实验报告 姓名：班级：学号：实验成绩： 同组姓名：实验日期：2009-11-24 指导老师：助教30 批阅日期： RLC 电路特性的研究 【实验目的】 1.通过研究RC、RL串联电路的暂态过程，加深对电容充、放电规律，电感的电磁感 应特性及震荡回路特点的认识。 2.掌握RC、RL串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。 3.用实验的方法找出电路的谐振频率，利用幅频曲线求出电路的品质因数Q值。【实验原理】 1 RC、RL、RLC暂态过程 (1) RC串联电路 在由R、C组成的电路中，暂态过程是电容的充放电的过程．其中信号源用方波信号．在 上半个周期内，方波电压+E，其对电容充电；在下半个周期内， 方波电压为零，电容对地放电．充放电过程中的回路方程分别为 通过以上二式可分别得到、的解。 半衰期 (2) RL串联电路 与RC串联电路进行类似分析可得，RL串联电路的时间常数t 及半衰期分别为 (3) RLC串联电路 在理想化的情况下，L、C都没有电阻，可实际上L、C本身都存在电阻，电阻是一种耗
损元件，将电能单向转化成热能。所以电阻在RLC电路中主要起阻尼作用。所以根据阻尼震荡方程可以三种不同状态的解，分别为欠阻尼、过阻尼和临界阻尼。 2 RC，RL电路串联稳态 当把正弦信号输入串联回路时，其电容和电阻两端的输出电压的幅度随输入电压的频率是等幅变化。而电压幅度随频率变化的曲线称幅频曲线，相位随频率的曲线称相频曲线。 3 RLC谐振 在 RLC串联谐振电路中，由于三个元 件之间存在相位超前和滞后的特性，所以当 电压一定并满足一定的频率时，使得电路中 的阻抗达到最小时电流将达到最大值，此时 的频率称为谐振频率。
2.1、输入整流滤波电路 只要有交流电AC220V输入，ATX开关电源，无论是否开启，其辅助电源就一直在工作，直接为开关电源控制电路提供工作电压。图1中，交流电AC220V经过保险管FUSE、电源互感滤波器L0，经BD1—BD4整流、C5和C6滤波，输出300V左右直流脉动电压。C1为尖峰吸收电容，防止交流电突变瞬间对电路造成不良影响。TH1为负温度系数热敏电阻，起过流保护和防雷击的作用。L0、R1和C2组成Π型滤波器，滤除市电电网中的高频干扰。C3和C4为高频辐射吸收电容，防止交流电窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。 2.2、高压尖峰吸收电路 D18、R004和C01组成高压尖峰吸收电路。当开关管Q03截止后，T3将产生一个很大的反极性尖峰电压，其峰值幅度超过Q03的C极电压很多倍，此尖峰电压的功率经D18储存于C01中，然后在电阻R004上消耗掉，从而降低了Q03的C极尖峰电压，使Q03免遭损坏。 2.3、辅助电源电路 整流器输出的300V左右直流脉动电压，一路经T3开关变压器的初级①~②绕组送往辅助电源开关管Q03的c极，另一路经启动电阻R002给Q03的b极提供正向偏置电压和启动电流，使Q03开始导通。Ic流经T3初级①~②绕组，使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，通过正反馈支路C02、D8、R06送往Q03的b极，使Q03迅速饱和导通，Q03上的Ic电流增至最大，即电流变化率为零，此时D7导通，通过电阻R05送出一个比较电压至IC3（光电耦合器Q817）的③脚，同时T3次级绕组产生的感应电动势经D50整流滤波后一路经R01限流后送至IC3的①脚，另一路经R02送至IC4（精密稳压电路TL431），由于Q03饱和导通时次级绕组产生的感应电动势比较平滑、稳定，经IC4的K端输出至IC3的②脚电压变化率几乎为零，使IC3发光二极管流过的电流几乎为零，此时光敏三极管截止，从而导致Q1截止。反馈电流通过R06、R003、Q03的b、e极等效电阻对电容C02充电，随着C02充电电压增加，流经Q03的b极电流逐渐减小，使③~④反馈绕组上的感应电动势
开关电源各模块原理 实图讲解
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 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。 C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②R1、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。 三、功率变换电路：
1、MOS 管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET （MOS 管），是利用半 导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，52、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS 管并接，使开关管电压应力减少，EMI 减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V 时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断 。 R1和Q1中的结电容C GS 、C GD 一起组成RC 网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS 管的GS 电压限制在18V 以下，从而保护了MOS 管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC 根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。 C4和R6为尖峰电压吸收回路。
FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻):
电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。 VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端(Fuse之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上的考虑，可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ，AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路蛭蠪G所以使用Y2-Cap，Y-Cap 会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、CISPR 22(EN55022) Class B 两种，FCC 测试频率在450K~30MHz，CISPR 22测试频率在150K~30MHz，Conduction可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但
甲血罔屈十 锂代-* 卜 ARC 阴 I/O CAP 基于DSP 的三相SPWM 变频电源的设计 变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。现代变频电源以低功 耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流 -直流-交流-滤波等部分构成，输出电压和电 流波形均为纯正的正弦波，且频率和幅度在一定范围内可调。 本文实现了基于TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计，通过有效利用TMS320F28335丰富的片上硬件资 源，实现了 SPWM 的不规则采样，并采用PID 算法使系统产生高品质的正弦波，具有运算速度快、精度高、灵活性好、 系统扩展能力强等优点。 系统总体介绍 根据结构不同，变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。本文所研究的变频电源采用间接变频结构即 交-直-交变换过程。首先通过单相全桥整流电路完成交 -直变换，然后在DSP 控制下把直流电源转换成三相 SPWM 波形 供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。变频系统控制器采用 TI 公司推出的业界首款浮点数字信号控制器 TMS320F28 335,它具有150MHz 高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期 32位累加运算，可满足应用对于更快代码 开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与上一代领先的数字信号处理器相比，最新的 F2833x 浮点控制器不 仅可将性能平均提升50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点 C28x TM 控制器软件的特点。系统总体框图如 图1所示。 图1系统总体框图 （1）整流滤波模块：对电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供波纹较小的直流电压。 （2）三相桥式逆变器模块：把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型 IPM 功率模块，具有电路简单、可 靠性高等特点。 （3）LC 滤波模块：滤除干扰和无用信号，使输出信号为标准正弦波。 （4） 控制电路模块：检测输出电压、电流信号后，按照一定的控制算法和控制策略产生 SPWM 控制信号，去控制 IPM 开关管的通断从而保持输出电压稳定，同时通过 SPI 接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完 成对输出信号的测频。 （5） 电压、电流检测模块：根据要求，需要实时检测线电压及相电流的变化，所以需要三路电压检测和三路电流 检测电路。所有的检测信号都经过电压跟随器隔离后由 TMS320F28335的A/D 通道输入。 电柠朗 初电厝
超声波发生器电源控制电路信息发布时间：(2008年8月7日22:02:40 ) 发布者IP地址: 信息详细内容: 第60324篇:基于PWM大功率超声波电源的设计发布时间:2006年12月30日点击次数:120 来源:电子设计应用作者:内蒙古科技大学机械工程学院苏凤岐汪建新孙建平摘要：本文详细介绍了为驱动磁滞伸缩换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源,该电源采用由IGBT构成的全桥式逆变主电路,实现了逆变降压和输出电压调控。控制电路以脉宽调制电路为核心,通过给定信号和反馈信号电压的比较,获得宽度可变的脉冲信号,调节电源的输出电压,并实现对电源的闭环控制。关键词：IGBT;波形发生器;超声换能器;脉宽调制引言近年来,随着全控制型电子器件和PWM技术的迅速发展,功率超声的应用及其驱动电源的开发已成为热点研究领域之一。本文介绍的高频换能器驱动电源,采用全桥移相式串联电路拓扑,以单片脉宽调制电路为核心、IGBT功率管为功率开关器件,实现了大功率输出。它具有效率高、性能稳定、体积小、质量轻和调节方便等优点。超声波电源的设计超声波电源的组成及原理框图逆变式超声波电源主要由主电路和控制电路两部分组成,其基本原理框图如图1所示。图1超声波发生器原理框图主电路是将电能从电网传递给负载的电路,其主要作用是减小变压器体积和改善电源的动态品质。控制电路则主要为逆变主电路提供开关脉冲信号,驱动逆变主电路工作,并借助反馈电路和给定电路来实现对逆变器的闭环控制。逆变主电路逆变主电路包括输入整流滤波、逆变器和输出滤波三个主要部分,而逆变器则是其核心部件。逆变器本设计采用的逆变电路为全桥式逆变电路,其优点是：适用于大功率输出,主变压器只需一个原边绕组,通过正、反向的电压得到正、反向的磁通。因此,变压器铁芯和绕组得到最佳利用,使效率得到提高。另外,功率开关管在正常运行情况下,最大的反向电压不会超过电源电压,4个能量恢复二极管能消除一部分由漏感产生的瞬时电压,无须设置能量恢复绕组,反激能量 便得到恢复利用。在全桥式逆变电路中,采用IGBT作为大功率开关器件。IGBT管构成的逆变器的电路原理图如图2所示。图2桥式变换电路图交流电经桥式整流器而获得直流电压,并经C0滤波,变成平滑的直流电压V+。该电压加在IGBT功率管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4组成的逆变桥上。当Tr1、Tr2、Tr3、Tr4都截止时,中频变压器T 原边线圈绕组T1p两端的电压U1=0。给Tr1、Tr3触发脉冲,这两个功率管导通, Tr2、Tr4截止时, 此时中频变压器T原边线圈绕组T1p两端的电压U1=V+,流经变压器原边线圈绕组T1p的电流方向由下至上。当Tr1、Tr3截止, Tr2、Tr4导通时, 此时中频变压器T原边线圈绕组T1p两端的电压U1=-V+,变压器原边线圈绕组T1p电流的方向为由上至下。由此可见,通过Tr1、Tr3和Tr2、Tr4的交替导通和关断,也就是交替驱动Tr1、Tr3和Tr2、Tr4, 中频变压器T的二次侧即得到矩形波交流输出,实现了直流变交流的过程。T r1, Tr2、Tr3, Tr4的通断受控于电子控制电路,其每秒钟驱动IGBT的次数决定了电源的工作频率。中频变压器在逆变器部分, 中频变压器的作用是实现电压变换,功率传递以及输入、输出之间的隔离。由于中频变压器的工作频率较高,随着频率的增大,铁芯的铁损将成倍增加。为了减少其铁损需选用厚度极薄的硅钢片,这显然是很不经济的,因而选用高导磁合金材料的铁氧体磁芯。铁氧体磁芯的规格可根据输出功率及其效率来确定,则磁芯有效截面积Ae、总磁感应强度增量△B也就确定。根据公式1,可计算出中频变压器的原边绕组匝数。 (1) 其中,Np为变压器原边绕组匝数,U1为变压器绕组电压,△B为总磁感应强度增量,Ton为最大导通时间。控制电路控制电路主要由电子控制电路和驱动电路构成,而电子控制电路又包括时序控制电路和脉宽调制电路。其中,脉宽调制电路是整个超声电源控制系统的核心,它与控制系统中的其它电路都有直接联系,其主要作用是将电压给定信号和电压 反馈信号进行比较放大,根据给定值与反馈值的差值,输出相应宽度的脉冲信号,以调整电源输出电压的大小。通常采用定频率调脉宽的PWM方式来达到换能器所需的各种特性控制。脉宽调制电路还有欠压、过压、过流等保护功能,封锁输出脉冲,使电源停止输出。另外,脉宽调制电路还具有软启动、死区设定等功能。脉宽调制电路本设计采用SG3525A作为电源的PWM芯片。该芯片使用简单,只需要外接少量电阻电容,即可构成所需的脉宽调制电路。如图3所示,芯片内部主要由误差放大器N1、比较器N2、振荡器、分相器和触发器等组成。图3 脉宽调制电路图给定电压Ug和反馈电压Uf分别接至误差放大器N1的同相端和反相端,N1 端的输出电压UN1接至比较器N2的反相输入端,同时,振荡器产生的三角波信号UN2,接至N2的同相输入端。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较,从而在比较器的输出端输出一个随误差放大器输出电压的高低而改变脉宽的方波脉冲。再将此方波脉冲送或非门的一个输入端,或非门另三个输入端分别为触发器、振荡锯齿波、欠压
开关电源原理 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 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。
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。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量
实验-分压电路特性研究
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实验九 分压电路特性研究 实验目的 1．了解基本仪器的性能和使用方法； 2．掌握分压两种电路的联结方法、性能和特点，学习检查电路故障的一般方法； 3．熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。 实验仪器 伏特计，直流电源，滑线变阻器，电阻箱，开关，导线。 实验原理 电路可以千变万化，但一个电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分。测量电路是先根据实验要求而确定好的，例如要校准某一电压表，需选一标准的电压表和它并联，这就是测量线路，它可等效于一个负载，这个负载可能是容性的、感性的或简单的电阻，以Z R 表示其负载。根据测量的要求，负载的电流值I 和电压值U 在一定的范围内变化，这就要求有一个合适的电源。控制电路的任务就是控制负载的电流和电压，使其数值和范围达到预定的要求。常用的是制流电路或分压电路。控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱。 1. 分压电路 (1) 调节范围 分压电路如图3-4所示，滑线变阻器两个固定端A 、B 与电源E 相接，负载Z R V Z R A C B K E R 图3-4 分压电路图 接滑动端C 和固定端A (或B )上，当滑动头C 由A 端滑至B 端，负载上电压由0变至E ，调节的范围与变阻器的阻值无关。 (2)分压特性曲线 当滑动头C 在任一位置时，AC 两端的分压值U 为
AC Z AC Z BC AC Z AC Z BC AC Z AC Z R R R R R E R R R R R R R R R E U ?++= +?? ++?= )(1 BC AC Z AC Z BC AC BC AC Z AC Z R R R R R R E R R R R R R ER +???=++= 0)( X R R E R K R R R R E R R R BC Z AC BC AC Z AC Z +??= ?+??=0 (3-4) 式中BC AC R R R +=0 ，0R R K z = ， 0 R R X AC = 由实验可得不同K 值的分压特性曲线，如图3-5所示 从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点： ①不论0R 的大小，负载Z R 的电压调节范围均可从0 →E ； ②K 越小电压调节越不均匀； ③K 越大电压调节越均匀，因此要电压U 在0到max U 整个范围内均匀变化，则取 1>K 比较合适，实际2=K 那条线可近似作为直线，故取2 0z R R ≤即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。 图3-5 分压特性曲线 (3)细调程度 当K< 电源保护电路系统的设计与制作 为了方便在实验室做各种电路实验，实验室电源系统应具有如下的功能： 输出+12V，-12V，+5V固定电压的直流稳压电压源； 输出输出电压从1.25V到12V可调的直流稳压电压源； 输出电流从2mA到40mA可调的直流电流源； 输出电压约为+16V，-16V的直流电压源（没有经过稳压的电压源，方便做电源实验用）； 输出电压为12V的交流电压源（方便做电源实验用）； 在电子技术实验室使用较广泛的综合电路实验箱所使用的电源一般有好几组电源输出，如+12V，+5V，-12V等等，数字实验电路还有一个+5V电源插口。由于是学生实验用仪器，学生在做实验时操作出错是常有的现象，主要是以下三类错误：一是电源直接短路造成的严重过载而损坏电源电路，此类错误的后果是损坏稳压器，或整流二极管或变压器；二是负载过重，这往往是学生由于接线错误，如芯片的线接错，虽没有直接短路，但可能电流超过额定值，若再加上没有及时排除故障，使得时间过长，而损坏电路，如损坏芯片，进一步损坏电源电路器件；还有一种可能是将+12V或者-12V电源插入到数字实验电路的+5V电源插口，这样造成数字电路（如高低电平信号形成电路，数码信号显示电路等等）中的集成块损坏，特别是TTL集成电路块的损坏。因此，设计制作一个电路保护系统很有必要。 对保护电路的要求： 过压保护：输出的所有电压中，只要任何一个电压超过额定值1V，保护电路动作。 欠压保护：输出的所有电压中，只要任何一个电压低于额定值1V，保护电路动作。 过流保护：任何一个输出电流超过500mA时或所有正电源电流之和超过500mA时或所有负电源电流之各超过500mA时，保护电路动作。 电源电压接错保护：在应加+5V电源接口处错误地加上了其它电源，如+12V，-12V等等，保护电路动作。 常用的电路保护措施有： 熔断器保护，即通常用的保险丝，保险管，它是一种过流保护器件，将它串接在电源电 开关电源入门必读：开关电源工作原理超详细解析 第1页：前言：PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Sw itching Mode P ow er Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（sw itching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”） 配图1：标准的线性电源设计图 配图2：线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/W ii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PW M，Pulse W idth Modulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。 反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。 第2页：看图说话：图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction，功率因素校正)电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3：没有PFC电路的电源 图4：有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。 继电器控制电路模块及原理讲解 发布: 2011-9-8 | 作者: —— | 来源:huangguohai| 查看: 564次| 用户关注： 能直接带动继电器工作的CMOS集成块电路在电子爱好者认识电路知识的的习惯中，总认为CMOS 集成块本身不能直接带动继电器工作，但实际上，部分CMOS集成块不仅能直接带动继电器工作，而且工作还非常稳定可靠。本实验中所用继电器的型号为JRC5M－DC12V微型密封的继电器（其线圈电阻为750Ω）。现将CD4066CMOS集成块带动继电器的工作原理分析如下：CD4066是一个四双向模拟开关，集成块SCR1～SCR4为控制端，用于控制四双向模拟开关的 能直接带动继电器工作的CMOS集成块电路 在电子爱好者认识电路知识的的习惯中，总认为CMOS集成块本身不能直接带动继电器工作，但实际上，部分CMOS集成块不仅能直接带动继电器工作，而且工作还非常稳定可靠。本实验中所用继电器的型号为JRC5M－D C12V微型密封的继电器（其线圈电阻为750Ω）。现将CD4066CMOS集成块带动继电器的工作原理分析如下： CD4066是一个四双向模拟开关，集成块SCR1～SCR4为控制端，用于控制四双向模拟开关的通断。当SCR1接高电平时，集成块①、②脚导通，＋12V→K1→集成块①、②脚→电源负极使K1吸合；反之当SCR1输入低电平时，集成块①、②脚开路，K1失电释放，SC R2～SCR4输入高电平或低电平时状态与SCR1相同。 本电路中，继电器线圈的两端均反相并联了一只二极管，它是用来保护集成电路本身的，千万不可省去，否则在继电器由吸合状态转为释放时，由于电感的作用线圈上将产生较高的反电动势，极容易导致集成块击穿。并联了二极管后，在继电器由吸合变为释放的瞬间，线圈将通过二极管形成短时间的续流回路，使线圈中的电流不致突变，从而避免了线圈中反电动势的产生，确保了集成块的安全。 低电压下继电器的吸合措施 用TL494制作的ATXC开关电源控制电路图 本开头电源控制电路采用ＴＬ４９４（有的电源采用ＫＡ７５００Ｂ，其管脚功能与ＴＬ４９４相同，可互换）及ＬＭ３３９集成电路（以下简称４９４和３３９）。４９４是双排１６脚集成电路，工作电压７～４０Ｖ。它含有由{14}脚输出的＋５Ｖ基准电源，输出电压为＋５Ｖ（±０．０５Ｖ），最大输出电流２５０ｍＡ；一个频率可调的锯齿波产生电路。 图1 ＡＴＸ电源的控制电路见图１。控制电路采用ＴＬ４９４（有的电源采用ＫＡ７５００Ｂ，其管脚功能与ＴＬ４９４相同，可互换）及ＬＭ３３９集成电路（以下简称４９４和３３９）。４９４是双排１６脚集成电路，工作电压７～４０Ｖ。它含有由{14}脚输出的＋５Ｖ基准电源，输出电压为＋５Ｖ（±０．０５Ｖ），最大输出电流２５０ｍＡ；一个频率可调的锯齿波产生电路，振荡频率由{5}脚外接电容及{6}脚外接电阻来决定。{13}脚为高电平时，由{8}脚及{11}脚输出双路反相（即推挽工作方式）的脉宽调制信号。本例为此种工作方式，故将{13}脚与{14}脚相连接。比较器是一种运算放大器，符号用三角形表示，它有一个同相输入端“＋”；一个反相输入端“－”和一个输出端。 比较器同相端电平若高于反相端电平，则输出端输出高电平；反之输出低电平。４９４内的比较放大器有四个，为叙述方便，在图１中用小写字母 ａ、ｂ、ｃ、ｄ来表示。其中ａ是死区时间比较器。因两个作逆变工作的三极管串联后接到＋３１０Ｖ的直流电源上，若两个三极管同时导通，就会形成对直流电源的短路。两个三极管同时导通可能发生在一个管子从截止转为导通，而另一个管子由导通转为截止的时候。因为管子在转换时有时间的延迟，截止的管子已经转为导通了，但导通的管子尚未完全转为截止，于是两个管子都呈导通状态而形成对直流电源的短路。为防止这样的事情发生，４９４设置了死区时间比较器ａ。从图１可以看出，在比较器ａ的反相输入端串联了一个“电源”，正极接反相端，负极接４９４的{4}脚。Ａ比较器同相端输入的锯齿波信号，只有大于“电源”电压的部分才有输出，在三极管导通变为截止与截止转为导通期间，也就是死区时间，４９４没有脉冲输出，避免了对直流电源的短路。死区时间还可由{4}脚外接的电平来控制，{4}脚的电平上升，死区时间变宽，４９４输出的脉冲就变窄了，若{4}脚的电平超过了锯齿波的峰值电压，４９４就进入了保护状态，{8}脚和{11}脚就不输出脉冲了。４９４内部还有３个二输入端与门（用１、２、３表示）、两个二输入端与非门、反相器、Ｔ触发器等电路。与门是这样一种电路，只有所有的输入端都是高电平，输出端才能输出高电平；若有一个输入端为低电平，则输出端输出低电平。反相器的作用是把输入信号隔离放大后反相输出。与非门则相当于一个与门和一个反相器的组合。Ｔ触发器的作用是：每输入一个脉冲，输出端的电平就变化一次。如输出端Ｑ为低电平，输入一个脉冲后，Ｑ变为高电平，再输入一个脉冲，Ｑ又回到低电平。比较器、与门、反相器、Ｔ触发器以及锯齿波振荡器及{8}脚、{11}脚输出的波形见图２。３３９是四比较器集成电路。按管脚的顺序把内部四个比较器设为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ比较器。４９４和３３９再配合其他电路，共同完成ＡＴＸ电源的稳压，产生ＰＷ－ＯＫ信号及各种保护功能。 开关电源原理 一、 开关电源的电路组成： PWM 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。 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②R1、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。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体 表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输 5 ATX 电源的控制电路见图1。控制电路采用TL 4 9 4 （有的电源采用KA 7 5 0 0 B ，其管脚功能与 TL 4 9 4相同，可互换）及LM 3 3 9集成电路（以下简称494和3 39）。494是双排16脚集 成电路，工作电压7?4 0V 。它含有由｛14｝脚输出的+5V 基准电源， 输出电压为+5V （ ±0. 05V ）, 最大输出电流2 5 0 mA; 一个频率可调的锯齿波产生电路， 振荡频率由｛5｝脚外接电容及｛6｝脚外接电阻来 决定。｛13｝脚为高电平时，由｛8｝脚及｛11｝脚输出双路反相（即推挽工作方式）的脉宽调制信号。本例为此 种 工作方式，故将｛13｝脚与｛14｝脚相连接。比较器是一种运算放大器，符号用三角形表示，它有一个同相输 入端牛"；一个反相输入端 ■"和一个输出端。 比较器同相端电平若高于反相端电平，则输岀端输岀高电平；反之输岀低电平。4 9 4内的比较放 大器有四 个，为叙述方便，在图1中用小写字母a 、b 、c 、d 来表示。其中a 是死区时间比较器。因两 个作逆变工作的三极管 串联后接到+3 10V 的直流电源上，若两个三极管同时导通，就会形成对直流电 源的短路。两个三极管同时导通可能 发生在一个管子从截止转为导通，而另一个管子由导通转为截止的时 候。因为管子在转换时有时间的延迟，截止的管 子已经转为导通了，但导通的管子尚未完全转为截止，于 是两个管子都呈导通状态而形成对直流电源的短路。为防止 这样的事情发生，494设置了死区时间比较 器a 。从图1可以看出，在比较器a 的反相输入端串联了一个 电源"，正 极接反相端，负极接4 9 4的 ｛4｝ 脚。A 比较器同相端输入的锯齿波信号，只有大于 电源"电压的部分才有输出，在三极管导通变为截止与 截止转为导通期间，也就是死区时间，4 9 4没有脉冲输岀，避免了对直流电源的短路。 死区时间还可由｛4｝ 脚外接 的电平来控制，｛4｝脚的电平上升，死区时间变宽，4 9 4输出的脉冲就变窄了，若 ｛4｝脚的电平超过 了锯齿波的峰值电压，4 9 4就进入了保护状态， ｛8｝脚和｛11｝脚就不输出脉冲了。4 9 4内部还有3个二 输入端与门（用1、2、3表示）、两个二输入端与非门、反相器、T 触发器等电路。与门是这样一种电 路，只有所有 的输入端都是高电平，输岀端才能输岀高电平；若有一个输入端为低电平，则输岀端输岀低 电平。反相器的作用是把 输入信号隔离放大后反相输出。与非门则相当于一个与门和一个反相器的组合。 T 触发器的作用是：每输入一个脉冲，输出端的电平就变化一次。如输出端Q 为低电平，输入一个脉冲后， Q 变为高 电平，再输入一个脉冲，Q 又回到低电平。比较器、与门、反相器、T 触发器以及锯齿波振荡器 及｛8｝脚、｛11｝ 脚输出的波形见图2。 3 3 9是四比较器集成电路。 按管脚的顺序把内部四个比较器设为A 、 B 、 C 、 D 比较器。4 9 4和3 3 9再配合其他电路，共同完成ATX 电源的稳压，产生PW-OK 信 号及各种保护功能。 一、 产生PW-OK 信号 PC 主机要求各路电源稳定之后才工作，以保护各元器件不致因电压不稳而损坏，故设置了PW-O K 信号（约+ 5V ），主机在获得此信号后才开始工作。接通电源时，要求PW-OK 信号比 ±5V 、±1 2V 、+3 .3V 电源延迟数百毫秒才产生，关机时PW-OK 信号应比直流电源先消失数百毫秒，以便 主机先停止工作，硬盘的磁头回复到着陆区，以保护硬盘。 ATX 电源接通市电后，辅助电源立即工作。一方面输出 + 5VSB 电源，同时向4 9 4的 ｛12｝脚提 供十几伏到二十多伏的直流电源。4 9 4从 ｛14｝脚输出+5V 基准电源，锯齿波振荡器也开始起振工作。 若主机未开机，PS —ON 信号为高电平，经R37使3 3 9的E 比较器 ｛6｝脚亦为高电平，因电阻R37 小于R44, ｛6｝脚电平高于｛7｝脚电平，E 比较器输出端｛1｝脚输出低电平，经D36的钳位作用，A 比较 器的反 输出斋暮一TLTL 期出也号m_r d W 的础宅平械官 』畀申弔恼向叶门脚疽出茂落 :沁冠屯平冏玄冈11胆侑出運孚 h_n : I”刑的勺闵呻平 肌剧4的丿翼呻.毛 匚，丄阴的枣她出靈晤 时刖斷1113駅FJS 轧5 ?ns 出常 二对心M 门 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路 图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1 处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。 单端反激式开关电源使用的开关管VT1 承受的最大反向 电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。 ３．单端正激式开关电源 单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。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。 ４．自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。 当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1 开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2 中感应出使VT1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1 很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic 开始减小，在L2 中感应出使VT1 基极为负、发射极为正的电压，使VT1 迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振电源保护电路系统的设计与制作
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