【導讀】本文收集了穩(wěn)壓電源、DCDC轉換電源、開關電源、充電電路、恒流源相關的經(jīng)典電路資料,為工程師提供最新鮮的電路圖參考資料,他是電子工程師的智慧背囊,工程師們,趕緊學起來吧!
一、穩(wěn)壓電源
1、3~25V電壓可調穩(wěn)壓電路圖
此穩(wěn)壓電源可調范圍在3.5V~25V之間任意調節(jié),輸出電流大,并采用可調穩(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提供給調整管的基極,使調整管導通,在V1導通時電壓經(jīng)過RP、R2使V2導通,接著V3也導通,這 時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)壓可調電源電路圖
無論檢修電腦還是電子制作都離不開穩(wěn)壓電源,下面介紹一款直流電壓從3V到15V連續(xù)可調的穩(wěn)壓電源,最大電流可達10A,該電路用了具有溫度補償特性的,高精度的標準電壓源集成電路TL431,使穩(wěn)壓精度更高,如果沒有特殊要求,基本能滿足正常維修使用,電路見下圖。
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)可調的高精度大電流穩(wěn)壓電路。第一 路的電路非常簡單,由變壓器次級8V交流電壓通過硅橋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不用作任何調整就可在 輸出端產(chǎn)生固定的5V1A穩(wěn)壓電源,這個電源在檢修電腦板時完全可以當作內部電源使用。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 補償特性的,高精度的標準電壓源集成電路TL431,所以使電路簡化,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 連續(xù)可調得恒壓源,為BG2基極提供基準電壓,穩(wěn)壓管TL431的穩(wěn)壓值連續(xù)可調,這個穩(wěn)壓值決定了穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓,如果你想把可調電壓范圍擴 大,可以改變R4 和R3的電阻值,當然變壓器的次級電壓也要提高。變壓器的功率可根據(jù)輸出電流靈活掌握,次級電壓15V左右。橋式整流用的整流管QL用15-20A硅橋, 結構緊湊,中間有固定螺絲,可以直接固定在機殼的鋁板上,有利散熱。調整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管,由于它的發(fā)熱量很大,如果機箱允許,盡量購買 大的散熱片,擴大散熱面積,如果不需要大電流,也可以換用功率小一點的硅管,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,另外這個電容要買體積相對大一點的,那些體積較小的同樣標注50V4700uF盡量不用,當遇到電壓波動頻繁,或長時間不 用,容易失效。最后再說一下電源變壓器,如果沒有能力自己繞制,有買不到現(xiàn)成的,可以買一塊現(xiàn)成的200W以上的開關電源代替變壓器,這樣穩(wěn)壓性能還可進 一步提高,制作成本卻差不太多,其它電子元件無特殊要求,安裝完成后不用太大調整就可正常工作。
二、開關電源
1、PWM開關電源集成控制IC-UC3842工作原理
UC3842工作原理
下圖為UC3842 內部框圖和引腳圖,UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式,共有8 個引腳,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 基準電壓進行比較,產(chǎn)生誤差電壓,從而控制脈沖寬度;③腳為電流檢測輸入端, 當檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài);④腳為定時端,內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決 定,f=1.8/(RT×CT);⑤腳為公共地端;⑥腳為推挽輸出端,內部為圖騰柱式,上升、下降時間僅為50ns 驅動能力為±1A ;⑦腳是直流電源供電端,具有欠、過壓鎖定功能,芯片功耗為15mW;⑧腳為5V 基準電壓輸出端,有50mA 的負載能力。
UC3842 內部原理框圖
UC3842是一種性能優(yōu)異、應用廣泛、結構較簡單的PWM開關電源集成控制器,由于它只有一個輸出端,所以主要用于音端控制的開關電源。
UC3842 7腳為電壓輸入端,其啟動電壓范圍為16-34V。在電源啟動時,VCC﹤16V,輸入電壓施密物比較器輸出為0,此時無基準電壓產(chǎn)生,電路不工作;當 Vcc﹥16V時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基準電壓,此電壓一方面供銷內部電路工作,另一方面通過⑧腳向外部提供參考電 壓。一旦施密特比較器翻轉為高電平(芯片開始工作以后),Vcc可以在10V-34V范圍內變化而不影響電路的工作狀態(tài)。當Vcc低于10V時,施密特比 較器又翻轉為低電平,電路停止工作。
當基準穩(wěn)壓源有5V基準電壓輸出時,基準電壓檢測邏輯比較器即達出高電平信號到輸出電路。同時,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,此信號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脈寬調制器的R端接電流 檢測比較器輸出端。R端為占空調節(jié)控制端,當R電壓上升時,Q端脈沖加寬,同時⑥腳送出脈寬也加寬(占空比增多);當R端電壓下降時,Q端脈沖變窄,同時 ⑥腳送出脈寬也變變窄(占空比減?。?。UC3842各點時序如圖所示,只有當E點為高電平時才有信號輸出 ,并且a、b點全為高電平時,d點才送出高電平,c點送出低電平,否則d點送出低電平,c點送出高電平。②腳一般接輸出電壓取樣信號,也稱反饋信號。當② 腳電壓上升時,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,將流過開關管的電流轉為電壓,并將此電壓引入境腳。當負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1V時,⑥腳就停止脈沖 輸出,這樣就可以有效的保護功率管不受損壞。
2、TOP224P構成的12V、20W開關直流穩(wěn)壓電源電路
由TOP224P構成的 12V、20W開關直流穩(wěn)壓電源電路如圖所示。電路中使用兩片集成電路:TOP224P 型三端單片開關電源(IC1),PC817A型線性光耦合器 (IC2)。交流電源經(jīng)過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型超快恢復二極管。二 次繞組電壓通過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 這三者之和來設定的。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輸出提供一個假負載,用以提高輕載 時的負載調整率。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來調節(jié)控制端電流,通過改變輸出占空比達到穩(wěn)壓目 的。共模扼流圈L2能減小由一次繞組接D端的高壓開關波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流。C7為保護電容,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,而且決定自啟動頻率,它還與R1、R3一起對控制回路進行補 償。
本電源主要技術指標如下:
交流輸人電壓范圍:u=85~265V;
輸入電網(wǎng)頻率:fLl=47~440Hz;
輸出電壓(Io=1.67A):Uo=12V;
最大輸出電流:IOM=1.67A;
連續(xù)輸出功率:Po=20W(TA=25℃,或15W(TA=50℃);
電壓調整率:η=78%;
輸出紋波電壓的最大值:±60mV;
工作溫度范圍:TA=0~50℃。
三、DC-DC電源
1、3V轉+5V、+12V的電路圖
由電池供電的便攜式電子產(chǎn)品一般都采用低電源電壓,這樣可減少電池數(shù)量,達到減小產(chǎn)品尺寸及重量的目的,故一般常用3~5V作為工作電壓, 為保證電路工作的穩(wěn)定性及精度,要求采用穩(wěn)壓電源供電。若電路采用5V工作電壓,但另需一個較高的工作電壓,這往往使設計者為難。本文介紹一種采用兩塊升 壓模塊組成的電路可解決這一難題,并且只要兩節(jié)電池供電。
該電路的特點是外圍元件少、尺寸小、重量輕、輸出+5V、+12V都是穩(wěn)定的,滿足便攜式電子產(chǎn)品的要求。+5V電源可輸出60mA,+12V電源最大輸出電流為5mA。
該電路如上圖所示。它由AH805升壓模塊及FP106升壓模塊組成。AH805是一種輸入1.2~3V,輸出5V的升壓模塊,在3V供電 時可輸出 100mA電流。FP106是貼片式升壓模塊,輸入4~6V,輸出固定電壓為29±1V,輸出電流可達40mA,AH805及FP106都是一個電平控制 的關閉電源控制端。
兩節(jié)1.5V堿性電池輸出的3V電壓輸入AH805,AH805輸出+5V電壓,其一路作5V輸出,另一路輸入FP106使其產(chǎn)生28~30V電壓,經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出+12V電壓。
從圖中可以看出,只要改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值,即可獲得不同的輸出電壓,使用十分靈活。FP106的第⑤腳為控制電源關閉端,在關閉電源時,耗 電幾乎為零,當?shù)冖菽_加高電平》2.5V時,電源導通;當?shù)冖菽_加低電平<0.4V時,電源被關閉。可以用電路來控制或手動控制,若不需控制時,第 ⑤腳與第 ⑧腳連接。
2、用MC34063做3.6V電轉9V電路圖
工作狀態(tài):
無負載:
輸入:3.65V、18uA(相當600mAH的電池待機三年多)
有負載:
輸出:9.88V、50.2mA,輸入:3.65V、186.7mA,效率為72%
工作原理:
無負載時,IC的 6腳沒有電,停止工作,輸入端3.65V工作電流只有18uA(相當600mAH的電池待機三年多)!
當有負載時(Q1有Ieb電流),8550的EC極導通,IC得電工作。
IC是否工作是由是否有負載決定的,就相當一個電池。
用IC做電壓轉換效率高,輸出穩(wěn)定!
這個電路加點改進,增加功率可以做“不需開關的4.2V轉5V移動電源”。可以用個電池盒做手機的后備電源!
電路圖
電感是用0.3mm的線在1cm的工字磁芯上繞約30匝。我覺得這磁芯用得偏大了,他的空間還沒有繞上一半。
四、充電電路
1、lm358堿性電池充電器電路圖
堿性電池能否充電的問題,有兩種不同的說法。有的說可以充,效果非常好。有的說絕對不能充,電池說明提示了會有爆炸的危險。事實上,堿性電池確可充電,充電次數(shù)一般為30-50次左右。
實際上是由于在充電方法上的掌握,導致了截然不同的兩種后果。首先 ,堿性電池可以充電是毋庸置疑的,同時,在電池的說明中,都提到堿性電池不可充電,充電可能導致爆炸。這也是沒錯的,但是注意這里的用詞是“可能”導致爆 炸。你也可以理解為廠家的一種免責性的自我保護聲明。堿性電池充電的關鍵是溫度。只要能做到對電池充電時不出現(xiàn)高溫,就可以順利地完成充電過程,正確的充電方法要求有幾點:
1.小電流50MA
2.不過充1.7V,不過放1.3V
一些人嘗試充電實踐后,斬釘截鐵地說不能充電,之所以出現(xiàn)充不進電、用電時間短、漏液、爆炸等問題,多數(shù)是充電器的問題,如果充電器充電電 流太大,遠超過 50ma,如一些快速充電器充電電流在200ma以上,直接的后果是電池溫度很高,摸上去燙手,輕則會漏液,嚴重的就會爆炸。
有的人使用鎳氫充電電池充電器來充,低檔的充電器沒有自動停充功能,長時間的充電導致電池過充也會出現(xiàn)漏液和爆炸。好一點的充電器有自動停 充功能,但停充電壓一般設定為鎳氫充電電池的1.42V,而堿性電池充滿電壓約為1.7V。因此,電壓太低,感覺上就是充不進電,用電時間短,沒什么效 果。再有就是電池不過放指的是不要等到電池完全沒電再充電,這樣操作,再好的電池也就能充三、五次,且效果差。
一般建議用南孚堿性電池電壓不低于1.3V。所以,你如果打算對堿性電池充電,必須要有一個合格的充電器,充電電流50ma左右,充電截止電壓1.7V左右。看看你家的充電器吧。
市面上有賣堿性電池專用充電器的,所謂專利產(chǎn)品。實際上就是充電電壓1.7V電流50ma的簡單電路。利用手邊現(xiàn)有的零件LM358和TL431,我做了個簡單電路,截止電壓1.67V自動停充,成本兩元而已。供感興趣的朋友參考。
相關說明:
堿錳充電電池:是在堿性鋅錳電池的基礎上發(fā)展起來的,由于應用了無汞化的鋅粉及新型添加劑,故又稱為無汞堿錳電池。這種電池在不改變原堿性電池放電特性的同時,又能充電使用幾十次到幾百次,比較經(jīng)濟實惠。
堿性鋅錳電池簡稱堿錳電池,它是在1882年研制成功,1912年就已開發(fā),到了1949年才投產(chǎn)問世。人們發(fā)現(xiàn),當用KOH電解質溶液代替NH4Cl做電解質時,無論是電解質還是結構上都有較大變化,電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。
它的特點:
1.開路電壓為1.5V;
2.工作溫度范圍寬在-20℃~60℃之間,適于高寒地區(qū)使用;
3.大電流連續(xù)放電其容量是酸性鋅錳電池的5倍左右;
4.它的低溫放電性能也很好。
充電次數(shù)在30次以內,一般10-20次,需要特別充電器,極為容易喪失充電能力。
2、2.75W中 功率USB充電器電路圖
該設計采用了Power Integrations的LinkSwitch系列產(chǎn)品LNK613DG。這種設計非常適合手機或類似的USB充電器應用,包括手機電池充電器、USB 充電器或任何有恒壓/恒流特性要求的應用。
在電路中,二極管D1至 D4對AC輸入進行整流,電容C1和C2對DC進行濾波。L1、C1和C2組成一個π型濾波器,對差模傳導EMI噪聲進行衰減。這些與Power Integrations的變壓器E-sheild?技術相結合,使本設計能以充足的裕量輕松滿足EN55022 B級傳導EMI要求,且無需Y電容。防火、可熔、繞線式電阻RF1提供嚴重故障保護,并可限制啟動期間產(chǎn)生的浪涌電流。
圖顯示U1通過可選偏置電源實現(xiàn)供電,這樣可以將空載功耗降低到40 mW以下。旁路電容C4的值決定電纜壓降補償?shù)臄?shù)量。1μF的值對應于對一條0.3 Ω、24 AWG USB輸出電纜的補償。(10 μF電容對0.49 Ω、26 AWG USB輸出電纜進行補償。)
在恒壓階段,輸出電壓通過開關控制進行調節(jié)。輸出電壓通過跳過開關周期得以維持。通過調整使能與禁止周期的比例,可以維持穩(wěn)壓。這也可以使 轉換器的效率在整個負載范圍內得到優(yōu)化。輕載(涓流充電)條件下,還會降低電流限流點以減小變壓器磁通密度,進而降低音頻噪音和開關損耗。隨著負載電流的 增大,電流限流點也將升高,跳過的周期也越來越少。
當不再跳過任何開關周期時(達到最大功率點),LinkSwitch-II內的控制器將切換到恒流模式。需要進一步提高負載電流時,輸出電壓將會隨之下降。輸出電壓的下降反映在FB引腳電壓上。作為對FB引腳電壓下降的響應,開關頻率將線性下降,從而實現(xiàn)恒流輸出。
D5、R2、R3和C3組成RCD-R箝位電路,用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰。電阻R3擁有相對較大的值,用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩,這樣可以防止關斷期間的過度振蕩,從而降低傳導EMI。
二極管D7對次級進行整流,C7對其進行濾波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰,并降低傳導及輻射EMI。電阻R8和齊納二極 管 VR1形成一個輸出假負載,可以確??蛰d時的輸出電壓處于可接受的限制范圍內,并確保充電器從AC市電斷開時電池不會完全放電。反饋電阻R5和R6設定最 大工作頻率與恒壓階段的輸出電壓。
五、恒流源
1、淺談如何設計三線制恒流源驅動電路
恒流源驅動電路負責驅動溫度傳感器Pt1000,將其感知的隨溫度變化的電阻信號轉換成可測量的電壓信號。本系統(tǒng)中,所需恒流源要具有輸出 電流恒定,溫度穩(wěn)定性好,輸出電阻很大,輸出電流小于0.5 mA(Pt1000無自熱效應的上限),負載一端接地,輸出電流極性可改變等特點。
由于溫度對集成運放參數(shù)影響不如對晶體管或場效應管參數(shù)影響顯著,由集成運放構成的恒流源具有穩(wěn)定性更好、恒流性能更高的優(yōu)點。尤其在負載 一端需要接地的場合,獲得了廣泛應用。所以采用圖2所示的雙運放恒流源。其中放大器UA1構成加法器,UA2構成跟隨器,UA1、UA2均選用低噪聲、低失調、高開環(huán)增益雙極性運算放大器OP07。
三線制恒流源驅動電路
設圖中參考電阻Rref上下兩端的電位分別Va和Vb,Va即為同相加法器UA1的輸出,當取電阻R1=R2,R3=R4時,則Va=VREFx+Vb,故恒流源的輸出電流就為:
由此可見該雙運放恒流源具有以下顯著特點:
1)負載可接地;2)當運放為雙電源供電時,輸出電流為雙極性;3)恒定電流大小通過改變輸入?yún)⒖蓟鶞蔞REF或調整參考電阻Rref0的大小來實現(xiàn),很容易得到穩(wěn)定的小電流和補償校準。
由于電阻的失配,參考電阻Rref0的兩端電壓將會受到其驅動負載的端電壓Vb的影響。同時由于是恒流源,Vb肯定會隨負載的變化而變化, 從而就會影響恒流源的穩(wěn)定性。顯然這對高精度的恒流源是不能接受的。所以R1,R2,R3,R4這4個電阻的選取原則是失配要盡量的小,且每對電阻的失配 大小方向要一致。實際中,可以對大量同一批次的精密電阻進行篩選,選出其中阻值接近的4個電阻。
2、開關電源式高耐壓恒流源電路圖
研制儀器需要一個能在0到3兆歐姆電阻上產(chǎn)生1MA電流的恒流源,用UC3845結合12V蓄電池設計了一個,變壓器采用彩色電視機高壓 包,其中L1用漆包線在原高壓包磁心上繞24匝,L3借助原來高壓包的一個線圈,L2借助高壓包的高壓部分。L3和LM393構成限壓電路,限制輸出電壓 過高,調節(jié)R10 可以調節(jié)開路輸出電壓。