國(guó)外數(shù)控機(jī)床電源分析

張欣艷，左春英，朱文霞

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319）

數(shù)控機(jī)床集機(jī)、電、液于一身[1]，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化控制，因此對(duì)于單片機(jī)的電源的穩(wěn)壓、濾波技術(shù)要求特別高，即抗干擾能力要特別強(qiáng)。目前，國(guó)內(nèi)的電源穩(wěn)壓技術(shù)和濾波技術(shù)與國(guó)際水平存在很大差距。主要表現(xiàn)在：1電源的穩(wěn)壓效果不好；2單片機(jī)在工作時(shí)，對(duì)從傳感器或是電源線串進(jìn)來(lái)的高頻脈沖（如圖1所示）不能徹底的濾掉，導(dǎo)致穩(wěn)定性差。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)線不能投入生產(chǎn)的原因主要源于此。為了解決以上兩方面存在的問(wèn)題，依據(jù)國(guó)外數(shù)控機(jī)床的電源實(shí)物繪制出印刷電路板，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成電源原理圖，即圖2。而圖3是國(guó)內(nèi)典型電源原理圖，對(duì)比分析圖2、圖3，得出國(guó)內(nèi)穩(wěn)壓電源與國(guó)外存在的差距和不足，確定國(guó)產(chǎn)電源需要改進(jìn)部位，促其國(guó)產(chǎn)化。下面我們將結(jié)合圖2、圖3及實(shí)驗(yàn)得出的相應(yīng)數(shù)據(jù)從結(jié)構(gòu)、原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)三方面進(jìn)行比較分析，得出國(guó)內(nèi)外直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1 由于干擾而引起的高頻脈沖Fig.1 High-frequency pulse caused due to interference

1 結(jié)構(gòu)分析

一般的直流電源都是由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分組成。從結(jié)構(gòu)上看圖2和圖3均由以上四部分構(gòu)成，所不同的是圖2的電網(wǎng)電壓在進(jìn)入電源變壓器之前先經(jīng)過(guò)一個(gè)SOCKET電路，如圖4。對(duì)比兩圖，二者的整流和濾波部分的電路完全一樣，而在穩(wěn)壓電路部分卻存在著很大的差別。

群眾史觀作為馬克思主義唯物史觀的重要內(nèi)容，是馬克思、恩格斯創(chuàng)立唯物史觀并歷經(jīng)多次實(shí)踐檢驗(yàn)、唯一正確的科學(xué)的歷史觀。在馬克思主義唯物史觀產(chǎn)生之前，唯心史觀主導(dǎo)著社會(huì)歷史發(fā)展的進(jìn)程。唯心史觀否認(rèn)社會(huì)歷史發(fā)展有其自身的客觀規(guī)律性，不能透過(guò)現(xiàn)象認(rèn)清社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)，其樹立群眾史觀更無(wú)從談起。在馬克思主義唯物史觀創(chuàng)立之后，群眾史觀就成為唯物史觀基本理論的重要內(nèi)容，它第一次旗幟鮮明地提出人民群眾創(chuàng)造歷史的觀點(diǎn)。馬克思主義的群眾史觀自創(chuàng)立之日起，就成為世界各國(guó)無(wú)產(chǎn)階級(jí)政黨的基本理論和指導(dǎo)思想之一，并隨著無(wú)產(chǎn)階級(jí)政黨革命和建設(shè)的實(shí)踐發(fā)展而得以發(fā)展。

圖2 國(guó)外直流穩(wěn)壓電路圖Fig.2 The circuit of foreign direct current voltage regulation

圖3 國(guó)內(nèi)直流穩(wěn)壓電路圖Fig.3 The circuit of domestic direct current voltage regulation

圖4 SOCKET內(nèi)部電路圖Fig.4 Internal circuit in the SOCKET

圖1是用SEC（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司）生產(chǎn)的標(biāo)號(hào)為H8952—LM350K（以下簡(jiǎn)稱H）的集成電路作為穩(wěn)壓的主要部件。圖 1 中的 D1、D2、R1、R2、C6、C7作為穩(wěn)壓集成電路的輔助電路，R11和L1、R10和L2分別作為電源的通電指示元件。圖2是用國(guó)產(chǎn)的三端穩(wěn)壓電源317做為穩(wěn)壓電路的主要元件，D5是穩(wěn)壓管，起到穩(wěn)定電壓的作用，R1、R2、C4、C5、D6作為穩(wěn)壓電路的輔助電路，R3和L1是電源的通電指示元件。

2 原理分析

下面我們將結(jié)合圖2、圖3分別對(duì)直流穩(wěn)壓電源的變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的原理進(jìn)行一一剖析，以得出它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

大數(shù)據(jù)首先肯定會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)量有一個(gè)基本的要求，體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)上最關(guān)鍵的能力就是對(duì)數(shù)據(jù)采集發(fā)掘的能力，只有將所需要的數(shù)據(jù)深度、大范圍的發(fā)掘、采集到才是“大”的直接體現(xiàn)。因此對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代而言，最為直觀就是計(jì)算機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)采集能力的大。

需求情況：農(nóng)業(yè)方面，尿素需求冷清，僅南方部分地區(qū)水稻有少量需求。工業(yè)方面，復(fù)合肥和膠板企業(yè)開工率偏低，對(duì)尿素逢低采購(gòu)，整體需求疲軟。經(jīng)銷商冬儲(chǔ)采購(gòu)觀望為主，對(duì)目前高價(jià)格不接受。出口方面，印度招標(biāo)結(jié)束后，雖然孟加拉國(guó)和巴基斯坦仍在采購(gòu)，但需求量大幅減少，國(guó)際市場(chǎng)需求放緩。

經(jīng)過(guò)以上的分析，國(guó)外穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)是顯而易見的了。從原理分析上可以看出H是集穩(wěn)壓、調(diào)整于一體的集成電路。

圖1中R11和L1是濾波后的通電指示元件，R11的作用是限制L1的電流。濾波后的直流電壓開始進(jìn)入穩(wěn)壓電路的集成塊H，在電源的實(shí)物圖上，集成電路H接著一塊很大的散熱片，由這一點(diǎn)可以看出它的功率是相當(dāng)大的。直流電壓正極接H的1端，2端起補(bǔ)償作用，3端輸出。其中R10和L2是電源電壓的輸出指示。D1、D2、R1、R2、C6、C7的作用是保護(hù)集成塊H，其中R2的作用是限制H2端的電流，相當(dāng)于三極管基極的限流電阻，C6的作用是濾波（即通交隔直）[3]。當(dāng)電源輸出端電路突然中斷，如果產(chǎn)生瞬間感性電壓，那么由于自感作用D2和D1將導(dǎo)通[4]，避免大電流沖擊H的2端和3端，對(duì)H起保護(hù)作用。C7的作用是四次濾波，再次濾掉由電網(wǎng)電壓串進(jìn)來(lái)的低頻脈沖。以上便是國(guó)外穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)之三。

從“110/250V/50—60HZ/3A”的標(biāo)簽看，此電源的交流輸入電壓可以在110～250 V之間變化，頻率可以在50～60 Hz之間變化，這主要是SOCKET內(nèi)部電路和后面我們將要分析的H集成電路的功效。電網(wǎng)電壓進(jìn)入SOCKET電路之后，經(jīng)開關(guān)進(jìn)入變壓器，使副線圈輸出所需交變電壓值。由變壓器出來(lái)進(jìn)入橋式整流電路，對(duì)交流電進(jìn)行整流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟奫2]。由于橋式整流電路每個(gè)整流管所承受的反向峰值電壓比全波整流電路低，因此被廣泛的應(yīng)用。直流電從橋式整流電路出來(lái)后通過(guò)保險(xiǎn)絲經(jīng)C3、C4、C5濾波。在這里值得一提的是濾波的三個(gè)電容的數(shù)值特別大（3300 μF），這更有利于濾掉大幅度的波動(dòng)脈沖電壓。打個(gè)比喻：濾波電容好比是水缸，輸入的電網(wǎng)電壓好比是水缸的水位，脈沖波動(dòng)電壓好比是用瓢舀水；電容越大，水缸的盛水量就越大，脈沖電壓即使波動(dòng)很大（即用瓢舀出幾瓢水），對(duì)于大水缸的水位是幾乎沒(méi)有影響的。而國(guó)內(nèi)濾波電路的電容通常都比較小，這便是國(guó)外穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)之二。

首先，我們來(lái)分析一下圖2。電網(wǎng)電壓進(jìn)入變壓器之前，先經(jīng)過(guò)SOCKET的內(nèi)部電路，如圖4，SOCKET電路圖中電流的走向是從左側(cè)的P、E、N進(jìn)入，然后從右側(cè)出來(lái)進(jìn)入電源變壓器，三個(gè)電容的作用是濾掉電網(wǎng)電壓的高頻脈沖，即在進(jìn)入變壓器之前進(jìn)行一次濾波，而保險(xiǎn)絲的作用是保護(hù)SOCKET電路。如若電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器輸出的交流電部分由于某種原因短路，引起副線圈中電流增大，進(jìn)而導(dǎo)致原線圈中電流超過(guò)額定電流，保險(xiǎn)絲熔斷，對(duì)電路起到保護(hù)作用，以免大電流沖擊電源內(nèi)部電路，這是國(guó)外穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)之一。

接下來(lái)我們來(lái)分析一下圖2，通過(guò)對(duì)比，差距主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：其一，圖2中電網(wǎng)電壓直接接到電源變壓器，因而輸入電壓只能是220 V，而且濾掉高頻脈沖的能力較差；其二，整流電路的工作原理與圖1是完全一樣的。濾波電路的三個(gè)電容與國(guó)外相比簡(jiǎn)直是太小了，濾波效果不是很明顯；其三，穩(wěn)壓電路部分是由國(guó)產(chǎn)的三端穩(wěn)壓電源317來(lái)代替的。D5的作用是穩(wěn)壓；R1的作用是限制穩(wěn)壓管D5的電流；L1和R3是電源通電指示；R2是2端的限流電阻；C4的作用仍然是濾波；C5是二次濾波濾掉低頻脈沖；D6起保護(hù)作用，即當(dāng)電源輸出端電壓突然中斷時(shí)，如果有感性電壓，那么D6導(dǎo)通，將對(duì)317的2端起保護(hù)作用。但這里卻沒(méi)有對(duì)3端起保護(hù)作用的裝置。

下頁(yè)兩個(gè)表格的數(shù)據(jù)是電源空載時(shí)，各部分電壓隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)的變化情況。我們來(lái)對(duì)兩個(gè)表格的數(shù)據(jù)加以比較分析。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解析

權(quán)重分配的合理與否將直接影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性［5］。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)普查工作戰(zhàn)略目標(biāo)的重要性應(yīng)分別賦予不同的權(quán)重。采用AHP法［6］，通過(guò)一致性檢驗(yàn)的即為該權(quán)重；未通過(guò)一致性檢驗(yàn)的指標(biāo)反饋給專家，重新進(jìn)行兩兩對(duì)比，直到所有的指標(biāo)的權(quán)重都通過(guò)一致性檢驗(yàn)。最后將所有專家得出的權(quán)重求權(quán)重算術(shù)平均值，得出的指標(biāo)體系的權(quán)重的結(jié)果見表1。

表1 國(guó)外直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)定性分析表Table 1 Stability analysis table of foreign direct current power supply

表2 國(guó)內(nèi)直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)定性分析表Table 2 Stability analysis table of domestic direct current power supply

從表1中可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓在200～250 V之間波動(dòng)時(shí)，經(jīng)變壓器變壓后交流電壓的波動(dòng)范圍是13.21～16.20 V；經(jīng)電橋整流后的直流輸出的波動(dòng)范圍是16.90～20.80 V；由D1兩端的電壓在11.50～15.50 V之間波動(dòng)，可知D1的作用是保護(hù)而不是穩(wěn)壓因此穩(wěn)壓裝置一定集成在H中；R1兩端的電壓穩(wěn)定在1.25 V，R2穩(wěn)定在3.95 V，輸出電壓穩(wěn)定在5.20 V。由以上數(shù)據(jù)可以看出空載時(shí)電源電壓非常穩(wěn)定，幾乎看不出什么變化。

從表2中可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓在200～250 V之間波動(dòng)時(shí)，經(jīng)變壓器變壓后交流電壓的變化范圍是13.02～17.92 V，范圍比表1大；經(jīng)電橋整流后的直流輸出的波動(dòng)范圍是16.12～22.50 V，范圍仍比表1大；限流電阻R1兩端的電壓在4.26～9.88 V之間波動(dòng)，可見穩(wěn)壓前相當(dāng)不穩(wěn)定；穩(wěn)壓管D5的電壓波動(dòng)范圍是12.10～13.13 V，穩(wěn)壓性能不太好；D6與輸出端的電壓在電源空載時(shí)仍有微小的波動(dòng)。由此可見國(guó)內(nèi)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性能不高，如若接負(fù)載其不穩(wěn)定性將體現(xiàn)的更加明顯。

4 結(jié)果與結(jié)論

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，我們不能測(cè)量電源接負(fù)載時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性能，但根據(jù)空載時(shí)的理論分析及目前國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀，二者的差距將會(huì)是很大的。

綜合以上三方面的分析，不難看出國(guó)外直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)性能指標(biāo)集中在集成電路H8952—LM350K上，這應(yīng)該是我國(guó)今后在這方面要主攻的方向，另外在濾波、保護(hù)集成電路的技術(shù)上我們與國(guó)外仍存在著一定的差距。數(shù)控機(jī)床電源故障在機(jī)器故障中占相當(dāng)大的比重，具有漸發(fā)性、轉(zhuǎn)移性和伴生性[5]，因此，在對(duì)電源進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)要注意電源部件的質(zhì)量和維護(hù)的及時(shí)性。

［1］夏羅生.數(shù)控機(jī)床的電源故障維修實(shí)例［J］.機(jī)械制造，2005，43（491）：71-72.

［2］楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程［M］.3版.北京：高等教育出版社，2006.

［3］余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程［M］.3版.北京：高等教育出版社，2007.

［4］霍亮生.電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［5］李海鋒，高振海，陳濤，等.由電源引發(fā)的數(shù)控機(jī)床故障三例［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2006，（7）：114-116.