学文网高压电源篇1
作者：王雅丽 毛晓惠 王英翘 李青 姚列英 单位：核工业西南物理研究院
高低电位隔离信号的测量在放电实验过程中，有许多测量点处于高电位，又因电源系统输出工作的地电位通过负载端一点接地，接地端离电源系统较远，这会产生一定的地电位，高压电源系统处于浮电位上。测量信号同样处于悬浮电位上，当 电位隔离措施采取不当时，会造安全隐患。因此，所有测量信号须采取有效的高低电位隔离措施，与数据采集系统隔离，使系统更加安全可靠。现有主回路的电压和电流信号采用霍尔电压传感器和霍尔电流传感器，已具备高低电位隔离的功能，因此不需另外考虑。控制时序电平信号、高电位的信号（例如调制器输出电压）都采用光纤隔离技术，其中模拟信号采用了V／F－光纤传输－F／V技术，原理结构如。是测试这种方式性能的***形，通过测试结果可以看出，这种传输方式线性度好，对温度不敏感，抗干扰能力强，响应时间比较快［2］。 脉冲高压测量用分压器的设计高压脉冲电源的实时、准确测量是一个非常关键的问题，高电位上输出地电压信号的获取一般采用分压器，而分压器是脉冲高压测量的第一级组成部分，这要求分压器具有良好的响应特性和稳定性。分压器原理简单，可分为电阻分压器、电容分压器、阻容分压器3种。由于该装置高压脉冲电源自身的工作特点，与一般冲击波电压、雷电波电压不同，分压器阻值选择既不能像直流测量选择偏大，流过分压器的电流比较小（0．5～1mA），也不能像冲击波电源电压测量选的偏小（10～20kΩ）。
这些杂散参数用集中参数考虑，根据电路理论最终推导出阶跃响应时间（式略）式中：R为分压器总电阻；R1为高压臂电阻；R2为低压臂电阻；L1为高压臂电感；L2为低压臂电感；C为分压器总的对地分布电容，如果忽略杂散电感的影响，则有T ≈RC／6［3－4］。通过式（1）可以看出杂散电容和杂散电感对阶跃响应时间的影响是相互***的。由上述分析可知，对地分布电容Cg和杂散电感Lg是影响分压器响应时间的重要参数，杂散电感也包括电阻本身的电感。当加上高压时，就有电流流过这些电容，电容起到了分流作用，流过电容的电流大小与电压频率，电容容量都有关。频率越高，容抗就越小，从电容中流过的电流就越多。同理，电容越大，电容的分流作用也就越强。测量电压波形的上升时间比实际的要大。减少分压器的总阻值和对地杂散电容可以减少阶跃响应时间的电容项，这也是脉冲电阻分压器的电阻值不能过高的原因。但考虑高压绝缘和功率热效应，尤其是所测电源工作时间较长时，电阻值也不能过低。对地杂散电容取决于分压器的尺寸，在耐压范围内，尽量缩小尺寸是减少杂散电容的主要途径，为了提高耐压，必要时只能把分压器放在耐电强度较高的介质中。为了尽可能消除杂散电感对响应时间的影响，需要尽可能降低高压臂电感，必要时还可以增大低压臂电感来改善分压器的响应时间［5－8］。在实际设计中，Lg的选择应满足Lg／（R1＋R2）＜tr／20，Cg应满足式0．23Cg（R1＋R2）＜tr，其中tr为待测电压脉冲的上升时间，只要电源特性允许，分压器的阻值尽可能小。对比现有电阻的特性，最终选用玻璃釉膜电阻。RI－80型玻璃釉膜电阻，采用钉系金属玻璃釉膜做电阻膜，银钮合金做电极，该电阻高频特性好，可靠性高，耐湿耐温，功率大，体积比较小。在电阻的选择上同时考虑了电阻温度系数、耐压性能，绝缘、屏蔽和匹配等问题。杂散电容除通过试验确定外，通常用圆柱体计算，与分压器高度h有关，估算关系为C＝（10～15）h，式中h的单位为m。250kΩ分压器中C约为10pF，响应时间是0．4μs。为了标定所研制分压器的响应误差，本文将其测得波形与泰克高压探头（P6015A，分压比为1 000∶1）所测得波形进行了对比，观察其响应特性。***5是分压器标定波形结果对比***，其中，通道CH1为负载电流信号；CH2为P6015A测得脉冲电压信号；CH3为250kΩ分压器测得脉冲高压信号。（b）中CH1为负载电流信号；CH2为250kΩ分压器测得脉冲高压信号。用玻璃釉膜电阻制作的分压器和P6015A测试的波形吻合的比较好，并且在（b）中设计参数（250kΩ）的分压器和电流波形的上升暂态过程一致，满足电阻负载特性（标定条件是电阻负载）。
由于固态调制器开通过程中存在一定振荡，电压、电流波形上都有振荡，且趋势一致，满足电阻性负载特点。由此可知该电阻分压器能满足HL－2A装置脉冲高压电源系统响应下的测量要求，适合该高压电源系统的实际工况，并且测得波形具有比较高的保真度。但是对高频脉冲高压而言不但要求响应速度快，还要求高频特性好，不会使高频分量发生畸变，为此通过P***高压电源对250kΩ分压器做了高频高压标定，P***电源单元输出有效频率为140kHz，电压为25kV。（c）是标定高频高压特性波形***，其中通道CH2为P6015A测得高频电压信号；CH1为250kΩ分压器测得高频电压信号；***中可以看出，该分压器能真实的反映高频高压上升暂态过程，具有高频传输特性好的特点［9－10］。2．3 高电位隔离反馈控制信号的处理传统的电源反馈控制系统中，一般是模拟信号通过A／D采样转换后，再经过工控机计算处理调整参数。考虑到高压端的信号通过V／F－光纤传输－F／V传输后再经过A／D转换，线路复杂，转换环节多，制约了反馈控制系统的速度，因此设计了利用V／F转换电路，并且配合计数器电路，实现了数据采集及转换的功能。反馈系统需要的电源输出电压经V－F转换后的频率信号被输入至TMS320F2812型数字信号处理（DSP）芯片，计算出频率信号，再根据频率计算得到对应的电压值，从而实现了高速的A／D。 实验波形HL－2A放电实验时，在等离子体产生后，ECRH系统注入主机，基于星点控制技术的高压电源的关键工作点的波形。***中各波形分别为一个大功率调制器输出电压、电流及高压平台电压、电流。通过该***可以看出，电源的输出电压信号波形清晰、准确，能够正确反映电源的工作状态，为电源分析提供可靠的依据。在***中当调制器关断时高压平台有过冲现象，主要是由于滤波电感的特性造成的，当调制器关断时，负载电流急剧减小，而滤波电感中电流由于自身特性不能迅速减小，这部分电流将继续对滤波电容充电，从而使高压输出出现过冲［11－12］。三套高压电源测量系统在HL－2A装置实验中投入使用，测量波形反映了电源的供电情况及随时间的变化，并且为电源反馈控制系统及故障保护环节提供了可靠的信号，为分析和提高辅助加热系统的质量提供了可靠的保障。根据现有电源系统的运行特性，本文用集中参数元件的形式建立脉冲分压器模型，包括杂散电感、分布电容，得出比较直观的阶跃响应时间的计算公式，对如何降低响应时间提供了参考。该分压器能够应用于输出有效频率很高的基于P***技术高压脉冲电源的测量，准确测量电压波形，进一步说明该分压器不但响应时间比较快，抗噪能力比较强，同时其高频特性较好，这都为现有高压脉冲电源的特性分析及反馈应用提供了更坚实的基础。设计的分压器，对长脉冲高压电源的测量有一定的借鉴意义，具有比较广泛的应用价值。确保可以进一步提高反馈控制系统的速度。随着高压电源性能不断的提高，对测量系统提出了更高的要求。在高频高压环境下，无论是测量系统响应时间还是电磁兼容都要不断提高，才能满足电源系统对测量的要求。这也是该测量系统下一步需要改进完善之处。
高压电源篇2
【关键词】带隙基准电压;电源抑制比;自偏置共源共栅电流镜;温度传感器
引言
带隙基准电压源（Bandgap Voltage Reference）具有与温度、电源电压和工艺变化几乎无关的突出优点，能够提供稳定的参考电压或参考电流，被广泛应用与集成温度传感器、比较器、A/D和D/A转换器、存储器以及其他模数混合系统集成芯片中，并且高性能基准电压源直接影响着电路的性能。研究用CMOS工艺实现的可集成于片上系统（SOC）的高精度带隙基准源显得尤为重要[1]。对于高精度的温度传感器，从电源注入到带隙基准输出的噪声是各种噪声中最重要的噪声，会严重影响参考电压和温度传感器的与绝对温度成正比（PTAT）电压。因此，设计高电源抑制比（PSRR）的带隙基准源满足其要求显得十分必要[2]。
本文先介绍了带隙基准源的基本原理，再基于等效小信号模型，对带隙基准源的电源抑制比做了详细的分析，进而提出了一个具有高电源抑制比、低温度系数、低功耗可用于温度传感器的带隙基准电压源。
1.带隙基准源电源抑制比分析
利用与CMOS兼容工艺的纵向PNP晶体管和采用放大器负反馈实现的传统CMOS带隙基准电压如***1所示。
由于放大器的高增益和负反馈环路，使得放大器的两个输入端虚短，因此可以得到输出电压VBG为：
（1）
k为波尔兹曼常数，q为电子电量，T为绝对温度。
通过选择合适的比例，可以使VEB1和kT/q的温度系数相抵消，从而使VBG在理论上成为温度系数为0的基准电压。
***1 传统CMOS带隙基准电压
传统CMOS带隙基准电压的小信号等效模型如***2所示，进行电源抑制比分析。
***2 传统CMOS带隙基准电压的小信号模型
为了更深刻理解电源抑制比的性能，忽略上面电流镜沟道长度调制效应对MOS晶体管M1，2的输出阻抗的影响。通过小信号模型，我们可以得到以下方程：
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
其中，A=vg/vdiff=Gmdrout，Add=vg/vdd=Gmddrout，分别是放大器的增益和电源抑制比。gm1，2是MOS管M1，2的跨导，rQ1和rQ2分别是双极型晶体管Q1和Q2的 导通电阻。
将公式（3）、（4）代入（2）可以求出vg，再将vg和公式（5）、（6）代入公式（4），便可以导出带隙基准电压的电源抑制比：
（7）
从公式（7），我们注意到带隙基准电压的电源抑制比主要由放大器的增益和电源抑制比决定。增大放大器的增益可以提高带隙基准电压的电源抑制比，但也会引起稳定性的问题。放大器的增益会随操作频率的增高而降低，同样放大器的电源抑制比也会在高频率时降低。因此，为了增大带宽和高电源抑制能力，就必须要增大放大器的增益带宽积（GBW）。从公式（7）我们还注意到，如果放大器的电源抑制比是1（0dB），第一项就是无穷大，这样带隙基准电压就有非常高的电源抑制能力。也就是说，如果放大器的输出vg跟随电源电压的波动，那么MOS管M1，2的栅源电压就能保持恒定值，M1，2的漏极电流就能保持恒定值，这个带隙基准电压就能有高的电源抑制能力。这是因为沟道调制效应在基于电流镜的CMOS带隙基准电压源是普遍存在的，把M1，2设计成有大的栅长，从而使沟道长度调制效应的影响可以忽略。总之，vg能够跟随电源电压波动是我们所希望的。
2.高电源抑制比的带隙基准电压
用于温度传感器的高电源抑制比、低温度系数、低功耗的CMOS带隙基准电压源的电路实现如***3所示。这个带隙基准电压包括四个主要模块：带隙基准核心电路、PSRR增强电路、启动电路和PTAT电压产生电路。
2.1 带隙基准核心电路
带隙基准核心电路包括：Q1、Q2、R1、RPTAT、M1～M4和放大器。Q1和Q2是寄生的垂直PNP双极型晶体管，Q2的发射极面积是Q1的8倍。M1～M4是共源共栅电流镜。高增益放大器和反馈环路使节点Va和Vb有相同的电势。
***3 高电源抑制比CMOS带隙基准电压
双极型晶体管Q1和Q2有不相同的尺寸但是有相同的发射极电流，它们操作在不同的电流密度下，这样就由Q1、Q2和RPTAT形成一个与绝对温度成正比的电压环路。流过RPTAT的PTAT电流IRPTAT为：
（8）
这个电流流过R1，得到带隙基准电压VBG为：
（9）
从公式（7）可知，减小第二项中的分母值可以提高电源抑制比，选择在Q1支路出带隙基准电压可以得到如下公式：
（10）
R1是可修调（trimming）电阻，用于调整由于工艺偏差对带隙基准电压的变化。
一阶温度补偿可以通过选择合适的R1/RPTAT，来使得：
（11）
电阻R1和RPTAT用RPPOLYU3，在公式（11）中的电阻比例跟温度无关。合适的尺寸和好的版***匹配，使电阻的温度系数和绝对值尽量小地影响输出带隙基准电压的温度系数。
2.2 高增益放大器
为了使带隙基准源Va和Vb两点尽可能在同一个电势，要求放大器工作在深度负反馈，并且需要放大器有尽可能大的开环增益。同时由于高增益的放大器有助于提升整体电路的电源抑制比。采用的折叠共源共栅放大器如***4所示[3]。
用PMOS管作为输入管在获得良好的直流增益的同时还具有比NMOS管更好的1/f噪声特性，并能提高正电源抑制比。偏置电路采用自偏置共源共栅电流镜[5]，具有高的电压摆幅，少的电流支路，因此具有低功率消耗。自偏置共源共栅电流镜中电阻上的压降要大于共源共栅管的Vdsat与两个MOS管阈值电压差的和，为共源共栅管提高偏置电压，这样就保证了电流镜器件操作在靠近饱和区边缘，低电压操作是也有高输出阻抗。还加入了低功耗控制信号PD，在不需要使用时节省功耗。***3中的电容C1是放大器的负载频率补偿电容。
***4 CMOS带隙基准电压的版***设计
2.3 电源抑制增强机制
带隙基准电压的电源抑制比的提高主要是通过增强电源抑制比电路模块实，增强电路包括M5、M6、M9和R2[4]。电源抑制增强电路不仅增加了环路增益，同时还有效地把电源噪声引入到PTAT环路中，从而保证了M1与 M3的栅源电压基本恒定，使其不会随电源电压上的噪声而放生大的改变，进而实现提高带隙基准电源抑制比的目的。
POMS差分输入的折叠共源共栅放大器电路能够表现出很好的电源抑制性能，由电源波动导致的放大器输出的波动可以忽略不计，因此Vg电压点处的电源抑制性能好坏，主要取决于增强电源抑制比电路模块中的PMOS电流镜。这里电流镜也采用自偏置共源共栅电流镜，分析可知，二极管连接的M5、M6有非常低的阻抗约为1/gm5，这里gm5是M5的跨导。因此，在Vg电压点处的电源抑制比可以用公式表示为：
（12）
公式（12）说明了来自正电源电压的信号波动通过M5、M6、M9和R2组成的电路，几乎没有衰减地完全反馈给了Vg，Vg随电源电压波动发生同相变化，因此M1和M3的栅源电压几乎不会随着电源波动发生改变，从而实现了提高带隙基准电源抑制性能。
2.4 启动电路
正常情况下，带隙基准电路会有两个或多个稳定状态，在上电过程中，如果没有启动电路的话，电路有可能不能进入正常工作状态，为了使电路能够工作在正常状态，需要添加启动电路，当主体电路开启后，启动电路应被关闭。***3中的M10～M16组成启动电路和低功耗控制电路。
2.5 PTAT电压产生电路
温度传感器需要一个跟温度无关的参考电压和一个跟绝对温度成正比的PTAT电压。***3中的带隙基准能产生这两种信号。PTAT电流流过电阻就能得到PTAT电压：
（13）
电阻R3同样使用RPPOLYU3，在公式（13）中的电阻比例跟温度无关，VPTAT是跟绝对温度成正比的PTAT电压。
3.电路仿真结果
采用华虹宏力0.13um FS13QPR CMOS工艺实现，使用HSPICE仿真。在典型工艺模型3.3V工作电压下，27℃时的输出电压为1.2018V，PSRR 91.5dB，工作电流43uA。
***5 带隙基准电压的电源抑制比
带隙基准电压电路在9种不同corner（电压1.8～3.6V，温度-40～100℃）下，输出基准电压的电源抑制比如***5所示。9种corner在1K Hz时PSRR都达到80dB以上。
***6 带隙基准电压随温度的变化
带隙基准电压电路在5种不同corner（电压1.8～3.6V）下，输出带隙基准电压随温度的变化如***6所示，电压变化都下于3mV。带隙基准电压的温度系数都小于20ppm/℃。
带隙基准电压电路在5种不同corner（温度-40～100℃）下，输出带隙基准电压随电源电压的变化如***7所示，电压变化小于1mV，所有corner都小于0.7mV/V。
***7 带隙基准电压随电源电压的变化
4.版***设计
模拟电路的版***设计对电路性能的影响很大，设计中要特别注意器件的匹配以及布局布线的合理性。采用华虹宏力0.13um FS13QPR 4P5M CMOS工艺，版***面积为0.06mm2，如***8所示。
***8 CMOS带隙基准电压的版***设计
4.1 双极型晶体管
电路中Q1与Q2的面积比为1：8，采用3 X 3的阵列，Q1在中央，Q2则围绕在Q1周围，在最外面放一圈Dummy晶体管，以增加匹配性[6]。
4.2 放大器输入对管
放大器的输入失调电压会增大基准电压的温度系数，影响基准电压源的性能，影响温度传感器的精度。为了减小放大器失调的影响，放大器输入对管采用了大尺寸的器件，用中心对称的布局方法，并在输入对管周围增加了Dummy管，增加匹配性。
4.3 电阻
在电路制造过程中，电阻阻值误差很大，很难得到精确的电阻，但可以尽可能地减小电阻比值的误差。***4中R1与RPTAT阻值的比值误差对温度补偿特性有很大影响，在绘制版***时，采用宽度较大的单元电阻结构，R1、RPTAT和R3并排放在一起，同时在电阻周围加上了Dummy电阻，以减少环境的影响，增强电阻匹配性。
4.4 电流镜
PTAT电流的镜像误差会显著影响基准电压源的性能和温度传感器的精度。共源共栅电流镜中的共源MOS采用大尺寸器件，并和放大器中的共源共栅电流镜放在一起用中心对称的布局方法，并在输入对管周围增加了Dummy管，增加匹配性。
5.结论
提出了一种用于温度传感器的高电源抑制比（PSRR）、低温度系数、低功耗的CMOS带隙基准电压源。在传统CMOS带隙基准电压电路的基础上，增加了优化的电源抑制比增强电路采用自偏置共源共栅电流镜，来实现匹配更好的与PTAT电流镜像。采用华虹宏力0.13um FS13QPR CMOS工艺实现，使用HSPICE仿真。仿真结果表明电路输出基准电压为1.2V，电源抑制比在1K Hz时达到90dB，在-40～100℃的温度范围内温度系数是10ppm/℃，在1.8～3.6V工作电压范围内的线调整率为0.5mV/V，工作电流为43uA。
参考文献
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高压电源篇3
对于特高压输电技术和绝缘的研究需要使用特定的特高压交流试验电源,而随着特高压输电技术的进步,对于特高压交流试验电源的要求也越来越高,一般来说,特高压交流试验电源需要更大的工作电压和充电容量,能为试验提供更多的输入电压和电源容量,同时能在标准工作电压下长期稳定运行,符合相应的绝缘水平的标准要求。在试验频率上要高于工作频率,能适应电压调整并且能冲击合闸。因此对于特高压交流试验电源不同类型电源进线特点研究和比较显得极为重要。
1特高压交流试验电源特点探讨
1.1试验变压器
1.1.1电压和电源容量
试验变压器一般来说包括单级式试验变压器和串级式试验变压器,串级式试验变压器能满足三相组的电流和电压需求。从电压的角度来看,试验变压器的输出电流较小,输入容量受到严格的控制,因此电源容量较小,而利用串级式试验变压器提高电源容量在理论层面可行,但是从经济性和操作可行性的角度来看并不现实,经济效率较低,而且实际意义不大。
1.1.2运行方式和绝缘效果
试验变压器是运行效果并不算优异,由于其自身的散热性能的影响,并不能长期的运行,而且绝缘系数较小,绝缘效果不理想,并不能满足绝缘要求,在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。
1.1.3输入频率
试验变压器的输入频率采用工频源输入,利用调压器来调节电压。试验变压器经济效益好,适用于容量较小的短时间试验。
1.2串联谐振设备
1.2.1电压和电源容量
串联谐振设备主要适用于单相高电压的试验,在三相电压试验中并不能应用,而且在一定程度上根据具体的调节情况,数据分析可以选择其中一相来进行分析,在每一相都对称的情况下,选择哪一相对整体结果影响都不大,而三相电压试验中三相负荷并不对称,选择其中一相很难准确。从具体的特高压交流试验中可以看出,对负荷特性的要求较高,尤其是不能影响品质因素,而串联谐振设备对三相串联谐振回路的调节很困难。串联谐振设备主要的原理就是谐振原理,利用电感补偿容性来调节无功功率,利用较小的输入电源来达到较好的试验效果,但是串联谐振设备主要还是适合容性容量较小的试验。
1.2.2运行方式和绝缘效果
串联谐振设备本身具有散热装置,能长时间稳定运行,但是绝缘系数较小,绝缘效果不理想,并不能满足绝缘要求,在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。
1.2.3输入频率
串联谐振设备的回路主要有工频串联谐振回路和变频串联谐振回路,两种不同的回路的输入频率不同。工频串联谐振回路一般来说,需要选择工频源,然后通过对电感量和电压的调节来达到谐振效果,而变频串联谐振回路利用调节变频装置源来调节如初频率,然后调节变频范围和电压达到预期目的。串联谐振设备适用于单相高电压试验,并且容量较大。
1.3电力变压器
1.3.1电压和电源容量
电力变压器本身的容量较大,尤其是和其他类型的特高压交流试验电源来说容量更大,而且在实际的电力系统中应用更为普遍。电力变压器本身就是一种较为常见的交流试验电源,可以通过升压变压器将试验电压进行调整,同时也能满足三相组的要求,容量更大。对于电压来说,由于输入电流较大,因此输出容量受到一定的限制,在具体的特高压交流试验中可以降低电压的空载损耗,选择最小的限制容量,这样能保证其长期稳定运行。
1.3.2运行方式和绝缘效果
电力变压器和试验变压器的结构有很大的差异,其中有较大的设计亮点,散热能力和绝缘水平较好。电力变压器能长期稳定的运行,保证试验长时间的工作,但是需要注意的是,如果电力变压器的容量长期比试验用的容量大会在一定程度上影响机械设备的运行成本,因此需要增加试验容量。在电力变压器的绝缘效果上考虑,根据标准的设计要求,能承受较大电压的侵袭,绝缘效果较好,因此不需要进一步的电压限制措施。
1.3.3输入频率
电力变压器的工频源能满足工频频率的要求,并且能满足不同试验频率的要求,也能将电源电压进行调整,产生变频源,使其符合试验电压的要求。电力变压器能通过调压器和调压机组来进行电压调节。电力变压器经济效益较差,但是适应能力强,适合大多数的特高压交流试验。
2特高压交流试验电源特点比较
特高压交流试验电源中试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源的具体特点,从电压和电源容量、运行方式和绝缘效果、输入频率、适用范围四个方面对这三种特高压交流试验电源进行比较,能直观的看出每种交流电源的具体特点。通过对特高压交流试验电源不同类型的比较,可以分析出每种交流电源的特点和适用范围,同时也能根据具体的试验选择不同类型的电源。在特高压交流试验电源想选择上可以从经济性、时间范围和容量以及相数等方面选择,通过不同指标的综合衡量选择最佳的特高压交流试验电源类型,能更好的保证试验效果,为特高压输电技术试验提供更为标准、稳定的电源。
高压电源篇4
关键词： 电压基准源； 带隙基准源； 温度系数； 电源抑制比
中***分类号： TN710?34； O47 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）12?0123?03
基准电压源在电路系统中提供电压基准，大多数模拟/混合集成电路系统中都需要基准电压源去确定其子系统的工作条件。基准电压源要求电压保持稳定，理想的基准源不随工艺、供电电压以及温度的变化而变化。另一方面，为了提升集成电路系统芯片的良率及稳定性，要求基准源具有很宽的工艺及温度变化冗余度甚至能够补偿工艺与温度的变化所带来的影响。对于降低温度变化对基准源的影响已经有大量的研究[1?5]，补偿温度变化对基准源的影响可以采用片上电阻方法[1]，使晶体管工作在零温度系数（Zero Temperature Coefficient，ZTC）偏置点[2?3]，或者在负温度系数的电源上叠加一个正温度系数的电源[4?6]。CMOS带隙基准源是能够实现上述要求的最常见解决方案之一[7?10]，但这样的带隙基准源仅能够提供一个固定的1.25 V电压，这极大的限制了随着CMOS工艺尺寸的减小所带来的低压供电需求与应用。本文采用温度补偿方法，基于***IC 0.18 μm CMOS工艺设计了一款低压低功耗的高精度带隙电压基准源。
3 结 语
本文基于***IC 0.18 μm工艺设计了一种高精度、低压低功耗、低温度系数的电压基准源。由仿真结果可以看出本文设计的带隙基准源的电源抑制比（PSRR）、温度系数、总电流和输出电压和电源电压等各项指标均能满足设计要求。
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高压电源篇5
【关键词】 余热锅炉 给水泵 UPS电源
型钢炼铁厂转底炉余热锅炉系统是利用主抽风机抽取转底炉中的高温废气，通过这部分余热给汽包升温产生蒸汽供热电厂发电使用，达到能源回收利用的目的。余热锅炉系统中高压给水泵的作用是往汽包中注水，是整个余热锅炉系统中正常水循环的基本保证，当高压给水泵因电源故障而导致停机，必将会影响到水循环的正常运行，一旦锅炉汽包内部水供应不足，会引起炉壁烧毁，甚至发生爆炸事故，造成重大财产损失或人身伤亡事故。
1 转底炉余热锅炉高压给水泵常见故障
（1）电机过热。对于采用电动机为动力的给水泵来讲，最为常见的故障就是电动机过热。转底炉余热锅炉系统中共有两台高压给水泵，分别由一台75KW电机带动，两台水泵来自不同的两路电源供电，正常生产时使用1#泵，2#泵作为备用。造成电动机过热的原因主要是由于电压偏高或偏低、传动不畅、通风系统故障或机组故障造成电动机过热。电动机过热严重时会造成绝缘烧坏、转子断条等情况发生。因此，在发现电动机过热时应采用气动其他动力方式，进行停机检修。电压原因造成的电动机过热应对电动机供电系统进行检查，通过恢复稳定供电解决锅炉给水泵电动机过热故障。另外传动不畅也会造成电动机过热，由于电动机与给水泵间的传动不畅造成电动机负载过大，出现小马拉大车的现象，电动机过载是温度升高电气系统采用传统的接触器控制方式，一旦出现电机过热故障必然导致电机跳电，从而影响到整个余热锅炉系统的正常水循环。
（2）外部电源故障，则主抽风机随之而停，不再抽取转底炉的热量，但在一定时间内汽包处仍然保持较高的温度，可将汽包内的水快速蒸发，这时如果持续为汽包注入一定量水即可缓解短时内高温蒸发引起的汽包水量不足。
（3）1#泵自身电源故障（如断路器故障等），主抽风机不停而持续抽取热量，不断的给汽包加热，为保证余热锅炉系统的正常水循环，需要开启备用高压水泵。这期间利用UPS电池组持续供电，便有充足的时间来切换到2#泵进行工作。
2 改进方法
结合余热锅炉高压给水环节的重要性，合理利用现有的空置设备，经过现场验证、讨论后提出为1#泵增加UPS不间断电源的创新方案，根据负载情况，HIPULSEU系列120KVA的UPS完全符合生产要求，方案可行。
2.1 UPS设计与工作原理
HIPULSEUUPS采用AC-DC-AC变换器，市电正常时，整流器和逆变器同时工作，给负载供电的同时对电池进行充电。当市电异常时，整流器停止工作，转由电池经逆变器向负载供电；若电池电压下降到放电终止电压，而市电还未恢复正常，UPS将关机。
2.2 电池组
UPS电池组由数个电池串联而成，为UPS逆变器提供额定直流输入电压。在本系统中选用的是12V，40A/h的电池，共32块串联。
同时选配与UPS相对应的标准电池开关盒，以便在维修和UPS出现故障时能够断开和电池的连接。电池开关盒内含电池开关控制板，可以检测电池运行工况，并具有受UPS控制电路控制的电子跳闸装置，如遇电池欠压导致逆变器锁定，则开关自动断开，避免电池过放电损坏，同时具有短路保护功能。
2.3 启动负载时对UPS的保护
UPS内部的功率元件都有一定的额定工作电流，冲击电流过大，会使功率元件寿命缩短甚至烧毁。本系统中高压给水泵额定电流为147A，通过钳形电流表实测电机启动电流可高达1100A，为了保护UPS，在该系统的设计中增加一台变频器，在启动时逐步提升负载电机的频率和电压，通过设定的时间达到额定的工作频率和工作电压的状态，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去不可控的过载冲击电流变成为可控的，减少对UPS的冲击。
2.4 UPS过载运行时的保护
如果UPS过载运行，在蓄电池供电过程中由于逆变器的过载保护功能，UPS会因过载而中断输出，从而造成不必要的损失。因投入大负荷非线性负载而形成瞬态浪涌过载输出局面时，不但保证了UPS逆变器的完好无损，而且还不会出现因逆变器输出过载能力差而转交流旁路供电的局面。这是因为当UPS在执行逆变器供电交流旁路供电切换操作的期间，有可能因不稳压的市电电源与具有稳压输出特性的逆变器电源之间的瞬态电压差过大而损坏UPS电源。
3 结语
在对电池组进行不间断浮充完全充电一星期后，经过现场测试电池后备时间长达20分钟，同时经试车在电源故障时UPS可自动转为电池供电，输出电压稳定，满足生产要求。锅炉给水泵是锅炉安全稳定运行的基础，随着自动化技术在锅炉给水中的应用，现代锅炉液位自动调节系统已经成为安全稳定运行的关键。给锅炉给水泵增加UPS备用电源，避免一旦锅炉汽包内部水供应不足，会引起炉壁烧毁，甚至发生爆炸事故，造成重大财产损失或人身伤亡事故，经济效益无法估计。
参考文献：
高压电源篇6
【关键词】全桥变换；PWM；软开关；零电压关断；零电流开通；UCC3895；开关频率
随着现代工业的发展，大气污染已经严重影响到生态环境和人们的身体健康，因此，烟气的净化越来越受到人们的关注。静电除尘器以其高效、节能、功耗低等特点，广泛应用于冶金、电力、化工等各个领域，它采用高压直流电源控制技术，目前主要有传统SCR工频电源和和高频SIR电源，由于传统的SCR电源采用工频移相交流调压的控制原理，其优点为：控制原理简单；设备经过多年的改进，目前绝大部分采用计算机（单片机）控制，成本低廉；但由于控制原理的局限性，使得SCR电源具有效率低、耗电、因工作在工频50Hz，使得变压器体积大，重量大，吊装施工较复杂、交流移相控制，使得电网测谐波严重。采用两相供电，对电网来说是不均衡负载、由于采用交流移相调压，使得输出高压波形比较单一，对高浓度粉尘，高比电阻粉尘等工况的适应性比较差及除尘效果差等缺点。
上述原因成为SCR电源供电性能进一步提高的瓶颈。另外在变压器的制作过程供由于采用高频信号，传统绕线方式容易产生电抗和绝缘问题，使磁芯发热，容易产生谐波导致整流电路烧毁。本文采用高频开关技术与印制电路板变压器技术相结合的方案，在对高频高压开关电源的稳定性上起到一个明显的效果.系统采用的硬件电路控制芯片UCC3895是一款移相PWM控制器，它可对全桥开关的相位进行移相控制，实现全桥功率级固定频率脉宽调制功能。它允许恒定频率脉冲宽度调制与谐振零电压开关，在高频率下提供较高的工作效率，还包含有电压模式和电流模式下的控制器。采用升压变压器采用的是PCB线圈绕组结构，在U形磁芯上绕铜线绕组，作为变压器的初级线圈，接入由全桥变换电路输出的500伏、50千赫兹的原边电压，将PCB线圈绕组板和有机玻璃板交替叠加，放在磁芯正中，作为升压变压器次级线圈，每块PCB板的线圈输出接全桥整流电路，将升压后的交流电整流为无干扰的直流电，将每块PCB板串联起来，总的输出电压为各块PCB上的电压值之和。
1.高频高压开关电源控制系统设计
1.1 电源控制系统结构***
***一为高频高压开关电源内部结构***。控制板主输入电路5从外部引进380伏三相电压，经三相开关和交流接触器后，通过三相整流器整流成500伏的直流电压，经全桥变换电路升频为50千赫兹的500V高频交流电压后，送至升压变压器的原边，作为升压变压器的输入电压；升压变压器再将500伏50千赫兹的交流电压升压为70千伏的高压电，最后由升压变压器内的全桥整流电路整流为直流电输出，给工业设备供电；开关电源变压模块将220伏交流电压整流为低压的直流点供给电路芯片用电；脉宽调制电路的UCC3895控制芯片输出控制信号，通过栅极全桥驱动电路给全桥变换电路提供驱动信号；UCC3895芯片还可从升压变压器输出电压中通过电压取样电路和电流取样电路采样，通过负反馈来控制全桥变换电路7输出波形的占空比，从而达到控制输出功率的目的。
1.1.1 死区时间设置
如***二所示，占空比是指开关导通时间Ton和关断时间Toff之间的关系，即：δ=Ton/T
确定最大占空比，要根据采用的电路形式，对于桥式逆变电路，为防止桥臂上下两只管子直通，要留有一段固定的死区时间r，这样就确定了最大占空比max，即：
max=（T-t）/T=（Tc-2t）/Tc
1.1.2 PWM脉宽调制技术（如***三、四所示）
1.2 高频变压器的设计
升压变压器（***五）是一种油浸风冷变压器，由U形磁芯、有机玻璃板、次级线圈PCB板线圈绕组和初级线圈铜线绕组组成，两幅U形磁芯为变压器提供感应磁场，初级线圈铜线绕组是初级线圈，输入是经全桥变换电路整流后的500伏50千赫兹的高频交流电压，次级线圈PCB板线圈绕组是次级线圈，输出为升压后的高频高压直流电，次级线圈PCB板线圈绕组在磁芯中的放置采用有机玻璃板隔开，变压器外部结构采用环氧板用不锈钢螺丝固定。
1.3 PCB电路板的设计
PCB板为双面板（***六），正反两面的线圈绕组构成变压器次级线圈，升压后的高压交流电再经全桥整流电路整流为高频高压的直流电输出。取样电路从变压器输出线路中取出电流和电压的样本反馈到电压取样电路和电流取样电路，通过脉宽调制控制电路的UCC3895来调节输出脉宽的占空比，以达到变压器输出功率可调节的目的。
2.现场测试
通过在襄樊第二水泥的现场进行200小时不间断运行，测试结果如下：本体设计分3级电场，使用电源设备3台，一级电场火花频率设定70次，二级电场频率设置40次，三级电场设置10次。测试期间运行状态良好，一级火花率为60次/min，二级火花率30次/min，3级火花率15次/min。除尘效率达到95%，排量30毫克。结论，设备安全可靠效果明显。
3.结束语
高频高压开关电源是未来电除尘设备的主流供电电源，本项目提出的全新的高频信号调制方式与印制电路变压器结合的方式对电源的整体性能有了一个明显的提高，同时也给今后高频电源的发展提供了一个新的标准。
参考文献
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高压电源篇7
（上海飞机设计研究院，中国 上海 201210）
【摘 要】主要对民用飞机变频交流与高压直流两种新体制电源系统的技术特点进行了研究比较，最后结合我国大型客机的发展提出了一些看法。
关键词 变频交流；高压直流；供电体制
1 航空电源系统供电体制发展历史概要
航空电源系统由供电系统和配电系统组成。供电系统分为主电源、二次电源、应急电源、辅助电源、备份电源。配电系统有常规配电系统、遥控配电系统、自动配电系统。
从电源系统供电体制来看，经历了从28V低压直流电源系统、115/200V变频交流电源系统、400Hz恒频交流电源系统，到270V高压直流电源系统，以及混合电源系统的发展过程。[1]
2 变频交流与高压直流两种体制电源系统的技术特点
2.1 变频交流电源系统的技术特点
变频交流供电系统主要技术特点如下：
1）变频交流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高等优点
变频交流电源系统由交流发电机和控制器构成，系统只有一次变换过程，交流发电机直接由发动机附件传动机匣驱动，没有恒速传动装置和二次变换装置，结构简单，重量轻、体积小、功率密度高，可靠性高、费用低，能量转换效率高，易于构成起动发电系统。因此单从电源系统本身来讲而不考虑配电系统、用电设备和发动机起动等因素，在各种电源系统方案中，变频交流发电系统具有结构最简单、可靠性最高、效率最高、费用最低等优点，而且具有较小的重量和体积。
2）变频交流供电系统的配电系统复杂，不利于系统的综合设计
由于交流发电机直接由发动机附件传动机匣驱动，其转速随着发动机的转速而变化，频率变化范围较大，一般约为2:1左右。为满足飞机各种不同用电负载的需要，二次电源变换形式较多，造成飞机配电系统十分复杂。例如Boeing787飞机配电系统就采用了230VAC、115VAC、28VDC和±270VDC四种供电体制向机上电用负载供电，除230VAC变频交流电外，其它三种体制的电源均需二次电源变换装置得到。为此，机上装了两台自耦变压器（ATU），用于将230VAC交流电变换为115VAC交流电，每台额定功率为90kVA；四台变压整流器（TRU），用于将230VAC交流电变换为28VDC直流电，每台额定电流为240A；四台自耦变压整流器（ATRU），用于将230VAC交流电变换为270VDC直流电，每台额定功率为150kW。飞机配电系统十分复杂，各类大功率的二次电源变换装置具有***的结构、***的散热系统，这对于系统的综合设计（包括结构设计、热设计和能量综合设计等）及飞机的综合控制与管理是不利的。
3）变频交流供电系统因频率变化大给用电负载带来不利影响
变频交流虽然提高了发电系统的可靠性和能量转换效率，但对飞机用电设备带来了不利影响。对于飞机上大多数航空电子设备和系统控制组件，一般都使用低压直流电源，利用变压整流器将变频交流电变换成28V直流电。由于变压整流器中唯一对频率敏感的元件是变压器，所以在设计变压整流器时必须避免变压器在最低工作频率出现饱和。一般地，最低频率为328Hz的100A变压整流器要比一个400Hz频率的同类变压整流器重10%。
对于交流用电设备，分为对频率敏感的用电设备和对频率不敏感的用电设备。对频率不敏感的用电设备，如设备加热负载，可直接由变频交流直接供电；对频率敏感的用电设备，又分为不能直接使用变频电源的用电设备和可以使用变频交流的用电设备。对于不能直接使用变频电源的航空电子设备和系统控制组件等交流用电设备，可由静止变流器提供400Hz恒频电源；而对于交流电动机负载，目前飞机上使用的主要是感应电动机，虽然可以采用变频交流电，但必须通过改进设计，以适应频率变化范围大的特点，为此将使交流电动机的重量和体积比恒频交流时有所增加。在328Hz的最小频率上，电动机的重量体积将大约比使用400Hz恒频电源的大15%左右。
2.2 高压直流供电系统主要技术特点
270V高压直流电源系统具有以下特点：
1）270V高压直流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高等优点
270V直流电源系统由发电机和控制器构成，没有恒速传动装置，结构简单，能量转换效率高。30/40kVA恒速恒频交流电源效率在68%左右，喷油冷却变速恒频电源效率为77%，循油冷却变速恒频电源效率为79%，高压直流电源的效率在85%以上。按输出40kW计算，恒速恒频电源的损耗为18.5kW，变速恒频电源的损耗为12kW，高压直流电源的损耗为7kW。可见，在与40kVA恒速恒频电源损耗相同的情况下，高压直流电源功率可达100kW。高压直流电源为飞机电源容量的进一步增大创造了条件。
270V直流电源中的变换器有两种，直流变换器和直交变换器。直流变换器将270V直流电转变为28V直流电，与恒频交流电源中的变压整流器（将115V、400Hz三相交流电转变为28V直流电）的作用相当，但前者效率在90%以上，后者效率约为80%[2]，且后者在功率密度和电能质量方面均较差。直交变换器将270V直流电转变为115V、400Hz三相交流电，类似于28V直流电源中的静止变流器，但前者效率更高。
无刷直流发电机具有优良的可逆性，易于构成起动发电系统，可取消专用的航空发动机起动机，进一步减轻了系统的重量。
高压直流电气系统中的电动机和发电机不受工作频率的制约，不仅可在任意转速或变速情况下工作，而且可实现结构优化，进一步减小体积重量。
另一方面，高压直流电气系统中的发电机不一定必须用电磁式同步发电机，它的电动机也不一定必须用异步机，可以选用结构简单的（特别是转子结构简单），性能优良的电机，为航空电机的进一步发展创造了条件，而航空电机的发展反过来又促进了高压直流电气系统的发展。
2）270V高压直流电源系统具有冗余和容错能力，可靠性高
270V高压直流电源系统是一个分布式电源系统，分布式电源系统的基本特点是冗余配置和容错能力，有高的工作可靠性。分布式电源系统根据飞机的不同要求，可以实现多次电源故障后仍能可靠供电的能力。比如在经受一次故障时仍能向全部飞机用电设备供电；在发生两次故障后仍能向所有关键负载和任务负载供电，在发生三次故障后仍能向所有关键飞行负载供电。这些故障可以发生在同一供电通道的不同部件上，也可发生在不同通道的同一部件上，或以上两种方式的组合形式。
3）270V高压直流供电系统具有不中断供电的特性
低压直流和交流供电系统的配电器件为自动保护开关或称断路器，它和熔断器一样是一种热保护器，当它所保护的部分网络发生短路故障时，大的短路电流使其发热，当温度达到一定值后自动保护开关或称断路器动作，切除短路部分。其动作时间取决于短路情况，短路电流越大，动作越快。短路故障不仅伴随着电流的加大，还有可能使电网电压急剧下降，导致供电中断。固态功率控制器（SSPC）是固态器件，它的响应速度为微秒级，在其保护范围内发生短路故障时，可迅速切除短路部分，防止整个电网电压的下降。直流电源都通过反流保护二极管接到汇流条，电源和它的馈电线故障被反流保护二极管隔离，不会导致汇流条电压的变化。由此可见，SSPC和反流保护二极管的应用是直流电源实现不中断供电的基础。同时，蓄电池可方便地和直流汇流条连接，提高不中断供电能力。
4）270V高压直流供电系统电网重量轻、用电设备端电能质量高
270V高压直流电源是分布式电源系统，也是分布式布局的结构，二次电源在配电中心附近，甚至和配电中心组合在一个结构内，因此馈电线都是270V线路，仅从配电中心到用电设备的配电线才有270VDC，115VAC和27VDC三种，但它们的长度都较短。在传输相同功率时，270V直流馈电线要比115V交流轻得多。又因多路传输的应用，大量信号线和控制线由总线替代，故270V直流电网重量显著减轻。又因配电线短，用电设备端电能质量提高，可有效减轻设备内部电源的重量。
5）270V高压直流供电系统对非线性负载适应能力强
在早期的28V直流供电系统中，用电负载多数为线性负载，如旋转变流机，直流电动机，电气照明（白炽灯）、加温和防冰设备等，其运行特性都相当于电阻负载，即负载端输入电压高则负载电流大，负载的变化不会反过来影响供电系统的运行。
航空电子设备和电力电子装置是非线性负载。无刷直流电动机、二次电源、大功率电子设备是恒功率负载，对270V直流发电系统来讲，发电机输出电压的升高不是使负载电流增加，而是减小，即输入功率是不随供电电压的变化而变化的。
无刷直流电动机不仅具有恒功率的特性，而且具有双向能量传递特性。机电作动机构使舵面正向偏转时，空气动力阻力使电机电动工作运行。舵面反向转动时则为制动工作运行，再生制动时能量从电机返回电源。
三相直交型二次电源在不对称负载下工作，或者对于单相直交型二次电源，一方面具有能量回馈特性，另一方面又是一个时变负载，400Hz逆变电源，时变负载的变化周期为800Hz，50Hz逆变电源功率变化周期为100Hz。
某些航空电子设备对电源来说具有脉冲特性，是脉冲负载。
以上几种非线性负载对电源特性的影响是不可忽视的，据国外统计，在未来飞机上，这类负载消耗功率约占电源输出功率的80%左右。非线性用电设备的增加，使电力系统的稳定性问题更加突出，用电设备对电源的影响非常明显，交流电力系统适应性较差，而直流电力系统有较强的适应能力。
6）270V高压直流更加适应于飞机机电综合设计的发展要求
高压直流机电作动机构或电液作动机构的发展，为取代目前飞机广泛使用的液压作动系统创造了条件，从而为飞机机电系统的综合及二次能源的统一奠定了基础，为构建多电飞机甚至全电飞机提供了必要的条件。
3 两种体制电源系统的分析比较
下面就高压直流供电系统与变频交流供电系统的优、缺点做一简要的比较。
3.1 飞机电气系统采用直流供电体制，在以下几个方面优于变频交流供电体制
1）电力线不存在电抗压降；
2）直流配电也不存在趋肤效应；
3）直流配电系统时功率因数为1；
4）飞机机身可以作为全部电缆的回线；
5）直流电的电晕起始电压比交流的高；
6）在同样电压值时，从人身安全来讲直流电比交流电更安全；
7）直流发电机并联容易；
8）直流电源系统易实现不中断供电。
3.2 高压直流配电也存在一些缺点：
1）直流电更难断开。同样容量时，常规的直流断路器比交流断路器要大。
2）直流电压稍比交流电压难以隔离。
但是，随高压直流的电流控制技术尤其是固态配电技术的不断发展和SSPC控制器件/装置的不断进步，高压直流配电比交流配电具有明显的优越性。
高压直流发电系统的可选方案包括线绕转子式发电机方案、电励磁双凸极发电机方案、开关磁阻发电机方案和异步发电机方案等。前两种方案是将交流发电机的输出利用全桥整流电路整流以提供直流电，第三种和第四种方案是开关磁阻电机或异步电机与可控功率变换器一起工作并由可控功率变换器输出直流电。由三相或六相交流发电机供电的全桥整流电路或可控功率变换器功率器件和交流发电机构成一个整体，半导体功率器件装在散热片上并置于发电机的冷却油中，两者可以有效地共用一个散热系统，可实现综合设计的目的。
4 总结
从目前先进飞机看，无论是先进战斗机，还是先进的大型民用飞机，由于对飞机电源系统的容量需求都比较大，出于飞机对电源系统自身及配电系统的重量、效率等方面的限制，变频交流电源和高压直流电源为优先选择的供电体制。
但是高压直流电源系统的配电系统复杂、不成熟，也是不争的事实。变频交流电源系统继承了恒频交流电源系统的特性，成熟性高。所以，在中国的大型客机的方案中，是可以采用变频交流电源系统的。
参考文献
［1］周增幅，等.飞机电源系统发展趋势[C]// 中国航空学会航空电气工程第七届学术年会论文集.2007，8.
高压电源篇8
【关键词】VB6.0；串口通信；通道选择；电压大小
1.引言
近年来，51单片机凭借其极高的性价比越来越多的在工业过程控制和智能式仪表中得到广泛的应用。但由于其本身资源有限，在一些复杂过程或功能较多的控制中就难以满足要求，需要将单片机的数据送到上一级的微机进行处理。因此实现上位机（PC机）与下位机（单片机）之间的数据可靠通信是必须解决的主要问题之一，在数据传输量不大的情况下，按照标准进行串行通信越来越多的服务于各种应用系统中[1—3]。
2.主要控件（MSComm控件）介绍
VB6.0的MSComm通讯控件的一些基本特性：为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。具体的说，提供了两种处理通信问题的方法，即事件驱动方式和查询方式。本文介绍的是事件驱动方式。
3.界面关键模块功能设计
界面设计的主要功能：能够实现通道选择，输入电压大小转换成数字电位器抽头位置，同时能够实现上位机和下位机的通信。
（1）发送数据软件设计
结合MSComm的属性，编写了串口通讯的代码。
串口的初始化程序：
‘打开串口
If MSComm1.PortOpen=False Then
MSComm1.PortOpen=True
End If
‘设置串口的波特率，校验位，数据位，停止位等
MSComm1.Settings="9600，n，8，1"
‘设置串口接收字节的长度
MSComm1.InputLen=0
‘设置握手方式
MSComm1.RThreshold=1
‘设置输入的数据的格式
MSComm1.InputMode=comInputMode—Binary
在系统加载的时候，串口的初始化就开始了。然后在主界面中，开始数据的发送操作、数据保存等等[4]。
（2）通道选择程序（按0—31按钮，可以选中相应通道）：
Private Sub Command1_Click（Index As Integer）
Select Case Index
Case 0 To 31
Num1 = Index
Text2.Text = Num1 & “，"
If Num1 >= 0 Then
If Num1
Text2.Text = "0" & Num1 & "，"
End If
End If
End Select
End Sub
（3）设置电压大小程序（输入0—1200内任意数值，可转化为数字电位器抽头的位置）
Private Sub Command5_Click（）
Num2 = Text3.Text
Num3 = Int（255 * Num2 / 1200）
If Num3 >= 100 Then
Text2.Text = Text2.Text & Num3
ElseIf Num3 >= 10 Then
If Nu3
Text2.Text = Text2.Text & "0" & Num3
End If
ElseIf Num3 >= 0 Then
If Num3
Text2.Text = Text2.Text & "00" & Num3
End If
Else
End If
End Sub
4.界面的使用方法及说明
多通道高压电源界面***如***1所示。
下面是多通道程控高压电源使用说明（调节具体通道电压大小的正常工作步骤）：
第一步：打开串口，设置串口参数。
第二步：首先选择通道，单击（0—31）数字按钮，将会在发送栏出现该数字，并自动附上一个“，”。
第三步：输入要求的电压值。
第四步：按“确认输入键”，将会在发送栏出现相应比例的值。如果值正确，则按发送；如果不正确，或者要修改，请按“清除输入键”。发送完毕后单片机将发回反馈到反馈窗口。
5.结语
此上位机软件在多通道高压电源系统中得到了良好的验证。在操作过程中，用户可以直接在软件界面上设置所要选择的通道数和要求的电压大小，发送数据，即可成功实现下位机成功实现通道选择和具体电压大小的输出。
参考文献
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高压电源篇9
【关键词】高压直流电源 供电结构 336V电压 国内外应用
中***分类号：TM922.0 文献标识码：B 文章编号：1006-1010（2014）-13-0080-07
1 引言
随着我国通信行业的高速发展，互联网的大规模普及与运用，网络视听、电子商务、电子信息等依托基础网络的业务不断拓展。数据业务的快速增长，使其市场业务份额大幅提高，通信局站的UPS使用量大增，系统的可靠性和维护的简便性越来越受到关注，而UPS在这2方面均存在很多问题。尽管双总线UPS供电系统增加了UPS供电的可靠性，但其加大了机房使用面积，增加了设备投资，也加大了能源浪费。336V直流供电系统的系统效率和可靠性均要高于UPS供电系统，这一点已经得到了业内人士的公认。
2 高压直流电源（HVDC）概述
（1）定义：高压是相对通信电源常用的48V来说的“高压”，电压范围在200～400V。
（2）其发展历程如***1所示：
（3）高压直流提出的技术背景
UPS存在的问题
交流UPS供电模式在通信系统中存在的安全性、经济性等方面的问题越来越凸显，主要体现在能耗高，可靠性低，维护、扩容难度大，建设成本高等方面；
高频开关电源技术普及，生产成本已经低于变压器电源；
转型业务、数据通信、各种增值业务平台在电信运营商业务中的比重日趋增大，安全和节能方面的需求对电源保障提出了更高的要求。
3 高压直流供电的技术基础
3.1 IT设备电源模块工作原理
IDC机房设备以服务器为主，现在生产的每一台服务器自身都有2个以上的电源模块，模块之间是主备用关系。正常工作时2个电源模块负载均担，当一只模块出现故障或进行检修时，另一只模块承担全部负荷。IT设备内部电源是一个可靠性很高的***模块，每一只电源模块的基本工作原理如***2所示，对于功能强、使用在重要场合的服务器或小型机，均配置2个或2个以上的模块并联运行。
***2 IT设备电源模块工作原理示意***
由***2和***3可以看出，虽然IT设备输入的是交流电源，但核心部分还是DC/DC变换电路，因此只要输入一个范围合适的直流电压给DC/DC变换电路，就同样能满足IT设备安全工作的要求。***中因为输入端没有工频变压器，所以输入直流不会产生短路阻抗，就没有必要非得交流输入。如果输入的直流合理配上蓄电池，辅以远程监控，构成一个可靠的直流供电系统，就可取代交流供电系统。
3.2 现有IT设备的配电结构
目前IDC机房针对IT设备的配电系统有3种结构：交流配电、机架直流配电、设备直流配电。首先对配电系统里的几个结构单元进行介绍。
PDU（Power Distribution Unit）：电源分配单元，具有电源分配和管理功能。电源分配是指电流及电压和接口的分配；电源管理是指开关控制（包括远程控制）、电路中的各种参数监视、线路切换、承载的限制、电源插口匹配安装、线缆的整理、空间的管理、电涌防护和极性检测。
PSU（Power Supply Unit）：驱动电源，是计算机中的一个组件，负责将交流电转成稳定的12V、5V及3.3V直流电，是供计算机内其它组件使用的电源。服务器内部基础工作电压均为12V直流，不受服务器电源外部输入电压的影响，最后都统一转换成12V直流供电。
VRM（Voltage Regulator Module）：电压调节模块，其主要是通过对主板上直流/直流（简称DC/DC）转换电路的控制来为CPU提供稳定的工作电压，同时也对电脑启动时电压的变化情况和时序作出明确的要求。根据VRM标准制定的电源电路能够满足不同CPU的要求，降低人工干预的复杂性，简化了稳压电路的电压控制设计。
AC/DC是交流输入，直流输出。DC/DC是直流输入，直流输出。
（1）交流配电结构
***4的方案为交流UPS系统所采取的供电结构，380V的三相交流电压经过UPS电源（其内部结构为1个AC/DC转换模块和1个DC/AC转换模块，先做1次交流变直流变换，再做1次直流变交流变换），输出为380V/220V的交流电压，通过PDU变压器后变成220V的交流电。在PSU中，交流220V先通过1个AC/DC转换模块变换为直流380V，再由隔离的DC/DC变压器降为典型的直流12V以供电源使用。
（2）机架直流配电结构
***5的配电方式是在服务器机架上（***中rack部分）将电压变化为直流380V供电，通过在服务器机架内配置AC/DC转换模块，产生隔离的直流380V，但是有严重缺陷，机架内AC/DC转换模块的数量影响了用电效率的提高。
（3）设备直流配电结构
***6的配电方式为336V直流系统所采取的供电结构，它取消了UPS中的逆变器（即DC/AC转换模块）、PDU中的变压器、PSU中的AC/DC转换模块，使整个电路结构变得很简单，用电效率得到了极大提高。
3.3 高压直流电压范围选取
目前，因无相应的技术标准或规范对高压直流系统的供电电压作出相应规定，各方试点的电压等级不尽相同，所以有必要对供电电压的选择进行相应分析确定出合适的供电电压。
电压等级的选择应主要从以下几个方面进行考虑：
电压选取的基本原则
元器件的耐压范围
配电设备的电压等级
配电线路的金属消耗
与蓄电池的匹配
安全性
（1）电压选取的基本原则
现在IDC机房的服务器内部一般使用SSI高频开关电源，把外部输入的交流电转化为内部电子电路所用的直流电。计算机设备的高频开关电源的基本工作原理如***7所示。
将***7进行简化，如***8所示，实际上在交流输入的时候，在正半周，电流的走向是：A―2―C―D―4―B；在负半周的时候，电流的走向是：B―3―C―D―1―A，整流管1、3和2、4轮流导通。
理论上，一般服务器的输入电压要求是220V±10%，即198V～242V，因此Uo的取值范围是252V～308V，这个值是电源的标称电压。实际上，CD后端的DC/DC变换器是通过调节开关脉冲的占空比即开关管的导通时间来控制输出直流电的电压的。因此，电压范围可以高于308V。
当采用直流电压直接输入AB时，由于电压不变相，整流管2、4长期导通，整流桥可视为直连。如***8所示，这样电压从AB端直接传到CD端。若不考虑整流管自身的损耗，则Ui≈Uo
直流电压范围上限计算（整流二极管最大反向电压）：
通常PC机、服务器铭牌标明工作电压范围180～240V，由此得出电压上限为：
U高=240×1.414=339V （1）
直流电压范围下限计算：
经过对多种设备的现场测试，IT设备电源模块交流工作电压在180～240V的范围均能正常工作，根据IT设备电源模块恒功率特性和整流元件直流波形发热这2方面的特性来考虑，直流工作电压最低电压为：
（2）
（2）元器件的耐压范围
大部份的电子零件（Caps，MOSFET等）的耐压范围为450～500VDC，此耐压范围的元器件技术成熟且价格低廉。考虑故障排除和启动时的电压脉冲峰值，高压直流供电系统最高工作电压不宜超过400V。
（3）配电设备的电压等级
多芯电力电缆的绝缘电压为690V/1 000V，线对地绝缘电压为690V，线之间绝缘电压为1 000V。从表1中的资料可以看出，高压直流供电系统工作电压不超过400V时，配电设备均可以支持。
表1 部分厂家断路器直流应用的技术特性
设备
厂家 设备型号 额定工作
电压/V 额定绝缘电压/V 额定工作
电流/A
施耐德 微型断路器
C65H/L-DC 440（2P） - 1～63
塑壳断路器NS系列 500 750 100～630
框架断路器NW系列 500/900 1 000 1 000～
4 000
ABB 微型断路器
S260UC、S500、S800S 440/500 - 1～125
塑壳断路器T系列 500/750 800/
1 000 160～800
框架断路器E系列 不适用直流 不适用
直流 -
（4）配电线路的金属消耗
通信机房采用不同的电压等级，对于铜材的消耗也不相同，其初始投资也有所不同。交流供电一般采用三相四线制，直流供电采用单相两线制。相同电缆截面，相同电缆数（4根），相同电流情况下的输送功率比如式（3）所示（cos为功率因数，可取0.9）：
（3）
输送相同的功率，直流电压值越高则耗铜量越少。当直流供电电压高于296.2V时，电缆耗铜量比交流380V供电少。因此IDC机房若采用高于296.2V供电电压等级的直流供电系统（综合了转换器的功耗），就能达到降低初始投资成本，提高经济效益和节能的目的。
采用不同电压等级的直流供电系统，其长期运行的线路损耗不同。从长期运行角度比较交流与直流运行的经济性，选择恰当的直流电压等级，现对交、直流输送功率的通用公式进行分析（cos值取0.9）：
直流电压为242.5V是交直流线损的平衡点，线损与电压的平方成反比。（综合相关转换器效率，常把296.2V作为平衡点）
（5）与蓄电池的匹配
目前，普遍应用的蓄电池为铅酸蓄电池，单只电压为2V、6V或12V。蓄电池作为后备电源，在高压直流供电系统故障、维护或停电时，为系统提供不间断电源。因而，高压直流供电系统的电压应与蓄电池电压相匹配。系统可以采用2V、6V或12V电池，因而高压直流供电系统的标称电压应为2V、6V和12V的整数倍。
（6）安全性
由交流输入供电改成直流输入供电，其基本整流电路“桥式整流”，如***8所示。将原来的交流UPS供电时整流管1、3和2、4轮流导通，变成2和4单边导通，原来2只整流管同时工作的模块，改成单管长时间工作。安全问题一直是人们担心的，对安全性将从下面2个方面来进行分析。
电流计算
IT设备二次电源基本上是一个恒功率设备。当服务器220V交流供电时，它的等效直流是200V，如果给服务器直接输入直流336V，相当于电压提高了70%，则工作电流相应下降70%，输入高压直流时流经整流管的电流，小于输入220V交流时流经整流管的电流。
发热量对比
发热量Q=I2*R*T，当通过整流管的电流一定时，其发热量与电阻成正比，二极管的伏安特性曲线如***9所示。由***9可知：在二极管截止区，该区域为高阻区，由于电流为0，它的作用忽略不计；在二极管饱和区，该区域为低阻区，等效电阻极小，对二极管发热影响较小；***性区，呈现一个较大的非线性电阻，是二极管发热的主要根源。在交流输入供电时，单个整流管每秒钟要经过100次线性区，而直流输入供电时，二极管工作不经过线性区，始终工作在饱和区，所以整流管等效电阻R，在直流输入状态下比交流输入状态下小。
***9 二极管伏安特性
通过上述2点我们得出结论：长时间单管直流供电的工作电流小、发热小，是安全的。
从以上6点的分析来看，高压直流供电系统的电压设置越高越有利，但是工作最高电压不宜超过400V，通过计算，高压直流供电系统的电压设置应为：
标称电压：336V；
浮充电压：374.64～381.36V（2.23～2.27V/cell）；
最高均充电压：386.40～394.80V（2.30～2.35V/cell）；
蓄电池只数：2V电池168只串联或12V电池28只串联。
4 高压直流在国内外的应用
4.1 国际研究和应用
Intel EC最早就对数据中心采用的新型供电进行了研究与应用，法国电信和阿尔卡持公司相继于1999年提出《供电给新的电信网络和服务用的新的供电系统》，2000年又发表了《电信和数据通信融合的整流型AC供电技术的新研究》，并在2001年发表《新电信网络和服务的最佳新型供电》。欧美绝大部分通信运营商采用300～400V直流电压方案；法国电信公司、日本NTT电信公司试用380V高压直流供电系统；美国Intel、Microsoft、Facebook等公司试用400V高压直流供电系统；瑞士在建第一个完全采用336V直流供电的MW级数据中心，为商用数据中心。
4.2 已的技术标准
在国际上，2012年2月欧洲标准《接入400V直流源的电源输入接口》已正式；2012年5月国际电信联盟（ITU-T）标准《Direct current power feeding interface up to 400 V at the input to telecommunication and ICT equipment》已正式。
在国内，国家标准《通信高压直流电源系统工程设计规范》已完成了征求意见稿，即将正式；行业标准《YD/T 2378-2011通信用240V直流供电系统》也已下发；中国移动企业标准《336V开关型整流器》（QB-H-007-2012）、《336V直流电源系统》（QB-H-008-2012）已正式；中国电信已制定240V高压直流的企业标准。
4.3 国内高压直流进展情况
（1）中国电信使用情况
中国电信的240V直流系统如***10所示。
中国电信于2007年开始对240V高压直流供电系统进行研究与试用，2008年开始在江苏盐城试验标称电压为240V的直流供电系统，采用270V直流电为交流服务器供电。大部分交流服务器可以采用标称240V直流供电系统供电，部分服务器机架须作相应调整。试验效果比较好，节能效果很明显。
目前电信全国在网的240V直流电源系统已达到300多套并分布于20多个省、直辖市；同时计划在内蒙古新建计算信息园数据中心，共6栋楼，由电信、腾讯、百度等入驻，招标要求设备厂家兼容240V系统供电。
（2）中国联通使用情况
中国联通于2009年，在山东淄博将IDC机房UPS交流供电改造为高压直流供电，此工程是联通第一个高压直流电源工程，采用240V系统。然后于2010年在河南进行高压直流电源试点；2012年在深圳，由省公司牵头进行技术交流、方案设计，进行高压直流试点应用。
（3）国内非运营商使用情况
国内非运营商企业阿里巴巴，率先采用240V直流供电，并在IT机架内安装270V转12V嵌入式电源为服务器设备供电。南京日博、江苏广电、腾讯、润迅（深圳）等都已采用240V供电技术，百度等也将试用。
4.4 336V在中国移动的进展
中国移动的336V直流系统如***11所示。
（1）使用情况
中国移动于2009年开始进行高压直流研究和试点，试点地点选择在深圳罗湖邮***楼。经过测试，性能指标达到设计要求，运行稳定，节能效果明显。接着于2011年开始在内蒙古、辽宁等省开始实施运行。2012年仓储式机房与336V直流供电系统结合磷酸铁锂电池进行试验，服务器采用336V/12V嵌入式电源供电。
（2）技术标准和规范
目前中国移动已颁布的技术标准和规范有《336V直流供电系统》、《336V开关型整流器》和《336V直流供电系统设计规范》。国家标准《通信高压直流电源系统工程设计规范》即将颁布。
5 结束语
通信用高压直流供电系统是一种新型的供电方式，是使用与维护人员信赖的电源种类，通信电源是通信负载的能源供应源泉，是通信设备的“心脏”，其重要程度不言而喻。作为通信电源系统，我们始终认为系统安全稳定可靠的运行才是最重要的；其次才是节能环保问题。高压直流系统的高可靠性才是推动其广泛应用的前提条件，由于其运行效率也比现有交流系统高出至少20%，所以必然会受到业界欢迎，同时这也是实现节能降耗的有效手段之一。
高压直流供电系统的通信行业标准和技术规范的颁布与实施，必将推动通信用高压直流系统的研发与生产，促进其在我国通信领域的应用，也为用户的正确使用、合理维护奠定了基础。通过全文的分析，可以看到高压直流供电有着明显的优势，尤其是在高效和安全这2方面的优势更为突出。随着数据通信与网络通信的高速发展，通信负载对电源系统的要求也越来越高，通信电源系统安全可靠稳定的运行是重中之重。高压直流供电以其高可靠性，超低运营成本的优势将在未来通信领域得到更广泛的运用。
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高压电源篇10
【关键词】带隙基准；曲率补偿；高稳定性
1.引言
基准电路包括基准电压源和基准电流源，在电路中提供电压基准和电流基准，是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块[1]。随着集成电路规模的不断增大，特别是芯片系统集成（SOC）技术[2]的提出，使基准电路被广泛使用[3]的同时，也对其性能提出了更高的要求。
基准电压源是指被用作电压参考的高精确、高稳定度的电压源，理想的基准电压是一个与电源、温度、负载变化无关的量[4]。基准电压源是现代模拟电路极为重要的组成部分，它对高新模拟电子技术的应用与发展具有重要作用。在许多模拟电路中，如数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、线性稳压器和开关稳压器中都需要高精度、高稳定度的电压基准源。特别是在精密测量仪器仪表和现代数字通信系统中，经常把集成电压基准源作为系统测量和校准的基准。鉴于此，国外许多模拟集成电路制造厂商相继推出许多种类的高精度集成电压基准产品。随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高的精度和速度要求，这样也就意味着系统对其中的基准电压源模块提出了更高的要求。
本论文在分析研究宽电压源、高精度、低温度系数集成电压基准源的电路结构的基础上，探索设计出一种输出电压为2.5V的最佳的电路结构，以实现电路宽电源电压范围（3V～36V）、低温度漂移系数（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的设计指标。
2.宽电源电压集成电压基准源设计
2.1 传统的带隙基准源[5][6]
基准电压源经历了电阻分压式基准电压源、PN结基准电压源、击穿二极管基准电压源、自偏置电路电压源的发展。以上各种基准电压源中，电阻或有源器件直接分压形成的基准不能***于电源，精度非常低。
1971年，Robert Widlar提出了一种带隙参考电压源技术。该技术可得到一种不依赖电源并几乎与温度无关的***基准，可在低电源电压下工作，并与标准CMOS工艺兼容这些优点使其获得了广泛的研究和应用，也是本次设计采用的技术。***1是带隙基准电源的基本原理***。
利用热电压VT的正温度系数与双极型晶体管的基极-发射极电压VBE的负温度系数相互补偿，以减小温度漂移。其中VBE的温度系数在室温时大约-2mV/℃；而热电压VT=KT/q，其温度系数在室温下大约为+0.085mV/℃。将电压VT乘以常数K以后与电压VBE相加，便可得到输出电压VREF为：
即理论值K≈23.26，它使得带隙基准电压的温度系数值在理论上为零。由于VT与电源电压无关，而VBE受电源电压变化的影响很小，故VREF受电源电压的影响也很小。
带隙基准电压源经历了从Widlar带隙基准电压源、Brokaw带隙基准电压源、传统典型的带隙基准电压源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的带隙基准电压源、CMOS带隙电压基准源电路的发展，能够输出比较精确的电压，但其电源电压高，其基准输出范围及各项性能有限，故要得到高精度低漂移的宽电源电压集成电压基准源，就必须对以上电路在结构上进行改进和提高。
2.2 宽电源电压集成电压基准源的设计
***2所示为带隙基准电压源电路基本结构框***，它主要由五部分组成[7]：
1）带隙电压内部环路—主要功能是产生带隙电压。
2）运算放大器—使带隙电压内部环路中两个需要具有相同电压的点稳定在相同的电压。
3）输出级—用来产生最终的带隙基准参考电压和电流。
4）启动电路—主要功能是确保电路在上电的时候能够进入正常的工作状态。
5）偏置电路—为运算放大器的工作提供偏置电流。
本文所涉电路采用6μm标准双极型工艺实现，实现了一种基于曲率补偿，具有高稳定性的带隙基准电路。本文在分析比较各种基准电压源性能的前提下，最终选择了以基于PTAT（与绝对温度成正比）改进的带隙基准源电路作为设计的基础，并对其原理进行了详细的分析。为了进一步提高基准电压源的性能，在深入研究温度和电源电压的变化对带隙基准电路稳定性影响的基础上，指出基极一发射极电压与温度的非线性关系是造成基准不稳定的主要原因，针对这种情况，采用了环路补偿方法来进行高阶温度补偿：利用环路补偿电流（INL）的非线性特性去补偿基射结电压（VBE）的非线性。并且将补偿电流（INL）和与绝对温度成正比的电流（IPTAT）直接相加实现了很好的补偿。不仅结构简单还获得了较好的温度系数。另外，对所采用的运算放大器、启动电路和温度保护电路也进行了研究，并设计了优化合理的电路结构。分块对带隙基准核心电路、曲率补偿电路、运算放大器电路、偏置电路、启动电路进行设计并仿真。所设计的整体电路***如***3所示。
其中（a）为带隙基准核心电路，（b）为运算放大器电路，（c）为曲率补偿电路，（d）为偏置电路，（e）为启动电路，（f）为输出级。
3.仿真结果及分析
在Cadence设计平台下的Spectre仿真器中基于6μm标准双极型工艺模型对电路进行了仿真。得到电路的直流电压特性曲线、温度特性曲线、电源电压抑制比曲线、负载调整率曲线、噪声特性曲线、启动时间曲线，如同4所示。
4.结论
本文通过对带隙基准电压源深入的理论研究，完成了全双极性带隙基准电压源的设计，该基准电压源基于双极型工艺，通过Spectre验证，温度系数仅为6ppm/℃，并具有78?V/V的电源电压调整率以及高达78dB的交流PSRR，高精度，低噪声和驱动能力强等特性。其中各项设计指标完全达到预期要求，具有一定的优点和实用价值。
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