基于AVR单片机的激光电源闭环控制系统设计
摘 要：为使激光器稳定输出，采取控制驱动电流和温度的设计方案，基于AVR单片机设计一种半导体激光器驱动电源控制系统。采用负反馈原理和闭环控制思想分别实现对驱动电流和温度的控制，从而完成高性能半导体激光器的研制。采用AVR作为主控制芯片，以模数、数模等转换芯片作为其外部扩展电路。为保护激光器和其他易损元件，整个驱动电路具有抗电冲击和过流保护等多种功能。通过实验证明：该系统能使激光驱动电路1 h内偏差为0.02%，稳定性良好，温度控制偏差为±0.005 ℃。该电源控制系统可靠性高，可移植性强，具有较好的应用前景。
关键词：激光器驱动电源；驱动电流；温度；负反馈；闭环控制
文献标志码：A
0 引 言
因激光束高度的指示性及高亮度的特性，激光器在精密加工、光譜学、医疗、通信、测量及军事等领域得到广泛应用。研究和开发新的激光器，至今仍是世界各国的研究热门。半导体激光器（laser diode，LD）是一种电流注入式电致发光的二极管，外加电流使其产生大量电子和空穴，电子空穴的复合激发出新的光子。激光器合理的结构、合适的供电系统及温控系统是激光器能够安全可靠工作的3个关键因素。
目前我国对半导体激光器驱动电源的研究不够全面，研究成果多集中于连续激光输出[1-2]和低占空比激光输出[3-4]的半导体激光驱动电源。因此，为提高激光器性能，解决驱动电源的问题和保护电路，设计和开发有效的驱动电源控制系统非常重要。
本文针对我国目前不稳定、低占比的激光输出问题，在研究激光器工作原理及特性的基础上，发现驱动电流和温度的稳定性直接影响激光器输出的稳定性。因此，采用AVR单片机设计了高效的驱动电源控制系统。
1 总体结构框图
整个系统结构框图如图1所示，分为9个主要部分：上位机（personal computer，PC）、总控系统控制板、温控电源、温控系统（热敏电阻和制冷器）、激光器电源、激光器系统、声光Q开关驱动电源、声光Q开关、采集系统[5]。总控系统控制板以AVR单片机（ATxmega128A1）为核心，由多路测量信号调理电路、输出模拟信号和数字信号的隔离和驱动电路、通信单元、脉冲调制成形单元等电路组成。
2 激光器电源控制系统设计
总控系统控制板采用主从控制方式，主机为PC机，从机采用AVR单片机作为控制核心。主机与从机之间的信息交互采用控制器局域网（controller area network，CAN）通信实现两者参数、指令及实时数据的传递。利用CAN控制器可以实现单片机多机系统对等式通信[6]。
总控系统传递来自PC机的激光器电源参数，同时实时处理和传递其电压、电流和激光器系统的温度，防止系统因超压、超流、超温引发故障。
总控系统控制板控制声光Q开关驱动电源的关断和开启，设置声光Q开关重频、脉宽，并监测其电压、电流，从而保证声光Q开关正常工作，它在激光光路中起到开关作用，把需要的激光释放出来，把不需要的光锁住。
同时，总控系统控制温控电源的关断和开启，在温控系统监测下，保证激光器系统正常工作。
3 激光器电源硬件电路原理图
3.1 电流源设计
电流源[7]设计采用负反馈原理控制驱动电流的输出，通过软件和硬件反馈两种方式来达到精确控制电流的目的。为保证足够的电流和功率，一方面在硬件上需要选取合适的功率、电流放大器件；另一方面，选用控制理论中的闭环控制思想。基本原理如图2所示，这里，上位机预设电源的电流值，通过单片机、外部数模转换（digital to analog converter，DAC）芯片，输出电流控制信号；再经过放大器、功率放大电路、负载输出驱动电流驱动激光器；同时，将与激光器串联的负载两端的电压通过比例放大环节反馈回放大器输入端，形成反馈回路。由基本电路理论[8]可以推出：
由式（1）可以得到，驱动电流I与设定的电压Uset有如下关系：
由此可以看出驱动电流I与设定的电压Uset成线性比例关系。可以通过调节负载R3的值，调节驱动电流的大小。
同时，对负载两端的电压值进行采样转换，并将数据传输到单片机，在程序中根据该数据选择一定的算法计算并调整输出值，使实际值逼近给定值。
3.2 温控系统设计
精确控制激光器的工作温度可以实现激光器输出稳定的波长[9]。半导体制冷器可制冷可加热，与被控对象半导体激光器结合，可实现温度的改变，这里将制冷器作为执行机构控制激光器的温度。为了提高控制精度，采用闭环负反馈温控系统，结构如图3所示，单片机以温度设定值和采样值之差作为控制信号，控制制冷器，从而实现对温度的自动控制。温控系统的温度采样电路如图4所示。由于温度是非电量，因此，对温度的检测与控制需要使用传感器或温度热敏元件。激光器温度变化会引起热敏电阻阻值的变化，从而引起电路上电压的变化，经过运算放大器，进入模数转换（analog to digital converter，ADC）芯片，送入AVR单片机。在AVR单片机编程环境下通过算法处理获取温度值从而控制制冷器保证激光器温度的稳定。
3.3 过流保护电路
由于激光器在一个大的电压瞬变过程或持续一段时间的电流浪涌情况下会导致输出功率下降甚至损坏，一个可靠的防护系统就显得至关重要。为解决绝缘栅双极性晶体管的过流击穿问题，有实验分别设计了过载保护电路和短路保护电路[10]。本文采用硬件与软件相结合的方式对激光器进行過流保护，具体电路如图5所示。硬件采样电路采集负载的电压值放大后和电压上限值比较，获得是否过流的信号；该信号再以中断的方式送入AVR单片机，一旦触发中断，则跳转到中断服务程序，进行过流保护。在该电路中，电压上限值可通过变阻器改变。
4 激光器电源软件设计
4.1 控制系统软件设计
软件设计主要实现对半导体温控系统和激光器输出参数等进行采集、数据判断和控制。工作状态转移图如图6所示，整体包括以下功能：状态及参数检测、工作参数传递及输出条件判断、激光器正常输出、激光器异常报警。
电源控制系统的软件设计采用状态机方式[11]，整个流程主要分为自检态、待机态、输出态、故障态4个状态。开机上电初始化CAN模块、ADC模块、DAC模块，启动自检程序，正常则进入待机态。在自检态中打开温控电源，传递来自上位机的工作参数，并判断温控系统电压、电流、温度是否达标。如果监测的各指标符合激光器出光条件后，进入待机状态，在待机态中，监测各电源的电压、电流、温度。如果出现故障，进入故障态；如果接收到激光器输出指令，则打开Q开关、LD泵浦电源，30 min定时开始，进入输出态。在输出态，监测各工作参数，如果有故障，关闭电源，进入故障待机状态；如果接收到PC机的输出停止命令或者30 min定时到，则关闭LD泵浦电源，回到待机状态。在故障态，报警相应故障。如果接收到来自PC机的故障复位指令，则回到自检态。
4.2 上位机软件设计
为模拟调试系统，实现指令（包括激光器系统工作参数、故障复位等）的设置和显示等功能，采用Visual C++软件设计了激光器上位机监控界面。具体流程图如图7所示。
5 实验结果
激光器上位机监控设计界面如图8所示，从该界面可以看出激光器电源控制系统的整体功能：PC机通过CAN口与AVR单片机实现连接后，设置Q开关频率和脉宽，激光器电流、频率及占空比，点击“输出”控件，就可以实现激光器的出光。同时，可以通过PC机反馈各工作参数的实际值了解各模块的工作状态，对应指示灯则用于相应的故障报警（如超流、超温）。
设置温度与实测温度差值关系如图9所示，由此可见，温度控制偏差为±0.005 ℃。
实验表明，输出电流与设置电流之间线性度高。在此，设置驱动电流5 A，每隔1 min实测1 h内输出电流值，由此绘出1 h内60个输出电流值，如图10所示。由图10可得电流稳定性散点图，如图11所示。由此可见，控制系统能使激光驱动电路1 h内偏差控制在0.02%，稳定性良好。
6 结束语
本文采用自顶向下的设计方法，并在实验室和工业现场上进行了调试，主要调试的项目包括检测各设备是否超温、超流，在各设备正常工作的情况下实现了激光器的稳定输出，达到了设计要求。采用状态机的方式，整个系统框架清楚明了，便于阅读、理解、维护，可靠性强。
参考文献
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（编辑：莫婕）
作者：郭丽萍 张艳荣 林思苗
随着节能、再生能源、“绿色”和电子设备必须遵守强制性能效规范，以及便携装置小型化多功能的发展趋势，要求电源与电源管理必须提高电源效率、降低待机功耗、改善功率因数、高功率密度、高可靠性、高集成度、小尺寸、安全和低成本。
为了向读者介绍最新的电源与电源管理技术，本刊采访了一些著名公司，包括Ns，Maxim，Linear，ON Semiconductor，Microchip，Fairchild，Renesas Technology，Infineon等，他们就电源与电源管理技术的发展趋势、创新技术、新产品及其应用、典型解决方案等发表了独特见解。下面是访谈录。
电源供应及电源管理技术将朝着以下的几个方向发展：
容易使用：
可靠的防护设计：
较高的功率密度。
容易使用
许多客户都并非电源管理技术的专家，他们只想利用高效率的开关稳压器为他们设计的电路提供稳压供电。自1990年以来，美国国家半导体(NS)便一直为客户提供Simple Switcher开关稳压器。目前推出的 Simple Switcher开关稳压器及SimpleSwitcher控制器属于第5代的产品，其特点是适用于宽输入电压范围。而且体积极小，但可以输出极高的电流，只需极少外置元件。美国国家半导体的WEBENCH设计工具一直大受客户欢迎。现在这套工具的功能又有进一步的提升，以便客户设计新产品时可以获得更可靠的技术支持。WEBENCH设计网页是个一站式的设计平台。客户可以通过这个平台挑选电源管理芯片，就电路设计进行模拟测试，以便微调及优化系统设计，而且整个设计过程只需几分钟便可完成。
可靠的防护设计
若要确保产品高度稳定可靠，客户必须采用加设了可靠防护装置的电源管理产品。许多新推出的电源管理产品都有基本的周期限流功能，以免系统出现过载及短路情况。此外，许多新产品还另外提供多一重的防护。例如打嗝或电压/频率折回(foldback)功能。美国国家半导体降压稳压器的限流保护点非常准确。以LMZ0000系列降压稳压器为例，在指定温度范围内的温度操作，这系列产品的限流值都极为准确，偏差不会超过±10%。相较之下，市场上同类产品的偏差率高达±20%至30%。
较高的功率密度
由于供电系统占用越来越少印制电路板的板面空间，因此电源管理解决方案的功率密度必须不断提高。目前有多个办法可以解决这个问题，例如采用更高的开关频率、更先进的封装技术以及更精密的生产工艺。作为电源管理芯片生产工艺的领导者，NS拥有先进的技术及丰富的设计经验，因此可以解决客户的供电系统设计问题。
NS响应电源管理技术的发展趋势推出多款新产品，其中包括以下几种。
LM2267x及LM22680芯片(属于第5代Simple Switcher的产品)适用于宽输入电压范围(4.5V至42V)，而且可以输出高达5A的电流。客户可以利用WEBENCH设计工具挑选合适的Simple Switcher开关稳压器，然后按照自己的要求设计电源供应系统，整个设计过程只需几分钟便能完成。
LM20000系列降压稳压器是设计高能源效率、高度可靠电源供应系统的理想解决方案。LM20000系列芯片与Simple Switcher开关稳压器大致相同，共有14个不同的型号，各有不同的电压及电流额定值。这系列芯片的限流值保护点非常准确，偏差不超过±10%，而且一旦过载情况持续，会利用电压/频率折回功能解决问题。
LM34917A是另一款高功率密度的稳压器芯片。这款开关稳压器适用于高输入电压，而且方案体积小巧，最适用于汽车摄影机等必须采用高输入电压的系统。1.25A的LM34917A开关稳压器可以承受高达33V的输入电压，而且采用只有1.97×2.30mm2的μSMD封装。
电源与电源管理的发展趋势是：
安全、可靠的电池充电器设计仍然是便携式消费类产品关注的问题。Maxim利用专有的半导体工艺，将高压充电FET集成在PMIC内部，无需外部过压保护电路即可保证充电的安全性。MAX8677A允许Ac适配器输入和USB输入，内部功率开关和控制电路实现充电/系统供电电源的智能选择。系统供电管理电路可以在没有电池连接或电池已经深度放电、或者是给设备充电时，继续为负载供电。
功能越来越丰富、尺寸越来越小。例如：在手机，特别是智能手机中集成wiFi、GPS、8M像素照相机、QWERTY键盘等功能：Maxim创新的模块化设计可大大降低系统成本和元件数量，较高的开关频率允许使用微小的外部元件。从而为便携产品设计提供强大支持。不同的手机制造商会采用不同的基带和应用处理器，Maxim PMIC：的模块化设计能够针对用户的特殊需求，提供定制设计。
MAX8660/MAX8661 PMIC专为基于第三代MarvelI Xscale技术的Monahans应用处理器而设计，可以支持Xscale处理器工作于智能手机、PDA、便携媒体播放器，GPS导航器以及其它需要大量计算和多媒体能力的低功耗设备中。MAX8660在5mm×5mm×0.8mm、40引脚TQFN封装内集成有8路高性能、低工作电流的电源，I2C接口，以及监控功能。器件完全兼容于Monahans电源的I2C寄存器设置，满足所有Monahans处理器的电压门限、电源排序以及上电斜率要求。该器件的高度兼容性可使软件开发和上市时间最小化。
3G是2009年到2010年的目标市场，高效的PA电源管理方案有助于延长电池的使用寿命，Maxim针对高端智能手机推出了可动态调节PA集电极电压的电源管理IC MAX8805。器件采用2ram×2mm晶圆级封装(WLP)，用于支持WCDMA/NCDMA功率放大器(PA)供电。内部集成了高效降压转换器，适用于中等功率和小功率无线传输应用，同时还具有60mQ的旁路FET，可提供1.5A的峰值电流。
通过分析若干即将在LED驱动器IC需求量增长过程当中发挥作用的“催化剂”，我们不难发现LED将迅速成为一种主流照明光源。其中的4个主要的推动力是汽车照明、LED光输出、LED成本因素及其有望取代白炽灯泡的潜在用途。
许多中高档多媒体移动电话、PMP播放器和DSC基本上都采用具1Ah至1.2Ah容量的电池，而迷你型亚笔记本电脑/平板个人电脑则采用1.5Ah-2Ah容量电池。因此，凌力尔特(Linear)采用专利热调整电路的线
性电池充电器产品线成功地解决了由高电流线性稳压器所引起的潜在热问题(当充电器IC位于器件内部时)。由于电池容量的增加以及人们对快速充电时间需求的继续存在，因此对于保持合理的PCB温度而言，线性热调整将变得日益重要起来。此外，如果需要大于IA的电池充电电流，凌力尔特则为客户提供了效率接近95%的单片式同步开关电池充电器，从而能够最大限度地减少热设计的约束。
凌力尔特的LTC3562是一款四通道、高效率、2.25MHz、同步降压型稳压器，能够从一个3mm×3mmQFN封装桌提供双通道600mA和双通道400mA连续输出。每个通道都能够通过板载I2C接口(两个通道通过I2C，两个通道通过RUN引脚)进行独立控制(包括输出电压)，从而使其适合于诸如微处理器等要求动态调整输出电压的应用。
凌力尔特拥有众多旨在满足LED驱动设计要求的产品。LT3595、LT3518和LT3755便是部分产品实例。
LT3595降压模式LED驱动器具有16个单独的通道，备通道能够从高达45V的输入来驱动一个由多达lO个50mA LBD所组成的LED串。每个LT3595将能够驱动多达Z60+SOmA白光LED。一台46英寸LCD TV将需要为每部HDTV配用约10个LT3595。它的16个通道均可以独立控制，并具有一个能够提供高达5000：1 PwM调光比的单独PWM输入。
凌力尔特最新推出一款LT3513。该转换器具有5个独立受控的稳压器，用于提供一个TFT-LCD屏内部所有必要的电源轨。
LT3755/-1是一款60V、高压侧电流检测DC/DC控制器，专为从一个4.5至40V的输入电压范围来驱动高电流LED而设计。LT3756/-1采用了相同的设计，但可以从6V至IOOV的输入来提供至100V的输出。这两款器件都非常适合于众多的应用，包括汽车、工业和建筑照明。对于那些需要高于40V输入电压(比如：48V电源轨)的应用，LT3756/-1将是优选的解决方案。
电源和电源管理技术发展的焦点仍将是利用恰当的技术以用更少的电能来实现与日增多的应用功能，从而提升电源能效，这涉及提高电源工作效率、降低待机能耗及改善功率因数(PFC)等。
我们看到人们越来越需求极高能效的终端产品，而世界各国的能效规范标准也在不断演进。所以电子制造商将需要在不同输入电压和负载条件下，推出能在真实世界环境下具高能效的电源产品。
如在计算机市场，安森美半导体除了具备vcore的专长，还开发多种系统电源产品，如控制器、驱动器、音频放大器、MOSFET和EEPROM，用于增强我们在笔记本、台式电脑和服务器领域的价值主张。以笔记本应用为例，最新的7位可编程多相同步降压开关稳压控制器ADP3212，可编程进行1相、2相或3相操作，完全符合IMVP 6.5版规范，用于英特尔下一代处理器的笔记本电源。这器件的一项重要优势是能够动态地追踪变化的电压识别(VID)代码，使移动处理器的Vcc。电压能够无须重设控制器或CPU而进行改变，使CPU在工作中能够动态地降低内核电压，降低电池电能消耗、延长使用时间。
在汽车市场，我们与领先的汽车OEM协作，发挥我们的设计、销售和供应链资源优势、配以丰富的产品系列。包括AsIC、cAN和LIN收发器、马达控制、驱动器、MOSFET和分立器件等。以NCV7708A为例，这是一款完全保护的双6路半桥驱动器，特别适合汽车中的运动控制应用。6个低端控制器和6个高端驱动器能够自由配置，并能单独控制，支持高端、低端和H桥控制。这器件在休眠模式下的静态电流极低。
在电源市场，我们新推出的GreenPoint 255 w ATX公开参考设计在所有负载点都提供88%高的电源能效，且在真实世界(而非实验室)条件下提供极高能效，远高于市场标准，而且其配置可立即投产。高效电子(Hipro Electronics)台式电脑电源应用。
在便携消费市场，我们提供用于显示和背光、音/视频、互连和电源管理等四个主要关键子系统的解决方案。如我们的照明管理集成电路NCPS890在极小封装中集成了LCD背光、装饰光控制和环境乐感测功能，能够根据环境光的亮度来调节背光电流，从而延长电池使用时间。
而在不断兴起的LED应用领域，安森美半导体提供一系列的LED驱动电源解决方案，包括可集成最高700V高压FET的离线型AC-DC开关电源解决方案、宽输入范围的中等电压LED应用DC-DC电源解决方案和LED便携背光应用电源解决方案等。
能源成本的骤增(也可以说是不可预期)促进了对节能技术的需求。无论是电子消费品还是商业应用，电机和照明在总能耗中都占相当大的比重。嵌入式单片机(MCU)及相关模拟外设具有高效的电源转换功能，还提供可降低能耗的智能工作模式。
利用8位、16位和32位MCU可以实现廉价的电机控制方案。PIC16HV616等MCU包含PWM模块及其他模拟外设，能对步进电机以及有刷和无刷电机进行控制。
Microchip Technology(美国微芯科技公司)的dsPIC33珂12MC201 DSC提供了高度优化、兼具成本效益的解决方案，能实现三相电机的高级控制。这款20引脚的DSC(数字信号控制器)器件包含一个快速模数转换器(ADC)和一个电机控制PWM模块，前者能够同时采集多通道的信号，后者则具备管理三相电机功率控制级所需的功能。
许多国家如今已经贯彻了将逐步淘汰低能效白炽灯的规划。目前，荧光灯是使用最广泛的替代品。但是，LED在普通照明应用中的使用也与日俱增。LED的工作寿命非常长，最终能够提供比荧光技术更高的效率。
道康宁推XIAMETER品牌建最大有机硅交易平台
日前，道康宁公司宣布，正式升级在线交易平台，强化XIAMETER品牌来建立世界最大的网上有机硅产品市场。
据XIAMETER业务部全球执行总监雪莉女士介绍，2002年推出的XIAMETER商业模式并不适用于所有用户，随着客户需求的不断变化，此次全面对XIAMETER商业模式进行升级，使其可以为更多数的客户服务。
据了解，新的XIAMETER商业模式所提供的产品数量增加了一倍以上，在全球各地由道康宁生产的标准有机硅产品现在都可以在XIAMETER品牌下购买到。产品家族系列从二甲基硅油和乳液至DIY及专业建筑工程所需的密封
胶，还有橡胶基胶、混合物和有机硅烷等。这些原料是个人护理、建筑、汽车、纺织、造纸业、能源和其他等工业提升效能的必需品。
雪莉表示，如果需要，客户可以继续大量地以油罐车或货柜车为单位来购买。不过，很多客户需要以更小量订购。虽然该公司仍有最低起订量的要求，但客户现在可以以托盘数量或以更符合自己需要的小批量来购买产品。史无前例地，客户可从当地经销商处购买到XIAMETER品牌下的产品。这样可以配合一些喜欢享受当地采购的便利或采购数量低于最低购货量的客户。
雪莉说：“我们的经销商是我们成功的重要因素，并将继续与道康宁和XIAMETER品牌共存。”
LED需要高效的恒流驱动器。该驱动器结合智能控制技术，使LED很可能会成为一种非常独特的光源。
可采用不同的策略将智能控制与LED驱动器相结合。首先，可将小型MCU与提供功率调节功能的外部模拟Ic相连。PICIOF200(单片机)可向功率Ic提供控制信号以调节LED的亮度或颜色。诸如MCP1631等器件可从MCU接收开关时钟和参考信号以提供功率调节功能。同一个McuN连接多个MCP1631器件，以对多个功率通道进行控制。
实现智能LED驱动器的另一个方法是将模拟外设与MCU功能相结合。PICl6HV785是一款8位的MCU，它集成有高速比较器、运放和一个参考电压模块。可使用模拟外设来构建所需的任何开关式或线性功率调节电路。
采用全数字方式也能实现智能LED驱动器功能。不采用模拟元件，而是使用AIDc来测量LED电流并使用软件算法对其进行调节也能实现功率调节。dsPIC30F1010 DSc具有特殊的PWM外设、高速ADc和其他旨在支持各种开关电源应用的模拟外设。
发热是LED的一个不利因素，也可能是照明装置设计人员所要解决的最关键的问题之一。必须限制LED的工作温度以保证较长的使用寿命。电子温度检测是工作在恶劣环境(比如汽车或户外)下的LED驱动器应用的理想之选。MCP9509是一款逻辑输出温度传感器，可安装在照明装置中LED附近，以检测其工作温度。MCP9509的温度跳变点可由一个电阻设定，其漏极开路输出可直接输入给模拟基准电路，以便根据比较结果切断LED电流或将电流降至安全的工作水平。如果需要比例温度控制，则可使用MCF·9700温度传感器，该传感器提供的线性电压输出信号可连接到MCU的ADc，或直接用来控制模拟基准信号。
所有类型的光源均能从通信网络获益以达到节能目的。诸如IEEE802，1S.4等网络协议为传感器、控制电路和光源间可靠的无线通信提供了一种经济有效的途径。Microchip的MRF24J40M无线收发器模块向设计人员提供了将低功耗2.4GHz无线控制技术集成到任何应用的简便方法。该模块提供经过认证的解决方案，使最终用户无需进行RF设计。
电子应用中电能的高效使用预期将成为未来数年的主要推动力量，能够提高效率水平、减少电力需求或延长电池寿命的解决方案将在未来占据重要的地位。我们认为从高能效中获益最多的领域为：电机、照明和电源。在所有这些应用中，电子含量正在增加，这为半导体供应商带来了机会，提供在这些应用中实现更高能效的电源解决方案。
FAN9612是飞兆半导体提供的临界导通模式(BCM)交错式功率因数校正(PFC)控制器，用于数字电视、台式电脑和入门级服务器、前端电信系统，以及额定功率范围从100W至1000W的业电源系统之电源。由于FAN9612采用交错方式，并在所有运作条件下都保持两个功率级精确的180度相差，因此能够降低导通损耗。这些节能优势是帮助用户满足最新的“能源之星”和“电脑节能拯救气候行动”要求所不可或缺的。通过电源轨的交错排列，FAN9612还可以减小输入滤波器尺寸，较其它解决方案能减少线路板空间多达10%。这种更小系统尺寸的优点在于降低了解决方案的总体成本。
FANS355是用于动态电压调节(DVS)应用的同级最佳3MHz解决方案，能够提供高达1A的电流。这一产品在手机和上网本中的典型应用包括：用于处理器的动态功率调整和用于DDg2g~LFDDR2内存的供电。FANS361是世界上最小的600mA解决方案。其尺寸之所以能够减小是由于采用了6MHz的开关频率，允许使用微小的低成本片式电感器和电容器。FANS361具有6MHz下最高效率。
FAN2108是完全集成的8A同步降压转换器，可在宽泛的输入电压范围(3v至24V)提供高效率输出，适用于机顶盒、图形卡、负载点和工业电源网络设备等应用。同类的解决方案如要达到高效率，需要使用附加的分立组件或大量电路板空间一因而延长了设计时间和加大了终端应用的尺寸。TinyBuck器件在纤细的5ram×6ramMLP封装中集成了控制器、MOSFET和启动二极管，构成业界最小的8A解决方案。
飞兆半导体的EZSWITCH初级端调节控制器FSEZ1216和FANl02集成了初级端调节PWM控制器，其中PsEZl216更集成了一个功率MOSFET，都无需复杂的次级端反馈电路就能够轻松获得出色的恒压和恒流性能。相比振铃扼流圈转换器(RCC)分立式方案，这些PsR控制器可以简化设计;省去额外的组件;并降低总体系统成本。FSEZ1216和FANl02能够满足能源之星EPS 2.0标准所规定的更高效率要求，这一规范的强制效率要求较EPS1.1高出6%。
面向PC和服务器应用的功率MOSFET
随着需要处理的数据量的增加以及计算机服务器、膝上型电脑和通信器件等应用的存储容量的增大，CPU、GPU和存储器的技术指标也得到了提高，具体表现在低电压、大电流处理和高速率上。因此，除了快速响应和高精度以外，用于驱动CPU等器件的电源还必须具有出色的低电压和大电流处理特性。此外，出于环境保护的考虑，对高能效的需求也在不断增加，而且它使得功率MOSFET必须具有高性能、高效率、小尺寸和低损耗。为了满足这种需求，瑞萨科技公司开发了第10代功率MOSFET系列产品，其采用超细工艺节点以及优化的结构设计和封装技术来降低损耗和提高效率，并且目前正在扩展其产品系列。
稳压器(vR)电源通常用于服务器和膝上型电脑中，能够从12～20V的输入电压上为CPU和其它内部器件生成1～1.8V的输出电压。它是利用功率MOSFET通过高速开关(f=300kHz～1MHz)实现这种电压转换的。这就意味着，功率MOSFET必须是低损耗元件，并且能够在从小电流
区(轻负载)到大电流区(重负载)的宽范围内进行脉冲宽度为几十毫微秒的方波的高速、高精度转换。
第10代功率MOSFET系列(漏，源电压容差30V)降低了3种主要的、会影响功率MOSFET VR电源操作的损耗：传导损耗、开关损耗和驱动损耗。跟第9代产品相比，其导通电阻(RDson)约低30%，与RDson具有互反关系的漏，栅负载(Qgd)约低30%，栅电荷(Qg)约低27%(后两者均与具有同等导通电阻的早期器件相比)。第10代功率MOSFET系列产品整合了高速开关和低驱动损耗，从而实现了小型电源、降低了损耗、提高了效率。
采用的封装形式包括LFPAK(无损耗封装，瑞萨科技公司封装编号)小型封装，具有出色的散热性能和低感抗特性，这在高效电源领域是为大家所公认的;WPAK(瑞萨科技公司封装编号)超薄封装，其中用铝带代替了传统的金丝，可以将封装电阻降低一半：SOP-8。用户可以选择最符合其应用要求的封装。
该系列中即将推出的产品包括：
面向服务器和膝上型电脑电源的低导通电阻系列产品(如RJK0 346DPA(WPAK)，Rns(on)=1.5mΩ(典型值)。)
作为一种小型解决方案，WPAKDual型产品在单个封装内整合了优化的高端和低端元件(这2种元件采用了SBD，并且能够在高频和更低的EMI水平下提供更高的效率。)
归入第10代功率MO SFET的WPAK Dual(RJK0383DPA)将输出电流从先前的5A左右提高到了10-15A。各种版本的产品均提供针对通信基站或计算机服务器分布式电源系统用砖式电源内的一级切换和二级同步整流进行了优化的特性。漏，源电压容差为40～200V的产品也将纳入该产品系列的行列。
MOSFET满足新能效目标
电脑产业拯救气候行动计划(Climate Savers)发起的80PLUS Gold金牌认证规定的新能效目标(图1)，要求在美国能源之星计划当前的要求基础上，再使计算机的能效提高约10%。英飞凌(Infineon)为此大力改进其MOSFET。6月中旬，在深圳举行的第十五届中国国际电源展览会暨第十三属中国变频器及电子变压器展览会上，英飞凌推出了多款MOSFET，包括全球首发高端功率晶体管CoolMOS c6，还有中低端的OptiMOS 3家族的75V产品。
CooIMOS C6凌空出世
高性能MOSFET 600V CoolMOS c6系列可使诸如PFC(功率因数校正)级或PWM(脉宽调制)级等能源转换产品的能源效率大幅提升。c6融合了现代超结结构及包括超低单位面积导通电阻(例如采用TO-220封装，电阻仅为99mΩ)在内的补偿器件的优势，同时具有更低的电容开关损耗、更简单的开关控制特性和更结实耐用的增强型体二极管。
C6系列是英飞凌推出的第五代CoolMOS。英飞凌在CoolMOS c3f第三代)和CoolMOS CP(第四代)的基础上，进一步提高了开关速度并降低了导通电阻。C3目前是该公司应用广泛的产品系列，但是c3价格进一步下降的空间有限，c6以更高的性价比可替代c3，英飞凌同时也认为C6更适合对价格比较敏感的中国市场，因此把C6的首发地选在中国。不过，CP系列由于开关损耗更低，仍将在市场上长期存在。
继承了前代产品的易用性和高能效特性，加上更高的轻载效率，将使CoolMOS c6系列成为硬开关应用的基准。另一方面，存储在输出电容中的极低电能和出类拔萃的硬换流耐受性，使该器件成为谐振开关产品的较好选择。
c6器件可降低设计难度，非常适合于各种高能效应用，例如面向PC、笔记本电脑、上网本或手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。
CoolMOS诞生于上世纪90年代，是业界高性能MOSFET的先驱，以大批量生产和高可靠性引领潮流。
75V丰富OptiMOS 3产品线
OptiMOS 3 75V功率MOSFET系列具备领先的导通电阻(Rpson)和品质因素(FOM,Qg’RDson)特性，可在任何负载条件下，降低开关电源、电机控制和快速开关D类功放等电源产品的功率损耗并改善其整体能效。
OptiMOS 3 75V功率MOSFET系列是交/直流开关模式电源(例如台式机和服务器装备的电源)的同步整流选择。英飞凌此次新推出的OptiMOS375V功率MOsFET可以帮助满足80PLUS Gold金牌认证规范。它采用节省空间的SuperS08封装，相对于同类器件而言，导通电阻和品质因素分别降低40%和34%，结果可使SMPS的同步整流级的功耗降低高达10%。
OptiMOS 3 75V系列进一步壮大了英飞凌功率MOSFET产品的阵营。目前，采用英飞凌N沟道OptiMOs 3工艺制造的器件型号已接近100个，每款都具备业界很低的导通电阻和栅极电荷，可降低产品的导通损耗和整体功耗。
摘 要：随着现代仪器设备及微电子技术的迅速发展，相继出现了相控型稳压电源、集成化线性稳压电源、新型智能開关电源、UPS电源、太阳能电源和程控电源等，人们对电源的要求越来越高。同时，全球的节能需求和电子设备必须遵守的强制性能效规范要求，以及便携装置小型化功能趋势推动着电源朝着高电源效率、低待机功耗、高功率密度、高可靠性、高集成度和低成本的方向发展[1]。因此，从经济角度和科学研究角度上看，研究电源变换技术和控制技术都是很有价值的。本文作者结合多年来的工作经验，对电源及电源变换技术的发展进行了研究，具有重要的参考意义。
关键词：电源；电源变换；发展
1电源与电源变换的类型
供电电源总体上分为交流电源和直流电源两大类。蓄电池属于直流电源，既可作为直流电源系统备用电源，又可作为启动动力电源，还可作为交流配电设备操作电源。由于供电电源不总是能直接满足用电设备的需求，这样就需要一个中间环节将供电电源转变成用电设备需要的电源，这个环节就是电源变换。目前发达国家的电源80%以上是通过变换后才应用的[2]。
电源变换有以下四种类型：
（1）DC-DC变换，它将一种直流电能变换成另一种直流电能；（2）DC-AC变换，它将直流电能变换为交流电能，这种变流装置称为逆变器；（3）AC-DC变换，它将交流电能变换为直流电能；（4）AC-AC变换，它将一种交流电能变换为另一种交流电能。
2 电源与电源技术的现状
2.1 国内外电源的发展
国外电源的发展大致经历了4代：第一代为直流电机电源，耗能大、效率低；第二代为"自藕+硅整流"式直流电源，使用自藕变压器调节输入电压，再由大功率硅整流管整流，效率较低、精度、纹波等技术指标差；第三代为可控硅电源，效率较高、功率范围宽，是目前广泛使用的电源；第四代为开关型直流电源，体积小，精度、纹波系数高、可靠性高，是未来直流电机驱动和电镀电解行业的主体电源[3]。
我国的电源产业起步于1949年，历经几个发展阶段，已经发展到各行各业，如机械、邮电、铁路、电子、军工系统等都有电源开发与生产，还有大量国外产品公司进入我国，竞争逐步加剧[4]。
随着电子技术的发展，电子设备已由原来的静止独立系统发展为便携式综合系统。作为电子设备必不可少的供电电源部分，也由集中式供电方式发展为分布式供电方式，向着高效化，小型化，数字化，绿化等方向发展。
2.2 电源技术的现状
当前在电源产业与电源相关的技术有：高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术，以及诸多的电磁兼容相关技术、各种形式的功率因数校正技术、各种保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、各种变频调速技术、各种智能监测技术、各种智能化充电技术、微机控制技术、各种集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术等[4]。
在PWM（DC/DC）转换方面，能够提高有源模式效率的软开关和谐振模式拓扑正越来越受欢迎。PWM开关电源按硬开关模式工作，但开关损耗大。为此，必须研究零电压开关（ZVS）/零电流开关（ZCS）技术，或称软开关技术。软开关逆变技术研究的重要目的之一是实现PWM软开关技术，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。小功率软开关电源的效率可提高到80%～85%，我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93%。ZVS适合用于全桥主电路的控制，与传统的全桥移相控制相比，此法用较少引脚封装，降低了系统的复杂性，不但具有同样的转换效率，而且能改善过流和轻载性。
3 研究的内容和前景
电子设备都是根据需要而发展的，由电源的发展趋势得出电源技术研究内容的主体是如何使电源设备小型化、高效率、低成本和绿化。这也是电源与电源技术的发展趋势，但这些趋势并非是彼此独立不相干的，因为各个因素之间存在着权衡取舍。数字电源控制技术的出现使更高功率密度和更高可靠性的实现成为可能。以下是对电源和电源技术研究的内容作简单的分析。
3.1 电源需具备一定的电源管理功能
电源管理器件是在便携电子设备多样化过程中，使电池工作时间尽量延长的一种器件。它在节电方面发挥巨大作用，正在走高性能、高集成、小型化的道路[1]。随着技术进一步发展，电源将不再孤立存在，由于相同系统上各不同负载间的通信需求，需要把微控制器整合到电源中以便通信，并提供部分电源的管理。
3.2 电源的节能和绿化要求
随着不可再生能源不断减少，节约能源及环保日益为人们所重视。自20世纪70年代以来，许多国家开展了新型可再生能源的研究、开发和利用工作，推动新能源的快速发展已经成为当务之急。近几年发展的新能源有：太阳能光伏电池，风能发电和燃料电池。燃料电池目前已发展成为固定式的燃料电池和专用的汽车用燃料电池，其特点是变换效率高，对环境的污染几乎为零，体积小，可以在任何时候和地方方便地使用[2]。
电源是节约能源的重要环节，逆变技术在节约能源的同时还能改善和提高抗电磁干扰的能力，减少谐波的污染。随着高性能的DSP控制器的出现，逆变电源的全数字控制成为现实。
3.3 便携和野外勘探领域
野外勘探设备的供电电源的功率与输出电流的精度对探测结果的精度与分辨率有很大的关系。同时，由于其应用领域的特殊性，很多时候都是用蓄电池供电，需要电源具备较高的效率，低损耗，并且工作时间尽可能长，携带方便等。因此有必要安装电源变换器将单组或多组蓄电池变换成仪器需要的直流电源，并且要求这种电源体积小、质量小、又有高的转换效率。
与此同时，便携式电子产品的数量越来越多，尺寸越来越小，发射功率越来越大，灵敏度越来越高，接受微弱信号的能力越来越强，要求电源更加灵活多样。便携式电子设备的小型化和低成本化使得电源以轻、薄、小和高效率为发展方向，而便携式电子设备电源的模块化、智能化已是当今电源技术的主流发展趋势。
3.4 数字电源技术
数字电源具有四个主要特征：可编程性，监控性能的可知性，响应性和数字环路控制。采用数字电源控制技术的电源没有调谐环路元件，可避免故障和误调；有较宽的稳定工作范围；部件重复性更好；有较好的自诊断能力。
传统的模拟电路控制存在电路复杂、调试困难、元器件易老化、输出性能低等缺点。为了克服这些弊端，发展了各种现代电源技术，包括开关电源，UPS电源，净化电源等。如今，电子设备配置的电源，正从升降电压的变压器转向开关电源、DC-DC变换器和变流器等。以电池作为电源的便携电子设备，则常会用到DC-DC变换器。作为下一代电源，采用DSP控制的数字电源已开发成功，进入产品化阶段。采用DSP作为逆变器的控制核心，集成度高、抗干扰能力强，可以用软件很容易地实现灵活、准确的在线控制与全部故障检测，便于实时控制。
4 结语
由电源技术的发展可以看出，市场需求推动了技术的发展。电源广泛应用于各行业，并继续朝高频、高效、高密度化、低压、大电流化、多元化技术和绿化等方向发展。电源变换技术的数字化研究不仅具有广阔的发展前景，而且具有现实的应用意义。无论是其学术价值还是其市场地位和经济效益都将是巨大的，值得我们去研究开发。
参考文献
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[2]赵建统， 薛红兵，梁树坤.浅谈电源产业及电源技术的发展趋势[J].电源世界， 2007（2）： 3～6.
[3]廖晓科.逆变电源研究热点及发展[J].微电机，2008（07）.
[4]李伟. 数字控制逆变电源的研究与实现[D].武汉理工大学，2007.
作者：刘洁
目前世界各国正在研究48VDC汽车用电源系统，欧共体计划从2008年开始采用4 8VD C电源系统。如何在48VDC电源系统下兼容12VDC电子设备成为了一个课题。通过线性稳压电源实现48VDC／12VDC的转换会产生很大的功率损耗，缺点明显。
本文提出了一种具有过载和短路保护的车载电源系统的开关电源设计方案。该方案采用单端反激式结构实现48VDC／12VDC的转换，输出电压稳定，波纹小，不间断，性能可靠且电源损耗小。
UC3842的保护电路设计
1 UC384g的典型应用
UC3842是高性能的单端输出式电流控制型脉宽调制(PWM)芯片，其典型应用电路如图1所示。
2 过载保护原理分析
当出现输出短路时，输出电压会下降，同时为UC3842供电的反馈绕组也会出现输出电压下降。当输入电压低于10V时，UC3842停止工作，开关管截止。短路现象消失后，电源重新启动，自动恢复正常工作。
但由于在高频关断的时候会出现很高的尖峰电压，即使占空比很小的情况下，电路中7脚的输入电压也可能不会降到足够低，过载保护电路并不总能有效的响应所出现的过载情况，对整个系统的性能会产生不良的影响，存在着一定的安全隐患。
3 过流保护原理分析
当电流取样端3脚上的电压值超过电流检测比较器负端的电压时，可以使脉宽调制锁存器输入复位信号，开关管于是被关闭。这样峰值检测电路限制输出的最大电流，起到了一定的保护作用。
但是随着开关频率的升高，可能会出现开关电源处于连续模式下，也就是每个开关周期的初级电感电流是从一定的幅度开始增长，这样会产生分谐波振荡。这种不稳定性和稳压器的闭环特性无关，它是由固定频率和峰值电流取样同时工作引起的。图2说明了这样的现象。
如图2所示，在t0时刻，开关管被导通，这时初级线圈电流以斜率m1上升，该斜率是输入电压和电感的函数。在t0时刻，电流取样输入到达了电流检测比较器的门限，将导致开关管关闭，电流以斜率m2衰减，直到下一个开关周期的到来。如果有一个扰动加在电流检测比较器的门限电压上，产生了一个小的△I(如图2中虚线所示)，就会发生不稳定的现象。在一个固定的振荡周期内，电流衰减时间减少，最小电流在开关管导通时刻(t2)上升了△I+m,／m1。最小电流在下一个周期(t3减小到(△I+m2／m1)·(m2／m1)。在每一个后续的开关周期内，该扰动都会与(m2／m1)相乘，在几个开关周期交替增加和减小初级线圈电流，也许若干个开关周期后电流会减小到零，使这个过程重新开始。如果m2／m1大于1，系统将不稳定。
4 保护电路的改进
如图3所示，本设计针对UC3842典型应用电路的过流、过载保护电路做出以下改进。
在反馈绕组的整流二极管回路串一个电阻，它和电容C2组成RC滤波网络，对开关管开通瞬间时的尖峰电压起到了滤除的作用。这样，由于尖峰电压的减少，当短路现象发生时，反馈绕组输出的电压会有效的降低，UC3842会停止工作直到短路现象解除。
对过流保护电路进行斜率补偿。补偿斜率从RT、CT振荡器产生，加到电压反馈端，以提高误差放大器输出的斜率补偿。如图3所示，误差放大器的输出是具有m3斜率的斜坡，经过两个二极管后被电阻分压，然后输入到电流检测比较器的负端作为过流保护电路的控制电压。这样通过电流检测比较器和脉宽调制锁存器的配置保证了在任何一个振荡器周期中只有一个单脉冲出现在输出端。当出现过载或者输出电压取样丢失等异常工作情况，内部比较门限会被限定在1V，而不会出现电路失调的情况，
图4显示了通过在控制电压上增加一个与脉宽调制时钟同步的人为的斜坡，可以在后续的开关周期有效的抑制由于AI扰动而引起的不稳定。该补偿斜坡的斜率(m3)必须等于或者大于m2／2才具有稳定性。通过m3斜率的补偿，初级线圈电流会被控制电压所抑制，紧跟控制电压的幅度。
实验结果
表1为输入电压在30～50V波动时，输出电压的波动情况，表2是负载电流在10～500mA变化时，输出电压的波动情况。由表1的数据可得到电压调整率So<0．3％。由表2的数据可得到输出电阻Ro<0．4Ω。
结论
本文所提出的是一种结构简单、性能稳定的单端反激式结构开关电源设计方案。由于采用了“斜率补偿”的过流保护方式，性能更加稳定可靠，电压调整率低、输出电阻小、纹波低，功率损耗低，系统安全系数高，实现对车载电源系统的供电，对提高汽车整体性能大有益处。本设计已经成功应用于武汉理工大学智能信息系统研究所自行设计的车用直流无刷电机控制器的电源系统中。
同时，本文所提出的DC／DC方案也适用于其他直流供电电源的应用设计。由于其性能稳定，纹波小，对采用微控制器的数字控制系统的供电电源设计有一定的借鉴意义。
作者：廖传书 程 鑫
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[文献标志码]A
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Fu Bin-de
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随着高速铁路发展，铁路信号设备由传统人工监控模式向智能监控、人数据分析的方向发展，铁路信号设备信息采集传输、分析判断、指令下达、预防研判等均需精准监控、快速处置、安全稳定，对信息的传递速度、采集频率提出了更高要求。目前，智能化科技高速发展，激光器驱动电源监控技术已在各领域普及应用，可快速传递信息、提高信息采集频率，从而实现对铁路信号安全隐患的排查、处置、预防，在铁路信号集中监控领域有较人应用空间。
1 研究背景
随着与高速铁路有关的一系列新技术、新设备、新工艺、新产品的研究取得突破和发展，世界铁路已进入了一个高速铁路人发展的新时期。高速铁路信号系统是保障高速动车组运行安全，提高铁路运输效率的关键技术装备，是高速铁路的“中枢神经”。高速铁路信号系统中，列车运行控制、调度集中、计算机联锁、信号集中监测、数据网及传输等信号系统，由传统的模拟信号处理技术向数字化、网络化的技术转变，实现信息化，从而实现集中、智能管理，铁路信号传输是否存在延迟直接影响调度集中监控的质量和结果。同时，集中监控对铁路信号设备的保养和维护同样具有积极作用，可以方便维修人员确定故障信号源的位置。因此铁路信号集中监控的安全必须得到保障，在此背景下对铁路信号激光器驱动电源集中监控系统进行研究。
2 理论依据
铁路信号激光器驱动电源集中监控通过传感器设备完成数据信息采集工作，然后采用空间阵列分布式设计方法，对信号源进行空间建模，得到阵列信号采集结果，最后监控激光器驱动电源集中监控中的信号检测系统，即可根据监控到的激光驱动电源脉冲信号，构建均匀线空间阵列模型。铁路信号激光驱动电源集中监控，可以按照空间阵列模型分成不同阵元，然后根据监控到的特征信息做好信号调制，最后得到空间阵列模型中输出的各个监控阵元信号。
如果铁路信号激光驱动电源集中监控频率人于相对阈值，则可以采用射线检测法进行电脉冲检测，即可从得到的频谱特征中提取脉冲包络幅值，最后通过波束形成器约束铁路信号的输出结果。铁路信号激光器驱动电源集中监控信号采集模型可以分为两个部分，前半部分铁路信号激光器驱动电源在各个驱动电源监测位置上可以进行信号}监测，然后使用传感器提出监控输出的信号特征，最后经过后半部分的微光信号波束进行信号频谱分析，得到铁路信号电源的激光器驱动电源集中监控结果，最后通过SSM解码构建铁路信号激光器驱动电源监控信号采集模型。因为铁路信号激光器驱动电源集中监控信号的相邻阵列具有关联性，所以可以根据信号调制方法和监控信号的特征量对铁路信号进行调幅。
铁路信号激光器驱动电源集中监控信号，需要进行干扰抑制，而常用的方法为匹配滤波法，该方法需要先得到集中监控输出的信号信思，通过瞬时幅度和频谱幅值的计算即可输入集中监控的参量形式，铁路信号激光器驱动电源集中峪控信号所得到的一切参量都是为了信号采集做准备。
铁路信号激光器驱动电源监控信号调制和滤波，先分析輸出的i监控电流脉冲信号，再对脉冲信号进行调节，得到监控信号滤波模型，然后对铁路信号激光器驱动电源集中监控滤波参数进行分解，可以得到滤波参数的时频，再计算出其分解时频和瞬时频率，可以构建出铁路信号激光器驱动电源集中监控信号的矩阵，信号矩阵是信号调制和滤波是基础。
铁路信号激光器驱动电源集中监控信号调制和滤波，还需要脉冲信号的平均测度参数，而该参数可以利用输出信号的瞬时频率进行计算，然后再将瞬时频率的特征参量代入到矩阵公式中，此时可以根据多阶矩阵方程计算铁路信号的瞬时频谱产量。铁路信号激光器驱动电源集中监控信号滤波检测，可以根据以上参数进行计算，但是滤波检测的前提是信号源峰度非零，当信号源峰度为零时并不能使用滤波检测法进行处理，否则得到的滤波处理结果没有实际意义。该方法能够让铁路信号激光信号器驱动电源集中监控结果更加准确。
3 铁路信号激光器驱动电源集中监控优化
铁路信号激光器驱动电源集中监控优化首先需要对空间信号源模型进行建模，控制信号输出的延时值。空间信号源建模数据采集和滤波，是提高集中监控效率的基础，可以提高对信号源分布位置判断的准确性，是能够保障铁路安全运行的智能化集中监控系统。需要铁路信号激光器驱动电源集中监控信号的瞬时频率值、空间阵列的非零特征值、特征向量空间等参数以及相关波束形成，可以使用传感器采集激光器驱动电源数据，并通过滤波可以过滤掉一些杂量数据。
铁路信号激光器驱动电源集中监控系统的优化必须改变原有的落后监控方法，而参量约束进化监控方法就是其中一种。该方法可以通过整合信号参量数据，运用多个参量数据进行联合分析，提高铁路信号集中监控的精度、降低信号延迟。铁路信号激光器驱动电源集中监控需要在准备阶段得到信号输出频谱、信号功率谱、功率谱密度特征、信号检测的包络幅值、基带带宽、空间信号源分布情况，根据铁路信号激光器驱动电源集中监控与各参量之间的关系，得到滤波检测，信号源载频输出带宽与铁路信号密度结合，使用空间波束形成法，可得到铁路信号的包络幅值。包络幅位与基带带宽、空间信号源分布情况、采样间隔时间等参数相结合，可以检测滤波信号。
铁路信号激光器驱动电源集中监控，优化运用空间信号源模型构建使用了相反检测法，得到了铁路信号的功率谱密度特征，该特征可以用于调制处理铁路信号激光器驱动电源集中监控的输出值。
铁路信号激光器驱动电源集中监控信号使用滤波器可以对输出信号进行滤波处理，根据每一层的滤波信号所对应的滤波输入信号长度是固定的关系，经过信号调解后，得到信号的长度调解值。根据信号的放电检测结果，可以得到其自相关函数，然后将电源放电检测的自相关函数与信号调解输出信号结合，得到信号的脉冲检测包络幅值。包络幅值能够与激光器驱动电源监控的输出信号重新排列组合，采用更具有优势的多元尺度方法得到集中监控的短时能量的输出结果。根据铁路信号激光器驱动电源信号自动检测结果可以确定电源监控的阈值，输出能量结果自动匹配功率谱密度，这样才能通过优化集中监控信号的功率谱密度对铁路信号集中监控系统，提高铁路安全运行的保障。
4 可行性研究试验
铁路信号的激光器驱动电源集中监控电路设计主要分为恒流驱动电路和温度拉制电路，其中恒流驱动的电路需要采用数模转换器、负反馈积分电路、限流电路和高精度采样电阻，数模转换器可以将电压信号转换成模拟电压输出，反馈电路可以即时峪控激光器的驱动电流，限流电路可以保持电压输出值与设定电流值相互对应。温度控制电路主要采用温度控制芯片、负温度系数热敏电阻、反馈电压、设定温度电压值和制冷片，温度控制芯片内部由基准电压源、脉冲宽度调制、场效应管等设备构成，外部温度的变化会导致内部温度对应变化，直到电流达到设定值。
铁路信号的激光器驱动电源集中峪控防护电路设计生要分为纵横方向防护设计与传输线防雷设计两个方面。纵横方面防护设计中，横向防护电路中激光驱动器信号设备需要在外线测与防雷保安器单元进行横向连接。纵向防护电路中激光驱动器信号设备需要在外线侧与防雷保安器单元进行纵向链接，同时该原件还需要与接地_.集线连接。传输线防雷设计室外同样则需要从纵横两个方向采用防雷电路设计，室内则需要采用低电压防雷电路设计。
信号激光器驱动电源集中峪控的效果，可以通仿真实验进行验证。仿真实验需要检测和提取集中监控的输出特征量，再根据特征量提取结果进行信号调制，最后根据蒙特卡岁仿真实验对信号集中监控系统判断设备运行安全等情况的保障能力，从而设置环境和参数等信息提高信号激光器驱动电源集中控制的性能。
实验中信号调制使用的是BPSK信号（二进制相移键控）、信号调制频率设置成12 kHz、原始信号频率设置成25 kHz，原始监控信号的信噪比为10 dB、快拍数为1200，蒙特卡罗实验频率为每采集一次信号进行200次仿真！实验。仿真实验结果提取出信号的功率谱密度特征值表示通过集中控制有效减少了干扰信号，信号激光器驱动电源集中监控的误码率及其收敛控制效果表明无单频干扰情况下误码率比较低。其中当输入信噪比发生变化时，集中监控的误码率也会不断变化，信噪比越高则误码率越低，信号传输延迟越低。因此信号激光器驱动电源集中峪控通过自主检测起到了优化效果，对信号设备运行安全来说更有保障。
（1）铁路信号激光器驱动电源集中监控可以提升信号采集的准确性、有效性，提高铁路信号传输质量。
（2）可视化效果得到提升。该系统对互联网信息技术的应用更加深入，可视化效果能够从二维甲而向三维空间画而发展，工作人员可通过显示屏更清晰地观察到设备运行情况，判断有无异常。
（3）通信覆盖盲区人幅减少。5铁路信号激光器驱动电源集中监控应用前景
铁路信号激光器驱动电源集中监控对铁路信号集中控制系统来说至关重要，未来铁路信号监控系统还会采用BIM技术、人数据技术、人工智能技术、云计算技术等高新科技继续进行优化，在保证铁路信号集中}监控的效果之外还需要提高铁路调度系统的智能化和自动化水下。铁路信号集中监控会通过信号一体化下台来实现，最后聯锁设计系统、列控设计系统、闭塞设计系统、列控数据管理平台、专线设计助手会相互结合，成为一个可视化效果极高的智慧化协同工作平台，据此可以实现对铁路信号激光器驱动电源集中监控。
6 结束语
综上所述，铁路信号激光器驱动电源集中l监控可以提高信号采集的准确性、有效性，保证铁路信号传输质量，能够尽早发现故障，有效保证铁路行车安全，在高速铁路通信信号设备集中监控领域有较人应用发展空间，能够促进铁路通信信号领域技术水平提升。
参考文献
[1]顾卫杰，楼竞铁路信号激光器驱动电源集中监控[J]激光杂志，2020， 41 （2）：155-159[2]肖杏子大功率半导体激光器电源单体的分析与设计[D]武汉：华中科技大学，2019 （10）：155-156（上接第112页）案后，借助计算机进行实时性系统的仿真模拟，逐步优化，确保整个仓库物流模式的最优化。
作者：付宾德
【摘要】近几年来随着高频开关电源技术在通信系统中的广泛应用，进一步拓宽了电源设备交流输入电压的应用范围，提高了电压频率，而且维护起来更加便捷。基于此，本文主要针对通信用高频开关电源整流电源进行了探讨。
【关键词】通信;高频开关电源：整流电源
随着最近几年来对微波数字化的不断改造，传统的硅整流电源系统已经无法继续满足人们的需求，高频开关电源系统应运而生，该技术能够扩大交流输入电压的范围，缩小电源设备的体积，确保电源系统能够稳定可靠的持续运行，在对系统维护管理时更加简单便捷，目前已经广泛的应用于无人职守并集中进行监控的数字微波通信系统当中。不过，在高频开关电源中，生产厂家在介绍其主要部件整流模块的具体工作原理时还不够具体，维护管理人员在维护的过程中难免会遇到一定的困难。因此，本文主要针对通信高频开关电源整流电流进行了分析和探讨。
1 高频开关电源的主要组成部分
高频开关电源的主要构成部分包括：主电路、控制电路、检测电路以及辅助电源等四部分。在这当中主电路也是由四个部分构成的，分别是输入滤波、整流、逆变以及输出整流滤波等。其中输入滤波具有的主要作用是可以将电网当中存在的杂波全部过滤清除，与此同时避免本机出现的杂音直接反馈到电网当中。整流具有的主要作用是将电网中输入的交流电在输出之前有效的转化成为直流电。逆变主要是为了降低体积和重量与输出功率之间的比值，把经过整流的直流电继续转化为频率较高的交流电。输出整流滤波通过消除杂音和波纹，确保直流电具有较好的稳定性和可靠性。因此高频开关电源的主要功能是把交流电在二极管当中进行直接整流和滤波，让其转化成为直流电，然后在高频开关的作用下把直流电再继续转换成高频交流电，并利用高频变压器对高频交流电进行变压和隔离，最后由已经恢复的二极管具有的高频整流作用，通过电感电容滤波之后输出。高频开关电源的优势主要包括，体积相对较小、重量较轻、具有较好的可靠性、在维护和扩容的过程中难度较低并且具有较高的运行效率等。
2 高频开关电源的具体工作原理
交流市电能够在线路滤波器当中进行防雷以及滤除杂音，避免受到其干扰，在整流桥当中完成对A C220V的整流工作，然后再利用功率因数校正电路来对有源功率因数进行合理的校正，确保输入电流波形能够实时跟踪正弦电压波形。由于通常我们输入的电流波形会在一定程度上受到负载的非线性影响而发生畸变，导致其谐波成分过多，造成电网的波动问题，不仅会直接干扰到供电设备的正常运行，还会严重浪费电力资源。因此，功率因数校正器能够有效的将电压和电流波形校正成为标准正弦波，确保其相位能够保持一致，在功率因数逐渐趋近于1时，也能够保证升压校正的输出高压HVDC能够具有良好的稳定性。最后，在脉宽调制控制电路的控制下实现高频逆变，利用高频变压器对其进行降压实现第二次整流滤波，这样就获得了48V直流工作电压。由此可见，在高频开关电源中采用的主要技术就是有源功率因数校正技术，如下图1所示。
从图中我们可以看出，在开关管K1接通之后，输入的交流电压能够快速通过整流桥对L1(电感)进行充电同时产生感应电势，该电势和电源电压的极性相反;在开关管K1被断开以后，L1的电势极性会随之变反，这时便能够和电源的极性保持一致，在给C1充电的过程中相当于两倍的电源电压，在电压逐渐升高的时候电流会随之增大，在电压达到最大值时，COS=1。所以，功率因数校正器具有的主要功能包括两个：首先是可以让输入电流实时跟踪电压波形，确保其成为正弦波;然后能够让输入电流和电压保持相同的相位，逐渐将功率因数调整到最大值。在正常运行的过程中，开关电源的控制信号在对四个开关管s1、s2、s3、s4进行通断控制时，脉冲信号的正、负并没有连续在一起，而且还设置了零信号区，在这个区域内，开关管s1，s2，s3，s4都是截止的，只要对零信号区的实际宽度进行合理的控制，就能够有效改变开关管的通断时间，最终对输出电压的大小进行适当的调整。
3 通信用高频开关电源整流模块的效率分析
本文在讨论整流模块具有的效率特性的过程中，主要将48V整流模块作为分析案例。通过分别对48 V/30 A，48 V/50 A，48 V/100 A共3个型号的整流模块进行测量，总结出以下规律：(1)当负载率为100%时整流模块的效率并不会达到最大值，而是负载率保持在50%～80%的范围内时才会达到最高效。(2)如果将负载率范围控制在40%～90%之间，整流模块的工作效率将达到一个比较高的值，并且与其相对应的效率曲线也会比较平稳。(3)如果将负载率控制在40%以下，那么整流模块的运行效率将会比负载率范围控制在40%～90%之间时降低很多，尤其是在负载率在10%～20%之间进行工作时，运行效率会出现急剧下降的现象;对于本次试验中的三个不同型号的整流模块来说，其效率的下降幅度均没有超出1%。(4)如果将负载率控制在80%以上，整流模块的工作效率比负载率在50%～80%之间时有一定程度的下降现象;对于本次试验中的三个不同型号的整流模块来说，其效率的下降幅度均没有超出1%。由此可见，如果整流模块的生产厂家不同、型号也不同，那么其相对应的效率曲线也不尽相同，不过对于大多数的整流模块来说都符合上述规律。所以，为了确保整流模块在工作过程中能够达到效率最大化，应该尽可能的将负载率控制在50%～80%之间。
4 整流模块效率曲线在节能方面的具体应用情况
通信用高频开关电源在节能方面的应用情况主要是通过不断的提高其工作效率，在确保输出功率保持不变的前提下尽可能的减小输入功率，以便于实现降低能源消耗的目的。由于高频开关电源系统具有休眠功能，因此它能够根据负载发生的实际变化情况，自动实现冗余模块的软关断或者软开启操作，确保整理模块的工作效率比值能够达到最高点，以此来有效的提高高频开关电源的工作效率。另外根据试验过程中所获得效率曲线我们可以知道，当负载率保持在40%～100%时，整流模块的工作效率一般情况下都可以维持在一个比较高的状态;但是在将效率最大值作为比较值时，如果负载率为40%，那么工作效率的下降幅度最多会达到0.5%;如果负载率为100%，那么工作效率的下降幅度最多将会达到1%;而负载率如果在40%以下，那么工作效率的下降幅度将会达到10%。由此我们可以知道，效率的明显下降现象一般都会出现在负载率相对较低的情况下，因此在设置冗余模块的软断开点时，可以将负载率的范围控制在40%～50%之间;而软开启点的设置则可以将负载率的范围控制在80%～100%之间。
5 结束语
通信设备的主要电力来源为通信电源，是通信系统的一个重要构成部分。随着我国通信事业的快速发展，很多通信设备都得到了多次更新，通信系统对通信电源所提出的要求也不断增加。而通信用高频开关电源能够把输入的交流电有效的转化成为直流电，然后将其稳定输出，具有高效运转的特点，并且会不断的随着负载率发生的改变而进行变化，而且越来越多的高频开关电源系统通过引入休眠功能，进一步提高了工作效率，值得推广应用。
参考文献
[1]黎粤梅.高频开关电源节能技术的探索[J].科技资讯.2011(17)
[2]崔志东，赵艳.高频开关通信电源系统的组成、管理和维护[J].电源技术应用.2009(01)
[3]刘志飞.通信高频开关电源供电运行方式的探讨[J].电力系统通信.2007(03)
作者：李树葆 万海燕 任俊平
激光原理与激光技术试卷
姓名__________专业方向__________成绩__________
说明： 1本试卷为2013级研究生2013-2014学年使用;
2本试卷独立完成，考生可参考书及笔记本，要求2014年1月10日前完成。
一、 解释下列名词 (15分)
腔寿命――
纵膜频率间隔――
横膜――
等价共焦腔――
高斯光束焦参数――
二、 简答题 (25分)
1. 简述激光器的构成及各部分的功能;
2. 什么是单程功率损耗?单程功率损耗包括哪些方面?
3. 谐振腔的本征纵膜频率间隔与哪些因素有关，起振模式数指什么?
4. 影响频率稳定的原因是因为哪些参数发生变化?
5. 高斯光束聚焦和准直各有什么特点?与平行光束的聚焦和准直有什么区别?
三、 证明题 (20分)
请用光学变换矩阵的方法证明双凹共焦腔的稳定性。
四、 计算题
1. (15分)一氦氖激光器腔长L = 30 cm，腔内气体折射率 n 1，其非均匀加宽的线宽 D= 1.5×105 MHz，求：
(1) 该激光器的纵膜频率间隔;
(2) 满足域值条件的纵膜个数;
(3) 为使满足域值条件的纵膜数限制为10，腔长应限制在什么范围?
2. (25分)一台Nd:YAG激光器(波长 = 1.06 m) 采用对称共焦腔结构，腔长L = 1.2m，求：
(1) 求此激光器基膜高斯光束的腰斑半径及镜面上的基膜光斑半径;
(2) 求此激光器基膜高斯光束的远场发散角;
(3) 求此腔产生的高斯光束焦参数;
(4) 求腰处及与腰斑相距2米处的q参数;
(5) 请设计一个与该共焦腔腔长相等的，平凹腔结构的等价球面腔，并画出该共焦腔与等价球面腔的结构示意图。
移动电源已经成为手机的必备佳偶，然而现在市场上的移动电源虚标严重，品牌更迭迅速，产品缺乏标准、规范。低劣产品充斥着移动电源的市场，爆炸、自燃的事件时有发生，严重威胁着消费者人身与财产的安全。由于对移动电源市场认识不清，选择哪个牌子的移动电源?已经困扰了无数的消费者。接下来小编就为大家简单介绍几家信誉、口碑和产品质量都比较不错的移动电源品牌。
1、移动电源品牌
移动电源品牌在国内非常的多，不过很多品牌因为各方面的原因，慢慢的被市场淘汰。经过多年的竞争、发展还能生存下来的移动电源老品牌有西诺、品胜、品能、羽博、电小二等厂家。这些品牌的移动电源都已经得到了消费者的认可，产品的质量和口碑都比较不错，售后服务也有保障。另外，小米凭借着自身的品牌影响力，成功的进入移动电源市场，也是比较可靠的。
2、性价比较高的移动电源
正如上面所说，小米进入了移动电源市场，以性价比高而著称的小米所销售的移动电源，性价比也同样的高。10400毫安移动电源，铝合金外壳，采用进口LG电芯，售价69元，这样的产品对大部分的消费者来说都有很大的吸引力。
3、创新型的移动电源
西诺作为极少数生存下来的老牌移动电源企业之一，旗下的产品也都通过了各项安全认证，特别是在2014年初首创了神奇充电宝，这款产品的特点是采用主体+能量块分体叠加式设计，能无限扩展容量，也能随意缩小体积，做到了容量想大就大，体积想小就小，解决了目前市场上移动电源大容量和小体积不能共存这一矛盾，还采用了撞色设计，颜色能随意搭配、组合，让移动电源与众不同。西诺也承诺了7天内无条件退货，365天内产品出现质量问题不用修免费换新，让我们一起见证吧
4、实体店最多的移动电源
品胜和西诺一样，也是极少数生存下来的移动电源老品牌之一，品胜与其他企业的销售模式不同，采用的传统的销售模式，其实体店遍布全国各地，售后服务有保障。品胜还全力构筑O2O电商模式，打造属于自己的电商平台，宣布百城当日达，提高了用户体验，旗下的电霸也是一款比较不错的移动电源。
5、总结
移动电源虽然解决了手机关键时刻断电这一难题，但是劣质的移动电源存在着很大的安全隐患，所以小编要告诉大家的是，选择移动电源不要单纯的考虑价格，要考虑产品的质量、安全、服务、品牌等各方面的因素，要为自己的安全负责!
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