新型電力抗干擾電源的設計

江寧聰，郭 迪，周鑫宇，賴志耀，李慧霖

（湖南科技大學，湘潭 411100）

1 引言

電源是一種向電子設備供電的裝置，也被稱為電源供應器。它提供電器所有部件所需的所有電能。電源的內部設計、電流和電壓是否穩定，將直接影響到電子系統的使用壽命以及其穩定性。尤其是直流穩壓電源的設計，關系到整個電路系統的穩定性和壽命，可見電源設計是電路設計中的一個尤為重要的環節。但是在電源為系統提供能量的同時，由于電路中的不穩定電流和電路中的電磁輻射，所以電路系統也給電源增加了噪聲信號，但是在一個電子系統中，通常存在對電源中的噪聲敏感的電路，其中模擬電路和數字電路，高功率電路和小信號電路，時鐘線和信號線。微控制器的復位線、中斷線等控制線最容易受到外部噪聲干擾。如果電源設計不當，對電源電路的強干擾會通過電源進入其他電路，從而影響噪聲敏感電路的性能。甚至不能正常工作。

例如，A/D轉換電路中的模擬信號無法承受電源的干擾。然而，目前國內外電源的抗干擾能力較弱。尤其是對高精密的電子儀器來說，需要電源的抗干擾的要求較高，因此，為了提高電源的抗干擾能力，需要不斷的改進與創新。

針對這種問題，本文提出了一種新型解決方案，設計的系統方案具有價格低廉，系統設計簡單，抗干擾能力較強的特點。

2 系統方案

2.1 直流穩壓電源原理介紹

直流穩壓電源大體上的設計思路就是首先通過變壓器將交流電壓由220V降為15V，整流電路可將交流電轉變為直流電，對其脈動變換較大的電流采用濾波電路進行過濾，然后通過穩壓電路就可以獲得較為穩定的直流電。

下圖為直流穩壓電源的系統框圖。

2.2 硬件總體設計

本抗干擾電源為直流穩壓電源，其由五個部分設計電路組成：電源變壓器，整流電路，懸浮開關電路，濾波電路，穩壓電路。

元器件介紹：變壓器T、整流器DR、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容至第六電容C1-C6、非門控制芯片IC1、可變電阻RT、三端穩壓器IC2，第一電子開關A1至第四電阻開關A4、電位器RP。設計圖如圖1所示

圖1

2.2.1 整流電路的論證與選擇

本系統的每個部分設計都經過測試與思考，整流電路部分設計我們經過思考與查詢大量資料后有三種設計方案。

方案一 單相半波整流電路

單相半波整流電路利用了二極管使得電流只能單相通過的特性，從而達到除去半周、剩下半周只輸出交流電的一半波形的效果，但是其整流效率并不高，對變壓器的利用率較低。

方案二 單相全波整流電路

單相全波整流電路的采用了兩個整流器，一個負責反方向的電流，一個負責正方向的電流，利用率比方案一要高，但是其不足之處是對反向電壓的要求較高。

方案三 單相橋式整流電路

該電路中存在四個二極管，利用二極管的單向電流導向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內，二極管D1、D3導通，D2、D4截止，在負載RL上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導通，流過負載RL的電流方向與正半周一致。其對變壓器的利用率較前兩種方案而言較高，綜合以上三種方案的優劣，我們采用了方案三。電路如圖2所示。

2.2.2 穩壓電路

本系統穩壓電路采用LM317集成電路模塊，LM317是一種可以改變輸出電壓的三端正電壓穩壓集成模塊。在輸出電壓范圍1.2V到37V時能夠提供超過1.5A的電流，此穩壓器十分容易使用。

圖2

2.3 系統結果與分析

在測試，我們將周期進行反復切換，第一電子開關A1至第四電子開關A4在電路中起懸浮開關作用，交流電AC經降壓整流得到15V直流電源，當控制電路輸出為正半周時，非門控制芯片CD4069UB第八引腳輸出高電平，第六引腳輸出為低電平，第二電子開關A2和第三電子開關A3導通，第一電子開關A1和第四電子開關A4截止，此時復充電源第二電容C2被充電，且與負載脫離，復充電源第一電容C1向負載供電且與電源脫離，當控制電路輸出為負半周時，非門控制芯片IC1第八引腳輸出為低電平，第六引腳輸出高電平，從而使第二電子開關A2和第三電子開關A3截止，第一電子開關A1和第四電子開關A4導通，復充電源第一電容C1由電源充電與負載脫離，第二電容向負載供電且與電源脫離，起開關作用，實現了隔離充電，抗干擾性強，適用于對抗干擾性要求高的場合。

3 結語

由于電源引入的干擾是最直接和強烈的，由此可見電源的抗干擾設計對于儀器設備相當重要，本設計提出了一種新型抗干擾電源的設計方案，采用非門控制芯片為主控制芯片，同時配合四個電子開關構成懸浮式開關，使電源的輸入輸出端隔離，本設計方案的實施成本低廉，原理簡單易懂，能夠在一定程度上保證儀器的正常輸出。理論分析以及實際測試應用都證明了上述電源干擾抑制系統方案具有較高的可行性，具有一定的市場應用前景。