基于AP3768的高效率超低待机功耗的手机充电器解决方案

基于AP3768的高效率超低待机功耗的手机充电器

解决方案

新进半导体制造有限公司 刘磊

近年来，节能环保理念的深入人心，对半导体IC设计和应用也提出了更高的要求。2008年11月，五大手机制造商诺基亚、三星、索尼爱立信、摩托罗拉和LG电子联合发布了手机充电器的五星级标准。新的分级制度将以零到五颗星的标志图案来区分待机能耗。例如，待机功耗小于或等于30mW的手机充电器属于最高星级，在其标签上印有五颗星。相反，如果待机功耗≤500 mW，则充电器标签上将无任何星级标记。为适应手机充电器的技术革新和发展，新进半导体制造有限公司（简称BCD半导体）于近期推出一种新的电源控制芯片AP3768,并基于AP3768开发出全面满足能源之星外部电源2.0标准和五星级标准的充电器方案。

电源控制芯片AP3768采用了BCD半导体成熟的原边电源控制技术(PSR)，无需光耦和副边控制电路，实现高精度的输出恒压(CV)恒流(CC)控制。AP3768内置可调的输出电缆线压降补偿、温度补偿和元器件容差补偿技术，保证了量产情况下±5％的输出电压调整率。空载时，通过降低工作频率减少待机功耗，实现了230V线电压条件下30mW以下的待机功耗；采用随机频率调制技术降低系统EMI，系统无需Y电容。图1为AP3768的管脚图。

图1 AP3768的管脚图

图2a,b分别为基于AP3768的5V/700mA应用原理图和样机演示图。图2a 中的R3、R4和C4组成启动电路，为AP3768启动提供启动电流，R5、R6、R7与电流取样电阻R2组成一个电阻分压补偿网络，实现线电压补偿，保证了输出恒定电流（CC）精度。变压器的辅助绕组通过R16和R15分压为AP3768提供反馈信号，实现输出电压控制。同时，还通过D3的整流为AP3768提供正常工作时的工作电压。R9为输出电缆补偿(cable compensation)电阻，改变R9的阻值可以调整输出电压补偿值，满足不同线径、长度电缆线末端的电压调整率。

图2a AP3768应用原理图

图2b AP3768的系统演示板

以下为该方案的测试结果，测试时在系统板输出端接有长度为1.8m、 AWG26的输出线。

1.待机功耗(Standby Power)

手机充电器五星级标准为了达到节能的要求，对待机功耗有严格的规定，要

求在输入为230VAC 时，系统得到待机功耗要小于30mW。

表1 待机功耗

输入电压 (V) 待机功耗 (mW) 85 12.8 115 14.2 145 16.1 180 18.9 230 24.6 265

31.9

从表1中可以看出，本方案在230V 输入时，空载的损耗只有24.6mW，满足了五星级要求，并且有了足够的裕量。

2. 输出电压、电流曲线(I-V Curve)

系统的输出电压、电流的测试端在26AWG 输出线末端。由于AP3768有可调的输出线缆压降补偿和温度补偿，因此，在不同的环境温度（-5℃至45℃），不同的输入电压下，系统都能获得良好的输出电压、电流特性。

0.0

0.51.01.52.02.53.03.5

4.04.5

5.05.5V o u t (V )

图3 系统的输出电压、电流特性

AP3768系统在-5℃至45℃的环境温度，交流85V 至265V 的输入电压下，输出电压调整率可以做到±1.25%，输出电流调整率为40mA，为批量生产留了足够的裕量。系统恒流输出时的电压范围为1V-5V，可以在很大范围内实现恒流输出。

在系统输出短路的情况下，控制芯片进入打嗝(hiccup)模式,降低了系统功率，保证了系统的安全。

3. 系统的效率

2008年10月能源之星发布了最新的2.0版外部电源能效标准，新的能源之星2.0规范与任何规范或标准相比，提出了更严格的带载效率要求。该规范规定，输出3.5W(5V/700mA)的电源,平均效率必须达到65.5%。

AP3768的工作电流只有300uA，而且在轻载时，采用了线性降低工作频率的方式，降低了轻载时的开关损耗，因此，AP3768的系统很容易满足能源之星2.0的效率标准。图4为AP3768系统输出线端的效率测试结果。在AC 115V 输入时，系统的平均效率为73.0%，在AC 230V 输入时，系统的平均效率为71.5%，超出了能源之星外部电源2.0的能效标准6%。

0.1

0.20.30.40.50.60.70.8

6065

70

75

80

E f f i c i e n c y (%)

Iout (A)

图4 系统的效率

4. 输出纹波

系统在最差情况（交流265V 输入，700mA 输出）时，系统输出电压的纹波仍小于100mV,仅为87mV。

图5a 输出的低频纹波 图5b 输出的开关纹波

5.EMI测试结果

AP3768中采用了随机频率调制技术，并且系统的变压器采用了特有的线圈屏蔽绕法，省去了通常采用的铜皮屏蔽，获得了良好的效果,也降低了变压器成本。

图6a 传导EMI测试结果(Line) 图6b 传导EMI测试结果(neutral)

图7a 辐射EMI 测试结果（Vertical） 图7b 辐射EMI 测试结果（Horizontal）

基于AP3768的手机充电器方案具有卓越的输出电压和输出电流调整率，待机功耗满足五星级要求并有足够的量产裕量，平均效率超出了能源之星外部电源2.0要求6%，输出纹波小。同时，该方案有良好的EMI 结果，低于EN55022标准超过6dB，总体成本低，具有很高的性价比和极强的市场竞争力。

音频功率放大器设计详解

音频功率放大器设计 一、设计任务 设计一个实用的音频功率放大器。在输入正弦波幅度≤5mV，负载电阻等于8Ω的 条件下，音频功率放大器满足如下要求： 1、最大输出不失真功率P OM≥8W。 2、功率放大器的频带宽度BW≥50Hz~15KHz。 3、在最大输出功率下非线性失真系数≤3%。 4、输入阻抗R i≥100kΩ。 5、具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高 音10kHz处有±12dB的调节范围。 二、设计方案分析 根据设计课题的要求，该音频功率放大器可由图所示框图实现。 下面主要介绍各部 分电路的特点及要求。 图1 音频功率放大器组成框图 1、前置放大器 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输

出驱动扬声器。声音源 的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低

功放的效率

按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A 类）、乙类功放（又称B 类）、甲乙类功放（又称AB 类）。 甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。 乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。 甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。 甲类： 1、结构 三极管的静态功耗： CQ CEQ T I U P ?= 电源提供的平均功耗 CQ CC E I V P ?= 若CC CEQ V U 2 1= ，则CQ CC RL T I V P P ?= =2 1。 三极管和负载电阻RL 的静态功耗相等。 三极管的动态功耗 输出功率： 设输出电压的幅值为Uom om om om om o 2122I U I U P =?= + u V CC i

要想P O 大，就要使功率三角形的面积大，即必须使V om 和I om 都要大 最大输出功率：CQ CC om I V P ?=)2 1 (21 电源提供的功率 CQ CC Cm CQ CC C CC E I V t d t I I V t d i V P ?=+?= ?= ? ? ωωπ ωπ π π )sin (21)(2120 20 此电路的最高效率25.0≈= E om P P η 甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小； 静态功率大，效率低。 乙类 1、结构： 互补对称： 电路中采用两个晶体管：NPN 、PNP 各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。 2、工作原理 静态时：ui = 0V → ic 1、ic 2均=0（乙类工作状态） → uo = 0V 动态时：ui ＞0V,T1导通，T2截止，所以iL = ic 1； Ui ＜0V,T1导通，T2截止，所以iL = ic 2。 所以，T 1、T 2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。 － u CC i

高效率功率放大器的现状及发展趋势

高效率功率放大器的现状及发展趋势 学院：电子工程学院 专业：电磁场与微波技术 ：王元佳 学号：201320000289 报告日期：2013.11.05

一、引言 现代通信系统中的射频系统要求功耗低、效率高以及体积小。近年来，无线通讯朝大容量、多电平、多载波、高峰均比和宽频带方向飞速发展，宽带数字传输技术（如OFDM、CDMA等）和高频谱效率的调制方式（如QPSK、QAM等）正获得越来越广泛的应用，从而对射频系统性能提出更为苛刻的要求。功率放大器作为射频系统的关键部件，其所消耗的功率在整个射频系统所占比例相当大。低效率的功率放大器严重影响系统的整体性能。所以，设计高效率射频功率放大器对于减少电源消耗，提高系统稳定性，节约系统成本都由十分重大的意义。 传统的功率放大器通过调整工作状态（即调整晶体管导通角）来提高效率，这就是A类、B类、AB类、C类功率放大器的演进过程。其中C类功率放大器的理论效率最高达到100%，但此时其输出功率却为零。其根本原因在于，上述功率放大器工作状态下电流、电压同时存在于晶体管中，要使晶体管的耗散功率为零，必然使输出功率也为零。通过不断减小导通角的方式已不能满足不断提高效率的要求。为进一步提高效率，晶体管工作在开关状态的功率放大器应运而生。 二、研究现状 2.1 高效率功率放大器 2.1.1 D类功率放大器 当前，国内外高效率射频功率放大器的研究都集中在开关模型功率放大器及高效率功率放大器结构上。开关模型功率放大器主要有D、E两类。其设计思想都是使晶体管上“电流、电压不同时出现”。D类功率放大器一般由两个晶体

管构成，两只晶体管轮流导通、截止，实现电流、电压的不同时出现条件。但其晶体管和寄生电容耗能都是单管放大电路的双倍。同时，在开关瞬间存在两晶体管同时导通或截止引起二次击穿造成晶体管损坏的危险。工作频率比较低时,晶体管开关延时可以忽略,晶体管近似理想开关,不会产生损耗；在高频下,晶体管开关延时不可忽略,会引入损耗,另外元器件本身也会有损耗。因此,D类功放适合于频率较低的应用,并不适用于射频领域，D类放大器现在主要应用于音频领域。如图所示为D类功率放大器的电路结构。 2.1.2 E类功率放大器 为了克服D类功放在不完全导通与不完全截止过程中引入的较大损耗,提出了E类功放的设计。与D类功放不同,E类功率放大器采用单只晶体管,可工作于较高的频段，漏极电流为直流和漏极分路电容的充电电流之和。E类放大器是一种开关式的高效率放大器,理想情况下,效率可达100%。在这种功率放大器中,足够强的驱动电压使得输出功率管在完全导通和完全截止之间瞬时切换,流过开关的电流与开关上电压波形没有重叠,因而开关不消耗功耗。E类功率放大器的主要设

过程装备中数据采集系统的低功耗设计

收稿日期:2002 08 05 作者简介:黄志勇(1978 ),男,江西南昌人,硕士生,研究方向为便携式数据采集系统的开发与研制。 过程装备中数据采集系统的低功耗设计 黄志勇,邹久朋 (大连理工大学过程装备与控制工程系,辽宁大连116012) [摘 要] 从理论分析和实际应用两个方面阐述和讨论了低功耗大容量便携式数据采集仪的研制方案。主要从芯片的选型、外围电路的设计、软件设计等方面入手来分析如何使电池供电的数据采集系统长时间工作于无人看管的场所。 [关键词] 单片机;低功耗;外围电路;数据采集 [中图分类号]TM911 [文献标识码]A [文章编号]1000 0682(2003)01 0034 03 The Low dissipation design of a data acqusition system in process equipment HUANG Zhi yong,ZOU Jiu Peng (Proc ess Equi pment &Cont rol Engineering De pt o f DaLian U niversity o f Tec hnology ,Liaoning Dalian 116012,China ) Abstract:This paper expatiates on the method of designing a portable and large capacity microcontroller system with low power dissipation and discusses its development through both theoretic analysis and actual ap plications.Proceeding from the circuits,design,components and selection to software configuration,the paper analyses how the design conception can realize the function that keeps the battery operated data acquisition sys tem working for a long time at its working field without tenders. Key words:Microcontroller;Lo w power dissipation;Peripheral circuit;Data acquisition 1 前 言 由单片机组成的数据采集系统已经广泛的应用在过程装备的各个领域。通常在野外偏远地区、高温高压场所要进行压力、温度和应力等的数据采集时,由于没有持续的电力供给,而且工作温度有限制,不太适合使用笔记本电脑等设备进行数据采集,只能使用电池供电的数据采集系统。而一般情况下数据采集需持续几天到几个月,这样整个系统的功耗成为影响系统设计的关键问题。 2 低功耗的硬件设计 在实际应用中数据采集系统主要由传感器、A/ D 转换器、单片机、存储器、与微机接口电路等组成。除传感器外,设计人员基本上是选用低功耗C MOS 或HCMOS 型工艺制造的IC 。而CMOS 电路的功耗由静态功耗(Ps )和动态功耗(Pd )组成。静态功耗是在电路的所有输入信号保持状态不变时的直流功 耗。它包括PN 结反向漏电流引起的功耗和MOS 晶体管的亚阈电流引起的功耗。由于它一般在微安( A)量级[1],可以忽略。动态功耗是C MOS 电路在正常操作时所消耗的能量。它一般在毫安级(mA)。所以在低功耗设计时,应尽量减少动态功耗。 动态功耗Pd 是对电路节点负载电容进行充放电所消耗的功率。表示为: Pd =RC L V L V dd f (2 1) 式中:C L 负载电容; V L 逻辑摆幅;V dd 电源电压;f 工作频率; R 能量状态转换活动几率。 R 又简称 开关活动率 ,它是指节点一个周期内做耗能状态转换所用的时间与时钟周期之比,它的大小与电路结构、逻辑功能、输入数据的组合状态及节点的初始状态有关。一般情况下C MOS 电路的逻辑摆幅V L 与电源电压V dd 近似,故(2 1)式可简化为: P d =RC L V 2dd f (2 2) 由上式可知,降低动态功耗的主要途径是:降低耗能状态转换活动几率、减少负载电容、降低工作电 34 工业仪表与自动化装置 2003年第1期

D 类放大高效率音频功率放大器电路图原理

D类放大高效率音频功率放大器电路图原理为提高功放效率，以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势，以D类功率放大器为核心，以单片机89C51和可编程逻辑器件（FPGA）进行控制及时数据的处理，实现了对音频信号的高效率放大。系统最大不失真输出功率大于1W,可实现电压放大倍数1~20连续可调，并增加了短路保护断电功能，输出噪声低。系统可对功率进行计算显示，具有4位数字显示，精度优于5%。 传统的音频功率放大器主要有A类（甲类）、B类（乙类）和AB（甲乙类）。A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件，它的优点是输出信号的失真比较小，缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其最高效率为50%.B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%,它的优点是在理想情况下效率可达78.5%,但缺点是会产生交越失真，增加噪声。AB类（甲乙类）功率放大器是以上两种放大器的结合，每个功率器件的导通时间在50%~100%之间，兼有甲类失真小和乙类效率高的特点，其工作效率介于二者之间。传统音频功率放大器效率偏低，体积偏大的缺点与音频功率放大高效、节能和小型化的发展趋势的矛盾，催生了D类（丁类）音频功率放大器出现和发展。本系统即采用D类功率放大实现，并用单电源供电，符合现代社会对电源小巧、便携要求的实际需要。 1系统方案论证与选择 1.1整体方案 方案①：数字方案。输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入单片机进行处理，三角波产生及与音频信号的比较均由软件部分完成，然后由单片机输出两路完全反向的PWM 波给入后级功率放大部分，进行放大。此种方案硬件电路简单，但会引入较大数字噪声。 方案②：硬件电路方案。三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此方案噪声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采用此方案。 1.2三角波产生电路设计 方案①：利用NE555产生三角波。该电路的特点是采用恒流源对电容线性冲、放电产生三角波，波形线性度较好、频率控制简单，信号幅度可通过后加衰减电位器控制。 方案②：对方波积分产生三角波。积分器与比较器级联，通过对比较器产生的方波积分得到三角波，频率与幅值控制只需调整某些电阻值，控制简单。但考虑积分电路存在积分漂移。 此处采用选择方案①。

高效音频功率放大器

高效音频功率放大器 一、设计任务与要求 1、设计任务 设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。 2、设计要求 ⑴基本要求 ①功率放大器 a．3 dB通频带为300～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。 b．最大不失真输出功率≥1W。 c．输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。 d．低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV，在电压放大倍数为10、输入端对地交流短路时测量。 e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50％。 ②设计并制作一个放大倍数为1的信号变换电路，将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出，经RC滤波供外接测试仪表用，如下图所示。图中，高效率功率放大器组成框图可参见本题第3项“说明”。 图1 系统组成框图 ③设计并制作一个测量放大器输出功率的装置，要求具有3位数字显示，精度优于5％。 ⑵发挥部分 ① 3dB通频带扩展至300Hz～20kHz。 ②输出功率保持为200mW，尽量提高放大器效率。 ③输出功率保持为200mW，尽量降低放大器电源电压。 ④增加输出短路保护功能。 ⑤其他。 1、说明 ⑴采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。

图2 D类放大原理框图 ⑵效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v)，不包括“基本要求”中第(2)、(3)项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。 ⑶在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。 二、方案论证与比较 根据设计任务的要求，本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框电路的设计方案分别进行论证与比较。 1、高效率功率放大器 ⑴高效率功放类型的选择 方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。 方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100％，实际电路也可达到80％～95％，所以我们决定采用D类功率放大器。 ⑵高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的核心就是功率放大器部分，采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标，这是关键。 图3 脉宽调制器电路 ①脉宽调制器(PWM) 方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。 方案二：采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。 ②高速开关电路

基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计

密级一般 分类号TP393硕士学位论文 作者：杨朋伟 指导教师：侯宏录教授 申请学位学科： 2009年4月20日 XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY 基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计 测试计量技术及仪器 题目:

基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计 学科：测试计量技术及仪器 研究生签字： 指导教师签字： 摘要 Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术，广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。目前，对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题，本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。 1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发，提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。1）当网络规模较小时，采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法，该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销；2）当网络规模较大时，采用多跳传感器网络时间同步算法，该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。 2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析，从低功耗设计的角度出发，完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。主要内容包括如下几个方面： 1）完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计，在此基础上，应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。 2）使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。 3）完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。 4）研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。 5）搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统，对其进行了调试和实验，结果表明该系统在70m范围内工作稳定，误码率较低，时间同步精度较高，能够满足工业环境下的参数远程监控。 关键词：数据采集及传输；低功耗；无线传感器网络；时间同步算法；Zigbee

功率变换器在新能源汽车驱动系统中的应用

功率变换器在新能源汽车驱动系统中的应用 功率变换器作为新能源汽车电机驱动系统的重要组成部分，在能源转换的过程中有着举足轻重的地位。 一、DC-DC变换器 DC-DC变换器在驱动系统中主要起到升压作用，由于电压源型电机驱动系统结构中降压特性、寿命短、可靠性低等缺陷与不足，目前市场上常见的解决方法是在驱动系统中增加一个DC-DC升压变换器(BOOST DC/DC)，使得三相电压源型电机驱动系统的主电路拓扑改进为DC-DC 级联电压源型PWM 逆变器（VSI）的结构拓扑结构。 电动汽车电气系统中的DC-DC 变换器将频繁波动的电池电压变换成一个稳定的电压为电机驱动系统提供电能，从而增强驱动系统的稳定性。目前电动汽车驱动系统大多采用DC-DC 级联VSI 的多级功率拓扑，这种结构优化了电机控制性能，减小了电池尺寸，避免了浪涌电压的不利情况。 BOOST DC/DC变换器主要特点： （1）需要能够控制功率流的双向流动，以确保动力电池的充放电功能； （2）功率大小需要匹配电机驱动系统的功率需求，一般与电机驱动系统集成设计，共用其冷却方式； （3）采用非隔离设计拓扑方式，一般采用普通的BUCK-BOOST拓扑方式，设计简单；（4）电路拓扑简单，但在整车设计开发中需要配合动力电池和电机系统一起来控制、配合整车方面的较为复杂。 二、DC-AC逆变器 逆变器通常分为电压输入式和电流输入式。在电动汽车驱动控制器中，逆变器是实现能量交直流转化的关键部件，用于电机的驱动或制动时的能量回收。电控系统最主要的损耗来源于逆变器部分。 由于需要大量的电感元件来模拟电流源，所以电流供给式逆变器很少用于电动汽车驱动。

数据采集系统简介研究意义和应用

一前言 1.1 数据采集系统简介 数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。该数据采集系统是一种基于TLC549模数转换芯片和单片机的设备，可以把ADC采集的电压信号转换为数字信号，经过微处理器的简单处理而交予数码管实现电压显示功能，并且通过与PC的连接可以实现计算机更加直观化显示。 1.2 数据采集系统的研究意义和应用 在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。利用串行或红外通信方式，实现对移动数据采集器的应用软件升级，通过制订上位机(PC)与移动数据采集器的通信协议,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。例如：在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D 卡以及422、485等总线板卡。卫星数据采集系统是利用航天遥测、遥控、遥监等技术，对航天器远地点进行各种监测，并根据需求进行自动采集，经过卫星传输到数据中心处理后，送给用户使用的应用系统。 1.3 系统的主要研究内容和目的 本课题研究内容主要包括：TLC549的工作时序控制，常用的单片机编辑Ｃ语言，VB 串口通信COMM控件、VB画图控件的运用等。 本课题研究目的主要是设计一个把TLC549（ADC）采集的模拟电压转换成八位二进制数字数据，并把该数据传给单片机，在单片机的控制下在实验板的数码管上实时显示电压值并且与计算机上运行的软件示波器连接，实现电压数据的发送和接收功能。

功率变换器

题目:举例说明功率变换器的实际应用。包括电路结构,原理分析,参数计算等内容。 要求:1、理论联系实际 2、1500字左右 1.功率变换器的实际应用 由于功率变换器具有提高系统的效率，增大装置的功率密度的功能。在现代社会中，其（DC/DC变换器）广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业，有着广泛的应用前景。 近年（DC/DC）功率变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～ 25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，这也显示出了其在远程和数字通讯领域的广阔应用前景。 具体使用，例如：①直流开关电源，其功率变换的核心就是DC/DC功率变换器；② DC/DC功率变换器也是现代燃料电池车动力系统中一个重要部分，主要功能是把不可调的直流电源变为可调的直流电源。 2.原理分析 DC/DC功率变换器按输入与输出间是否有电气隔离可以分为无电气隔离和有电器隔离的直流变化器两类。按工作电路区分有降压式（BUCK），升压式（BOOST），升降压式（BUCK/BOOST），库克（CUK），瑞泰（ZETA），塞皮克（SEPIC）等六种。DC/DC功率变换器基本电路原理图如图1所示。 图1中，功率开关管S1~S4及内部集成的二极管组成全桥开关变换器，S1及S3组成超前桥臂，S2及S4组成滞后桥臂，S1~S4在寄生电容、外接电容C1~C4和变压器漏感的作用F谐振，实现零电压开关。其中C7为隔直电容，可有效地防止高频变压器的直流偏磁。低压直流侧滤波电容为C5、C6、L1为共模电感。 下面，我将就升压降压的不同功能分别对其进行原理分析：

为了提高效率高频功率放大器一般工作在C类工作状态

2007~2008学年高频期末考试（A 卷） 一、选择题（每题1分，共10分）： 1. 为了提高效率，高频功率放大器一般工作在( C )工作状态。 (A) 甲类 (B)乙类 (C)丙类 (D)甲乙类 2. 在高频放大器中，多用调谐回路作为负载，其作用不包括 （ D ）。 (A)选出有用频率 (B)滤除谐波成分 (C)阻抗匹配 (D)产生新的频率 成分 3. 利用高频功率放大器的基极调制特性完成功放和调幅，功率放大器工作 状态应选（ A ）。 (A)欠压 (B)临界 (C)过压 (D)超临界 4. 以下振荡器频率稳定度最高的是（ C ） (A)互感反馈??? (B)克拉泼电路??? (C)西勒电路???(D)电容三端式振荡电路 5. 调谐放大回路的通频带与( A )有关。 (A) 回路谐振频率和品质因数 (B) 品质因数和频率稳定度 (C) 回路谐振频率和失谐量 (D) 失谐量和频率稳定度 6. 如下图所示的传输线变压器是一种（ D ） (A) 2:1阻抗变换传输线变压器， (B) 1:2阻抗变换传输线变压器， (C) 1:4阻抗变换传输线变压器， (D) 4:1阻抗变换传输线变压器。 7. 相位鉴频器的输出电压值为比例鉴频器输出电压值的( B ) (A) 4倍， (B) 2倍， (C) 1/2， (D) 1/4。 8.调幅信号()()()V t t t u c c ωcos cos 1Ω+=，则上、下边频分量的功率占总功率的( D )

(A)1/2， (B)2/3， (C)1/6， (D)1/3。 9. 单频调制时，调相波的最大相偏Δφm 正比于 ( A ) (A) ? u Ω(t)?max ， (B) u Ω(t)， (C) Ω， (D) ? du Ω(t)/dt ?max 。 10. 石英晶体振荡器的主要优点是 （ C ） (A)容易起振 (B)振幅稳定 (C)频率稳定度高 (D)减小谐波分量 二、填空题（共20分）： 1. 单调谐放大器经过级联后一般会使电压增益 变大 (1分)、通频带 变窄 (1分)、选择性 变好 (1分)。 2. 正弦波振器的振荡平衡条件是 A(ω0)F(ω0)=1(2 分)和 2A F n ??π+=(0,1,2,n =±±L )(2分)。 3. 振幅解调方法可分为包络检波 (1分)和 同步检波 (1分)两大类。 4. 已知调频信号()63 ()5cos 5102cos 210u t t t ππ??=?-??? (V)，若调频灵敏度k f =104Hz/V ，则调制信号u ?(t)= 0.2sin(2??103t) (V) (2分)，该调频波的最大频偏为?f m = 2?103 (Hz) (2分)。 5．减少高频功放晶体管Pc 的方法主要有：减少集电极电流的 流通角 (2分)和在集电极 电流流通时 集电极电压 (2分)最小； 6. 已调波信号336()(53cos 210sin 410)cos 410u t t t t πππ=+?-???伏，则该信号为 AM/调幅/幅度 (1分)调制波，其载波频率为 2?106Hz (1分)，调制信号为 33(3cos 210sin 410)k t t ππ?-?(1分)。 三、综合题（共70分） 1. 变频器的非线性转移特性为 设cos cos ,Lm L cm c Q v V t V t V ωω=++并且Lm cm V V >>，试求： 1）当Q Lm V V =时，对于（c L ωω-）和（c L ωω-2）的变频跨导；10% 2）当0Q V =时，对于（c L ωω-）的变频跨导。5%

功率因数和转换效率的区别

功率因数和转换效率的区别 经常看到市场上有的电源宣称自己的转换效率高达99%，事实真的如此吗？主动PFC和被动PFC何差? 功率因数和转换效率分别是什么意思? 功率因数损失的电费谁为你来承担? 转换效率损失的电费又是谁为你来承担? 功率因数又叫PFC因数,大功率电源中一般都有PFC电路,市电是交流电,如果不整流成直流电,电脑是无法使用的,而功率因数就是将交流电整流成直流电的能力,这个过程是通过PFC 电路来实现的PFC电路分为主动式PFC(有源)和被动式PFC(无源)两种, 主动式PFC电路由高频电感、开关管和电容等元件构成，组成一个可以将输入电压提高的电路，从而减少电流在流向下级电路过程中的电能损耗。简单地说，主动式PFC电路就是一个升压器,具有体积小、重量轻、输入电压范围宽等优越的电气性能，通常它功率因数可达99％；被动式PFC结构相对简单，它利用电感线圈内部电流不能突变的原理调节电路中的电压及电流的相位差，使电流趋向于正弦化以提高功率因素。相对于主动式PFC电路，被动式PFC电路的功率因数要低得多，一般只有70-80％左右,同时被动PFC结构上和电感类似，在对电流和电压补偿的过程中，始终进行着充放电的过程，因而产生了磁性，最终会和周边的金属元件产生震动进而发出噪音。静音型PFC相当于两个非静音型PFC的叠加，达到震动互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安装是否得当也是对静音效果影响较大的因素。在我们了解上述两种PFC结构后，那么我们在上面提到的

PFC因数究竟是什么呢? 其实电源的PFC因数表示的就是有多少电能被电源利用了(输入电源的实际能量／电网供给电源的能量) 对于主动式PFC电路来讲，功率因数可以达到99％的水平，而被动式PFC 电路只能达到上面所说的70-80％而已。通俗的说假如一款标称400W 的电源，电源需要输入200W电量时,如果它采用了主动式PFC电路，那么电网只需要拉202W(200/0.99)电力过来，几乎没有损失,而如果采用的是被动式PFC电路,那么电网需要拉250W(200/0.8)左右,损失了50W,也就是说PFC因数是影响一款电源的电能利用率的指标,但损失那50W我们用户是不需要付钱的,因为那归属于是电力局线路上损失,电力局是没有权力向你要钱的。电源转换效率:这个概念比PFC因数要复杂一些，电源本身是一个“供电器”，同时它又是一个“耗电器”。输入电源的能量并不能100％转化为供主机内各部件使用的有效能量，未被利用的电能转化为热量散发,这样就出现了一个转换效率的问题。我们可以用这个公式来解释电源转换效率：电源转换效率=电源为主机提供的即时输出功率／输入电源的即时功率×100％,一款电源的转换效率会由于其内在的变压电路、电流转换器以及功能电路都会有所不同，再加上自身的功率本来就不相同，所以不同的电源产品其电源的实际转换效率也会不同。另外，即使是同一款电源产品，在不同的工作状态下，其转换效率也是有变化的。由于电源的输入电压是额定的220V，而输出电压则有+12V、+5V、+3.3V不同的规范，这就表示电源里至少拥有三种不同的变压器，由于三种变压器的功耗不尽相同，就意味着+12V、+5V和+3.3V的电压输出其各自所对应的

数据采集系统

湖南工业大学科技学院 毕业设计（论文）开题报告 （2012届） 教学部：机电信息工程教学部 专业：电子信息工程 学生姓名：肖红杰 班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日

题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。 近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。 随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。 数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。 在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量

电机效率与功率因数

什么是电动机的功率因数？ 异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率（即容量等于三倍相电流与相电压的乘积）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cosψ来表示。 电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。 什么是电动机的输入功率和输出功率 电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。在额定负载下，P2就是额定功率Pn。 电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜（或铝）损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。 什么是电动机的效率 电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为，常用百分数表示，即： 效率高，说明损耗小，节约电能。但过高的效率要求，将使电动机的成本增加。一般异步电动机在额定负载下其效率为75～92%。异步电动机的效率也随着负载的大小而变化。空载时效率为零，负载增加，效率随之增大，当负载为额定负载的0.7～1倍时，效率最高，运行最经济。

20170403-三个基本功率变换器的CCM-DCM边界条件

三个基本功率变换器的CCM/DCM 边界条件 普高（杭州）科技开发有限公式 张兴柱 博士 对于Buck 变换器、Boost 变换器和Buckboost 变换器，在工作点发生变化时，其工作模式也会跟着发生变化，这种变化可用下图来表示： 边界 LP L I I 21=CCM/DCM 边界 LP L I I 21> CCM LP L I I 2 1

方程，方程的左边是占空比的函数，方程的右边是随负载电阻变化而变化的一个变量，与占空比无关，在数学上，可将这三个基本变换器的CCM/DCM 边界方程写成下面的一般形式： crit K D K =)( （1） 其中R Lf K s crit 2= ，是与负载和功率级参数有关的变量； D D K ?=1)(，Buck 变换器； 2)1()(D D D K ?=，Boost 变换器； 2)1()(D D K ?=，Buckboost 变换器。 这个函数与具体的拓扑结构和占空比有关。 如将方程（1）中的两边，均看成是占空比D 的函数，并画在同一张坐标中，则CCM/DCM 边界就可以被理解为是这两个函数的交点，下面是三个基本变换器的这种边界示意图： D K ?=1( 1()(D D K = 1() (D K ?= Buck 变换器 Boost 变换器 Buckboost 变换器 在CCM/DCM 边界示意图上，如两根曲线有交点，则这个交点（图中红色的点）就是CCM/DCM 边界工作点，而CCM 区间及DCM 区间则可用下面的不等式来判断。 crit K D K >)( 为DCM ； crit K D K <)( 为CCM 非常有趣的是在Boost 变换器中，有两个交点，它们对应了两个CCM/DCM 边界点，这与Buck 变换器和Buckboost 变换器中的情况不同。在Buck 变换器或者Buckboost 变换器中，当输出电压已经稳定后，输入电压越高（占空比越小），就越容易进入DCM ，反之亦然。而在Boost 变换器中，随着输入电压的提高（占空比的减小），先会从CCM ，通过CCM/DCM 的第一个边界点进入DCM ，在DCM 工作一段时间后，又会通过CCM/DCM 的第二个边界点进入CCM 。

基于DSP的低功耗高速数据采集系统设计

基于DSP的低功耗高速数据采集系统设计 随着电子技术的发展及新器件的不断涌现，电子系统在手持设备、便携 医疗仪器以及野外测试仪器等领域得到了广泛的应用。在这些领域的应用中， 由于客观条件的限制，通常采用电池或蓄电池为仪器设备提供电源。在这种情 况下，如要实现系统长时间工作，必然对仪器设备系统功耗的要求较高，因此 低功耗系统的设计在这些应用领域中得到广泛重视。 1 TMS320VC5509 简介 TMS320VC5509（以下简称VC5509）是德州仪器（TI）公司针对低功耗应用领域推出的一款低功耗高性能DSP，采用1.6V 的核心电压以及3.3V 的外围接口电压，最低可支持0.9V 的核心电压以0.05mW/MIP 的低功耗运行。 VC5509 支持丰富的外设接口，最高支持144MHz 的时钟频率，片内具有双乘累加器，每周期可执行一条指令或两条并行指令，具有高达288MIPS 的处理能力。VC5509 内部存储器采用统一编址，带有128K 字RAM，其中包括32K 字双存取RAM（DARAM）以及96K 字单存取RAM（SARAM），另外还有 64KB 片内只读ROM，并可以实现高达4MB 的外部存储空间扩展，是一款具 有较高性价比的低功耗DSP 芯片。VC5509 的结构框图如图1 所示。 2 系统设计与实现 本系统要求实现四通道同步采样，每通道采样频率为50kHz，系统供电为 +5V，全速运行时整体功耗低于250mW。针对这些技术指标，本系统以低功耗DSP 芯片TMS320VC5509 为核心，采用串行EEPROM 作为程序存储器，选用四片微功耗12 位ADC 实现四个通道模拟信号的同步采集。系统中设计铁电存储器（FRAM）作为掉电保护数据存储器，并设计一个异步串口实现与外部系 统的通讯。系统原理框图如图2 所示。在保证实现系统功能的前提下，本系统

论述整流、逆变、斩波、交交变换四种功率变换器的工作原理

论述整流、逆变、斩波、交交变换四种功率变换器的工作原理 整流、逆变、斩波、交交功率变换器是能将电力从交流转换为直流、直流转换为直流、直流转换为交流、交流转换为交流（交流控制器），变频率交流转换为交流（周波变换器）的四种类型的电力电子变换器。变换器被广泛用于加热和灯光控制，交流和直流电源，电化学过程，直流和交流电极驱动，静态无功补偿，有源谐波滤波等等。 一、整流功率变换器的工作原理 整流器的主要应用是把交流电源转为直流电源。常见的有二极管整流变换器和晶闸管整流变换器。 二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。 其原理图1如下。 晶闸管(Thyristor)是晶体闸整流管的简称，又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR)，以前被简称为可控硅。由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。 可控硅是四层三端结构元件，共有三个PN结，其等效图解如图2所示

当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 二、逆变功率变换器的工作原理: 逆变功率变换器的基本作用是将直流电源转换为交流电源。 其原理是逆变电路中由六个开关组成了一个三相桥式电路。交替打开和关断这六个开关，就可以在输出端得到相位上各相差120°（电气角）的三相交流电源。该交流电源的频率由开关频率决定，而幅值则等于直流电源的幅值。为了改变该交流电源的相序从而达到改变异步电动机转向的目的，只要改变各个开关打开和关断的顺序即可。