开关电源原理设计篇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】
开关电源原理设计篇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.
开关电源原理设计篇3
【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.
开关电源原理设计篇4
关键字：开关电源；模糊piD控制；DSp；电源控制算法
中图分类号：tn79?34文献标识码：a文章编号：1004?373X（2014）21?0149?03
DesignandcontrolalgorithmofswitchingpowersupplywithDSpdigitalcontrol
ZHanGGuo?long，ZHenGChen?yao
（Detachment93，Unit91388ofpLa，Zhanjiang524022，China）
abstract：atechnologyofDSpdigitalprocessingcombinedwithfuzzypiDcontrolisproposedinthispaper，and?anintelligentswitchingpowerwithfastresponseandhighefficiencywasdesignedtomaketheswitchingpowersupplybesmall，intelligent，etc.throughthecooperationoftheexternalemifilteringcircuit，opticalisolationandprotectioncircuit，thepowergridpollutioncausedbyswitchingpowersupplywassolved，thisswitchingpowersupplywhichmaybedamagedbytemperatureandotheruncertainfactorswasprotected.thiscontrolalgorithmofswitchingpowersupplyisadvanced，itsdesignisreasonableandithasstrongreferencevalueforengineeringapplication.
Keywords：switchingpowersupply；fuzzypiDcontrol；DSp；powersupplycontrolalgorithm
近年来，随着电力电子技术高速发展，开关电源得到广泛应用，普通模拟开关电源逐渐显示出其不足之处：采用模拟器件会导致元器件比较多，分散性大，稳定性差；设计缺乏灵活性，不便于修改，调试不方便，控制不灵活，无法实现复杂的控制算法。为设计出更精确、响应速度更快、效率更高、体积更小的开关电源，开关电源设计人员采用数字化电路与开关电源相结合来设计数字化开关电源。以DSp系统为基础的开关电源电路简单，结构紧凑，性能卓越，功能齐全。DSp系统具有较高的计算与控制能力，利用DSp进行a/D转换后进行运算，可以有效抑制或消除各个功能模块间相互干扰，提高开关电源输出电压的稳定性和精度。本文将重点分析和讨论利用DSp系统设计开关电源的实现方法和控制算法。
1基于DSp控制的实现方法
DSp系统已广泛应用于开关电源控制电路，是开关电源的控制核心电路，可以有效利用DSp系统的高速性、可编程性、可靠性等特点，结合相应算法实现特定功能，可为开关电源输出质量好、频率和幅值可以任意改变的控制信号。图1为采用DSp系统的控制电路开关变频电源基本控制硬件框图。
图1开关变频电源基本控制硬件框图
开关电源采用高频Spwm技术和普通电压逆变电路，DSp系统与iGBt功率模块构成全数字控制电路。输出的电压和电感电流经过网络转换成DSp所需要的电平，连接至DSp的a/D单元进行模数变换；控制输入单元输入需要的电压值及频率值，从而得到逆变电路的基准电压。
DSp系统经过特点算法进行相关计算后会产生一定死区的控制信号。由于输出的数字pwm控制信号不足以驱动iGBt开关管，需要经过驱动电路对开关管进行驱动。DSp芯片具有较高的采样速度和运算速度，可以快速地进行各种复杂的运算对电源进行控制，可以实现较高的动态性能和稳压精度。为了有效保护开关电源器件，防止出现过压、欠压、过载等情况，系统专门设计了保护电路，一旦出现故障，DSp控制系统封锁pwm脉冲控制信号，切断开关电源电压输出。
2开关电源基本控制算法
2.1piD控制
开关电源的数字化控制需要进行一定的控制算法来产生控制信号，实现控制规律。数字开关电源控制最初是借鉴模拟控制原理，通过数字化实现模拟控制信号。piD算法在数字控制中应用比较广泛，它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数的选定比较简单等优点。
piD控制是应用最广泛的控制规律。图2为常规piD控制原理图，系统由piD控制器与被控对象组成。piD控制器是一种线性控制器，它根据给定值[r（t）]与实际输出值[y（t）]构成的控制偏差[e（t）]来计算：
[e（t）=r（t）-y（t）]（1）
将偏差的比例[p、]积分[i]和微分[D]通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其控制规律为：
[u（t）=Kpe（t）+1ti0te（t）+tDde（t）dt]（2）
或写成传递函数的形式：
[G（s）=U（s）e（s）=Kp1+1tiS+tDS]（3）
式中：[Kp]为比例系数；[ti]为积分时间常数；[tD]为微分时间常数。
图2piD控制框图
数字piD控制是一种采样控制，它只能根据采用时刻的偏差值计算控制量。因此，连续域piD控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。数字piD控制算法又分为位置式piD控制算法和增量式piD控制算法，还有一些微分先行法和带死区的piD控制算法等。
2.2模糊piD控制算法
目前，开关电源的各种应用场合对电源的动态性能提出了越来越高的要求，其中电压超调与恢复时间是重要指标。负载的变化或者输入电压的变化引起输出电压变化，而输出电压值取决于滤波器和控制策略。由于开关变换器为一个时变、非线性系统，无法建立精确的数字模型。而模糊piD控制算法的优点在于不需要建立准确的变换器数字模型，非常适合DC?DC变换器的强非线性。自适应的模糊控制可以保证控制系统的信号稳定性。
模糊控制器是以误差量化因子[e]和误差变化率量化因子[ec]作为输入，利用模糊控制规律自整定找出piD控制器三参数[Kp，][Ki，][KD]与和之间的模糊关系。模糊piD控制原理框图如图3所示。
图3模糊控制原理框图
取[e]和[ec]为输入语言变量，每个语言变量取“大、中、小”三个词汇来描述输入输出变量的状态。模糊推理的模糊规则一般形式为：
if[e=ai]and[ec=Bj]then[Δu=Ci]
其中[ai，][Bj，][Ci]为其理论上的语言值。
上述规则可以用一个模糊关系矩阵来描述：
[R=i，jai×Bj×Ci]
根据各模糊子集的隶属度幅值表和各参数模糊控制规则，应用模糊合成推理设计piD参数的模糊矩阵得到[Kp，][Ki，][KD]参数调整算式如下：
[Kp=K′p+ei，ecj×Kup]
[Ki=K′i+ei，ecj×Kui]（4）
[KD=K′D+ei，ecj×KuD]
式中：[Kp，][Ki，][KD]是piD控制参数，[{e，ec}]是误差[e]和误差变化率[ec]对应控制表中的值，它需要查控制表得到。[Kup，][Kui，][KuD]作为修正系统，在控制过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成piD参数的在线自校正。
3系统硬件及关键点设计
3.1硬件主体
本文设计的开关电源主要是将开关电源优良特性和DSp系统精细化控制相结合。开关电源采用反激式拓扑结构，包括emi滤波电路、整流/直流平波电路、控制器、信号采样、pwm驱动、键盘及显示部件组成，力求使开关电源具有高效低耗、便携化、负载输出稳定、电路保护可靠、电网宽电压输入、电网污染小等特点。图4为硬件系统主体设计示意图。
图4系统主体设计示意图
3.2输出电压检测隔离设计
开关电源输出电压检测过程中对控制电路的隔离保护是非常必要的，这样不仅可以实现控制电路的安全工作，而且避免了将输出电路的噪声引入控制电路中。电压检测电路与控制电路隔离保护采用光耦合器进行隔离，它由发光二极管LeD、输出光电二极管pD组成。光耦合器在开关电源的主振回路与输出采样之间进行电气隔离，并为电源稳压控制电路提供信号通路。
3.3emi滤波器设计
开关电源在正常工作时会产生传导噪声和辐射噪声，毫无疑问噪声主要产生于电源开关过程。开关过程中包含了最大的功率以及最大的电压变化率dV/dt，同时也包括了最高频率成分。噪声的存在将污染电力线路，影响周围精密电子仪器的运行，比如设计滤波器。emi滤波器是一种由电感、电容组成的低通滤波器，它允许直流或者工频信号通过，对频率较高的其他信号有较大的衰减作用。图5为emi滤波模型，滤波器的基本结构就是一个分离的二阶LC滤波器，其取值原则就是在最小的体积下可以获得期望的抑制效果。在滤波器模型中还有一个额外的高频LC滤波器；高频滤波器当寄生参数使得前面的LC滤波器性能变差时，用来抑制这些高频噪声。
图5emi滤波器模型
3.4高温保护电路
开关电源在设计中由于转换效率不同，将部分能量以热量辐射。温度升高将影响系统正常工作甚至产生人身危险，为了保证系统安全，开关电源工作时温度需要实时监控。图6为温度采集电路部分电路图。当系统检测到温度过高时，控制模块立即关断开关电源输出，待系统温度达到工作温度范围后开始继续工作。
图6温度采集电路
4开关电源性能分析
本文采用反激式开关电源和模糊piD控制算法进行仿真。反激式开关电源的等效模型传递函数为：
[U（S）d（s）=K1s+K2B1s2+B2s+B3]（5）
式中：[K1，][K2，][B1，][B2，][B3]为系统比例系数，由开关电源电器元件参数决定。
模糊piD控制器由系统误差[e]和误差变化率[ec]为输入，通过不同时刻的[e]和[ec]值，利用模糊控制规则在线对piD控制器参数[Kp，][Ki，][KD]参数进行修改。模糊piD控制系统组成如图7，图8所示，阶跃响应曲线如图9所示。
图7模糊控制piD控制系统组成
图8误差[e]和误差变化率[ec]的隶属函数
本设计开关电源把DSp完美融入到开关电源设计中，充分利用了DSp系统快速运算能力，采用模糊控制算法使开关电源控制智能化，电源快速达到稳定输出，提高了抗负载扰动能力。
图9系统阶跃响应
5结论
本系统将DSp作为开关电源控制单元，应用模糊piD控制算法，使开关电源和DSp系统完美配合工作。利用了DSp快速处理能力特点产生开关电源pwm控制信号，对开关电源输出进行精确控制，提高了开关电源输出精度和转换效率，使开关电源控制实现智能化；能够按照负载情况进行实时修正，使电源达到快速稳定输出；同时利用DSp资源设计完成开关电源显控单元及保护模块，提高了开关电源操作性和安全性。
参考文献
[1]LenKR.实用开关电源设计[m].北京：人民邮电出版社，2006.
[2]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[m].北京：电子工业出版社，1998.
[3]赵同贺，刘军.开关电源设计技术与应用实例[m].北京：人民邮电出版社，2007.
[4]许邦建，唐涛.DSp处理器算法概论[m].北京：国防工业出版社，2012.
开关电源原理设计篇5
关键词：开关电源；软开关；硬件设计
0引言
开关电源是一项电子化技术，其使用功率转换器实现电能间的转换，转换后的电能用来满足各方面用电的需要。其较线型电源重量更轻、体积更小、效率更高，在计算机、电视机、自动化控制设备、通信设备等各领域得到广泛的应用。
1开关电源基本工作原理
开关电源有许多种形式，尤其是以调制型脉冲的宽度（pwm）最盛行，目前以该种形式开关电源的工作原理进行介绍。
主回路指由电网把能量传给负载的一种回路，其他回路则被称为控制类回路。
电网的交流电经滤波整流电路的输入，进而获得直流高波纹电压，此后经过变换功率电路，转换成满足要求的波脉动电压，再经整流形成连续直流低波纹电压。
控制类回路在将开关高压t动脉冲提高的同时，要实现电压稳定输出的控制，此外还要保护负载和电源元件。其通常是由检测放大型电路、震荡时钟电路、电压脉冲转换V/w电路及自用的电压等电路组合而成。
2软开关相关技术
目前的电力电子设备发展主要趋势为轻量化。小型化，且对于装置效率和电磁的兼容问题要求更高。通常，变压器、滤波电感及电容在装置重量和体积中所占比例较大。所以，要达到装置的小型化、轻量化，就必须想办法降低他们的体积与重量。由“电路”的相关知识可知，工作效率的提高可以使变压器绕组间匝数减少，同时还可以使铁心体积减小，从而让变压器往小型化发展。因此高频化电路是设备轻量化、小型化的有效途径。然而在提高开关频率的同时，增加了开关的损耗，使电路运行效率降低，增大了电磁的干扰，可以知道简单提高电源开关的频率并不能从根本上解决问题。
软开关相关技术的出现能够使这些问题得到解决，其主要利用谐振辅助转换电流的手段，解决了电路中开关的损耗及噪声等问题，大幅度提高了开关频率。
3高压软开关充电电源硬件设计
3.1主电路的选型
在开关谐振技术中适合于电容脉冲充电的是谐振串联电路，其输出结果近似看做恒流源（等台阶充电），其优点为充电的效率较高，且可以保护固有的短路。因为电源的功率过大，全桥电路且高频变压器副边采取整流桥二极管整流。
3.2电路工作方式与原理
直流（经过市电整流的）电压经电路而逆变成频率较高的交流方波电，该种高频交流方波电经过高频的变压器升压，经过二极管的整流桥进而得到稳定的电流，给电容充电。
设：iGBt开关的频率为fs，谐振的频率为fr。
谐振串联变换器工作方式以fs的大小主要有三种方式：
（1）第一种方式（fsfs>fr/2）电流处于连续的工作状态，实现电流为零切断。但在开通过程中，同一个桥臂的两开关有强制换流现象，所以开关的损耗和干扰较大；（3）第三种方式（fr
现对图3-1负载串联DC-DC变换器三种工作方式进行分析。
由图得出，Cr与Lr形成串联型谐振，同负载相互串联，经谐振后的电流于负载一端被整流。在输出端滤波的Cf足够大，可以认为Cf两端的电压为直流无波纹电压。若简单进行分析则可忽略谐振电路损耗过小的电阻，输出电压V0反射至整流桥输入端，用VCB表示，若iL为正值，VCB=V0，iL为负，VCB=-V0。
如果开关t加导通，当iL电流为正，电流流过t+，否则，流过D-二极管；
同上，当iL电流为负，若t-导通，流过t+；否则流过D+二极管。所以，图1（a）有以下四种情况：
1.当iL>0时
t+导通：VaB=+Vd/2，VaC=Vd/2-V0；
D-导通：VaB=-Vd/2，VaC=-Vd/2-V0。
2.当iL
t-导通：：VaB=-Vd/2，VaC=-Vd/2+V0；
D+导通：VaB=+Vd/2，VaC=Vd/2+V0。
谐振槽上的电压VaC由iL电流方向和哪一开关导通来决定。上面的方程表达的4种情形可由图1（b）的等效电路表示。要引起高度的重视，采用这一电路要根据不同时间的间隔进行计算。各间隔内，应确定初始状态条件，且要把VaB和VCB看做同一直流型电压。
当处于稳定对称的工作状态时，两开关处于相同的状态，同样，两个二极管也处于相同的状态，所以，只需要对运行的半个周期进行分析即可计算得到整周期运行状态，这是因为另外半个周期运行的状态和这前一半周期运行状态是相互对称的。
4结语
本文结合当前开关电源的发展趋势，在系统学习开关电源原理的基础上，了解开关电源的主要设计过程及其相关方法；并争取在电源的设计和制造等工作中加以应用，希望能给同行提供借鉴意义，促进高压软开关充电电源硬件设计的良好发展。
参考文献：
开关电源原理设计篇6
关键词：电石生产；工艺流程；能源评审
1.电石企业能源评审的必要性
企业应识别出是否有正在使用的国家限制使用或淘汰的耗能设备，制定更新替换的方案，并按计划进行更换。如电石产品限制使用或淘汰的耗能设备：小型开放式/半开放式电石炉。
2.电石企业能源评审的过程
2.1确定能源变量所符合的具体情况
如电石企业在确定能源变量时应关注：回收炉气，炉气综合利用，炭素材料的水分、固定碳、挥发份粒度及灰份。
2.2考虑节能技术的使用情况
电石企业在识别改进能源绩效的机会时，要考虑节能技术的使用情况。如进一步推进大型密闭电石炉替代开放电石炉工艺及炉气回收、炉气综合利用、节能型炭素材料烘干、中空电极、余热回收等技术推广。
3.能源管理体系策划与能源评审示例
以某电石生产企业为例，重点对如何策划能源管理体系并实施能源评审进行示例。
3.1能源评审输入信息
3.1.1工艺流程
企业主要采用电热法生产电石，即生石灰和含碳原料（焦炭、无烟煤或石油焦）在电石炉内，依靠电弧高温熔化反应而生成电石。单位产品综合能耗定义为用单位标准产量表示的综合能耗，即单位标准电石产量直接消耗的能耗量，以及分摊到该产品的辅助生产系统、附属生产系统的能耗量和损失量。产品综合能耗统计范围从焦碳等原材料和能源经计量进入电石生产开始，到电石成品计量入库的电石产品的整个生产过程。由生产系统工艺装置、辅助生产系统和附属生产系统设施3部分组成。具体生产流程如图卜2所示。
电石企业的主要生产过程是：原料加工―-配料一通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2000℃左右，依下式反应生成电石：Gao+3C―CaC2+Co。熔化了的碳化钙从炉底取出后，经冷却、破碎后作为成品包装。
3.1.2电石生产工序能耗
（1）原料准备工序能耗：包括石灰石煅烧、石灰破碎、筛分输运以及炭的干燥、破碎、筛分、输运等所消耗的以电能形式计量的能源。（2）电石生产工序能耗（单位产品电炉电耗）：用单位标准电石产量表示的生产过程中生成电石所消耗的电力，其中包括烧炉眼用电，但不包括动力电、照明用电和环保装置用电。（3）电石冷却破碎工序能耗：电石冷却、一次破碎、二次破碎、电石运等所消耗能源。
3.1.3电石产品综合能耗
（1）电力消耗包括电炉电、动力、照明用电和环保装置用电。（2）炭素原料包括焦炭、石油焦、无烟煤、电极糊和其它炭素还原剂等。数量从进入生产后第一道工序为计量点。（3）干燥焦炭耗燃料，热值和计算起点同上。如用电石生产的余热干燥焦炭时，其余热不计算燃料消耗。（4）电石生产系统中消耗的各种耗能工质：包括冷却水、氧气、氮气、压缩空气，其热值按规定的当量热值计算。（5）辅助生产系统消耗的能源：各辅助工序（包括电石生产界区内自石灰进厂到电石成品入库止）所消耗的能源（前项中计算过的不得重复统计）。（6）附属生产系统消耗的能源，包括电石生产界区内维修工段、化验室、控制室、库房及车间办公室等消耗的能源。辅助和附属生产系统的能源消耗量和损失量应全部分摊到产品中去，产品分摊辅助、附属能耗及能源损失量，采取按产值比例分摊。由于各种能源的热值不同，应折合为标准煤统一计算单位。企业外购的各种能源，其热值以该地区或该企业在报告期内实测的低位热值为准。综合能耗中应扣除向外输出的能源。电石产品综合能耗具体包括耗电量、耗炭量和耗石灰量3种：①单位产品综合电耗：单位标准电石产量总计消耗的电量，包括动力电、照明用电和环保装置用电等。②单位产品耗炭量：统计期内生产单位电石所消耗的炭量，其中炭量按焦炭、兰炭、煤炭用量填写。③单位产品耗石灰量：用单位标准电石产量表示的生产过程中生成电石所消耗的石灰量。
3.1.4资源综合利用指标
（1）电石炉废热利用率：电石炉废热利用率为电石生产过程中电石炉废热利用量与电石炉产生废热总量的比值。
（2）电石炉炉气利用率：电石炉炉气利用率为电石生产过程中炉气总使用量与电石炉气生产量的比值。
4.能源评审的实施
企业成立了由各专业部门组成的能源评审小组，利用工艺流程图、能流图、能源统计网络图、能效对标等工具，分析能源种类和使用现状，寻找节能机会。
4.1能源管理机制
企业为电热法电石生产企业，建立了文件化的能源管理体系，企业领导对能源管理工作高度重视，明确了能源管理的相关职责划分，主要生产工艺车间员工节能意识比较强。为保证节能降耗工作的落实，企业应建立健全比较完善的能耗计量和考核机制，制定《节能责任制》《能源管理办法》《用能统计分析管理办法》《测量设备管理办法》《能源消耗指标管理办法》等，并每月对企业的耗能情况进行统计分析。同时，为了提高相关人员节能降耗的积极性，企业需制定奖惩措施，对节能降耗有突出贡献的人员进行奖励，对浪费能源的行为进行处罚。
4.2能源状况分析
4.2.1主要用能设备情况
企业重点能耗设备共计xx台，包括破碎机xx台、输送皮带xx条、各类电机xx台、电热窑炉xx座、环保设备xx台，已经在逐步开展设备能耗的监测工作。
4.2.2能源输入、输送分配及使用管理
该企业主要涉及的能源计量种类有电力、炭、石灰、自来水、电炉气体等，除电炉气体外其他全部由社会购入，企业建立了电计量网络图。企业的能源分配传输管线布局较为合理，供电线路由电仪车间进行维护，各车间维修人员负责对企业全部的管网进行维护，定期巡检，形成书面的管线维护、巡检制度。企业各车间充分实现了电的合理性利用，生产及冷却用水的循环使用，配备了能源计量器具，计量各车间的能源消耗总量。
4.2.3能源计量状况
电力企业在企业进厂母线安装电能表计量购电量，共安装电能表xx块，用于计量各主要用能工段和主要用能设备的用电量，电力部门计量企业用电量后增加一定的线损和变损后，作为企业的总购电量。自来水从自来水企业购得，在进厂主管道和主要用水工段安装水表xx块，计量自来水用量。为便于准确可靠的对能源进行计量，并为能源管理提供有效的测量数据。炭素原料由衡器计量后使用。企业计量管理实现三级管理，其中设备部设有计量管理人员，各分厂机动处设有计量管理人员（不包括检定、维护人员）2人，分厂各车间分别设有1名计量管理人员，负责计量全厂所用能源计量器具的管理工作，以及相关文件的编制整理工作。企业建立了专门的计量检定站，负责计量器具的检定、维修等。企业对计量器具的采购、验收、保管、使用、检定、维修及报废处理等方面的工作制定了相应的管理制度，并按照文件要求严格执行。企业严格按照GB17167《用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求，配备了相应的能源计量器具，截止目前已经配备各类能源计量器具总计xx块，配备率达XX.x%。其中进出用能设备配备率标准要求达到100%，实际100%。
4.2.4能源消耗定额管理
企业根据实际能耗情况，并参照同行业的先进能耗指标开展对标管理工作，制定能源消耗定额标准，编制管理办法，并定期分析实际消耗情况，分析消耗指标降低和升高的原因。企业制定了产品综合能耗数据的计算方法及依据，明确了企业主要产品能耗数据统计范围及计算标准，电石产品依据GB21257《电石单位产品能源消耗限额》计算，统计方法依据《电石生产技术经济核算规程（电热炉法）》。企业通过每月能耗统计、目标指标考核、绩效考核、每日的运行检查及不定期的综合大检查，确保能源管理体系的有效运行。
4.2.5能量平衡分析
企业主要涉及的能源计量种类有电力、炭素原料、石灰、水等。消耗方式分为工业生产消费和非工业生产消费，其中工业生产消费为生产线、厂区照明耗能，非工业生产消费为办公楼、食堂等耗能。通过采购量与监测量比对进行能量平衡分析。
4.3识别出影响重要能源使用的相关变量
电石生产主要耗能工序有：原料运输与破碎工序、原料预热工序、电炉冶炼工序、成品破碎分装工序等，主要能耗设施设备有窑炉、运输设备、破碎机、筛分设备、电石炉等（见图1-2）。企业从能源、原辅材料及中间产品质量参数，生产过程中影响能源使用的工艺参数、环境参数及其它相关因素，辅助生产系统和附属生产系统（含废物的处理）相关参数；反应热、余热余压、循环水等利用；副产品利用，识别出影响重要能源使用的相关变量。
4.4识别改进的机会
企业采用先进的节能技术、合理的工艺布局进行电热法电石生产，按照GB/t23331-2012《能源管理体系要求》中各要素的要求，提高了节能意识，建立了较为完善的能耗计量和考核机制，通过持续改进使企业的能源管理水平逐步提高。企业在以下几个方面加强管理：进一步完善能源管理体系职责的划分；分析能源使用和能源消耗的现状，识别改进能源绩效的机会，加强人员能力评价、培训有效性的确认；严格执行企业岗位操作规程；按照能源管理法律法规中的相关要求，进一步建立和完善能源管理规程、管理标准等制度，并切实得到贯彻实施；加强能源使用监视和测量工作，完善计量检测手段，实现不易拆检的计量设备的定期校验；完善用能设备的能效分析，合理匹配生产负荷；完善余热余压的回收利用。
4.5能源评审的输出
4.5.1能源绩效参数、能源基准、目标、指标
企业确定了单位产品综合能耗、单位产品耗电量、单位产品耗炭量、单位产品耗石灰量、电石炉废热利用率、电石炉炉气利用率作为能源绩效参数，并以上一年度的实际值做为能源基准，同时参考行业标杆值，建立了企业的能源目标和指标。在日常的能源管理过程中，企业将能源目标、指标分解至各生产车间，每月进行监测和考核。
开关电源原理设计篇7
【关键词】整车电气原理设计；电源分配设计；接地分配设计；回路匹配设计；压接点设计
【abstract】theschematicisusedtoindicatethevehicleelectricalsystemofthevehiclewiringharnesstoeachelectricalpowerandsignaltransmissionconnectionbetweencircuits.Vehicleelectricalschematicdesign，allrelatedtothevehicle’selectricalfunctionstoachieve，isanimportantbasisfortheanalysisofelectricalcircuits，troubleshootelectricalfaults.
【Keywords】Vehicleelectricalschematicdesign；powerdistributiondesign；Grounddistributiondesign；matchingcircuitdesign；Splicesdesign
0引言
整车电气原理，是整车电气系统的核心，它表明了整车线束系统为实现各用电器的功能，一方面通过导线将电源及用电器连接构成回路，为用电器传导电流，另一方面通过导线回路实现相连接的用电器之间的信号传递，从而使各电器件能够按照操作者的意图正常工作。整车电气原理设计是否合理，直接关系到汽车电器件能否正常工作以及全车的安全性、可靠性、经济性和舒适性，它是整车开发过程中的一个重要环节。
整车电气原理设计的主要内容包括电源分配设计、接地分配设计、回路匹配设计、inLine的选型以及回路压接点设计。
1整车电气原理的设计输入文件
整车电气原理的设计输入阶段，应获得以下文件：①整车配置表；②各电器子系统信息，包括子系统工作原理图、接口定义及负载特性等；③各电器件在汽车上的布置信息。
2整车电气原理设计
2.1电源分配设计
电源分配主要是基于整车各用器的工作原理，在满足各子系统工作原理的前提下，确定采用何种方式给用电器供电，同时对线路保护进行设计。
整车电源类型大致可分为以下三种：①蓄电池直接供电系统（常电或30电）；②点火开关控制的供电系统（iG电或15电）；③发动机起动时卸掉负载的电源（aCC电）。根据车型的电气系统组成情况，给与合理的电源分配。
电源分配设计一般要遵循以下原则：①所有电源回路都需要进行回路保护；②考虑负载的重要等级以及行车安全，对于重要的安全件，需要单独的熔断器来保护，如近光灯回路；③考虑不同系统的功能关联性和失效模式，减少不同系统和功能之间的相互影响；④区分负载类型是扰动负载还是稳态负载；⑤就近原则，靠近负载的实际安装位置分配电源。
电源分配设计的步骤如下：首先，根据整车蓄电池、起动机、发电机的相关参数，以及子系统负载信息，进行电源类型的分配，以及保险丝、继电器的种类及个数确定。然后，结合车内空间、可扩展性、成本、平台化等因素，对电器盒进行选型并确定其个数。一般车型主要有前舱电器盒和仪表板电器盒，外加蓄电池处的前端保险丝盒，有的车型可能会增加后行李箱电器盒。最后，根据就近原则及负载布置信息，进行电器盒内的负载电源分配。如前舱电器盒主要对前舱的电器件进行供电，仪表板电器盒主要对驾驶舱内的电器件进行供电。
2.2接地分配设计
在整车电路中，一般会使用导线与车身、发动机或变速箱连接在一起，这样可以车身、发动机、变速箱实现共地。这种实现接地的做法，称为“搭铁”。
为避免接地导线过长，造成不必要的电压降，一般采用就近接地。另外，接地分配也需要考虑到以下三种接地要求：①发动机eCU、aBS/eSp、epS、SRS等对整车性能及安全影响大，且易受其他用电设备干扰，所以这些件需要单独接地。尤其对于安全气囊系统SRS，其接地点不仅应单设，而且为了确保其安全可靠，最好设计两个及两个以上接地点。其目的是其中一个接地失效，系统可通过另一接地点搭铁，确保系统安全工作。②音箱系统为避免电磁干扰，也要单独接地；弱信号传感器的接地最好独立，接地点最好是在离传感器较近的位置，以保证信号的真实传递。③有些电器件必须共用接地点，以防止不同接地点之间的电位差影响到电器件之间功能的正常实现。
其他电器件可根据具体布置情况相互组合共用接地点。蓄电池负极线、发动机搭铁线等因导线截面较大，因此一定要控制好线长和走向，减小电压降。为增加安全性，发动机、车身一般要单独连到蓄电池负极搭铁。
2.3回路匹配设计
回路匹配设计，主要是根据负载信息，设定熔断器的型号和容量，从而确定匹配的回路线径。
2.3.1负载信息确认
根据收集到的整车子系统信息，确认负载类型、负载电流特性曲线。负载类型、负载电流特性曲线如下图1所示：
2.3.2设定熔断器的型号和容量
熔断器的作用是保护导线，其类型分为快熔型熔断器和慢熔型熔断器。小电流负载和短时间脉冲电流负载，一般选择快熔型熔断器，大电流负载和锁电流负载一般选择慢熔型熔断器。
熔断器的容量设定主要遵循以下原则：一般来说，熔断器负荷电流不超过熔断器额定电流的70%。同时，还要考虑以下因素。①快熔型熔断器容量：需要考虑负载额定电流值、负载类型、环境温度影响、继电器盒类型、暂态电流波形；②慢熔型熔断器容量：需要考虑和区分连续负载、间歇性负载、特殊负载。
2.3.3确定回路线径
根据已确定的熔断器来选择与之匹配的回路线径。此过程要综合考虑回路所在的环境温度、回路导线的容许温度、通电时回路导线的温升以及成捆线束容许电流的折减系数。总的原则是要求发生短路时熔断器的熔断时间短于导线发烟时间。如图2，橙色线代表熔断器的熔断时间，粉色线代表导线的发烟时间，回路导线与熔断器的匹配判定左图是可取的，右图则是不可取的。
2.4inLine选型
inLine即线对线连接器。inLine的选型，需要考虑以下三点：第一，inLine的端子线径压接范围要与所接回路的线径匹配；第二，inLine连接器的孔位数要满足所接回路的总数；第三，回路走向要与inLine所在车上的安装位置匹配，一般采用就近原则。特殊回路如安全气囊系统回路对端子镀层有特殊要求，一般不与其他回路共接同一inLine。
2.5回路压接点设计
整车电气原理回路的压接点设计，需要遵循以下三点：第一，单边回路数最多不超过7根，总回路数最多不超过12根；第二，压接的所有回路中，最小回路线径与总回路线径之比必须大于或等于5%；第三，各回路之间的线径匹配须满足导线的压接工艺要求。
3整车电气原理设计校核验证
整车电气原理需与子系统信息作进一步的校核，并通过以下相关试验进行验证其设计的合理性：①过载试验；②堵转试验；③短路保护试验；④整车配电工作电流测试；⑤供电及接地回路电压降测试；⑥熔断器熔断情况下的功能故障测试；⑦接地不良情况下的功能故障测试；⑧整车搭载耐久试验。
4结束语
整车电气原理，是整车电气系统的核心。整车电气原理设计得合理，才能保证汽车各用电器能按照操作者的意图来实现其功能，也才能保证汽车的安全性、可靠性、经济性以及舒适性。
【参考文献】
[1]李元胜.汽车电路系统设计与multisim仿真[D].青岛大学，2014.
[2]吴建刚.目前汽车电路存在的问题与对策[J].汽车电器，2007.
开关电源原理设计篇8
【关键词】建筑物；电气照明设计；节能措施
前言
在电气照明设计的过程中，采取科学合理的节能设计措施不仅可以使设计在技术上满足功能需求，也使整个建筑物的电气设计在一定的程度上具有先进性和经济合理性，在长期使用过程中，其照明能量消耗是巨大的，所以照明节能一直是我们需要深入研究的课题。电能是维持我们正常生产生活的关键因素。在建筑领域的电能消耗中，照明部分的用电量占15%～25%，而实际上，用于照明体系的电能并不是完全的消耗在照明本身，有一部分则消耗在了照明系统运行的其它环节，我们称这种现象为电能逸损。照明能耗在建筑能耗中占的比例相当大，2004年我国总用电量约在21000亿kwh，2005年超过22000亿kwh，而照明用电约占总量的12%，超过500亿kwh。因此，建筑照明体统中蕴含着大量的节能潜力，在这种前提下，电气设计工作人员可以考虑，将节能环保的功能融入到建筑照明电气设计中来。建筑物的电气照明设计内容包括光源选择、照度计算、灯具布置、安装方式、调光控制等。当前节能降耗已成为电气照明设计中需着重考虑的问题。本文将对这一问题展开探讨。
一、建筑电气照明设计原则分析
1、符合建筑物照明的实际需要的原则。建筑物电气照明设计的原则应以满足实际照明需要为目的来进行。设计中既要考虑照明的照度、色温、显色等指数的科学合理，又要考虑方式的安全可靠、灯具的美观环保。
2、高质量、高效益的原则。建筑物的电气照明设计应本着低造价高效益的原则进行。选用高质、高效益的光源和器材。以长远的眼光看待投资和运行费用。
3、节能降耗的原则。当前，电力资源紧张，建筑物电气照明设计应从节能降耗的角度进行。节能应本着节约无谓消耗的能源，采取有效的措施降耗的原则进行。具体照明节能措施：在考虑显色性的基础上采用高光效光源；得到所需照度的节能照明设计；采用不产生眩光的高效率灯具；设置不需要时能关灯或灭灯的可变装置；室内表面采用高反射比的材料等。
二、建筑电气照明节能措施分析
1、合理选用节能高效的照明器：电气照明节能设计的第一步就是照明器的合理选择，应选用经国家批准并颁发了生产许可证的有专业资质的企业生产的高效电光源。照明器的效率越高，达到同一照度时就越省电。如白炽灯发光效率为15lm/w。荧光灯为60lm/w，因此应避免使用白炽灯。同时，因为荧光灯加罩前后的照度相差1倍，而且加了伞状罩后，光线经反射后可得到充分利用，能发挥高效节能的效果。
2、合理选择照明方式：建筑物内的工作场所内通常都设有一般照明，但对于照度要求高，而作业密度又不大的场所，若只装设一般照明会大大增加照明安装功率，因而不节能，此时应采用混合照明方式，用局部照明来提高作业面的照度，以节约能源；同一场所的不同区域有不同照度要求时，应采用分区一般照明。
3、合理选用节能型镇流器：目前，我国绝大多数的气体放电灯都使用传统的电感镇流器，其缺点是体积大、重量重、功耗大，约为灯功率的20%～25%，功率因数低，是一种不节能的镇流器，而电子镇流器具有功耗低、无噪声、功率因数高等优点，节能型电感镇流器能耗介于传统型和电子型镇流器之间，所以我们应积极推广使用电子镇流器和节能型电感镇流器，设计中可按下列标准选用镇流器：自镇流荧光灯配电子镇流器；t8直管荧光灯应配电子式或节能电感式镇流器；t5管用电子镇流器；HiD灯应配节能电感式镇流器，小功率HiD灯可用电子式镇流器；对于电压偏差较大，特别是道路照明，宜选用恒功率型镇流器；对于道路照明，每杆装一只光源时，可用变功率镇流器，以便后半夜降低一半照度。
4、提高功率因数：提高用电设备的功率因数能够降低线路无功功率的损耗，满足节能降耗的要求。很多用电设备如：电动机、变压器、电光源的镇流器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，增加了线路的功率损耗。为避免这部分损耗可通过降低用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数来实现节能降耗的目的。因此，在照明设计中应尽可能采用功率因数高的用电设备，如同步电动机等。电感性用电设备可选用配有电容补偿的荧光灯等。通过静电电容器进行无功补偿，使电容器产生超前无功电流来抵消用电设备的滞后无功电流。在具体工程设计中可根据实际情况采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，来提高用电设备功率因数的同时又降低了整体无功电流，因此能发挥节能降耗的作用，更适合我国电能日趋紧张、急需各行各业节能降耗的国情，提高供配电系统的功率因数。
5、合理选用照明节电控制系统：通过改进灯具控制方式，采用各种节能型开关或装置也是一种行之有效的节能降耗的方法。例如：在照明设计中采用节电控制系统，通过设计不同形式的“预设置”控制方式和控件原件，精确设置和合理管理各相应环境下的光亮度。照明节电控制系统，通过在指定时间和场合控制照明实现有效的节能降耗；具体的设计包括采用各种类型的节电开关，如在建筑楼梯间采用节能自熄开关来节约用电；采用声控、光控、红外、智能化等自动控制系统，控制室内照明；公共场所可采用集中控制遥控管理的方式或采用自动控光装置等照明节电控制系统，按需要采取调光或降低照度的控制措施，减少照明用电和延长照明产品寿命。
6、充分利用天然光，把照明和天然采光相结合：应根据自然光照度的变化，决定电气照明点亮的范围，从而发挥自然光的良好的节电效果。在设计中电气设计人员应尽量与建筑设计专业配合，做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约了人工照明电能，充分利用自然光。
三、结语
随着我国社会经济的发展，整个国家用电量的上升，建筑照明已成为人类的基本要求，与人们的工作、生活、学习息息相关。因此，建筑电气照明设计人员更应认真、科学的进行设计，通过推广高效、节能的光源，推广使用直接型高效节能灯具等，提高建筑照明光源的利用率来实现节能降耗，促进建筑照明节能在房屋建筑工程中得到真正有效的实施。电气照明设计直接关系电力能源的使用和消耗程度。因此，建筑物的电气照明设计中应考虑节能降耗的问题。本文针对建筑物电气照明设计中节约能源问题进行探讨。
参考文献：
[1]JGt16-2008，民用建筑电气设计规范[S].
[2]GB50034-2004，建筑照明设计标准[S].
[3]北京照明学会.照明设计手册[m].第2版.北京：中国电力出版社，2006.
[4]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
[5]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]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
开关电源原理设计篇9
涉电学科主要本科专业均设在《目录》中工学门类下，涉及能源动力类、电气类、土木类、水利类、核工程类和农业工程类六个专业类。能源动力类下设“能源与动力工程”一种基本专业和“新能源科学与工程”一种特设专业；电气类下设“电气工程及其自动化”一种基本专业和“智能电网信息工程”及“电气工程与智能控制”两种特设专业；土木类、水利类、核工程类、农业工程类下设的涉电基本专业分别为“建筑电气与智能化”、“水利水电工程”、“核工程与核技术”、“农业电气化”（见下表）。
下面，就将国内高校涉电学科主要本科专业概况依据收集到的有关资料，逐一进行介绍。涉及到相关高校的名单部分一般以学校的自然地理布局依次罗列，排名不分先后。
能源与动力工程
专业解读
在1998年版的《普通高等学校本科专业目录》中，能源动力类下设专业为“热能与动力工程”。《普通高等学校本科专业目录（2012年）》颁布后，各高校在招生专业名称上进行了调整，即将原来“热能与动力工程”专业改为“能源与动力工程”专业。
本专业是国家重点发展领域之一，发展前景广阔。本专业的目标是培养既掌握热能与动力工程专业的基础理论知识、计算技能，又具备从事相关领域工作所需要的经济管理知识和能力，能够从事电力行业相关领域的科学技术应用、研究、开发和管理的高级人才。目前热能与动力工程专业已经从面向传统火力发电，拓展出一些新的专业方向。现本专业的专业方向包括：热能动力、集控运行、燃气轮机及其联合循环、核能发电、风力发电等。
主要课程
本专业的主要课程有：力学、工程热力学、工程流体力学、传热学、汽轮机原理、锅炉原理、热力发电厂、泵与风机、自动控制理论、工程图学、机械设计基础、电工技术基础、电子技术基础以及各专业方向的专业课。
就业方向
本专业学生毕业后就业面广，适应能力强。就业方向：⑴大型现代化电力企业从事生产、经营和管理工作；⑵各级政府部门及事业单位从事能源、动力方面的节能、规划、建设、运营、咨询和监管等工作；⑶科研院所、大专院校从事能源与动力相关领域的研究与开发、教学、管理等工作。主要就业单位有：电力公司、电力设计院、电力规划院、电力科学研究院、电力建设部门、电力工程公司、大中专院校和研究院（所）、咨询与技术服务类公司、火力发电厂、大型核电站、燃气-蒸汽联合循环电厂、风力发电厂等。
开设院校
目前开设“能源与动力工程”专业的高校共有188所，其中“985工程”高校23所，“211工程”高校29所。
“985工程”高校：北京航空航天大学、北京理工大学、东北大学、同济大学、中国农业大学、天津大学、大连理工大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、东南大学、山东大学、湖南大学、华南理工大学、重庆大学、电子科技大学、西北工业大学、中国科学技术大学、华中科技大学、中南大学、中山大学、四川大学、西北农林科技大学。
“211工程”高校：北京交通大学、北京工业大学、北京科技大学、华北电力大学、华北电力大学（保定）、太原理工大学、哈尔滨工程大学、华东理工大学、苏州大学、南京航空航天大学、河海大学、河北工业大学、大连海事大学、南京理工大学、中国矿业大学（徐州）、合肥工业大学、中国石油大学（华东）、武汉理工大学、贵州大学、长安大学、南京师范大学、南昌大学、郑州大学、西南交通大学、大学、青海大学、新疆大学、中国石油大学（北京）、哈尔滨工业大学（威海）。
新能源科学与工程
专业解读
“新能源科学与工程”为2011年教育部批准设置的本科专业，2012年将原有的风能与动力工程和新能源科学与工程合并统一改为“新能源科学与工程”，为能源动力类下的特设专业。本培养在风能、太阳能、地热、生物质能等新能源领域从事相关工程技术领域的开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级工程技术人才，和具有较强工程实践和创新能力的专门人才，以满足国家战略性新兴产业发展对新能源领域教学、科研、技术开发、工程应用、经营管理等方面的专业人才需求。
主要课程
本专业课程组除了高等数学、大学物理等工程技术基础课群外，还有风能与动力工程、流体力学、传热学、能源系统工程、可再生能源及其利用、风力发电原理等专业平台课群；光伏材料与太阳能电池、风力发电场等专业选修课群等。
就业方向
本专业根据能源类型的不同为划分为不同的方向，主要有生物质能方向（生物质发电与生物燃料等新能源设备及系统的设计、开发、集成、制造以及新工艺的应用技术等），风力发电方向（风力发电机组与风电场的设计、制造、建设、运行、试验研究、项目投资与管理）、太阳能光伏发电方向（面向太阳能电池设计、制造，光伏电站设计、运行与控制）等等。在就业方向上，生物质能方向主要在大型现代化电力及能源企业、新能源发电设备制造企业、能源与环保企业从事设计、生产、经营和管理工作，在各级政府部门及事业单位从事新能源电力、节能等方面的规划、建设、运营、咨询和监管等工作以及在与新能源相关的科研、教学等企事业单位工作；风力发电方向可在电网公司、五大发电公司、能源企业、研究所、设计院、风力发电设备制造企业、风电场等单位从事风电场的规划、设计、施工、运行与维护，风电机组设计、制造与研究，风力发电技术项目开发等风能与动力工程专业的技术咨询与管理工作以及在其他相关领域从事专门技术工作。太阳能光伏发电方向可在研究所、设计院、大型电力企业、太阳能发电设备制造企业及太阳能电站等单位从事太阳能发电系统设计、规划、制造、施工及运行管理，太阳能发电系统集成产业的技术与管理，太阳能发电技术项目开发等相关的技术与管理工作。
开设院校
据不完全统计，目前开设本专业的高校约有30所，其中“985工程”高校3所，“211工程”高校8所。
“985工程”高校：东北大学、浙江大学、西安交通大学。
“211工程”高校：河海大学、华北电力大学、贵州大学、新疆大学、东北农业大学、南京理工大学。
电气工程及其自动化
专业解读
“电气工程及其自动化”专业主要包括电力系统及其自动化、继电保护与自动远动技术、电力电子技术、城市供用电技术、高电压及信息技术、电力市场6个专业方向。主要培养具备电气工程理论基础，掌握电力系统技术知识及应用能力，熟悉电力工业的科学技术与发展，能够从事电气工程及其自动化领域相关的生产制造、工程设计、系统运行、系统分析、技术开发、教育科研、经济管理等方面工作的特色鲜明的复合型高级工程技术人才。
主要课程
本专业的主要课程有：高等数学、工程数学、大学英语、大学物理、计算机语言及应用、信号与系统、电子技术基础、自动控制理论、电路、电机学、电磁场、电力系统分析、电力电子技术、发电厂电气部分、高电压技术、继电保护等。
就业方向
本专业学生毕业后主要在电力公司、电力设计院、电力规划院、电力建设部门、电力科研开发部门、发电厂以及与电力生产密切相关的设备制造企业从事相关的工作。
开设院校
目前开设本专业的高校约有480所，其中“985工程”高校24所，“211工程”高校39所。
“985工程”高校：清华大学、北京理工大学、天津大学、东北大学、北京航空航天大学、中国农业大学、大连理工大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、复旦大学、上海交通大学、东南大学、浙江大学、同济大学、厦门大学、山东大学、湖南大学、华中科技大学、中南大学、华南理工大学、重庆大学、电子科技大学、西北工业大学、西安工业大学。
“211工程”高校：北京林业大学、河北工业大学、太原理工大学、辽宁大学、北方工业大学、华北电力大学、华北电力大学（保定）、大连海事大学、东北师范大学、东北林业大学、东华大学、南京理工大学、江南大学、南京师范大学、哈尔滨工程大学、东北农业大学、华东理工大学、上海大学、南京航空航天大学、河海大学、安徽大学、福州大学、南昌大学、合肥工业大学、中国石油大学（华东）、郑州大学、暨南大学、广西大学、西南交通大学、贵州大学、大学、武汉理工大学、海南大学、长安大学、青海大学、西安电子科技大学、新疆大学、石河子大学、中国地质大学（北京）。
智能电网信息工程
专业解读
“智能电网信息工程”是国家发展战略新兴产业和进行国家智能电网建设的急需专业，为电气类下的特设专业。培养具有扎实的专业理论和专业技能，具备较强的综合素质和一定的创新精神，掌握信息采集和处理的基本理论和电力系统通信技术，掌握电力系统生产、运行的规律和特点，并对智能电网体系结构和关键技术有一定认识，可以在信息化、自动化、互动化的电力系统领域从事研究、开发、设计、制造、运行维护与管理等工作的复合型高级工程技术人才。
主要课程
本专业的主要课程有：高等数学、大学物理、计算机语言及应用、信号与系统、电子技术基础、自动控制理论、电路、电机学、电磁场、电力系统分析、电力电子技术、智能电网技术、通信原理、物联网、无线传感网络、传感器与检测、单片机原理、嵌入式系统等。
就业方向
本专业学生毕业后主要在电网公司、发电公司、科研设计、高等院校、相关行业或部门从事设计、开发、生产运行与管理、科学研究、技术支持等工作。
开设院校
目前开设本专业的高校主要有：
华北电力大学、重庆邮电大学、青岛科技大学、南京工程学院、南京邮电大学、南京理工大学、广东技术师范学院、长春工程学院等。
电气工程与智能控制
专业解读
“电气工程与智能控制”专业主要培养能够在工业企业运动控制、过程控制、供电技术、检测与自动化仪表、信息处理等领域从事系统分析、系统设计、系统运行维护、科技开发等方面工作的具有创新精神和良好的英语沟通能力的复合型工程技术人才。
主要课程
本专业的主要课程有：电路与电子技术、机械设计基础、微机原理及接口、电机与拖动基础、自动控制理论、传感器与检测技术、设备信息管理系统、智能化控制系统、液压与气动等。
就业方向
本专业学生毕业后，主要从事现代企业特别是外企的生产和管理的自动控制、电气设备的系统控制和运行维护等方面的工作，也可从事科研工作。
开设院校
目前开设本专业的高校主要有：
上海海事大学、辽宁工程技术大学、中北大学等。
建筑电气与智能化
专业解读
“建筑电气与智能化”属于工学大类，土建类。随着信息化技术的发展，国民经济对数字化城市、绿色与智能建筑的要求越来越高，各行各业用信息技术来改造传统产业是大势所趋，而建筑智能化是与信息技术紧密结合的朝阳产业，社会对“建筑电气与智能化”专业人才的需求量会越来越大。
本专业主要学习电工技术、控制理论等基础理论，学习计算机网络与综合布线、楼宇自动化及建筑电气的理论和技术，学生受到现代电气自动化工程师的基本训练，具有进行楼宇自动化系统和建筑电气系统的设计、运行、实验研究的基本能力。
主要课程
主要课程有：电气控制与可编程、建筑制图与识图、电工基础、电子技术基础、应用电机技术、电气CaD、制冷与空调技术、楼宇给排水、楼宇综合自动化、电梯技术等。实践课程内容包括：认识实习、电工实习、生产实习、毕业实习、课程设计、毕业设计等。
就业方向
本专业学生毕业后主要在各类企事业单位、科研、设计、施工等部门从事建筑电气与智能化领域的研究、设计、生产和开发、运行、管理、维修等工作。如：⑴建筑电气专业强弱电设计、施工、监理；⑵智能建筑系统的开发、安装、调试和维护；⑶建筑设备的研发、安装、调试、维护；⑷电子设备的研究、开发与维护；⑸计算机控制系统与工业控制系统的软硬件研发。
开设院校
目前开设本专业的高校有28所：
北京建筑工程学院、沈阳建筑大学、南京工业大学、盐城工学院、杭州电子科技大学、青岛理工大学、郑州轻工业学院、湖南文理学院、西安建筑科技大学、安徽建筑工业学院、浙江科技学院、扬州大学、南京工程学院、长春工程学院、重庆大学城市科技学院、吉林建筑工程学院城建学院、广西大学行健文理学院、南京师范大学泰州学院、河北建筑工程学院、吉林建筑工程学院、南通大学、苏州科技学院、华东交通大学、山东建筑大学、湘潭大学、广东技术师范学院、天津城市建设学院、金陵科技学院、华北科技学院、三江学院、北京联合大学、河南城建学院、广东技术师范学院天河学院、安徽建筑工业学院城市建设学院、成都理工大学工程技术学院、扬州大学广陵学院。
水利水电工程
专业解读
水电是我国的主要能源之一，随着国民经济的高速发展，水利水电事业也在突飞猛进，具有广阔的前景。水利水电工程专业主要培养既掌握水利水电工程建设所必需的基本理论和基本知识、又具备水利水电工程的专业知识和能力，培养能够从事水利水电领域的规划、设计、施工、科研、管理、教育等工作的高级人才。
主要课程
本专业的主要课程有：工程力学、结构力学、水力学、土力学、计算机应用、工程地质、工程测量学、工程水文及水利计算、水利工程经济学、建筑材料、钢筋混凝土结构、钢结构、水工建筑物、水利水电工程施工、水电站建筑物、建设项目评估和管理等。
就业方向
本专业学生毕业后在水利、水电领域的规划院、勘测设计院、工程局、水电开发公司、工程单位及相关企业从事水利水电规划、设计、施工、监理等工作；在有关部委、省、市的水利水电管理部门、电力集团公司、流域机构、水电站、水库等从事水利水电管理工作；在高等学校、科研院所从事水利水电方面的科研、教学等工作；也可在土木建筑及其他行业从事相关工作。
开设院校
目前开设本专业的高校共78所，其中“985工程”高校8所，“211工程”高校17所。
“985工程”高校：清华大学、大连理工大学、山东大学、武汉大学、天津大学、华中科技大学、华南理工大学、西北农林科技大学。
“211工程”高校：华北电力大学、太原理工大学、福州大学、中国农业大学、东北农业大学、河海大学、合肥工业大学、南昌大学、郑州大学、广西大学、西南交通大学、四川农业大学、贵州大学、大学、宁夏大学、石河子大学、青海大学。
核工程与核技术
专业解读
“核工程与核技术”专业是根据我国核电事业广阔发展前景和对人才的巨大需求而设置的新专业。其目标是培养核电设计、制造、运行、维护和管理等方面的高级技术人才。
主要课程
本专业的主要专业课程有：热工基础、计算机应用、工程力学、机械设计基础、电工学、检测技术、热工过程自动化、计算机控制、可靠性工程、汽轮机原理及运行、核反应堆物理分析、核反应堆热工分析、核反应堆控制和仪表、核电厂辐射测量与防护、核反应堆安全分析、核电厂系统与运行等。
就业方向
本专业学生毕业后能胜任核电厂的运行、维护和管理工作，也能胜任核电工程项目的设计、科研和管理工作及其它能源动力领域的专门技术工作。主要有：⑴核电厂的运行、维护和管理及技术支持工作；⑵核电设备制造企业的技术开发工作；⑶核工程设计院和研究院的设计和科研工作；⑷核电工程公司的技术咨询与管理工作。主要就业单位有：五大电力集团公司、中国广东核电集团公司、中国核工业集团公司、核电工程建设公司、核电设备制造企业、核工程设计院、核工程与核技术研究院所等。
开设院校
目前开设本专业的高校共28所，其中“985工程”高校11所，“211”院校2所。
“985工程”高校：清华大学、上海交通大学、中国科学技术大学、武汉大学、华南理工大学、重庆大学、东南大学、华中科技大学、中山大学、四川大学、西安交通大学。
“211工程”高校：华北电力大学、哈尔滨工程大学。
农业电气化
专业解读
“农业电气化”专业学生主要具备电力、电子与控制工程方面的基本理论，电子计算机应用技术和企业经营管理方面的基本知识，农村（地方）电力系统及农用电气工程和自动化技术有关的工程设计、科研开发及实验调试方面的基本能力。
主要课程
本专业的主要课程有：电路学、电机学、自动控制理论、电子学、计算机技术、电力工程、供电技术、用电技术、电网规划、配电网自动化、高电压技术、电力电子技术、电气控制技术、计算机网络与控制技术、电力经营管理等。
就业方向
本专业学生毕业后主要在地方电力系统和大型企业供电系统从事有关的科研、设计、建设、运行、供电及用电管理等方面的技术工作。
开设院校
开关电源原理设计篇10
关键词：电热水壶；分离式设计；pro/e软件；自动断电；温控器文献标识码：a
中图分类号：tQ320文章编号：1009-2374（2016）35-0024-02Doi：10.13535/ki.11-4406/n.2016.35.011
1概述
电热水壶用于快速烧开自来水，是继电开水器、电子热水瓶、冷热饮水机之后近几年开发出来的新型家用饮水电器，适用于家庭、办公室、宾馆等场。由于其便携性和安全性受到越来越多人的青睐，市场前景巨大。目前，电热水壶的市场竞争越来越激烈，由于行业进入门槛低、利润高、运营周期短，行业垄断尚未形成，电热水壶受到了家电生产企业的青睐。众多生产企业努力在提升电热水壶的技术含量、改善性能等方面下功夫，让电热水壶的使用更方便、安全。
本文设计的电热水壶产品采用不锈钢发热盘360°旋转新技术，壶体与电源分离式设计等方法保证沸腾后电热水壶自动断电，防干烧，改变了以往热水壶只采用温控，防干烧超温保护等缺陷，并使用pro/e软件对水壶产品主要零部件和外观进行了详细的数字化设计，使产品更加安全、美观和快捷。
2电热水壶工作原理和功能
电热水壶的主要优点有外形新潮、方便快捷、新鲜卫生、安全可靠、特色显著等优点。电热水壶主要工作原理是接通电源5分钟左右后，水温逐步上升到100℃，水开始沸腾，蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片，由于热胀冷缩的作用，双金属片膨胀变形，顶开开关触点断开电源。如果蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直到水被烧干，发热元件温度急剧上升，位于发热盘底部的有两个双金属片，会因为热传导作用温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。因此电热水壶的安全保护装置是设计得非常科学与可靠的，这也就是电热水壶的三重安全保护原理。本文设计的电热水壶产品工作原理为采用英国StRiX温控器，电子板程序控制中心通过温控器上的热敏电子反馈的温度信息，进行控制继电器的离合，从而控制发热盘的工作电源，产品工作原理图如图1
所示。
本文设计的电热水壶的主要功能如下：
2.1煲水功能
将底座插上电源，按下开关按钮，底座开始接通电源，如果不将装壶身放在底座上，底座上无任何功能。将装有水的壶身放在底座上，整机将处于待机状态，温度功能处于默认状态下的“BoiL”功能，按选择按钮选择不同的温度，选择好温度后，再按下开关按钮，发热盘接通电源，整机开始煲水工作，热敏电阻会将温度信息不间断地反馈给信息控制中心，当温度达到选择的温度时，信息控制中心根据热敏电阻反馈的信息做出判断和动作，使继电器自动断开，切断发热盘的电源，整机会回到待机的默认“BoiL”状态。
2.2保温功能
该产品保温功能为独立功能，将底座插上电源，按下开关按钮，底座开始接通电源，如果不将装壶身放在底座上，底座上无任何功能。将装有水的壶身放在底座上，整机将处于待机状态，温度功能处于默认状态下的“BoiL”功能，此时保温工作主要有两种方式：（1）此时可选择任何温度，但如果先按开关按钮进行煲水（针对自来水），再按保温按钮来保温，水壶则会先把水加热到100℃后再将水保温在55℃、80℃、95℃，正迎合了市场的需要，55℃冲奶粉、80℃冲咖啡、95℃品茶；（2）此时可选择任何温度，但如果先按保温按钮进行煲水保温（针对直饮水），水壶则会直接把水加热到所需要的温度档位，将水保温在55℃、80℃、95℃。
3电热水壶主要零件设计
根据对电热水壶的功能分析，电热壶里面的主要功能元器件为温控器、内置探头和发热盘等零件。
电热水壶的温控器作为主要核心零件，起到的作用至关重要，温控器的寿命直接影响到电热水壶的寿命。目前市场上用于电热水壶的温控器主要品牌有以StRiX、otteR为主的国外品牌和以SLD、SLt、Jiatai、发达等为主的国内品牌。电热水壶的温控器国产温控器和进口温控器的最大的区别在于制作工艺以及用料、产品的使用寿命等。比较两者，进口电热水壶的温控器寿命大约在20000次，而国产的电热水壶温控器寿命最低可以达到5635次，且进口的电热水壶温控器安全系数相对较高。本产品中的温控器零件采用英国进口技术StRiX温控器，控温准确，保证100%沸腾，有防干烧功能，使用寿命更长。设计图如图2所示：
电热水壶内置探头是产品主要功能元件之一，通过采用内置智能感温探头的感应技术，该电热水壶能够实现50℃～95℃自由调温，控制温度准确到位，保证不同的温度精准控制需求，为内置探头结构如图3所示：
发热盘作为电热水壶的主要零件，主要功能是对壶内的水进行加热和保温。电热水壶称为旋转式电热水壶。这种电热水壶用发热盘替代了发热管，并将发热盘隐藏在壶底，不与水直接接触，可以实现一次性防干烧保护功能；而且连接器置于底座及壶体底盘的中央，使两者能360°任意对接，使用更加便捷。随着温控器技术的发展，旋转式电热水壶开始拥有越来越多的附加功能，如精准化自动断电、保温等功能，使得电热水壶的使用更加人性化。目前，旋转式电热水壶在欧洲市场拥有近80%的份额，而中国国内市场在售产品中也有60%以上为旋转式产品。本产品中发热盘即采用不锈钢发热盘360°旋转新技术，使壶体与电源分离式设计，从而保证沸腾后电热水壶自动断电，防干烧，极大地提高了产品使用的安全性和便携性，发热盘零件结构如图4所示：
在主要功能零件设计好后，最后根据内部结构通过软件辅助对多功能热水壶的外观进行造型设计。利用pro/e软件对多功能电热水壶机身进行造型设计。我们通过线来勾勒出机身的大致轮廓，然后通过线构造面，让面展现出整个机身的轮廓。通过观察对机身的外轮廓进行参数设定，确认机身符合设计者要求后，我们实体化原先确定的机身外形，壶体采用不锈钢，具有简洁、美观、大方、易于清洗等优点，在壶体把手设计上，利用人机工程学，充分考虑使用者的舒适性，电热水壶整体造型如图5所示：
4结语
本文对电热水壶主要功能和工作原理进行了分析，提出了发热盘不锈钢发热盘360°旋转新技术，使壶体与电源分离式设计等技术，提高了使用的安全性和便利性。利用pro/e软件实现了电热水壶中的温控器、内置探头和发热盘等零件及壶体的造型设计。
参考文献
[1]吉小辉.电水壶自动断电控制器的研究与设计[J].电子设计工程，2013，（21）.
[2]龙克文.电水壶用温敏磁控开关应用技术开发[J].日用电器，2013，（7）.
[3]戢利霞.电水壶设计识别研究――以莫菲和飞利浦为例[D].武汉理工大学，2010.