常用电源电路设计及应用.pdf

电子电路设计、仿真与制作常用电源电路设计及应用周润景摇 张摇 赫摇 编著内 容 提 要本书介绍了 19 个典型的电源电路设计案例,内容包含固定式单电源直流稳压电路设计、可调式单电源直流稳压电路设计、固定式双电源直流稳压电路设计、可调式双电源直流稳压电路设计、固定式稳流电源电路设计、可调式稳流电源电路设计、固定式倍压器直流稳压电源电路设计、逆变式直流稳压电源电路设计、升压式 DC/DC 电源电路设计、正负跟踪直流稳压电源电路设计、恒功率充电电路设计、可调式恒流源电路设计、交流稳压电源电路设计、固定式恒流源充电电路设计、数控直流稳压电源电路设计、可调式倍压器直流稳压电源电路设计、恒压源充电电路设计、压控恒流源电路设计、数控直流稳流电源电路设计。这些案例均来源于作者多年的实际科研项目,因此具有很强的实用性。通过对本书的学习和实践,读者能够很快掌握常用电源电路设计及应用方法。本书适合电子电路设计爱好者自学使用,也可作为高等学校相关专业课程设计、毕业设计及电子设计竞赛的指导书籍。未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有,侵权必究。图书在版编目(CIP)数据常用电源电路设计及应用/周润景,张赫编著 郾 北京:电子工业出版社,2017郾 5(电子电路设计、仿真与制作)ISBN 978-7-121-31406-3玉郾 淤常摇 域郾 淤周摇 于张摇 芋郾 淤电源电路-电路设计摇 郁郾 淤TN710郾 02中国版本图书馆 CIP 数据核字(2017)第 085017 号策划编辑:张摇 剑(zhang phei郾 com郾 cn)责任编辑:夏平飞印摇 摇 刷:装摇 摇 订:出版发行:电子工业出版社北京市海淀区万寿路 173 信箱摇 邮编 100036开摇 摇 本:787 伊1 092摇 1/16摇 印张:11郾 5摇 字数:278 千字版摇 摇 次:2017 年 5 月第 1 版印摇 摇 次:2017 年 5 月第 1 次印刷定摇 摇 价:39郾 80 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系,联系及邮购电话:(010)88254888,88258888。质量投诉请发邮件至 zlts phei郾 com郾 cn,盗版侵权举报请发邮件至 dbqq phei郾 com郾 cn。本书咨询联系方式:zhang phei郾 com郾 cn。前摇摇言随着科学技术的发展,电源电路在现代人的工作、科研、生活、学习中扮演着极为重要的角色。在我们使用的电子电路中,选用适当的电源电路进行供电是必不可少的。电源电路作为电子技术常用的设备之一,广泛地应用于教学、科研等领域。本书是作者对多年实践经验的整理和总结,读者通过对本书的学习,可以借鉴作者的研发思路和实践经验,能够尽快取得最佳的学习效果,这样无疑是找到了更有效的学习途径,减少了许多不必要的摸索时间。从实践性与技术性的角度来看,本书均有其独特的地方,对读者有一定的指导作用。本书详细介绍了 19 个项目,包括固定式单电源直流稳压电路设计、可调式单电源直流稳压电路设计、固定式双电源直流稳压电路设计、可调式双电源直流稳压电路设计、固定式稳流电源电路设计、可调式稳流电源电路设计、固定式倍压器直流稳压电源电路设计、逆变式直流稳压电源电路设计、升压式 DC/DC 电源电路设计、正负跟踪直流稳压电源电路设计、恒功率充电电路设计、可调式恒流源电路设计、交流稳压电源电路设计、固定式恒流源充电电路设计、数控直流稳压电源电路设计、可调式倍压器直流稳压电源电路设计、恒压源充电电路设计、压控恒流源电路设计、数控直流稳流电源电路设计。每个项目电路都对其传感器及电路各组成部分进行了详细的说明,使读者可以清晰了解各个模块的具体功能,并实现整体电路的仿真设计。各设计除经仿真验证外,另已制成实物进行测试并达到了设计指标。本书的内容来自作者的科研与实践,有关内容的讲解并没有过多的理论推导,而代之以实用的电路设计,因此实用是本书的一大特点。本书力求做到精选内容,推陈出新;讲清基本概念、基本电路的工作原理和基本分析方法。本书语言生动精炼,内容详尽,并且包含了大量可供参考的实例。本书由周润景、张赫编著。其中,张赫编写了项目 1 和项目 2,周润景负责其余项目的编写。全书由周润景统稿、定稿。另外,参加本书编写的还有邢婧、陈萌、井探亮、丁岩、谢亚楠、韩亦俍、刘艳珍、刘百灵、王洪艳、张红敏、张丽敏、周敬和宋志清。在本书的编写过程中,作者力求完美,但由于水平有限,书中不足之处敬请读者批评指正。作者芋目摇摇录项目 1摇 固定式单电源直流稳压电路设计1设计任务1基本要求1总体思路1系统组成1模块详解2PCB 版图7实物测试7项目总结7思考与练习8特别提醒8项目 2摇 可调式单电源直流稳压电路设计9设计任务9基本要求9总体思路9系统组成9模块详解10PCB 版图16实物测试16项目总结16思考与练习17特别提醒17项目 3摇 固定式双电源直流稳压电路设计18设计任务18基本要求18总体思路18系统组成18模块详解19PCB 版图23实物测试24项目总结24思考与练习24特别提醒25项目 4摇 可调式双电源直流稳压电路设计26吁设计任务26基本要求26总体思路26系统组成26模块详解27PCB 版图34实物测试34项目总结34思考与练习35特别提醒35项目 5摇 固定式稳流电源电路设计36设计任务36基本要求36总体思路36系统组成36模块详解37PCB 版图40实物测试40项目总结41思考与练习41项目 6摇 可调式稳流电源电路设计42设计任务42基本要求42总体思路42系统组成42模块详解43PCB 版图48实物测试48项目总结48思考与练习49项目 7摇 固定式倍压器直流稳压电源电路设计50设计任务50基本要求50总体思路50系统组成50模块详解51PCB 版图55实物测试55项目总结56遇思考与练习56特别提醒56项目 8摇 逆变式直流稳压电源电路设计57设计任务57基本要求57总体思路57系统组成57模块详解58PCB 版图64实物测试64项目总结64思考与练习65特别提醒65项目 9摇 升压式 DC/DC 电源电路设计66设计任务66基本要求66总体思路66系统组成66模块详解67PCB 版图72实物测试72项目总结73思考与练习73特别提醒73项目 10摇 正负跟踪直流稳压电源电路设计74设计任务74基本要求74总体思路74系统组成74模块详解75PCB 版图83实物测试84项目总结84思考与练习84特别提醒85项目 11摇 恒功率充电电路设计86设计任务86基本要求86总体思路86喻系统组成86模块详解87PCB 版图92实物测试92项目总结92思考与练习93特别提醒93项目 12摇 可调式恒流源电路设计94设计任务94基本要求94总体思路94系统组成94模块详解95PCB 版图100实物测试100项目总结101思考与练习101项目 13摇 交流稳压电源电路设计102设计任务102基本要求102总体思路102系统组成102模块详解103PCB 版图110实物测试110项目总结110思考与练习111特别提醒111项目 14摇 固定式恒流源充电电路设计112设计任务112基本要求112总体思路112系统组成112模块详解113PCB 版图118实物测试119思考与练习119特别提醒119项目 15摇 数控直流稳压电源电路设计120峪设计任务120基本要求120总体思路120系统组成121模块详解121PCB 版图132实物图132项目总结132思考与练习133特别提醒133项目 16摇 可调式倍压器直流稳压电源电路设计134设计任务134基本要求134总体思路134系统组成134模块详解135PCB 版图142实物测试143项目总结143思考与练习143特别提醒144项目 17摇 恒压源充电电路设计145设计任务145基本要求145总体思路145系统组成145模块详解146PCB 版图151实物测试151项目总结152思考与练习152特别提醒152项目 18摇 压控恒流源电路设计153设计任务153基本要求153总体思路153系统组成153模块详解154PCB 版图160御实物测试160项目总结161思考与练习161项目 19摇 数控直流稳流电源电路设计162设计任务162基本要求162总体思路162系统组成163模块详解163PCB 版图173实物图173项目总结174思考与练习174特别提醒174愈项目 1摇固定式单电源直流稳压电路设计在我们使用的电子电路中,多数都需要稳定的直流电源进行供电。直流稳压电源作为电子技术常用的设备之一,广泛地应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、控制困难、可靠性低、干扰大、精度低且体积大。本项目所介绍的固定式单电源直流稳压电路与传统的稳压电源相比,具有操作方便、电压稳定度高等特点。设计任务设计一个简单的直流稳压电源,将市电转化成直流稳压+5V。基本要求能够提供稳定的+5V 直流稳压电源。最大输出电流为 1A,电压调整率臆0郾 2%,负载调整率臆1%,纹波电压(峰-峰值)臆5mV(最低输入电压下,满载)。具有过流及短路保护功能。总体思路许多电子产品如电视机、电子计算机、音响设备等都需要直流电源,电子仪器也需要直流电源,实验室更需要独立的直流电源。为了提高电子设备的精度及稳定性,在直流电源中还要加入稳压电路,因此称为直流稳压电源。典型的直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分构成。电源变压器把 50Hz 的交流电网电压变成所需要的交流电压;整流电路用来将交流电变换为单向脉动直流电;滤波电路用来滤除整流后单向脉动电流中的交流成分(即纹波电压),使其成为平滑的直流电;稳压电路的作用是当输入交流电网电压波动、负载及温度变化时,维持输出直流电压的稳定。系统组成固定式单电源直流稳压电路整个系统主要分以下四个部分。1降压电路:利用变压器对 220V 交流电网电压进行降压,变为所需要的交流电压,以满足+5V 电源输出的需要。整流电路:将交流电压变为单方向脉动的直流电压。滤波电路:去掉整流电路输出的直流电中的纹波,将脉动的直流电压转化为平滑的直流电压,主要利用储能元件电容来实现。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压的稳定。系统模块框图如图 1-1 所示。图 1-1摇 系统模块框图模块详解1郾 整流电路它是全波整流的一种方式,称为桥式整流电路。该电路使用四个二极管,变压器有中心抽头。单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过,效率较高。利用两个半桥轮流导通,形成信号的正半周和负半周。使用有中心抽头的变压器则可以得到正负两个电压输出。整流电路原理图如图 1-2 所示。整流电路输出 out1 端输出波形,仿真结果如图 1-3 所示。图 1-2摇 整流电路原理图摇 摇图 1-3摇 整流电路输出仿真图交流电压设定如图 1-4 所示,将电压输入设置为 15V,频率设置为 50Hz,模仿市电经变压后的低压交流电源输入。2郾 滤波电路电容滤波一般负载电流较小,可以满足放电时间常数较大的条件,所以输出电压波形的放电段比较平缓,纹波较小,输出脉动系数 S 小,输出平均电压 UO大,具有较好的滤波特性。把电容器和负载并联,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。电路在三端稳压器的输入端接入电解电容 C1=1000滋F,用于电源滤波,其后并入电解电容 C2=4郾 7滋F 用于进一步滤波。在三端稳压器输出端接入电解电容C3=4郾 7滋F 用于减小电压纹波,而并入陶瓷电容 C4=100nF 用于改善负载的瞬态响应并抑制高频干扰(陶瓷小电容电感效应很小,可以忽略,而电解电容因为电感效应在高频段比较明显,所以不能抑制高频干扰)。滤波电路如图 1-5 所示。2图 1-4摇 电流输入设置图 1-5摇 滤波电路为了验证滤波电路的效果,以前端滤波电路(见图1-6)为例进行分析。前端滤波电路输出 out1 端输出波形,