电源电路设计模块图
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3.7伏升9伏电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解)3.7伏升9伏电源电路图(一)3.7V转9V2A,3.7V升压9V2A电路图,非同步整流升压典型电路,外置肖特基二极管。
外围简单。
3.6V转成9V的升压电路1.5V升9V电源电路图如图所示。
该电路为间歇式振荡升压电路。
BG1与L1、L2、C1等构成振荡器。
BG1为振荡管,工作在开关状态。
L1、C1为振荡反馈元件。
L2为振荡储能绕组。
为了方便,电路还设计了由BG3构成的自动电子开关。
当BG3的基极没有负载时,也就没有基极电流,BG3、BG2、BG1均截止,整个电路停止工作,不消耗电源。
因此,本电路不需设立单独的电源开关。
当A、B两点接上负载时,BG3导通,BG2也跟着导通,通过负载为BG1提供基极电流,BG1导通,能量从电源流入并储存在L2中。
此时BG1集电极电压很低,D1截止,负载由C2残存电压供电。
当BG1截止时,L2中电流不能突变,它将产生出较高的逆程电动势,经D1整流后输出。
当输出电压高于D2的稳压值时,BG2的b、e结反偏而趋向于截止,BG1基极电流将会下降,迫使其振荡减弱,输出电压也随之下降从而将输出电压自动地控制在D2的稳压值附近。
元件选择与制作调试:BG1选饱和压降低的NPN型硅管,如9013、8050等,要求ICM》300mA,》200。
BG2可用9012、9015等PNP硅管,BG3选用9014等NPN型管,要求穿透电流越小越好。
L1、L2用∮0.1MM的漆包线在∮8MM的高频磁环(从旧电子镇流器或节能灯里拆用)上绕制而成。
L1为6匝L2为36匝。
笔者用此电路为DT890A数字万用表供电,实测工作电流为:蜂鸣挡和电容20uF、2uF 挡为45mA以下,其它挡位均在25mA以下。
当电池电压降到0.9V时,除消耗电流较大的蜂鸣挡,电容20uF、2uF挡有缺电显示外,其余挡位均未见缺电显示。
本电路制作简单,性能稳定,经济实用。
LT®3
源运
效率架构用。
3840 是一款运作。
当针对用户率对延长电池构。
利用能够
1、微功率降款高电压、同户可选的突发池供电型系统够驱动多个低降压
步、降压型发模式操作配统中的运行时低 RDS(ON)开关稳压控制置时,LT384间给予帮助MOSFET 的大
制器,其能够40 的低静态。
LT3840 采大型 N 沟道够采用一个 态电流可通过采用一种恒定道栅极驱动器2.5V 至 60过提高轻负载定频率、电流器可实现高电V 电时的模式流应
LT3840 高效率同步降压型转换器
器
2、降压DC LT3840 元/DC 解决方案元件数目少的案
的应用,6V~~60V 输入至5V/10A 输出出
L 3、DC/DC 电T3840 宽输入电压调节
入范围、高功功率输出、115V~60V 输入入至 12V/20A A 输出
LT T 3840 负输出出应用,24V 输入至 –115V/10A。
模块5直流稳压电源学习任务•了解桥式整流、电容滤波和稳压电路•掌握并联、串联型稳压电路的组成和工作原理•会安装、测试串联型稳压电源在工农业生产中,采用的电源主要是交流电。
但是在电子线路和自动控制装置中,常常还需要采用电压非常稳定的直流电源。
常见的直流电源有蓄电池和干电池,除此之外,目前还广泛地采用各种半导体直流电源。
电子设备中最常用的半导体直流电源是通过把交流电经过整流、滤波和稳压电路变换后而获得的。
如图5-1-1所示的就是半导体直流稳压电源的原理方框图。
图5-1-1半导体直流稳压电源的原理方框图1、电源变压器电源变压器的作用是将220V的交流电变成合适的交流电以后,再进行交、直流转换。
电网上单相交流电的电压有效值为220V,而通常电子电路中需要的直流电压要比此值低。
所以,要先利用变压器进行降压。
2、整流电路整流电路的作用是将经变压器降压后的交流电压变成单向脉动的直流电压。
常采用的元件为二极管,经整流电路输出的单向脉动的直流电压幅度变化较大,不能直接供给电子电路使用。
3、滤波电路滤波电路的作用是滤除整流后单向脉动电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压。
常采用的元件有电容和电感。
4、稳压电路稳压电路的作用是使输出电压不受电网电压的波动和负载大小的影响,维持输出直流电压的稳定。
滤波后输出的直流电具有较好的平滑程度,但是,此时的电压值还要受到电网电压波动、负载和温度变化的影响而不稳定。
为使输出电压稳定,还需要增加稳压电路部分。
下面将分别讨论各部分的组成、工作原理和性能。
5.1整流电路整流电路的主要有单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路。
其中,单相半波整流电路最简单,单相桥式整流电路最普遍。
5.1.1 单相半波整流电路 1、工作原理和输出波形单相半波整流电路如图5-1-2(a)所示,它由整流变压器、整流二极管VD 和要求直流供电的负载等效电阻L R 组成。
整流变压器,用来将市电220V 交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压,同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。
5v电源电路的设计本设计是要设计一个+5V直流电源供电,这里没有直接的+5V电压,而直流电源的输入电压为220V的电网电压,在正常情况下,这一电网电压是远远的高于本设计所需的电压值,因而需要先使用变压器,将220V的电网电压降低后,再进行下一阶段的处理[4]。
变压器是这一电源电路起始部分,将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压,就可以进行下一阶段的整流部分。
一般规定v1为变压器的高压侧,v2为变压器的低压侧,v1侧的线圈要比v2侧的线圈要多,这样就可以将220V 的电网电压降低,如图1所示:图1变压器单相桥式整流电路,就是将交流电网电压转换为所需电压,整流电路由四只整流二极管组成。
下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原理,为简便起见,这里所选的二极管都是理想的二极管,二极管正向导通时电阻为零,反向导通时电阻无穷大。
在v2的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,经过二极管D1,再由二极管D4流回变压器,所以D1、D4正向导通,D2、D3反向截止,产生一个极性为上正下负的输出电压。
在v2的负半周,其极性正好相反,电流从变压器副边线圈的下端流出,经过二极管D2,再由二极管D3流回变压器,所以D1、D4反向截止,D2、D3正向导通。
桥式整流电路利用了二极管的单向导电性,利用四个二极管,是它们交替导通,从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压[6]。
单相桥式整流电路如图2所示:图2单相桥式整流电路本设计的滤波电路采用的是电解电容和二极管并联方式滤波,简单的讲就是电容两端电压升高时,电容充电,电压降低时,电容放电,让电压降低时的坡度变得平缓,从而起到滤波的作用。
这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大,能比其它种类的电容大几十到数百倍,并且其额定的容量可以做到非常大,价格比其它种类相比具有相当大的优势,因为其组成材料都是普通的工业材料,比如铝等等。
电解电容并联二极管,有效防止了电压反相。
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理,该电源可输出5V电压,如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻,作用是保护后面的整流桥,刚开机时热敏电阻处于冷态,阻值比较大,可以限制输入电流,正常工作时,电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号,电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号,用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感,实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作,对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能,而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路,把输入的交流电压进行全波整流,然后用C1进行滤波,最后变成直流输出供电电压,为后级的功率变换器供电,整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压,此电压经R12降压后给C4充电,供电UC3842的7脚,当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作,反馈绕组的能量经过D6整流,C4滤波,又供电到UC3842的7脚,这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端,和内部电路构成振荡电路,振荡的工作频率计算为:f=1.8/(Rt*Ct)代入数据可计算工作频率:f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成,假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑,当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时,TL431的2、3脚导通,→通过光电耦合到UC3842的2脚,于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓,达到稳压作用;反之,假设输出电压下降,则稳压过程与上相反。
电源快速充电电路图集锦TOP1 简易快速充电电源模块电路模块采用NEC upd78F0547单片机为主控制器,通过键盘来设置直流电源的输出电流,并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。
主电路采用运放LM324和达林顿管组成调节电路,电路设计合理,编程正确。
除了完成题目要求外,电路设计了步进设置功能,可设置不同的恒流和稳压值。
恒流、恒压充电电路:这部分电路是整个电路的核心部分,主要由D/A转换电路,恒流、恒压调整电路,检测电路组成。
控制电路输送来的数字信号由D/A转换电路IC205转换成模拟信号作为基准电压,然后送到电压比较器IC201的正输入端。
输出端取样电阻上取得取样电压信号送到电压比较器IC201的负输入端,与基准电压比较,比较结果由IC201的输出端反馈到T202,控制T202的导通状态。
由D201、D202、R201、T203组成一个恒流源A,恒流值I=2Ud-Ube/R201 。
T202的导通状态影响着对恒流源A的吸收电流,从而改变恒流源A对调整管T201基极的驱动电流,稳定调整管T201的输出值。
为减小输出纹波,调整管T201使用达林顿三极管。
调整管T201基极电流由一恒流源提供,进一步减小电源电压波动对调整管T201带来的影响。
电路采用悬浮驱动。
电位器W103以及单片机(内含A/D转换)组成电压检测电路。
W103将输出电压的取样信号送单片机内部的A/D 电路进行转换,转换得到的数字信号由单片机处理,并由LCD显示器显示测量值。
取样电阻R202、IC202以及单片机(内含A/D转换)组成电流检测电路。
取样电阻R202上的取样信号送IC202处理、送单片机内部的A/D电路进行转换,转换得到的数字信号由单片机处理,并由LCD显示器显示测量值。
图2.1 恒流、恒压充电电路原理图图2.2 D/A转换电路原理图控制电路:控制电路主要由NEC upd78F0547单片机及外围电路、键盘电路等组成。
《工业控制计算机》2012年第25卷第12期集散控制系统(DCS)作为工业自动化的核心设备,在流程工业中已大量应用。
DCS的供电体系以5V DC和24V DC为主体,在早期系统中有5V的AC/DC电源和24V的AC/DC电源,现在不少系统中取消了5V的AC/DC电源,其原因是DCS 机柜中电源线通过多个接插件串联,压降损耗较大,5V电压从电源输出经过多组接插件后到I/O模块内,要产生0.3V左右的压降。
因此,很多新一代的DCS系统,整个系统电源只有24V DC供电,在机笼或机架上通过24V DC/5V DC的电源模块实现5V电压。
本文介绍了一款应用于机笼或机架级24V转5V直流电源模块的实现方案,其关键设计指标为:1电源模块设计电源模块在DCS中非常关键,必须具备冗余及热插拔要求,并能提供必要的电压质量报警功能。
图1电源模块结构框图电源模块在单板上实现非隔离24V转5V功能,模块电源输入端采用两路24V DC冗余供电,模块输出端实现单路输出,在输出端串入逆止二极管。
应用在DCS机笼中实现冗余供电时,配置的两路电源模块实现“自动主从均流法”的并联方式:在两个并联的电源模块中,只有输出电压最高的那个模块的电流才能使与它连接的逆止二极管导通,从而均流总线电压就等于该模块的输出电压。
最大输出电压的电源模块是随机的,该模块处于主控状态,其他电压比之低的处于被控状态,只有当最大输出电压的电源模块的电压被拉低或该模块故障,其他模块才参与工作。
1.1DC/DC控制芯片选型由于电源模块有大电流、高效率、过流保护等要求,因此我们选择了LM5116作为电源管理芯片。
LM5116是美国国家半导体公司推出业界首款6V至100V的电流模式降压控制器,适用于直流/直流电源供应系统。
LM5116芯片最适用于高电压或输入供电电压范围较广的降压稳压系统。
其中采用的电流模式控制技术是一种模拟电流模式(ECM)的控制技术,其优点是可以减少噪声对脉冲宽度调制电路的干扰,且确保必须以极小占空比操作的高输入电压系统能够稳定控制其占空比。
六款简单的开关电源电路设计,内附原理图详解简单的开关电源电路图(一)简单实用的开关电源电路图调整C3和R5使振荡频率在30KHz-45KHz。
输出电压需要稳压。
输出电流可以达到500mA.有效功率8W、效率87%。
其他没有要求就可以正常工作。
简单的开关电源电路图(二)24V开关电源,是高频逆变开关电源中的一个种类。
通过电路控制开关管进行高速的道通与截止,将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的一组或多组电压!24V开关电源的工作原理是:1.交流电源输入经整流滤波成直流;2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。
24v开关电源电路图简单的开关电源电路图(三)单端正激式开关电源的典型电路如下图所示。
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L储存能量;当开关管VT1截止时,电感L通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。
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50%。
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50-200 W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。
简单的开关电源电路图(四)推挽式开关电源的典型电路如图六所示。
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T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。
单相PFC电路设计模块采⽤L4981控制的CCM-PFC电路设计规范2006年7⽉25⽇发布 2006年7⽉25⽇实施深圳市艾默⽣⽹络能源有限公司前⾔本规范于2006年7⽉25⽇⾸次发布。
本规范起草单位:⼀次电源部/dc globe本规范执笔⼈:潘诗锋本规范主要起草⼈:潘诗锋本规范标准化审查⼈:本规范审核⼈:张强、茹永刚、余时强、吕明海、刘志宇、⾸福俊本规范批准⼈:本规范修改记录:更改信息登记表规范名称: 采⽤L4981控制的CCM-PFC电路设计规范规范编码: TS-C010106001⽬录⽬录 (5)摘要: (6)关键词: (6)缩略词解释 (6)⼀.来源 (6)⼆.适⽤范围 (6)三.规范满⾜的技术指标(特征指标) (6)四.详细的电路图 (7)五.⼯作原理和参数计算 (9)六.设计调试要点 (9)七.局部PCB图 (18)⼋.器件容差分析 (18)九.电路FMEA分析 (19)⼗.附录 (19)⼗⼀.参考⽂献列表 (19)⼗⼆.附件 (19)摘要:本规范介绍了采⽤L4981控制的连续型(CCM)PFC的⼯作原理及设计要点。
关键词:CCM ,PFC,L4981缩略词解释CCM:Continuous Current Mode,电感电流连续模式PFC: Power Factor Correction,功率因数校正⼀. 来源本规范中的电路来源于R48-1800(公司内部型号为H4413BZ)和R48-1800A(公司内部型号为H4413AZ)AC/DC模块的PFC电路,已经在H4413BZ和H4413AZ模块中得到较⼩批量的使⽤验证。
⼆. 适⽤范围采⽤L4981作为主控芯⽚的CCM-PFC,具有输⼊电流波形失真度⼩、功率因数⾼、输⼊EMI⼩,对电流采样信号的⼲扰不敏感、以及不需要外部补偿谐波等优点。
该芯⽚与我司通⽤的UC3854相⽐,性能和设计⽅法相近,但增加了输出过压保护、同步信号输⼊、负载前馈等功能,使⽤更⽅便,同时价格⽐UC3854低,在⽬前成本压⼒越来越⼤的情况下,选⽤该控制芯⽚是个不错的选择。
一种15W三路输出DCDC模块电源的设计-图文引言DC/DC模块电源已广泛用于微波通讯、航空电子、地面雷达、消防设备、医疗器械等诸多领域。
其中有许多应用场合需要多路输出。
如在单片机智能控制器中,单片机供电需要5V,而运放集成电路通常需要12V。
在设计多路输出电源时,有许多地方不同于单路输出,需要考虑的问题较多,难度较大。
比如,既要考虑变压器管脚限制、多副边变压器设计、各路的稳压电路实现,又要考虑每路轻载及满载时的负载调整率,负载的交叉调节特性。
本文通过一个给单片机智能控制器供电的15W三路模块电源的设计实例,详细说明了多路输出电源的设计特点。
1电源的设计指标12V输入,5V/±12V三路输出模块电源的设计指标如表1所列。
表1设计指标2电源的设计原理图1是针对单片机主板供电电源所设计的多路输出开关电源原理图。
图1中电感L201,L202,L203是耦合电感,L204是偏置绕组,由于受变压器管脚限制,取自耦合电感。
电路采用单端正激变换电路,当变换器接通电源时,输入直流电压经电阻R601和12V稳压管D601及三极管V601和V602组成的稳压降压电路后,启动UC3843。
进入正常工作后,偏置绕组L204的供电电路开始工作,偏置绕组的输出经二极管D4整流、C601滤波后输出12V电压,高于自供电电压,使二极管D602偏,启动电路停止工作。
偏置绕组为UC3843(IC301)提供工作电压(12V),变换器进入正常工作,在PWM脉宽调制方式下,各路次级绕组的输出经过各路的二极管整流、LC型滤波器滤波后,产生各路的直流输出电压。
+5V输出的电压由电阻器R402和R406分压后,与可编程稳压源TL431(IC401)中的2.5V参考电压比较,然后通过光耦合器(IC101)反馈到UC3843的脚2,控制脉冲的占空比,稳定5V输出。
耦合电感L202及L203实现±12V两路稳压。
过流保护电阻R101和R102检测到开关管的过流信号,送入UC3843的脚3,封锁UC3843的输出信号,实现过流保护。
第1章电源电路模块第1节变压器电源电路(MCU+RS485)1.1 电路名称变压器电源电路(MCU+RS485)。
1.2 电路概述变压器输出电源电路,是将市电利用变压器的降压以及后续的整流稳压输出低压直流电的功能电源电路。
本文针对公司静止式电能表、预付费电能表等产品中,普遍使用的输出提供MCU计量和RS485通信的两路负载需要的变压器电源电路作介绍。
火线Line,缩写L零线Neutral,缩写N地线Earth line,缩写E保护接地线Protect earthing line,缩写PE1.3 电路图及原理分析1.4 MYN23-751K1.5 压敏电阻:主要用途:防雷,过压保护。
如电力变压器在进户端放入氧化锌避雷器可以有效防雷,电子设备在电网电源输入端放入压敏电阻,一但电网电压升高压敏电阻会不可恢复击穿短路同时保险丝也将断开,从而有效的放止过电压进入线路板。
在空调线线路板应用压敏电阻最为多。
图1-1230V变压器单相提供MCU+RS485电源电路1.5.1 变压器电源电路(MCU+RS485)一般原理如图1-1所示,变压器电源电路基本功能是将电网中的交流电,通过变压器的电磁转换从副极线圈输出低压交流电。
如图(编号6和7)的副边低压交流电经过整流桥堆的整流操作输出一个脉动电压,这个脉动电压通过(如C1类)的电解电容器的滤波,在DV1稳压二极管的钳位作用下转换成了可以用于LDO等低压稳压器件操作的直流电。
另一组(编号9、10)副边低压交流电通过二极管的半波整流操作输出一个脉动电压,之后通过C3的滤波和DV2的稳压二极管钳位作用输出一个可用于低压稳压器件操作的直流电。
然而,如C1电解电容器在整个电能表的供电模块中还扮演着掉电瞬间数据存储提供能量的重要角色,所以选取的时候需谨慎,详细请看1.3.2.5。
图1-1中红色虚框中的DV3稳压二极管是在客户需要380V过压的时候加上(或将DV1换成额定功率>2W的稳压二极管),没有过压要求的可以去掉,详见1.3.2.4。
题目:±5V简易直流稳压电源的设计一﹑本次设计的主要目的设计要求:设计出每个功能框图的具体电路图,并根据下列技术参数的要求,计算电路中所用元件的参数值,最后按工程实际确定元件参数的标称值。
容量:5W输入电压:交流220V输出电压:直流±5V输出电流:1A二、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,如输出电压、输出电滤及电压调节范围;另一类是质量指标,反映一个稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。
对稳压电源的性能,主要有以下四个万面的要求:1.稳定性好当输入电压Usr(整流、滤波的输出电压)在规定范围内变动时,输出电压Usc的变化应该很小一般要求。
由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度,称为稳定度指标,常用稳压系数S来表示:S的大小,反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。
在同样的输入电压变化条件下,S越小,输出电压的变化越小,电源的稳定度越高。
通常S约为。
2.输出电阻小负载变化时(从空载到满载),输出电压Usc,应基本保持不变。
稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。
输出电阻(又叫等效内阻)用rn表示,它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。
rn反映负载变动时,输出电压维持恒定的能力,rn越小,则Ifz变化时输出电压的变化也越小。
性能优良的稳压电源,输出电阻可小到1欧,甚至0.01欧。
3.电压温度系数小当环境温度变化时,会引起输出电压的漂移。
良好的稳压电源,应在环境温度变化时,有效地抑制输出电压的漂移,保持输出电压稳定,输出电压的漂移用温度系数KT来表示:4.输出电压纹波小所谓纹波电压,是指输出电压中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。
经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数S。
串联型稳压电路,用做一种简单的稳压电源,可以满足一般无线电爱好者的需要。
紧凑型全桥DC-DC隔离电源设计电路原理图新型电力电子器件IGBT作为功率变换器的核心器件,其驱动和保护电路对变换器的可靠运行至关重要。
集成驱动是一个具有完整功能的独立驱动板,具有安装方便、驱动高效、保护可靠等优点,是目前大、中功率IGBT驱动和保护的最佳方式。
集成驱动一般包括板上DC-DC隔离电源、PWM信号隔离、功率放大、故障保护等4个功能电路,各功能电路之间互相配合,完成IGBT的驱动及保护。
输入电源为板上原边各功能电路提供电源,两路DC-DC隔离电源输出分别驱动上、下半桥开关管,同时为IGBT侧故障检测和保护电路提供电源,因此集成驱动板上电源是所有电路工作的前提和基础。
文中的半桥IGBT集成驱动板需要两组隔离的正负电压输出,作为IGBT的驱动及保护电路电源。
由IGBT的驱动特点可知,其负载特性类似于容性负载,要达到可靠、快速的开通或关断,就要求电源具有很好拉/灌电流能力,即良好的动态特性。
半桥IGBT由上、下两路开关管组成,型号相同,导通、关断的驱动电压、电流特性一致,作为双路隔离DC-DC电源的负载,其负载特性是稳定的。
因此可以设计两路隔离电源,按照所要驱动的最大负载设计,不需要进行反馈控制。
实际设计时必须依据选用的IGBT开关管参数和工作频率,核算驱动板电源功率是否满足,若不满足,则需重新选用开关管。
1IGBT半桥集成驱动板电源设计1.1IGBT半桥集成驱动板电源特点电力电子变换拓扑中,以半桥IGBT为基本单元进行的拓扑设计最为广泛,相应地对其有效驱动和可靠保护由半桥IGBT集成驱动板实现。
半桥IGBT集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源,该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高,并且两组电源副边完全隔离。
在大功率半桥IGBT集成驱动单元的项目中,针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源,设计了一种电源变压器原边控制拓扑,即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路,提高了电源功率密度和效率,节省了功率开关数量。
一、开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器<EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:二、输入电路的原理及常见电路1、AC 输入整流滤波电路原理:①防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。
当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。
②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1<热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。
因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小<RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。
若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
2、DC 输入滤波电路原理:①输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。
在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。
当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。
如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
2005年第3期2005年5月10日机车电传动ELECTRICDRIVEFORLOCOMOTIVES№3, 2005May 10, 2005单端反激10WDC/ DC模块电源的设计张顺彪,邵志和( 株洲电力机车研究所技术中心,湖南株洲412001)研究开发作者简介:张顺彪(1963-),男,高级工程师,主要从事开关电源的研究开发。
摘要:介绍12V输入、15 V/0.67 A输出的DC/DC模块电源的原理、设计。
该电源主电路采用了反激电路,控制电路采用了电流型集成控制芯片UCC2803。
测试表明,本电源具有良好的性能。
关键词: DC/DC;模块电源;反激电路;电流型;开关电源中图分类号:TM46 文献标识码:A 文章编号:1000-128X(2005)03-0023-04收稿日期:2005-03-08Design of power supply of 10W single end and reverseexcitation DC/DC moduleZHANG Shun-biao, SHAO Zhi-he(Technology Center, Zhuzhou Electric Locomotive Research Institute, CSR, Zhuzhou, Hunan 412001, China)Abstract: The principle and design ideas are presented for the power supply of DC/DC module with 12V input, 15V/0.67A output.The reverse excitation circuit is applied for the power circuit. The current-type integrated control chip UCC2803 is applied for the controlcircuit. The power supply features excellent performance.Key words: DC/DC;power supply of module; reverse excitation circuit; current type; switching power supply0引言近年来,开关电源技术发展非常迅速。
电源模块PCB设计电源电路是一个电子产品的重要组成部分,电源电路设计的好坏,直接牵连产品性能的好坏。
我们电子产品的电源电路主要有线性电源和高频开关电源。
从理论上讲,线性电源是用户需要多少电流,输入端就要提供多少电流;开关电源是用户需要多少功率,输入端就提供多少功率。
线性电源线性电源功率器件工作在线性状态,如我们常用的稳压芯片LM7805、LM317、SPX1117等。
下图一是LM7805稳压电源电路原理图。
图一线性电源原理图从图上可知,线性电源有整流、滤波、稳压、储能等功能元件组成,同时,一般用的线性电源为串联稳压电源,输出电流等于输入电流,I1=I2+I3,I3是参考端,电流很小,因此I1≈I3。
我们为什么要讲电流,是因为PCB设计时,每条线的宽度不是随便设的,是要根据原理图里元件节点间的电流大小来确定的(请查《PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表》)。
电流大小、电流流向要搞清楚,做板才恰到好处。
PCB设计时,元件的布局要紧凑,要让所有的连线尽可能短,要按原理图元件功能关系去布局元件与走线。
本电源图里就是先整流、再滤波、滤波后才是稳压、稳压后才是储能电容、流经电容后才给后面的电路用电。
图二是上面原理图的PCB图,两个图相似。
左图和右图就是走线有点不一样,左图的电源经整流后直接就到了稳压芯片的输入脚了,然后才是稳压电容,这里电容所起的滤波效果就差了很多,输出也有问题。
右图就是比较好的图了。
我们不仅要考虑正电源的流向问题,还必须考虑地回流问题,一般来说,正电源线和地回流线要尽可能同进同出,彼此离近点。
图二线性电源PCB图设计线性电源PCB时还应注意,线性电源的功率稳压芯片的散热问题,热量是怎么来的,若稳压芯片前端电压是10V,输出端是5V,输出电流为500mA,那在稳压芯片上就有5V 的电压降,产生的热量就为2.5W;如果输入端电压是15V,电压降就是10V,产生的热量就为5W,因此,我们布板是要根据散热功率来留出足够的散热空间或合理的散热片。
电源电路单元前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。
一张电路图通常有几十乃至几百个元器件,它们的连线纵横交叉,形式变化多端,初学者往往不知道该从什么地方开始,怎样才能读懂它。
其实电子电路本身有很强的规律性,不管多复杂的电路,经过分析可以发现,它是由少数几个单元电路组成的。
好象孩子们玩的积木,虽然只有十来种或二三十种块块,可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。
同样道理,再复杂的电路,经过分析就可发现,它也是由少数几个单元电路组成的。
因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路,再学会分析和分解电路的本领,看懂一般的电路图应该是不难的。
按单元电路的功能可以把它们分成若干类,每一类又有好多种,全部单元电路大概总有几百种。
下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。
让我们从电源电路开始。
一、电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。
电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。
常见的家用电器中多数要用到直流电源。
直流电源的最简单的供电方法是用电池。
但电池有成本高、体积大、需要不时更换(蓄电池则要经常充电)的缺点,因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。
电子电路中的电源一般是低压直流电,所以要想从 220 伏市电变换成直流电,应该先把220 伏交流变成低压交流电,再用整流电路变成脉动的直流电,最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。
有的电子设备对电源的质量要求很高,所以有时还需要再增加一个稳压电路。
因此整流电源的组成一般有四大部分,见图 1 。
其中变压电路其实就是一个铁芯变压器,需要介绍的只是后面三种单元电路。
二、整流电路整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。
( 1 )半波整流半波整流电路只需一个二极管,见图 2 ( a )。
在交流电正半周时 VD 导通,负半周时 VD 截止,负载 R 上得到的是脉动的直流电( 2 )全波整流全波整流要用两个二极管,而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈,见图2 ( b )。
负载 R L 上得到的是脉动的全波整流电流,输出电压比半波整流电路高。
( 3 )全波桥式整流用 4 个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器,见图 2 ( c )。
负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。
( 4 )倍压整流用多个二极管和电容器可以获得较高的直流电压。
图 2 ( d )是一个二倍压整流电路。
当 U2 为负半周时 VD1 导通, C1 被充电, C1 上最高电压可接近 1.4U2 ;当 U2 正半周时 VD2 导通, C1 上的电压和 U2 叠加在一起对 C2 充电,使 C2 上电压接近 2.8U2 ,是C1 上电压的 2 倍,所以叫倍压整流电路。
三、滤波电路整流后得到的是脉动直流电,如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分,就可得到平滑的直流电。
( 1 )电容滤波把电容器和负载并联,如图 3 ( a ),正半周时电容被充电,负半周时电容放电,就可使负载上得到平滑的直流电。
( 2 )电感滤波把电感和负载串联起来,如图 3 ( b ),也能滤除脉动电流中的交流成分。
( 3 ) L 、 C 滤波用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“ L ”,被称为 L 型,见图 3 ( c )。
用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母“ π ”,被称为π 型,见图 3 ( d ),这是滤波效果较好的电路。
( 4 ) RC 滤波电感器的成本高、体积大,所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成 RC 滤波电路。
同样,它也有 L 型,见图 3 ( e );π 型,见图 3 ( f )。
四、稳压电路交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动,因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。
(1 )稳压管并联稳压电路用一个稳压管和负载并联的电路是最简单的稳压电路,见图 4 ( a )。
图中 R 是限流电阻。
这个电路的输出电流很小,它的输出电压等于稳压管的稳定电压值 V Z 。
(2 )串联型稳压电路有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是最常用的稳压电路。
它的电路和框图见图4 ( b )、( c )。
它是从取样电路( R3 、 R4 )中检测出输出电压的变动,与基准电压( V Z )比较并经放大器( VT2 )放大后加到调整管( VT1 )上,使调整管两端的电压随着变化。
如果输出电压下降,就使调整管管压降也降低,于是输出电压被提升;如果输出电压上升,就使调整管管压降也上升,于是输出电压被压低,结果就使输出电压基本不变。
在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路,如用复合管作调整管,输出电压可调的电路,用运算放大器作比较放大的电路,以及增加辅助电源和过流保护电路等。
( 3 )开关型稳压电路近年来广泛应用的新型稳压电源是开关型稳压电源。
它的调整管工作在开关状态,本身功耗很小,所以有效率高、体积小等优点,但电路比较复杂。
开关稳压电源从原理上分有很多种。
它的基本原理框图见图 4 ( d )。
图中电感 L 和电容 C 是储能和滤波元件,二极管 VD 是调整管在关断状态时为 L 、 C 滤波器提供电流通路的续流二极管。
开关稳压电源的开关频率都很高,一般为几~几十千赫,所以电感器的体积不很大,输出电压中的高次谐波也不多。
它的基本工作原理是 : 从取样电路( R3 、 R4 )中检测出取样电压经比较放大后去控制一个矩形波发生器。
矩形波发生器的输出脉冲是控制调整管( VT )的导通和截止时间的。
如果输出电压 U 0 因为电网电压或负载电流的变动而降低,就会使矩形波发生器的输出脉冲变宽,于是调整管导通时间增大,使 L 、 C 储能电路得到更多的能量,结果是使输出电压 U 0 被提升,达到了稳定输出电压的目的。
( 4 )集成化稳压电路近年来已有大量集成稳压器产品问世,品种很多,结构也各不相同。
目前用得较多的有三端集成稳压器,有输出正电压的 CW7800 系列和输出负电压的 CW7900 系列等产品。
输出电流从 0.1A ~ 3A ,输出电压有 5V 、 6V 、 9V 、 12V 、 15V 、 18V 、 24V 等多种。
这种集成稳压器只有三个端子,稳压电路的所有部分包括大功率调整管以及保护电路等都已集成在芯片内。
使用时只要加上散热片后接到整流滤波电路后面就行了。
外围元件少,稳压精度高,工作可靠,一般不需调试。
图 4 ( e )是一个三端稳压器电路。
图中 C 是主滤波电容, C1 、 C2 是消除寄生振荡的电容 ,VD 是为防止输入短路烧坏集成块而使用的保护二极管。
五、电源电路读图要点和举例电源电路是电子电路中比较简单然而却是应用最广的电路。
拿到一张电源电路图时,应该:① 先按“整流—滤波—稳压”的次序把整个电源电路分解开来,逐级细细分析。
② 逐级分析时要分清主电路和辅助电路、主要元件和次要元件,弄清它们的作用和参数要求等。
例如开关稳压电源中,电感电容和续流二极管就是它的关键元件。
③ 因为晶体管有 NPN 和 PNP 型两类,某些集成电路要求双电源供电,所以一个电源电路往往包括有不同极性不同电压值和好几组输出。
读图时必须分清各组输出电压的数值和极性。
在组装和维修时也要仔细分清晶体管和电解电容的极性,防止出错。
④ 熟悉某些习惯画法和简化画法。
⑤ 最后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起来。
这张电源电路图也就读懂了。
例 1 电热毯控温电路图 5 是一个电热毯电路。
开关在“ 1 ”的位置是低温档。
220 伏市电经二极管后接到电热毯,因为是半波整流,电热毯两端所加的是约 100 伏的脉动直流电,发热不高,所以是保温或低温状态。
开关扳到“ 2 ”的位置, 220 伏市电直接接到电热毯上,所以是高温档。
例 2 高压电子灭蚊蝇器图 6 是利用倍压整流原理得到小电流直流高压电的灭蚊蝇器。
220 伏交流经过四倍压整流后输出电压可达 1100 伏,把这个直流高压加到平行的金属丝网上。
网下放诱饵,当苍蝇停在网上时造成短路,电容器上的高压通过苍蝇身体放电把蝇击毙。
苍蝇尸体落下后,电容器又被充电,电网又恢复高压。
这个高压电网电流很小,因此对人无害。
由于昆虫夜间有趋光性,因此如在这电网后面放一个 3 瓦荧光灯或小型黑光灯,就可以诱杀蚊虫和有害昆虫。
例 3 实用稳压电源图 7 是一个实用的稳压电源。
输出电压 3 ~ 9 伏可调,输出电流最大100 毫安。
这个电路就是串联型稳压电源电路。
要注意的是:① 整流桥的画法和图 2 ( c )不同,实际上它就是桥式整流电路。
② 这个电路使用 PNP 型锗管,所以输出是负电压,正极接地。
③ 用两个普通二极管代替稳压管。
任何二极管的正向压降都是基本不变的,因此可用二极管代替稳压管。
2AP 型二极管的正向压降约是 0.3 伏, 2CP 型约是 0.7 伏, 2CZ 型约是 1 伏。
图中用了两个 2CZ 二极管作基准电压。
④ 取样电阻是一个电位器,所以输出电压是可调的。
能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。
例如助听器里的关键部件就是一个放大器。
放大电路的用途和组成放大器有交流放大器和直流放大器。
交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频;接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。
此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。
它是电子电路中最复杂多变的电路。
但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。
读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。
首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开,然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。
放大电路有它本身的特点:一是有静态和动态两种工作状态,所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析;二是电路往往加有负反馈,这种反馈有时在本级内,有时是从后级反馈到前级,所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。
在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。
下面我们介绍几种常见的放大电路。
低频电压放大器低频电压放大器是指工作频率在 20 赫~ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。
( 1 )共发射极放大电路图 1 ( a )是共发射极放大电路。
C1 是输入电容, C2 是输出电容,三极管 VT 就是起放大作用的器件, RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。
1 、 3 端是输入, 2 、 3 端是输出。
3 端是公共点,通常是接地的,也称“地”端。
静态时的直流通路见图 1 ( b ),动态时交流通路见图 1 ( c )。
电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多,输出电压的相位和输入电压是相反的,性能不够稳定,可用于一般场合。