国外数控机床电源分析

张欣艳，左春英，朱文霞

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

数控机床集机、电、液于一身[1]，通过模数转换、数模转换来进行自动化控制，因此对于单片机的电源的稳压、滤波技术要求特别高，即抗干扰能力要特别强。目前，国内的电源稳压技术和滤波技术与国际水平存在很大差距。主要表现在：1电源的稳压效果不好；2单片机在工作时，对从传感器或是电源线串进来的高频脉冲（如图1所示）不能彻底的滤掉，导致稳定性差。国内设计的自动化生产线不能投入生产的原因主要源于此。为了解决以上两方面存在的问题，依据国外数控机床的电源实物绘制出印刷电路板，进而转化成电源原理图，即图2。而图3是国内典型电源原理图，对比分析图2、图3，得出国内稳压电源与国外存在的差距和不足，确定国产电源需要改进部位，促其国产化。下面我们将结合图2、图3及实验得出的相应数据从结构、原理、实验数据三方面进行比较分析，得出国内外直流稳压电源的优缺点。

图1 由于干扰而引起的高频脉冲Fig.1 High-frequency pulse caused due to interference

1 结构分析

一般的直流电源都是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。从结构上看图2和图3均由以上四部分构成，所不同的是图2的电网电压在进入电源变压器之前先经过一个SOCKET电路，如图4。对比两图，二者的整流和滤波部分的电路完全一样，而在稳压电路部分却存在着很大的差别。

群众史观作为马克思主义唯物史观的重要内容，是马克思、恩格斯创立唯物史观并历经多次实践检验、唯一正确的科学的历史观。在马克思主义唯物史观产生之前，唯心史观主导着社会历史发展的进程。唯心史观否认社会历史发展有其自身的客观规律性，不能透过现象认清社会发展的本质，其树立群众史观更无从谈起。在马克思主义唯物史观创立之后，群众史观就成为唯物史观基本理论的重要内容，它第一次旗帜鲜明地提出人民群众创造历史的观点。马克思主义的群众史观自创立之日起，就成为世界各国无产阶级政党的基本理论和指导思想之一，并随着无产阶级政党革命和建设的实践发展而得以发展。

图2 国外直流稳压电路图Fig.2 The circuit of foreign direct current voltage regulation

图3 国内直流稳压电路图Fig.3 The circuit of domestic direct current voltage regulation

图4 SOCKET内部电路图Fig.4 Internal circuit in the SOCKET

图1是用SEC（美国国家半导体公司）生产的标号为H8952—LM350K（以下简称H）的集成电路作为稳压的主要部件。图 1 中的 D1、D2、R1、R2、C6、C7作为稳压集成电路的辅助电路，R11和L1、R10和L2分别作为电源的通电指示元件。图2是用国产的三端稳压电源317做为稳压电路的主要元件，D5是稳压管，起到稳定电压的作用，R1、R2、C4、C5、D6作为稳压电路的辅助电路，R3和L1是电源的通电指示元件。

2 原理分析

下面我们将结合图2、图3分别对直流稳压电源的变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路的原理进行一一剖析，以得出它们的优缺点。

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需求情况：农业方面，尿素需求冷清，仅南方部分地区水稻有少量需求。工业方面，复合肥和胶板企业开工率偏低，对尿素逢低采购，整体需求疲软。经销商冬储采购观望为主，对目前高价格不接受。出口方面，印度招标结束后，虽然孟加拉国和巴基斯坦仍在采购，但需求量大幅减少，国际市场需求放缓。

经过以上的分析，国外稳压电源的优点已经是显而易见的了。从原理分析上可以看出H是集稳压、调整于一体的集成电路。

图1中R11和L1是滤波后的通电指示元件，R11的作用是限制L1的电流。滤波后的直流电压开始进入稳压电路的集成块H，在电源的实物图上，集成电路H接着一块很大的散热片，由这一点可以看出它的功率是相当大的。直流电压正极接H的1端，2端起补偿作用，3端输出。其中R10和L2是电源电压的输出指示。D1、D2、R1、R2、C6、C7的作用是保护集成块H，其中R2的作用是限制H2端的电流，相当于三极管基极的限流电阻，C6的作用是滤波（即通交隔直）[3]。当电源输出端电路突然中断，如果产生瞬间感性电压，那么由于自感作用D2和D1将导通[4]，避免大电流冲击H的2端和3端，对H起保护作用。C7的作用是四次滤波，再次滤掉由电网电压串进来的低频脉冲。以上便是国外稳压电源的优点之三。

从“110/250V/50—60HZ/3A”的标签看，此电源的交流输入电压可以在110～250 V之间变化，频率可以在50～60 Hz之间变化，这主要是SOCKET内部电路和后面我们将要分析的H集成电路的功效。电网电压进入SOCKET电路之后，经开关进入变压器，使副线圈输出所需交变电压值。由变压器出来进入桥式整流电路，对交流电进行整流转变为直流电[2]。由于桥式整流电路每个整流管所承受的反向峰值电压比全波整流电路低，因此被广泛的应用。直流电从桥式整流电路出来后通过保险丝经C3、C4、C5滤波。在这里值得一提的是滤波的三个电容的数值特别大（3300 μF），这更有利于滤掉大幅度的波动脉冲电压。打个比喻：滤波电容好比是水缸，输入的电网电压好比是水缸的水位，脉冲波动电压好比是用瓢舀水；电容越大，水缸的盛水量就越大，脉冲电压即使波动很大（即用瓢舀出几瓢水），对于大水缸的水位是几乎没有影响的。而国内滤波电路的电容通常都比较小，这便是国外稳压电源的优点之二。

首先，我们来分析一下图2。电网电压进入变压器之前，先经过SOCKET的内部电路，如图4，SOCKET电路图中电流的走向是从左侧的P、E、N进入，然后从右侧出来进入电源变压器，三个电容的作用是滤掉电网电压的高频脉冲，即在进入变压器之前进行一次滤波，而保险丝的作用是保护SOCKET电路。如若电网电压经变压器输出的交流电部分由于某种原因短路，引起副线圈中电流增大，进而导致原线圈中电流超过额定电流，保险丝熔断，对电路起到保护作用，以免大电流冲击电源内部电路，这是国外稳压电源的优点之一。

接下来我们来分析一下图2，通过对比，差距主要表现在三个方面：其一，图2中电网电压直接接到电源变压器，因而输入电压只能是220 V，而且滤掉高频脉冲的能力较差；其二，整流电路的工作原理与图1是完全一样的。滤波电路的三个电容与国外相比简直是太小了，滤波效果不是很明显；其三，稳压电路部分是由国产的三端稳压电源317来代替的。D5的作用是稳压；R1的作用是限制稳压管D5的电流；L1和R3是电源通电指示；R2是2端的限流电阻；C4的作用仍然是滤波；C5是二次滤波滤掉低频脉冲；D6起保护作用，即当电源输出端电压突然中断时，如果有感性电压，那么D6导通，将对317的2端起保护作用。但这里却没有对3端起保护作用的装置。

下页两个表格的数据是电源空载时，各部分电压随电网电压波动的变化情况。我们来对两个表格的数据加以比较分析。

3 实验数据解析

权重分配的合理与否将直接影响到评价结果的准确性［5］。根据评价指标对普查工作战略目标的重要性应分别赋予不同的权重。采用AHP法［6］，通过一致性检验的即为该权重；未通过一致性检验的指标反馈给专家，重新进行两两对比，直到所有的指标的权重都通过一致性检验。最后将所有专家得出的权重求权重算术平均值，得出的指标体系的权重的结果见表1。

表1 国外直流稳压电源稳定性分析表Table 1 Stability analysis table of foreign direct current power supply

表2 国内直流稳压电源稳定性分析表Table 2 Stability analysis table of domestic direct current power supply

从表1中可以看出，当电网电压在200～250 V之间波动时，经变压器变压后交流电压的波动范围是13.21～16.20 V；经电桥整流后的直流输出的波动范围是16.90～20.80 V；由D1两端的电压在11.50～15.50 V之间波动，可知D1的作用是保护而不是稳压因此稳压装置一定集成在H中；R1两端的电压稳定在1.25 V，R2稳定在3.95 V，输出电压稳定在5.20 V。由以上数据可以看出空载时电源电压非常稳定，几乎看不出什么变化。

从表2中可以看出，当电网电压在200～250 V之间波动时，经变压器变压后交流电压的变化范围是13.02～17.92 V，范围比表1大；经电桥整流后的直流输出的波动范围是16.12～22.50 V，范围仍比表1大；限流电阻R1两端的电压在4.26～9.88 V之间波动，可见稳压前相当不稳定；稳压管D5的电压波动范围是12.10～13.13 V，稳压性能不太好；D6与输出端的电压在电源空载时仍有微小的波动。由此可见国内稳压电源的稳定性能不高，如若接负载其不稳定性将体现的更加明显。

4 结果与结论

由于实验条件的限制，我们不能测量电源接负载时输出电压的稳定性能，但根据空载时的理论分析及目前国内的现状，二者的差距将会是很大的。

综合以上三方面的分析，不难看出国外直流稳压电源的主要技术性能指标集中在集成电路H8952—LM350K上，这应该是我国今后在这方面要主攻的方向，另外在滤波、保护集成电路的技术上我们与国外仍存在着一定的差距。数控机床电源故障在机器故障中占相当大的比重，具有渐发性、转移性和伴生性[5]，因此，在对电源进行国产化的同时要注意电源部件的质量和维护的及时性。

［1］夏罗生.数控机床的电源故障维修实例［J］.机械制造，2005，43（491）：71-72.

［2］杨素行.模拟电子技术基础简明教程［M］.3版.北京：高等教育出版社，2006.

［3］余孟尝.数字电子技术基础简明教程［M］.3版.北京：高等教育出版社，2007.

［4］霍亮生.电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［5］李海锋，高振海，陈涛，等.由电源引发的数控机床故障三例［J］.制造技术与机床，2006，（7）：114-116.