電源模塊的設(shè)計(jì)與制作，電路原理圖解析

模擬電源和數(shù)字電源都是電子工程領(lǐng)域中的一種電源。模擬電源的原理是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，通常通過(guò)使用變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電源則是采用數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)合模擬電源的電路，將控制信號(hào)處理后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直流輸出。

下面我們來(lái)看一下模擬電源和數(shù)字電源的原理圖：

模擬電源的原理圖是由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器四個(gè)主要部分組成。

變壓器通常采用電磁感應(yīng)原理，將交流電通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換成所需的電壓，比如220V交流電轉(zhuǎn)成12V或者24V的交流電，然后通過(guò)整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但是這時(shí)候電壓還不是穩(wěn)定的。所以接著會(huì)通過(guò)一個(gè)濾波器對(duì)電壓進(jìn)行過(guò)濾處理，減少AC噪聲的干擾，使得輸出的電壓變得更加平穩(wěn)。接下來(lái)將直流電轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的電壓輸出，這一部分通常是通過(guò)穩(wěn)壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖所示，數(shù)字電源的原理圖通常是由控制電路、轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和保護(hù)電路等幾個(gè)主要部分組成。

數(shù)字電源主要采用數(shù)字控制的方式來(lái)輸出穩(wěn)定的直流電壓。其中控制電路部分主要包括了控制反饋等模塊，而轉(zhuǎn)換電路部分則使用開(kāi)關(guān)電源等電路，通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制輸入電壓的變化，然后通過(guò)一個(gè)LC濾波電路將不穩(wěn)定的交流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓，讓所輸出的電壓更加穩(wěn)定。由于數(shù)字電源內(nèi)部采用了數(shù)字控制，因此它能夠方便的實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)功能，例如電壓調(diào)節(jié)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)等，使得它比模擬電源更加智能化。

總的來(lái)說(shuō)，模擬電源和數(shù)字電源都適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，如模擬電源適用于弱電系統(tǒng)、信號(hào)傳輸?shù)葓?chǎng)景，而數(shù)字電源則適用于需要高精確度、穩(wěn)定性較好的場(chǎng)景。而在使用過(guò)程中，大家需要根據(jù)自己的需求來(lái)選擇合適的電源，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

一、穩(wěn)壓電源

1、3～25V電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路圖

此穩(wěn)壓電源可調(diào)范圍在3.5V～25V之間任意調(diào)節(jié)，輸出電流大，并采用可調(diào)穩(wěn)壓管式電路，從而得到滿意平穩(wěn)的輸出電壓。

工作原理： 經(jīng)整流濾波后直流電壓由R1提供給調(diào)整管的基極，使調(diào)整管導(dǎo)通，在V1導(dǎo)通時(shí)電壓經(jīng)過(guò)RP、R2使V2導(dǎo)通，接著V3也導(dǎo)通，這時(shí)V1、V2、 V3的發(fā)射極和集電極電壓不再變化(其作用完全與穩(wěn)壓管一樣)。調(diào)節(jié)RP，可得到平穩(wěn)的輸出電壓，R1、RP、R2與R3比值決定本電路輸出的電壓值。

元器件選擇： 變壓器T選用80W～100W，輸入AC220V，輸出雙繞組AC28V。FU1選用1A，F(xiàn)U2選用3A～5A。VD1、VD2選用 6A02。RP選用1W左右普通電位器，阻值為250K～330K，C1選用3300μF/35V電解電容，C2、C3選用0.1μF獨(dú)石電容，C4選用 470μF/35V電解電容。R1選用180～220Ω/0.1W～1W，R2、R4、R5選用10KΩ、1/8W。V1選用2N3055，V2選用 3DG180或2SC3953，V3選用3CG12或3CG80。

2、10A3～15V穩(wěn)壓可調(diào)電源電路圖

無(wú)論檢修電腦還是電子制作都離不開(kāi)穩(wěn)壓電源，下面介紹一款直流電壓從3V到15V連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電源，最大電流可達(dá)10A，該電路用了具有溫度補(bǔ)償特性的，高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成電路TL431，使穩(wěn)壓精度更高，如果沒(méi)有特殊要求，基本能滿足正常維修使用，電路見(jiàn)下圖。

其工作原理分兩部分，第一部分是一路固定的5V1.5A穩(wěn)壓電源電路，第二部分是另一路由3至15V連續(xù)可調(diào)的高精度大電流穩(wěn)壓電路。

第一路的電路非常簡(jiǎn)單，由變壓器次級(jí)8V交流電壓通過(guò)硅橋QL1整流后的直流電壓經(jīng)C1電解電容濾波后，再由5V三端穩(wěn)壓塊LM7805不用作任何調(diào)整就可在輸出端產(chǎn)生固定的5V1A穩(wěn)壓電源，這個(gè)電源在檢修電腦板時(shí)完全可以當(dāng)作內(nèi)部電源使用。

第二部分與普通串聯(lián)型穩(wěn)壓電源基本相同，所不同的是使用了具有溫度補(bǔ)償特性的，高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成電路TL431，所以使電路簡(jiǎn)化，成本降低，而穩(wěn)壓性能卻很高。

圖中電阻R4，穩(wěn)壓管TL431，電位器R3組成一個(gè)連續(xù)可調(diào)得恒壓源，為BG2基極提供基準(zhǔn)電壓，穩(wěn)壓管TL431的穩(wěn)壓值連續(xù)可調(diào)，這個(gè)穩(wěn)壓值決定了穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓，如果你想把可調(diào)電壓范圍擴(kuò)大，可以改變R4 和R3的電阻值，當(dāng)然變壓器的次級(jí)電壓也要提高。

變壓器的功率可根據(jù)輸出電流靈活掌握，次級(jí)電壓15V左右。橋式整流用的整流管QL用15-20A硅橋，結(jié)構(gòu)緊湊，中間有固定螺絲，可以直接固定在機(jī)殼的鋁板上，有利散熱。

調(diào)整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發(fā)熱量很大，如果機(jī)箱允許，盡量購(gòu)買大的散熱片，擴(kuò)大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點(diǎn)的硅管，這樣可以做的體積小一些。

濾波用50V4700uF電解電容C5和C7分別用三只并聯(lián)，使大電流輸出更穩(wěn)定，另外這個(gè)電容要買體積相對(duì)大一點(diǎn)的，那些體積較小的同樣標(biāo)注50V4700uF盡量不用，當(dāng)遇到電壓波動(dòng)頻繁，或長(zhǎng)時(shí)間不用，容易失效。

最后再說(shuō)一下電源變壓器，如果沒(méi)有能力自己繞制，有買不到現(xiàn)成的，可以買一塊現(xiàn)成的200W以上的開(kāi)關(guān)電源代替變壓器，這樣穩(wěn)壓性能還可進(jìn)一步提高，制作成本卻差不太多，其它電子元件無(wú)特殊要求，安裝完成后不用太大調(diào)整就可正常工作。

二、開(kāi)關(guān)電源

1、PWM開(kāi)關(guān)電源集成控制IC-UC3842工作原理

下圖為UC3842 內(nèi)部框圖和引腳圖，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8個(gè)引腳，各腳功能如下：

①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性;

②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度;

③腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài);

④腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT);

⑤腳為公共地端;

⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns 驅(qū)動(dòng)能力為±1A ;

⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW;⑧腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力。

UC3842 內(nèi)部原理框圖

UC3842是一種性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的PWM開(kāi)關(guān)電源集成控制器，由于它只有一個(gè)輸出端，所以主要用于音端控制的開(kāi)關(guān)電源。

UC3842 7腳為電壓輸入端，其啟動(dòng)電壓范圍為16-34V。在電源啟動(dòng)時(shí)，VCC﹤16V，輸入電壓施密物比較器輸出為0，此時(shí)無(wú)基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生，電路不工作;當(dāng) Vcc﹥16V時(shí)輸入電壓施密特比較器送出高電平到5V蕨穩(wěn)壓器，產(chǎn)生5V基準(zhǔn)電壓，此電壓一方面供銷內(nèi)部電路工作另一方面通過(guò)

⑧腳向外部提供參考電壓。一旦施密特比較器翻轉(zhuǎn)為高電平(芯片開(kāi)始工作以后)，Vcc可以在10V-34V范圍內(nèi)變化而不影響電路的工作狀態(tài)。當(dāng)Vcc低于10V時(shí)，施密特比較器又翻轉(zhuǎn)為低電平，電路停止工作。

當(dāng)基準(zhǔn)穩(wěn)壓源有5V基準(zhǔn)電壓輸出時(shí)，基準(zhǔn)電壓檢測(cè)邏輯比較器即達(dá)出高電平信號(hào)到輸出電路。同時(shí)，振蕩器將根據(jù)④腳外接Rt、Ct參數(shù)產(chǎn)生 f=/Rt.Ct的振蕩信號(hào)，此信號(hào)一路直接加到圖騰柱電路的輸入端。

另一路加到PWM脈寬市制RS觸發(fā)器的置位端，RS型PWN脈寬調(diào)制器的R端接電流檢測(cè)比較器輸出端。R端為占空調(diào)節(jié)控制端，當(dāng)R電壓上升時(shí)，Q端脈沖加寬，同時(shí)⑥腳送出脈寬也加寬(占空比增多);當(dāng)R端電壓下降時(shí)，Q端脈沖變窄，同時(shí) ⑥腳送出脈寬也變變窄(占空比減小)。

UC3842各點(diǎn)時(shí)序如圖所示，只有當(dāng)E點(diǎn)為高電平時(shí)才有信號(hào)輸出 ，并且a、b點(diǎn)全為高電平時(shí)，d點(diǎn)才送出高電平，c點(diǎn)送出低電平，否則d點(diǎn)送出低電平，c點(diǎn)送出高電平。②腳一般接輸出電壓取樣信號(hào)，也稱反饋信號(hào)。當(dāng)② 腳電壓上升時(shí)，①腳電壓將下降，R端電壓亦隨之下降，于是⑥腳脈沖變窄;反之，⑥腳脈沖變寬。

③腳為電流傳感端，通常在功率管的源極或發(fā)射極串入一小阻值取樣電阻，將流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流轉(zhuǎn)為電壓，并將此電壓引入境腳。當(dāng)負(fù)載短路或其它原因引起功率管電流增加，并使取樣電阻上的電壓超過(guò)1V時(shí); ⑥腳就停止脈沖輸出，這樣就可以有效的保護(hù)功率管不受損壞。

2、TOP224P構(gòu)成的12V、20W開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源電路

由TOP224P構(gòu)成的 12V、20W開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源電路如圖所示。

電路中使用兩片集成電路：TOP224P型三端單片開(kāi)關(guān)電源(IC1)，PC817A型線性光耦合器 (IC2)。交流電源經(jīng)過(guò)UR和Cl整流濾波后產(chǎn)生直流高壓Ui，給高頻變壓器T的一次繞組供電。

VDz1和VD1能將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值， 并能衰減振鈴電壓。VDz1采用反向擊穿電壓為200V的P6KE200型瞬態(tài)電壓抑制器，VDl選用1A/600V的UF4005型超快恢復(fù)二極管。

二次繞組電壓通過(guò)V砬、C2、Ll和C3整流濾波，獲得12V輸出電壓Uo。Uo值是由VDz2穩(wěn)定電壓Uz2、光耦中LED的正向壓降UF、R1上的壓降 這三者之和來(lái)設(shè)定的。

改變高頻變壓器的匝數(shù)比和VDz2的穩(wěn)壓值，還可獲得其他輸出電壓值。R2和VDz2五還為12V輸出提供一個(gè)假負(fù)載，用以提高輕載 時(shí)的負(fù)載調(diào)整率。反饋繞組電壓經(jīng)VD3和C4整流濾波后，供給TOP224P所需偏壓。由R2和VDz2來(lái)調(diào)節(jié)控制端電流，通過(guò)改變輸出占空比達(dá)到穩(wěn)壓目 的。

共模扼流圈L2能減小由一次繞組接D端的高壓開(kāi)關(guān)波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流。C7為保護(hù)電容，用于濾掉由一次、二次繞組耦合電容引起的干擾。C6可減 小由一次繞組電流的基波與諧波所產(chǎn)生的差模泄漏電流。C5不僅能濾除加在控制端上的尖峰電流，而且決定自啟動(dòng)頻率，它還與R1、R3一起對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償。