電源電子電路設(shè)計圖TOP11經(jīng)典分析

　　一、穩(wěn)壓電源

　　1、3～25V電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路圖

　　此穩(wěn)壓電源可調(diào)范圍在3.5V～25V之間任意調(diào)節(jié)，輸出電流大，并采用可調(diào)穩(wěn)壓管式電路，從而得到滿意平穩(wěn)的輸出電壓。

　　工作原理：經(jīng)整流濾波后直流電壓由R1提供給調(diào)整管的基極，使調(diào)整管導(dǎo)通，在V1導(dǎo)通時電壓經(jīng)過RP、R2使V2導(dǎo)通，接著V3也導(dǎo)通，這時V1、V2、 V3的發(fā)射極和集電極電壓不再變化（其作用完全與穩(wěn)壓管一樣）。調(diào)節(jié)RP，可得到平穩(wěn)的輸出電壓，R1、RP、R2與R3比值決定本電路輸出的電壓值。

　　元器件選擇：變壓器T選用80W～100W，輸入AC220V，輸出雙繞組AC28V。FU1選用1A，F(xiàn)U2選用3A～5A。VD1、VD2選用 6A02。RP選用1W左右普通電位器，阻值為250K～330K，C1選用3300µ(＄0.1464);F／35V電解電容，C2、C3選用0.1µ(＄0.1464);F獨石電容，C4選用 470µ(＄0.1464);F／35V電解電容。R1選用180～220Ω/0.1W～1W，R2、R4、R5選用10KΩ、1／8W。V1選用2N3055(＄0.9828)，V2選用 3DG180或2SC3953，V3選用3CG12或3CG80

　　2、10A3～15V穩(wěn)壓可調(diào)電源電路圖

　　無論檢修電腦還是電子制作都離不開穩(wěn)壓電源，下面介紹一款直流電壓從3V到15V連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電源，最大電流可達10A，該電路用了具有溫度補償特性的，高精度的標準電壓源集成電路TL431(＄0.0625)，使穩(wěn)壓精度更高，如果沒有特殊要求，基本能滿足正常維修使用，電路見下圖。

　　其工作原理分兩部分，第一部分是一路固定的5V1.5A穩(wěn)壓電源電路。第二部分是另一路由3至15V連續(xù)可調(diào)的高精度大電流穩(wěn)壓電路。第一路的電路非常簡 單，由變壓器次級8V交流電壓通過硅橋QL1整流后的直流電壓經(jīng)C1電解電容濾波后，再由5V三端穩(wěn)壓塊LM7805(＄0.2053)不用作任何調(diào)整就可在輸出端產(chǎn)生固定 的5V1A穩(wěn)壓電源，這個電源在檢修電腦板時完全可以當(dāng)作內(nèi)部電源使用。第二部分與普通串聯(lián)型穩(wěn)壓電源基本相同，所不同的是使用了具有溫度補償特性的，高 精度的標準電壓源集成電路TL431(＄0.0625)，所以使電路簡化，成本降低，而穩(wěn)壓性能卻很高。圖中電阻R4，穩(wěn)壓管TL431(＄0.0625)，電位器R3組成一個連續(xù)可調(diào)得恒壓 源，為BG2基極提供基準電壓，穩(wěn)壓管TL431(＄0.0625)的穩(wěn)壓值連續(xù)可調(diào)，這個穩(wěn)壓值決定了穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓，如果你想把可調(diào)電壓范圍擴大，可以改變R4 和R3的電阻值，當(dāng)然變壓器的次級電壓也要提高。變壓器的功率可根據(jù)輸出電流靈活掌握，次級電壓15V左右。橋式整流用的整流管QL用15－20A硅橋， 結(jié)構(gòu)緊湊，中間有固定螺絲，可以直接固定在機殼的鋁板上，有利散熱。調(diào)整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發(fā)熱量很大，如果機箱允許，盡量購買 大的散熱片，擴大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點的硅管，這樣可以做的體積小一些。濾波用50V4700uF電解電容C5和C7分別用 三只并聯(lián)，使大電流輸出更穩(wěn)定，另外這個電容要買體積相對大一點的，那些體積較小的同樣標注50V4700uF盡量不用，當(dāng)遇到電壓波動頻繁，或長時間不 用，容易失效。最后再說一下電源變壓器，如果沒有能力自己繞制，有買不到現(xiàn)成的，可以買一塊現(xiàn)成的200W以上的開關(guān)電源代替變壓器，這樣穩(wěn)壓性能還可進 一步提高，制作成本卻差不太多，其它電子元件無特殊要求，安裝完成后不用太大調(diào)整就可正常工作。

　　二、開關(guān)電源

　　1、PWM開關(guān)電源集成控制IC-UC3842(＄0.1656)工作原理

　　UC3842(＄0.1656)工作原理

　　下圖為UC3842(＄0.1656) 內(nèi)部框圖和引腳圖，UC3842(＄0.1656) 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端 的2.5V 基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端， 當(dāng)檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決 定，f=1.8/（RT×CT）；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅(qū)動能力為±1A ；⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V 基準電壓輸出端，有50mA 的負載能力。

　　UC3842(＄0.1656) 內(nèi)部原理框圖

　　UC3842(＄0.1656)是一種性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)較簡單的PWM開關(guān)電源集成控制器，由于它只有一個輸出端，所以主要用于音端控制的開關(guān)電源。UC3842(＄0.1656) 7腳為電壓輸入端，其啟動電壓范圍為16-34V。在電源啟動時，VCC﹤16V，輸入電壓施密物比較器輸出為0，此時無基準電壓產(chǎn)生，電路不工作；當(dāng) Vcc﹥16V時輸入電壓施密特比較器送出高電平到5V蕨穩(wěn)壓器，產(chǎn)生5V基準電壓，此電壓一方面供銷內(nèi)部電路工作，另一方面通過⑧腳向外部提供參考電 壓。一旦施密特比較器翻轉(zhuǎn)為高電平（芯片開始工作以后），Vcc可以在10V-34V范圍內(nèi)變化而不影響電路的工作狀態(tài)。當(dāng)Vcc低于10V時，施密特比 較器又翻轉(zhuǎn)為低電平，電路停止工作。

　　當(dāng)基準穩(wěn)壓源有5V基準電壓輸出時，基準電壓檢測邏輯比較器即達出高電平信號到輸出電路。同時，振蕩器將根據(jù)④腳外接Rt、Ct參數(shù)產(chǎn)生 f=/Rt.Ct的振蕩信號，此信號一路直接加到圖騰柱電路的輸入端，另一路加到PWM脈寬市制RS觸發(fā)器的置位端，RS型PWN脈寬調(diào)制器的R端接電流 檢測比較器輸出端。R端為占空調(diào)節(jié)控制端，當(dāng)R電壓上升時，Q端脈沖加寬，同時⑥腳送出脈寬也加寬（占空比增多）；當(dāng)R端電壓下降時，Q端脈沖變窄，同時 ⑥腳送出脈寬也變變窄（占空比減小）。UC3842(＄0.1656)各點時序如圖所示，只有當(dāng)E點為高電平時才有信號輸出 ，并且a、b點全為高電平時，d點才送出高電平，c點送出低電平，否則d點送出低電平，c點送出高電平。②腳一般接輸出電壓取樣信號，也稱反饋信號。當(dāng)② 腳電壓上升時，①腳電壓將下降，R端電壓亦隨之下降，于是⑥腳脈沖變窄；反之，⑥腳脈沖變寬。③腳為電流傳感端，通常在功率管的源極或發(fā)射極串入一小阻值 取樣電阻，將流過開關(guān)管的電流轉(zhuǎn)為電壓，并將此電壓引入境腳。當(dāng)負載短路或其它原因引起功率管電流增加，并使取樣電阻上的電壓超過1V時，⑥腳就停止脈沖 輸出，這樣就可以有效的保護功率管不受損壞。

　　2、TOP224P(＄1.7520)構(gòu)成的12V、20W開關(guān)直流穩(wěn)壓電源電路

　　由TOP224P(＄1.7520)構(gòu)成的 12V、20W開關(guān)直流穩(wěn)壓電源電路如圖所示。電路中使用兩片集成電路：TOP224P(＄1.7520)型三端單片開關(guān)電源（IC1），PC817A型線性光耦合 器 （IC2）。交流電源經(jīng)過UR和Cl整流濾波后產(chǎn)生直流高壓Ui，給高頻變壓器T的一次繞組供電。VDz1和VD1能將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值， 并能衰減振鈴電壓。VDz1采用反向擊穿電壓為200V的P6KE200(＄0.0861)型瞬態(tài)電壓抑制器，VDl選用1A／600V的UF4005(＄0.0747)型超快恢復(fù)二極管。二 次繞組電壓通過V砬、C2、Ll和C3整流濾波，獲得12V輸出電壓Uo。Uo值是由VDz2穩(wěn)定電壓Uz2、光耦中 LED的正向壓降UF、R1上的壓降 這三者之和來設(shè)定的。改變高頻變壓器的匝數(shù)比和VDz2的穩(wěn)壓值，還可獲得其他輸出電壓值。R2和VDz2五還為12V輸出提供一個假負載，用以提高輕載 時的負載調(diào)整率。反饋繞組電壓經(jīng)VD3和C4整流濾波后，供給TOP224P(＄1.7520)所需偏壓。由R2和VDz2來調(diào)節(jié)控制端電流，通過改變輸出占空比達到穩(wěn)壓目 的。共模扼流圈L2能減小由一次繞組接D端的高壓開關(guān)波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流。C7為保護電容，用于濾掉由一次、二次繞組耦合電容引起的干擾。C6可減 小由一次繞組電流的基波與諧波所產(chǎn)生的差模泄漏電流。C5不僅能濾除加在控制端上的尖峰電流，而且決定自啟動頻率，它還與R1、R3一起對控制回路進行補 償。

　　三、DC-DC電源

　　1、3V轉(zhuǎn)+5V、+12V的電路圖

　　由 電池供電的便攜式電子產(chǎn)品一般都采用低電源電壓，這樣可減少電池數(shù)量，達到減小產(chǎn)品尺寸及重量的目的，故一般常用3～5V作為工作電壓，為保證電路工作的 穩(wěn)定性及精度，要求采用穩(wěn)壓電源供電。若電路采用5V工作電壓，但另需一個較高的工作電壓，這往往使設(shè)計者為難。本文介紹一種采用兩塊升壓模塊組成的電路 可解決這一難題，并且只要兩節(jié)電池供電。

　　該電路的特點是外圍元件少、尺寸小、重量輕、輸出+5V、+12V都是穩(wěn)定的，滿足便攜式電子產(chǎn)品的要求。+5V電源可輸出60mA，+12V電源最大輸出電流為5mA。

　　該 電路如上圖所示。它由AH805升壓模塊及FP106(＄1.5500)升壓模塊組成。AH805是一種輸入1.2～3V，輸出5V的升壓模塊，在3V供電時可輸出 100mA電流。FP106(＄1.5500)是貼片式升壓模塊，輸入4～6V，輸出固定電壓為29±1V，輸出電流可達40mA，AH805及FP106(＄1.5500)都是一個電平控制 的關(guān)閉電源控制端。

　　兩節(jié)1.5V堿性電池輸出的3V電壓輸入AH805，AH805輸出+5V電壓，其一路作5V輸出，另一路輸入FP106(＄1.5500)使其產(chǎn)生28～30V電壓，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出+12V電壓。從圖中可以看出，只要改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，即可獲得不同的輸出電壓，使用十分靈活。FP106(＄1.5500)的第⑤腳為控制電源關(guān)閉端，在關(guān)閉電源時，耗電幾乎為零，當(dāng)?shù)?⑤腳加高電平》2.5V時，電源導(dǎo)通；當(dāng)?shù)冖菽_加低電平《0.4V時，電源被關(guān)閉?？梢杂秒娐穪砜刂苹蚴謩涌刂?，若不需控制時，第⑤腳與第 ⑧腳連接。

　　2、用MC34063(＄0.1626)做3.6V電轉(zhuǎn)9V電路圖

　　工作狀態(tài)：

　　無負載：輸入：3.65V、18uA（相當(dāng)600mAH的電池待機三年多）

　　有負載：輸出：9.88V、50.2mA，輸入：3.65V、186.7mA，效率為72%

　　工作原理：

　　無負載時，IC的 6腳沒有電，停止工作，輸入端3.65V工作電流只有18uA（相當(dāng)600mAH的電池待機三年多）！當(dāng)有負載時（Q1有Ieb電流），8550的EC極導(dǎo)通，IC得電工作。IC是否工作是由是否有負載決定的，就相當(dāng)一個電池。用IC做電壓轉(zhuǎn)換效率高，輸出穩(wěn)定！這個電路加點改進，增加功率可以做“不需開關(guān)的4.2V轉(zhuǎn)5V移動電源”。可以用個電池盒做手機的后備電源！

　　電路圖

　　我的電感是用0.3mm的線在1cm的工字磁芯上繞約30匝。我覺得這磁芯用得偏大了，他的空間還沒有繞上一半。

　　四、充電電路

　　1、lm358(＄0.0737)堿性電池充電器電路圖

　　堿性電池能否充電的問題，有兩種不同的說法。有的說可以充，效果非常好。有的說絕對不能充，電池說明提示了會有爆炸的危險。事實上，堿性電池確可充電，充電次數(shù)一般為30-50次左右。實際上是由于在充電方法上的掌握，導(dǎo)致了截然不同的兩種后果。首先 ，堿性電池可以充電是毋庸置疑的，同時，在電池的說明中，都提到堿性電池不可充電，充電可能導(dǎo)致爆炸。這也是沒錯的，但是注意這里的用詞是“可能”導(dǎo)致爆 炸。你也可以理解為廠家的一種免責(zé)性的自我保護聲明。堿性電池充電的關(guān)鍵是溫度。只要能做到對電池充電時不出現(xiàn)高溫，就可以順利地完成充電過程，正確的充 電方法要求有幾點：

　　1.小電流50MA

　　2.不過充1.7V，不過放1.3V

　　一些人嘗試充電實踐后，斬釘截鐵地說不能充電，之所以出現(xiàn)充不進電、用電時間短、漏液、爆炸等問題，多數(shù)是充電器的問題，如果充電器充電電流太大，遠超過 50ma，如一些快速充電器充電電流在200ma以上，直接的后果是電池溫度很高，摸上去燙手，輕則會漏液，嚴重的就會爆炸。有的人使用鎳氫充電電池充電器來充，低檔的充電器沒有自動停充功能，長時間的充電導(dǎo)致電池過充也會出現(xiàn)漏液和爆炸。好一點的充電器有自動停充功能，但停充電 壓一般設(shè)定為鎳氫充電電池的1.42V，而堿性電池充滿電壓約為1.7V。因此，電壓太低，感覺上就是充不進電，用電時間短，沒什么效果。再有就是電池不 過放指的是不要等到電池完全沒電再充電，這樣操作，再好的電池也就能充三、五次，且效果差。一般建議用南孚堿性電池電壓不低于1.3V。所以，你如果打算對堿性電池充電，必須要有一個合格的充電器，充電電流50ma左右，充電截止電壓1.7V左右?？纯茨慵业某潆娖靼伞Ｊ忻嫔嫌匈u堿性電池專用充電器的，所謂專利產(chǎn)品。實際上就是充電電壓1.7V電流50ma的簡單電路。利用手邊現(xiàn)有的零件lm358(＄0.0737)和TL431(＄0.0625)，我做了個簡單電路，截止電壓1.67V自動停充，成本兩元而已。供感興趣的朋友參考。

　　相關(guān)說明：

　　堿錳充電電池：是在堿性鋅錳電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于應(yīng)用了無汞化的鋅粉及新型添加劑，故又稱為無汞堿錳電池。這種電池在不改變原堿性電池放電特性的同時，又能充電使用幾十次到幾百次，比較經(jīng)濟實惠。堿性鋅錳電池簡稱堿錳電池，它是在1882年研制成功，1912年就已開發(fā)，到了1949年才投產(chǎn)問世。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)時，無論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。

　　它的特點：

　　1.開路電壓為1.5V;2.工作溫度范圍寬在－20℃～60℃之間，適于高寒地區(qū)使用；3.大電流連續(xù)放電其容量是酸性鋅錳電池的5倍左右；4.它的低溫放電性能也很好。充電次數(shù)在30次以內(nèi)，一般10-20次，需要特別充電器，極為容易喪失充電能力。

　　2、2.75W中功率USB充電器電路圖

　　該設(shè)計采用了Power Integrations的LinkSwitch系列產(chǎn)品LNK613DG(＄0.5400)。這種設(shè)計非常適合手機或類似的USB充電器應(yīng)用，包括手機電池充電器、USB 充電器或任何有恒壓／恒流特性要求的應(yīng)用。在電路中，二極管D1至 D4對AC輸入進行整流，電容C1和C2對DC進行濾波。L1、C1和C2組成一個π型濾波器，對差模傳導(dǎo)EMI噪聲進行衰減。這些與Power Integrations的變壓器E-sheild？技術(shù)相結(jié)合，使本設(shè)計能以充足的裕量輕松滿足EN55022 B級傳導(dǎo)EMI要求，且無需Y電容。防火、可熔、繞線式電阻RF1提供嚴重故障保護，并可限制啟動期間產(chǎn)生的浪涌電流。

　　圖 1顯示U1通過可選偏置電源實現(xiàn)供電，這樣可以將空載功耗降低到40 mW以下。旁路電容C4的值決定電纜壓降補償?shù)臄?shù)量。1μF的值對應(yīng)于對一條0.3 Ω、24 AWG USB輸出電纜的補償。（10 μF電容對0.49 Ω、26 AWG USB輸出電纜進行補償。）

　　在恒壓階段，輸出電壓通過開關(guān)控制進行調(diào)節(jié)。輸出電壓通過跳過開關(guān)周期得以維持。通過調(diào)整使能與禁止周期的比例，可以維持穩(wěn)壓。這也可以使轉(zhuǎn)換器的效率在整 個負載范圍內(nèi)得到優(yōu)化。輕載（涓流充電）條件下，還會降低電流限流點以減小變壓器磁通密度，進而降低音頻噪音和開關(guān)損耗。隨著負載電流的增大，電流限流點 也將升高，跳過的周期也越來越少。當(dāng)不再跳過任何開關(guān)周期時（達到最大功率點），LinkSwitch-II內(nèi)的控制器將切換到恒流模式。需要進一步提高負載電流時，輸出電壓將會隨之下降。輸出電壓的下降反映在FB引腳電壓上。作為對FB引腳電壓下降的響應(yīng)，開關(guān)頻率將線性下降，從而實現(xiàn)恒流輸出。D5、R2、R3和C3組成RCD-R箝位電路，用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰。電阻R3擁有相對較大的值，用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩，這樣可以防止關(guān)斷期間的過度振蕩，從而降低傳導(dǎo)EMI。

　　二 極管D7對次級進行整流，C7對其進行濾波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰，并降低傳導(dǎo)及輻射EMI。電阻R8和齊納二極管 VR1形成一個輸出假負載，可以確?？蛰d時的輸出電壓處于可接受的限制范圍內(nèi)，并確保充電器從AC市電斷開時電池不會完全放電。反饋電阻R5和R6設(shè)定最 大工作頻率與恒壓階段的輸出電壓。

　　五、恒流源

　　1、淺談如何設(shè)計三線制恒流源驅(qū)動電路

　　恒流源驅(qū)動電路負責(zé)驅(qū)動溫度傳感器Pt1000(＄5.8752)，將其感知的隨溫度變化的電阻信號轉(zhuǎn)換成可測量的電壓信號。本系統(tǒng)中，所需恒流源要具有輸出電流恒定，溫度穩(wěn) 定性好，輸出電阻很大，輸出電流小于0．5 mA（Pt1000(＄5.8752)無自熱效應(yīng)的上限），負載一端接地，輸出電流極性可改變等特點。由于溫度對集成運放參數(shù)影響不如對晶體管或場效應(yīng)管參數(shù)影響顯著，由集成運放構(gòu)成的恒流源具有穩(wěn)定性更好、恒流性能更高的優(yōu)點。尤其在負載一端需要接地的場 合，獲得了廣泛應(yīng)用。所以采用圖2所示的雙運放恒流源。其中放大器UA1構(gòu)成加法器，UA2構(gòu)成跟隨器，UA1、UA2均選用低噪聲、低失調(diào)、高開環(huán)增益 雙極性運算放大器OP07。

　　由此可見該雙運放恒流源具有以下顯著特點：

　　1）負載可接地；2）當(dāng)運放為雙電源供電時，輸出電流為雙極性；3）恒定電流大小通過改變輸入?yún)⒖蓟鶞蔞REF或調(diào)整參考電阻Rref0的大小來實現(xiàn)，很容易得到穩(wěn)定的小電流和補償校準。由于電阻的失配，參考電阻Rref0的兩端電壓將會受到其驅(qū)動負載的端電壓Vb的影響。同時由于是恒流源，Vb肯定會隨負載的變化而變化，從而就會影響恒流 源的穩(wěn)定性。顯然這對高精度的恒流源是不能接受的。所以R1，R2，R3，R4這4個電阻的選取原則是失配要盡量的小，且每對電阻的失配大小方向要一致。 實際中，可以對大量同一批次的精密電阻進行篩選，選出其中阻值接近的4個電阻。

　　2、開關(guān)電源式高耐壓恒流源電路圖

　　研制儀器需要一個能在0到3兆歐姆電阻上產(chǎn)生1MA電流的恒流源，用UC3845(＄0.1656)結(jié)合12V蓄電池設(shè)計了一個，變壓器采用彩色電視機高壓包，其中L1用漆包 線在原高壓包磁心上繞24匝，L3借助原來高壓包的一個線圈，L2借助高壓包的高壓部分。L3和LM393(＄0.0737)構(gòu)成限壓電路，限制輸出電壓過高，調(diào)節(jié)R10 可以調(diào)節(jié)開路輸出電壓。