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開關(guān)電源原理與設(shè)計范文第1篇

Design and development of MIDAS⁃based electronic component management system

for university electronic design contest

ZHANG Xiang⁃ming

（College of computer science， South⁃Central University for Nationalities， Wuhan 430074， China ）

Abstract： In order to improve the management efficiency of components for the undergraduate electronic design contest， and raise the utilization rate of electronic components， a set of electronic component management system based on MIDAS （multi⁃tier distributed application services suite） and ADO technology was designed and developed. In combination with the management features of electronic components in daily training of electronic design contest in colleges and universities， a distributed multi⁃tier architecture was used in the electronic components management system design and implementation. The bar code technology was adopted in the system. The results show that the developed system has the advantages of simple operation， high efficiency， and can improve the management efficiency of distribution， collection， laboratory procurement and inventory early warning of electronic components.

Keywords： multi⁃tier distributed application services suite； electronic device competition； electronic component management system； and chips； ADO technology

0引言

隨著中國教育體制改革的不斷推進(jìn)，各高校越來越重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，以期達(dá)到提升學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)、增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)市場和社會的目的。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽是一項面向理科學(xué)生的重要賽事，其全國競賽組委會由國家教育部、信息產(chǎn)業(yè)部及部分參賽省市教委代表及電子類專家組成，負(fù)責(zé)全國競賽的組織領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)工作，其重要性不言而喻[1⁃2]。

競賽要使用到大量的電子元器件，涉及的元器件品種多達(dá)幾百種，且使用數(shù)量繁多。學(xué)生在競賽前期的實訓(xùn)中，需要頻繁地領(lǐng)用元器件，高校實驗室管理人員需要對元器件的消耗情況進(jìn)行匯總，對貴重器件進(jìn)行登記與跟蹤，同時還要對元器件庫存有充分的了解，以便對元器件庫進(jìn)行有效合理的補充。目前很多高校的元器件管理工作仍處在于手工管理狀態(tài)：仍然以手工方式登記學(xué)生領(lǐng)用情況，以人工方式對器件進(jìn)行跟蹤，目測元器件庫存是否充足，學(xué)生領(lǐng)用元器件查找費時，這些問題極大地影響了電子競賽的高效管理[3]。

為提高競賽管理效率及元器件使用率，將構(gòu)建一套智能化的電子元器件管理系統(tǒng)。因競賽實訓(xùn)工作均在學(xué)校內(nèi)完成，故將系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計為三層C/S（客戶/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，采用MIDAS和ADO技術(shù)來開發(fā)系統(tǒng)，按軟件工程理論和方法對系統(tǒng)的各項模塊進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)元器件采購計劃管理、元器件入庫、學(xué)生領(lǐng)用元器件、元器件查詢、元器件統(tǒng)計分析等主要功能。

1系統(tǒng)架構(gòu)和開發(fā)環(huán)境

基于高校電子設(shè)計競賽的實際情況，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)的多層分布式環(huán)境來開發(fā)，使用DELPHI7.0為開發(fā)平臺，充分地運用其MIDAS，ADO等技術(shù)來構(gòu)建一個基于數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯應(yīng)用服務(wù)層及客戶層的分布式智能化管理系統(tǒng)，開發(fā)過程中使用的一些相關(guān)技術(shù)分析如下：

1.1多層分布式系統(tǒng)

分布式結(jié)構(gòu)實際上是一種分布式應(yīng)用系統(tǒng)，被分成數(shù)個不同的部分并且被執(zhí)行在不同的機(jī)器之中，引入了應(yīng)用程序服務(wù)器概念，應(yīng)用程序服務(wù)器是一個包含系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的應(yīng)用程序，以一種特定的組件形態(tài)，如MicroSoft的COM/DCOM，CORBA等對象，封裝應(yīng)用系統(tǒng)的邏輯程序代碼，執(zhí)行特定企業(yè)功能，然后把這些企業(yè)對象分發(fā)到應(yīng)用服務(wù)器。

1.2體系結(jié)構(gòu)

三層或多層體系結(jié)構(gòu)中比二層C/S結(jié)構(gòu)增加了一個中間層到客戶端和數(shù)據(jù)庫端間。中間層的實現(xiàn)有多種方法，目前最常用的是應(yīng)用服務(wù)器，把使用的事務(wù)和消息服務(wù)器看作應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)“中間件”平臺[4]，客戶端程序不直接與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信，而是通過中間層⁃應(yīng)用服務(wù)器來訪問，當(dāng)有客戶端程序發(fā)出數(shù)據(jù)請求時，通過指令傳送到應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器接到指令后，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)（Function）、過程（Procedure）等業(yè)務(wù)邏輯來向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)出指令，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器經(jīng)過運算后，將處理結(jié)果反饋至應(yīng)用服務(wù)器，再由應(yīng)用服務(wù)器將中間結(jié)果反饋至客戶端程序，從而大大減少數(shù)據(jù)庫端訪問量過大的開銷，提高數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)運行效率[5]，如圖1所示。

圖1 三層C/S體系結(jié)構(gòu)

1.3MIDAS技術(shù)

多層分布式應(yīng)用服務(wù)包（Multi⁃tier Distributed Application Services Suite，MIDAS），在Delphi企業(yè)版里被用來創(chuàng)建多層應(yīng)用程序。MIDAS提供了一套高級組件、服務(wù)和核心技術(shù)，可以簡化跨平臺（Windows，UNIX，Linux）、跨產(chǎn)品的多級分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，通過它可以用相同的組件訪問不同的后端應(yīng)用程序服務(wù)器，在帶寬具有挑戰(zhàn)性的網(wǎng)絡(luò)中，與其他解決方案所產(chǎn)生的分布式應(yīng)用相比，具有更快、更容易和更高的特性[6]。

MIDAS三層體系結(jié)構(gòu)指邏輯上的三層，即應(yīng)用表示層、應(yīng)用邏輯層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用表示層主要負(fù)責(zé)用戶端界面，提供給用戶一個操作方便且簡單快捷的應(yīng)用服務(wù)接口；應(yīng)用邏輯層（或為應(yīng)用服務(wù)器）是整個結(jié)構(gòu)中最重要的部分，實現(xiàn)應(yīng)用程序的應(yīng)用邏輯處理；數(shù)據(jù)層（又為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取和管理。應(yīng)用邏輯層將業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問及合法性檢驗等工作放到了中間層進(jìn)行處理。通常情況下，客戶端不直接與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，而是通過通信協(xié)議與中間層建立連接，再經(jīng)由中間層與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互。Delphi對多層分布式應(yīng)用程序的支持主要得益于其MIDAS技術(shù)，該技術(shù)允許分割數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，并實現(xiàn)對商業(yè)規(guī)則和進(jìn)程的集中管理[7]。

2系統(tǒng)分析與設(shè)計

2.1系統(tǒng)需求分析

在軟件工程理論中，需求分析是軟件工程設(shè)計最重要的一環(huán)，是連通用戶與軟件開發(fā)人員的橋梁，是整個開發(fā)過程的重要基礎(chǔ)。電子元器件因種類多、設(shè)計期間用量大、參賽參訓(xùn)人數(shù)多、實驗人員管理雜等特點，元器件管理系統(tǒng)需要有準(zhǔn)確、全面的一手用戶需求資料，從而設(shè)計出符合要求的功能需求，為電子設(shè)計競賽實驗室管理人員提供高效、準(zhǔn)確的統(tǒng)計與分析數(shù)據(jù)，更好地做好服務(wù)[8]。歸納出以下需求：

（1） 元器件基本要素：元器件是元件和器件的概稱，包括元器件類別、名稱、規(guī)格、型號等要素。

（2） 元器件存放要素：為方便電子設(shè)計實訓(xùn)時學(xué)生快捷領(lǐng)用元器件，在元器件存放時，嚴(yán)格按規(guī)定存放到指定編號的小器件單元，單元按元器件類別分類存放，按序編號。

（3） 元器件采購要素：包括元器件類別、名稱、規(guī)格、型號、日期、數(shù)量、單價、供應(yīng)商等。

（4） 元器件的出庫要素：學(xué)生領(lǐng)用和元器件調(diào)撥，包括元器件類別、名稱、規(guī)格、型號、數(shù)量、出庫類別、領(lǐng)用人學(xué)號、姓名（或被調(diào)撥單位名稱）、領(lǐng)用日期等要素。

（5） 用戶信息：包括實驗室管理人員、學(xué)生，權(quán)限分為查詢、統(tǒng)計、入庫、出庫、可領(lǐng)用等。

（6） 系統(tǒng)的功能需求。根據(jù)電子設(shè)計競賽實訓(xùn)元器件管理的特性及元器件發(fā)放的流程分析，電子元器件管理系統(tǒng)需要完成的功能有：元器件基本設(shè)置、采購及入庫、元器件發(fā)放（或領(lǐng)用）、元器件調(diào)撥、元器件庫存統(tǒng)計及預(yù)警、元器件相關(guān)查詢等功能。

2.2系統(tǒng)的功能設(shè)計

通過上述的系統(tǒng)需要分析，設(shè)計出本系統(tǒng)應(yīng)完成的具體功能結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。

圖2 元器件管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

（1） 用戶權(quán)限管理功能模塊。電子設(shè)計競賽日常培訓(xùn)由實驗室工作人員管理，負(fù)責(zé)元器件的采購計劃、元器件的發(fā)放與回收、庫存分析等工作。按用戶的實際操作范圍，生成不同的角色，每一角色具有不同的使用權(quán)限，然后為不同的操作用戶分配不同的角色。權(quán)限分為：普通管理員、超級管理員。

（2） 元器件倉庫管理功能模塊。對元器件倉庫按元器件的類別進(jìn)行分類管理，并按元器件的規(guī)格、型號來分別設(shè)置元器件倉庫存放地點，設(shè)置統(tǒng)一編號管理元器件倉庫?？蓪崿F(xiàn)按倉庫編號查元器件名稱、數(shù)量等操作；可根據(jù)元器件查找倉庫，方便學(xué)生領(lǐng)用時快速尋找元器件。

（3） 元器件進(jìn)庫管理功能模塊。根據(jù)年度采購計劃；采購后元器件入庫。入庫信息包含供應(yīng)商、價格、日期、倉存單元編號等信息；該模塊能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入與修改操作及元器件的入庫和查詢匯總操作等功能。

（4） 元器件出庫功能模塊。元器件出庫方式主要有：學(xué)生領(lǐng)用元器件、元器件調(diào)撥。學(xué)生領(lǐng)用元器件，需先經(jīng)遠(yuǎn)程預(yù)約領(lǐng)用，由實驗室人員按預(yù)約進(jìn)行發(fā)放；實驗室人員能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的元器件存放地址準(zhǔn)確找到元器件；元器件調(diào)撥必須要有調(diào)入單位信息，需經(jīng)超級管理員審核方可執(zhí)行。

（5） 元器件庫存預(yù)警功能模塊。根據(jù)實際庫存及系統(tǒng)預(yù)設(shè)預(yù)警數(shù)量，系統(tǒng)自動并作出相應(yīng)庫存預(yù)警。

（6） 元器件倉存統(tǒng)計查詢功能模塊。按各種統(tǒng)計要求設(shè)計各類統(tǒng)計查詢功能，可統(tǒng)計某段時間內(nèi)元器件的使用量，并可生成各類報表。

（7） 條碼管理。學(xué)生學(xué)號、元器件均采用條碼管理，方便錄入。

2.3系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

電子元器件管理系統(tǒng)建立在局域網(wǎng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)之上，將存在于實際操作和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)抽象為業(yè)務(wù)邏輯對象，通過對象管理框架進(jìn)行管理。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建若干適應(yīng)電子競賽用元器件實際情況的功能模塊，通過友好的用戶界面與用戶交互，完成電子設(shè)計競賽和實驗室人員元器件管理服務(wù)的系統(tǒng)。其中：

（1） 對象管理框架層：提供實現(xiàn)電子元器件管理的各種功能的核心構(gòu)架；

（2） 系統(tǒng)功能模塊層：在用戶界面層，用戶命令的處理均由各項功能模塊完成；

（3） 圖形用戶界面層：提供友好的交互式的圖形界面，使學(xué)生和實驗室人員可以直觀方便地完成電子元器件管理系統(tǒng)的各項功能；

（4） 系統(tǒng)支持層：電子元器件管理系統(tǒng)是一個多層分布式的管理系統(tǒng)，分布式技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效支持分散數(shù)據(jù)的集中管理，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操作功能有效支持了系統(tǒng)對象在底層數(shù)據(jù)庫的管理[9⁃10]。

3系統(tǒng)的具體實現(xiàn)與特點

根據(jù)多層分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和電子元器件管理的特點，分別實現(xiàn)該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層、業(yè)務(wù)邏輯層、用戶表示層的詳細(xì)設(shè)計。

3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層服務(wù)器的實現(xiàn)

根據(jù)電子元器件管理系統(tǒng)的功能要求，選取MicroSoft SQL Server 2000作為后臺數(shù)據(jù)庫。SQL Server2000具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性、安全性管理和并發(fā)控制。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫（ElecComponentsDb），建立若干個數(shù)據(jù)表，分別存放用戶權(quán)限管理、元器件類別、元器件入庫資料、元器件領(lǐng)導(dǎo)用管理、元器件調(diào)撥等信息，并設(shè)置若干個由多個表JOIN連接的視圖，以設(shè)計各類管理功能需要的交叉查詢功能。大量在客戶端不能完成的系統(tǒng)功能，全部設(shè)計為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的存儲過程，用存儲過程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，達(dá)到了既快速，又安全的目的。主要存儲過程有：

（1） 元器件領(lǐng)庫存余量計算算法功能：PROCEDURE ElecChipsCalc；

（2） 元器件分類匯總：PROCEDURE ElecChipsStas；

（3） 元器件進(jìn)倉處理：PROCEDURE ElecCmpsIn；

（4） 元器件領(lǐng)用處理： PROCEDURE ElecCmpsOut等。

3.2應(yīng)用服務(wù)器的建立

（1） 使用數(shù)據(jù)集組件連接遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫

使用Delphi7.0分布式VCL組件建立一個OLE Automation服務(wù)器，客戶端程序通過應(yīng)用服務(wù)器的IAppServer接口連接客戶端應(yīng)用程序供其調(diào)用。通過加入讀取INI文件中存儲的服務(wù)器、用戶名、口令等信息的代碼以及授權(quán)等信息碼后。從外置INI文件讀取信息的程序代碼如下：

sf：Tinifile；//INI文件實例

begin

sf：=Tinifile.Create（ExtractFilePath（Paramstr（0））+'ScunSys.ini'）；

with sf do

begin

edtserv.text：=readstring（'system'，'Server'，'（Local）'）；

edtdb.text：=readstring（'system'，'DbName'，'scunpersondb'）； //

edtuser.text：=readstring（'system'，'UserName'，'sa'）；

edtpwd.text：= readstring（'system'，'password'，'**'）；

// 讀取服務(wù)器信息、數(shù)據(jù)庫、User用戶信息、Password口令信息等

end；

（2） 通過RDM的IAppServer接口來存取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集

在RDM中通過數(shù)據(jù)集組件的方式顯然不能完全解決數(shù)據(jù)的高速存取及數(shù)據(jù)連接池的問題，且安全性不能得到保障，故在本系統(tǒng)中采用了通過設(shè)置IAppServer接口函數(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集的存取操作.

在系統(tǒng)中，根據(jù)獲取數(shù)據(jù)集、存儲數(shù)據(jù)集及其他功能實現(xiàn)的方式設(shè)立以下幾種主要的業(yè)務(wù)函數(shù)：

① 通過數(shù)據(jù)庫端存儲過程獲取數(shù)據(jù)。（有數(shù)據(jù)集返回）

function AccqDataFromStoreproc （）： OleVariant； 該函數(shù)返回值為一數(shù)據(jù)集，直接賦值給DataSet.Data，從客戶端接收SQL語句獲取數(shù)據(jù)。程序代碼如下：

function TScunAppS.AccqDataFromStoreproc（const spName： WideString；Params： OleVariant； const spdname： WideString）： OleVariant；

var

i：integer；

sconn：Tadoconnection； //設(shè)置TAdoConnection實例

fromsp：TadoStoredproc； //設(shè)置TAdo Storedproc；實例接收客戶端傳遞的存儲過程名稱及其參數(shù)列表

begin

sconn：=Tadoconnection.create（self）；

if ScunAppInfo.ConnectDB（sconn） then

begin

fromsp：=TadoStoredproc.Create（self）；

spdsp：=Tdatasetprovider.Create（self）；

with spdsp do

begin

DataSet：=fromsp；

exported：=true；

resolvetodataset：=true；

name：=spdname；

end；

with fromsp do

begin

close；

connection：=sconn；

Procedurename：=spname；

if （varisarray（params）） then

begin

parameters.Clear；

for i：=vararraylowbound（params，1） to vararrayhighbound（params，1） do

begin

Parameters.Add；

Parameters[i].Value：=params[i]；

//從params分離出存儲過程參數(shù)

end；

end

else

exit；

prepared：=true；

try

active：=true；

result：=spdsp.Data； //獲取數(shù)據(jù)集，Variant參數(shù)回傳客戶端

except

on e： Exceptiondoraise；

end；

end；

end；

scunappinfo.stpspname：=spdname；

end；

② 更新數(shù)據(jù)集函數(shù)有兩個：UpdateByScript，UpdateByStoreProc，從客戶端接收SQL語句更新數(shù)據(jù)集。

③ 其他類函數(shù)：ECmpLogin， ECmpUnLogin，ReleaseDSProvider，用于對應(yīng)用服務(wù)器的操作和管理。

3.3客戶端應(yīng)用程序的建立

在Delphi中建立一個項目組，連接應(yīng)用程序服務(wù)器，然后建立一個新的Application應(yīng)用程序。新建一數(shù)據(jù)模塊，加入一個MIDAS組件板中的TDCOM Connection組件，設(shè)定其Computer Name屬性值為應(yīng)用程序服務(wù)器位于的主機(jī)名稱。設(shè)定TDCOM Connection要使用的應(yīng)用程序服務(wù)器，設(shè)置應(yīng)用程序服務(wù)器的GUID和填在TDCOM Connection的ServerGUID屬性值。再添加TClientDataSet組件，設(shè)置其Provider Name 屬性值，激活TClient DataSet的實例，使其通過中間層從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中取得數(shù)據(jù)集。

在多層體系中，應(yīng)用程序?qū)⒋碌臄?shù)據(jù)暫存在客戶端應(yīng)用程序中，系統(tǒng)真正要求將數(shù)據(jù)集更新回數(shù)據(jù)庫時，必須調(diào)用應(yīng)用程序服務(wù)器提供的Apply Updates方法，才會把更新的數(shù)據(jù)集真正的更新回后端數(shù)據(jù)庫中，其更新方法如下：

If（DataModule1.Clientdataset1.changecount>0） then

//判斷數(shù)據(jù)集是否有更新發(fā)生

begin

DataModule1.Clientdataset1.Post；

DataModule1.Clientdataset1.ApplyUpdates（0）；

//更新數(shù)據(jù)集至數(shù)據(jù)庫

end；

3.4主要功能模塊的實現(xiàn)

（1） 根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計詳細(xì)設(shè)計書，制作程序用戶界面圖，并編寫程序代碼，實現(xiàn)電子元器件管理系統(tǒng)的各項主要功能。如圖3所示為電子元器件管理系統(tǒng)的主界面窗口。

圖3 電子元器件管理系統(tǒng)主界面圖

（2） 用戶登錄密碼加/解密算法實現(xiàn)。因使用的數(shù)據(jù)庫SQL Server2000存放用戶信息的表字符均為明文，而管理人員復(fù)雜，登錄用戶密碼易被泄密，故采用異或算法來對用戶密碼明文進(jìn)行加密，讀取密碼時進(jìn)行解密。具體算法如下：

ss：=''；

ts：=trim（passWord.text）； //用戶輸入的密碼加密

for i：=1 to length（ts） do

ss：=ss+char（ord（ts[i]） xor 127）；

解密算法同樣采用xor算法來實現(xiàn)。

（3） 元器件入庫管理模塊。系統(tǒng)設(shè)定元器件入庫前必須要有預(yù)算計劃，每次入庫自動生成一個入庫單號，然后在該入庫單下進(jìn)行元器件各類參數(shù)信息的錄入。見圖4為元器件入庫管理模塊。

圖4 元器件入庫管理模塊圖

（4） 元器件領(lǐng)用管理模塊。在電子設(shè)計日常實訓(xùn)中，學(xué)生經(jīng)常要進(jìn)入實驗室進(jìn)行領(lǐng)用元器件，在領(lǐng)用元器件前學(xué)生必須經(jīng)過系統(tǒng)的預(yù)約，預(yù)約領(lǐng)哪些元器件，并經(jīng)指導(dǎo)老師審核后，方可到實驗室領(lǐng)取所預(yù)約的元器件。元器件領(lǐng)用管理模塊實現(xiàn)功能如圖5所示。

圖5 元器件領(lǐng)用管理模塊圖

其他功能模塊均已按設(shè)計要求進(jìn)行實現(xiàn)，并經(jīng)測試使用正常。在系統(tǒng)的使用過程中，學(xué)號、元器件編號無使用條碼錄入，增添了程序的可操作性和快捷性。

3.5多層穩(wěn)固性及容錯與負(fù)載平衡能力的處理

系統(tǒng)采用了多個應(yīng)用服務(wù)器來同時處理客戶端進(jìn)程，系統(tǒng)的穩(wěn)固性必然受到影響，程序在開發(fā)過程中使用DELPHI提供的TSimple Object Broker 組件的內(nèi)置功能來實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)固性。通過修改TSimple Object Broker的屬性servers值來添加及維護(hù)一個能夠執(zhí)行應(yīng)用程序服務(wù)器的機(jī)器列表，并設(shè)置TDCOM Connection 或TSocket Connection以連接遠(yuǎn)程服務(wù)器。當(dāng)連結(jié)的主機(jī)故障時， TDCOM Connection 或TSocket Connection 可以從TSimple Object Broker 取得一個新的能夠執(zhí)行應(yīng)用程序服務(wù)器的遠(yuǎn)程機(jī)器名稱，然后再連結(jié)到這臺新機(jī)器以取得應(yīng)用程序服務(wù)器的服務(wù)[11]。

本系統(tǒng)采用動態(tài)平衡算法來保證負(fù)載平衡能力，主要依靠TSimple Object Broker組件強(qiáng)大的功能，設(shè)定TSimple Object Broker 的LoadBalanced 屬性來提供簡單的負(fù)載平衡能力。這樣當(dāng)某臺應(yīng)用服務(wù)器出現(xiàn)故障時，客戶端系統(tǒng)能通過TSimple Object Broker組件的負(fù)載平衡能力自動尋找正常運行的應(yīng)用服務(wù)器，并接管該進(jìn)程的管理功能，從而達(dá)到負(fù)載平衡的功能。

開關(guān)電源原理與設(shè)計范文第2篇

【關(guān)鍵詞】開關(guān)；電源；原理；趨勢

電子設(shè)備的運作需要電源供電，因而一個安全高效的電源，是組成技術(shù)指標(biāo)合格的電子設(shè)備的必要部件之一。當(dāng)下最常見的直流穩(wěn)壓電源主要有兩類，一類是線性電源，另一類是開關(guān)電源。線性電源穩(wěn)定性較好，輸出紋波電壓小，但要浪費較多的調(diào)整管功率，所以電源體積較為臃腫。相比之下，開關(guān)電源高效節(jié)能，外形小卻能穩(wěn)定輸出較高電壓，并且擴(kuò)充方便，包含技術(shù)含量高，常被應(yīng)用于數(shù)碼設(shè)備、計算機(jī)等。開關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來發(fā)展的主流趨勢，在當(dāng)下已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

一、開關(guān)電源的基本原理及組成

（一）開關(guān)電源的基本原理

根據(jù)控制原理的差異，開關(guān)電源分為三種：脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制和混合調(diào)制。

（1）脈沖寬度調(diào)制式，簡稱脈寬調(diào)制式（Pulse Width Modulation，縮寫為PWM），當(dāng)前集成開關(guān)電源多采用此種方式。這種方式穩(wěn)定電壓的方式是，在開關(guān)頻率不變化的前提下，依靠脈沖寬度的增大或縮小改變占空比例，進(jìn)而調(diào)節(jié)電壓達(dá)到穩(wěn)定。它核心部件是脈寬調(diào)制器。濾波電路的運行十分便捷，因為開關(guān)是按照穩(wěn)定的周期工作的。然而，這種控制方式也有缺陷，它不能寬范圍地調(diào)整輸出的電壓，因為受功率開關(guān)最小導(dǎo)通時間不夠的話，就不能完成寬范圍的調(diào)整。還有一個缺陷就是，輸出端要求較高，為了避免空載時電壓輸出上升，需要安排接假負(fù)載。

（2）脈沖頻率調(diào)制方式，簡稱脈頻調(diào)制式（PulseFre-quency Modulation，縮寫為PFM）。在這種調(diào)制方式運作的時候，脈沖寬度是固定的，開關(guān)頻率的增加或減少控制了占空比，使得電壓保持穩(wěn)定。脈頻調(diào)制器是它的核心部件。設(shè)計電路的時候，它不使用脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，取而代之的是，用固定脈寬發(fā)生器，同時，使用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)頻率的變化。

這種調(diào)節(jié)方式的基本原理是，調(diào)節(jié)控制器輸出信號的脈沖寬度的運轉(zhuǎn)周期，改變其占空比，從而控制輸出電壓Uo保持穩(wěn)定。它輸出電壓范圍寬，輸出端可不接假負(fù)載。

（3）混合調(diào)制方式，在這種調(diào)整方式下，可以靈活調(diào)整脈沖寬度或開關(guān)頻率，它屬于PWM和PFM的混合方式?；旌险{(diào)制方式兼有脈寬調(diào)制器和脈頻調(diào)制器兩種組件。由于tp和T均可單獨調(diào)節(jié)， 因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合制作供實驗室使用的輸出電壓可以寬范圍調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。

此三種方式都可以叫做時間比率控制（TimeRatio Control， 簡稱TRC）方式。其中，脈寬調(diào)制器在諸如UC3842型脈寬調(diào)制器中是一個獨立的集成電路，而在LM2576型開關(guān)穩(wěn)壓器、TOP250型單片開關(guān)電源集成電路中與其他設(shè)備一同集成使用。

（二）開關(guān)電源的組成

（1）輸入電路：線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路。

（2）變換電路：含開關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開關(guān)電源電源變換的主通道， 完成對帶有功率的電源波形進(jìn)行斬波調(diào)制和輸出。

（3）控制電路：向驅(qū)動電路提供調(diào)制后的矩形脈沖，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的?；鶞?zhǔn)電路、采電路、比較放大、V/F變換、振蕩器?；鶚O驅(qū)動電路：把調(diào)制后的振蕩信號轉(zhuǎn)換成合適的控制信號， 驅(qū)動開關(guān)管的基極。

（4）輸出電路：整流、濾波。把輸出電壓整流成脈動直流，并平滑成低紋波直流電壓。

二、電源開關(guān)的發(fā)展趨勢

開關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來發(fā)展的主流趨勢，在當(dāng)下已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。接下來，筆者立足當(dāng)前的開關(guān)電源的發(fā)展實際和理論發(fā)展，淺析開關(guān)電源的未來其發(fā)展趨勢。

（一）小型高頻化

磁性元件和電容的大小和質(zhì)量決定了電源大小。當(dāng)前的技術(shù)開發(fā)的一個方向在于，減小這些元件的大小，并盡可能低提升開關(guān)頻率。這樣既能減小電源尺寸受到磁性元件和電容尺寸和重量的影響，還能避免受到不必要因素的干擾，提升系統(tǒng)性能，所以小型高頻化是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢之一。

（二）使用穩(wěn)定化

比起線性使用的電源，開關(guān)電源的使用次數(shù)要多好多倍，由于經(jīng)常使用其穩(wěn)定性便不如前者。電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇這些部件是決定使用的穩(wěn)定性和時間長短的要素。因此，當(dāng)下的設(shè)計正是從集成度的提升著眼，盡力地改善器件的使用，增強(qiáng)開關(guān)電源的穩(wěn)定性。進(jìn)化，開關(guān)電源的集成度還有待提高。比較可取的是，利用模塊化技術(shù)，它可以提升開關(guān)的穩(wěn)定性，適合用于分布式電源系統(tǒng)。

（三）低噪化

在傳統(tǒng)的開關(guān)電源中，頻率越高噪聲越大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲，所以低噪聲化也是開關(guān)電源的未來發(fā)展趨勢之一。

（四）計算機(jī)智能控制化

當(dāng)前計算機(jī)操作系統(tǒng)不斷革新，未來的電路將會加以結(jié)合，利用微機(jī)檢測和控制，能有效、多反面監(jiān)控系統(tǒng)，實時檢查、登記和預(yù)警等。

（五）低壓輸出化

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器和便攜式電子設(shè)備的工作越來越低，這就要求未來的DC-DC變換器能夠提供低輸出電壓以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備的供電要求。

三、總結(jié)

本文的上半部分，分析了開關(guān)電源根據(jù)控制原理的差異可以分為三種：脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制和混合調(diào)制，同時還介紹了開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成原理。

后半部分，立足當(dāng)前的開關(guān)電源的發(fā)展實際和理論發(fā)展，分析未來其發(fā)展趨勢為：小型高頻化、使用穩(wěn)定化、低噪化、計算機(jī)智能控制化和低壓輸出化等。

參考文獻(xiàn)

[1]沙占友.新型單片開關(guān)電源的設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[2]沙占友，王曉君，龐志鋒.集成穩(wěn)壓電源實用設(shè)計軟件[M].北京：中國電力出版社，2008.

開關(guān)電源原理與設(shè)計范文第3篇

【關(guān)鍵詞】PWM；雙閉環(huán)；檢測儀器；開關(guān)電源

0 引言

隨著我國科技不斷穩(wěn)步發(fā)展，越來越多的設(shè)備需要用到電源，如：穩(wěn)壓電源、直流電源、交流電源等等。但隨著設(shè)備先進(jìn)性的不斷提高，設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，對電源的要求也越來越高，特別是檢測儀器儀表，精度要求非常高，需要有非常穩(wěn)定可靠的電源來確保測量精度。因此，開關(guān)電源取代普通的電源設(shè)備，廣泛應(yīng)用于檢測儀器儀表中。本文設(shè)計一種基于PWM脈沖寬制調(diào)試的雙閉環(huán)開關(guān)電源，采用國外先進(jìn)的全波整流控制器，該控制器工作模式不僅可以是電流式也可以是電壓式，還能夠為諧振零電壓開關(guān)提供高效、高頻的解決方案，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文采用全橋整流裝置，利用雙閉環(huán)負(fù)反饋的直流-直流變換控制系統(tǒng)，能太太提高開關(guān)電源的電壓、電流等精度，符合檢驗檢測儀表行業(yè)的要求。

1 檢測儀器電源系統(tǒng)概況

隨著信息時代的發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品被越來越多的消費者親睞。與此同時，解決能量消耗即電源管理問題成為重中之重。因此，具有高效節(jié)能特型的開關(guān)電源在近年來發(fā)展迅速，并在計算機(jī)通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。而PWM型開關(guān)電源芯片就具備了此類特性，其核心技術(shù)集中在控制環(huán)節(jié)。此設(shè)計采用PWM控制電路，適用于開關(guān)電源芯片控制。對PWM調(diào)制電路為保證開關(guān)電源正常工作應(yīng)具有的功能展開分析，得到設(shè)計要求。對PWM控制電路的組成模塊、分類、基本原理及各項性能指標(biāo)，進(jìn)行細(xì)致深入的研究，最后得到調(diào)制電路的基本電路結(jié)構(gòu)及滿足性能指標(biāo)的組成模塊，對各個模塊的功能和邏輯是電路設(shè)計的重點，最終該電路實現(xiàn)能產(chǎn)生一定脈沖驅(qū)動信號的功能。

2 系統(tǒng)控制原理圖

雙閉環(huán)負(fù)反饋PWM秒沖寬制調(diào)制系統(tǒng)中，有兩級的反饋系統(tǒng)。串級系統(tǒng)即是電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速反饋構(gòu)成外環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋。本方案設(shè)計三處進(jìn)行系統(tǒng)的電流取樣反饋，取擁緦髦島拖低成杓頻牡緦髦迪啾冉希當(dāng)取樣電流值過大時，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)降低工作電流；但取樣的電流過小時，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)提高工作電壓，這是內(nèi)環(huán)電流反饋的工作情況。外環(huán)的轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)通過電壓檢測裝置檢測系統(tǒng)的電壓情況，再與設(shè)計的電壓值相對比進(jìn)行電壓高低的調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定電壓的效果。基于雙閉環(huán)的設(shè)計思想，圖1中的各個部分相互獨立工作、互不影響，如果某一部分出現(xiàn)故障，不影響另一部分系統(tǒng)的工作，系統(tǒng)內(nèi)部由電流形成負(fù)反饋，外部由電壓形成負(fù)反饋系統(tǒng)。電流電壓負(fù)反饋一起運作，能太太的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和進(jìn)度，滿足檢測儀器儀表的使用要求，達(dá)到良好的效果。雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1所示虛線框中的1#.2#.…….N#是各個高頻開關(guān)電源，其穩(wěn)壓或穩(wěn)流精度很高，原因在于該內(nèi)部自動控制原理圖最終可以簡化為一階系統(tǒng)比例積分環(huán)節(jié)，圖中它們工作在穩(wěn)流狀態(tài)下。

3 硬件電路設(shè)計

圖2為開關(guān)電源的硬件電路組成部分，設(shè)計采用國外先進(jìn)的放大器作為本設(shè)計的核心器件。芯片的1腳與3腳相連接，構(gòu)成差分放大，能有效的減小誤差，提高設(shè)計的精度。

圖2所示輸出法人取樣電壓通過R5和R6設(shè)置，電壓輸出端與電阻5和6形成零點電位，電阻1/2/3與電容1/2/3形成效應(yīng)，與PI構(gòu)成補償系統(tǒng)，電阻1和7在電路中形成增益作用。在電流內(nèi)環(huán)中加入斜坡補償以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。硬件電路通常容易出現(xiàn)不對稱信號的問題，本設(shè)計利用電壓負(fù)反饋補償信號的作用，將電阻8作為上拉電阻提供直流電壓，與RC構(gòu)成的多謝震蕩器作用，提供反饋電壓，從而解決波形的不對稱性。圖中電流檢測信號Is經(jīng)過I-V變換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號。芯片741是一個PWM脈沖寬制比較器，根據(jù)比較器原理，依據(jù)三極管放大電路原理，在芯片3腳接地，芯片的2腳相當(dāng)于一個反相輸入端，對信號進(jìn)行比較。其內(nèi)部的過流及限流比較器實現(xiàn)逐周期過流及限流保護(hù)。當(dāng)2 V2.5 V時，執(zhí)行過流保護(hù)模式。

4 結(jié)語

本設(shè)計依據(jù)3895芯片，利用雙閉環(huán)負(fù)反饋的原理，引入電流負(fù)反饋和電壓負(fù)反饋，提高了開關(guān)電源的精度，利用PWM脈沖寬制調(diào)制技術(shù)，提高了電源變換的效率和穩(wěn)定了。開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計之后，對該系統(tǒng)多次進(jìn)行調(diào)試測，反饋結(jié)果穩(wěn)定良好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，動態(tài)響應(yīng)快，證明本方案是可行的。

【參考文獻(xiàn)】

開關(guān)電源原理與設(shè)計范文第4篇

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源;分類;原理;布局;故障檢修

1.引言

隨著許多高新技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新。開關(guān)電源的設(shè)計要以安全性、可靠性為首要原則，在各種指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文將詳細(xì)的分析開關(guān)電源的分類、結(jié)構(gòu)、原理、布局、故障提出及檢修的技巧分析探討以供大家參考。

圖1 開關(guān)電源原理框圖

2.開關(guān)電源的分類

顧名思義，開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件（如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過控制電路，使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開關(guān)器件對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓。

開關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。

根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中，變壓器式開關(guān)電源（后面簡稱變壓器開關(guān)電源）還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種;如果從用途上來分，還可以分成更多種類。

3.開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)

開關(guān)電源主要由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份構(gòu)成。

（1）主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

（2）控制電路

一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。

（3）檢測電路

提供保護(hù)電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

（4）輔助電源

實現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動，為保護(hù)電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。

4.開關(guān)電源原理

我們的各種電路系統(tǒng)里常常會用到開關(guān)電源，主要用于獲得一定功率的直流電源（多數(shù)是24V），我們?？吹降拈_關(guān)電源外觀上多數(shù)象一個小主箱，通過表面開出的很多散熱孔可以看到里面的電路板。

高頻開關(guān)電源由以下幾個部分組成：

（1）主電路

從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：①輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。②整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。③逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越校。④輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

（2）控制電路

一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。

（3）檢測電路

除了提供保護(hù)電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。

（4）輔助電源

提供所有單一電路的不同要求電源。開關(guān)控制穩(wěn)壓原理開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL，在整個開關(guān)接通期間，電源E向負(fù)載提供能量;當(dāng)開關(guān)K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關(guān)接通時將一部份能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負(fù)載釋放。

改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”

（TimeRatioControl，縮寫為TRC）。按TRC控制原理，有三種方式：

（1）脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModula-tion，縮寫為PWM）開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。

（2）脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModula-tion，縮寫為PFM）導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。

（3）混合調(diào)制導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。

開關(guān)電源原理框圖見圖1所示。

（1）通電瞬間，燈泡閃亮一下后，逐漸熄滅，則電源從輸入至整流濾波均正常，故障應(yīng)在后面電路。否則電源保險或輸入濾波電感開路。

（2）若整流濾波電路正常，則檢測開關(guān)管兩端是否有310V電壓，若無，則取樣電阻R0或變壓器初級開路。

（3）若開關(guān)管電壓正常，則檢測開關(guān)管驅(qū)動電路是否有幾伏至十幾伏電壓，若無則檢測啟動電阻和驅(qū)動電路。

（4）若驅(qū)動有電壓，開關(guān)管正常，則自激繞組有故障或反饋電路有故障。

（5）若燈泡常亮，則開關(guān)管擊穿（短路）或整流橋擊穿（短路）。

（6）若燈泡周期性亮滅，則負(fù)載有短路故障，可著重檢測負(fù)載。

（7）若更換開關(guān)管多次擊穿，則檢測峰值電壓消除電路及負(fù)載是否有開路故障。

（8）經(jīng)過上述維修步驟并檢測負(fù)載電壓基本正常后，即可閉合開關(guān)K，再次檢測時若輸出正常，則說明開關(guān)電源已修復(fù)。

注意：開關(guān)電源負(fù)反饋電路及變壓器次級絕不能開路，否則會損壞電路其他部分。

5.開關(guān)電源的布局

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。

當(dāng)設(shè)計高頻開關(guān)電源時，布局非常重要。良好的布局可以解決這類電源的許多問題。因布局而出現(xiàn)的問題，通常在大電流時顯現(xiàn)出來，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時更加明顯。一些主要的問題是在大的輸出電流和/或大的輸入/輸出電壓差時調(diào)節(jié)能力的下降，在輸出和開頭波形上的額外噪聲，以及不穩(wěn)定性。應(yīng)用下面的幾個簡單原則就可以把這類問題最小化。

（1）電感器

開關(guān)電源盡量使用低EMI（Electro Magnetic Interference）的帶鐵氧體閉合磁芯的電感器。比如圓形的或封閉的E型磁芯。如果開口磁芯（open cores）具有較低的EMI特性，并且離低功率導(dǎo)線和元件較遠(yuǎn)，也可以使用。如果使用開口磁芯，使磁芯的兩極與PCB板垂直也是一個好主意。棒狀磁芯（stick cores）通常用來消除大部分不需要的噪聲。

（2）反饋

盡量使反饋回路遠(yuǎn)離電感器和噪聲源。還要盡可能使反饋線為直線，并且要粗一點。有時需要在這兩種方案之間折衷一下，但使反饋線遠(yuǎn)離電感器的EMI和其它噪聲源是兩者當(dāng)中更關(guān)鍵的一條。在PCB上使反饋線位于與電感器相對的一側(cè)，并且中間用接地層分開。

（3）濾波電容器

當(dāng)使用小容量瓷質(zhì)輸入濾波電容器時，它應(yīng)該盡可能靠近IC的VIN引腳。這將消除盡可能多的線路電感影響，給內(nèi)部IC線路一個更干凈的電壓源。開關(guān)電源一些設(shè)計需要使用前饋電容器從輸出端連接到反饋引腳，通常是為了穩(wěn)定性的原因。在這種情況下，它的位置也應(yīng)該盡量靠近IC。使用表貼電容還會減少引線長度，從而減少噪聲耦合進(jìn)因通孔元件而造成的有效天線（effective antenna）。

（4）補償

如果為了穩(wěn)定性，需要加入外部補償元件，它們也應(yīng)該盡量靠近IC。這里也建議使用表貼元件，原因同對濾波電容的討論。這些元件也不應(yīng)該離電感器太近。

（5）走線和接地層

使所有的電源（大電流）走線盡可能短、直、粗。在一塊標(biāo)準(zhǔn)PCB板上，最好使走線的每安絕對最小寬度為15mil（0.381mm）。電感器、輸出電容器和輸出二極管應(yīng)該盡可能靠在一起。這樣可以幫助減少在大開關(guān)電流流過它們時，由開關(guān)電源走線引起的EMI。這也會減少引線電感和電阻，從而減少噪聲尖峰、鳴震（ringing）和阻性損耗，這些都會產(chǎn)生電壓誤差。IC的接地、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管（如果有的話）應(yīng)該一起直接連接到一個接地面。最好在PCB的兩面都設(shè)置接地面。這樣會減少接地環(huán)路誤差和吸收更多的由電感器產(chǎn)生的EMI，從而減少了噪聲。對于多于兩層的多層板，可以用接地面分開電源面（電源走線和元件所在的區(qū)域）和信號面（反饋和補償元件所在的區(qū)域）以提高性能。在多層板上，需要使用通孔把走線和不同的面連接起來。如果走線需要從一個面?zhèn)鬏斠粋€較大的電流到另一個面，每200mA電流使用一個標(biāo)準(zhǔn)通孔，是一個良好的習(xí)慣。

排列元件，使得開頭電流環(huán)同方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)開頭調(diào)節(jié)器的運行方式，有兩種功率狀態(tài)。一個狀態(tài)是當(dāng)開頭閉合時，另一個狀態(tài)是當(dāng)開頭斷開時。在每種狀態(tài)期間，將由當(dāng)前導(dǎo)通的功率器件產(chǎn)生一個電流環(huán)。排列功率器件，以使每種狀態(tài)期間電流環(huán)的導(dǎo)通方向相同。這會防止兩個半環(huán)之間的走線產(chǎn)生磁場反轉(zhuǎn)，并可減少EMI的放射。

（6）散熱

當(dāng)使用表貼功率IC或外部功率開關(guān)時，PCB通?？梢杂米魃崞?。這就是用PCB上的敷銅面來幫助器件散熱。參照特定器件手冊中有關(guān)使用PCB散熱的信息。這通?？梢允∪ラ_關(guān)電源外加的散熱裝置。

6.開關(guān)電源常見故障及檢修技巧

6.1 開關(guān)電源常見故障

（1）保險燒或炸;（2）無輸出，保險管正常;（3）有輸出電壓，但輸出電壓過高;（4）開關(guān)電源負(fù)載有短路故障;（5）輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效。

6.2 開關(guān)電源檢修技巧

（1）針對保險燒或炸的故障主要檢查300V上的大濾波電容、整流橋各二極管及開關(guān)管等部位，抗干擾電路出問題也會導(dǎo)致保險燒、發(fā)黑。需要注意的是：因開關(guān)管擊穿導(dǎo)致保險燒一般會把電流檢測電阻和電源控制芯片燒壞。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻也很容易和保險一起被燒壞。

（2）針對無輸出，保險管正常的這種現(xiàn)象說明開關(guān)電源未工作或進(jìn)入了保護(hù)狀態(tài)。首先要測量電源控制芯片的啟動腳是否有啟動電壓，若無啟動電壓或者啟動電壓太低，則要檢查啟動電阻和啟動腳外接的元件是否漏電，此時如電源控制芯片正常，則經(jīng)上述檢查可以迅速查到故障。若有啟動電壓，則測量控制芯片的輸出端在開機(jī)瞬間是否有高、低電平的跳變，若無跳變，說明控制芯片壞、振蕩電路元件或保護(hù)電路有問題，可先代換控制芯片，再檢查元件;若有跳變，一般為開關(guān)管不良或損壞。

（3）對于有輸出電壓，但輸出電壓過高的這種故障一般來自于穩(wěn)壓取樣和穩(wěn)壓控制電路。在直流輸出、取樣電阻、誤差取樣放大器如TL431、光耦、電源控制芯片等電路共同構(gòu)成一個閉合的控制環(huán)路，任何一處出問題就會導(dǎo)致輸出電壓升高。

（4）開關(guān)電源負(fù)載有短路故障（特別是DC/DC變換器短路或性能不良等），此時，應(yīng)該斷開開關(guān)電源電路的所有負(fù)載，以區(qū)分是開關(guān)電源電路還是負(fù)載電路有故障。若斷開負(fù)載電路電壓輸出正常，說明是負(fù)載過重;或仍不正常說明開關(guān)電源電路有故障。

開關(guān)電源原理與設(shè)計范文第5篇

關(guān)鍵詞 開關(guān)電源；電磁干擾；電磁兼容性設(shè)計

中圖分類號TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2011）37-0183-02

1 概述

由于開關(guān)電源的電磁干擾EMI信號輸出既能有很寬的頻率范圍，又具有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射后會污染電磁環(huán)境，對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。因此，如何進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計，有效地抑制開關(guān)電源的電磁干擾，對保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行具有重要意義。

2 開關(guān)電源的電磁干擾

2.1 開關(guān)電源的工作原理

直流開關(guān)電源由輸入部分、功率轉(zhuǎn)換部分、輸出部分、控制部分組成。功率轉(zhuǎn)換部分是開關(guān)電源的核心，主要由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成。它首先將工頻交流電整流為直流電，然后經(jīng)過開關(guān)管的控制變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓（其原理圖及等效原理框圖如圖1所示）。

2.2 電磁干擾EMI的特點

作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大，干擾源主要集中在開關(guān)管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時，雜散電容會將電網(wǎng)的噪聲傳導(dǎo)到電子系統(tǒng)的電源而對電子線路的工作產(chǎn)生干擾。相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚，開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾； PCB走線因需采用手工調(diào)整，具有隨意性，這更增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

3 電磁兼容性EMC設(shè)計

圖1

電磁兼容性EMC設(shè)計包括兩層含義，一是設(shè)備在工作中產(chǎn)生的電磁輻射必須限制在一定水平內(nèi)，二是設(shè)備本身要有一定的抗干擾能力。

形成電磁干擾的三要素是干擾源、耦合通道、敏感體。因而，抑制電磁干擾即進(jìn)行電磁兼容性EMC設(shè)計首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。

應(yīng)用實例：丹東華通測控有限公司生產(chǎn)的PDM系列智能電力綜合監(jiān)控儀表如：三相綜合電力監(jiān)控儀820系列儀表的開關(guān)電源部分就是采取切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，運用了屏蔽、濾波、接地等技術(shù)來提高電力儀表的抗擾能力。

3.1 采用屏蔽技術(shù)

由于功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上，這樣易產(chǎn)生共模干擾，通過采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，從而割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。

3.2 做到安全接地

為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采用單點接地法，利用一個導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。低頻電路采用單點并聯(lián)接地，高頻電路采用多點接地，并把電源地、信號地和屏蔽地接到公共的地線上。與印刷線路板以外的信號相連時，采用屏蔽電纜，并對于高頻和數(shù)字信號屏蔽電纜兩端都接地。

3.3 濾波

在電源輸入端接上濾波器，即可抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，又可抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。

3.4 PCB布線時所采取的措施

布線開關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線都可起到天線的作用，噪聲通過引線向外發(fā)射，因此布線時，將所有通過高頻交流的電流印制線設(shè)計得盡可能短而寬，根據(jù)印制線路經(jīng)電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

在每個集成電路的電源，地之間都要加一個去耦電容。一方面可提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。

將所有連接到印制線和其他電源線的元器件放置得很近，主要信號線集中在PCB板中心，同時電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。屏蔽線上放置多個接地過孔，元器件與板保持水平且緊靠板。

3.5 元器件選用

盡量不選用比實際需要的速度更快的元件，在布局上，把模擬信號部分，高速數(shù)字電路部分，噪聲源部分這三部分合理地分開，使相互間的信號耦合為最小。輸入器件與輸出器件盡量遠(yuǎn)離，元件的引腳長度盡可能短，以減小元件分布電感的影響。

3.6 進(jìn)行EMC測試

在測試儀器方面，我們選用了以雷擊浪涌發(fā)生器、高頻噪聲抗擾度發(fā)生器、群脈沖發(fā)生器、靜電發(fā)生器等為核心的自動檢測系統(tǒng)，依據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值作為判定依據(jù)，通過進(jìn)行EMC測試可以消除絕大部分的電磁干擾，能指導(dǎo)產(chǎn)品如何改進(jìn)設(shè)計、抑制EMI發(fā)射，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠度。

現(xiàn)PDM系列智能電力綜合監(jiān)控儀表能適用多種復(fù)雜環(huán)境及惡劣場所，應(yīng)用在諸永高速公路、北京德勝科技大廈項目等多個工程項目中。

4 結(jié)論

抑制開關(guān)電源電磁干擾的措施還有很多，在設(shè)計開關(guān)電源時應(yīng)綜合考慮各種因素，盡可能抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的各種噪音，并通過提高開關(guān)電源的電磁兼容性來保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1]張松春，趙秀芬，竺子芳，楊世宗.電子控制設(shè)備抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1999.