開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

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開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)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(guó)教育體制改革的不斷推進(jìn)，各高校越來(lái)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(chǎng)和社會(huì)的目的。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是一項(xiàng)面向理科學(xué)生的重要賽事，其全國(guó)競(jìng)賽組委會(huì)由國(guó)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(lèi)專(zhuān)家組成，負(fù)責(zé)全國(guó)競(jìng)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(jìng)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(jìng)賽前期的實(shí)訓(xùn)中，需要頻繁地領(lǐng)用元器件，高校實(shí)驗(yàn)室管理人員需要對(duì)元器件的消耗情況進(jìn)行匯總，對(duì)貴重器件進(jìn)行登記與跟蹤，同時(shí)還要對(duì)元器件庫(kù)存有充分的了解，以便對(duì)元器件庫(kù)進(jìn)行有效合理的補(bǔ)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(duì)器件進(jìn)行跟蹤，目測(cè)元器件庫(kù)存是否充足，學(xué)生領(lǐng)用元器件查找費(fèi)時(shí)，這些問(wèn)題極大地影響了電子競(jìng)賽的高效管理[3]。

為提高競(jìng)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(jìng)賽實(shí)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(jì)為三層C/S（客戶(hù)/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，采用MIDAS和ADO技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，按軟件工程理論和方法對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)元器件采購(gòu)計(jì)劃管理、元器件入庫(kù)、學(xué)生領(lǐng)用元器件、元器件查詢(xún)、元器件統(tǒng)計(jì)分析等主要功能。

1系統(tǒng)架構(gòu)和開(kāi)發(fā)環(huán)境

基于高校電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的實(shí)際情況，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)的多層分布式環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)，使用DELPHI7.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分地運(yùn)用其MIDAS，ADO等技術(shù)來(lái)構(gòu)建一個(gè)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(hù)層的分布式智能化管理系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)過(guò)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(shí)際上是一種分布式應(yīng)用系統(tǒng)，被分成數(shù)個(gè)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(gè)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(duì)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(duì)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(gè)中間層到客戶(hù)端和數(shù)據(jù)庫(kù)端間。中間層的實(shí)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(tái)[4]，客戶(hù)端程序不直接與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通信，而是通過(guò)中間層⁃應(yīng)用服務(wù)器來(lái)訪問(wèn)，當(dāng)有客戶(hù)端程序發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，通過(guò)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(guò)程（Procedure）等業(yè)務(wù)邏輯來(lái)向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)出指令，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器經(jīng)過(guò)運(yùn)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(hù)端程序，從而大大減少數(shù)據(jù)庫(kù)端訪問(wèn)量過(guò)大的開(kāi)銷(xiāo)，提高數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)運(yùn)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(lái)創(chuàng)建多層應(yīng)用程序。MIDAS提供了一套高級(jí)組件、服務(wù)和核心技術(shù)，可以簡(jiǎn)化跨平臺(tái)（Windows，UNIX，Linux）、跨產(chǎn)品的多級(jí)分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)它可以用相同的組件訪問(wèn)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(hù)端界面，提供給用戶(hù)一個(gè)操作方便且簡(jiǎn)單快捷的應(yīng)用服務(wù)接口；應(yīng)用邏輯層（或?yàn)閼?yīng)用服務(wù)器）是整個(gè)結(jié)構(gòu)中最重要的部分，實(shí)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(kù)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(wèn)及合法性檢驗(yàn)等工作放到了中間層進(jìn)行處理。通常情況下，客戶(hù)端不直接與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，而是通過(guò)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(kù)進(jìn)行交互。Delphi對(duì)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(kù)應(yīng)用程序，并實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)

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(jì)最重要的一環(huán)，是連通用戶(hù)與軟件開(kāi)發(fā)人員的橋梁，是整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要基礎(chǔ)。電子元器件因種類(lèi)多、設(shè)計(jì)期間用量大、參賽參訓(xùn)人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)人員管理雜等特點(diǎn)，元器件管理系統(tǒng)需要有準(zhǔn)確、全面的一手用戶(hù)需求資料，從而設(shè)計(jì)出符合要求的功能需求，為電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)室管理人員提供高效、準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)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(chēng)，包括元器件類(lèi)別、名稱(chēng)、規(guī)格、型號(hào)等要素。

（2） 元器件存放要素：為方便電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)時(shí)學(xué)生快捷領(lǐng)用元器件，在元器件存放時(shí)，嚴(yán)格按規(guī)定存放到指定編號(hào)的小器件單元，單元按元器件類(lèi)別分類(lèi)存放，按序編號(hào)。

（3） 元器件采購(gòu)要素：包括元器件類(lèi)別、名稱(chēng)、規(guī)格、型號(hào)、日期、數(shù)量、單價(jià)、供應(yīng)商等。

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

（5） 用戶(hù)信息：包括實(shí)驗(yàn)室管理人員、學(xué)生，權(quán)限分為查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、入庫(kù)、出庫(kù)、可領(lǐng)用等。

（6） 系統(tǒng)的功能需求。根據(jù)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)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(gòu)及入庫(kù)、元器件發(fā)放（或領(lǐng)用）、元器件調(diào)撥、元器件庫(kù)存統(tǒng)計(jì)及預(yù)警、元器件相關(guān)查詢(xún)等功能。

2.2系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

通過(guò)上述的系統(tǒng)需要分析，設(shè)計(jì)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(hù)權(quán)限管理功能模塊。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽日常培訓(xùn)由實(shí)驗(yàn)室工作人員管理，負(fù)責(zé)元器件的采購(gòu)計(jì)劃、元器件的發(fā)放與回收、庫(kù)存分析等工作。按用戶(hù)的實(shí)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(hù)分配不同的角色。權(quán)限分為：普通管理員、超級(jí)管理員。

（2） 元器件倉(cāng)庫(kù)管理功能模塊。對(duì)元器件倉(cāng)庫(kù)按元器件的類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)管理，并按元器件的規(guī)格、型號(hào)來(lái)分別設(shè)置元器件倉(cāng)庫(kù)存放地點(diǎn)，設(shè)置統(tǒng)一編號(hào)管理元器件倉(cāng)庫(kù)。可實(shí)現(xiàn)按倉(cāng)庫(kù)編號(hào)查元器件名稱(chēng)、數(shù)量等操作；可根據(jù)元器件查找倉(cāng)庫(kù)，方便學(xué)生領(lǐng)用時(shí)快速尋找元器件。

（3） 元器件進(jìn)庫(kù)管理功能模塊。根據(jù)年度采購(gòu)計(jì)劃；采購(gòu)后元器件入庫(kù)。入庫(kù)信息包含供應(yīng)商、價(jià)格、日期、倉(cāng)存單元編號(hào)等信息；該模塊能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入與修改操作及元器件的入庫(kù)和查詢(xún)匯總操作等功能。

（4） 元器件出庫(kù)功能模塊。元器件出庫(kù)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(shí)驗(yàn)室人員按預(yù)約進(jìn)行發(fā)放；實(shí)驗(yàn)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(jí)管理員審核方可執(zhí)行。

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

（6） 元器件倉(cāng)存統(tǒng)計(jì)查詢(xún)功能模塊。按各種統(tǒng)計(jì)要求設(shè)計(jì)各類(lèi)統(tǒng)計(jì)查詢(xún)功能，可統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)元器件的使用量，并可生成各類(lèi)報(bào)表。

（7） 條碼管理。學(xué)生學(xué)號(hào)、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(jì)

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(kù)的基礎(chǔ)之上，將存在于實(shí)際操作和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)抽象為業(yè)務(wù)邏輯對(duì)象，通過(guò)對(duì)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(jìng)賽用元器件實(shí)際情況的功能模塊，通過(guò)友好的用戶(hù)界面與用戶(hù)交互，完成電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和實(shí)驗(yàn)室人員元器件管理服務(wù)的系統(tǒng)。其中：

（1） 對(duì)象管理框架層：提供實(shí)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(hù)界面層，用戶(hù)命令的處理均由各項(xiàng)功能模塊完成；

（3） 圖形用戶(hù)界面層：提供友好的交互式的圖形界面，使學(xué)生和實(shí)驗(yàn)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(xiàng)功能；

（4） 系統(tǒng)支持層：電子元器件管理系統(tǒng)是一個(gè)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(kù)的數(shù)據(jù)操作功能有效支持了系統(tǒng)對(duì)象在底層數(shù)據(jù)庫(kù)的管理[9⁃10]。

3系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)與特點(diǎn)

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(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、用戶(hù)表示層的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)層服務(wù)器的實(shí)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(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。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(kù)服務(wù)器中構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（ElecComponentsDb），建立若干個(gè)數(shù)據(jù)表，分別存放用戶(hù)權(quán)限管理、元器件類(lèi)別、元器件入庫(kù)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(gè)由多個(gè)表JOIN連接的視圖，以設(shè)計(jì)各類(lèi)管理功能需要的交叉查詢(xún)功能。大量在客戶(hù)端不能完成的系統(tǒng)功能，全部設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端的存儲(chǔ)過(guò)程，用存儲(chǔ)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，達(dá)到了既快速，又安全的目的。主要存儲(chǔ)過(guò)程有：

（1） 元器件領(lǐng)庫(kù)存余量計(jì)算算法功能：PROCEDURE ElecChipsCalc；

（2） 元器件分類(lèi)匯總：PROCEDURE ElecChipsStas；

（3） 元器件進(jìn)倉(cāng)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(kù)

使用Delphi7.0分布式VCL組件建立一個(gè)OLE Automation服務(wù)器，客戶(hù)端程序通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器的IAppServer接口連接客戶(hù)端應(yīng)用程序供其調(diào)用。通過(guò)加入讀取INI文件中存儲(chǔ)的服務(wù)器、用戶(hù)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(shí)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(kù)、User用戶(hù)信息、Password口令信息等

end；

（2） 通過(guò)RDM的IAppServer接口來(lái)存取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)集

在RDM中通過(guò)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(wèn)題，且安全性不能得到保障，故在本系統(tǒng)中采用了通過(guò)設(shè)置IAppServer接口函數(shù)來(lái)實(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)集及其他功能實(shí)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(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)端存儲(chǔ)過(guò)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(hù)端接收SQL語(yǔ)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(shí)例

fromsp：TadoStoredproc； //設(shè)置TAdo Storedproc；實(shí)例接收客戶(hù)端傳遞的存儲(chǔ)過(guò)程名稱(chēng)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(chǔ)過(guò)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(hù)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(gè)：UpdateByScript，UpdateByStoreProc，從客戶(hù)端接收SQL語(yǔ)句更新數(shù)據(jù)集。

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

3.3客戶(hù)端應(yīng)用程序的建立

在Delphi中建立一個(gè)項(xiàng)目組，連接應(yīng)用程序服務(wù)器，然后建立一個(gè)新的Application應(yīng)用程序。新建一數(shù)據(jù)模塊，加入一個(gè)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(chēng)。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(shí)例，使其通過(guò)中間層從數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)端應(yīng)用程序中，系統(tǒng)真正要求將數(shù)據(jù)集更新回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，必須調(diào)用應(yīng)用程序服務(wù)器提供的Apply Updates方法，才會(huì)把更新的數(shù)據(jù)集真正的更新回后端數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)

end；

3.4主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)

（1） 根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)書(shū)，制作程序用戶(hù)界面圖，并編寫(xiě)程序代碼，實(shí)現(xiàn)電子元器件管理系統(tǒng)的各項(xiàng)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(hù)登錄密碼加/解密算法實(shí)現(xiàn)。因使用的數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server2000存放用戶(hù)信息的表字符均為明文，而管理人員復(fù)雜，登錄用戶(hù)密碼易被泄密，故采用異或算法來(lái)對(duì)用戶(hù)密碼明文進(jìn)行加密，讀取密碼時(shí)進(jìn)行解密。具體算法如下：

ss：=''；

ts：=trim（passWord.text）； //用戶(hù)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3） 元器件入庫(kù)管理模塊。系統(tǒng)設(shè)定元器件入庫(kù)前必須要有預(yù)算計(jì)劃，每次入庫(kù)自動(dòng)生成一個(gè)入庫(kù)單號(hào)，然后在該入庫(kù)單下進(jìn)行元器件各類(lèi)參數(shù)信息的錄入。見(jiàn)圖4為元器件入庫(kù)管理模塊。

圖4 元器件入庫(kù)管理模塊圖

（4） 元器件領(lǐng)用管理模塊。在電子設(shè)計(jì)日常實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生經(jīng)常要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)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(guò)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(shí)驗(yàn)室領(lǐng)取所預(yù)約的元器件。元器件領(lǐng)用管理模塊實(shí)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(jì)要求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并經(jīng)測(cè)試使用正常。在系統(tǒng)的使用過(guò)程中，學(xué)號(hào)、元器件編號(hào)無(wú)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(cuò)與負(fù)載平衡能力的處理

系統(tǒng)采用了多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器來(lái)同時(shí)處理客戶(hù)端進(jìn)程，系統(tǒng)的穩(wěn)固性必然受到影響，程序在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用DELPHI提供的TSimple Object Broker 組件的內(nèi)置功能來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)固性。通過(guò)修改TSimple Object Broker的屬性servers值來(lái)添加及維護(hù)一個(gè)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(shí)， TDCOM Connection 或TSocket Connection 可以從TSimple Object Broker 取得一個(gè)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(chēng)，然后再連結(jié)到這臺(tái)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(dòng)態(tài)平衡算法來(lái)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(lái)提供簡(jiǎn)單的負(fù)載平衡能力。這樣當(dāng)某臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，客戶(hù)端系統(tǒng)能通過(guò)TSimple Object Broker組件的負(fù)載平衡能力自動(dòng)尋找正常運(yùn)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(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)；電源；原理；趨勢(shì)

電子設(shè)備的運(yùn)作需要電源供電，因而一個(gè)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(jiàn)的直流穩(wěn)壓電源主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是線性電源，另一類(lèi)是開(kāi)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(fèi)較多的調(diào)整管功率，所以電源體積較為臃腫。相比之下，開(kāi)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(jì)算機(jī)等。開(kāi)關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)，在當(dāng)下已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

一、開(kāi)關(guān)電源的基本原理及組成

（一）開(kāi)關(guān)電源的基本原理

根據(jù)控制原理的差異，開(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制式（Pulse Width Modulation，縮寫(xiě)為PWM），當(dāng)前集成開(kāi)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(kāi)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(yùn)行十分便捷，因?yàn)殚_(kāi)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?yàn)槭芄β书_(kāi)關(guān)最小導(dǎo)通時(shí)間不夠的話，就不能完成寬范圍的調(diào)整。還有一個(gè)缺陷就是，輸出端要求較高，為了避免空載時(shí)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(jiǎn)稱(chēng)脈頻調(diào)制式（PulseFre-quency Modulation，縮寫(xiě)為PFM）。在這種調(diào)制方式運(yùn)作的時(shí)候，脈沖寬度是固定的，開(kāi)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(jì)電路的時(shí)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(shí)，使用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器來(lái)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(hào)的脈沖寬度的運(yùn)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(kāi)關(guān)頻率，它屬于PWM和PFM的混合方式。混合調(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(dú)調(diào)節(jié)， 因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合制作供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬范圍調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)電源。

此三種方式都可以叫做時(shí)間比率控制（TimeRatio Control， 簡(jiǎn)稱(chēng)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(gè)獨(dú)立的集成電路，而在LM2576型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器、TOP250型單片開(kāi)關(guān)電源集成電路中與其他設(shè)備一同集成使用。

（二）開(kāi)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(kāi)關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開(kāi)關(guān)電源電源變換的主通道， 完成對(duì)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(dòng)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。基準(zhǔn)電路、采電路、比較放大、V/F變換、振蕩器。基極驅(qū)動(dòng)電路：把調(diào)制后的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適的控制信號(hào)， 驅(qū)動(dòng)開(kāi)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(dòng)直流，并平滑成低紋波直流電壓。

二、電源開(kāi)關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)

開(kāi)關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)，在當(dāng)下已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。接下來(lái)，筆者立足當(dāng)前的開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展實(shí)際和理論發(fā)展，淺析開(kāi)關(guān)電源的未來(lái)其發(fā)展趨勢(shì)。

（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(kāi)發(fā)的一個(gè)方向在于，減小這些元件的大小，并盡可能低提升開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)之一。

（二）使用穩(wěn)定化

比起線性使用的電源，開(kāi)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(shí)間長(zhǎng)短的要素。因此，當(dāng)下的設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性。進(jìn)化，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。

（四）計(jì)算機(jī)智能控制化

當(dāng)前計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)不斷革新，未來(lái)的電路將會(huì)加以結(jié)合，利用微機(jī)檢測(cè)和控制，能有效、多反面監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)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(lái)越低，這就要求未來(lái)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(kāi)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(shí)還介紹了開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的發(fā)展實(shí)際和理論發(fā)展，分析未來(lái)其發(fā)展趨勢(shì)為：小型高頻化、使用穩(wěn)定化、低噪化、計(jì)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(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)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(shí)用設(shè)計(jì)軟件[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】PWM；雙閉環(huán)；檢測(cè)儀器；開(kāi)關(guān)電源

0 引言

隨著我國(guó)科技不斷穩(wěn)步發(fā)展，越來(lái)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(lái)越強(qiáng)大，對(duì)電源的要求也越來(lái)越高，特別是檢測(cè)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(lái)確保測(cè)量精度。因此，開(kāi)關(guān)電源取代普通的電源設(shè)備，廣泛應(yīng)用于檢測(cè)儀器儀表中。本文設(shè)計(jì)一種基于PWM脈沖寬制調(diào)試的雙閉環(huán)開(kāi)關(guān)電源，采用國(guó)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?yàn)橹C振零電壓開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的電壓、電流等精度，符合檢驗(yàn)檢測(cè)儀表行業(yè)的要求。

1 檢測(cè)儀器電源系統(tǒng)概況

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品被越來(lái)越多的消費(fèi)者親睞。與此同時(shí)，解決能量消耗即電源管理問(wèn)題成為重中之重。因此，具有高效節(jié)能特型的開(kāi)關(guān)電源在近年來(lái)發(fā)展迅速，并在計(jì)算機(jī)通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而PWM型開(kāi)關(guān)電源芯片就具備了此類(lèi)特性，其核心技術(shù)集中在控制環(huán)節(jié)。此設(shè)計(jì)采用PWM控制電路，適用于開(kāi)關(guān)電源芯片控制。對(duì)PWM調(diào)制電路為保證開(kāi)關(guān)電源正常工作應(yīng)具有的功能展開(kāi)分析，得到設(shè)計(jì)要求。對(duì)PWM控制電路的組成模塊、分類(lèi)、基本原理及各項(xiàng)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(mǎn)足性能指標(biāo)的組成模塊，對(duì)各個(gè)模塊的功能和邏輯是電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，最終該電路實(shí)現(xiàn)能產(chǎn)生一定脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(jí)的反饋系統(tǒng)。串級(jí)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(jì)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(guò)大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)降低工作電流；但取樣的電流過(guò)小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(guò)電壓檢測(cè)裝置檢測(cè)系統(tǒng)的電壓情況，再與設(shè)計(jì)的電壓值相對(duì)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(jì)思想，圖1中的各個(gè)部分相互獨(dú)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(yùn)作，能太太的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和進(jìn)度，滿(mǎn)足檢測(cè)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(gè)高頻開(kāi)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(dòng)控制原理圖最終可以簡(jiǎn)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(jì)

圖2為開(kāi)關(guān)電源的硬件電路組成部分，設(shè)計(jì)采用國(guó)外先進(jìn)的放大器作為本設(shè)計(jì)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(jì)的精度。

圖2所示輸出法人取樣電壓通過(guò)R5和R6設(shè)置，電壓輸出端與電阻5和6形成零點(diǎn)電位，電阻1/2/3與電容1/2/3形成效應(yīng)，與PI構(gòu)成補(bǔ)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(bǔ)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(duì)稱(chēng)信號(hào)的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)利用電壓負(fù)反饋補(bǔ)償信號(hào)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(duì)稱(chēng)性。圖中電流檢測(cè)信號(hào)Is經(jīng)過(guò)I-V變換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。芯片741是一個(gè)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(gè)反相輸入端，對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較。其內(nèi)部的過(guò)流及限流比較器實(shí)現(xiàn)逐周期過(guò)流及限流保護(hù)。當(dāng)2 V2.5 V時(shí)，執(zhí)行過(guò)流保護(hù)模式。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，對(duì)該系統(tǒng)多次進(jìn)行調(diào)試測(cè)，反饋結(jié)果穩(wěn)定良好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，證明本方案是可行的。

【參考文獻(xiàn)】

開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源;分類(lèi);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(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新。開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要以安全性、可靠性為首要原則，在各種指標(biāo)滿(mǎn)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(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)、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(kāi)關(guān)電源原理框圖

2.開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)

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

開(kāi)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開(kāi)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。

根據(jù)開(kāi)關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開(kāi)關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、變壓器式開(kāi)關(guān)電源等三大類(lèi)。其中，變壓器式開(kāi)關(guān)電源（后面簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器開(kāi)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(lì)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(lái)分，還可以分成更多種類(lèi)。

3.開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)

開(kāi)關(guān)電源主要由主電路、控制電路、檢測(cè)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(guò)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(kāi)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(cè)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(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。

（3）檢測(cè)電路

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

（4）輔助電源

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

4.開(kāi)關(guān)電源原理

我們的各種電路系統(tǒng)里常常會(huì)用到開(kāi)關(guān)電源，主要用于獲得一定功率的直流電源（多數(shù)是24V），我們常看到的開(kāi)關(guān)電源外觀上多數(shù)象一個(gè)小主箱，通過(guò)表面開(kāi)出的很多散熱孔可以看到里面的電路板。

高頻開(kāi)關(guān)電源由以下幾個(gè)部分組成：

（1）主電路

從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括：①輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)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(jí)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(kāi)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(cè)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(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。

（3）檢測(cè)電路

除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)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(kāi)關(guān)控制穩(wěn)壓原理開(kāi)關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)K接通時(shí)，輸入電源E通過(guò)開(kāi)關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL，在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期間，電源E向負(fù)載提供能量;當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，輸入電源E便中斷了能量的提供。可見(jiàn)，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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部份能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，向負(fù)載釋放。

改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱(chēng)為“時(shí)間比率控制”

（TimeRatioControl，縮寫(xiě)為T(mén)RC）。按TRC控制原理，有三種方式：

（1）脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModula-tion，縮寫(xiě)為PWM）開(kāi)關(guān)周期恒定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式。

（2）脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModula-tion，縮寫(xiě)為PFM）導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率來(lái)改變占空比的方式。

（3）混合調(diào)制導(dǎo)通脈沖寬度和開(kāi)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(kāi)關(guān)電源原理框圖見(jiàn)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(xiǎn)或輸入濾波電感開(kāi)路。

（2）若整流濾波電路正常，則檢測(cè)開(kāi)關(guān)管兩端是否有310V電壓，若無(wú)，則取樣電阻R0或變壓器初級(jí)開(kāi)路。

（3）若開(kāi)關(guān)管電壓正常，則檢測(cè)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路是否有幾伏至十幾伏電壓，若無(wú)則檢測(cè)啟動(dòng)電阻和驅(qū)動(dòng)電路。

（4）若驅(qū)動(dòng)有電壓，開(kāi)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(kāi)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(cè)負(fù)載。

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

（8）經(jīng)過(guò)上述維修步驟并檢測(cè)負(fù)載電壓基本正常后，即可閉合開(kāi)關(guān)K，再次檢測(cè)時(shí)若輸出正常，則說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源已修復(fù)。

注意：開(kāi)關(guān)電源負(fù)反饋電路及變壓器次級(jí)絕不能開(kāi)路，否則會(huì)損壞電路其他部分。

5.開(kāi)關(guān)電源的布局

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)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(jì)高頻開(kāi)關(guān)電源時(shí)，布局非常重要。良好的布局可以解決這類(lèi)電源的許多問(wèn)題。因布局而出現(xiàn)的問(wèn)題，通常在大電流時(shí)顯現(xiàn)出來(lái)，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時(shí)更加明顯。一些主要的問(wèn)題是在大的輸出電流和/或大的輸入/輸出電壓差時(shí)調(diào)節(jié)能力的下降，在輸出和開(kāi)頭波形上的額外噪聲，以及不穩(wěn)定性。應(yīng)用下面的幾個(gè)簡(jiǎn)單原則就可以把這類(lèi)問(wèn)題最小化。

（1）電感器

開(kāi)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(kāi)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(kāi)口磁芯，使磁芯的兩極與PCB板垂直也是一個(gè)好主意。棒狀磁芯（stick cores）通常用來(lái)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(diǎn)。有時(shí)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(duì)的一側(cè)，并且中間用接地層分開(kāi)。

（3）濾波電容器

當(dāng)使用小容量瓷質(zhì)輸入濾波電容器時(shí)，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(gè)更干凈的電壓源。開(kāi)關(guān)電源一些設(shè)計(jì)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(huì)減少引線長(zhǎng)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(bǔ)償

如果為了穩(wěn)定性，需要加入外部補(bǔ)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(duì)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(duì)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(kāi)關(guān)電流流過(guò)它們時(shí)，由開(kāi)關(guān)電源走線引起的EMI。這也會(huì)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(huì)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(gè)接地面。最好在PCB的兩面都設(shè)置接地面。這樣會(huì)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(duì)于多于兩層的多層板，可以用接地面分開(kāi)電源面（電源走線和元件所在的區(qū)域）和信號(hào)面（反饋和補(bǔ)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(lái)。如果走線需要從一個(gè)面?zhèn)鬏斠粋€(gè)較大的電流到另一個(gè)面，每200mA電流使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通孔，是一個(gè)良好的習(xí)慣。

排列元件，使得開(kāi)頭電流環(huán)同方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)開(kāi)頭調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式，有兩種功率狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開(kāi)頭閉合時(shí)，另一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開(kāi)頭斷開(kāi)時(shí)。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(gè)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(huì)防止兩個(gè)半環(huán)之間的走線產(chǎn)生磁場(chǎng)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(kāi)關(guān)時(shí)，PCB通常可以用作散熱器。這就是用PCB上的敷銅面來(lái)幫助器件散熱。參照特定器件手冊(cè)中有關(guān)使用PCB散熱的信息。這通常可以省去開(kāi)關(guān)電源外加的散熱裝置。

6.開(kāi)關(guān)電源常見(jiàn)故障及檢修技巧

6.1 開(kāi)關(guān)電源常見(jiàn)故障

（1）保險(xiǎn)燒或炸;（2）無(wú)輸出，保險(xiǎn)管正常;（3）有輸出電壓，但輸出電壓過(guò)高;（4）開(kāi)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(kāi)關(guān)電源檢修技巧

（1）針對(duì)保險(xiǎn)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(kāi)關(guān)管等部位，抗干擾電路出問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)燒、發(fā)黑。需要注意的是：因開(kāi)關(guān)管擊穿導(dǎo)致保險(xiǎn)燒一般會(huì)把電流檢測(cè)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(xiǎn)一起被燒壞。

（2）針對(duì)無(wú)輸出，保險(xiǎn)管正常的這種現(xiàn)象說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源未工作或進(jìn)入了保護(hù)狀態(tài)。首先要測(cè)量電源控制芯片的啟動(dòng)腳是否有啟動(dòng)電壓，若無(wú)啟動(dòng)電壓或者啟動(dòng)電壓太低，則要檢查啟動(dòng)電阻和啟動(dòng)腳外接的元件是否漏電，此時(shí)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(dòng)電壓，則測(cè)量控制芯片的輸出端在開(kāi)機(jī)瞬間是否有高、低電平的跳變，若無(wú)跳變，說(shuō)明控制芯片壞、振蕩電路元件或保護(hù)電路有問(wèn)題，可先代換控制芯片，再檢查元件;若有跳變，一般為開(kāi)關(guān)管不良或損壞。

（3）對(duì)于有輸出電壓，但輸出電壓過(guò)高的這種故障一般來(lái)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(gè)閉合的控制環(huán)路，任何一處出問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致輸出電壓升高。

（4）開(kāi)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(shí)，應(yīng)該斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電源電路的所有負(fù)載，以區(qū)分是開(kāi)關(guān)電源電路還是負(fù)載電路有故障。若斷開(kāi)負(fù)載電路電壓輸出正常，說(shuō)明是負(fù)載過(guò)重;或仍不正常說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源電路有故障。

開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)范文第5篇

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

中圖分類(lèi)號(hào)TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）37-0183-02

1 概述

由于開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾EMI信號(hào)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(huì)污染電磁環(huán)境，對(duì)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(jì)，有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾，對(duì)保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

2 開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾

2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理

直流開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)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(guò)開(kāi)關(guān)管的控制變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過(guò)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(diǎn)

作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)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(kāi)關(guān)管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時(shí)，雜散電容會(huì)將電網(wǎng)的噪聲傳導(dǎo)到電子系統(tǒng)的電源而對(duì)電子線路的工作產(chǎn)生干擾。相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚，開(kāi)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(chǎng)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(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

3 電磁兼容性EMC設(shè)計(jì)

圖1

電磁兼容性EMC設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)噪聲的敏感度。

應(yīng)用實(shí)例：丹東華通測(cè)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(kāi)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(yùn)用了屏蔽、濾波、接地等技術(shù)來(lái)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(kāi)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(guò)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(diǎn)接地法，利用一個(gè)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(diǎn)并聯(lián)接地，高頻電路采用多點(diǎn)接地，并把電源地、信號(hào)地和屏蔽地接到公共的地線上。與印刷線路板以外的信號(hào)相連時(shí)，采用屏蔽電纜，并對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)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(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，又可抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害。

3.4 PCB布線時(shí)所采取的措施

布線開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號(hào)，PCB上任何印制線都可起到天線的作用，噪聲通過(guò)引線向外發(fā)射，因此布線時(shí)，將所有通過(guò)高頻交流的電流印制線設(shè)計(jì)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(gè)集成電路的電源，地之間都要加一個(gè)去耦電容。一方面可提供和吸收該集成電路開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)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(hào)線集中在PCB板中心，同時(shí)電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線或用地線隔開(kāi)。屏蔽線上放置多個(gè)接地過(guò)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(shí)際需要的速度更快的元件，在布局上，把模擬信號(hào)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(kāi)，使相互間的信號(hào)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(zhǎng)度盡可能短，以減小元件分布電感的影響。

3.6 進(jìn)行EMC測(cè)試

在測(cè)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(dòng)檢測(cè)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(guò)進(jìn)行EMC測(cè)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(jì)、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(chǎng)所，應(yīng)用在諸永高速公路、北京德勝科技大廈項(xiàng)目等多個(gè)工程項(xiàng)目中。

4 結(jié)論

抑制開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的措施還有很多，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素，盡可能抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的各種噪音，并通過(guò)提高開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性來(lái)保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)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.