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電壓比較器范文第1篇

【關(guān)鍵詞】電壓比較器 高增益 低功耗 失調(diào)電壓

模擬集成電路中比較器是一個(gè)基本模塊，廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換器中，電壓比較器的增益，帶寬，功耗，失調(diào)電壓的特性嚴(yán)重影響整個(gè)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和精度，傳統(tǒng)的電壓比較器采用多級(jí)結(jié)構(gòu)，使用輸入失調(diào)存儲(chǔ)技術(shù)（IOS）和輸出失調(diào)存儲(chǔ)技術(shù)（OOS）對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行消除，增加了電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和功耗，芯片面積也越來越大。但隨著應(yīng)用速度越來越高，功耗要求越來越低，IOS和OOS要求放大器有足夠高的增益和帶寬，這些因素對(duì)于其發(fā)展有一定的制約作用。

本文設(shè)計(jì)的電壓比較器電路結(jié)構(gòu)簡單，采用了兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)，前級(jí)放大采用差分放大電路，利用差分電路抑制共模信號(hào)的干擾，提高了共模抑制比，減少了信號(hào)中噪聲的干擾，第二級(jí)放大采用共源共柵電路對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行了很好的控制，使電路的失調(diào)電壓達(dá)到150μV，輸出級(jí)采用推挽輸出電路提升了輸出的驅(qū)動(dòng)能力，整個(gè)比較器的功耗非常低，芯片整個(gè)面積僅為29.56μm×25.68μm。該比較器設(shè)計(jì)主要用于高精度時(shí)間測(cè)量芯片中，通過比較器產(chǎn)生一個(gè)低延時(shí)的門控信號(hào)，對(duì)于整個(gè)時(shí)間測(cè)量電路達(dá)到一個(gè)精準(zhǔn)的控制。通過仿真結(jié)果得知，該電壓比較器滿足應(yīng)用需求。

1 電壓比較器結(jié)構(gòu)

如圖1所示為CMOS電壓比較器原理圖，該比較器由偏置電路、差分放大器、共源放大器和推挽級(jí)輸出電路組成。其中，M1管和M2管組成偏置電壓電路，為差分放大器和共源放大器提供偏置電壓。通過調(diào)節(jié)M1管和M2管的寬長比，讓差分放大器和共源放大器得到合適的工作電流，合理設(shè)計(jì)差分放大器和共源放大器，主要考慮輸入失調(diào)電壓、輸入共模范圍、輸出信號(hào)的增益和帶寬的影響，設(shè)計(jì)出一個(gè)性能最優(yōu)的比較器電路。M10管和M11管組成一個(gè)推挽輸出級(jí)電路，提升輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，為了能更好的和其它電路進(jìn)行協(xié)同工作。

該電壓比較器的工作原理如下：是同相輸入端，是反相輸入端。當(dāng)輸入電壓高于時(shí)，M3管導(dǎo)通，，M3管和M7管的電流相同，M8管又與M7管為鏡像電流關(guān)系，M8管導(dǎo)通，使，b點(diǎn)為高電平，c點(diǎn)為低電平，Vo輸出高電平。當(dāng)輸入電壓低于Vb時(shí)，，因此，M4管導(dǎo)通阻抗低，b點(diǎn)為低電平，導(dǎo)致M9管導(dǎo)通，c點(diǎn)為高電平，Vo輸出為低電平。

1.1 偏置電壓電路設(shè)計(jì)

M1管和M2管組成偏置電路提供M5管和M6管的柵極電位。偏置電路采用PMOS管和NMOS管柵漏極相連，兩管子均工作于飽和區(qū)，為差分放大器和共源放大器提供恒定的電流源。因此，

1.2 差分放大器的設(shè)計(jì)

差分放大電路的作用有兩個(gè)：首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，這樣就可以對(duì)比較級(jí)電路的比較時(shí)間進(jìn)行降低，同時(shí)把總體延時(shí)降到最低；其次是對(duì)輸入信號(hào)差值進(jìn)行放大，這樣就可以把失調(diào)電壓對(duì)整個(gè)電路的影響降到最低。高帶寬在高速比較器中是一個(gè)重要影響因素，高的帶寬可以使整個(gè)電路的比較時(shí)間減少，從而對(duì)于比較器的速度進(jìn)行提高。

負(fù)向共模輸入電壓決定了差分輸入對(duì)管。負(fù)向共模輸入電壓取決于M5管進(jìn)入飽和區(qū)的條件。負(fù)向共模輸入電壓為。

M3管、M4管和M5都工作在飽和區(qū)，三個(gè)管子的閾值電壓相等。

考慮到負(fù)向共模范圍低和電壓增益高的要求，取=1.2V ，由式（7）可以得到M3管的寬長比。

M3管和M4管是完全對(duì)稱的輸入對(duì)管，所以可以得到。

有源負(fù)載對(duì)管M7和M8由正向共模輸入電壓決定，正向共模輸入電壓取決于M3管進(jìn)入飽和區(qū)的條件，則得到：

設(shè)計(jì)共模輸入電壓=3V，。I0為差分放大器的工作電流。由式（8）可以得到M7管的寬長比。M8管和M7為對(duì)稱有源負(fù)載對(duì)管，所以得到。

差分放大器的放大倍數(shù)為：

1.3 共源放大器的設(shè)計(jì)

共源放大器由M6管和M9管組成，M6管為有源負(fù)載，M6管與M2管為鏡像電流關(guān)系，已經(jīng)確定M6管的寬長比，M9的設(shè)計(jì)主要考慮共源放大器的放大倍數(shù)和輸入失調(diào)電壓的影響。為了減少輸入失調(diào)電壓對(duì)共源放大器的影響。差分放大器和共源放大器應(yīng)滿足式（10）比例關(guān)系：

由式（11）知共源放大器的放大倍數(shù)與工作電流成反比，由于M6管和M9管的輸出阻抗與成反比。放大倍數(shù)還與溝道長度調(diào)制效應(yīng)有很大關(guān)系，溝道長度越大，溝道調(diào)制效應(yīng)越小，和越小，MOS管的輸出阻抗越大，放大倍數(shù)就越大。還可以通過調(diào)節(jié)輸入管M9的寬長比提高電壓增益。

1.4 推挽輸出級(jí)的設(shè)計(jì)

輸出緩沖級(jí)是CMOS倒相器，它是為提升輸出的驅(qū)動(dòng)能力、降低輸出的上升時(shí)間和下降時(shí)間而設(shè)立的，因此，該級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置較大，輸出的上升時(shí)間和下降時(shí)間對(duì)稱。推挽輸出級(jí)由M10管和M11管構(gòu)成，兩管均工作在線性區(qū)。

2 電路仿真

該電路是在TSMC 0.18μm CMOS工藝下，電源電壓為3.3V，利用Cadence公司的Spectre仿真器進(jìn)行仿真。仿真條件為tt工藝角，溫度為27℃。如2所示為電壓比較器的瞬態(tài)仿真，同相輸入端加入一個(gè)頻率為10MHZ，幅度為800mV的正弦信號(hào)，反相輸入端加入一個(gè)2.1V的直流信號(hào)，輸出端得到一個(gè)方波信號(hào)。電壓比較器的下降沿時(shí)間為754ps，上升沿時(shí)間為913ps。

圖3為電壓比較器的交流仿真結(jié)果，由圖中可以看出比較器的增益為92.123dB，帶寬為10MHz，相位浴度為53deg。

在同向輸入端設(shè)置輸入電壓為變量Vin，反向輸入端輸入電壓2.1V，Vin的輸入變化范圍為0―3.3V，通過直流仿真得到輸出信號(hào)與Vin的變化關(guān)系，得到了電壓比較器的傳輸特性曲線如圖4所示，從圖中可以看出，實(shí)際電壓跳變轉(zhuǎn)換點(diǎn)和理論轉(zhuǎn)換點(diǎn)電壓值有一定的誤差，輸出電壓跳變需要一個(gè)過渡區(qū)間。

功耗在電壓比較器的電路設(shè)計(jì)中是一個(gè)重要因素，近幾年集成電路的工藝尺寸向納米級(jí)的不斷發(fā)展，電源供電電壓越來越小，對(duì)于電路的功耗要求越來越高。整個(gè)電路功耗主要包括靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。動(dòng)態(tài)功耗不僅取決于負(fù)載還與工作頻率，電源電壓，集成度和輸出電平有關(guān)。靜態(tài)功耗等于電源電壓和工作電流的乘積。圖5為比較器工作電流仿真曲線圖，可以看出，電壓比較器工作時(shí)平均電流為87.5μA，電源電壓為3.3V，得到比較器的功耗為0.289mW。

表1為本文和別人設(shè)計(jì)的電壓比較器進(jìn)行的一些性能對(duì)比，從表中可以看出在帶寬、功耗和失調(diào)電壓與文獻(xiàn)（8）和（9）差不多的情況下，其增益明顯高于對(duì)方，對(duì)于在時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)中，其開始和結(jié)束信號(hào)的判斷有很大的作用，滿足了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3 版圖設(shè)計(jì)

版圖設(shè)計(jì)如圖6所示，比較器中有差分電路，為了保證差分對(duì)的完全匹配，采用了共質(zhì)心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，圖3中的差分對(duì)管M3、M4版圖對(duì)應(yīng)左下角部分，差分對(duì)管M7、M8版圖對(duì)應(yīng)左上角部分，偏置電路和輸出緩沖級(jí)電路利用了叉指結(jié)構(gòu)匹配。版圖的總共面積為29.56μm×25.68μm。Vin+和Vin-為比較器的同向和反向輸入，out為輸出端。

4 結(jié)論

本文基于TSMC 0.18μm CMOS工藝設(shè)計(jì)的電壓比較器具有高的增益，低失調(diào)電壓，低功耗，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。該比較器采用兩級(jí)放大，第一級(jí)采用差分放大器減少了輸入的失調(diào)電壓，提高了輸入的共模范圍，第二級(jí)采用共源放大器得到了高的電壓增益，輸出級(jí)采用CMOS倒相器結(jié)構(gòu)簡單，提高了輸出的驅(qū)動(dòng)能力、減少了輸出波形的上升沿和下降沿的時(shí)間。從仿真結(jié)果看，該電壓比較器達(dá)到了預(yù)期的效果，可用于A/D轉(zhuǎn)換器、編譯碼器、高精度測(cè)時(shí)電路中。

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作者簡介

茍欣（1991-），男，陜西省漢中市人。現(xiàn)為寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生在讀。研究方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)。

楊鳴（1963-），男，浙江省寧波市人。現(xiàn)為寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院研究員，主要從事光機(jī)電一體化和高分辨率自動(dòng)顯微鏡方面的研究。

電壓比較器范文第2篇

制動(dòng)器按結(jié)構(gòu)特征分有鼓式制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器等，由于鼓式制動(dòng)器與盤式制動(dòng)器的動(dòng)力源都是采用電力液壓推動(dòng)器，因而只介紹電力液壓鼓式制動(dòng)器和電力液壓臂盤式制動(dòng)器。

關(guān)鍵詞：電力液壓鼓式制動(dòng)器；性能

中圖分類號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2013）17018401

1電力液壓鼓式制動(dòng)器的工作原理

兩個(gè)對(duì)稱布置的制動(dòng)瓦塊在徑向抱緊制動(dòng)輪產(chǎn)生制動(dòng)力矩，從而使制動(dòng)輪軸所受制動(dòng)力抵消，鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，緊閘和松閘動(dòng)作快，但沖擊力大。在橋架類型起重機(jī)上大多采用這種制動(dòng)器。

2制動(dòng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)制動(dòng)性常用的兩個(gè)指標(biāo)是：

制動(dòng)效能：制動(dòng)效能指制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的制動(dòng)減速度所經(jīng)過的制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間；

制動(dòng)效能的恒定性：制動(dòng)效能的恒定性指制動(dòng)器抵抗制動(dòng)效能變壞的能力，如抗熱衰退性能，即長時(shí)間反復(fù)制動(dòng)使制動(dòng)器發(fā)熱時(shí)，制動(dòng)效能的保持能力。

3電力液壓鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)有鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)臂形狀特征分為直臂結(jié)構(gòu)、雙彎臂結(jié)構(gòu)、單彎臂結(jié)構(gòu)、彎臂結(jié)構(gòu)；彈簧的安裝形式分為橫簧和豎簧。

直臂結(jié)構(gòu)：簡單、工藝性好，使用中制動(dòng)臂不受橫向力，適應(yīng)制動(dòng)輪正反轉(zhuǎn)向性能好、但是它的閘瓦摩擦片上、下兩片磨損不均，上邊在開閘狀態(tài)還易于浮貼制動(dòng)輪，加快磨損和輪的發(fā)熱，因此開閘間隙必須加大而延長了制動(dòng)時(shí)間。

彎臂結(jié)構(gòu)：克服了摩擦不均的弊病，可使退距盡量變小，提高制動(dòng)性能。

橫簧結(jié)構(gòu)：動(dòng)作較靈敏，但剛度要求高，且制動(dòng)襯墊摩擦過程中，力矩降的快。

豎簧結(jié)構(gòu)：制動(dòng)力矩直接顯示，調(diào)整方便直觀。

性能安全可靠，制動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作頻率高；

主要擺動(dòng)鉸點(diǎn)裝有自軸承，傳動(dòng)效率高，壽命長，使用過程中無需；

無石棉制動(dòng)襯墊與制動(dòng)瓦塊采用卡裝插入式、安全可靠，更換方便，快捷；

聯(lián)鎖式等退距裝置，使用過程中始終保持兩側(cè)瓦塊退距均等，避免因退距不均使一側(cè)制動(dòng)襯墊浮貼制動(dòng)輪的現(xiàn)象。

4電力液壓盤式制動(dòng)器工作原理

其上閘力是軸向力，成對(duì)互相平衡，但其摩擦力對(duì)制動(dòng)輪軸產(chǎn)生制動(dòng)力矩，其大小依制動(dòng)塊的數(shù)目與安裝而定。這種制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)同一直徑的制動(dòng)盤可采用不同數(shù)量的制動(dòng)塊以達(dá)到不同的制動(dòng)力矩。制動(dòng)塊的形狀是平面的，摩擦面易于跑合，有時(shí)制動(dòng)盤做成通風(fēng)盤，更易于散熱。體積小、質(zhì)量小，動(dòng)作靈敏，摩擦面積大，制動(dòng)力矩大。它較多地應(yīng)用于各類起重中。

5電力液壓盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，摩擦片磨損均勻，使用壽命長。

（2）制動(dòng)盤對(duì)摩擦片無摩擦增勢(shì)作用，制動(dòng)效能受摩擦系數(shù)的影響較小。因此，制動(dòng)器的穩(wěn)定性較好。

（3）兩摩擦面為平面接觸，制動(dòng)瓦退距小，因此兩摩擦面貼合面積較大，制動(dòng)平穩(wěn)沖擊小。

（4）易采取有效的散熱措施（如在制動(dòng)盤中開設(shè)通風(fēng)道），散熱面積大，因此散熱性能好。

6電力液壓鼓式制動(dòng)器和電力液壓臂盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)比較

6.1制動(dòng)臂

鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)臂現(xiàn)在大都由兩片鋼板組成，形狀做成直的或彎的，主要由鉸點(diǎn)的位置決定。直的制動(dòng)臂可以保證制動(dòng)輪軸不受彎曲力，彎的制動(dòng)臂使下鉸點(diǎn)（固定鉸點(diǎn)）向內(nèi)移，可以增大制動(dòng)瓦塊的包角。而液壓臂盤式制動(dòng)器的制動(dòng)臂也是由兩片鋼板組成，形狀做成了半直半彎的。

6.2等退距結(jié)構(gòu)

液壓臂盤式制動(dòng)器的聯(lián)鎖式等退距均等裝置，在使用過程中可始終保持兩側(cè)瓦塊退距均等，完全避免了因退距不均使一側(cè)制動(dòng)襯墊浮貼制動(dòng)盤的現(xiàn)象，并設(shè)有瓦塊自動(dòng)隨位裝置。

6.3襯墊磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置

制動(dòng)器在使用壽命期間不需要更換襯墊，若使用磨損補(bǔ)償裝置，則不需人工調(diào)節(jié)推桿的補(bǔ)償行程，可使瓦塊退距和制動(dòng)器力矩在使用過程中保持恒定。

6.4軸承

主要擺動(dòng)鉸點(diǎn)均設(shè)有自軸承，傳動(dòng)效率高。

（1）鼓式制動(dòng)器的杠桿結(jié)構(gòu)簡單，橫簧結(jié)構(gòu)不分左右式手動(dòng)裝置，豎簧結(jié)構(gòu)和液壓臂盤式制動(dòng)器分左右式手動(dòng)裝置。

（2）制動(dòng)瓦與制動(dòng)臂采用銷軸鏈接，制動(dòng)襯墊鉚接或插裝在制動(dòng)瓦上，更換十分方便。

電壓比較器范文第3篇

關(guān)鍵詞 配電變壓器；空載損耗；負(fù)載損耗；負(fù)載率；有功損耗

中圖分類號(hào)TM40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）84-0039-03

配電變壓器是電力系統(tǒng)的末級(jí)變壓器，其損耗約占全網(wǎng)損耗的20%左右，因此降低配電變壓器的損耗對(duì)節(jié)能環(huán)保具有相當(dāng)重要的意義。

2011年8月《國家電網(wǎng)公司第一批重點(diǎn)推廣新技術(shù)目錄》中要求2012年起，新增配電變壓器全部采用節(jié)能型配電變壓器。推廣目錄中對(duì)節(jié)能型配電變壓器的定義為“S13及以上型號(hào)的系列配電變壓器、非晶合金鐵心變壓器和調(diào)容變壓器”。

以下對(duì)SH15、S14及S15高節(jié)能型配電變壓器的節(jié)能效果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 損耗值的比較

1）SH15型非晶合金配電變壓器的空載損耗約比S13型下降50%，負(fù)載損耗與S13型相同（見圖表1）；

2）S14型配電變壓器的空載損耗與S13型相同，負(fù)載損耗比S13型下降15%（見圖表1）；

3）S15型配電變壓器的空載損耗與S13型相同，負(fù)載損耗比S13型下降30%（見圖表1）。

注 1：S13型配電變壓器空載損耗約比S11型下降30%，負(fù)載損耗與S11型相同。

注2：S14及S15型配電變壓器的空載損耗相當(dāng)于歐盟指令EN 50464-1：2007中的A0級(jí)（空載損耗最低）；SH15型非晶合金配電變壓器的空載損耗則明顯優(yōu)于A0級(jí)（見圖表2）；

注3：S14型配電變壓器的負(fù)載損耗介于歐盟的Ak級(jí)與Bk級(jí)之間；S15型配電變壓器的負(fù)載損耗要優(yōu)于歐盟的Ak級(jí)；SH15非晶合金配電變壓器的負(fù)載損耗介于歐盟的Ck級(jí)與Bk級(jí)之間（見圖表3）。

注4：歐盟能效標(biāo)準(zhǔn)中空載損耗分為E0、D0、C0、B0、A0五個(gè)等級(jí)，其中A0的空載損耗最低；負(fù)載損耗分為Dk、Ck、Bk、Ak四個(gè)等級(jí)， 其中Ak的負(fù)載損耗最低。

圖表1 各類節(jié)能型配電變壓器損耗值比較

圖表2 空載損耗值與歐盟能效標(biāo)準(zhǔn)比較

圖表3 負(fù)載損耗值與歐盟能效標(biāo)準(zhǔn)比較

2 節(jié)能分析

在各地區(qū)及國家的能效標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于能效指標(biāo)的定義各有差異。北美、南美以及澳大利亞等國采用的是變壓器在50%負(fù)載率下的效率指標(biāo)，歐盟及中國采用空載損耗和負(fù)載損耗指標(biāo)，而日本和印度則采用一定負(fù)載率下的總損耗。盡管形式不同，但是三者都可以在同一的負(fù)載率、環(huán)境溫度、頻率和功率因素下進(jìn)行換算并比較，在這些因素中，變壓器負(fù)載率差異非常大。用戶類型不同，負(fù)荷增長不同，相應(yīng)的效率值也有很大不同（如商業(yè)和工業(yè)用戶、城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)），這對(duì)于效率影響非常大。高效運(yùn)行的變壓器，必須選擇合適的損耗比值。發(fā)達(dá)國家選購變壓器時(shí)，常考慮變壓器運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)載率，來決定它的損耗比。為了更好地理解負(fù)載率與空、負(fù)載損耗之間的關(guān)系，以下列舉了變壓器運(yùn)行時(shí)的幾個(gè)主要參數(shù)與負(fù)載率之間的關(guān)系來進(jìn)行分析和比較。

2.1 有功損耗比較

有功損耗率是指變壓器運(yùn)行時(shí)自身有功損耗占總有功損耗的比率。配電變壓器有功損耗率主要與變壓器的主要性能參數(shù)、功率因數(shù)以及負(fù)載率有關(guān)。

有功損耗率可按如下計(jì)算：

Δp%=（Po+Ktβ2Pk）/（βSNCOSθ+ Po+Ktβ2Pk） （1）

Po：空載損耗；

Pk：負(fù)載損耗；

Kt：負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)，一般取1.05；

β：平均負(fù)載率；

SN：變壓器額定容量；

COSθ：功率因數(shù)。

以額定容量50kVA、100 kVA、200 kVA、400 kVA為例，功率因數(shù)取0.9，各種負(fù)載率下的有功損耗率比較如圖表4。

圖表4 有功損耗率比較

由圖表4可以看出：

1）SH15非晶合金配電變壓器在負(fù)載率為20%～30%的情況下，其有功損耗率是最低的；

2）S14配電變壓器在負(fù)載率為30%～40%的情況下，其有功損耗率是最低的；

3）S15配電變壓器在負(fù)載率為30%～50%的情況下，其有功損耗率是最低的。

2.2效率特性對(duì)比

運(yùn)行中的變壓器損耗由兩部分組成，即空載損耗Po和負(fù)載損耗Pk，在滿載運(yùn)行下的負(fù)載損耗為Pk，實(shí)際運(yùn)行中的負(fù)載損耗為β2Pk ，β為負(fù)載率即運(yùn)行中的實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的比值。要節(jié)能必須要高效，一臺(tái)低損耗的變壓器也不是在任何負(fù)荷情況下都是高效的。變壓器的效率η是輸出的有功功率與輸入的有功功率的比較，具體表達(dá)公式為：

η=βSNCOSθ/（βSNCOSθ+ Po+β2Pk） （2）

由式（2）可以看出，變壓器的效率除了與容量大小和自身性能參數(shù)有關(guān)，還與負(fù)載率及功率因數(shù)有關(guān)。

以額定容量50kVA、100kVA、200kVA、400kVA為例，功率因數(shù)取0.9，各種負(fù)載率下的效率比較如圖表5。

由圖表5可以看出：

1）SH15非晶合金配電變壓器在負(fù)載率為20%～30%的情況下，其運(yùn)行效率最高；

2）S14配電變壓器在負(fù)載率為30%～40%的情況下，其運(yùn)行效率最高；

3）S15配電變壓器在負(fù)載率為30%～50%的情況下，其運(yùn)行效率最高。

由此可見，以上節(jié)能型配電變壓器有功功率損耗最低的負(fù)載率區(qū)段與其效率最高時(shí)的負(fù)載率區(qū)段是一致的。在該區(qū)段運(yùn)行，變壓器能發(fā)揮其高效特性，節(jié)能效果最好。發(fā)達(dá)國家選購變壓器時(shí)，常考慮運(yùn)行時(shí)變壓器的實(shí)際負(fù)載率，來決定其空負(fù)載的損耗比。而不同的損耗比也關(guān)系到變壓器的制造成本。

圖表5 效率比較

2.3 年綜合損耗比較

變壓器年綜合損耗可依據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

Pt=8760.［Po+β2Pk+C.（Q0+β2Qk）］ （3）

β：平均負(fù)載率；

Q0：空載無功損耗（Q0= SN.I0%×10-2）；

Qk：負(fù)載無功損耗（Qk= SN.Uk%×10-2）；

C：無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，此處取0.1；

I0：變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)；

Uk：變壓器短路阻抗百分?jǐn)?shù)；

SN： 變壓器額定容量。

以額定容量50kVA、100 kVA、200 kVA、400 kVA為例，各種負(fù)載率下的年綜合損耗比較如圖表6。

圖表6 年綜合損耗比較

由圖表6可以看出：

同容量的不同型號(hào)的配電變壓器

1）在負(fù)載率低于30%時(shí)，SH15非晶合金配電變壓器的年綜合損耗最低；

2）在負(fù)載率大于50%時(shí)，S14型配電變壓器的年綜合損耗要低于SH15非晶合金配電變壓器；

3）在負(fù)載率大于40%時(shí)，S15型配電變壓器的年綜合損耗最低。

3 結(jié)論

1）SH15非晶合金配電變壓器在平均負(fù)載率較低時(shí)（20%～30%）有功損耗率最低，效率較高。在年平均負(fù)載率小于30%的情況下，應(yīng)用SH15非晶合金配電變壓器節(jié)能效果比較明顯；

2）S14型配電變壓器在平均負(fù)載率為30%～40%時(shí)，有功損耗率最低，效率較高。在年平均負(fù)載率大于40%的情況下，使用S14型配電變壓器節(jié)能效果較好；

3）S15型配電變壓器在平均負(fù)載率為30%～50%時(shí)，有功損耗率最低，效率較高。其年綜合損耗率要低于S14型配電變壓器，在年平均負(fù)載率大于30%的情況下使用節(jié)能效果顯著。

電壓比較器范文第4篇

關(guān)鍵詞:放大器;塑封機(jī);自動(dòng)控制

中圖分類號(hào):P303+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-0992(2010)06A-0044-01

電子塑封機(jī)采用特殊膠片(護(hù)卡膜)把證件(如身份證等)、彩色照片資料等牢固地封裝起來。

1設(shè)計(jì)

1.1 原理框圖

FK-160型機(jī)電原理圖如圖1

圖2為電子控制部分的框圖。其中ND為小型單相交流電動(dòng)機(jī),電機(jī)帶動(dòng)兩對(duì)膠輥?zhàn)飨鄬?duì)轉(zhuǎn)動(dòng),夾在護(hù)卡膜里的塑料封件經(jīng)過膠輥的加熱,加壓后牢固密封。

電子控制器的工作原理:

2單元電路

2.1 單相電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)自動(dòng)控制電路

工業(yè)上一般采用電容啟動(dòng)式單相電動(dòng)機(jī),其正反轉(zhuǎn)接法分別如圖3、圖4所示,圖中u1.u2是主繞組,w1,w2是副繞組,v1,v2是接移相電容,移相電容與副繞組串聯(lián),由圖2接法改為圖3接法后,正、反轉(zhuǎn)是通過改變其接線端子的連接來實(shí)現(xiàn)的流入主繞組的電流方向不變,而流入副繞組的電流方向改變,兩種接法的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向不同,因而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不同。

2.2 電壓比較器(電壓比較放大器)

2.2.1 過零電壓比較器(Ur=0)

在反向過零電壓比較放大器電路中,運(yùn)放里開環(huán)應(yīng)用Ui輸入信號(hào)UR是參考電壓。

由理想運(yùn)放條件:當(dāng)Ui

Ui> UR時(shí),輸出U0=-U0m

因此根據(jù)輸入電壓的極性可判斷Ui是大于還是小于UR的,如果將同相端直接接地就構(gòu)成一過零電壓比較器 。輸入U(xiǎn)i 從負(fù)值進(jìn)入正值,在過零處,輸入電壓的極性發(fā)生變化,從(+U0m)跳變?yōu)?-U0m)。比較器的輸出電壓U0與輸入電壓Ui的 關(guān)系和輸入―輸出特性曲線(又叫轉(zhuǎn)移特性曲線)。過零比較器(下行)的U0―Ui曲線如圖a所示。

進(jìn)入正值,在過零處,Uo從(+Uom)變?yōu)?-Uom),這樣的Uo―Ui特性稱下行特性,如圖1(a)所示。

在(b)同相輸入上行過零比較器電路中有:

Ui

Ui>UR時(shí),輸出Uo=+Uom,與(a)反向輸入下行過零比較器相反。

2.2.2單限電壓比較器(UR≠0)

參數(shù)電壓UR≠0的比較器稱為單限電壓比較器,有反向輸入單限電壓比較器和同相輸入單限電壓比較器兩種它與過零電壓比較器的區(qū)別僅在與輸出電壓Uo極性電壓變化發(fā)生在Ui=UR處反相輸入比較器,其Uo―Ui特性如圖3所示。

2.2.3遲滯電壓比較放大器

2.2.3.1 如果在過零電壓比較器單限電壓比較器電路中引入正反潰,這時(shí)比較器的輸入、輸出特征曲線具有遲滯線形狀,這種比較器稱為遲滯比較器(或滯回比較器)。

電阻Rf.RF構(gòu)成正反饋電路,反饋信號(hào)作用于同相輸入端,反饋電壓為:uf=(Rf/Rf+RF).Uo

2.2.3.1.1 而vf=uf=(Rf/Rf+RF).Uo

2.2.3.1.2 同相輸入遲滯比較器的反相輸入端的電壓是:U=ER………..(8)

同相輸入端的電壓Uf可用疊加方法求出,有 Uf=RF*ui/(Rf+RF)+Rf*Uom/Rf+RF……………………(9)

2.2.4 常用的電壓比較器有三種:過零電壓比較器,單限電壓比較器,遲滯電壓比較放大器,集成電壓比較器。

2.2.5 集成電壓比較器

以上介紹的各種比較器,既可以通過集成運(yùn)算放大器組成,也可以采用專用的集成電壓比較器。但集成運(yùn)算放大器工作速度相對(duì)于集成電壓比較器較慢,如果要求得到同樣的響應(yīng)時(shí)間,專用集成電壓比較放大器的價(jià)格比較低。其次,專用集成電壓比較放大器的輸出電平一般可直接與TTL等數(shù)字電路兼容,而通過集成運(yùn)算放大器的輸出電平通常比較高,為了適應(yīng)數(shù)字電路的邏輯電平,常常需要另外增加限幅措施。

結(jié)論:

塑料封裝機(jī)溫控電源的設(shè)計(jì)造型美觀新穎,操作簡單方便,預(yù)熱迅速,升溫均勻,控溫穩(wěn)定,封塑質(zhì)量極佳。封塑后的照片等資料能防水、防潮、防涂改,美觀堅(jiān)挺不褪色,可長期保存。具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

電壓比較器范文第5篇

關(guān)鍵詞：PWM　LM339　直流電機(jī)　控制器

中圖分類號(hào)：TM33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-3973（2012）008-030-03

1 引言

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、轉(zhuǎn)矩性能，適于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多電力拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)小型直流電機(jī)平滑調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)開發(fā)的控制器。在設(shè)計(jì)中選用模擬電路集成電路芯片作為控制器核心，舍棄了單片機(jī)控制的方法，控制功能完全由硬件電路完成，提高了工作的可靠性，同時(shí)降低了成本。

2 直流電機(jī)調(diào)速原理

早期的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用改變電樞回路中的電阻的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法結(jié)構(gòu)簡單；但效率低，串入電阻后電機(jī)機(jī)械特性變軟，不能實(shí)現(xiàn)大范圍和無級(jí)調(diào)速的性能。目前常用是PWM斬波技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的寬范圍無級(jí)變速。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n特性公式為 式Ua為電樞供電電壓，Ia電樞電流，%O為勵(lì)磁磁通，R為電樞回路總電阻，CE為電勢(shì)系數(shù)， （p為電磁對(duì)數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導(dǎo)體數(shù)）。改變輸入電壓Ua就可以對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案主要由兩部分組成：控制電路部分和主電路部分。主電路采用BUCK降壓斬波拓?fù)洌捎谥绷麟姍C(jī)屬于感性負(fù)載，為防止MOS管在關(guān)斷期間發(fā)生擊穿，在電機(jī)兩端并聯(lián)二極管進(jìn)行續(xù)流。控制電路主要產(chǎn)生PWM波形，并提供各種過流、過熱保護(hù)。

3.1 主電路

主電路如圖1所示。

由于電機(jī)為感性負(fù)載，在圖中將電機(jī)以L進(jìn)行替代，則輸出電壓（%Z為導(dǎo)通占空比，UO是負(fù)載電壓，E是電池電壓）通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來控制流過電機(jī)的電流大小。電容主要進(jìn)行濾波，減小電池電壓波動(dòng)的影響；采樣電阻的作用是電流采樣，進(jìn)行過流保。

3.2 控制電路

在控制電路中選用LM339電壓比較器芯片引腳圖如圖2，其內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，是很常見的模擬集成電路，可以方便的組成各種電壓比較器電路和振蕩器電路，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。用LM339產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)和參考信號(hào)經(jīng)過一個(gè)比較器產(chǎn)生PWM波形。鋸齒波電路如圖3，上電時(shí)電容開始充電，電壓增加。11腳電位高于10腳，比較器13腳輸出高電平。10腳的波形就是電容的充電過程曲線，也就是鋸齒波的上升沿。隨著電容不斷充電，10腳電位不斷升高，當(dāng)高于11腳時(shí)電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平，這樣原來截止的負(fù)反饋回路導(dǎo)通，電容通過這個(gè)回路向13腳迅速放電。10腳波形就變成了電容的放電曲線，鋸齒波的下降沿。

10腳電壓隨電容不斷放電而減小，當(dāng)其電壓小于V11，時(shí)比較器又翻轉(zhuǎn)，電容重復(fù)充電過程，如此往復(fù)下去就形成了連續(xù)的鋸齒波形。PWM波形產(chǎn)生電路如圖4所示。加速器的輸入信號(hào)為0～5V，鋸齒波幅值為0～5V，當(dāng)加速信號(hào)高于鋸齒波信號(hào)時(shí)比較器輸出高電平，鋸齒波電平高于加速信號(hào)電平，比較器輸出低電平，通過對(duì)加速信號(hào)的調(diào)節(jié)，改變比較基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。

3.3 過流保護(hù)電路

為保障電路板的安全以及電池電機(jī)的安全，需要在控制電路中加上過流保護(hù)，來限制主電路的最大電流，防止由主電路過流引起的安全事故的發(fā)生。過流保護(hù)由一個(gè)比較器和一個(gè)運(yùn)放組成如圖5，圖中R為康銅絲采樣電阻，由于這種電阻阻值很小，通20A電流時(shí)僅產(chǎn)生百毫伏的分壓，需要對(duì)采樣電壓進(jìn)行一級(jí)放大，放大采用MCP6282，然后送到比較器，通過與設(shè)定的基準(zhǔn)的比較，決定輸出保護(hù)信號(hào)電位的高低。

設(shè)計(jì)過流保護(hù)具有自鎖和自啟動(dòng)功能，在PWM的一個(gè)周期內(nèi)當(dāng)有過流發(fā)生時(shí)，比較器輸出過流保護(hù)信號(hào)并自鎖，使比較器在這一個(gè)周期內(nèi)一直輸出過流信號(hào)而不受采樣電壓的影響，當(dāng)下一個(gè)周期來臨時(shí)，過流保護(hù)信號(hào)自鎖解除，比較器仍根據(jù)采樣電壓判斷是否輸出過流信號(hào)，此自啟動(dòng)功能由峰值電流調(diào)控來實(shí)現(xiàn)。如圖5所示。

圖5中，正相輸入端5腳為采樣電壓信號(hào)，反相輸入端4腳為基準(zhǔn)電壓，當(dāng)5腳電位高于4腳電位，即過流時(shí)，比較器輸出端2電位變高，三極管Q導(dǎo)通，使得與之聯(lián)通的PWM信號(hào)被封鎖，實(shí)現(xiàn)了過流保護(hù)。在未過流前，比較器輸出為低，正反饋回路由于二極管的作用被關(guān)斷，5腳電位不受其影響。過流時(shí)，比較器輸出端翻轉(zhuǎn)為高電平，通過正反饋回路使5腳電位變?yōu)?(比較器高電平輸出近似為 )調(diào)整R22，R19的阻值使得V5大于基準(zhǔn)電壓4引腳處電位，則比較器輸出端一直為高電平，從而不受采樣電壓的影響，實(shí)現(xiàn)過流自鎖功能。自啟動(dòng)功能由二極管D4實(shí)現(xiàn)，D4的陰極接到鋸齒波發(fā)生電路的放電端，即圖3中的13腳，在一個(gè)周期內(nèi)電容未放電時(shí)，13腳為高電平，但由于二極管的作用，此時(shí)對(duì)5腳電位無影響。電容放電時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，13腳為低電平，在這段時(shí)間內(nèi)5腳電位被拉低，這樣每個(gè)周期內(nèi)5腳電位都會(huì)被拉第一次。一旦過流保護(hù)被自鎖，下一個(gè)周期內(nèi)，由于5腳電位被拉低，比較器就會(huì)解除自鎖，實(shí)現(xiàn)重啟動(dòng)。

3.4 欠壓保護(hù)電路

隨著電池電量的減小，電池兩端的電壓會(huì)下降，如果不采取措施會(huì)使電池過放電，影響電池壽命。

欠壓保護(hù)由一個(gè)比較器來實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。反相輸入端6腳為基準(zhǔn)電壓，同相輸入端7腳是經(jīng)過分壓處理后的電池電壓信號(hào)。比較器輸出端1腳通過反接一個(gè)二極管接到加速信號(hào)。當(dāng)電池電壓正常時(shí)，比較器輸出端為高電位，由于二極管的作用高電位對(duì)加速信號(hào)沒有影響。當(dāng)電池欠壓時(shí)，7腳電位小于6腳電位，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，1腳變?yōu)榈碗娖剑M(jìn)而將加速信號(hào)拉低為低電平，這樣PWM信號(hào)就會(huì)變?yōu)榈停瑥亩怪麟娐窋嚅_，電池停止放電，這樣就起到了欠壓保護(hù)的作用。

3.5 過熱保護(hù)電路

如圖7所示，其中二極管正端接加速信號(hào)端。熱保護(hù)用一個(gè)運(yùn)放就能完成保護(hù)功能，運(yùn)放的反向輸入端是基準(zhǔn)電壓用來設(shè)定溫度上限，同向輸入端負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻采樣分壓。熱敏分壓高于基準(zhǔn)電壓，運(yùn)放輸出高電平，二極管截止。當(dāng)溫度高時(shí)，熱敏的阻值變小，分壓變小，比較器輸出低電平，二極管導(dǎo)通，電平將加速信號(hào)拉低，PWM輸出變低，從而起到了保護(hù)的作用。

4 調(diào)試結(jié)果

經(jīng)過調(diào)試和測(cè)試，控制器PWM驅(qū)動(dòng)波形如圖8所示波形比較好沒有毛刺。過流響應(yīng)如圖9所示，響應(yīng)速度快。MOS管驅(qū)動(dòng)波形如圖10所示與PWM波形有很好的一致性。接入電機(jī)上電實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，平滑性也比較好。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)小型直流電機(jī)控制原理簡單，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。輸出峰值功率可達(dá)1KW。該設(shè)計(jì)采用PWM直流斬波技術(shù)構(gòu)成的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)速度的控制，在保護(hù)方面能夠?qū)﹄姵匾约翱刂破鞅旧淼谋Ｗo(hù)，啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無沖擊。特別是該系統(tǒng)應(yīng)用單純的模擬系統(tǒng)，為低成本直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)開辟了新的道路。

參考文獻(xiàn)：

[1]　汪玉成.直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化,2007(05Z):389-389.

[2]　康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.