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电子竞赛培训教程第3章修改稿3.1 电源电路.doc

电子竞赛培训教程第3章修改稿3.1 电源电路

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2018-09-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《电子竞赛培训教程第3章修改稿3.1 电源电路doc》,可适用于工程科技领域

第三章单元电路训练内容提要本章介绍了电子设计用到的基本单元电路设计与制作内容包含有集成直流稳压电源电路、信号放大电路、信号产生电路、信号处理电路、声音报警电路、传感器及其应用电路、功率驱动电路、显示电路、AD与DA电路。知识要点:直流稳压电源信号放大、产生与信号报警传感器功率驱动显示AD与DA。教学建议:本章的重点是掌握常用电子电路的设计与制作。建议学时数为学时。根据实验条件每一节完成~电路的实际设计制作要求学生完成电原理图、印制板图、装配图、实际制作、电路调试、设计总结报告。其余电路可以通过实验设备与电子仿真设计软件(Multisim等)的结合来完成。显示电路、AD与DA等电路的设计制作可以结合单片机和FPGA的训练进行。集成直流稳压电源的设计直流稳压电源是电子设备的能源电路关系到整个电路设计的稳定性和可靠性是电路设计中非常关键的一个环节。本节重点介绍三端固定式(正、负压)集成稳压器、三端可调式(正、负压)集成稳压器以及DCDC电路等组成的典型电路设计。直流稳压电源的基本原理直流电源电路一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。如图所示。图直流稳压电源基本组成框图电源变压器的作用是将电网V的交流电压变成整流电路所需要的电压U。整流电路的作用是将交流电压U变换成脉动的直流U它主要有半波整流、全波整流方式可以由整流二极管构成整流桥堆来执行常见的整流二极管有IN、IN等桥堆有RS等。滤波电路作用是将脉动直流U滤除纹波变成纹波小的U常见的电路有RC滤波、KL滤波、∏型滤波等常用的选RC滤波电路。其中它们的关系为:其中n分别为变压器的变比。每只二极管或桥堆所承受的最大反向电压对于桥式整流电路每只二极管的平均电流RC滤波电路中C的选择应适应下式即RC放电时间常数应满足:RC=(~)T式中T为输入交流信号周期R整流滤波电路的等效负载电阻。稳压的作用是将滤波电路输出电压经稳压后输出较和稳定的电压。常见的稳压电路有三端稳压器、串联式稳压电路等。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图。图常见整流滤波电路三端固定式正压稳压器国内外各厂家生产的三端(电压输入端、电压输出端、公共接地端)固定式正压稳压器均命名为系列该系列稳压器有过流、过热和调整管安全工作区保护以防过载而损坏。其中后面的数字代表稳压器输出的正电压数值(一般有、、、、、、、、、伏共种输出电压)各厂家在前面冠以不同的英文字母代号。系列稳压器最大输出电流分mA、mA、A三种以插入和电压数字之间的字母来表示。插入L表示mA、M表示mA如不插入字母则表示A。此外(L、M)××的后面往往还附有表示输出电压容差和封装外壳类型的字母。常见的封装形式有TO金属和TO的塑料封装如图所示。金属封装形式输出电流可以达到A。(a)金属封装(b)塑料封装图常见三端稳压器的封装形式三端固定式稳压器的基本应用电路如图所示只要把正输入电压UI加到MC的输入端MC的公共端接地其输出端便能输出芯片标称正电压UO。实际应用电路中芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外通常还需在芯片引出脚根部接小容量(µF~µF)电容Ci、Co到地。Ci用于抑制芯片自激振荡Co用于压窄芯片的高频带宽减小高频噪声。Ci和Co的具体取值应随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而异。图系列三端稳压器基本应用电路三端固定式负压稳压器三端固定式负压稳压器命名为系列前、后的字母、数字意义与系列完全相同。图所示为的基本应用电路(以MC为例)。图中芯片的输入端加上负输入电压UI芯片的公共端接地在输出端得到标称的负输出电压UO电容Ci用来抑制输入电压UI中的纹波和防止芯片自激振荡Co用于抑制输出噪声。D为大电流保护二极管防止在输入端偶然短路到地时输出端大电容上储存的电压反极性加到输出、输入端之间而损坏芯片。图系列三端稳压器基本应用电路三端可调式稳压器三端(输入端、输出端、电压调节端)可调式稳压器品种繁多如正压输出的()系列、系列、系列、系列、系列负压输出的系列等。LM和LM的封装形式和引脚如图所示。LM系列稳压器能在输出电压为V~V的范围内连续可调外接元件只需一个固定电阻和一个电位器。其芯片内也有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为A。其典型电路如图(a)所示。其中电阻R与电位器RP组成电压输出调节电位器输出电压UO的表达式为:UO=(RpRl)式中R一般取值为(~Ω)输出端与调整压差为稳压器的基准电压(典型值为V)所以流经电阻R的泄放电流为~mA。(a)LM塑料封装形式(b)LM塑料封装形式图常见三端可调稳压器的封装形式与LM系列相比负压输出的LM系列除了输出电压极性、引脚定义不同外、其他特点都相同,典型电路如图(b)。图可调式三端稳压器的应用电路正、负输出稳压电源正、负输出稳压电源能同时输出两组数值相同、极性相反的恒定电压。图所示为正、负输出电压固定的稳压电源。它由输出电压极性不同的两片集成稳压器MC和MC构成电路十分简单。两芯片输入端分别加上±V的输入电压输出端便能输出±V的电压输出电流为A。图中D、D为集成稳压器的保护二极管。当负载接在两输出端之间时如工作过程中某一芯片输入电压断开而没有输出则另一芯片的输出电压将通过负载施加到没有输出的芯片输出端造成芯片的损坏。接入D、D起的箝位作用保护了芯片。图正、负输出固定稳压电源图所示是由LM和LM组成的正、负输出电压可调稳压电源输出电压调节范围为±V~±V输出电流为A。图正、负输出可调稳压电源斩波调压电源电路MCAMCAMCA是单片DCDC变换器控制电路只需配用少量的外部元件就可以组成升压、降压、电压反转DCDC变换器。该系列变换器的电压输入范围为~V输出电压可以调整输出开关电流可达A工作频率可达kHz内部参考电压精度为%。本系列电路还有电流限制功能以下是MCA的几种使用方法。图MCA内部电路结构图为MCA内部电路结构。它是由带温度补偿的参考电压源(V)、比较器、能有效限制电流及控制工作周期的振荡器、驱动器及大电流输出开关等组成的。其主要参数为:电源电压为V(直流)比较器输入电压范围为V(直流)开关发射极电压为V(直流)开关集电极电压为V(直流)驱动集电极电流为mA开关电流为A。图是由MCA组成的升压式DC/DC变换器。电路的输入电压为V输出电压为V输出电流可达mA。电路中的电阻Rsc为检测电流由它产生的信号控制芯片内部的振荡器可达到限制电流的目的。输出电压经R、R组成的分压器输入比较器的反相端以保证输出电压的稳定性。本电路的效率可达.%。如果需要本电路在加入扩流管后输出电流可达A以上。图MCA组成的升压式DC/DC变换器图MCA组成的降压式DC/DC变换器电路图MCA组成的电压反转式DC/DC变换器图是由MCA组成的降压式DC/DC变换器电路。电路的输入电压为V输出电压为V/mA。电路将、脚连接起来组成达林顿驱动电路如果外接扩流管则可把输出电流增加到A。当电路中的电阻Rsc选择Ω时其限制电流为A。本电路的效率为。%。图是由MCA组成的电压反转式DC/DC变换器。输入电压为~V输出电压为V/mA。此电路的限制电流为mA。外接扩流管可将输出电流增加到A以上。电路效率为%。它的输出电压决定于:为芯片内部产生的参考电压。通过计算选取适当的R和R值就可得到不同的电压输出范围。精密稳压电源电路利用三端稳压器MC配合可编程精密电压基准TL,可以组成简单的精密高压可调压电路。如图所示。图精密可调电源电路这个电路的输出电压可以用下式计算:UO=(RR)×V。最小输出电压V最大输出电压V。从电路输出电压表达式可以看到:当电路中可调电阻R为零时即TL的参考端与阴极相接时输出电压为V。DCDC电源电压利用单位增益缓冲器BUF可以组成V变成±V的对称电源。如图所示。图正负对称电源变换电路由于BUF的供电范围为±V~±V故该电路可将~V电源电压转换为上述电压。两个KΩ电阻要精密匹配。在正负负载不对称时在输入电压过高的应用中正负输出电流之差不应超过mA。受控稳压电源集成稳压器外接各种形式的开关电路可构成各种类型的受控稳压电源。图所示为LM和模拟开关CC构成的程控电源。设LM的基准电压Vr=V,CC的导通电阻为Ω关断电阻为无穷大其它元件参数如图所示因而三位并行数字码取不同值时电源可输出V、V、V、V、V、V、V等种电压值。图程控电源LCD显示器用负压电源多数LCD需要一个负的驱动电压UEE及一个对比度调节电压UADJ,有的要求达-V甚至-V以上而一般的小型微机电源仅能通过-V或-V的负电压不能满足要求。这里介绍一种用MAX来产生LCD负电压的方法。MAX是美国MAXIM公司生产的数字调节LCD负偏压发生器仅需V~V的输入就可以输出-V甚至更低且可进行数字调节或电位计调节。MAX的主要特征如下:·输入电压低:V~V·输出电压可调:步数字调节或电位计调节·设定输出电压范围:仅用一个电阻即可·静态电流极低:最大μA关闭模式下仅μA·转换频率高:可达%以上。MAX的管脚图如图所示。U:输入电压端V~V。ADJ:调节逻辑输入端当CTRL为高时ADJ的一个上升脉冲使MAX内部计数器加当CTRL为低且ADJ为高时计数器复位到中间值当ADJ为低时计数器不变化(不管CTRL是什么状态)。表 输入逻辑真值表ADJCTRL结 果关闭状态计数器复位到中间值×工作状态→计数器加CTRL:控制逻辑输入端当CTRL和ADJ均为低时MAX关闭输出电压为零但计数器不复位当CTRL为低ADJ为高时计数器复位到中间状态。CTRL为高时电流总是处在工作状态。输入逻辑真值表如表所示。FB:设置最大输出电压的反馈输入端,电流调整时应有UFB=V。GND:V,参考地。DLOW:输出驱动低端当使用P沟道MOSFET驱动时连至DHI当使用PNP晶体管驱动时从该端连接一个电阻RBASE至PNP管的基极以设置最大基极电流。DHI:输出驱动高端连至P沟道MOSFET的门极或连至PNP晶体管的基极。CS:电流敏感输入端当电流通过RBASE时外部晶体管关断使CS比U+低mV。注意:真值表中关闭状态下输出为而复位状态下计数器为中间值此时输入为Umin而非零。用MAX产生负电压时外部电路可以用P沟道MOSFET管驱动也可以用PNP晶体管驱动输入电压可以利用数值调节也可以利用电位计进行调节。下面以用PNP三极管驱动、电位计调节输出为例来说明。  从成本方面考虑PNP管比MOSFET经济而电位器可以实现输出电压的连续调节其电路图如图所示。如果系统要求输出电压范围为Umax~Umin则可根据下式确定R、R的值即             当电位计值为时对应Umin当电位计值为R时对应Umax。可见用电位计也很方便地实现输出电压的调节。在使用MAX产生负电压时要注意元件的选择这里特别说明几点:()晶体管:可以使用PNP管也可使用MOSFET管。前者经济、使用简单后者能提供更大电流且转换频率高但往往需要较高的输入电压(通常要求+V或+V以上)。如使用三极管它可以提供较大的输出电流。()RSENSE:RSENSE是一个小电阻可以用一小段电阻丝代替但不能直接短路。RSENSE的大小与输出电流成反比关系因此可根据电流需要确定RSENSE的最大值但为了保证转换效率又不宜取得过小。一般在输出电压为-V的情况下要求输出电流为A左右时可取RSENSE=Ω输出电流为A左右时可取RSENSE=Ω。()RBASE:RBASE应足够小以保证晶体管能处在饱和状态但RBASE小又降低了转换效率通常取Ω~Ω之间。()其它:电感L在μH~μH之间通常去μH为提高效率电感的内阻要小最好在mΩ以下二极管可用IN~IN系列CCOMP取决于RFB及电路布局通常在pF~nF之间。�EMBEDPBrush���图MAX管脚图图LCD显示器用负电源PAGEunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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