2电源电路.docx
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2电源电路
第二讲电源电路（授课要求备注）
课时安排:
编号
项目
课时
内容
0
电路基础扫盲
3
1
常见驱动电路
9
2
电源电路
15
3
信号分析
9
4
控制算法
12
5
信号采集
15
6
通讯电路
9
合计
72
.
1.已有知识点基础
✓电工基础知识
✓电阻、电容的基本应用
✓二极管的单向导通性
✓三极管的开关性能应用
✓达林顿管的应用，与三极管的区别
✓晶闸管（可控硅）的基本应用
✓常用驱动电路的识图与设计
2.此次涉及的知识点与授课目的
a）；涉及到的图纸与讲解内容流程
讲授知识点：
♦三极管的放大特性应用
♦二极管的电流电压特性与常用的二极管使用场所
♦达林顿管的应用与常用的多个达林顿集成IC应用
♦示波器，函数信号发生器的使用
♦系统设计概念
电路：
充电器、线性电源、开关电源、恒流源、基准电压源
查询知识点:
电池、常见电源种类、三端稳压模块、变压器设计
b）；授课目的
巩固基础驱动电路
识别与设计常用的系统电源
1.授课内容安排
专题
典型案例
篇幅
重要
时间
难度
编号
1.电源概念、常用电源
Ø电池充电器
2
7
3
2
1
Ø电磁炉系统电源
3
8
4
3
2
Ø手机充电器
5
7
4
8
3
3.分立线性稳压源
Ø线性稳压电源
5
9
6
3
4
Ø基准电压源
4
9
3
4
5
5.集成稳压模块应用、LDO
Ø三端稳压应用电路
4
9
4
5
6
ØLM1117应用
7
7.开关电源、DC-DC
Ø开关电源
8
ØDC-DC模块应用
9
9.线性受控恒流源
Ø恒流充电器
3
9
5
6
10
Ø线性受控恒流源
6
8
6
5
11
Ø受控开关恒流源
12
4.注意事项
上面的讲解都需配合仿真软件进行展示，并在提出相关参数时仿真软件可提供直观数据，如果仿真软件仿真效果不理想，可以考虑使用实物进行讲解。
学生教材内部可能会有一些比较深入的东西，是为了针对基础好的学生的，注意正确的引导，对于基础比较差的学生不要求深入这部分。
已经将比较深的知识点放到了教材的最后面，只供查阅，不提供讲解，可适当解释。
第二讲电源电路
1.电源概念、常用电源
项目
内容
1.原理图分析讲解
2.关键知识点
3.学员互动量
4.案例讲解发挥量
5.授课方法总结
[授课老师填写]
1.1典型案例分
Ø可充电电筒充电电路
此电路用于对可充电电筒的充电，由降压、充电指示、整流组成。
我们从市电（AC220V）输入开始来看，首先经过一个BX1的熔断丝（保险丝、FU、fuse-link）对系统进行防爆保护，在后面就是变压器（T1）降压了，从T1出来的是一个大约7-8V50Hz的交流电，这就是我们的降压部分。
R1和D1（LED）组成了指示电路，R1是LED的限流电阻保证D1上的电流为最佳工作电流，用于指示处于充电状态。
最后还有一个二极管D1这个二极管在这里起到一个非常有意思的作用，首先它对T1过来的交流电进行半波整流给电池提供脉冲充电电压，脉冲充电是目前公认最好的充电方式，其次D1的反向截止性还防止了电池对LED进行放电，所以这个二极管起到一个非常重要的作用。
后面的SW1和LAMP（灯泡）组成了电筒，这里不在啰嗦了。
这个电路的特点就是成本低，可靠性高，在我们使用的可充电电筒中经常可以看到。
Ø电磁炉系统电源
低压供电电路:
⑴+18V±1V、⑵+5V±0.1V两组或⑴+15V±1V、⑵+5V±0.1V两组。
+18V±1V或+15V±1V电源用于四端电压比较器LM339、风扇电机、末级功率推动。
+5V±0.1V电源用于八位处理器—CPU、键控输入电路及显示电路做功。
此电路的结构分变压器降压整流输出电路和开关电源输出电路。
开关电源输出电路又分:
分离元件组成开关电源电路和电源IC组成开关电源电路。
变压器降压整流输出电路
故障率高的元件:
⑴变压器、⑵整流二极管、⑶滤波电容、⑷三端稳压IC:
7805。
分离元件组成开关电源电路故障率高的元件:
⑴限流电阻20～58Ω/2W电阻.⑵18V/0.5W稳压二极管.在维修时将18V/0.5W稳压二极管换为18V/1W的或只有18V/0.5W稳压二极管时串联一支47～100Ω/1/4W电阻.⑶开关管DD3150或MJE13003.⑷C1815或9014.电源IC组成开关电源电路故障率高的元件:
⑴限流电阻20～58Ω/2W电阻。
⑵电源IC：
FSD200，VIPer12A。
⑶高频整流二极管
1.2相关知识点
♦电源的概念、分类
♦消费类、生产现场…常用电源
♦全波整流的概念
1.3扩展应用
1.4专题总结
1.5学生作业
12.分立线性稳压源
项目
内容
1.原理图分析讲解
2.关键知识点
3.学员互动量
4.案例讲解发挥量
5.授课方法总结
[授课老师填写]
2.1典型案例分
Ø线性稳压电源稳压器
项目
内容
原理图分析讲解
认识线性电源
关键知识点
78XX、79XX系列应用
学员互动量
活跃课堂、拓展学员思维
案例讲解发挥量
拓展学员思维
授课方法总结
[授课老师填写]
如图所示为双极性对称稳压电源电路，它采用两只三端稳压器，7812和7912构成的简单实用的对称型正负稳压电源。
该电源输出电压为±12V，输出电流最大为l.5A。
对7812和7912构成的简单实用的对称型正负稳压电源，我们只需要把7X12换成7X05就可以输出我们常用的5V电源了。
顾名思义，就是使输出电压稳定的设备。
所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定输出电压通过连接到误差放大器（ErrorAmplifier）反相输入端（InvertingInput）的分压电阻（ResistiveDivider）采样（Sampled），误差放大器的同相输入端（Non-invertingInput）连接到一个参考电压Vref。
参考电压由IC内部的带隙参考源（BandgapReference）产生。
误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。
为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定。
根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：
线性稳压电源和开关稳压电源。
此外，还有一种使用稳压管的小电源。
线性稳压器的基本概念:
这里说的线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。
调整管工作在线性状态下，可这么来理解RW（见下面的分析）是连续可变的，亦即是线性的。
而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：
开——电阻很小；关——电阻很大。
工作在开关状态下的
管子显然不是线性状态。
线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。
线性稳压直流电源的特点是：
输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低（现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的）；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。
线性稳器的相关工作原理我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。
如下图所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：
Uo=Ui×RL/（RW+RL），因此通过调节RW的大小，即可改变输出电压的大小。
请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻RW的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把RW和RL一起看，则是线性的。
还要注意，我们这个图并没有将RW的引出端画成连到左边，而画在右边。
虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。
让我们继续：
如果我们用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，这样我们就实现了稳压的目的。
这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。
像上图所示的那样，由于调整管串联在电源跟负载之间，所以叫做串联型稳压电源。
相应的，还有并联型稳压电源，就是将调整管跟负载并联来调节输出电压，典型的基准稳压器TL431就是一种并联型稳压器。
所谓并联的意思，就是象下图中的稳压管那样，通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”，也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的，但细心一看，确实如此。
不过，大家在此还要注意一下：
此处的稳压管，是利用它的非线性区工作的，因此，如果认为它是一个电源，它也是一个非线性电源。
由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。
这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。
想要更详细的了解线性稳压电源，请参看模拟电子线路教科书。
这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。
一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。
另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。
下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图（示意图，省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。
常用的线性串联型稳压电源芯片有：
78XX系列（正电压型），79XX系列（负电压型）（实际产品中，XX用数字表示，XX是多少，输出电压就是多少。
例如7805，输出电压为5V）；LM317（可调正电压型），LM337（可调负电压型）；1117（低压差型，有多种型号，用尾数表示电压值。
如1117-3.3为3.3V，1117-ADJ为可调型）。
德生收音机电源电路来自"
ØTL431常用的电压基准
项目
内容
原理图分析讲解
认识线性电源
关键知识点
78XX、79XX系列应用
学员互动量
活跃课堂、拓展学员思维
案例讲解发挥量
拓展学员思维
授课方法总结
[授课老师填写]
利用TL431搭建的恒流源如图（4）所示，其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。
TL431的其他信息请参考知识点查询。
电流计算公式为：
I=2.5/R1
事实上，所有的三端稳压，都是很不错的电压源，而且三端稳压的精度已经很高，需要的维持电流也很小。
利用三端稳压构成恒流源，也有非常好的性价比，如图（5）所示。
这种结构的恒流源，不适合太小的电流，因为这个时候，三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。
电流计算公式为：
I=V/R1，其中V是三端稳压的稳压数值。
实际的电路中，有一些特殊的结构，也可以提供很好的恒流特性，最典型的就是一个很高的电压通过一个电阻在一个低压设备上形成电流，如图（6），这个恒流源的精度，取决于高压的精确度和低压设备本身导致的电压波动。
在一些开关电源电路中，这个结构用来给三极管提供偏置电流。
电流计算公式为：
I=Vin/R1
值得一提的是，以上这些恒流源并不都适合安培以上级别的恒流应用，因为电阻上面太大的电流会导致发热严重。
分立线性稳压源
2.2相关知识点
2.3扩展应用
2.4专题总结
2.5学生作业
3.集成稳压模块应用、LDO
项目
内容
1.原理图分析讲解
2.关键知识点
3.学员互动量
4.案例讲解发挥量
5.授课方法总结
[授课老师填写]
3.1典型案例分
Ø三端可调集成稳压器应用电路
项目
内容
原理图分析讲解
认识线性电源
关键知识点
78XX、79XX系列应用
学员互动量
活跃课堂、拓展学员思维
案例讲解发挥量
拓展学员思维
授课方法总结
[授课老师填写]
W317稳压器能够适应多种稳压电源的需要，它作为一种标准化、通用化的基础元器件应用于各种场合。
以下是部分较典型的应用电路。
（1）0～30V连续可调电源电路图如图2—16所示，图中调压电阻R：
下端不接地，而接至-1．25V以下的电位上，就可以实现从0～30V的连续调节。
这里R3与VD2提供-1．3V的负压基准，电阻R2的下端可接在该点上。
（2）高电压输出稳压电源在基本的应用电路上，只要提高R2的阻值就能轻易地获得高电压输出，如图2—17所示。
图中二极管VD是为防止电路启动时稳压器承受过大电压而保护稳压器的。
其稳压器要小于317所能承受电压的最大允许值。
（3）高稳定度稳压电源如果采用高精度稳压管代替调压电阻R2，如图2—18所示，可进一步提高电源的稳压精度。
这里VD2用了一只2DW7C稳压管，再增加小电阻R3可以输出到10V，其输出电压为
由于R3／R2与输出电压有关，这里的R2与R3均采用高精度电阻。
（4）电池充电电源317可以用来制作各种形式的电池充电器，这里给出三种电路图。
图2一19是一个恒流充电器，电流为50mA。
图2-20a为恒压限流充电器，恒压为12V，且在稳压器输出端与电阻R1之间串入限流电阻R3，以降低初始阶段的充电速率。
在图2—20b中，设置了最大电流限制电路，在电池充电回路中串入电阻R3，如果充电电流太大，在R3上压降超过0．7V时，晶体管TV导通，降低了R2上的压降，限制了充电电流。
（5）构成恒流源利用三端可调式稳压器可以制成稳定性好、效率高的恒流源。
1A恒流源的电路如图2—21所示。
R采用1．2Ω固定电阻时，负载上可得到1A的恒流。
当负载改变时引起Vo的变化，可由317的输入一输出压差进行自动补偿。
若将尺，改成可变电阻，则可获得10mA～1．5A范围内的任何一个恒流值。
此时R选用120Ω可变电阻。
为防止将R调成0Ω时输出短路，R上还应串接一只0．8Ω的线绕电阻（用锰铜丝绕制）。
3.2相关知识点
3.3扩展应用
3.4专题总结
3.5学生作业
4；学生作业（设计类）
设计一个+5V线性电压源，要求：
功率2W，电压波动允许范围4.6V到5.4V。
4.开关电源、DC-DC
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1.原理图分析讲解
2.关键知识点
3.学员互动量
4.案例讲解发挥量
5.授课方法总结
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4.1典型案例分
Ø开关电源
项目
内容
原理图分析讲解
认识开关
关键知识点
学员互动量
活跃课堂、拓展学员思维
案例讲解发挥量
拓展学员思维
授课方法总结
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此开关电源属于复合式开关电源，采用TL431的精密基准和PC817组成反馈电路。
整个工作过程：
交流输入经滤波、整流后成为直流高压，再由功率开关管斩波、高频变压器降压后得到高频矩形波电压，最后经过输出整流滤波器，获得所需要的直流输出电压。
此开关电源达到了：
交流输入电压范围为90～270V，能同时输出+5V（作为控制部分电源）及4.4~11.3V（主回路）的电压，输出电流为1A。
Ø手机充电器电源
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内容
原理图分析讲解
认识线性电源
关键知识点
78XX、79XX系列应用
学员互动量
活跃课堂、拓展学员思维
案例讲解发挥量
拓展学员思维
授课方法总结
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这种充电器采用抑制振荡型开关电源，它的简单工作原理是把220v交流电整流滤波成峰值电压300v左右的三角波（滤波电容用的很小或干脆不用），利用开关管E极较大的电阻取出电压进行比较，在电源电压达200v左右时就使开关电源停振，加上此开关电源初级电流很小，开关管C极反峰电压也较低，因此可以使用Vceo大于300v的TO-92封装的小型开关管，以缩小体积降低成本。
制作时务必注意电解电容的极性，不要反接，注意开关变压器的同名端，开关变压器使用EE16磁芯，FR93可以使用IN5819代替。
调试的时候在10欧姆电阻可以使用60W灯泡代替，确认13001工作时温度上升缓慢，可以把灯泡换为电阻，电阻的功率要大一些，否则容易损坏。
510K的电阻功率也要大一些，最好使用1W以上的电阻
图
（2）可以通过使用更小的电阻来降低这个热量，不过在单电源供电模式下，多数运放都不能有效检测和输出接近地或者Vcc的电压，因此必须使用特殊的器件才能达到要求。
有个简单的办法是通过一个稳压器件（稳压管，或者TL431等）偏置电阻上面的电压，使得这个电压进入运放的检测范围。
恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节设备的供电状态，从而使得电流趋于恒定。
只要能够得到电流，就可以有效形成反馈，从而建立恒流源。
能够进行电流反馈的器件，还有电流互感器，或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈，也可以利用回路上的发光器件（例如光电耦合器，发光管等）进行反馈。
这些方式都能够构成有效的恒流源，而且更适合大电流等特殊场合，不过因为这些实现形式的电路都比较复杂，这里就不一一介绍了。
4.2相关知识点
4.3扩展应用
4.4专题总结
4.5学生作业
分立线性稳压源
5.线性受控恒流源
项目
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1.原理图分析讲解
2.关键知识点
3.学员互动量
4.案例讲解发挥量
5.授课方法总结
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5.1典型案例分
Ø恒流充电
项目
内容
原理图分析讲解
认识恒流源
关键知识点
三极管制作恒流源
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这个镍镉电池充电器电路使用了一个三极管作恒流源。
电压通过一对1N4148加在中功率三极管BD140的基极。
三极管b-e结的电压与二极管前面的电压相对稳定。
当开关闭合时，充电电流大约为15mA或者45mA。
可用于大多数的1.5v和9v充电电池。
变压器的次极线圈要求输出12v，0.5A，初级为220v。
F：
恒流源
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原理图分析讲解
认识恒流源
关键知识点
学员互动量
活跃课堂、拓展学员思维
案例讲解发挥量
拓展学员思维
授课方法总结
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恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。
恒流源分为流出（CurrentSource）和流入（CurrentSink）两种形式。
最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。
实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。
最常用的简易恒流源如图
（1）所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准，电流数值为：
I=Vbe/R1。
这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。
缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。
同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。
因此不适合精密的恒流需求。
为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。
典型的运放恒流源如图
（2）所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。
电流计算公式为：
I=Vin/R1
上述电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。
只不过其中的Vin还需要用户额外提供。
从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。
有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。
最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。
如图（3）所示：
电流计算公式为：
I=（Vd-Vbe）/R1，
5.2相关知识点
5.3扩展应用
5.4专题总结
5.5学生作业
a：
电源分类
普通电源
又可细分为：
开关电源、逆变电源、稳压电源、通信电源、模块电源、变频电源、UPS电源、EPS应急电源、净化电源、PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源
2.特种电源
又可细分为：
安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源、激光电源、其他特种电源电源IC的特点电源IC种类繁多，它们的共同特点有：
（1）工作电压低
一般的工作电压为3.0～3.6V。
有一些工作电压更低，如2.0、2.5、2.7V等；也有一些工作电压为5V，还有少数12V或28V的特殊用途的电压源。
（2）工作电流不大
从几毫安到几安都有，但由于大多数嵌入式电子产品的工作电流小于300mA，所以30～300mA的电源IC在品种及数量上占较大的比例。
（3）封装尺寸小
近年来发展的便携式产品都采用贴片式器件，电源IC也不例外，主要有SO封装、SOT-23封装，μMAX封装及封装尺寸最小的SC-70及最新的SMD封装等，使电源占的空间越来越小。
（4）完善的保护措施
新型电源IC有完善的保护措施，这包括：
输出过流限制、过热保护、短路保护及电池极性接反保护，使电源工作安全可靠，不易损坏。
（5）耗电小及关闭电源功能
新型电源IC的静态电流都较小，一般为几十μA到几百μA。
个别微功耗的线性稳压器其静态电流仅1.1μA。
另外，不少电源IC有关闭电源控制端功能（用电平来控制），在关闭电源状态时IC自身耗电在1μA左右。
由于它可使一部分电路不工作，可大大节省电能。
例如，在无线通信设备上，在发送状态时可关闭接收电路；在未接收到信号时可关闭显示电路等。
（5）有电源工作状态信号输出
不少便携式电子产品中有单片机，在电源因过热或电池低电压而使输出电压下降一定百分数时，电源IC有一个电源工作状态信号输给单片机，使单片机复位。
利用这个信号也可以做成电源工作状态指示（当电池低电压时，有LED显示）。
（6）输出电压精度高
一般的输出电压精度为±2～4%之间，有不少新型电源IC的精度可达±0.5～±1%；并且输出电压温度系数较小，一般为±0.3～±0.5mV/℃，而有一些可达到±0.1mV/℃的水平。
线性调整率一般为0.05%～0.1%/V，有的可达0.01%/V；负载调整率一般为0.3～0.5%/mA，有的可达0.01%/mA。
（7）新型组合式电源IC
升压式DC/DC变换器的效率高但纹波及噪声电压较大，低压差线性稳压器效率低但噪声最小，这两者结合组成的双输出电源IC可较好地解决效率及噪声的问题。
例如，数字电路部分采用升压式DC/DC变换器电源而对噪声敏感的电路采用LDO电源。
这种电源IC有MAX710/711，MAX1705/1706等。
另一种例子是电荷泵+LDO组成，输出稳压的电荷泵
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