现代电子设计技术-电源

1、现代电子设计技术电源一， 介绍：电源大家都不陌生，大家常见的电视机，电脑，MP3都要接上电以后才能开始工作。电源用个比喻就好像我们身体要活动一定需要补充食物一样，用电器在工作不停的消耗电也需要量不断的补充电量。大家在高中时就学过，电的使用只有200年历史，其实电的使用历史可以追远古时期追逐到时期，让我先来看看下面两个故事。史前反应堆：原子能技术是人类近几十年中才开始掌握的一门高科技技术，而在今天的非洲加蓬共和国，曾存在着一个大型的链式核反应堆，运转了很多万年，发现了一个20亿年前的核反应堆。法国有一家工厂使用从非洲加蓬共和国进口的奥克洛铀矿石，他们惊讶地发现，这批进口铀矿石已被人利用过。铀矿石

2、的一般含铀量为0.72% ，而奥克洛铀矿石的含铀量却不足0.3%. 这一奇怪的现象引起了科学家们的注意。    他们纷纷来到加蓬奥克洛铀矿考察，发现了一个不可思议的史前遗迹古老的核反应堆，由6 个区域约500吨铀矿石构成，输出功率估计为100 千瓦。这个反应堆保存完整，结构合理，运转时间长达50万年之久。    据考证，奥克洛铀矿成矿年代大约在20亿年之前，成矿后不久就有了这一核反应堆。而人类只是在几十万年之前才开始使用火。那么，是谁留下了这个古老的核反应堆？是外星人的作品，还是前一代地球文明的遗迹？    奥克洛（Oklo）是非洲加

3、蓬共和国一个铀矿的名字。从这个矿区，法国取得其核计划所需的铀。1972年，当这个矿区的铀矿石被运到一家法国的气体扩散工厂时，人们发现这些铀矿是被利用过的，其含量低于0.711w% 的自然含量。似乎这些铀矿石早已被一个核反应堆使用过。    法国政府宣布了这一发现，震惊了全世界。科学家们对这个铀矿进行了研究，并将研究成果于1975年在国际原子能委员会（InternationalAtomicEnergyA-gency）的一个会议上公布。    那么，这个铀矿到底是怎么回事呢？    的确，这些铀矿石是被利用过。法国科学家在整个矿区的不同地

4、方都发现了核裂变的产物和TRU 废物。开始时，这些发现让人很迷惑，因为用天然的铀是不可能使核反应堆越过临界点（而发生核反应的），除非在特别的情况下，有石墨和重水。但在Oklo周围地区，这些条件是从来都不大可能具备的。    U235的半衰期为七亿（7.13E8）年，少于U238的半衰期四十五亿（4.51E9）年。从地球形成至今，相比U238，更多的U235衰变了。这就说明在久远年代以前，天然铀矿的浓度比今天要高的多。实际上，简单的计算就可以证明，30亿年前此浓度为3w% 左右。而此浓度已足以在一般的水中进行核反应。而当时在Oklo附近是有水源的。   

5、让人吃惊的是，这座核反应堆的构成非常合理。比如，目前的研究结果表明这个核反应堆有几公里，如此巨大的一个核反应堆，对周围环境的热干扰却局限在反应区周围40m 之内。更让人吃惊的是，核反应所产生的废物，并没有扩散，而是局限在矿区周围。面对这一切，科学家们承认这是一个“天然”的核反应堆，将它写进了教科书，并研究它在核废料处理方面的价值。但是敢于再向前探索一步的，就没有多少人了。    其实现在，很多人都知道这是史前文明所留下的遗迹。也就是说，二十亿年前，在今天我们叫做奥克洛的地方，可能存在着高度发达的文明，远远超过今天人类的文明。与这个“天然”的大型核反应堆相比，今天人类所能建造

6、的最大的核反应堆，也显得黯然失色。古老的电池：在巴格达伊拉克博物馆的藏品中，有一只简陋的小陶罐，外观虽不起眼，却被誉为考古学领域最令人吃惊的发现。因为尽管已有大约两千年历史，但以陶罐内装的所有物质及其制作意图来判断，这只陶罐却像是一个电池的外壳。 1936年6月，铁路建筑工人在巴格达附近偶然挖开一座古墓之后发现了这件神秘的物品。考古学家们赶来后，发现这座陵墓事实上是安息时期（约公元前250-公元250年）一个定居点的一部分。经过发掘，他们出土了大量物品，其中有带雕刻图案的砖块、陶器、玻璃和金属制品，外加一个内装奇特物质一根一头封闭的铜管、一根铁棒和一些沥青碎屑的卵形陶罐。 在访问巴格达期间，伦

7、敦科学博物馆的物理学家沃尔特·温顿听到有关此次发现的报告后，对这只陶罐做了仔细的研究，并产生了很深的印象。他说：“在铜制容器内放上一些酸，随便什么，醋也可以。嘿，转眼的工夫，你就有了一个能产生电压并释放电流的简单腔体。将几个这类腔体串联起来，便构成一个电池组，所发出的电流足以使电铃发声，点亮灯泡，或驱动一辆小型电动车。” 温顿指出，这件物品确实是电池，这是“显而易见和完全可信的”。他的惟一疑问来自于它的独特性质。考古学上的“一次性事物”始终是最难解释的发现。其实，此前在巴格达附近的安息古城泰西封已经发现了其他陶罐，只是温顿并不知晓罢了。那些陶罐是与护身符等多种神秘物品一起发现的。这种

8、情况表明，炼金术士曾使用过这些陶罐，但我们仍然找不到它们作何用途的线索。温顿说，最理想的是这只陶罐应同金属线一道被发现，能找到一系列此类陶罐，才是比较好的事情，因为有了它们，疑点便会烟消云散。然而，正如温顿于1967年所指出的，如果不是电池，它又会是什么东西？“我不是考古学家，所以我直接提出了最容易提出的科学答案。我看不出它还能有什么别的用途，也许有更好的答案，但至今我还没有听到。” 25年过后，还是无人为这只神秘的陶罐提出真实可信的其他解释。而首要的事实仍然是：它作为一个电池工作得相当出色。美国进行过两项独立的实验，对陶罐及其内装物质的复制品做了测试。把醋酸、硫酸或柠檬酸也行当作电解质，注入

9、铜管，模型便产生电压为1.5伏的电流，18天后电流才消失。 可是，在两千年前，到底是什么人用电池做了什么事情？科罗拉多大学的保罗·凯泽最近指出，这些电池的使用者是巴比伦的医生，在没有电鳐鱼时，他们把它作为替代品使用，从而能起到局部麻醉的作用。但是，在各种意见中，仍以伊拉克博物馆实验室主任、德意志考古学家威廉·柯尼希所作的解释最有说服力。他曾于1938年仔细研究过“巴格达电池”。柯尼希认为，将若干个这类腔体串联起来，从里面发出的电流可用来电镀金属。实验用复制品所产生的电压能够满足这项工作的需要。事实上，为了给铜首饰包银，伊拉克的工匠们仍然在使用一种原始的电镀方法。这种技术可能

10、是从安息时期或者更早的时候起一代代传下来的。3000余年以前，安息人便继承了近东地区的科研传统和公元前330年随亚历山大大帝入侵此地的希腊人的聪明才智。 我们可能永远也搞不清古代的电学实验究竟做到了何种程度。古代伊拉克的工匠们对他们的技术知识妥加防范，秘不外传；巴比伦泥板上确实列出了制作彩色玻璃的配方，但配方中往往夹杂着行话，只有行家才能看出其中的门道。电镀的秘诀肯定是秘不外传的宝贵财富，或许从未以简洁易懂的文体见诸于文字。好在伊拉克还有数百个坟冢未曾发掘，博物馆中也有数千块泥板，泥板上涉及科学的文字在等人翻译。或许最保险的说法是，古人所掌握的电学知识，其涵盖范围之广可能还会给人们带来种种惊喜

11、。二， 现代电源制造的几个重要事件：1，环球资源日前预测，市场对中国制造的电源适配器需求量以11%的年均速度增长。预计到2005年产量将接近40亿只，2006年将生产超过48亿只。手机、个人DVD播放机以及其他便携式电子设备制造商对电源适配器的急剧需求，是推动这个市场发展的动力。为了满足市场需求，超过80%的受访制造企业正增加生产线及雇用新员工，大部分公司计划在未来12个月内将产量提高至少20%。而为了加强在欧洲与美国等主要出口市场的竞争力，供应商都在提升他们的生产流程。预计在2007年，将有超过50%的制造商执行无铅生产流程，许多制造商将开始采用环保型原材料。2，2007年6月19日，位于甘

12、肃省酒泉市金塔县双城镇的营盘铁选厂一电焊工作业时，手机电池突然爆炸，导致其肋骨断裂并刺破心脏而死亡。事件发生后，金塔县立即成立联合调查组展开调查。当晚，记者来到死者生前工作的营盘铁选厂。据该厂一位知情人透露，死者名叫肖金鹏，是该厂的一名电焊工，今年22岁。6月19日端午节那天中午，当地气温较高，肖金鹏戴着面罩作业时，其装在胸前衣兜里的手机突然一声巨响，肖金鹏倒在了血泊中，后其被送往医院经抢救无效死亡。事后他们才知道，是手机电池爆炸炸死了他。警方勘查现场并进行尸检后初步认为，肖金鹏是由于手机电池在高温下发生爆炸，被炸断肋骨刺破心脏身亡的。经过网上查询得知，手机电池爆炸致死人命的，在全国尚属首例。

13、三， 电源种类：直流稳定电源按习惯可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型：1，化学电源我们平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。2，线性稳定电源线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50Hz)上,所以重量较大。该

14、类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。3，开关型直流稳压电源与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态；开关电源因此而得

15、名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般1%VO(P-P),好的可做到十几mV(P-P)或更小)。它的功率可自几瓦几千瓦均有产品。价位为3元十几万元/瓦，下面就一般习惯分类介绍几种开关电源：、AC/DC电源该类电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦几千瓦均有产品，用于不同场合。属此类产品的规格型号繁多，据用户需要而定通信电源中的一次电源（AC220输入，DC48V或24V输出)也属此类.、DC/DC电源在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提

16、供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。、通信电源通信电源其实质上就是DC/DC变换器式电源，只是它一般以直流48V或24V供电，并用后备电池作DC供电的备份，将DC的供电电压变换成电路的工作电压，一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种，以后者可靠性最高。、电台电源电台电源输入AC220V/110V，输出DC13.8V,功率由所供电台功率而定,几安几百安均有产品.为防止AC电网断电影响电台工作,而需要有电池组作为备份,所以此类电源除输出一个13.8V直流电压外,还具有对电池充电自动转换功能。、模块电源随着科学技术飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高

17、，模块电源越来越显示其优越性，它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用。目前，目前国内虽有相应模块生产，但因生产工艺未能赶上国际水平，故障率较高。DC/DC模块电源目前虽然成本较高，但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看，特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看，选用该电源模块还是合算合算的，在此还值得一提的是罗氏变换器电路，它的突出优点是电路结构简单，效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。、特种电源高电压小电流电源、大电流电源、400Hz输入的AC/DC电源等，可归于此类，可根据特殊需要选用。开关电源的价位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率电源

18、价格稍高，可达11-13元/瓦。 在设计过程中工程师以不同的指标和要求来设计电源电路，在电源电路的设计上主要是考虑以下几个指标：功率：对供给电路的要求而定，比如说电脑电源需要200W以上，手机电源需要不到10W。负载能力：也就是输出阻抗是否达标，电源接上不同的电路电压，电流是否会改变。电压，电流：比如说电脑电源为了给不同的电路供电，输出5V，1A，12V，3A。是否具有保护：在电路出现异常的时候能够切断电源，保护电路模块。四， 实例说明：下面我们以生活中常见的电源为大家做一个介绍移动电源： 移动性是笔记本电脑最主要的特征，如何提高它的灵活性和稳定性是笔记本电脑面对的首要问题,作为笔记本电脑的供

19、电部分，更是保障其有效工作的关键环节。笔记本电脑的电源系统是仅次于CPU及其主板、显示屏的第三大关键部件。电源系统包括电源适配器、充电电池和电源管理系统等。      考虑到散热问题电源适配器都独立于笔记本电脑主机之外，一般都适用100V-240V的交流输入，将交流变为直流供主机工作。除此还有为机内电池充电的功能，为防止长时间充电降低电池寿命，机内设有检测电路和充电状态指示，并可在电池充电充满后自动切断充电回路。因而，笔记本电脑对电源要求很高，稳定性和抗干扰性是检验电源适配器的主要指标。为了避免输入电源的纹波系数过大或突然的高电流冲击而烧毁电源

20、适配器，尽可能接至带有过载保护的电源插座。      一旦出现停电现象，电池便体现出它的优越性了。笔记本电脑的便携性很大程度取决于电池的支持，电池是整个电源系统的心脏，所以不能轻视它。笔记本电脑最早采用的是镍氢电池。这种电池虽然也具有较好的性价比和较大的功率，但电池的持续放电时间较小，所以很快就被锂离子电池取代。锂电池储能密度较大，可随时充电，且持续放电时间长，一般在3小时左右。在改善电池性能增大电池容量的同时，高档笔记本电脑常改进软驱结构为智慧型插槽，除软驱等存储设备外，还可以接第二块电池，倍增了电池的容量。    

21、60;笔记本电脑的通常有三块电池，第一块主电池，在交流电未接通的情况下，主电池保证机器正常运行，同时给备份和实时钟电池充电。主电池一般能够持续供电3.5小时。第二块是备份电池，它保证继续执行启动模式下，数据和运行程序备份所需的电源。供电时间在1小时左右。第三块实时时钟电池，它为机器内部实时时钟和日历供电以及维持系统配置数据的保存提供了能源。能够持续工作1个月。对于如何延长电池的使用寿命，通常有以下几个做法：（为什么？）  首先，用户在有备用电池的情况下，应该轮流使用，尽量减少对一个电池的过度消耗。其次，在长期不使用笔记本电脑的时候，一定要将电池从机器中卸掉，避免对笔记本造成

22、损害。第三，当电池电量完全充满的时候，应该断开交流电的输入。因为过度充电会使电池过热，缩短电池的使用寿命。最后，在电池太凉或者太热的时候，也不要充电，因为充电的适宜温度在10-30摄氏之间。     当然笔记本电脑在增加电池寿命的同时，还可以通过其它方式节省笔记本电脑用电。笔记本电脑的供电时间长短除了取决于电池的本身寿命，机器的电源管理也影响它的工作时间。如果电池供电系统管理的越好，那它在工作中的回报也就越大。笔记本电脑包含如下几种常见的高级电源管理功能：操作模式：操作模式可控制处理器速度或设定省电计时器。待命模式：当用户在短暂的时间段内不操作机器时，可

23、进入待命模式。暂停模式：当用户长时间离开电脑时，可以进入暂停模式。休眠模式：在用户离开办公室数天内，笔记本电脑可以进入休眠模式。     我们以东芝笔记本电脑为例，它可以用三种模式进行设置，其供电方式分别为标准模式，节电模式和完全模式，通过三种模式的循环转换，通过调整显示屏的亮度、各个部件的电压功耗以满足在不同环境下的工作需要。     运用电源管理程序实现节电控制也是非常有效而可行的方法，目前东芝笔记本电脑已普遍采用这种智能节电管理技术，它是利用软件的方法对各主要耗电部件的用电状态进行控制，对暂不工作的部件减少甚

24、至停止供电。如管理程序检测到用户超过一定时间未用键盘则会自动关掉显示屏背景淘汰；检测到未用硬盘则会关掉硬盘驱动器电源等。在准备工作状态，CPU时钟停止，显示及硬盘驱动器电源切断，电源消耗能减少70%以上。4，电池部分： 移动电源的核心部就是充电适，有人把笔记本电脑的电池比作是人体的血液，虽然这不是很贴切，但由此仍可见电池在笔记本电脑中的重要性。现在关于笔记本电池的讨论真是太多，好多笔记本用户对于笔记本电池的构造也存在很多疑问。其实笔记本电脑用的电池也是非常简单，它包括了电芯、控制电路和外部接口等几部分，有些厂商的产品还会带有电量指示灯，然后再把这些部件一起封装在一个外壳中，就如同一个“电池包”

25、。为了解决大家对笔记本电池的疑问，本文将从外到里对笔记本电池的构造做一个详细的解说。 4.1电池外壳上标识的意义 首先我们来看一下笔记本电池的外壳，上边往往有许多数字标签，我们就先来看一下这些数字标签的含义。 电池组外的标签，一般内容有：（如图） 1电池的生产厂商、型号，只要是正规厂家生产的电池，这两个标签肯定都有的。 2电池的种类（根据内部所用电池的种类而分）（如图）： 常见的为Li-ion锂离子电池、Ni-MH镍氢电池、Li-polymer高分子锂电池，另外还有较少看到的Ni-Cd（镍镉电池）以及最新的燃料电池。 3额定电压（Nominal Voltage）（如图） 一般常见的为108V（

26、111V）或144V。若以锂离子电池为例，大家知道一节锂离子电池的电压为36V，这当然达不到笔记本所需要的电压，因此一般采用串联的方式。如果额定电压是10V，那么就是串联了3节，串联4节电压就成为144V，但有些二次电池在制造厂所标定的单节锂离子电池电压为37V，所以三节串起来的电压为111V。若以12V的镍氢电池，则串联9节单电池至108V，以达到笔记本工作所需要的工作电压。 4.2额定容量（Nominal Capacity）： 一般来说单节镍氢电池的容量要比锂离子电池大，一节18650镍氢电池的容量即可达到42004500mAh之间，而常用的18650锂离子电池单一节容量为15002000

27、mAh之间，所以如果笔记本电池采用的是镍氢电池，只要将电池串联，提高电池的工作电压就可以了。而锂离子电池因电池制造厂商的技术差异而有所不同，笔记本电池如采用锂离子电池，通常使用3节并联，来提高电池容量，三节并联一般可达到45006000mAh之间。（后面举例说明） 4.3电池使用注意事项： 一般上边会有电池使用环境限制的标签、使用时的注意事项以及电池回收标签。 电池内有何乾坤？ 对笔记本电池的外壳上的标识了解清楚后，我们再来看一下其内部有何神秘之处。 1电池：笔记本电池里常见的电池为18650（17650）镍氢电池、18650锂离子电池和方形锂离子电池。根据每个笔记本电池的构造不同采用不同的电

28、池。18650指的是圆柱型电池的尺寸，18为电池外径18mm，65为高度65mm；方型锂离子电池也使用此方式，如103448，为长48mm×宽34mm×高10mm的方型电池。2电池控制板：笔记本电池中最关键的是控制电路，它不但要控制电池的充放电，例如在适当的时候开始和停止充电，把充放电电流控制在合适的范围内，还要承担电池状况的分析纪录（例如我们熟悉的电池容量显示和充放电次数纪录功能），以及承担电池的保护作用，在电池温度过高或者电流过大的时候切断电路。控制电路位于电芯和笔记本电脑主板之间，是一块工作原理和设计都很复杂的电路。主要分为两部分：一部分是在电池充放电时起到保护作用，

29、为保护电路；另一部分作用为电池组与主机沟通时及电池使用的管理，叫做电池能源管理电路（Gas gauge）。一般两部分都设计在一块电路板上。如果电池采用的是锂离子电池，那么两个电路都有；如果采用的是镍氢电池，那么只有电池能源管理电路，因为只有锂离子电池带保护电路，而镍氢电池不带。 3保护元件： NTC热敏电阻1）NTC热敏电阻：常使用于镍氢电池组中，用来侦测电池组温度，作为充放电时的参考。 2）Thermostat温度开关：常用于镍氢电池组中，同样侦测电池组温度，作为强制保护电池异常的开关。 3）温度保险丝：这是作为电池的最后保护开关，如果当电池工作发生异常，如温度过高（一般设定为9098度）或

30、者电流过大，温度保险丝就会被烧断，电池组将不会再工作，从而保护电池组。 4）Poly switch限流开关：作为电流及温度过载的保护，普遍用于各种电池组中。5)电池接口：电池与主机接触部位常见的为68个金属片接口，上边都应该有标记，例如T T I I，这上边有电流传输接口，还有电源控制线路接口。 6)外壳：外壳保持内部组件的形状和使电池能和笔记本电脑紧密结合，接口负责连接电池和主机，一般采用工程塑料，通常采用超声波进行焊接。 电池的类型及发展方向 外观各异的电池随着笔记本电脑和掌上电子产品技术及市场的迅速发展，广大用户对“稳定性更高”、“使用时间更长”、“体积更小”乃至“充电次数更多”等方面提

31、出了更高要求，而电池技术也紧随市场需求，在诸多方面作出了相应改进和发展。现在的笔记本电脑电池皆朝Smart Battery方向设计，也就是电池组内有能源管理线路，这种能源管理线路可以监视电池使用情况以及与主机进行沟通，可以让电池的性能得到充分的发挥，从而提高电池的使用时间。锂离子电池由于它较普通镍镉/镍氢电池具有体积小（相对）、重量轻、自放电率低、无记忆效应的优点，因而受到众多笔记本生产商的喜爱，目前笔记本电池普遍采用这种电池。虽然说现在笔记本电池的外观千差万别（图7），每个品牌、甚至型号不同的电池都不能通用，但电池的内部构造都是相同的。 使用燃料电池的笔记本最后对于目前最新的燃料电池不得不补

32、充两句，2003年10月NEC正式推出了其最新研制的笔记本用燃料电池），据称，当燃料使用浓度为10的300立方厘米的甲醇时，笔记本电脑可以使用5个小时。NEC提出，在2005年将推出可使笔记本电脑连续使用40小时的燃料电池产品。就目前来说，燃料电池的体积、性能及成本方面没有太大的优势，不过将燃料电池作为笔记本的后备电源还是一种不错的选择。想想当笔记本可以连续使用40个小时，那是一种什么感觉。而且燃料电池的污染小，可反复使用。 例1一组标示为Liion、10.8V、3200mAh的电池组，代表该电池组内容为锂离子电池，群6节3.6V、1600mAh、18650的锂离子电池，采用3串2并3S2P组

33、成方式。电压为3.6V×310.8V，4S容量为1600mAh×23200mAh 。例2一组标示为NiMH、10.8V、4200mAh的电池组，代表该电池组内容为镍氢电池，群9节1.2V、4200mAh、18650的镍氢电池，采用9节电池串联方式。充电适配器：对电池的充电原理其实很简单，市电220V经过降压整流滤波后（输出电压略高于被充电池的额定电压，根据经验一般高0.7-0.9V左右），用导线于待充电池相连，就能为其充电。 最简单的就是用三节5号电池，就能给手机电池充电了。再说个简单的例子，像电脑上的USB接口，电压5V，输出电流0.5A，那么要给3.6V的手机电池充电，

34、只需要在连接两者的导线中，串入一个二极管可降0.7V电压，那么到电池的电压就是4.3V，完全能够满足充电条件。 在实际使用过程中，手机充电器线路五花八门， 一般而言220V经降压两个二极管组成的全波整流电路整流电容滤波一级三端稳压器稳压电容滤波二级三端稳压器稳压电容滤波最终输出。 这种方式经过三次滤波两次稳压，输出有一定精度 。杂牌充电器也差不多就是这么个流程，好的充电器过程太复杂，用单片机控制，说点充电器常识吧 。 电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电维护过程和使用情况有关。 注意一点，市面上许多充电器都标识为“微电脑控制，这是不科学的，因为大多数充电器 充其量不过集成了“运放”，只有集成

35、“单片机”，才能称的上“微电脑控制”。虽然都带有充满自停功能，但其实现的方式不同导致其充电效果也不同。 好的充电器不但能在短时间内将电池充足，而且可以对电池还能起到一定的维护作用，修复由于使用维护不当早成的记忆效应（对镍镉/镍氢电池）和容量下降电池活性衰退现象。一部劣质的充电器轻则出现电池充电不足，影响电池单次放电时间，重则对电池造成伤害，缩短电池的寿命。 市售手机充电器很多采用电压比较法，为了防止过充一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。这时充电器上充满的指示灯会亮起，如果用户此时急于取下电池，无疑电池只充了90%，而且由于电压比较法存在离散性，所以充电到90%也只是一个

36、理论值。 一些商家为了使电池充得足一些，使电池初期待机时间表现较好，擅自将参考比较电压值设定得比较高，这样电池充电量就增大了，手机待机时间也长一些，但容易造成过充，要是你的充电器在充电结束时电池经常发烫，那么也应该注意这个充电器了。 比较好的充电器都采用专用充电控制芯片，有很好好的-V检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作。带有-V检测功能的一般都是座充和或带有液晶显示的座式充电器。 镍镉/镍氢电池讲究"充满放尽"，大部分用户不是一定等到手机因为低电压自动关机才想起充电，所以充电器能不能提供放电功能非常重要。一般带此功能的充电器都有一个放电

37、按钮，放电有利减轻电池长期循环使用中积累的记忆效应，对于镍氢电池，理论上没有记忆效应，但实际上在充电前先放电也还是有明显好处。镍镉、镍氢电池充电最好用带带下拉负脉充的，而不是一般的恒流充电，这样可以减小电池充电过程中的极化效应。 锂电池充电需要专门支持锂电池充电模式的充电器。5. ATX电源：ATX电源的工作原理  自从IBM推出第一台PC至今，微机电源已从AT电源发展到ATX电源。时至今日，微机电源仍是根据IBM公司的个人电脑标准制造的。市场上的ATX电源，不管是品牌电源还是杂牌电源，从电路原理上来看，一般都是在AT电源的基础上，做了适当的改动发展而来的，因此，我们买到的ATX电源

38、，在电路原理上一般都大同小异。在微机国产化的进程上，微机电源技术也由国内生产厂家逐渐消化吸收，生产出了众多国有品牌的电源。微机电源并非高科技产品，以国内生产厂家的技术和生产实力，应该可以生产出物美价廉的电源产品。然而，纵观整个微机电源市场情况却不尽人意，许多电源产品存在着各种选料和质量问，故障率极高。ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见图，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：一部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该部分电路和交流220V电压直接相连，触及

39、会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T1以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过C03、C04、C05高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框图见图2，从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。1)交流输入回路交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面

40、的作用：一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。)整流电路：包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。3)辅助电源：辅助电源本身也是一个完整的开关电源。只要ATX电源一上电，辅助电源便开始工作，输出的两路电压，一路为+5VSB电源，该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能；另一路输

41、出电压为保护电路、控制电路等电路供电。4)推挽开关电路：推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该部分电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作它激工作方式。 )PWM脉宽调制电路：PWM（Pules Width Modulation）即脉宽调制电路，其功能是检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，主要由IC T

42、L494及周围元件组成。)PS-ON控制电路：ATX电源最主要的特点就是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用“5VSB、PSON”的组合来实现电源的开启和关闭，只要控制“PSON”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PSON 信号的控制，当“PSON”小于1V伏时开启电源，大于4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关)控制主板的“电源监控部件”的输出状态，同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出，如在WIN9X平台下，发关机指令，使“PSON”变为5V，ATX电源就自动关闭。)保护电路为了保证安全工作，ATX电源中设置了各种各样

43、的保护电路，当开关电源发生过电压、过电流故障时，保护电路启动，开关电源停止工作以保护负载和电源本身。)输出电路：输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波，为主变换电路提供纹波较小的直流电压。接插到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号，ATX电源输出排线各脚定义见表1，各路输出的额定电流见表2。表1 电源输出排线功能一览表Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10导线颜色 橘黄 橘黄 黑色 红色 黑色 红色 黑色 灰色 紫色 黄色 功能 3.3V 提供 +3.3V 电源 3.3V 提供 +3.3V 电源 地线  5V 提供+5V电源 地线 5V 提供 +5V 电源 地线

44、Power OK电源正常工作 5VSB 提供 +5V Stand by电源，供电源启动电路用12V 提供 +12V 电源Pin 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20导线颜色 橘黄 兰色 黑色 绿色 黑色 黑色 黑色 白色 红色 红色 功能 3.3V 提供 +3.3V 电源 -12V 提供 -12V 电源 地线 PS-ON 电源启动信号，低电平-电源开启，高电平-电源关闭 地线 地线 地线 -5V 提供-5V 电源 5V 提供 +5V 电源 5V 提供 +5V 电源 电源各输出端5V12V3.3V5V12V5VSB额定输出电流21A6A14A0.3A0.8A0.8A表2 A

45、TX电源各路电压的额定输出电流：（单位：A）9）PW-OK信号的形成：PW-OK信号（在AT电源中及部分电源板上称P.G信号）为微机开机自检启动信号，为了防止开机时各路输出电路时序不定，CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤，微机电源中均设置了PW-OK 信号。10）3.3V电压二次稳压电路：输出到主板上的3.3V电压一般为CPU等配件供电，因此，ATX电源在总体自动控制稳压的基础上，在T1的次级3.3V电压的输出负载网络增设了二次自动稳压控制电路，以使3.3V输出电压更精确稳定。纵上所述，接通电源后，220V交流电压经整流滤波电路，输出3

46、00V 直流高压。此电压同时加到推挽开关电路和辅助电源上，因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而处于待机状态。辅助电源一经得到工作电压便开始工作，送出脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路的工作电压以及主板的+5VSB待机电压，但因此时没有得到PS-ON主机的控制信号，PS-ON控制电路输出高电平锁住PWM脉宽调制电路使其不起振，此时电源处于待机状态。按下面板的开机触发开关，PS-ON控制电路得到控制信号，解除对脉宽调制电路的锁定，PWM电路开始工作，输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推挽开关电路中的推挽功率管，并时刻根据输出电压的脉动来调整脉冲宽度，以保证输出电压的稳定。推挽开关电路中，

47、推挽功率管依次开关，产生的脉动交变电压被开关变压器感应到副级，经输出电路整流滤波，形成主机所需各路电压。保护电路则监视各路输出电压，当发生过压、欠压故障时及时启动，使PWM电路停止工作，以保证电路及主机的安全。11)精密电压基准IC TL431精密电压基准IC TL431是T092封装如图。其性能是输出压连续可调达36V，工作电流范围宽达01。100mA，动态电阻典型值为022欧,输出杂波低。图2是TL431的典型应用，其中、脚两端输出电压V=25(R2十R3)VR3。如果改变R2的阻值大小，就可以改变输出基准电压大小。五 ，开关电源：5.1开关电源的特点：   随着全球对能源问题的

48、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。5.1.1开关式稳压电源的基本工作原理       &

49、#160; 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。可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um 矩

50、形脉冲最大电压值；       T    矩形脉冲周期；       T1 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。 开关式稳压电源的原理电路 基本电路开关电原基本电路框图         开关式稳压电源的基本电路框

51、图如图所示。         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。单端反激

52、式开关电源    单端反激式开关电源的典型电路如图所示。         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，变压器初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容滤波后向负载输出。        单端反激式开关电源是一

53、种成本最低的电源电路，输出功率为20100，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20200kHz之间。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，滤波电感储存能量；当开关管VT1截止时，电感通过续流二极管VD3继

54、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。 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50200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。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。

55、 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

56、源那样，由变压器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。推挽式开关电源推挽式开关电源的典型电路如图所示。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。

57、        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100500范围内。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向充电，这一电流使电感中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输

58、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。5.4.8升压式开关电源升压式开关电源的稳压电路如图所示。         当开关管VT1导通时，电感储存能量。当开关管VT1截止时，电感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。反转式开关电源反转式开关电源

59、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，同时给电容充电。5.5 DC/DC电源设计现在我们以DC/

60、DC分析电源的设计作分析：我们举这样一个案例，假设大家现在要设计一个MP4，功能包括存储，放音乐，放电影，录音，这样的一个MP4消耗电严重，而且内部的耳机功率放大器，液晶电压都需要5V，但是我们手头上只有1.5V的电池，我们怎么才能让这1.5V的电压给5V的器件供电呢？首先我们明确了我们的要求，将1.5V的电压提高为成为5V，同时效率还不能太低， 大家模拟电路所学的线性稳压电路这个时候就不起作用了，如果大家查找一下网络发现，有一个种类的电源可以提升输入的电压，这里介绍一种升压电路。5.5.1升压电路（电源调整电路）原理 电路主要由DC/DC直流转换IC（升压IC）U6、储能电感L2、续流二极管D4等组成，其主要作用是通过调整升压，输出12V直流电压，供显示照明电路使用；当4脚得到主控IC送来的启动信号GPIO C2时，启动U6开始工作，通过内部的电路动作，电感L2的储能，二极管D4的续流作用，U6的5#经电阻R22输出12V电压；可通过调整分压电阻R23的阻值，控制U63#的电位来决定5#的输出电压 电路中R15、L2、D4、U6、R22任何一个损坏都会引起无12V电压故障。（点击看大图）维修