电源电路问题

1、第二章 开关电源串联型稳压电路是最常用的电子电路之一，稳压精度高，内阻小，被广泛地应用在各种电子电路中。一、串联式稳压电路1、串联型稳压电源的电路原理图（图1）图1 串联型稳压电源电路原理图2、工作过程与原理（1）电源变压器T次级的低压交流电，经过整流二极管VD1VD4整流，电容器C1滤波，获得直流电，输送到稳压部分。（2）稳压部分由复合调整管VT1、VT2、比较放大管VT3及起稳压作用的硅二极管VD5、VD6和取样电阻R3、R4及微调电位器RP等组成。（3）晶体管集电极发射极之间的电压降简称管压降。复合调整管上的管压降是可变的，当输出电压有减小的趋势，管压降会自动地变小，维持输出电压不变；当

2、输出电压有增大的趋势，管压降又会自动地变大，维持输出电压不变。（4）复合调整管的调整作用是受比较放大管控制的，输出电压经过微调电位器RP分压，输出电压的一部分加到VT3的基极和地之间。（5）由于VT3的发射极对地电压是通过二极管VD5、VD6稳定的，可认为VT3的发射极对地电压是不变的，这个电压叫做基准电压。这样VT3基极电压的变化就反映了输出电压的变化。如果输出电压有减小趋势，VT3基极发射极之间的电压也要减小，这就使VT3的集电极电流减小，集电极电压增大。（6）由于VT3的集电极和VT2的基极是直接耦合的，VT3集电极电压增大，也就是VT2的基极电压增大，这就使复合调整管加强导通，管压降减

3、小，维持输出电压不变。同样，如果输出电压有增大的趋势，通过VT3的作用又使复合调整管的管压降增大，维持输出电压不变。3、其它元器件的作用（1）VD5、VD6是利用它们在正向导通的时候正向压降基本上不随电流变化的特性来稳压的。（2）硅管的正向压降约为左右。开关电源（3）两只硅二极管串联可以得到约为左右的稳定电压。（4）R2是提供VD5、VD6正向电流的限流电阻。（5）R1是VT3的集电极负载电阻，又是复合调整管基极的偏流电阻。（6）C2是考虑到在市电电压降低的时候，为了减小输出电压的交流成分而设置的。S-15-12S-35-5S-50-24S-60-24（7）C3的作用是降低稳压电源的交流内阻和

4、纹波。4、元器件明细表序号标号名称型号规格备注1VD1 VD4二极管1N4004×42VD5VD6二极管1N4148×23VT1VT2三极管9013×24VT3三极管90145R1金属膜电阻RJ-0.25W-2K±5%6R2金属膜电阻RJ-0.25W-680±5%7R3金属膜电阻RJ-0.25W-K±5%8R4金属膜电阻RJ-0.25W-K±5%9RP微调电位器3296-1K10C1电解电容470F/16V11C2电解电容47F/16V12C3电解电容100F/16V13T电源变压器220V/9V14F熔断丝二、大电流可调式

5、串联稳压电路1、电路原理图图2 串联稳压电路此稳压电源可调范围在3.5V25V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。2、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。3、元器件选择变压器T选用80W100W，输入AC220V，输出双绕组AC28V。FU1选用1A，FU2选用3A5A。VD1、VD2选用6A02。RP选用1

6、W左右普通电位器，阻值为250K330K，C1选用3300µµF独石电容，C4选用470µF35V电解电容。R1选用180220/0.1W1W，R2、R4、R5选用10K、18W。V1选用2N3055，V2选用3DG180或2SC3953，V3选用3CG12或3CG80。三、三端式线性稳压电路1、三端固定输出集成稳压器常见的三端固定输出集成稳压器主要有78XX正电压输出系列和79XX负电压输出系列。78XX系列封装形式和引脚功能如图3所示。图3 78XX系列稳压器外形 1输入、2GND、3输出图4 7805典型应用电路78XX系列和79XX系列每类稳压器输出电压有

7、5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等，其代号后两位即为输出电压，如7805意为其输出电压为正电压5V；输出电流一般为100mA（78LXX、79LXX）、500mA（78MXX、79MXX）、1A 、（78XX、79XX），最大输入电压为35V-40V。典型电路如图4所示。2、三端可调集成稳压器三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出纹波小。其一般输出电压为1.2 37V或-1.2 -37V。典型的产品有LM317和LM337等，其中LM317为可调正电压输出稳压器，LM337为可调负电压输出稳压器。这种稳压器有三个引子端，即电压输入端、开关电源电压输出端和调

8、节端，调节端通过电阻接地。LM317的封装和引脚功能如图5所示。图5 LM317外形及管脚配置 1：ADJ 2：Vout 3：Vin三端输出可调稳压器的输出电压在1.2 37V。每一类中按其输出电流又分为、1A、10A等，例如LM317L输出电压为1.2 37V，输出电流为；LM317H输出电压为1.2 37V，输出电流为；LM317 输出电压为1.2 37V，输出电流为等。图6所示为改善纹波特性电路。图中的D1是为了防止调节端旁路电容C3放电时损坏稳压管的保护二极管。旁路电容C3是为了抑制纹波电压而设置，当C3取10F时，能够提高纹波抑制比15dB。图6 LM317改善纹波特性电路四、实用三

9、端式线性稳压电路图7 大电流线性稳压电路图7所示为以LM317为基础的大电流线性稳压电路。五、电池及充电电路电池是一种能量转化与储存的装置。它通过反应将化学能或物理能转化为电能。电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极与能提供媒体传导作用的电解质接触，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能。作为一种电的贮存装置，当两种金属（通常是性质有差异的金属）浸没于电解液之中，它们可以导电，并在“极板”之间产生一定电动势。电动势大小（或电压）与所使用的金属有关，不同种类的电池其电动势也不同。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正

10、电荷由负极通过电池内部移到正极时，电池非静电力（化学力）所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量，通常用安培小时作单位。在电池反应中，1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行，同时电池内阻也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高能电池。电池的面积越大，其内阻越小。实用的化学电池可以分成两个基本类型：原电池与蓄电池。原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，使用前须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以充电再用。蓄电池充

11、电时，电能转换成化学能；放电时，化学能转换成电能的。1、电池的主要性能指标（1）额定容量在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放出的最低容量，单位为安培小时，以符号C表示。容量受放电率的影响较大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放电率，如C20=50，表明在20时率下的容量为50安·小时。电池的理论容量可根据电池反应式中电极活性物质的用量和按法拉第定律计算的活性物质的电化学当量精确求出。由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要，电池的实际容量往往低于理论容量。（2）额定电压电池在常温下的典型工作电压，又称标称电压。它是选用不同种类电池时的参考。电池的实

12、际工作电压随不同使用条件而异。电池的开路电压等于正、负电极的平衡电极电势之差。它只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的数量无关。电池电压本质上是直流电压，但在某些特殊条件下，电极反应所引起的金属晶体或某些成相膜的相变会造成电压的微小波动，这种现象称为噪声。波动的幅度很小但频率范围很宽，故可与电路中自激噪声相区别。（3）开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池在断路时（即没有电流通过两极时）电池的正极电极电势与负极的电极电势之差。电池的开路电压用V开表示，即V开=+-，其中+、-分别为电池的正负极电极电位。电池的开路电压，一般均小于它的电动势。这是因为电池的两极在

13、电解液溶液中所建立的电极电位，通常并非平衡电极电位，而是稳定电极电位。一般可近似认为电池的开路电压就是电池的电动势。（4）内阻电池的内阻是指电流通过电池内部时受到的阻力。它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。由于内阻的存在，电池的工作电压总是小于电池的电动势或开路电压。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化（逐渐变大），这是因为活性物质的组成，电解液的浓度和温度都在不断的改变。欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系。常随电流密度增大而增加。内阻是决定电池性能的一个重要指标，它直接影响电池的工作电压，工作电流，输出的能量和功率

14、，对于电池来说，其内阻越小越好。（5）开关电源充放电速率有时率和倍率两种表示法。时率是以充放电时间表示的充放电速率，数值上等于电池的额定容量(安·小时)除以规定的充放电电流（安）所得的小时数。倍率是充放电速率的另一种表示法，其数值为时率的倒数。原电池的放电速率是以经某一固定电阻放电到终止电压的时间来表示。放电速率对电池性能的影响较大。（6）阻抗电池内具有很大的电极-电解质界面面积，故可将电池等效为一大电容与小电阻、电感的串联回路。但实际情况复杂得多，尤其是电池的阻抗随时间和直流电平而变化，所测得的阻抗只对具体的测量状态有效。（7）寿命储存寿命指从电池制成到开始使用之间允许存放的最长时

15、间，以年为单位。包括储存期和使用期在内的总期限称电池的有效期。储存电池的寿命有干储存寿命和湿储存寿命之分。循环寿命是蓄电池在满足规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。在规定循环寿命时必须同时规定充放电循环试验的制度，包括充放电速率、放电深度和环境温度范围等。（8）自放电率电池在存放过程中电容量自行损失的速率。用单位储存时间内自放电损失的容量占储存前容量的百分数表示。2、手机万能充电器电路图8 手机万能充电器电路四海通S538型万能充电器在外观设计上比较独特，面板上采用透明塑料制作的半椭圆形夹子，透明塑料面板上固定有两个距离可调节的不锈钢簧片作为充电电极。面板的尾部并排有1个测试开关(极性转换

16、开关)和4个状态指示灯，用户根据需要可以调节充电器电极距离和输出电压极性，并通过状态指示灯可方便看出电池的充电情况。该充电器电路主要由振荡电路、充电电路、稳压保护电路等组成，其输入电压AC220V、5060Hz、40mA，输出电压DC42V、输出电流在150mA180mA。在充电之前，先接上待充电池，看充电器面板上的测试指示灯是否亮?若亮，表示极性正确，可以接通电源充电；否则，说明电池的极性和充电器输出电压的极性是相反的，这时需要按一下极性转换开关AN1(测试键)才行。具体电路原理如下。（1）振荡电路该电路主要由三极管VT2及开关变压器T1等组成。接通电源后，交流220V经二极管VD2半波整流

17、，形成100V左右的直流电压。该电压经开关变压器T的卜1初级绕组加到了三极管VT2的c极，同时该电压经启动电阻R4为VT2的b极提供一个正向偏置电压，使VT2导通。此时，三极管VT2和开关变压器T1组成的间歇振荡电路开始工作，开关变压器T的1-1初级绕组中有电流通过。由于正反馈作用，在变压器T的1-2绕组感应的电压通过反馈电阻R1和电容C1加到VT2的b极，使三极管VT2的b极导通电流加大，迅速进人饱和区。随着电容C1两端电压不断升高，VT1的b极电压逐渐降低，使三极管VT2逐渐退出饱和区，其集电极电流开始减少，变压器T的1S-100-12S-150-24S-201-12-1初级绕组中产生的磁

18、通量也开始减少。在变压器T的1-2绕组感应的负反馈电压，使VT2迅速截止，完成一个振荡周期。在VT2进入截止期间，变压器T的1-3绕组就感应出一个55V左右的交流电压，作为后级的充电电压。（2）充电电路该电路主要由一块软塑封集成块IC1(YLT539)和三极管VT3等组成。从变压器T的1-3绕组感应出的交流电压5.5V经二极管VD3整流、电容C3滤波后，输出一个直流8.5V左右电压(空载时)，该电压一部分加到三极管VT3的e极；另一部分送到软塑封集成块IC1(YLT539)的1脚，为其提供工作电源。集成块IC1有了工作电源后开始启动工作，在其8脚输出低电平充电脉冲，使三极管VT3导通，直流8.

19、5V电压开始向电池E充电。当待充电池E电压低于V时，该电压经取样电阻R11、R12分压后，加到集成块IC1的6脚上，该电压低于集成块IC1内部参考电压越多，集成块IC1的8脚输出的S-350-24SP-500-24S-800-24S-1000-24电平越低，三极管VT3的b极电位也越低，其导通量越大，直流电压(85V)经极性转换开关S1向电池E快速充电。由于集成块IC1的2、3、4脚和电容C4共同组成振荡谐振电路，其2脚输出的振荡脉冲经电阻R16送至充电指示灯LED1(绿)的正极，其负极接到集成块IC1的8脚。在电池刚接人电路时，集成块IC1的8脚输出的电平越低，充电指示灯LED1闪烁发光强。

20、随着充电时间延长，电池所充的电压慢慢升高，集成块IC1的8脚输出电压慢慢升高，充电指示灯LED1闪烁发光逐渐变弱。当电池E慢慢充到V左右时，集成块IC1的6脚电位也达到其内部的参考电压V。此时，集成块IC1内部电路动作，使其8脚电压输出高电平，三极管VT3截止，充电指示灯LED1不再闪烁发光而熄灭，充满指示灯LED2(绿)由灭变亮。 （3）稳压保护电路该电路主要由三极管VT1、稳压二极管VDZ1等组成。过压保护：当输出电压升高时，在变压器T的1-2反馈绕组端感应的电压就会升高，则电容C2所充电压升高。当电容C2两端电压超过稳压二极管VDZ1的稳压值时，稳压二极管VDZ1击穿导通，三极管VT2的

21、基极电压拉低，使其导通时间缩短或迅速截止，经开关变压器T1耦合后，使次级输出电压降低。反之，使输出电压升高，从而确保输出电压稳定。过流保护：在接通电源瞬间或当某种原因使三极管VT2的电流过大时，在R5、R6上的压降就大，使过流保护管VT1导通，VT2截止，从而有效防止开关管VT1因冲击电流过大而损坏。同时电阻R6上的压降，使电容C2两端电压升高，此后过流保护过程与稳压原理相同，这里不再重复。三极管VT1是过流保护管，R5、R6是VT2的过流取样保护电阻。3、镍氢电池智能充电电路单只镍氢电池电压为1.25V，充电时最高为有1.55V，它不宜使用高于3V的直流电源为其充电。将电源变压器输出为交流3

22、.5V的双绕组作全桥整流可得到正负3.5V直流电，以负端输出作为零电平，中点即成为+3.5V可作给镍氢电池充电的直流电源，正端输出则成为+7V可作控制电路的工作电源。非满载输出状况时，中点电平约为4.9V，正输出端约为9.8V。满载输出状况时，中点电平为3V，正输出端约为7.9V。控制电路所使用的COMS门电路CD4011和通用四运放LM324均可在6V12V之间正常工作。参见图9，U1是内置电压比较器的稳压集成电路TL431，可提供2.5V精密基准电压。经R7R10四只电阻串联分压，分别为U2a、U2b、U2c三只电压比较器提供1.54V、1.25V、1.15V比较电压。U2a的负输入端与U

23、2b、U2c2a2a2c2c输出低电平。U2d的负输入端接在2.5V基准电压上，正输入端通过R24电阻接中点电源上。与此同时，U2d正输入端通过C3电容接在镍氢电池正端上，在没有放入电池或通电数秒种后，U2d输出高电平。 图9镍氢电池智能充电电路在电池已经放入电路中的状况下接通电源，U2d正输入端被C3电容暂时短路接在镍氢电池正端上，电平不大于1.5V, U2d输出低电平；经过约1秒钟后, C3电容被充电，U2d正输入端电平高于2.5V, U2d输出高电平。如果放入的是没有放完电可以继续使用的电池，U2c将检测出电池的两端电压高于1.15V，输出高电平。在U2d尚输出低电平的时候，由与非门U3

24、c、U3d组成的RS触发器将被置成U3c输出低电平，U3d输出高电平。1秒钟后U2d输出高开关电源电平，U3c、U3d的输出状态被保持不变。发光管LED4发红光显示电池不需要充电。而U3c输出低电平使BG1截止，与非门U3a输入端同时被封锁输出高电平，与非门U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。只有经过R1的约30mA电流给电池作涓流维持性充电。如果放入的是放完电的电池，U2c将检测出电池两端电压低于1.15V，输出低电平。在U2d尚输出低电平的时候，由与非门U3c、U3d组成的RS触发器将被置成U3c与U3d都输出高电平。但在1秒钟后，U3d改为输出低电平，U3c继续保持输出高电平。发光

25、管LED3发绿光指示电池需要充电。此时，U2b输出低电平使U3a输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。但U3c输出高电平使BG1导通，经R2提供约100mA电流和经过R1的30mA电流一起给电池作小电流充电。电池开始充电后，在电池电压高于1.15V、低于1.25V期间，U2c的输出状态翻转为高电平。但U3c、U3d的输出状态保持不变，U3c继续输出高电平，BG1导通。因U2b的输出状态还是低电平使U3a输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。仍然只经R2提供约100mA电流和经过R1的30mA电流一起给电池作小电流充电。经过一段时间小电流充电后，电池电压高于1.2

26、5V、低于1.54V，电压比较器U2a、U2b都输出高电平，此时U3c也继续输出高电平，从而使U3a输出低电平，U3b输出高电平，功率场效应管BG2导通，经R3提供不小于500mA电流和经过R2提供的100mA电流以及经过R1提供的30mA电流一起给电池作大电流充电。此时LED1发绿光显示正处于大电流充电状态，LED3绿发光管熄灭。发光管LED2也熄灭。在经过一段时间大电流充电，电池已经充足电，电池电压高于1.54V时，U2a输出低电平使U3a输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。LED1熄灭，LED2发光。与此同时，U3b从高电平翻转为低电平，将通过C2电容和R13构成的微分

27、电路将U3d输入端短暂置为低电平，从而使U3b输出端从低电平翻转为高电平。LED4发光显示电池已经充足电。U3a的输出端随之从高电平翻转为低电平，LED3熄灭，BG1也截止，只有经过R1的30mA电流继续给电池充电。若继续进行涓流充电，电池电压将从1.55V降低至1.5V，U2a与U2b的输出端都将输出高电平，但此时U3a输入端已经被U3c封锁只能输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2继续保持截止，只有经过R1的30mA电流继续给电池作涓流充电。取出电池后或在没有放入电池开关电源的状况下接通电源，连接电池正端的E点电平为中点电位高于1.55V，U2a输出低电平，BG3截止，LED3和

28、LED4都不发光。此时U3a输出高电平，U3b输出低电平，LED2发红光指示电路处于通电工作状态，LED1不发光。再放入电池，即刻重复上述自动检测充电过程。其中，LED1与LED2、LED3与LED4可分别合用一只双色发光管。接通电源后，LED1与LED2总有一只发光。LED3与LED4必须放有电池才发光，因此可以判断电池是否放入并且没发生接触不良现象。4、开关电源手机充电器开关电源以效率高、电压适应性强而得到广泛应用。这里介绍一种插头可伸缩的袖珍式开关电源充电器，其尺寸为69mm×47mm×26mm。该充电器电路采用分立元件和贴片元件相结合，电路设计别致新颖，元件布局严谨

29、合理。供电电压原为110V，可方便地改为90250V工作；输出电压5V，可改动为512V输出，特别适合无绳电话或手机的3.6V（或49V）电池作快速充电之用。图10 开关电源式手机充电器原理图电路原理见图10。其中D1、L1以及C2等组成市电输入整流滤波电路，C2两端产生约300V的直流高压。VT1、VT2、N1、N2等组成自激式振荡电路，R3、R4提供启动偏置电流，使VT1加电时即导通，主回路N1中有电流流过，N2上产生感应电压。当此电压峰值超过3V时，D5击穿，通过R8向VT2提供偏流，使VT2饱和导通，VT1因偏置电压被短路而关断。当N2中电流关断时，N2感应电压极性反相，经D5、R8加反向偏压于VT2基极，VT2转变为截止状态，VT1经R3、R4偏置重新导通。如此循环往复，形成间歇自激振荡。C5、R6用以改善振荡波形，光电耦合器OPT1用以调控振荡器脉冲宽度。N2、L2、C7等组成整流输出电路，二极管3S90作半波整流，RK14作充电隔离，R18为输出电流采样电阻。当输出电流超载（大于）或短路时，R18上产生较大压降，使OP1输出电位急剧降低，光电耦合器控制振荡脉冲变窄，由N1耦合到N3的平均能量DRP-480S-48也大幅度减少。即使输出短路，输出电流也仅有十几毫安，从而避免了输出端超载甚至短路对开关电源自身造成的威胁