电源设计论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇电源设计论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

1）实际导通时栅极偏压一般选12～15V为宜；而栅极负偏置电压可使IGBT可靠关断，一般负偏置电压选－5V为宜。在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射之间并接两只反向串联的稳压二极管。

2）考虑到开通期间内部MOSFET产生Mill－er效应，要用大电流驱动源对栅极的输入电容进行快速充放电，以保证驱动信号有足够陡峭的上升、下降沿，加快开关速度，从而使IGBT的开关损耗尽量小。

3）选择合适的栅极串联电阻（一般为10Ω左右）和合适的栅射并联电阻（一般为数百欧姆），以保证动态驱动效果和防静电效果。根据以上要求，可设计出如图1所示的半桥LC串联谐振充电电源的IGBT驱动电路原理图。考虑到多数芯片难以承受20V及以上的电源电压，所以驱动电源Vo采用18V。二极管V79将其拆分为＋12．9V和－5．1V，前者是维持IGBT导通的电压，后者用于IGBT关断的负电压保护。光耦TLP350将PWM弱电信号传输给驱动电路且实现了电气隔离，而驱动器TC4422A可为IGBT模块提供较高开关频率下的动态大电流开关信号，其输出端口串联的电容C65可以进一步加快开关速度。应注意一个IGBT模块有两个相同单管，所以实际需要两路不共地的18V稳压电源；另外IGBT栅射极之间的510Ω并联电阻应该直接焊装在其管脚上（未在图中画出），而且最好在管脚上并联焊装一个1N4733和1N4744（反向串联）稳压二极管，以保护IGBT的栅极。

2实验结果及分析

在变换器的LC输出端接入两个2W／200Ω的电阻进行静态测试。实验中使用的仪器为：Agi－lent54833A型示波器，10073D低压探头。示波器置于AC档对输出电压纹波进行观测，波形如图5所示。由实验结果看，输出纹波可以基本保持在±10mV以内，满足设计要求。此后对反激变换器电路板与IGBT模块驱动电路板进行对接联调。观察了IGBT栅极的驱动信号波形。由实验结果看，IGBT在开通时驱动电压接近13V，而在其关断时间内电压接近5V。这主要是电路中的光耦和大电流驱动器本身内部的晶体管对驱动电压有所消耗（即管压降）造成的，故不可能完全达到18V供电电源的水平。

3结论

篇(2)

摘要：小康住宅电源插座设置数量选用布置供电回路

电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的电气附件，它和人们生活有着十密切的关系。现在居民搬进新房后，普遍反映电源插座数量太少，使用极不方便，造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板，经常引起人身电击和电气火灾事故，给人身财产平安带来重大隐患。所以，电源插座的设计也是评价住宅电气设计的重要依据。笔者根据国外以及我国有关住宅规范及标准，结合多年来的实践提出住宅电源插座的数量及布置要求，供参考。

1电源插座设置数量的规定

（1）国家标准《住宅设计规范》（GB50096－1996）第6．5．4条规定，电源插座的

数量应不少于表1的规定；

（2）小康住宅电气设计《设计导则》中第4．3．5条规定，小康住宅中设置的插座数量不少于表2中的规定；

（3）《上海市工程建设规范》（DGJ08－20－2001）12．2．2条规定，电源插座设置数量应不少于表3的规定；

（4）“江苏省住宅设计标准”（DB32／380－2000）中规定，每套住宅内电源插座的设置，应符合表4中的规定；

（5）香港非凡行政区政府机电工程署1997年版《电力（线路）规例工作守则》家庭用途的装置及用具中规定，电源插座数量应不少于表5中的规定；

（6）美国国家电气法规NEC的第210－52（a）条对电源插座的布置作了更量化的规定。其中两个电源插座间的距离不得超过3．6m，因为美国规定家用电器电源线长达1．8m，一个家用电器如不能自左侧接电源插座，定能自右侧接电源插座，如图所示；

（7）小康住宅是由建设部在各大城市指导建设，面向21世纪的大众住宅，其定位标准是“科技先导，适度超前”。这将是我国住宅产业未来发展的方向。很显然，国家标准“住宅设计规范”中的电源插座数量偏少，参照国内外住宅电源插座设置数量标准，根据目前使用和超前发展的要求，建议住宅内电源插座的设置数量应不少于表6的要求。

2电源插座的选用和设置要求

2．1电源插座的选用

（1）电源插座应采用经国家有关产品质量监督部门检验合格的产品。一般应采用具有阻燃材料的中高档产品，不应采用低档和伪劣假冒产品；

（2）住宅内用电电源插座应采用平安型插座，卫生间等潮湿场所应采用防溅型插座；

（3）电源插座的额定电流应大于已知使用设备额定电流的1．25倍。一般单相电源插座额定电流为10A，专用电源插座为16A，非凡大功率家用电器其配电回路及连接电源方式应按实际容量选择；

（4）为了插接方便，一个86mm×86mm单元面板，其组合插座个数最好为两个，最多（包括开关）不超过三个，否则采用146面板多孔插座；

（5）对于插接电源有触电危险的家用电器（如洗衣机）应采用带开关断开电源的插座。

2．2电源插座设置位置要求

电源插座的位置和数量确定对方便家用电器的使用。室内装修的美观起着重要的功能，电源插座的布置应根据室内家用电器点和家具的规划位置进行，并应密切注重和建筑装修等相关专业配合，以便确定插座位置的正确性。

（1）电源插座应安装在不少于两个对称墙面上，每个墙面两个电源插座之间水平距离不宜超过2．5m～3m，距端墙的距离不宜超过0．6m。

（2）无非凡要求的普通电源插座距地面0．3m安装，洗衣机专用插座距地面1．6m处安装，并带指示灯和开关；

（3）空调器应采用专用带开关电源插座。在明确采用某种空调器的情况下，空调器电源插座宜按下列位置布置摘要：

①分体式空调器电源插座宜根据出线管预留洞位置距地面1．8m处设置；

②窗式空调器电源插座宜在窗口旁距地面1．4m处设置；

③柜式空调器电源插座宜在相应位置距地面0．3m处设置。

否则按分体式空调器考虑预留16A电源插座，并在靠近外墙或采光窗四周的承重墙上设置。

（4）凡是设有有线电视终端盒或电脑插座的房间，在有线电视终端盒或电脑插座旁至少应设置两个五孔组合电源插座，以满足电视机、VCD、音响功率放大器或电脑的需要，亦可采用多功能组合式电源插座（面板上至少排有3个～5个不同的二孔和三孔插座），电源插座距有线电视终端盒或电脑插座的水平距离不少于0．3m；

（5）起居室（客厅）是人员集中的主要活动场所，家用电器点多，设计应根据建筑装修布置图布置插座，并应保证每个主要墙面都有电源插座。假如墙面长度超过3．6m应增加插座数量，墙面长度小于3m，电源插座可在墙面中间位置设置。有线电视终端盒和电脑插座旁设有电源插座，并设有空调器电源插座，起居室内应采用带开关的电源插座；

（6）卧室应保证两个主要对称墙面均设有组合电源插座，床端靠墙时床的两侧应设置组合电源插座，并设有空调器电源插座。在有线电视终端盒和电脑插座旁应设有两组组合电源插座，单人卧室只设电脑用电源插座；

（7）书房除放置书柜的墙面外，应保证两个主要墙面均设有组合电源插座，并设有空调器电源插座和电脑电源插座；

（8）厨房应根据建筑装修的布置，在不同的位置、高度设置多处电源插座以满足抽油烟机、消毒柜、微波炉、电饭煲、电热水器、电冰箱等多种电炊具设备的需要。参考灶台、操作台、案台、洗菜台布置选取最佳位置设置抽油烟机插座，一般距地面1．8m～2m。电热水器应选用16A带开关三线插座并在热水器右侧距地1．4m～1．5m安装，注重不要将插座设在电热器上方。其他电炊具电源插座在吊柜下方或操作台上方之间，不同位置、不同高度设置，插座应带电源指示灯和开关。厨房内设置电冰箱时应设专用插座，距地0．3m～1．5m安装；

（9）严禁在卫生间内的潮湿处如淋浴区或澡盆四周设置电源插座，其它区域设置的电源插座应采用防溅式。有外窗时，应在外窗旁预留排气扇接线盒或插座，由于排气风道一般在淋浴区或澡盆四周，所以接线盒或插座应距地面2．25m以上安装。距淋浴区或澡盆外沿0．6m外预留电热水器插座和洁身器用电源插座。在盥洗台镜旁设置美容用和剃须用电源插座，距地面1．5m～1．6m安装。插座宜带开关和指示灯；

（10）阳台应设置单相组合电源插座，距地面0．3m。

3电源插座供电回路

（1）住宅内空调器电源插座、普通电源插座、电热水器电源插座、厨房电源插座和卫生间电源插座和照明应分开回路设置；

（2）电源插座回路应具有过载、短路保护和过电压、欠电压或采用带多种功能的低压断路器和漏电综合保护器。宜同时断开相线和中性线，不应采用熔断器保护元件。除分体式空调器电源插座回路外，其他电源插座回路应设置漏电保护装置。有条件时，宜按分回路分别设置漏电保护装置；

（3）每个空调器电源插座回路中电源插座数不应超过2只。柜式空调器应采用单独回路供电；

（4）卫生间应作局部辅助等电位联结；

（5）厨房和卫生间靠近时，在其四周可设分配电箱，给厨房和卫生间的电源插座回路供电。这样可以减少住户配电箱的出线回路，减少回路交叉，提高供电可靠性；

（6）自配电箱引出的电源插座分支回路导线截面应采用不小于2．5mm2的铜芯塑料线。

参考文献

1香港非凡行政区政府机电工程署编．《电力（线路）规例工作守则》1997

2北京市建筑设计探究院编．《建筑电气专业设计技术办法》中国建筑工业出版社，1998

3《住宅设计规范》（GB50096－1999）．中国建筑工业出版社，1999

4李天恩主编．《小康住宅电气设计》北京中国建筑工业出版社，1999

5全国建筑电气设计技术协作及情报交流网编．建筑电气设计通讯．2001；1

6国际铜业协会（中国）编．《住宅建设应满足电气平安和远期负荷增长的要求》2000

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    论文首先介绍了电力电子技术及器件的发展和应用,具体阐明了国内外开关电源的发展和现状,研究了开关电源的基本原理,拓扑结构以及开关电源在电力直流操作电源系统中的应用,介绍了连续可调开关电源的设计思路、硬件选型以及TL494在输出电压调节、过流保护等方面的工作原理和具体电路,设计出一种实用于电力系统的开关电源,以替代传统的相控电源。该系统以MOSFET作为功率开关器件,构成半桥式Buck开关变换器,采用脉宽调制(PWM)技术,PWM控制信号由集成控制TL494产生,从输出实时采样电压反馈信号,以控制输出电压的变化,控制电路和主电路之间通过变压器进行隔离,并设计了软启动和过流保护电路。该电源在输出大电流条件下,能做到输出直流电压大范围连续可调,同时保持良好的PWM稳压调节运行。    开关电源结构

    以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果好的特点,正逐步取代传统电源的位置,成为电源行业的主流形式。可调直流电源领域也同样深受开关电源技术影响,并已广泛地应用于系统之中。

    开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。

    SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用, GTR驱动困难,开关频率低,逐渐被IGBT和MOSFET取代。在本论文中选用的开关器件为功率MOSFET管。

    开关电源的三个条件:

    1. 开关:电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态;

    2. 高频:电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频;

    3. 直流:开关电源输出的是直流而不是交流。

    根据上面所述,本文的大体结构如下:

    第一章,为整个论文的概述,大致介绍电力电子技术及器件的发展,简单说明直流电源的基本情况,介绍国内外开关电源的发展现状和研究方向,阐述本论文工作的重点;

    第二章,主要从理论上讨论开关电源的工作原理及电路拓扑结构;

    第三章,主要将介绍系统主电路的设计;

    第四章,介绍系统控制电路各个部分的设计;

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配电系统设计部分包括：配电方案，电力系统相关内容，负荷计算等。

照明系统设计部分包括：光源选择、灯具选择、照度选择、照明方式选择，一般照明与应急照明，相关计算等。

【关键词】负荷；照度

1. 基本情况

（1）随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供配电、照明、防雷接地及弱电等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展。

（2）建筑电气设计是在认真执行有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理。

（3）本工程概况：体育交流中心，高52.5米，地上十三层，第一层为商场，二到十三层为办公用房，顶层为机房层。按“高规”划分，属一类高层建筑。

2. 要解决的问题

（1）低压配电系统中负荷等级的划分及对应的供电要求，项目负荷计算以及配电方式，项目中负荷的分类。

（2）照明系统光源、灯具选择，照度计算，一般照明及应急照明等。

3. 解决方案

3.1配电系统设计。

3.1.1负荷等级及供电要求。

电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。

（1）一级负荷的供电可以采用一路高压电源加一路备用电源——应急柴油发电机组供电，当一级负荷容量较大时，应采用两路高压供电。

（2）二级负荷的供电要求“宜由两回线路供电”，设计中常采用一用一备两路高压电源供电或一路高压，另一路备用电源（柴油发电机组）。

（3）三级负荷对供电无特殊要求。

对于一类高层建筑的消防用电按一级负荷要求供电并且采用专用的供电回路。火灾事故照明和疏散指示标志可采用蓄电池作备用电源，其配电设备应明显标志。

本工程为一类高层建筑，消防相关、电梯相关按一级负荷，采用双电源供电。其它动力设备、照明用电为三级负荷。

3.1.2负荷计算原理。

负荷计算一般采用需要系数法。

3.1.3导线选择的原则。

（1）根据计算负荷电流选断路器整定值。

（2）根据断路器整定值选电缆。

（3）导线及断路器选择时要前后级之间相互配合，前一级断路器整定值至少比下一级断路器整定值高一级。

（4）动力设备考虑自启动影响，断路器整定时要选高一级数值。

3.1.4配电方式。

高层建筑低压配电系统的确定，应满足计量、维护管理、供电安全及可靠性的要求。应将照明与电力负荷分成不同的配电系统；消防及其他防灾用电设施的配电宜自成体系。

3.1.5负荷计算及导线选择结果。

3.2照明系统设计。

3.2.1照明系统光源的选择。

电气照明设计的基本原则主要是安全、适用、经济、美观。环境条件对照明设施有很大影响。要使照明设计与环境空间相协调，就要正确选择照明方式、光源种类、灯泡功率、照明器数量、形式与光色、使照明在改善空间立体感、形成环境气氛等方面发挥积极的作用。

3.2.2照明灯具、照度及照明方式选择

灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量，满足环境和作业的配光要求，选择灯具时，除考虑环境光分布和限制眩目的要求外，还应考虑灯具的效率，选择高光效灯具。

根据选择原则，本建筑主要照度标准及光源、灯型选择如下：

（1）配电室、办公室、消防控制室、值班室、商场、门庭：300lx三管格栅荧光灯。

（2）机房、库房：50lx单管荧光灯。

（3）走廊：50lx白炽灯。

（4）厕所：75lx白炽灯。

3.2.3应急照明设计。

3.2.3.1应急照明设计考虑的因素。

应急照明按照用途可分为三类：疏散照明、安全照明、备用照明。

（1）疏散应急照明：为保证人员在发生事故时能快速而安全地离开建筑物所设立的照明。在疏散通道地面上提供的照度最低不得小于0.2lx。安全出口的明显位置还要设有标志指示灯。

（2）安全应急照明：在正常照明突然熄灭时，为保证潜在危险场所的人员人身安全而设置的照明。安全照明照度不应小于正常照明系统提供照度的5%。

（3）备用应急照明：备用照明往往由一部分或全部由正常照明灯具提供，其应急电源主要应来自两个级别的电源：电网电源和自备电源（发电机或集中蓄电池），照度一般为正常照度的10%。

3.2.3.2应急照明灯具选择、布置及控制方式。

应急照明必须选用能瞬时启动的光源，否则，当其不在正常照明运作中一同使用，一旦发生事故，因其启动时间长而不能起到事故照明的作用。

3.2.3.3应急照明的设计。

充分考虑相关因素后，本建筑采用应急照明与正常照明相结合，走廊、楼梯等场所按一级负荷供电，采用双电源，已满足应急照明要求，办公室等场所应急照明采用蓄电池作备用电源，且连续供电时间不少于20min，走道疏散标志灯的间距在20m内，安装高度及其它要求均满足相关规范。

4. 结论

本次设计论文完成了对某办公楼的部分电气设计，通过对该办公楼配电系统、照明系统、防雷接地系统四个系统的设计，综合了电气理论与设计规范及从业多年的实践经验。

建筑电气所涉及的内容繁多，本人目前所掌握的只是其中的一部分，日后当在努力工作的同时，勤奋地学习专业知识，进一步提高自己的专业技能，以期写出更专业的论文。

参考文献

[1]王晓东主编 电气照明技术 北京：机械工业出版社，2003.

[2]胡乃定主编 现代民用建筑电气工程设计与施工 北京：中国电力出版社.

[3]朱银根主编 21世纪建筑电气设计手册 中国建筑工业出版社.

[4]建筑照明设计规范（DBJ133-90）.

[5]高层民用建筑设计防火规范（2001版） （GB50045-95）.

[6]建筑设计防火规范（2001版）（GBJ16-87）.

[7]火自动报警系统设计规范（GB50016-98）.

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关键词：电力规划；设计技术；电力设计

中图分类号：F407.6 文献标识码： A

引言：电力系统规划主要是由电力负荷预测、电源规划及电网规划组成，电网规划是建立在电源规划和负荷规划基础之上的，要求在保证输电能力的前提下，将输电费用降至最低。电力系统规划设计是在根据原始资料和系统资料，对负荷和电量平衡作出分析，利用规划方法，结合优化规划的原则，从拟定的多种方案中，选择技术可行，运行经济，安全可靠的设计方案，以此确定最优的规划设计方案。

1、电力负荷预测

电力系统负荷预测程序是电力系统中进行负荷预测的一种行之有效的手段，它通过计算程序自动采集、分析历史数据，通过精密计算得到预测数据和曲线，能够使负荷预测准确度有大幅度提高。但是，在程序中提供了多种预测方法中，选取最准确、最恰当的方法是提高

负荷预测准确率的重要手段之一，这就需要我们在实际应用中要对负荷实际变化规律及影响因素做细致的分析。

1.1 回归分析法

回归分析法，是目前广泛应用的定量预测方法，用数理统计中的回归分析方法对变量的观测数据统计分析，并根据对规划期内本地区经济、社会发展情况的预测来推算未来的负荷。优点：预测精度较高，适用于在中、短期预测使用。缺点：

（1）规划水平年的工农业总产值很难详细统计；（2）回归分析法只能测算出综合用电负荷的发展水平，无法测算出各供电区的负荷发展水平，也就无法进行具体的电网建设规划。

1.2 单耗法

单耗法是预测有单耗指标的工业和部分农业用电量的一种直接有效的方法。优点：方法简单，对短期负荷预测效果较好。缺点：需做大量细致的调研工作，近期预测效果较佳。

1.3 灰色系统法

灰色预测是一种对含有不确定因素的系统进行预测的方法。以灰色系统理论为基础的灰色预测技术，可在数据不多的情况下找出某个时期内起作用的规律，建立负荷预测的模型。灰色模型法适用于短期负荷预测。优点：要求负荷数据少、不考虑分布规律、不考虑变化趋

势、运算方便、短期预测精度高、易于检验。缺点：（1）当数据离散程度越大，即数据灰度越大，预测精度越差；（2）不太适合于后推若干年的预测。

1.4趋势分析法

常用的趋势模型有线性趋势模型、多项式趋势模型、对数趋势模型、幂函数趋势模型、指数趋势模型等，这种方法本身是一种确定的外推，在处理历史资料、拟合曲线，得到模拟曲线的过程，都不考虑随机误差。使用的关键是根据地区发展情况，选择适当的模型。

1.5负荷密度

负荷密度一般以kW/km2表示。一般并不直接预测整个城市的负荷密度，而是按城市区域或功能分区。不同地区、不同功能的区域，负荷密度是不同的。

2、电力系统的电源规划

电源规划的核心问题，是在规划限定的时间范围内，根据对电力负载增长的预测，确定在何时、何地，建设什么类型、多大容量的一批发电厂，以期既能满足经济发展所引起的负荷增长需求，同时又最为经济合理。

我国目前的电力系统的基本情况是，随着电力系统改革的深入，电厂与电网已经彻底分离，分别形成了发电公司与电网公司。虽然二者都处于垄断地位，且以服务国民生产和生活为第一目标，但是作为相互独立的经济实体，二者同时也都要考虑经济利益的最大化，这是

主场化改革的必然结果，但同时也会引起一些协调的问题。电源规划属于发电企业的工作，而输配电线网络的规划则是电网企业的工作，作为同一产业链的上下游端，二者的相互配合是必不可少的。即，电源规划要以输配电线路的规划为基础，电源负荷不能超出输配电线路的负载能力，而输配电线路的规划则要充分考虑中长期的电源规划以做出合理的选择，不能出现电源供应中心输配电线路负载能力不足的情况。另外，在一些特殊的情况下，如海南岛，则需要考虑更多的因素。首先，跨海输电可靠性差，且不经济，海南电网需要在岛内建设相对独立的电源系统，但因其本身的经济结构，电力消费较少，电力系统规模不大，自身可靠性较差，所以需要有连接外部电网的备用线路。同时电力系统本身的规模也限制了大容量电机的使用，经济性不够最优。

3、电网规划

电网规划是根据负荷预测和电源规划结果，研究未来合理的电网建设方案。

3.1 规划目标

构建安全、稳定、合理的电力保障体系，保证各项电力设施建设和城市建设协调、有序地进行，电网建设适度超前城市建设发展，满足辖区内社会经济持续稳定发展的要求，确保电网在国民经济发展功能的发挥。结合地方现存电网特点，以实现两个根本性转变为指导，

满足地方供电区域内经济和社会发展的需求，建成供电可靠性、收益平稳的，完全满足全社会用电需要，并与经济发展相适应的现代化电力网。

3.2规划目标

（1）满足国民经济和社会发展的需求

地方电网应满足西部新城国民经济和社会发展对电力的需求，为辖区内国民经济和社会的可持续发展提供可靠的能源保障。

（2）统一规划、协调发展、远近结合、适度超前

电网建设应与城市建设统一规划，电网建设与负荷发展协调，满足城市建设发展的需要，适度超前于城市发展，具有较强的适应能力。

（3）安全可靠、运行灵活、经济高效

地方电网以满足国家规定的供电可靠性和电能质量标准、提高电网安全稳定水平，为用户提供安全、可靠、优质电能为宗旨，把建立布局合理、结构坚强、运行安全放在第一位。

3.3 规划类型

按照时间划分，电网规划可分为远景规划、短期规划和长期规划。远景电网规划：一般相对于一个较长的水平年，通过对未来各种发展情形的分析，研究电网骨干网架的远景结构，如电压等级、输电方式等。

短期电网规划：研究制度1 ～ 5 年内电网的扩展决策，确定详细的网络方案。

长期电网规划：介于两者之间，研究电网的长期发展或演变。一方面通过长期电网规划对远景规划进行修正；同时又指导短电网规划，使短期电网规划同长期电网发展一致。

4、电力系统的优化规划

电力系统的优化规划基本任务是要研究和提出规划期内的负荷水平（负荷预测）：规划期每年最大负荷Pmax，年电量需求Qmax，负荷特性曲线以及负荷分布；研究能源资源和运输条件，确定能源布点、水源、煤炭、石油、天然气等；.研究和提出大型电站的合理供电范围；研究和提出电源合理布局及发展规模，确定电源规划方案；研究电网发展方案，包括输电和配电主干网络布局及电压等级选择、变电所布局及容量选择等等。

结束语：

电力规划设计要通过技术和经济比较，选择较为优先的设计方案，通过深入分析，从网络电能损耗、最大电压损耗、线路和变电站的投资及每年电力网的运行费用等方面，作出详细的分析，并确定最优秀的设计方案。

参考文献：

[1] 李喜来，董建尧，段松涛.特高压输电线路钢管塔设计关键技术与试验研究[ 期刊论文]《特种结构》ISTIC-2012 年4 期

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【关键词】全桥软开关电源；负载-效率最佳工作点；电源休眠；绿色；节能；创新

1.解决损耗的办法

1.1变硬开关为软开关

在众多损耗中，最重要的损耗是开关电源在开关过程中由于电流和电压的交叉导通产生的热损耗，所以改变电源的工作状态，即变硬开关电源为软开关电源是根本解决办法。

1.2提高电源的负载

从图1可以看出：开关电源在40%额定电流输出区间以下，整流器的效率是比较低的，而且输出电流越小效率越低。但整流器的持续工作电流过大一旦达到或者超过额定工作电流，其工作稳定性要受到影响，因此，从提高整流器的工作效率来讲，我们有必要采取措施确保开关整流器工作在40%-80%的负载区间内。

综上所述，现有开关电源系统的缺陷是：开关整流器没有得到合理的利用，工作效率低，热损耗大，浪费资源。有必要采取合理的技术措施，避免多个整流器工作在效率较低的负载率区间内，提升整个开关电源系统的工作效率，降低热损耗，达到节能的目的。

2.解决电源损耗带来的问题

2.2可靠性的问题

电源的可靠度是时间和负载的函数，时间越长，可靠度下降，负载越大可靠度越低，本来电源是并联工作在小负载状态，当认为提高负载后电源的可靠度下降，故可靠性设计重要的一个方面是负载率的设计，根据元器件的特性及实践经验，元器件的在小负载率下工作时，电源系统的可靠性较高的。

2.2电源冗余设计的问题

冗余电源是用于服务器中的一种电源，是由两个完全一样的电源组成，由芯片控制电源进行负载均衡，当一个电源出现故障时，另一个电源马上可以接管其工作，在更换电源后，又是两个电源协同工作。冗余电源是为了实现服务器系统的高可用性。除了服务器之外，磁盘阵列系统应用也非常广泛。电源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份、并联均流的N+1备份、冗余热备份等方式。容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载，这对提高可靠性意义不大。冗余冷备份是指电源由多个功能相同的模块组成，正常时由其中一个供电，当其故障时，备份模块立刻启动投入工作。这种方式的缺点是电源切换存在时间间隔，容易造成电压豁口。并联均流的N+1备份方式是指电源由多个相同单元组成，各单元通过或门二极管并联在一起，由各单元同时向设备供电。这种方案在1个电源故障时不会影响负载供电，但负载端短路时容易波及所有单元。冗余热备份是指电源由多个单元组成，并且同时工作，但只由其中一个向设备供电，其他空载。主电源故障时备份电源可以立即投入，输出电压波动很小。对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、*设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。冗余电源设计是其中的关键部分，在高可用系统中起着重要作用。冗余电源一般配置2个以上电源。当1个电源出现故障时，其他电源可以立刻投入，不中断设备的正常运行。这类似于UPS电源的工作原理：当市电断电时由电池顶替供电。冗余电源与UPS的区别主要是由不同的电源同时供电，而UPS则是一个电源供电另一个则随时备用，有需要时自动切换。传统的冗余电源设计方案是由2个或多个电源通过分别连接二极管阳极，以“或门”的方式并联输出至电源总线上。如图1所示。可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。当其中1个电源出现故障时，由于二极管的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。

3.两全其美的解决办法

3.1软件办法的电源休眠技术

从2009年开始，国内各开关电源厂家陆续推出了结合自身电源产品的软件休眠节能技术，其普遍的技术原理是：厂家根据自身的开关整流器的负载-效率特性，预设一个合理的负载率区间，通过电源系统监控单元实时采集整流器输出电流与总负载电流，计算判断需要工作的整流器数量，然后通过整流器遥控开/关机命令实现对整流器的软关机和开机，达到休眠节能的目的。

3.2硬件办法的电源轮流工作技术

节能控制器不依赖于开关电源监控单元，而是独立实现对整流器输出电流总和各模块工作状态的检测，通过预先设定的整流器工作效率区间，判断当前负载情况下需要工作的整流器数量，然后控制加装在整流器交流输入前端的继电器，控制整流器的市电输入通断，通过冷备份方式来达到休眠节能的目的。

4.结束语

采用电源休眠技术控制的开关电源，不仅可以提高整个电源系统的工作效率，减少能源损耗，还可以对电源输出状况进行监控，有效实现了“该干活时就抡起膀子大干，该休闲时就安静的休闲”的工作模式杜绝了“干也不好好干，休也休不好”的工作模式，减少了因电源闲置和怠工产生的浪费和损失。

参考文献：

[1] 王兆安， 黄俊. 电力电子技术[M]. 北京： 机械工业出版社， 2008.

[2] 王增福， 李昶， 魏永明. 软开关电源原理与应用[M]. 北京： 电子工业出版社， 2006.

[3] 倪海东， 蒋玉萍. 开关电源专用电路设计与应用[M]. 北京： 中国电力出版社， 2008.

[4] 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉： 华中科内蒙古大学学报[J]， 2006.

篇(7)

关键词：本质安全准Z源Buck变换器 输出保护

【中图分类号】TM46

1 引言

目前我国仍以煤炭作为主要能源，而煤矿井下含有甲烷及其同系物（乙烷、丙烷和丁烷）、氢气等爆炸性气体 ；另一方面煤矿井下湿度大、空间有限、通风效果差、电气设备工作地点分散、电磁干扰强烈等因素，这对井下的电气设备提出更高的要求。本质安全开关电源比之普通线性电源具有效率高、体积小、重量轻、电网电压波动适应能力强等优点，其应用于煤矿井下等一些危险的环境中有着广阔的前景，因此，对本质安全开关电源的研究具有重要意义。

本质安全开关电源通常在其输出端增加保护电路，用以抑制输出短路/开路故障时的火花放电能量，使其在含有爆炸性气体的危险环境中依然能安全工作。

为了能有效地抑制开关电源输出短路/开路故障时的火花放电能量，文献[1]提出了一种增加Z源网络的本安型开关电源结构。如图1所示，该结构由三部分构成：开关电源、Z源网络和安全栅保护电路。开关电源将煤矿通用127V交流电转换成电气设备所需稳定直流电压，Z源网络通过电感限制输出短路时的电容释能速度，同时利用电容限制输出开路时的电感释能速度，与快速安全栅保护电路相配合，有效地减小火花放电能量，提高电源的本安性能。本文基于文献[2]提供的设计思路，设计并制作了实用电路，验证了该理论的正确性与实用性。本文根据具体需要，设计的本安电源输出为12V直流电压。

2 开关电源的设计

开关电源实现了AC-DC转换功能，包含工频变压器、二极管整流电路、Buck电路三大部分。如图2所示，工频变压器输入1 交流、输出2 交流；工频变压器的输出级接由四个二极管组成的单相桥式不可控整流电路，根据负载的情况合理配置电容可实现输出直流电压2；本文应用LM2576-ADJ及其电路组成Buck电路，合理设置反馈电阻使输出电压Uo稳定在12V。

为满足输出电压12V，选用LM2576-ADJ芯片，在图3所示内部原理图中，该芯片内部含有1.235V基准电压和一个固定频率52KHz振荡器，同时具有热关断电路和电流限制电路，开路、，反馈电阻由外部提供，如图4所示，通过配置接于4管脚的R和W两个电阻阻值，调节输出电压值，此结构构成了电压闭环，当输出电压大于额定值时，4管脚采样电压高于1.235V，使芯片输出PWM波的占空比减小，电压减小，反之同理。

3 Z源网络的设计

在上述常规Buck电路基础上，加入Z源网络，可得到如图5所示的基于准Z源的输出本安型Buck变换器的一种拓扑实现。准Z源网络中的电感L1可有效限制输出短路时滤波电容C向短路点释放能量的速度；电容C1可有效限制输出开路时的电感L1电压的上升，防止输出端开路时电感L1在输出端产生高电压电弧点燃瓦斯；二极管VD1可防止输出端短路时电容C与C1形成放电通路。

从电路拓扑形态看，相当于准Z源网络代替了常规Buck变换器的LC滤波网络。当电源输出端发生短路或开路故障时，输出短路放电电流的增长被有效地抑制，有效地延缓了开关电源滤波电感、滤波电容向输出故障点的释能，从而减小输出短路故障时的瞬时放电功率。适当选择准Z源网络L1C1参数值，有效延缓输出故障时变换器储能电感、滤波电容的释能速度，与快速安全栅保护电路相配合，便可有效地减小故障时的火花放电能量，进而提高本安电源的本质安全性能。

4 截止型输出短路保护电路的设计

在输出保护电路部分，参照文献[4]，本文选用截止型输出短路保护电路，其内部结构如图6所示，短路检测电路检测输出电压送往比较器，当输出电压降低到低于给定值时，判定发生短路，比较器输出高电平。由于开关变换器在启动期间输出电压较低，为防止短路保护电路误动作，设置了一个启动延时电路，该启动延时电路由变换器输入电压的上升沿或单稳态触发器的下跳沿触发，触发后使逻辑与门封锁，此时即使比较器输出为高电平保护电路也不动作，延时时间到后逻辑与门解封。当在开关变换器正常工作中检测到输出短路时，单稳态触发器被迅速触发，经驱动电路使开关变换器的功率开关管迅速关断，输入电源被彻底切断，单稳电路延时一段时间后，如果短路故障消除，电路恢复到正常工作状态。启动延时电路和单稳态触发器确保了该截止型输出短路保护电路能够实现自恢复。

低压限流保护电路正常情况下处于封锁状态，当输出电压降低到低于给定设定值时，低压限流保护电路解封，此时若检测到变换器的输出电流高于设置值，低压限流保护电路立即通过驱动电路关断变换器的功率开关管，避免了在长时间输出短路情况下，因自恢复而造成的向短路处传输较大电流的问题。安全栅保护电路动作时间极短，一般从输出发生故障到开关管彻底关断的时间仅为1～2s。

5 实验结果及分析

图8为该准Z源Buck变换器输出短路电压、电流波形图，由图可看出：当输出端未发生短路时，电压输出为12V，当其输出端突然短路时，输出电流上升，截止型输出保护电路起作用时，输出电流迅速下降，最后输出电压与电流均减至零，整个过程不超过8us。

6总结

准Z源Buck变换器可以有效地延缓输出端短路或开路时变换器向短路/开路故障点的释能速度，与截止型输出保护电路相配合，可以有效地减小火花放电能量，提高电源的本安特性。本文通过实际电路及实验现象，验证了Z源对电源本安特性的提高效果。

参考文献

[1] 程红，王聪，卢其威，等.具有火花能量延缓释能电路的本安电源。华人民共和国发明专利.201010257405.5.2011.07.27.

[2] 王兆安，刘进军。电力电子技术，第5版，北京：机械工业出版社，2009.5.