电源稳定性设计

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电源稳定性设计范文第1篇

关键词： 钢结构 稳定设计 探讨

中图分类号：TU391 文献标识码： A

前言

建筑中钢结构的稳定性设计不是简单的将建筑付诸于施工阶段即可，它是一项责任十分重大的工作，直接关系到人民群众的生命安全和建筑工程的经济收益。总而言之，钢结构稳定性设计在建筑工程中有着不可或缺的重要作用。

一、钢结构稳定设计的基本概念

1、强度与稳定的区别

强度问题指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力( 或内力) 是否超过建筑材料的极限强度, 极限强度取决于材料的特性, 对混凝土等脆性材料取它的最大强度, 对钢材则常取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同,它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态, 它是一个变形问题。如轴压柱,由于失稳, 侧向挠度使柱中增加数量很大的弯矩,因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。显然, 轴压强度不是柱子破坏的主要原因。

2、钢结构失稳的分类

(1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题( 也叫分支点失稳) 。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。

(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题( 也叫极值点失稳) 。由建筑钢材做成的偏心受压构件, 在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力, 属于这一类。

(3)跃越失稳不同于以上两种类型, 它既无平衡分岔点, 又无极值点, 它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。区分结构失稳类型的性质十分重要, 这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。随着稳定问题研究的逐步深入, 上述分类看起来已经不够了。设计为轴心受压的构件, 实际上总不免有一点初弯曲,荷载的作用点也难免有偏心。因此, 要真正掌握这种构件的性能, 一方面必须了解缺陷对它的影响( 其他构件也都有个缺陷影响问题) , 另一方面就是深入对构件屈曲后性能的研究。

3、钢结构稳定设计的原则

根据稳定问题在实际设计中的特点，有以下三项原则。

( 1)结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求，目前结构大多数是按照平面体系来设计的,如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳, 需要从结构整体布置来解决, 亦即设计必要的支撑构件。这就是说, 平面结构构件的平面稳定计算必须和结构布置相一致。

( 2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致, 这对框架结构的稳定计算十分重要。目前设计单层和多层框架结构时, 经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时, 计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数, 应通过框架整体稳定分析得出, 才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。对单层或多层框架给出的计算长度系数有五条基本假定, 其中包括: 框架中所有柱子是同时丧失稳定的, 即各柱同时达到其临界荷载。按照这条假定, 框架内各柱的稳定参数杆件稳定计算的常用方法, 往往是依据一定的简化假设或者典型情况得出的, 设计者必须确知所设计的结构符合这些假设时才能正确应用。在实际工程中, 框架计算简图和实用方法所依据的简图不一致的情况还可举出以下两种, 即附有摇摆拄的框架和横梁受有较大压力的框架。这两种情况若按规范的系数计算, 都会导致不安全的后果。所以所用的计算方法与前提假设和具体计算对象应该相一致。

( 3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合, 使二者有一致性。结构计算和构造设计相符合, 一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接, 应分别赋与它足够的刚度和柔度, 对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。

4、钢结构稳定设计特点

( 1) 钢结构失稳, 在形式上具有多样化特点。有时, 某一部位从表面上看并不受压或不是主要受压, 但仍然会出现屈曲失稳问题。例如在简支钢板梁的端部复板处, 一般情况下弯曲正应力较小, 比较大的是剪应力。然而, 纵横两个方向的剪应力相结合, 就可能形成较大的斜向压应力, 并导致复板局部失稳。此外, 结构的某些部位也有可能随结构变形由不受压变为受压而导致失稳。

(2) 对于结构来说, 它是由各个杆件组成为一个整体的。当一个杆件发生失稳变形后, 它必然牵动和它刚性连接的其他杆件。因此, 杆件的稳定性不能就某一根杆件去孤立地分析, 应当考虑其他杆件对它的约束作用。这种约束作用是要从结构的整体分析来确定的, 这就是结构稳定的整体性问题。

(3) 稳定的相关性, 指不同失稳模式的偶合作用。例如, 单轴对称的轴心受压构件, 当在对称平面外失稳时, 呈现既弯又扭的变形, 它是弯曲和扭转的相关屈曲。另外, 局部和整体稳定的相关, 还常见于冷弯薄避型钢构件。其壁板的局部屈曲一般并不立刻导致整体构件丧失承载能力, 但它对整体稳定临界力却有影响。对于存在缺陷的杆件来说, 局部和整体之间相互影响更具有复杂性。

(4) 稳定计算的其它特点: 在弹性稳定计算中,除了需要考虑结构的整体性外, 还要做二阶分析,这种分析对柔性构件尤为重要, 这是因为柔性构件的大变形量对结构内力产生了不能忽视的影响, 其次, 普遍用于应力问题的迭加原理, 在弹性稳定计算中不能应用。

二、钢结构稳定性设计要点

钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题：

1、目前在网壳结构稳定性的研究中，梁- 柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁- 柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁- 柱单元进行过修正。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。

2、在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。

3、预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。

4、钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：

（1）物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。

（2）统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。

（3）模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。

结束语

钢结构稳定问题区别于强度问题。在实际设计中, 设计人员应该明确知道结构构件的稳定性能, 以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。

参考文献

[1] 吴文德.浅析钢结构的稳定设计[J]. 吉林工程技术师范学院学报. 2008(08)

[2] 韩畅华.新型钢结构稳定性设计研究[J]. 广东科技. 2007(07)

电源稳定性设计范文第2篇

关键词： MC34063A； 宽电压输入； 降压型电路； 嵌入式系统

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）04?0142?03

Application of switching power chip MC34063A in embedded wide voltage input devices

ZHU Xiao?yu， LI Jin

（College of Sciences， Henan Institute of Engineering， Zhengzhou 451191， China）

Abstract： Power supply is an important component of electronic system. The stability of the power supply affects the performance and service life of the whole system directly. The core voltage of embedded systems is usually + 5 V. In order to make sure the system have a wider adaptability， the step?down wide voltage input circuit designed according to the principle of the switching power chip MC34063A is introduced. The circuit design was completed by parameter calculation of its peripheral devices. The several important performance indexes of the system were tested. The good stability and practicability of the wide voltage input circuit were verified by the tested results. Compared with other wide voltage modes， this design has a wider adaptability and accuracy.

Keywords： MC34063A； wide voltage input； step?down circuit； embedded system

0 引 言

嵌入式的检测设备核心电压多为+3.3 V或+5 V，其往往被带到各种环境下进行检测工作，而每一种环境能够提供的电压标准常常不一致。虽然每一个器件都有其工作电压上限和下限，但在非正常电压下工作，器件极易损坏，从而造成整个设备的故障。一个在各种电压标准下都能够正常工作的宽电源电路设计就显得很有必要。MC34063A能够在很宽的电压范围内正常工作，保持输出稳定可靠。

1 MC34063A芯片介绍

MC34063A是一种单片双极型线性集成电路，能够实现升压和降压效果，专用于直流-直流变换器控制部分，片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5 A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。

具有以下特点：

（1） 能在3～40 V的输入电压下工作；

（2） 带有短路电流限制功能；

（3） 低静态工作电流；

（4） 输出开关电流可达1.5 A（无外接三极管）；

（5） 输出电压可调；

（6） 工作振荡频率从100 Hz～100 kHz；

（7） 可构成升压降压或反向电源变换器。

管脚及内部结构图如图1所示。

2 MC34063A的降压型宽电压输入应用电路

一个比较精确地嵌入式硬件电路应该对模块进行焊接、调试，避免遇到问题时无从下手检查。由于系统中每个电路模块都需要接入输入电源，如果电源输入不当，则会使输出结果不当甚至烧坏系统。因此电路的设计至关重要，本系统的电路设计如下文所示。

图1 MC34063A管脚及内部结构图

2.1 电路原路图

如图2所示，是采用MC34063A芯片构成的降压型宽电压输入电路。

图2 降压型宽电压输入电路

Vin可以在7～40 V的范围内变化，而Vcc保持不变。其原理是当芯片内部开关管T1导通时，电流经MC34063A的1脚、2脚给电感L4、定时电容C4以及负载供电，同时电感L4存储能量；当T1断开时，续流二极管D2导通，此时由电感L4继续给电容C4和负载供电。由于电源间歇供电，所以输出电压低于电源电压。这样只要芯片的工作频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续直流电压[1]。

2.2 电阻参数计算

根据芯片手册可知：

[VCC=1.251+R1R2]

也就是输出电压与输入电压Vin没有直接关系（Vin>VCC），只需要选好R1和R2的参数即可保证在输入变化的情况下输出保持稳定不变。

通过计算和实际比较，R1选用[103]kΩ（即3个10 kΩ并联），R2选用10 kΩ。这样：

[VCC=1.251+R1R2=1.25×1+3=5]

R10为限流电阻，当电流值超过1 A时起作用，通常选取0.33 Ω。

2.3 电容电感的选取

电感L4是存储电能的作用，其计算公式为：

[Lmin=Vmin-VcetTonIpk]

式中：Vcet=1.0 V；Vmin为输入电压的最小值；Ton为导通时间；Ipk为输出电流。

电容C4=0.000 4Ton，Ton为开关管的导通时间[2]。通常选取L4=220 μH，C4=270 pF。

3 输出特性性能分析

宽电源的输出特性主要技术指标有：误差分析、稳定性分析、温度影响量分析。本小节测试所使用的测量仪器为HP34401台式数字万用表[3]。

3.1 误差分析

宽电压输入设备的基本要求就是输入电压可以在一定范围内变化而输出保持基本不变，误差要达到要求。经过测量，本设计的输出电压如表1所示。

表1 25℃室温下输出与输入测量值 V

由表1可以计算出最大相对误差：

[Δsm=ΔxA×100%]

式中：[Δx]为最大绝对误差；A为理论输出值5 V。

所以：

[Δsm=ΔxA×100%=0.025×100%=0.4%]

综合，最大相对误差为0.4 %，达到嵌入式系统对输入电压的要求范围。

3.2 稳定性分析

稳定性主要是指给定一个稳定的输入量，在任何时间下输出都保持稳定的状态。本部分测试所给定的输入电压为9 V，每间隔15 min对输出进行一次测量[4]。测得的数据如表2所示（室温25 ℃）。

表2 稳定性测量

稳定性的计算公式为：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

根据上式代入数值得：

[δ=1100～105.00-5.0062=0.02]

稳定度较好，达到嵌入式系统的电源要求。

3.3 温度影响量分析

温度影响量主要是指在稳定的输入条件下，调节环境温度，测试输出量。输出量变化越小，则系统的温度稳定性越高。本测试在保持输入为+12 V的条件下，逐步改变环境温度对输出电压进行测量[5]。

测试的结果如表3所示。

表3 温度影响量测量

根据表3可知，在不同的环境温度下系统的输出值会产生一定的波动，但总体保持稳定。根据稳定度的计算公式：

[δ=1NN=0～NX-X′2]

式中：N为测量次数；X为理论值；X′为测量平均值；

可以计算出温度稳定度为0.03。达到嵌入式系统所要求的范围[6]。

4 结 论

本设计电路使用了很少的元器件达到了很宽的输入电压目的，并且通过测试，在不同的输入电压下，电源输出稳定可靠，误差在许可范围内。可以在嵌入式系统中可靠应用。相对于其他的宽电压，本设计的精度更高，稳定性更可靠。

参考文献

[1] 李跃忠，李昌喜.多功能智能调节仪开关电源设计[J].东华理工学院学报，2005，28（3）：278?281.

[2] 李真芳，李世雄.MC34063在嵌入式电源设计中的应用[J].国外电子元器件，2005（6）：73?74.

[3] 管小明，李跃忠，王晓娟.基于MC34063的便携式仪器电源电路设计[J].东华理工大学学报，2010，33（1）：97?100.

[4] 张占松，蔡宜三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5] 郭忠银，高飞燕.基于MC34063的开关电源设计[J].工业控制计算机，2010（6）：40?43.

[6] 孙智，张道信.基于MC34063的大电流负电源设计[J].微型机与应用，2009（11）：90?92.

[7] 张建民，姚佶，何怡刚，等.基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计[J].现代电子技术，2013，36（2）：135?136.

电源稳定性设计范文第3篇

【关键词】移动基站；通信电源系统；设计方式

在国家的发展之下，我国的通信事业也得到了迅速的发展，对于通信系统而言，通信电源的稳定性与可靠性是保障是运行稳定性的基础性条件，为此，通信电源的设置必须要遵循合理、科学与规范的原则。在通信电源系统的设计工作中，通信设备直流负荷容量是一个最为重要的组成部分，也是系统设计的主要依据，通信设备直流负荷容量对于电源系统运行的经济性与可靠性有着重要的制约作用，加上基站数量的影响，这种影响就变得更加显著。在设计时，需要根据工程的具体情况，从实际情况出发，在满足通信系统可靠要求的前提下合理地设计电源系统，对保障通信系统安全运行以及降低工程投资具有重要的意义。

在设计的过程中，还要注意到移动基站的特征，除了数量众多，移动基站还有着站址分散的特征，一些基站交流供电情况也不稳定，常常存在电压波动与季节性停电的问题，这就给基站电源的维护工作带来了更大的难度。在设计基站电源时，必须要将这些因素充分的考虑进来，在进行设计时，不仅要保障好电源设备的冗余量，还要为基站内通信设备留出一些供电时间，综合考虑到建设的经济性与稳定性，科学合理的配置电源设备的容量。

1 移动基站特殊条件对于通信电源设备的设计需求

在移动事业的发展之下，移动基站的数量也呈现出逐渐增多的趋势，逐步的从城市发展到乡村之中，移动基站逐步的散落到了各个角落之中，其工作环境也大部相同，一些特殊的工作环境对于移动基站通信电源设备的设计也提出了更高的要求，这表现几个方面：

第一，如果移动基站电网供电是采用农网，那么其供电质量常常难以保证，如果要保障电源时时刻刻处在稳定的运行范围内，那么就需要为电源输入留出一定的范围，此外，考虑到移动基站电网输入存在雷电过电压保护与操作过电压的情况，就需要设置好相应的过电压与防雷保护法。

第二，部分基站在运行前期经常存在粉尘、高温、潮湿的现象，为了保障系统运行的稳定性，通信电源就需要具备防尘、防潮与温度范围宽的性质。

第三，移动基站的数量是很多的，其中大部分没有人值守，这就要求通信电源需要具备操作简单与维护方便的特征，同时还要有相应的故障诊断与远方监控功能，同时，为了保障通信的稳定性，移动基站的通信电源要需要具备缺相功能。

2 移动基站通信电源系统设计的方式与注意事项

针对移动基站通信电源系统的运行需求，在设计的过程中需要注意到多种问题，设计工作需要满足以下几个特征：

2.1 移动基站通信电源需要具有可靠性

移动基站通信电源的可靠性是满足系统稳定运行的基础性条件，在特殊的运行环境之下，通信电源系统的设计必须要满足相关的运行环境，为此，就需要将电源模块交流输入相关的电压范围中，在国家标准的基础上适当的提升10%-30%，这样才能够保障电源系统运行的适应性。

在冷却方式的选择上，电源模块使用自然冷却方式即可，与风冷方式相比，使用自然冷却方式能够防止由于风机损坏对电源系统运行的影响，提高风机的使用效率，避免出现由于人为因素造成的更换风险。此外，还要在传统系统设计方式的基础上使用综合过电压保护电路，实现非雷电过电压保护与雷电过电压保护工作的一体化，这样，即使移动基站电源系统出现非雷电过电压与雷电过电压，电源也能够被有效的纳入到保护范围内。

此外，为了提升电源系统运行的可靠性，还需要设计好相关的故障隔离方法，在设计的过程中，需要将电源模块故障与电源监控故障进行隔离处理，同时将正常电源模块与故障电源模块隔离起来，这样就可以保障电源系统在部分模块出现故障的情况下依然能够正常的运行。

2.2 移动基站通信电源需要具有可用性

设计移动基站通信电源的主要目的就是保障电源系统能够满足不同运行工况的需求，因此，移动基站通信电源需要具备可用性，这种可用性包括几个内涵：

第一，带载特征

在各种因素的影响下，移动基站电源系统在调试工作中常常为空载的状态，在运行的过程中，电源系统则主要处在轻载状态之中，为了提升系统运行的可用性，需要改进控制电路与电路拓扑情况，保障电源能够在空载状态下实现长时间的运行，并采取科学的效果提升轻载运行效率。

第二，智能化管理

移动基站通信电源的设置还需要具备智能化管理的特征，在系统的运行过程中，电源模块能够与电源监测单元实现密切的配合，将蓄电池分成横流阶段与恒压阶段。蓄电池均浮充电压能够根据外界温度的变化情况对监控单元进行调整与补偿，这样即可保障电源系统无论在何种工作状态下都可以处在满容状态中。

第三，缺相运行

移动基站的运行常常会出现电源缺相的情况，如果发生该种情况，就需要立即开启保护措施，将模块关闭，这给给电源的维护工作提出了更高的要求。设计人员在设计移动基站通信电源系统时，需要增加缺相运行功能，此时，如果电源输入发电缺相的情况，那么电源模块就会发生报警声。

2.3 移动基站通信电源需要具有可维护性

为了保障系统的安全性，在进行设计时，必须要考虑到通信电源的可维护性，让系统的维护变得简单、易行，这种维护工作包括系统故障的诊断与模块电源的更换等等。为了保障电源的可维护性，在电源模块安装方式的选择上，应该优先选择带电插拔模式，这样电源模块在何种状态下都能够任意的拔出、插入，在设计时，需要配备相应的电源模块插拔过程识别电路，该种电路方式可以保障电源在插拔过程中将系统与均流先断开，及时发生模插入与拔出的情况，也不会对系统的正常运行产生影响。

此外，移动基站通信电源系统的监控功能可以为电源系统的运行提供极大的便利，为了实现监控功能，需要在系统中配置好相应的故障诊断软件，该种故障诊断软件能够为电源输入故障、电源输出故障、电源模块内部故障诊断工作的开展提供明确的数据支持，可以及时的将相关诊断信息传达到值班室之中，从而为系统维护工作的正常开展提供信息服务。

3 结语

总而言之，移动基站有着特殊的运行环境，其运行状态对于通信电源系统也提出了更好的要求，在设计通信电源系统时，需要综合考虑到系统的可维护性、可靠性与可用性，对系统的运行情况进行科学合理的分析，根据基站的运行需求制定出科学合理的设计方案，这样才能够保障移动基站运行的安全性。

参考文献：

[1]曾虎森，龚仁喜，阎昌国. 一种山区通信基站供电系统设计与仿真[J]. 广西大学学报（自然科学版）. 2013（05）

[2]，王京顺，刘树晓，刘成印. 变电站直流电源系统的可靠性与可用性分析[J]. 苏州科技学院学报（自然科学版）. 2008（04）

[3]秦培林，张小衡，黄麟. 移动基站电源监控与电源维护实例[J]. 通信电源技术. 2009（S1）

电源稳定性设计范文第4篇

关键词： 980 nm波长泵浦源； 恒流源； 温度控制器； 单片机控制器

中图分类号： TN248.4?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0119?03

Design of driving circuit of low?power 980 nm laser diode

DONG Yang， CHEN Hai?yan， CHENG Chang?yan， HUANG Chun?xiong

（School of Physics Science and Technology， Yangtze University， Jingzhou 434023， China）

Abstract： The driving circuit of a low?power 980 nm LD used for the photonic generation microwave and millimeter wave signal sources was designed， which consists of protection circuit， feedback circuit， optical power detection， constant?current source design， temperature control circuit， MCU display circuit， etc. The circuit is used to derive the LDM9P903 butterfly LD. The output characteristics of 980 nm LD were tested.

Keywords： 980 nm LD； constant?current source； temperature controller； MCU controller

0 引 言

高性能的980 nm波长半导体激光器（LD）在激光器、光放大器、光信息处理等领域具有重要应用[1?5]。稳定的驱动电路是实现高性能980 nm波长泵浦激光器的重要保证。由于LD对于电流变化的承受能力较差，微小的电流变化将导致光输出的极大变化，这些变化直接危及器件的安全使用，因而在实际应用中对驱动电源的性能稳定和安全保护有着很高的要求。为了保证激光器的稳定工作、性能可靠和使用寿命长，需要设计出具有抗干扰能力强、具有保护特性的电源及驱动电路[6?10] 。

本文设计一种用于LDM9P603半导体激光器的驱动电路，该激光器的中心波长为980 nm，并对激光系统的输出特性进行测试。

1 980 nm波长激光器系统的基本组成

980 nm波长泵浦激光器系统由电源、保护电路、激光二极管驱动电路、温控电路及显示电路组成。激光器系统选用LDM9P603半导体激光器作为系统光源，该激光器是一款具有14引脚的蝶形封装激光器，其最大正向电流为192 mA，最大输出功率为110 mW，阈值电流为15 mA，最大工作电压1.5 V，中心波长为973 nm， 工作温度范围为-20 ℃～70 ℃。

2 电源及保护电路

电源电路的好坏直接影响系统工作的稳定性，针对开关闭合和开启会产生很大冲击电流，导致半导体激光器损坏和电流不稳定，进而会改变其输出功率的特点，在设计电源电路的同时，采用慢启动电路，电路原理图如图1所示。 用12 V的开关电源供电，滤波后经三端集成器U1（LM7806）转变为6 V电压，通过电阻[R12]给大电容[C11]充电，电容[C12]连接三极管的基极，电容[C11]在充电的过程中电压不断升高使得功率管Q3，Q4的状态由截止变为导通，当电容充满电时，功率管处于导通状态，电压输出端输出约5 V的电压。在输出端并联几个滤波电容，使输出电压纹波更小。该电路给激光器的驱动电路、温控电路以及显示电路供电。

3 电流可调驱动电路

半导体激光器在工作时要求工作电流非常稳定，电路中的电流不受激光器的非线性特性影响，供电电路必须是低噪声的恒流电路，电流可调驱动电路的原理图如图2所示，整个电路由上述慢启动电路供电。

该电路为电流串联负反馈电路，由[R8]采样的电压经过电压跟随器反馈给运算放大器的反向输入端，正向输入端接滑动变阻器，改变滑动变阻器阻值可以改变正向输入电压，[R8]的采样电压[U8]等于滑动变阻器输入运放正向输入端的电压，范围为0～2 V可调，通过[R8]的电流[I8=U8R8]变化范围为0～200 mA，即通过LDM9P603的电流在0～200 mA范围内连续可调。[R8]选用康铜丝作为采样电阻，康铜电阻稳定性好，电阻随温度变化小，Q3，Q4作为调整管，D2为开关二级管IN4148，用于减少电流的改变对激光器的损害。

4 温控电路

温控电路控制LD泵浦模块的温度变化响应，使热电致冷器的驱动电流维持在合适的工作温度，其核心部分是MAXIN公司的MAX1969芯片，如图3所示。MAX1969是高度集成、高效率的脉冲宽度调制开关型驱动器，可以实现0.01 ℃的控制精度。采用直接电流控制，消除了热电致冷器中的浪涌电流。

5 显示电路

显示电路如图4所示，整个系统主要由8位单片机STC12C5A60S2和1602液晶显示器构成，用于显示激光器的工作电流与功率的大小，实时监测激光器的工作状态。STC12C5A60S2是一种增强型51单片机，不仅速度比89C52快，而且内部还集成了一个8通道的10位ADC，转换速度为250 kHz，该ADC精度高，转换速度较快，完全可以满足测量要求。将一个精度较高、稳定性好的小电阻[R1]与激光器串联，通过单片机测量电阻[R1]两端的电压[U1，][U2，]激光器LD两端的电压[U2，][U3，]通过程序可以将流过激光器的电流和功率显示在1602上，其中[I=（U1-U2）R，P=I（U2-U3） 。]

6 测试结果

图5为980 nm波长泵浦激光器的输出特性曲线。激光器的阈值在18 mA左右，当泵浦电流为150 mA时，泵浦激光器的输出功率为54.5 mW。所得输出功率比厂商所给出的参考值略偏小，这时由于测试光纤的熔接及活动跳线链接头导致额外插入损耗，所得结果在可接受范围之内。此外，对系统的稳定性进行了测试，结果表明，系统连续工作0.5～4.5 h后，系统输出电流没有变化，表明驱动电源的电流稳定性较好。

图4 显示电路

图5 980 nm激光器输出特性

7 结 语

设计了用于光生微波-毫米信号源的低功率980 nm波长泵浦激光器系统的驱动电路，并对激光器系统进行测试，测试结果表明，激光器的阈值在18 mA左右，当泵浦电流为150 mA时，泵浦激光器的输出功率为54.5 mW。该激光器具有良好的温度、电流稳定性，制作成本低廉。

注：本文通讯作者为陈海燕。

参考文献

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[5] 孙金光，李福超，魏小辉，等.一种新的微波/毫米波产生方法[J].现代电子技术，2011，34（4）：141?143.

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电源稳定性设计范文第5篇

【关键词】波特图;电流型开关电源;高效率;建模

Abstract：In this paper，a synchronous buck type switching power supply is modeling based on MATLAB tools.Respectively based on the model of current loop and voltage loop，combined with the simulation to predict the parameters of the switching power supply，accurately map out two loop of the potter，so as to get the current inner loop and voltage outer loop compensation parameters，shorten the development cycle.

Keywords：Bode plot;current mode switching power supply;high efficiency;modeling

1.引言

同步峰值电流型开关电源有两个环路，电流内环完成电流采样，电压外环完成电压采样，根据采样结果稳定输出电压。当占空比大于50%时，电流环容易产生次谐波振荡，因此必须加入斜坡补偿环节。基于Matlab工具，本文提出了两种得到电流型开关电源斜坡补偿斜率的方法[1]，并基于该方法设计了一款同步降压型峰值电流模式的开关电源。另外，本文创新新性地提出了脉宽跳周期方式有效地提高了电源轻载效率。

2.小信号模型

本文设计的同步峰值电流模开关电源小信号模型如图1所示[2-4]。该模型已经包括了元件，其中 Ri和He（s）是电流反馈小信号模型;Fm是占空比调节模型，包括了斜率补偿部分;Kf为前馈增益项，Kr为反馈增益项，用来描述输入输出电压变化对系统的影响;Fc（s）是补偿网络模型;PWM调制部分为等效的开关模型。

Ri、He（s）、Fm、PWM开关模型组成电流内环，输出电压、Kr/Fc（s）、Fm、PWM开关模型组成电压外环。电流内环采样输出电流并转换成电压值，再与电压外环采样到的电压值共同输入到脉宽调制模块实现稳压[5，6]。

图1 峰值电流型开关电源小信号模型

2.1 电流环路增益

电流环路增益的频率响应直接反应着电流内环的稳定性，因此首先需要确定电流内环的传递函数，再运用Matlab工具，绘制出波特图，通过观察增益裕度和相位裕度来判断系统是否稳定，由此来得到补偿斜率。在计算电流环路增益时，可以把控制电压Vc看成是恒定值，小信号等效电路中其值可以忽略;输入电源电压的扰动Kf也为零，Kr的反馈环路仅仅在非连续电流模式的低频范围内有效，因此Kr支路也可去掉，此时小信号模型变为图2所示。

图2 电流环路小信号模型

从Fm处断开后，由文献[7]可知，电流环路增益可以表示为：

（1）

其中（1）式中各隐含项如下列式子所示：

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

以上各式中，Se是斜坡补偿信号斜率，Sn是电感电流上升沿斜率，L是输出电感，C是输出电容，R是负载电阻，Rc是电容ESR，Ts是系统工作频率对应的周期，到此为止（1）式中所有的量的物理意义都已经明确，根据电源的设计指标占空比为0.545，则为0.455，负载1.8欧，TS为0.5us，Rc为0.5欧，L为1uH，C为28nF。因此上式只有Mc未知，而Mc的取值决定了系统稳定性。寻求电流环增益的目的正是为了能方便地找到Mc的值，从而确保闭环以后不会发生次谐波振荡。利用Matlab仿真得到（1）式波特图如图3所示。

由图3中可以看到，当Mc=1，也就是没有加入斜坡补偿时，其增益裕度几乎为0dB，相位裕度也不到45度，因此系统是不稳定的。而随着Mc增大，电流环路的相位裕度也增大，当Mc=2时，相位裕度达到55度左右。Mc越大，相位裕度越高，统越稳定，但系统的直流增益会随之下降，影响响应速度。在设计电路时就可以根据图3的结果，合理地选取Mc的大小，从而确定斜坡补偿电路的斜率Se。

图3 电流环路增益波特图

2.2 控制到输出环路增益

图4 控制到输出的传递函数模型

除了用电流环路增益来预测Mc，我们还可以用控制到输出的传递函数进行预测。推导从控制到输出的增益表达式时，应将电流内环闭合，同时将输入扰动设为0，即将前馈项环路去掉，保留其它反馈环路，如图4所示。可以推导出控制到输出的传递函数为：

（7）

（7）式中Ri为采样电阻，其它各项物理意义已经在2.1给出说明。为了分析方便，把（7）式改写为：

（8）

其中：

（9）

（10）

（11）

（12）

可以看出，有一个零点和一个极点，决定低频特性，将随补偿系数增大而增大;与采样性能有关，提供了位于开关频率一半处的极点对，其品质因数与占空比D和补偿系数Mc成反比关系，由此也可以看出补偿斜率越大，虽然系统越稳定，但品质因数也降低了。把（6）式的波特图用Matlab绘制出如图5所示。

从图中可以看到当没有斜坡补偿时（Mc=1），1MHz频处表现出单极点响应，这与理论推测的一样。在开关频率一半处（尖峰处）存在一个品质因数很高的极点对，将导致潜在的不稳定性。当Mc=2时，就很好地抑制了极点对的影响，提高了系统的稳定性。图5的仿真结果与图3得出的结论几乎一致，那就是系统的补偿斜率Mc=2几本可以保证电流内环的稳定，因此在设计开关电源时，本系统设计补偿斜率Se与电感电流上升斜率Sn一样便可保证系统的稳定性，避免了盲目地去设置补偿斜率以及过补偿的问题，减少了开关电源的设计周期。

图5 控制到输出波特图

3.结束语

全文完整地叙述了如何从建模的角度对开关电源电路设计进行预测与简化。运用Matlab仿真工具，从电流环路增益以及控制到输出传递函数波特图这两种角度简单地得到了系统需要的补偿斜率;为工程人员进行开关电源设计提供了参考依据。

参考文献

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