电源技术讲议

1、实用电源技术补充讲义浙江工商职业技术学院实用电源技术补充讲义张培忠 编机电工程学院2010年3月前 言一、课程的性质与任务1. 课程性质 本课程是应用电子专业的一门技术重要专业课。电源是各电类产品中的重要组成部分。掌握电源技术是电子类相关专业学生的必备技术。电源技术涉及范围广泛，对本门课程的学习，有助获得专业工作技能。先修课程：模拟电路、数字电路等。2. 课程的任务本课程结合当前电源的最新发展技术，使学习者掌握通过电源集成电路，设计出自己的最佳电源，为构成各种实用电子系统提供基础。通过课程学习，理解、掌握电源的最新实用技术，解决工作中可能碰到的电源问题。二、课程教学目标1. 知识目标通过本课程

2、的学习，使学生了解电源的构成。具体包括：了解电源电路常用器件；掌握串联稳压电源基本应用设计；理解开关电源基础原理，掌握其使用要点；掌握升压电源的结构，掌握其设计制作要点；掌握降压电源的结构，掌握其设计制作要点；理解AC/DC的原理、电路结构；2能力目标（1） 能查找、读懂电源电路常用器件的资料，看懂器件的功能、特性；（2） 能进行串联稳压电源基本应用设计；（3） 能读懂开关电源原理图； （4） 能读懂升压电源的原理图，并具有PCB设计、完成安装、调试能力；（5） 能读懂降压电源的原理图，并具有PCB设计、完成安装、调试能力；（6） 能读懂AD/DC电源的原理图，认识关键器件、了解其在电路中的作

3、用。本讲义是实用电源技术课程的补充教材，由于时间仓促，不当之处敬请指正。681、线性电源基础资讯1.1直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源是一种常用的电源。在各类电类设备中大量采用。其结构框图如图1.1所示。图1.1直流稳压电源的组成框图电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。1.2电源变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出

4、电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。一、分类按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。二、电源变压器的特性参数1、工作频率变压器铁芯损

5、耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。2、额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。3、额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。4、电压比指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。5、空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。6、空载损耗指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗

6、（铜损），这部分损耗很小。7、效率指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。8、绝缘电阻表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。三、音频变压器和高频变压器特性参数1、频率响应指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。2、通频带如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。3、初、次级阻抗比变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况

7、下，变压器工作在最佳状态，传输效率最高。图1.2 电源变压器1.3整流电路1.3.1单相半波整流电路单相半波整流电路是一种最简单的整流电路，电路如图1.3所示。图1.3 单相半波整流电路单相半波整流电路的电压波形如图1.4图1.4 单相半波整流电路的电压波形图u2 >0 时: 二极管导通，uL=u2u2 <0 时: 二极管截止，uL=0主要参数（1）输出电压平均值UL：（2）输出电流平均值Io ：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL （3）流过二极管的平均电流：ID = IL（4）二极管承受的最高反向电压：1.3.2单相全波整流 工作原理变压器副边中心抽头，感应出两个相

8、等的电压u2图1.5 单相全波整流电路当u2正半周时， D1导通，D2截止。当u2负半周时， D2导通，D1截止。图1.6 单相全波整流电路波形图（1）输出电压平均值UL（2）输出电流平均值IL ：（3）流过二极管的平均电流（4）二极管承受的最高反向电压：1.3.3单相整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路图1.7 单相桥式整流电路 （2）工作原理：u2正半周时: D1 、D3导通， D2、D4截止；u2负半周时：D2、D4 导通， D1 、D3截止图1.8 单相桥式整流电路波形图（3）主要参数：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流

9、过二极管的平均电流：ID=IL/2二极管承受的最大反向电压：为了便于使用，将四个整流PN结封装在一起，构成集成硅整流桥。图1.9 单相整流桥符号和实物图1.4滤波电路电源系统中，滤波电路主要由储能元件L、C构成。滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。RLCRLL图1.10 滤波电路1.4.1 电容滤波电路1. 工作原理以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC图1.11 滤波电路工作原理1RL未接入时(忽略整流电路内阻)图1.12 滤波电路工作原理2RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻)图1.13 滤

10、波电路工作原理3图1.14 滤波电路工作原理4只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。图1.15 滤波电路电流波形图电容充电时，电容电压滞后于u2。2.电容滤波电路的特点(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关RLC 愈大® 电容器放电愈慢 ® Uo(平均值)愈大一般取(b) 流过二极管瞬时电流很大3.输出特性输出特性是用来表示电路输出电压和输出电流之间的关系曲线，它是一种外电路特性。图1.16 滤波电路输出特性图例：某电子设备要求直流电压 Uo=12V，直流电流 Io=60mA，电源用的是工频市电220V，50Hz，采用单相桥

11、式整流电容滤波电路，试选择电路中的元件。电源变压器参数的计算取UI=1.2Uo，则变压器的变压比为功率 W = UI = 12 * 0.06 = 0.72 W 考虑效率及功率容量，实际采用1W以上。 整流二极管的选择流过二极管的平均电流为二极管承受的反向最大电压为(3) 选择滤波电容 R = U/I = 12 / 0.06 = 200T = 0.02 S取C = 5T/R 估算出 C = 470uF根据上面计算所得和参数，查表就可选择合适的电路元件.1.4.2 电感滤波电路电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L。图1.17 电感滤波电路工作原理对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大

12、部分降在RL上对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。输出电压平均值: UL=0.9U21.4.3 其它滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。图1.18 LC滤波电路 图1.19 RC型滤波电路1.5稳压电路稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。稳压电源有多种类型如下图所示。图1.20 稳压电路分类稳压管稳压电源：电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。开关型稳压电源：效率较高，目前用的也比较多。线性稳压电源：电路简单，带负载能力较强，噪声低，效率较低。1.51

13、 硅稳压管电路及工作原理1. 稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。图1.21 硅稳压管电路稳压原理：2. 电路参数计算(1) 稳压管型号的确定一般选用稳压管型号要看 UZ，IZM 和rZ 。一般选取rZ<Ro, Ro为所要求的输出电阻(2) 输入电压UI的确定一般选取(3) 稳压电阻的计算稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。稳压电阻R的作用:将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的UR变化，就可达到足够的稳压效果。但R 的数

14、值越大，就需要较大的输入电压UI值，损耗就要加大。图1.21 硅稳压管电路分析图稳压电阻的计算如下(1)当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即(2)当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即注意：限流电阻的功率。为了保护稳压管，经常在图1.21所示电路中加一限流电阻。假设稳压电路的输入电压为15V，稳压管的输出电压为12V，稳压管的安全工作电流范围为550mA，负载电流为400，求限流电阻的取值范围。解 依题

15、意可知流过负载电阻的电流为因此流过限流电阻的总电流变化范围为而限流电阻两端的电压为3V，便可求得R的范围为3.硅稳压管稳压电路的特点这种稳压电路的输出电压是不能调节的，负载电流变化范围较小，输出电阻较大，约几个欧姆到几10欧姆，因此稳压性能较差。但其电路结构简单，负载短路时，稳压管不会损坏。因此仅适用于Uo固定和要求不高的场合。1.6 串联型稳压电源1.6.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调改进：（1）提高带负载能力在输出端加一射极输出器图1.22 串联型稳压电路UO=UZ-0.7V改进：（2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反

16、馈的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。2.工作原理（1）输入电压变化时（2）负载电流变化时1.6.2 输出电压的调节图1.22 可调串联型稳压电路用负反馈的理论计算：可见，调节R1或R2可以改变输出电压。图1.22 串联型稳压实用电路稳压原理当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时(3) 输出电压的调节范围将参数代入，可求出输出电压的调节范围。16.4 稳压电路的保护措施1限流型保护电路限流型保护电路是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，使输出电流得以限制。当

17、Io 较小时在RS上产生的压降不能使TS导通,TS不起作用当Io>IOM (负载短路)时在 RS上产生的压降足以使TS导通,TS对IA分流，从而使IB，Io减小，保护了调整管T。图1.23 限流型保护电路2. 截流型当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零 选取适当的R1，R2，当Io<IoM时，uBES<uoM，则保护管TS载止，电路正常工作图1.24 截流型保护电路当Io>IOM时，Io增加，uBES>uOM，则保护管TS导通，这时立即引起下列反馈过程 ：ICSIBIo UCE1 UoUR1(超过IoRS) ICS UBES 随

18、着这一过程的快速进行，使电路的输出电压和输出电流都迅速的减小，使它们的值都近似为零，从而实现了截流的作用，这种保护法的优点是调整管的功耗很小。165 稳压电路的性能指标稳压电路的枝术指标分为两大类：一类为特性指标，用来表示稳压电路规格，有输入电压、输出功率或输出直流电压和电流范围；另一类为质量指标，用来表示稳压性能，有以下几种指标。1. 稳压系数ST 该指标反映了电网电压波动对稳压电路输出电压稳定性的影响。 2. 负载调整特性SI该指标反映了负载变化对输出电压稳定性的影响 3. 输出电阻Ro 其含义与SI 相似。Ro 越小，负载变化对Uo 变化的影响越小，表示带负载能力越强。一般Ro<1

19、 。4. 纹波抑制比 SR该指标反映稳压电路输入电压UI 中含有100Hz交流分量峰值或纹波电压的有效值经稳压后的减小程度。一般输出电压峰值UIP为几毫伏至几百毫伏。 SR越大，表示UOP越小。5. 输出电压的温度系数ST 该指标反映温度对输出电压稳定性的影响， ST越小表示温度对稳压电路的影响越小。6其它指标电源的功率、电源的效率。2 三端集成稳压器2.1 概述图2.1三端集成稳压器内部结构电路组成及工作原理：1. 启动电路由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和R 18组成。上电后，R 4、D Z1先导通，使得T12和T13导通，随后T8和T9也导通，整个电路进入

20、正常工作状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。2. 基准电压源由T1T7管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。3. 放大比较环节：由T3和T4管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。T3和T4管既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠加在基准电压上。输出电压：4. 调整环节：由T16和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过R 11接负载电阻R L，可以输出较大的电流。5. 保护电路 过流保护电路由R11和T15组成。 调整管安全区保护电路由R13，DZ2和T15组成。 过热保护电

21、路由DZ1、R7和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，R7的压降也增大，而U BE14却减小，使得T14管导通。其集电极电流IC14使得T16管的基极电流分流，从而限制了T16和T17管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。2.2 线性三端集成稳压器的分类 类型(1)W7800系列 稳定正电压 LM7805 输出+5V LM7809 输出+9V LM7812 输出+12V LM7815 输出+15V(2) W7900系列 稳定负电压 LM7905 输出-5V LM7909 输出-9V LM7912 输出-12V LM7915 输出-15V(3)三端可调正输出集成稳压器，

22、国标型号为CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/ CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L- (4)三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L- (5)三端低压差集成稳压器，CW1930，CW2930，CW3930三个小系列产品，可提供大于150mA的输出电流。上述线性三端集成稳压器国标型号数字后缀-表示输出电压的稳定值，稳压值前有M的表示输出电流中等，稳压值前有L30表示输出电流最小，稳压值前没有英文字母的表示输出电流

23、达到安培级为最大。图2.2三端集成稳压器LM78xx图2.3三端集成稳压器LM79xx图2.2三端集成稳压器LM78xx框图正负电源（标准运放电源）图2.3 三端集成稳压器应用电路从电路中可以看到，7812/7912的输入输出端都接有电容，而且是一大一小，大容量电容是低频滤波作用，小容量电容是高频滤波用。需提醒的 是输出端一般不要接过大容量电容，一般接几十微法的就可以了。否则有些电路中会出现关闭电源后，输出端电容向前级稳压IC放电的过程，这容易损坏稳压 IC。如果电路需要，应在三端稳压器输入输出端跨接一保护二极管。它可以解决反向浪涌电流对稳压IC的冲击。这在一些实验电源中特别推荐加接以保护三端

24、稳 压器。任务一：设计制作一个正负电源（标准运放电源），画出原理图、PCB图，并进行实际样机制作。对样机进行测试，对电源的性能参数进行记录。3.负压产生电路3.1 正负电源的转换在实际应用中，一般输入只有一种电压源，而电路中需要多种电压源。如，输入只有12V，电路中有运放，需要负电压，电路中的DA器件也需要负的参考电压。这就需要一种电路，将正电压转换为负压。一种实用的负压产生电路如图3.1所示。图3.1 LM555负压产生电路电路中，LM555构成一个多谐振荡电路，LM555的3脚输出方波，方波高电平时，D1导通，LM555对C3充电，C3获得12V的充电电压。方波高电平时，3脚电压为0V，由

25、于C3电压不能突变，故C3的负极获得-12V电压，D2导通，输出-12V电压。C4作为滤波电容，使输出电压平滑。任务二：采用MultiSim 对上述电路进行仿真，测试各关键点的波形，电压。3.2分流调节器IC TL431TL431是一种分流调节器IC，相当于可编程的齐纳二极管，内部有2.5V基准二极管，可以用晶体管吸收100mA电流，可用作简易的基准电压发生电路。图3.2 TL431外形及内部电路图3.3 TL431特性及应用电路任务三：设计制作一个负基准电源，要求输入12V，输出-5.12V，画出原理图、PCB图，并进行实际样机制作。对样机进行测试，对测试结果进行记录。4.DC/DC电路串联

26、式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有2040；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态开关式稳压电路 。4.1 脉宽调制式开关稳压电路结构 T开关管；LC滤波环节；D续流二极管， R1、R 2取样电阻；误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节。图4.1 脉宽调制式开关稳压电路结构4.2 .工作原理当S为高电平时，T饱和。uEU I。电感L储存能量。二极管D反向截止。当S为低电平时，T截止。iE0。L产生反电势，并通过R

27、L、D构成的回路释放能量。由于反电势的存在，D处于导通状态。uE0。BJT的工作周期T为： T= T1+T2占空比为： Q = T1 / T则输出电压的平均值为： 稳压原理： 4.3 DC-DC变换器在电源电路中，出于对温升、效率以及其他因素的考虑，DC-DC变换器应用很多，DC-DC变换器又称直流-直流变换器。要实现DC-DC变换的方法很多，这里介绍利用集成电路MC34063进行DC-DC变换的方法，利用该集成电路，再配制合适的外围电路，可以实现降压、升压及电压反转等功能，由于电路比较简单、成本也低、效率较高、温升较低，因此这些电路被广泛应用。 任务四：设计制作一个DC/DC，可替代LM78

28、05，测试个关键点电压和波形。测试本电源的参数。图4.2 MC34063外形及内部电路MC34063具有以下特点。 (1) 能在340V的输入电压下工作。 (2) 带有短路电流限制功能。 (3) 低静态工作电流。 (4) 输出开关电流可达1.5A(无外接三极管)。 (5) 输出电压可调。 (6) 工作振荡频率从100Hz100kHz。 (7) 可构成升压、降压或反向电源变换器。4.3.1 工作原理 MC34063内置有大电流的电源开关，能够控制的开关电流可达到1.5A，内部电路包含有参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制电路和开关晶体管。 参考电压源是具有温度补偿的基准源，振荡器的振荡频率由3脚

29、的外接定时电容决定，开关晶体管由比较器的反向输入端和与振荡器相连的逻辑控制电路置成ON，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲置成OFF。4.3.2 电路原理电路工作原理是振荡器通过恒流源对外接在TC管脚 (3脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电的电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平，当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通，反之当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。电流限制功能是SI检测端(5脚)通过检测

30、连接在 和5脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过 管脚(3脚)对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是让输出开关管的关闭时间延长。4.3.3 典型应用 图4.3 MC34063应用电路图4.4 MC34063计算表4.5 较大功率的DC/DC电路LM2576LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM25

31、76系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM2576HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。图4.5 LM2576外形 LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下：最大输出电流：3A；最高输入电压：LM2576为40V，LM2576HV为60V； 输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可调）等可选； 振动频率：52kHz； 转换效率：75%88%（不同电压输出时的效率不同）； 控制方式：PWM； 工作温

32、度范围：-40+125 工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制； 工作模式控制：TTL电平兼容； 所需外部元件：仅四个（不可调）或六个（可调）； 器件保护：热关断及电流限制； 封装形式：TO-220或TO-263。LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1k（可调-ADJ时开路），R2分别为1.7k（3.3V）、3.1k（5V）、8.84k（12V）、11.3 k（15V）和0

33、（-ADJ），上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。 由图及LM2576系列开关稳压集成电路的特性可以看出，以LM2576为核心的开关稳压电源完全可以取代三端稳压器件构成的MCU稳压电源。1、LM2576的特性如下： 1）有3.3V、5V、12V、15V和可调电压输出多种系列； 2）输出电压可调的范围为1.23V37V (HV型号的可达57V)，负载电压的输出容差最大为±4； 3）最少只需要4个外围元件，可达3A的输

34、出电流 4）宽的输入电压范围，HV型号甚至可达40V60V； 5）内部振荡器产生52KHz的固定频率； 6）可用TTL电平关闭输出，低功耗待机模式，典型待机电流为50A； 7）BUCK式降压器，较高的转换效率； 8）过热和过流保护； 9）可实现Buck-Boost式正-负电压转换器。 2、LM2576的管脚 1）VIN输入电压端，为减小输入瞬态电压和给调节器提供开关电流，此管脚应接旁路电容CIN； 2）OUTPUT稳压输出端，输出高电压为（VINVSAT），输出低电压为-0.5V。 3）GND电路地； 4）FEEDBACK反馈端； 5）ON/OFF控制端，高电平有效，待机静态电流仅为75

35、81;A。 3、外围元件的选择： 1） 输入电容CIN： 要选低ESR的铝或钽电容作为旁路电容，防止在输入端出现大的瞬态电压。还有，当你的输入电压波动较大，输出电流有较高，容量一定要选用大些，470F-10000F都是可行的选择；电容的电流均方根值至少要为直流负载电流的1/2；基于安全考虑，电容的额定耐压值要为最大输入电压的1.5倍。千万不要选用瓷片电容，会造成严重的噪声干扰！Nichicon的铝电解电容不错。2） 续流二极管： 首选肖特基二极管，因为此类二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短，千万不要选用1N4000/1N5400之类的普通整流管！ 3） 储能电感： 建议好好看看dat

36、asheet中的电感选择曲线，要求有高的通流量和对应的电感值，也就是说，电感的直流通流量直接影响输出电流。LM2576既可工作于连续型也可非连续型，流过电感的电流若是连续的为连续型，电感电流在一个开关周期内降到零为非连续型。 4） 输出端电容COUT： 推荐使用1F-470F之间的低ESR的钽电容。若电容值太大，反而会在某些情况（负载开路、输入端断开）对器件造成损害。COUT用来输出滤波以及提高环路的稳定性。如果电容的ESR太小，就有可能使反馈环路不稳定，导致输出端振荡。这几乎是稳压器的共性，包括LDO等也有这一现象。 4、LM2576应用注意事项： 1）反馈线要远离电感，电路中输入/输出电容

37、、续流二极管、接地端、控制端的连线要尽可能短而粗，最好用地线屏蔽。 2）由于器件较高的转换效率，几乎不用考虑散热问题。采用LM2576系列开关稳压集成电路作为MCU稳压电源的核心器件不仅可以提高稳压电源的工作效率，减少能源损耗，减少对MCU的热损害，而且可减少外部交流电压大幅波动对MCU的干扰，同时可降低经电源窜入的高频干扰。 图4.6 LM2576应用电路图4.7 LM2576典型应用电路图4.8 LM2576典型设计参数任务五：设计制作一个较大功率的DC/DC，可替代LM7805，测试个关键点电压和波形。测试本电源的参数。4.6 升压DC/DC电路LM2587该系列产品属于升压式DC/DC

38、电源变换器（开关式集成器，调节器），高效率大电流型，输出电流类型分为1A、2A两种类型，请根据实际情况留有一定余量进行选择。本款是1A的，另有2A可供选择。内部包含100KHZ振荡器和1.23V带隙基准电压源，并具有完善的保护电路，包括过电流保护及过热保护电路等，并具有优良的线性度和负载调节能力。工作温度范围是-40到+125。最高允许结温T=+150，提高输入与输出电压差可降低发热量！调整范围：4V60V 连续可调参数设计可采用美国国家半导体公司 设计软件，介绍如下。美国国家半导体公司（National Simeconductor，简称NS）是世界上久富盛名的半导体产品供应商，下面将介绍NS

39、 的几种比较优秀的DC-DC开关电源产品。SIMPLE SWITCHER 产品：该产品系列在芯片内部集成了DC-DC变换器所须的大部分元器件，只需外接电感/高频变压器、滤波电容及肖特基二极管等极少器件即可构成基本的高性能DC-DC变换器，而且NS提供了优秀的计算机辅助设计软件，使用户的设计工作相当轻松，只需输入要求的参数，即可得到所需的一切。该系列发展至今已有三代产品：第一代产品：LM257X，52KHz开关频率，软件支持为Switchers Made Simple v3.3；第二代产品，LM259X，BUCK（降压型），150KHz开关频率， LM258X，FLYBACK/BOOST（回馈型

40、）100KHz开关频率, 软件支持为Switchers Made Simple v4.3；第三代产品：LM267X，260KHz开关频率，DMOS功率开关管，软件支持为LM267X Made Simple v2.01。     充分利用国家半导体公司提供的计算机辅助设计软件：LM267X Made Simple V2.01，可使设计工作变得十分简单。首先进入软件：只要先单击输入所需的参数，例如：输入电压 Vin 8-16V、输出电压 Vout 5V、最大负载电流 1、工作温度范围，然后单击，计算机通过几秒钟的计算即可帮您完成设计，如上图。上述的设计，主要性能参数如

41、下：效率：输出电压纹波：相移：度（注：在开关电源中，相移大于45度，系统才比较稳定，否则纹波可能会增大）集成电路节温：93集成电路耗散功率：236Mw  单击SHEMATIC ，即可得到电路原理图。该电路原理图可直接打印，也可以存储成BMP图形文件，以便修改。电路原理图如下：  在这个设计中，D1、L及Cout 是BUCK变换器的基本组态元件，Cb为自举电容，自举电路为内部MOS开关管驱动电路提供电压，提高了系统在轻负载状态下的效率。用鼠标在电路原理图上单击某个元件，即可得知该元件的具体参数及工作状态。在进行PCB布线的时候要注意，图中所有接地点要进行星型连接于模拟地，接地

42、点应尽量靠近集成电路，地线面积要足够大。  单击 Parts List ，软件给出了电路原理图中的所有元件型号，单击每个元件，即可得知该元件的可选范围及供应商联系地址。 国家半导体公司BUCK产品应用十分灵活，如果仔细分析其内部结构，就会发现，它们可以方便的接成反转型 Buck-Boost变换器，如：输入12-24V，输出 12V；负升压变换器，如输入 5至-12V，输出 12V；隔离式单端正激变换器等。可调系列产品因为其反馈端为内部电压比较器同相输入端，控制非常灵活方便。利用这一特点，可以方便的构成恒流恒压源（CC-CV），据称，Li离子电池充电过程中，恒流恒压转换是一个技术难点，

43、其实用国家半导体公司的BUCK产品实现这一转换十分简单，我们据此设计的Li离子电池充电器已经形成产品。国家半导体公司SIMPLE SWITCHER产品的另一类是FLYBACK产品。设计软件支持Switchers Made Simple v4.3。 LM2587的内部框图如下：图4.7 LM2587内部框图 分析框图可知，LM2587可以方便的接成BOOST或BUCKK-BOOST变换器通过 SWITCHER MADE SIMPLE V4.3的协助,设计同样十分简单。图4.8 LM2587典型应用电路以上是由辅助设计软件形成的两个典型应用实例。在其BUCK-BOOST变换器应用中，可以在反馈回路

44、中加入光电耦合器以及在输出回路中加入电压参考，即可实现输入输出的隔离。任务六：设计制作一个较大功率5W的5V-12V转换电路，测试个关键点电压和波形。测试本电源的参数。5.开关电源5.1 高频开关电源概述5.1.1 高频开关电源的发展传统的大功率晶体管上同时有一定的电压和电流，因此功率损耗比较大。现代AC/DC变换器的电力电子器件工作在开关模式，功率损耗大大减少，称为开关电源。 开关电源的优缺点优点：开关电源的输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频振荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感（高频变压器）的帮助下，输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与他的工作频

45、率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。电源的效率比线性电源高很多，节省了能源。 缺点：电路复杂，维修困难，对电路的污染严重。电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。 开关电源发展综述晶闸管（SCR）于1956年问世，接着以它为核心的派生器件投入市场。 进入20世纪80年代，由于电力电子技术和微电子技术的应用相结合，而向市场推出了高频化全控功率集成器件。功率MOS管、IGBT、场控晶闸管（MCT）等全控型电子器件，具有较高的效率和工作频率，从而使开关电源整机体积变小而重量变轻，达到提高功率密度的目的。 目前，高频开关电源采用的功率器件通常有： 功率MOS

46、FET管、IGBT、功率MOSFET与IGBT混合管、功率集成器件。 开关电源发展状况A）高频化采用高频开关调制，容易实现功率等级密集化。一般采用10KHz100KHz的高频调制。 B）电源电路的模块化和集成化模块化：其一是功率期间的模块化，其二是电源单元的模块化。 C）绿色化其一是节电；其二是减小对电网及其他电器的污染。 高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路和控制驱动保护电路3大部分组成。 1. 开关电源的输入环节1）输入浪涌电流抑制（inrush current）浪涌电流是指电网中出现的短时间象“浪”一样的高电压引起的大电流。当某些大容量的电气设备接通或断开时间，由于电网中存在电感，将

47、在电网产生“浪涌电压”，从而引发浪涌电流。 输入浪涌电流产生原因：在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，在交流电源端会呈现非常低的阻抗，产生大的浪涌电流。 输入浪涌电流抑制措施：A）限流电阻加开关，将限流电阻串接于交流线路中或整流桥之后的直流母线上，开关与限流电阻并联，当滤波电容充满电后，开关导通，短接电阻； B）采用负温度系数热敏电阻NTC，此电路不需要开关。合闸瞬间，NTC阻值很大。NTC流过电流后，温度上升，阻值迅速减小，既可以限制浪涌电流，又可以保证输入环节在稳态工作时不消耗太大的功率。 2）输入瞬态电压（input transient voltage）抑制通常在交流线路间并联压敏电阻

48、或者瞬态电压抑制二极管来抑制输入瞬态电压。瞬态电压抑制二极管TVS，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低，允许大电流通过，并将电压钳制到预定水平，应用效果相当于稳压管。 3）线路滤波器为防止开关电源和电网相互干扰，应该在输入线路上加入滤波器。4）输入整流滤波高频开关电源输入不用工频变压器，一般采取桥式整流、电容滤波直接对交流电进行整流滤波。 2. 功率变换电路功率变换电路是开关电源的核心部分。根据副边绕组放电时间不同，单端反激电源分为3种工作模式：不连续、临界和连续工作模式。 当初级电感大于临界电感时，电源工作在连续模式（CCM），当初级电感小于临界电感时，电源工作在不连

49、续模式下（DCM）。 这种变换器负载不能开路，只适应恒定负载或负载变化不大的场合。 5.2开关电源的保护开关电源保护一般有过压、欠压、过流、过温及短路保护。常采用各种检测电路，一旦超出规定值，封锁PWM的脉冲输出，关断功率开关管，达到保护开关电源的目的。 5.3自激型单端反激开关电源自激型单端反激开关电源又称为RCC电路。这种电路不宜用在负载变化剧烈的场合，因为负载很轻或者空载会使工作频率很高，设计复杂。 他激型单端反激开关电源他激型单端反激开关电源一般采用专门的PWM集成芯片组成，以固定开关频率产生PWM驱动波形，脉宽控制采用电压控制模式或电流控制模式，并附加基准电压、软启动、过压、欠压、过

50、温等保护功能。典型芯片UC3842。UC3842：UC3842为美国Unitrode公司生产的一种固定频率电流模式控制器，能够驱动功率MOSFET。主要用于100W以下的开关电源中。 图5.12 实用开关电源3.3 零件选用: 图5.12 实用开关电源的变压器FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻): 电源激活的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机

51、瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用SCK053(3A/5)，若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。 VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端 (Fuse之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上的考量，可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2-

52、Cap ， AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路因为有FG所以使用Y2-Cap，Y-Cap会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction规范一般可分为: FCC

53、 Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种 ， FCC测试频率在450K30MHz，CISPR 22测试频率 在150K30MHz， Conduction可以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但价格愈高)，若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安规规定必须要有泄放电阻(RX1，一般为1.2M 1/4W)。 LF1(Common Choke): EMI防制零件，主要影响Conduction 的中、低频

54、段，设计时必须同时考虑EMI特性及温升，以同样尺寸的Common Choke而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI防制效果愈好，但温升可能较高。 BD1(整流二极管): 将AC电源以全波整流的方式转换为DC，由变压器所计算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要600V即可。 C1(滤波电容): 由C1的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值，电容量愈大，Vin(min)愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确，若AC Input 范围在90V132V (Vc1 电压最高约190V)，可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V264V(或180V264V)，因Vc1电压最高约380V，所以必须使用耐压