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技术园地！详解五类经典电源电路

发布时间:2024-11-04 20:00:12  
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稳压电源
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3~25V电压可调稳压电路
此稳压电源可调范围在3.5V~25V之间任意调节，输出电流大，并采用可调稳压管式电路，从而得到满意平稳的输出电压。
工作原理： 经整流滤波后直流电压由R1提供给调整管的基极，使调整管导通，在V1导通时电压经过RP、R2使V2导通，接着V3也导通，这时V1、V2、 V3的发射极和集电极电压不再变化(其作用完全与稳压管一样)；调节RP，可得到平稳的输出电压，R1、RP、R2与R3比值决定本电路输出的电压值。
元器件选择：
  • 变压器T选用80W~100W，输入AC220V，输出双绕组AC28V。
  • FU1选用1A，FU2选用3A~5A。
  • VD1、VD2选用 6A02。
  • RP选用1W左右普通电位器，阻值为250K~330K。
  • C1选用3300µF/35V电解电容，C2、C3选用0.1µF独石电容，C4选用 470µF/35V电解电容。
  • R1选用180~220Ω/0.1W~1W，R2、R4、R5选用10KΩ、1/8W。
  • V1选用2N3055，V2选用3DG180或2SC3953，V3选用3CG12或3CG80。
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3~25V电压可调稳压电路
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10A 3~15V稳压可调电源电路
无论检修电脑还是电子制作都离不开稳压电源，下面介绍一款直流电压从3V到15V连续可调的稳压电源，最大电流可达10A，该电路用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，使稳压精度更高，如果没有特殊要求，基本能满足正常维修使用，电路见下图。
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10A 3~15V稳压可调电源电路
其工作原理分两部分，第一部分是一路固定的5V1.5A稳压电源电路，第二部分是另一路由3至15V连续可调的高精度大电流稳压电路。
第一部分的电路非常简单，由变压器次级8V交流电压通过硅桥QL1整流后的直流电压经C1电解电容滤波后，再由5V三端稳压块LM7805不用作任何调整就可在输出端产生固定的5V1A稳压电源，这个电源在检修电脑板时完全可以当作内部电源使用。
第二部分与普通串联型稳压电源基本相同，所不同的是使用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，所以使电路简化，成本降低，而稳压性能却很高。
图中电阻R4，稳压管TL431，电位器R3组成一个连续可调的恒压源，为BG2基极提供基准电压，稳压管TL431的稳压值连续可调，这个稳压值决定了稳压电源的最大输出电压，如果你想把可调电压范围扩大，可以改变R4 和R3的电阻值，当然变压器的次级电压也要提高。
变压器的功率可根据输出电流灵活掌握，次级电压15V左右。桥式整流用的整流管QL用15-20A硅桥，结构紧凑，中间有固定螺丝，可以直接固定在机壳的铝板上，有利散热。
调整管用的是大电流NPN型金属壳硅管，由于它的发热量很大，如果机箱允许，尽量购买大的散热片，扩大散热面积，如果不需要大电流，也可以换用功率小一点的硅管，这样可以做的体积小一些。
滤波用50V4700uF电解电容C5和C7分别用三只并联，使大电流输出更稳定，另外这个电容要买体积相对大一点的，那些体积较小的同样标注50V4700uF尽量不用，当遇到电压波动频繁，或长时间不用，容易失效。
最后再说一下电源变压器，如果没有能力自己绕制，有买不到现成的，可以买一块现成的200W以上的开关电源代替变压器，这样稳压性能还可进一步提高，制作成本却差不太多，其它电子元件无特殊要求，安装完成后不用太大调整就可正常工作。
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开关电源
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PWM开关电源集成控制IC-UC3842工作原理
下图为UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：
  • ①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;
    ②脚是反馈电 压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度;
    ③脚为电流检测输入端， 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态;
    ④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RT×CT);
    ⑤脚为公共地端;
    ⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A;
    ⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW;
    ⑧脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。

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UC3842内部原理框图
UC3842是一种性能优异、应用广泛、结构较简单的PWM开关电源集成控制器，由于它只有一个输出端，所以主要用于音端控制的开关电源。
UC3842 ⑦脚为电压输入端，其启动电压范围为16-34V。在电源启动时，VCC 16V时输入电压施密特比较器送出高电平到5V蕨稳压器，产生5V基准电压，此电压一方面供内部电路工作，另一方面通过⑧脚向外部提供参考电压。一旦施密特比较器翻转为高电平(芯片开始工作以后)，Vcc可以在10V-34V范围内变化而不影响电路的工作状态。当Vcc低于10V时，施密特比较器又翻转为低电平，电路停止工作。
当基准稳压源有5V基准电压输出时，基准电压检测逻辑比较器即达出高电平信号到输出电路。同时，振荡器将根据④脚外接Rt、Ct参数产生 f=/Rt.Ct的振荡信号，此信号一路直接加到图腾柱电路的输入端；另一路加到PWM脉宽至RS触发器的置位端，RS型PWN脉宽调制器的R端接电流检测比较器输出端。R端为占空调节控制端，当R电压上升时，Q端脉冲加宽，同时⑥脚送出脉宽也加宽(占空比增多);当R端电压下降时，Q端脉冲变窄，同时 ⑥脚送出脉宽也变变窄(占空比减小)。
UC3842各点时序如图所示，只有当E点为高电平时才有信号输出 ，并且a、b点全为高电平时，d点才送出高电平，c点送出低电平，否则d点送出低电平，c点送出高电平。②脚一般接输出电压取样信号，也称反馈信号。当② 脚电压上升时，①脚电压将下降，R端电压亦随之下降，于是⑥脚脉冲变窄;反之，⑥脚脉冲变宽。
③脚为电流传感端，通常在功率管的源极或发射极串入一小阻值取样电阻，将流过开关管的电流转为电压，并将此电压引入境脚。当负载短路或其它原因引起功率管电流增加，并使取样电阻上的电压超过1V时，⑥脚就停止脉冲输出，这样就可以有效的保护功率管不受损坏。

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PWM开关电源集成控制IC-UC3842
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TOP224P构成的12V、20W开关直流稳压电源电路
由TOP224P构成的12V、20W开关直流稳压电源电路如图所示。
电路中使用两片集成电路：TOP224P型三端单片开关电源(IC1)，PC817A型线性光耦合器 (IC2)。交流电源经过UR和Cl整流滤波后产生直流高压Ui，给高频变压器T的一次绕组供电。
VDz1和VD1能将漏感产生的尖峰电压钳位到安全值， 并能衰减振铃电压。VDz1采用反向击穿电压为200V的P6KE200型瞬态电压抑制器，VDl选用1A/600V的UF4005型超快恢复二极管。
二次绕组电压通过V砬、C2、Ll和C3整流滤波，获得12V输出电压Uo。Uo值是由VDz2稳定电压Uz2、光耦中LED的正向压降UF、R1上的压降 这三者之和来设定的。
改变高频变压器的匝数比和VDz2的稳压值，还可获得其他输出电压值。R2和VDz2五还为12V输出提供一个假负载，用以提高轻载 时的负载调整率。反馈绕组电压经VD3和C4整流滤波后，供给TOP224P所需偏压。由R2和VDz2来调节控制端电流，通过改变输出占空比达到稳压目的。
共模扼流圈L2能减小由一次绕组接D端的高压开关波形所产生的共模泄漏电流。C7为保护电容，用于滤掉由一次、二次绕组耦合电容引起的干扰。C6可减 小由一次绕组电流的基波与谐波所产生的差模泄漏电流。C5不仅能滤除加在控制端上的尖峰电流，而且决定自启动频率，它还与R1、R3一起对控制回路进行补偿。

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TOP224P构成的12V、20W开关直流稳压电源电路
本电源主要技术指标如下：
  • 交流输人电压范围u=85~265V;
  • 输入电网频率fLl=47~440Hz;
  • 输出电压(Io=1.67A)Uo=12V;
  • 最大输出电流IOM=1.67A;
  • 连续输出功率Po=20W(TA=25℃，或15W(TA=50℃);
  • 电压调整率η=78%;
  • 输出纹波电压的最大值±60mV;
  • 工作温度范围TA=0~50℃。
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DC-DC电源
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3V转+5V、+12V的电路
由电池供电的便携式电子产品一般都采用低电源电压，这样可减少电池数量，达到减小产品尺寸及重量的目的，故一般常用3~5V作为工作电压，为保证电路工作的稳定性及精度，要求采用稳压电源供电。
若电路采用5V工作电压，但另需一个较高的工作电压，这往往使设计者为难。本文介绍一种采用两块升压模块组成的电路可解决这一难题，并且只要两节电池供电。
该电路的特点是外围元件少、尺寸小、重量轻、输出+5V、+12V都是稳定的，满足便携式电子产品的要求。+5V电源可输出60mA，+12V电源最大输出电流为5mA。

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3V转+5V、+12V的电路
该电路如上图所示。它由AH805升压模块及FP106升压模块组成。AH805是一种输入1.2~3V，输出5V的升压模块，在3V供电时可输出 100mA电流。FP106是贴片式升压模块，输入4~6V，输出固定电压为29±1V，输出电流可达40mA，AH805及FP106都是一个电平控制的关闭电源控制端。
两节1.5V碱性电池输出的3V电压输入AH805，AH805输出+5V电压，其一路作5V输出，另一路输入FP106使其产生28~30V电压，经稳压管稳压后输出+12V电压。
从图中可以看出，只要改变稳压管的稳压值，即可获得不同的输出电压，使用十分灵活。FP106的第⑤脚为控制电源关闭端，在关闭电源时，耗电几乎为零，当第⑤脚加高电平》2.5V时，电源导通;当第⑤脚加低电平<0.4v时，电源被关闭。
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用MC34063做3.6V电转9V电路
工作状态：
  • 无负载，输入3.65V、18uA(相当600mAH的电池待机三年多);
  • 有 负载， 输出 9.88V、50.2mA，输入 3.65V、186.7mA，效率为72%。
工作原理：
无负载时，IC的⑥脚没有电，停止工作，输入端3.65V工作电流只有18uA(相当600mAH的电池待机三年多)。 当有负载时(Q1有Ieb电流)8550的EC极导通，IC得电工作。 IC是否工作是由是否有负载决定的，就相当一个电池。 用IC做电压转换效率高，输出稳定。
这个电路加点改进，增加功率可以做“不需开关的4.2V转5V移动电源”。可以用个电池盒做手机的后备电源。

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用MC34063做3.6V电转9V电路
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充电电路
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lm358碱性电池充电器电路
碱性电池能否充电的问题，有两种不同的说法。有的说可以充，效果非常好。有的说绝对不能充，电池说明提示了会有爆炸的危险。事实上，碱性电池确可充电，充电次数一般为30-50次左右。
实际上是由于在充电方法上的掌握，导致了截然不同的两种后果。首先 ，碱性电池可以充电是毋庸置疑的，同时，在电池的说明中，都提到碱性电池不可充电，充电可能导致爆炸。
这也是没错的，但是注意这里的用词是“可能”导致爆炸。你也可以理解为厂家的一种免责性的自我保护声明。碱性电池充电的关键是温度。只要能做到对电池充电时不出现高温，就可以顺利地完成充电过程，正确的充电方法要求有几点：
  1. 小电流50MA;
  2. 不过充1.7V，不过放1.3V。
一些人尝试充电实践后，斩钉截铁地说不能充电，之所以出现充不进电、用电时间短、漏液、爆炸等问题，多数是充电器的问题，如果充电器充电电流太大，远超过 50ma，如一些快速充电器充电电流在200ma以上，直接的后果是电池温度很高，摸上去烫手，轻则会漏液，严重的就会爆炸。
有的人使用镍氢充电电池充电器来充，低档的充电器没有自动停充功能，长时间的充电导致电池过充也会出现漏液和爆炸。好一点的充电器有自动停充功能，但停充电压一般设定为镍氢充电电池的1.42V，而碱性电池充满电压约为1.7V。
因此，电压太低，感觉上就是充不进电，用电时间短，没什么效果。再有就是电池不过放指的是不要等到电池完全没电再充电，这样操作，再好的电池也就能充三、五次，且效果差。
一般建议用南孚碱性电池电压不低于1.3V。所以，你如果打算对碱性电池充电，必须要有一个合格的充电器，充电电流50ma左右，充电截止电压1.7V左右。看看你家的充电器吧。
市面上有卖碱性电池专用充电器的，所谓专利产品。实际上就是充电电压1.7V电流50ma的简单电路。利用手边现有的零件LM358和TL431我做了个简单电路，截止电压1.67V自动停充，成本两元而已。供感兴趣的朋友参考。

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lm358碱性电池充电器电路
性能特点：
  • 开路电压为1.5V;
  • 工作温度范围宽在-20℃~60℃之间，适于高寒地区使用;
  • 大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池的5倍左右;
  • 它的低温放电性能也很好， 充电次数在30次以内，一般10-20次，需要特别充电器，极为容易丧失充电能力。
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2.75W中功率USB充电器电路
该设计采用了Power Integrations的LinkSwitch系列产品LNK613DG。这种设计非常适合手机或类似的USB充电器应用，包括手机电池充电器、USB 充电器或任何有恒压/恒流特性要求的应用。
在电路中，二极管D1至 D4对AC输入进行整流，电容C1和C2对DC进行滤波。L1、C1和C2组成一个π型滤波器，对差模传导EMI噪声进行衰减。这些与Power Integrations的变压器E-sheild技术相结合，使本设计能以充足的裕量轻松满足EN55022 B级传导EMI要求，且无需Y电容。防火、可熔、绕线式电阻RF1提供严重故障保护，并可限制启动期间产生的浪涌电流。

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2.75W中功率USB充电器电路
图中 显示U1通过可选偏置电源实现供电，这样可以将空载功耗降低到40 mW以下。 旁路电容C4的值决定电缆压降补偿的数量。 1μF的值对应于对一条0.3 Ω、24 AWG USB输出电缆的补偿。 (10μF电容对0.49Ω、26AWG USB输出电缆进行补偿。 )
在恒压阶段，输出电压通过开关控制进行调节。输出电压通过跳过开关周期得以维持。通过调整使能与禁止周期的比例，可以维持稳压。这也可以使转换器的效率在整个负载范围内得到优化。轻载(涓流充电)条件下，还会降低电流限流点以减小变压器磁通密度，进而降低音频噪音和开关损耗。随着负载电流的增大，电流限流点也将升高，跳过的周期也越来越少。
当不再跳过任何开关周期时(达到最大功率点)，LinkSwitch-II内的控制器将切换到恒流模式。需要进一步提高负载电流时，输出电压将会随之下降。输出电压的下降反映在FB引脚电压上。作为对FB引脚电压下降的响应，开关频率将线性下降，从而实现恒流输出。
D5、R2、R3和C3组成RCD-R箝位电路，用于限制漏感引起的漏极电压尖峰。电阻R3拥有相对较大的值，用于避免漏感引起的漏极电压波形振荡，这样可以防止关断期间的过度振荡，从而降低传导EMI。
二极管D7对次级进行整流，C7对其进行滤波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬态电压尖峰，并降低传导及辐射EMI。电阻R8和齐纳二极管 VR1形成一个输出假负载，可以确保空载时的输出电压处于可接受的限制范围内，并确保充电器从AC市电断开时电池不会完全放电。反馈电阻R5和R6设定最大工作频率与恒压阶段的输出电压。
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