻波比图。
图4LNA的偷出匹配电路、增益和偷出驻波比
综合运用上述设计方法，设计了第一级LNA，其性能参数为：在中心频率12.1GHz下，噪声系数为0.2dB，增益为16.006dB，增益平坦度小于0.5dB，输入驻波比为1.087，输出驻波比为1.178。其性能良好。
结束语：
此文章使用ADS仿真工具，设计了一个Ku波段的平衡式HEMT低噪声放大器，并对放大器的各项功能指标进行了仿真，容差剖析标明本设计满意了设计出产的需求，一起平衡和单端构造的仿真对比证实：在相同的噪声指标下，前者比后者更易满意输入输出驻波比的需求，更高的动态接收规模，以及具有较高的稳定性。别的当平衡构造一个臂的晶体管损坏时，平衡放大器仍有输出，但功率增益降低了6dB，因而可靠性比单端式放大器高，适用于对LNA功能需求高的体系。
参考文献：
1]胡荣骅.Ku波段低噪声放大器设计与仿真[J].舰船电子工程，2010，12：105-107+115.
[2]赵明国，薛严冰.Ku波段低噪声放大器的设计[J].遥测遥控，2011，02：25-28.
[3]何川，孙玉发，贾世红.X、Ku波段宽带低噪声放大器的设计[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2011，10：1510-1513.
关键词：KU波段低噪声放大器；设计；理论；仿真
中图分类号：S611文献标识码：A
一、低噪声扩大器设计理论
（一）低噪声扩大器的电路构造
低噪声扩大器通常由扩大器材、输入输出匹配网络、级间匹配网络和直流偏置电路等有些构成。低噪声扩大器的电路构造方式有平衡式和非平衡式两种。这篇文章选用有反应的非平衡式扩大器。相对于平衡式扩大器，其主要长处是构造简略紧凑、本钱更低，在取得低噪声功能的同时也可取得较高的增益，且能在较宽的频率范围内取得平整的增益特性
（二）低噪声扩大器的性能指标
微波低噪声扩大器的主要指标有：作业频带、稳定性、噪声系数、增益、驻波系数以及增益平整度等。其间噪声系数和增益对全部体系的影响较大。
1、稳定性
通常将扩大器分为肯定稳定和潜在不稳定两大类。假如负载阻抗和源阻抗能够恣意挑选，扩大器都能稳定地作业，则称为肯定稳定或无条件稳定；假如负载阻抗和能源阻抗不能随意意挑选，只有在一定范围内取值扩大器才干稳定作业，称为潜在不稳定或有条件稳定。肯定稳定的充要条件为：
2、噪声系数
噪声系数的定义是输入端信噪比与输出端信噪比的比值。信号经过放大器以后，因为放大器发生噪声，使信噪比变坏，信噪比降低的倍数即是噪声系数。在计算多级放大器的噪声功能时，主要考虑的是系统总的噪声系数。级联二端口网络噪声系数的计算公式为：
由上式可知，当最高级网络的增益足够大时，最高级网络的噪声系数F1对体系的总噪声系数Ftot起决定作用。因而，要降低放大器的噪声系数，除了要挑选噪声系数小的晶体管以外，还要将放大器的输入网络设计成最好噪声匹配状况。
3、增益
微波低噪声放大器的增益是微波晶体管的S参数、源阻抗Zs、负载阻抗ZL、二极管的直流偏置和作业频率的函数。微波放大器的功率增益有多种界说，比如：实践功率增益、变换功率增益和资用功率增益。对于实践的低噪声放大器，功率增益通常是指信源阻抗和负载阻抗都是5Ω状况下实测的增益。
4、驻波系数
低噪声放大器的输入输出驻波比表征了其输入输出回路的匹配状况。在设计低噪声放大器的匹配电路时，为了取得最小噪声，输入匹配网络设
计为挨近最好噪声匹配网络而不是最好功率匹配网络，而输出匹配网络通常是依照最大增益设计。所以，低噪声放大器的输入输出端老是存在
某种失配。假如失配超越必定极限就会导致损耗添加，电路不稳，故需要对驻波比进行优化。输入输出端口的匹配程度，决定了端口对输入输出信号的反射状况，匹配越好，信号的反射越小。
（三）低噪声放大器的设计过程
低噪声放大器的设计过程通常包含以下五个过程：
1、器材和模型挑选。
2、电路方式挑选。
3、稳定性设计。
4、直流偏置电路设计。
5、匹配电路优化设计。
二、低噪声放大器的设计与仿真
（一）器件及电路结构选择
1、器材与构造
单级增益可达到10.5dB，同时具有0.75dB的噪声系
数。根据指标要求，本文采用图1所示的平衡式方案，其中的3dB耦合器采用Lange耦合结构，根据增益要求，平衡结构的每一支路采用两级芯片串联。输入输出及级间用微带结构匹配，以电阻电容元件实现偏置、笔直电路。电路基板厚度为0.5mm，介电常数9.6。
图1平衡放大器的结构框图
（二）直流偏置设计
根据芯片参数，选择直流工作点为Idss=10mA，Vgs=-05mV。微带电路中偏压电路的设计原则如下：
1、反射小，即对主传输线的附加驻波要小。
2、引入噪声小，即要求在有高频能量传输的网络中，尽量使用无耗网络，特别是放大器的第一级，如果实在不能避免则必须要加滤波网络来减小附加噪声的引入。
3、附加损耗小，即要求在频带内呈现纯电阻要小，使能量尽可能的沿主线传输到负载，但能耗网络的引入可以改善系统的驻波，因此可以根据具体的设计需要进行取舍。
4、高频能量泄漏小，即要有一定的频率选择性，不能使频带内的高频能量沿馈电泄漏出去，而使放大器的增益和输出功率降低。
据此，应用高低阻抗和扇形短截线做成偏置网络，减少微波信号对直流电路的影响。
（三）偏置电路的设计
（四）稳定性设计
只有在微波管处于安稳的情况下才干进行匹配电路的计划，改进晶体管安稳性变成其重要条件，改进方法主要有以下几种：
1、负反应，能够在源极串联电阻后接地，构成负反应，使电路处于安稳状况，在实践电路中，反应元件常用微带线来构成。
2、采用铁氧体隔离器，能够起到极好的安稳效果，隔离器的衰减对噪声功能有必定的影响。
3、安稳衰减器，能够在漏极串联电阻或Π型阻性衰减器，一般接在低噪声放大器末级或末前级输出口。
4、当放大器频带外增益呈现不易消除的增益尖峰时，比如在工作频带外的低端，能够运用低端增益衰减网络。本文选择在源极串接微带负反应电路的方法改进管芯的安稳性。在源极串联短路微带线，构成
负反应，通过重复调试断定微带线参数，确保电路处于安稳状况。图2给出了改进后安稳系数的仿真成果，能够看出全部频带内安稳系数大于1，在全部频带内无条件安稳。
偏置电路是扩大电路的重要组成部分，选择适合的偏置网络也是电路计划的重要部分。直流偏置电路计划的意图是选择适合的静态工作点，使之能依据运用需要，体现有源器件的功能，并且坚持电压、电流、温度满意动态规模的安稳工作。
图2LNA的稳定系数
（五）输入输出匹配设计
1、最小噪声的输入匹配设计
依据噪声理论，低噪声放大器的噪声系数主要由最高级放大器决议，因而最高级输入端需要用最小噪声匹配。输入端匹配网络的使命，归结起来是把晶体管出现的复数阻抗变换为信源实数阻抗（即50Ω电阻性的源阻抗）。匹配电路输出端的视入阻抗应等于最好噪声源阻抗，如此使放大器取得最好噪声。本文中仿真环境的温度为16.85℃，依据上述理论，取得最高级放大器的输入匹配电路、噪声系数以及输入驻波比，如图3所示。
图3LNA的偷入匹配电路、噪声系数和偷入驻波比
2、最大增益的输出匹配设计
依据最大增益原则，输出匹配网络的意图是把晶体管输出复阻抗匹配到实数阻抗50Ω。图4为最高级放大器的输出匹配电路、增益以及输出驻波比图。
图4LNA的偷出匹配电路、增益和偷出驻波比
关键词：S3C2440；测试系统；稳压电源；ARM
中图分类号：TN919-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)24-0011-03
DesignofDigitalStabilizedVoltageSupplyforTestingSystemBasedonS3C2440
ZHANGRan,FUZhi-zhong,ZHANGHan-jin,ZHANGZhong-liang
（ShanghaiUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200093,China）
Abstract：Asolutionofthedigitalstabilizedvoltagesupplyfortestingsystemsisproposedincombinationwiththeanalysisresultofthedemandedpowersupplyandtheembeddedcontroltechnology.Themethodtorealizethesolutionisoffered.ThedatasamplingisconductedbytheaidofARMcontroltechnique.Theregulationofvoltageandtheprotectionofcircuitarecontrolledwithappropriatealgorithmtoachievethepurposeofprovidingastabilizedvoltagesupplyfortestingsystems.Thepowersupplydesignedwiththemethodcanprovidestablepowerfortestingsystemsandsatisfytherequirementofthechiptesting.Thehardwarearchitectureandsoftwareflowchartaregiveninthispaper.
Keywords：S3C2440;testingsystem;digitalstabilizedvoltagesupply；ARM
0引言
直流稳压电源是一种比较常见的电子设备，一直被广泛地应用在电子电路、实验教学、科学研究等诸多领域。近年来，嵌入式技术发展极为迅速，出现了以单片机、嵌入式ARM为核心的高集成度处理器，并在自动化、通信等领域得到了广泛应用。电源行业也开始采用内部集成资源丰富的嵌入式控制器来实现数字稳压电源的控制系统。数字稳压电源是用脉宽调制波(PWM)来控制MOS管等开关器件的开通和关闭，从而实现电压电流的稳定输出。数字稳压电源还具备自诊断功能，能实现过压过流保护、故障警告等。
相比之前的模拟电源，数字稳压电源大大减少了在模拟电源中常见的误差、老化、温度漂移、非线性不易补偿等诸多问题，提高了电源的灵活性和适应性。将SAMSUNG公司的嵌入式ARM处理器S3C2440芯片应用到实验室测试系统数字稳压电源的设计中，采用C语言和汇编语言，实现一种以嵌入式ARM处理器为核心，具备PID控制器以及触摸屏等功能的测试系统数字稳压电源控制系统。
1测试系统数字稳压电源组成及工作原理
数字稳压电源由主控制器、PWM稳压电路、电压电流取样电路、PID控制器、触摸屏组成，系统原理框图如图1所示。
图1系统原理框图本电源对输出的电压电流信号进行采样，进行PID控制，最后输出PWM驱动波形调节输出电压。输出电压提供给芯片测试平台，供其测试芯片时使用。
前端交流电源输入到整流模块，经整流滤波后输出平稳的直流电压。该直流电压直接输出至IGBT模块。高精度A/D转换器将后端输出的电压电流信号由模拟信号量变为数字量供给S3C2440进行数字PID运算，经过PID控制器运算后，由S3C2440输出PWM至IGBT，从而构成一个闭环控制系统，控制电压电流稳定输出，从而实现数字稳压电源设计，提供给芯片测试系统使用。ARM控制器通过触摸屏实现人机交互界面，在触摸屏上设置参数和显示信息。
2硬件设计
2.1ARM控制系统组成
鉴于PID运算和PWM波输出模块要求高，通过考查，选择SAMSUNG公司的S3C2440，这是一款32位基于ARM920T内核的CPU，拥有高达400MHz的频率，完全能满足PID控制器运算的实时性要求；16位的定时器，可实现精度高达0.03μs的PWM脉冲波，并且有防死区功能；24个外部中断源，完全可以满足对系统外部故障信息进行实时响应；内部嵌入LCD控制器，并拥有DMA通道，使得电压电流值能够实时显示在LCD上，还可以通过触摸屏设计一些所需的参数；多达140个通用I/O口，可以方便地扩展外部接口和设备；拥有8通道多路复用ADC，10位的数字编码，高达500kSPS转换率，满足了测试系统所需的A/D转换精度。
2.2PWM稳压电路设计
脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)原理是PWM调制信号对半导体功率开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一些列幅值相等而宽度不相等的脉冲，经过处理后得到稳定的直流电压输出。PWM调制信号由ARM主控制器根据设定的电压值，按一定的规则对各脉冲宽度进行调制后给出脉冲信号。PWM稳压电路如图2所示。
图2PWM稳压电路半导体功率开关器件其开关转换速度的快慢直接影响电源的转换效率和负载能力，本系统PWM稳压电路中，驱动电路由电阻、电容、晶体管和场效应管组成，MOSFET是电压单极性金属氧化硅场效应晶体管，所需驱动功率很小，容易驱动。MOSFET的输入阻抗很高，其导通和关断就相当于输入电容充放电过程。根据所选器件的参数，计算出满足的条件，保证驱动电路提供足够大的过充电流，实现MOSFET快速、可靠的开关。
3软件设计
采用S3C2440为核心处理器，其丰富的片上资源和优秀的运算速度，保证了系统的实时性，编写软件主要以C语言进行驱动和应用程序的开发，其大容量存储器，完全能满足系统程序的数据存储。
该测试系统中ARM处理器所要实现的主要功能和软件实现方法如下。
3.1PWM波产生
PWM用于对电路中IGBT的驱动。根据输出采样，设定和调整定时器配置寄存器TCFGn和定时器n计数缓存寄存器TCNTBn中的值来改变输出PWM波的周期和脉冲宽度。修改TCNTBn的值可以控制PWM波的占空比增加或减少1，PWM输出占空比增加或者减少千分之一，可以达到千分之一的控制精度。
3.2监控和保护系统
为了使数字稳压电源能够可靠、安全地为测试系统提供电压，该系统设置了监控和保护系统，主要用于过流保护和过压保护等，ARM处理器对电压和电流采用双重检测，当电压电流超出所设定的危险值范围时，声光报警，并启动保护电路。
3.3PID控制算法
PID控制器由比例、积分、微分控制器组合，将测量的受控对象（在本系统中为电压电流值）与设定值相比较，用这个误差来调节系统的响应，以达到动态实时的控制过程。
在数字稳压电源PID控制系统中，使用比例环节控制电压电流的输出与输入误差信号成比例改变，但是这里会存在一个稳态误差，即实际值与给定值间存在的偏差，因此需要引入积分环节来消除稳态误差以提高系统精度。但由于电源系统在导通、关断时，产生积分积累，会引起电压电流超调，甚至会出现震荡。为了减小这方面的影响，设定给定一个误差值范围，当电压电流与设定工作值的误差小于这一给定值时，采用积分环节去消除系统比例环节产生的稳态误差。PID控制算法设定阈值ε，当|e(k)|>ε时，采用PD控制环节，减少超调量，使系统有较快的响应；当|e(k)|<ε时，采用PID控制，以保证电压电流精度和稳定度。在电压达到千分之一精度范围后，需要加入积分环节，以完成电源开机时迅速稳定的输出。PID算法流程图如图3所示。
PID控制算法程序采用结构体定义：
structPID{
unsignedintSetPoint;
//设定目标DesiredValue
unsignedintProportion;
//比例常数ProportionalConst
unsignedintIntegral;
//积分常数IntegralConst
unsignedintDerivative;
//微分常数DerivativeConst
unsignedintLastError;
//Error［-1］
unsignedintPrevError;
//Error［-2］
unsignedintSumError;
//SumsofErrors
}spid;
在PID控制算法中，经过不断与给定值进行比较，动态控制电压电流输出的稳定，同时确保电压电流输出的精度。
图3PID控制算法流程图PID控制算法程序如下：
unsignedintPIDCalc(structPID*pp,unsignedintNextPoint)
{
unsignedintdError,Error;
Error=pp->SetPoint-NextPoint;
//偏差
pp->SumError+=Error;
//积分
dError=pp->LastError-pp->PrevError;
//当前微分
pp->PrevError=pp->LastError;
pp->LastError=Error;
return(pp->Proportion*Error
//比例
+pp->Integral*pp->SumError
//积分项
+pp->Derivative*dError);
//微分项
}
3.4系统程序
测试系统的整体程序流程图如图4所示。
本文所设计的测试系统数字稳压电源能够满足芯片测试所需的电源要求。图5为输出的一路电压。由图可知，所输出的电压稳定。
4结语
本文设计的稳压电源提供的电压稳定可靠，系统运行也非常稳定。由于可扩展的I/O非常多，可以同时为多个芯片提供各种所需的稳压电源电压值。该系统不仅能够用在实验室芯片测试工作中，而且可以通过软件编程的方法，修改一些控制程序，使所设计的稳压电源作为智能电子产品性能测试的电源电压，这样提高了设备的使用效率，有着不错的应用前景。
参考文献
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【关键词】DX系列中波发射机；开关电源；+24V非稳压电源组件
1.引言
电源是各种电子设备必不可少的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。而开关电源是目前应用最为广泛地一种电源装置，开关电源以其损耗低、效率高、电路简洁显著优点而受到人们的青睐，并广泛地应用于计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。
输出稳定性决定电源成败。电源除了我们最关心的额定功率，以及可直接感触到的静音、散热等外部特征因素外，转换效率也越来越备受重视，但是，电压稳定性和输出纹波更能反应一个电源的品质。
2.开关电源基本原理
2.1开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以简单的用图1进行说明。图1中输入的直流不稳定电压经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或者断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压。
为了便于分析，定义脉冲占空比如下：
式中，T表示开关S的开关重复周期；表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压与输入电压之间有如下关系式：
由上面两个关系式可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用的较多，本文中所提到的开关电源就属于PWM式开关电源。
2.2开关电源的组成
开关电源的组成图2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由它激或者自激电路产生，可以使PWM信号、PFM信号或者其它信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，已达到稳定输出电压的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。
3.分立的+24V非稳压电源组件
电源性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作，传统的电源主要以线性电源为主，其工作过程为：将工频电网电压经过线性变压器降压以后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一组纹波电压和稳定度均符合要求的直流电压。这种电源的优点是：⑴电源稳定度和负载稳定度较高；⑵输出纹波电压较小；⑶瞬态响应速度快；⑷线路结构简单。这种电源的缺点是：⑴功耗非常大、效率比较低，效率一般只有45%左右；⑵重量非常重、体积庞大；⑶必须使用较大容量的滤波电容；⑷输入电压动态范围小；⑸输出电压调整麻烦，并且通过改变线性变压器初级线圈匝数，仅能步进调整输出电压。
DX系列中波发射机中使用了一种分立的+24V非稳压电源组件，它仅由一个美国Acme电气公司线性变压器（500B24HA）、一个桥式整流器（GBPC5002）及一只滤波电解电容器（33000μF/50VDC）组成。该电源组件的输入端为工频电网220V电压，输出端为标称的+24V非稳压电源，通过改变输入端的连接抽头，可以适当改变输出端的非稳压电压范围。在DX系列发射机单个功放单元（简称PB）中，这种+24V非稳压电源组件的输出送至低压电源板，经低压电源板稳压后提供给发射机可编程逻辑控制器（简称为PLC）、缓冲放大器、大部分板卡+18V/-18V/+8V的工作电源；在DX系列发射机并机网络中，这种+24V非稳压电源组件的输出分别送至低压电源板，经低压电源板稳压后提供给发射机合成器单元触摸屏（简称为MMI）、PLC、所有模式/辅助接触器、大部分板卡的工作电源。其供电情况图如图3所示。
在实际应用中，除了线性电源固有的缺点外，美国哈里斯公司设计人员未认真考虑每一部分所需要电源的实际额定功率情况，而是统一采用这种+24V非稳压电源组件；并且对于一些关键部位仍然采用+24V非稳压供电，不利于其稳定可靠运行；这种分立元件组成的非稳压电源，由于元器件老化或变质，极易出现噪声大、输出直流电压不稳定等毛病。鉴于以上不足，笔者提出利用目前市场上广泛使用的开关电源代替传统的线性非稳压电源的技改方案。
4.技改及应用情况
开关电源是近代普遍推广的稳压电源，其主要特点有：⑴内部功率损耗小，转换效率高，一般可达90%以上；⑵体积小，重量轻；⑶稳压范围宽，输出电压在一定范围连续可调；⑷滤波效率大为提高；⑸安全可靠，内部具有各种形式的保护电路，当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠。
4.1开关电源的选型
首先，确定选择专业电源供应商的台湾明纬公司的开关电源。其次，根据电压和电流范围，进一步确定所需开关电源的额定功率。下面以DX系列中波发射机并机合成器控制单元和发射机控制单元的开关电源选型为例进行说明。根据实际电路，通过测试，得到各自+24V非稳压电源组件输出的总功率如表1所示。由表1可以看出，发射机并机发射机控制单元最大总输出功率为69.96W，发射机并机合成器控制单元最大总输出功率为42.408W，因为开关电源的功率比较足，但是为了延长开关电源的使用寿命，一般要选择多30%以上输出功率的开关电源。查询台湾明纬公司的开关电源产品，根据实际冗余量的需要，最终选择SDR-120-24开关电源代替发射机并机合成器控制单元中+24V非稳压电源组件，选择SDR-240-24开关电源代替发射机并机发射机控制单元中+24V非稳压电源组件。
这两款开关电源均是单组输出导轨型具功率因素校正（简称为PFC）功能的开关电源，它们内部原理方框图如图4所示。该系列开关电源峰值功率可达150%额定输出功率，输出电压连续可调且调整范围宽，同时内部含低压保护、过载保护、过压保护、过流保护等多种保护电路。
4.2开关电源的安装
由于相比+24V非稳压电源组件而言，开关电源的体积大大减小、重量大大减轻，所以在拆除+24V非稳压电源组件之后，再安装开关电源及其简便。安装时，事先将标准的35mm铝合金外卡导轨固定在机箱壳体上，然后将这种导轨型开关电源安装在导轨上即可。这种导轨型开关电源与普通的开关电源相比，除了安装方式不同之外，没有任何区别。
为了达到充分散热的目的，一般开关电源宜安装在空气对流条件较好的位置或者安装在机箱壳体上，通过机箱壳体将热传达出去。由于设计中仅通过自然风冷却，为了进一步提高冷却效果，笔者还自行加装了一个40W的排风扇，以利开关电源散热，延长其使用寿命。改造前后的安装效果图如图5所示。
4.3开关电源的应用效果
在DX系列中波发射机中，+24V非稳压电源组件的地位非常重要，它几乎提供了所有板卡的工作电源，以及PLC工作电源、触摸屏工作电源、模式/辅助接触器直流马达工作电源等等。这个+24V电源输出电压的不稳定，必将造成对发射机设备或者器件或大或小的影响。比如，对于直流+24V供电的PLC而言，原则上应采用直流稳压电源供电。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。一般不能使用仅通过单相式桥式整流的直流电源直接对PLC进行供电。在系统组成较复杂时，应使用独立的稳压电源单独对PLC供电。然后，DX系列中波发射机原设计直流+24V供电的PLC电源却为单相式桥式整流的非稳压电源，设计中存在明显缺陷。经过技术改造之后，电源系统的质量得以明显改善，可以从以下两个方面进行说明：
⑴输出纹波。电源输出的直流电压是通过将交流电压整流滤波转换而来，那么在直流输出中就不可避免地含有交流成分或者周期性的杂波信号，这就是我们所说的输出纹波，纹波越小，电源品质越优秀。纹波是非常难以遏制的，电流越大，产生的纹波越大。纹波会带来的危害有：降低转换效率；形成浪涌；带来纹波噪音。而采用含功率因素校正功能的开关电源，纹波极小，明显好于普通电源。图6所示为+24V非稳压电源组件和开关电源空载时输出电压波形，从图6中明显看出开关电源产生的纹波远远好于+24V非稳压电源组件。
⑵电压稳定性。电压稳定性是电源最重要的品质之一，很多烧毁硬件的事故都是由于电压稳定性差（电压偏移幅度过大）造成的。实际电压与标准电压的偏移值越小，表示电压稳定性越好。电压稳定性的问题其实就是交叉负载能力，交叉负载表征的是电源在各种负载配比下各路电压能否保持稳定的能力。经出厂测试，+24V非稳压电源组件空载输出电压为31.0V，半载输出电压为28.4V，满载输出电压为26.7V，可知其电压稳定性较差。表2所示为+24V非稳压电源组件和开关电源分别在两种不同状态时电压偏移情况，从表中明显看出开关电源的电压稳定性远远好于+24V非稳压电源组件。
5.结束语
开关电源具有高效、稳定、可靠的特点，并且属于免维护器件，在实际应用中，取得了良好的效果。经过改造后，也节省了安装空间，根据需要还可以设计备份冗余+24V开关电源，实现双电源并联供电，提高发射机供电的可靠性。
参考文献
在电力工程设计中，电力系统规划设计具有重要的作用。同时，电力系统规划设计也是电力工作中的主要部分。因此，为了使电力系统得到稳定、安全地运行，就要合理地进行电力系统规划，进而使电力系统规划设计在电力工程设计中得到良好地应用，使电力系统得到更好地发展。
关键词：
电力系统规划设计；电力工程设计；应用
0前言
随着电力系统的不断发展，在电力工程设计中，其设计的主要原则就是要保证电力系统正常稳定运行，因此，为了使电力工程设计得到长期稳定地发展，就要在设计过程中应用电力系统规划设计，并且对电力系统规划设计进行总结，从而使电力工程设计得到进一步提高。
1电力系统规划设计在电力工程设计中的应用
在电力系统规划设计中，可以将其分为中期和长期的发展规划设计，电力系统规划设计对电力工程设计具有重要的指导意义，同时也是工程设计论证的主要依据，在单项电力工程设计中，电力系统规划设计主要有：电力负荷预测和特性分析；电源的规划情况和出力分析；通过负荷预测和电源规划，进行电力电量平衡；接入电网系统方案；对方案进行电气计算；分析计算结果，进行方案比较；提供系统专业资料。
1.1电力负荷预测和特性分析
在电力系统规划设计中，其设计的基础是对电力工程就近的片区，进行电力负荷预测和特性分析。在实际的电力负荷预测中，针对十年之内的电力系统，要进行中短期电力负荷预测。在中短期电力负荷预测中，通过国民经济的发展和运行进行的，同时需要对往年的经济数据进行了解，基于此，通过社会经济发展，进而对中短期附近的区域的最大负荷逐年进行负荷预测。在一些已建或在建的大项目的基本情况，对其电力负荷的特性要进行分析，并且，要看该项目对电网供电是否具有影响。在实际的负荷预测中，具有很多的方法。在预测中有传统的方法也有新方法。对于一些输送量大的电力线路、容量大的发电机组、枢纽变电站等重要的电力工程，在电力负荷预测中，要使用多样性的预测方法，对其电力负荷的增长和发展进行具体分析研究[1]。
1.2电源的规划情况和出力分析
电力系统规划设计的主要内容就是电源的规划情况。那么，电力电源主要可以分为：地方电源和统调电源。地方电源主要包括企业自备发电机组和小型水电站。统调电源是各类大型的发电站。每种不同电源的出力情况都不一样，就要对其进行具体地分析，进而使接下来的工作得到顺利进行[2]。
1.3通过负荷预测和电源规划，进行电力电量平衡
通过以上的电力负荷预测和电源规划，进行电力电量平衡。在电力系统规划设计中电力电量平衡主要具有约束作用。在实际的电力电量平衡中，主要根据电力负荷预测从而确定电力系统每年平均的最大负荷，同时还要根据不同电源的出力分析，得出具体的电力电量，进而可以确定电力系统需要的设备容量。
1.4接入电网系统方案
在接入电网系统方案中，要根据原有的电网、负荷、网络等情况，通过电网的发展和规划，进而提出比较方案。在实际的接入系统方案中，要进行综合考虑，从电网技术、节能降耗到节约用地都需要进行全面的考虑，同时要远近结合。
1.5对方案进行电气计算
对方案要进行电气计算，电气计算主要包括：无功补偿计算、短路电流计算、稳定计算以及潮流计算。首先，在潮流计算中，主要对电力网络的电压和功率，进行详细地计算。潮流计算的主要作用在于能够为稳定计算和继电保护提供有利地依据。潮流计算能够确定系统的运行，检查其元件可否达到运行条件。潮流计算是整个电力系统设计中最为基本的。也是比较方案最直观的方式，根据潮流计算能够掌握多方面的情况，能够对各个接入系统方案进行具体地分析。在稳定计算中，主要对电力系统中可能出现的故障进行设想计算，进而保证了电力系统的稳定性。稳定计算要在潮流计算的基础上进行。那么，在短路电流计算中，主要对给定网架的电气元件，由于产生故障而形成的不正常电流值，进行验算。对工程接入系统的各种短路电流进行计算。通过短路电流计算，能够为熔体的额定电流及继电保护整定值提供有效地选择依据，进而使电路发生故障时能及时地切断短路电流。有效地降低了短路故障形成的损失。在无功补偿计算中，可以对电力网络的感性负荷提供无功功率，进而使网络元件因传输无功功率形成的电能耗损得到减少[3]。
1.6分析计算结果，进行方案比较
对各个计算结果进行分析，同时对项目接入进行方案比较。对项目接入方案要进行全面分析，从发展的经济性和适应性到安全可靠性进行具体分析，从而进行方案比较，选出最佳方案。1.7提供系统专业资料通过对系统设计和电气计算，选择出最佳系统方案，确定项目具体的建设时间和规模，为电力工程设计提供有效地依据。
2电力系统规划设计总结
在电力系统的发展中，随着电网规模的逐步扩大、电网电压的升高。电源装机总容量的提高，从而使其进入了全新的发展时期。在电力工程的设计中，电力系统的专业设计以及论证，对电力工程设计具有重要的指导意义，目前，对于中小规模的电力设计单位，电力系统规划设计工作的开展已经成为重要的问题。因此，为了使问题得到有效解决，就要在电力系统的规划设计中做好充分地准备，进而设计工作得到顺利开展。
3总结
电力资源不仅是人们日常生活中不可或缺的重要部分，同时在各个领域的发展中也得到了广泛地应用，因此，为了使社会经济的发展得到有效地保障，就要全面提高电力工程设计，从而使电力系统为社会发展提供有利地基础条件，因此，电力系统规划设计在电力工程设计中的应用具有重要意义。
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【关键词】开关电源;容性负载;电源设计;DC-DC
随着电子技术的高速发展，电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。其中，应用最广泛的就是DC-DC开关电源。
在DC-DC开关电源的应用中，输出负载端外接电容能起到滤波、抑制干扰的作用，在某些大容性负载动态跳变的设备中，要求电源输出端有快速响应，这就要求开关电源有较强的带容性负载的能力，并且有好的稳定性能。
1.开关电源负载响应速度分析
开关电源的瞬态特性一般包括了它的电压调整特性和负载调整特性。电压调整特性指开关电源对输入电压变化的瞬态响应，负载调整特性指开关电源对负载电流变化的瞬态响应。在采用电流控制的开关电源系统中，输入电压的变化会使得电感电流立即发生变化，从而改变输出电压，而不需要像电压控制系统中通过电压环路的调节改变输出电压，因此峰值电流控制系统对输入电压变化的瞬态响应能力好，恢复时间短，线性调整能力好。
图1输出变化图
如图1所示为负载变化所引起的输出VOUT的变化，其中1阶段V1为输出滤波电容C的等效串联电感ESL所引起;2阶段V2由电容C的等效串联电阻ESR决定;3阶段中电压呈反向上升，同样是由ESL决定，其值为V1;第4阶段是由于负载突然增大，而电感电流需要满足新的要求，所出现的电容C放电所引起。其中V1与V2分别表示如下：
V1=（I2-I1）/Trise・ESLV2=I2-I1・ESR
在忽略电容电压纹波，及电感电流纹波的情况下，我们可以简单计算4阶段所下降的电压VC4。其中I=I1-I2，m1=（Vout-Vin）//L，根据电荷守恒定律，可得：
VC4=I2/（2m1C）
优化负载跃变响应可以从下面几个方面着手：
（1）根据VC4的关系式，可知增加输出滤波电容C，或减小电感L，这样能减小vC4的下陷或超调值。然而，过大的电容会占更大面积，而小电感L会引起更大的纹波电流和输出纹波电压。
（2）根据VC4，增加误差放大器的转换率。当负载发生跃变时，误差放大器输出也要满足于新的要求，若转换率低，则电感电流需要在误差放大器输出满足负载要求时，才满足要求，这样对电容将会注入或失去更多的电荷。
（3）进行环路补偿。由于电流模式的易补偿特性，设计时可以在反馈节点通过加入电阻电容，以引入极点零点对，调整补偿值的大小可以获得更好的响应速度，但同时应保持环路的稳定。
（4）对系统结构进行优化，通过减小系统结构上的时延或者增大系统的直流增益均可以改善系统的响应速度。
2.电源输出容性负载调试
在实际设计和应用中，开关电源输出容性负载能力由以下两种要求来调试和测试：
2.1电源稳定工作，仅负载由空载到满载跳变，输出电压稳定
当模块正常工作时，DC/DC开关电源可以等效为电压源，其输出简化后的等效电路图分别如图2所示。其中，U是输出电压，Rs是等效内阻，RL是输出负载电阻，C是输出电容，R=（RS・RL）/（RS+RL）。
图2简化等效电路
可以得出：
由上述计算，可以看出电容电压VC是按指数规律不断上升，要使输出电压更快更稳定的建立，电源输出内阻要小，一般通过高增益、快速响应的输出稳压反馈环路，可以实现性能的改善和提高。但由于存在输出电感的储能，电压反馈和前端峰值电流控制的作用，电容电压并不完全是由零开始上升的指数波形。输出电压的稳定过程中，一方面由输出滤波电感的储能来逐步补充，另一方面由反馈环控制电路原边快速输出更大功率。
输出电感的取值一般由电流纹波系数几和电源的空载特性来确定，为了避免容性跳变输出电压过大的下冲，使控制电路达到极限，电感的取值要大于又的理论值计算所得数值，但同时也要考虑输出失载时的电压上冲幅度，所以输出电感也不能太大，大的电感一般不易制作、成本较高，所以电感的实际取值可以用实验的方法得到。
由实验得出输出电感大的模块带的容性负载大，电感储能有助于输出电压的稳定，限流保护电路工作时间短，但响应时间会相应长一些。
2.2模块带输出电容启动，输出电压稳定
当模块带大电容启动时，需对电容迅速充电，以维持输出电压稳定，启动瞬间会产生一个大的电流。启动过程中大电流持续时间太长，模块控制芯片的保护功能就会达到极限，会出现启动不良现象即输出电压不能正常建立;另外，容性负载的大小直接影响输出电压的上升时间，在有严格输出电压上升时间要求的环境中就会出现应用故障。
一般自馈电源的输出电压和供电电压是正比关系，在输出达到正常电压之前，芯片VCC无法满足供电要求。因此启动电路的供电方式和VCC电容的储能也是决定容性负载能力的重要因素。
3.结束语
一般开关电源都可带相当容性的负载，但考虑到电源的过流保护能力，尤其是输出短路保护，容性负载能力不可能太大，否则保护能力变差。
对于多路输出的模块所带容在开关电源的设计过程中，要充分理解并实现客户负载使用的特殊要求，必须分析开关电源容性负载能力的两种不同状态要求。
参考文献
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