各种单元模块电路.docx

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各种单元模块电路

相位超前的RC移相式振荡电路图

简单实用的开关电源电路

12v开关电源电路图

12v开关电源电路图

+12V、0.5A单片开关稳压电源的电路如图所示。

其输出功率为6W。

当输入交流电压在110～260V范围内变化时，电压调整率Sv≤1％。

当负载电流大幅度变化时，负载调整率SI=5％～7％。

为简化电路，这里采用了基本反馈方式。

接通电源后，220V交流电首先经过桥式整流和C1滤波，得到约+300V的直流高压，再通过高频变压器的初级线圈N1，给WSl57提供所需的工作电压。

从次级线圈N2上输出的脉宽调制功率信号，经VD7、C4、L和C5进行高频整流滤波，获得+12V、0.5A的稳压输出。

反馈线圈N3上的电压则通过VD6、R2、C3整流滤波后，将控制电流加至控制端C上。

由VD5、R1，和C2构成的吸收回路，能有效抑制漏极上的反向峰值电压。

该电路的稳压原理分析如下：

当由于某种原因致使Uo↓时，反馈线圈电压及控制端电流也随之降低，而芯片内部产生的误差电压Ur↑时，PWM比较器输出的脉冲占空比D↑，经过MOSFET和降压式输出电路使得Uo↑，最终能维持输出电压不变。

反之亦然。

单端反激开关电源变压器设计总结

单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。

下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。

　　1、已知的参数

　　这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定，包括：

输入电压Vin、输出电压Vout、每路输出的功率Pout、效率η、开关频率fs（或周期T）、线路主开关管的耐压Vmos。

　　2、计算

　　在反激变换器中，副边反射电压即反激电压Vf与输入电压之和不能高过主开关管的耐压，同时还要留有一定的裕量（此处假设为150V）。

反激电压由下式确定：

Vf=VMos-VinDCMax-150V

　　反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。

所以确定了反激电压之后，就可以确定原、副边的匝比了。

　　Np/Ns=Vf/Vout

　　另外，反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态，根据在稳态下，变压器的磁平衡，可以有下式：

VinDCMin•DMax=Vf•（1-DMax）

　　设在最大占空比时，当开关管开通时，原边电流为Ip1，当开关管关断时，原边电流上升到Ip2。

若Ip1为0，则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。

由能量守恒，我们有下式：

　　1/2•（Ip1+Ip2）•DMax•VinDCMin=Pout/η

　　一般连续模式设计，我们令Ip2=3Ip1

　　这样就可以求出变换器的原边电流，由此可以得到原边电感量：

　　Lp=DMax•VinDCMin/fs•ΔIp

　　对于连续模式，ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;对于断续模式，ΔIp=Ip2。

　　可由AwAe法求出所要铁芯：

　　AwAe=（Lp•Ip22•104/Bw•K0•Kj）1.14

　　在上式中

　　Aw为磁芯窗口面积，单位为cm2

　　Ae为磁芯截面积，单位为cm2

　　Lp为原边电感量，单位为H

　　Ip2为原边峰值电流，单位为A

　　Bw为磁芯工作磁感应强度，单位为T

　　K0为窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为0.2~0.4

　　Kj为电流密度系数，一般取395A/cm2

　　根据求得的AwAe值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减小漏感。

有了磁芯就可以求出原边的匝数。

根据下式：

Np=Lp•Ip2•104/Bw•Ae

　　再根据原、副边的匝比关系可以求出副边的匝数。

有时求的匝数不是整数，这时应该调整某些参数，使原、副边的匝数合适。

为了避免磁芯饱和，我们应该在磁回路中加入一个适当的气隙，计算如下：

　　lg=0.4π•Np2•Ae•10-8/Lp在上式中，lg为气隙长度，单位为cm

　　Np为原边匝数，Ae为磁芯的截面积，单位为cm2

　　Lp为原边电感量，单位为H

　　至此，单端反激开关电源变压器的主要参数设计完成。

我们应该在设计完成后核算窗口面积是否够大、变压器的损耗和温升是否可以接受。

同时，在变压器的制作中还有一些工艺问题需要注意。

开关电源工作原理及电路图

随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。

传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。

为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。

正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。

一、开关式稳压电源的基本工作原理

       开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。

因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。

      调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。

      对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。

直流平均电压Ｕ。

可由公式计算，

    即Uo=Um×T1/T

   式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。

从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。

这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。

二、开关式稳压电源的原理电路

    1、基本电路

                                             图二开关电源基本电路框图

      开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。

      交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。

      控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。

这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。

控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。

      ２．单端反激式开关电源

      单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。

电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。

所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。

当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

       单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。

唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

       单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。

３．单端正激式开关电源

       单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。

这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。

当开关管VT1导通时，VD2也

导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ储存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。

       在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。

为满足磁芯复位条件，即磁通建立和

复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。

由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200Ｗ的功率。

电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。

４．自激式开关稳压电源

        自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。

这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。

       当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使VT1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。

与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。

在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。

这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。

自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。

电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。

这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。

５．推挽式开关电源

       推挽式开关电源的典型电路如图六所示。

它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。

电路使用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器Ｔ次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。

      这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。

电路的输出功率较大，一般在100-500Ｗ范围内。

６．降压式开关电源

        降压式开关电源的典型电路如图七所示。

当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输人的整流电压经VT1和L向Ｃ充电，这一电流使电感Ｌ中的储能增加。

当开关管VT1截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感Ｌ中存储的能量，维持输出直流电压不变。

电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。

        这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。

７．升压式开关电源

       升压式开关电源的稳压电路如图八所示。

当开关管VT1导通时，电感Ｌ储存能量。

当开关管VT1截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。

８．反转式开关电源

       反转式开关电源的典型电路如图九所示。

这种电路又称为升降压式开关电源。

无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。

        当开关管VT1导通时，电感L储存能量，二极管VD1截止，负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。

当开关管VT1截止时，电感Ｌ中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1向负载供电，同时给电容Ｃ充电。

         以上介绍了脉冲宽度调制式开关稳压电源的基本工作原理和各种电路类型，在实际应用中，会有各种各样的实际控制电路，但无论怎样，也都是在这些基础上发展出来的。

5v转3.3v电平转换电路

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