作者：张培忠,李雄杰
出版社：电子工业出版社
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实用电源分析设计与制作试读：
前言
在各高校的电子信息类专业中，电源技术以前没有单独作为一门课程开设，仅在模拟电子技术课程中作为一章的内容，而且主要介绍传统的线性稳压电源，没有详细的开关稳压电源等新型实用电源等内容。随着我国社会经济的快速发展，各种电子产品大量存在于工业生产和日常生活环境中，其中电源是电子产品的重要组成部分。为提高工业生产水平和人民生活质量，社会需要大量的懂得电源技术的技能型人才，为此已有多所院校单独开设本课程，通过对本课程的学习与实践，理解和掌握电源的最新实用技术，解决工作中可能碰到的电源问题，为今后的学习和顺利上岗就业打好基础。
本书根据电子行业的职业能力要求来构建课程内容，以典型工作任务为主线，将课程必需的相关理论知识构建于项目之中，学生在完成具体项目的过程中学习电源技术，训练职业能力，掌握相应的理论知识。通过电源集成电路和设计软件，可设计出符合各种产品要求的电源，为各行业需要的多种实用电子产品提供技术支持。
全书共分为7个项目，内容覆盖线性稳压电源、开关稳压电源、开关电源软件设计、DC-DC电源、LED照明电源、电池充电电路、特色电源电路等。基础理论包括电源电路的基本结构、工作原理、应用实践等；典型工作任务包括各种元器件的检测，各类电源的设计、制作、调试与测试等。本课程注重整体设计和应用技能培养，教学建议采用做中学方式，参考课时如下表所示，各院校可根据不同专业的教学需要和实验实训环境对内容和课时进行适当调整。
本书是张培忠副教授和李雄杰教授30年来从事电子类专业课程研究与教学改革不断耕耘的结晶，注重内容的实用性与先进性、教学的灵活性与合理性，着力培养学生掌握必备的基本理论知识和实际工程技能。在编写过程中得到多个合作企业技术人员提供的许多宝贵意见及资料，并参考了大量的相关资料和文献，在此表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，本书难免有疏忽和不当之处，恳请各位读者及同行专家批评指正。
为方便教师教学，本书配有免费的电子教学课件和习题参考答案，有此需要的教师可登录华信教育资源网（http：//www.hxedu.com.cn）免费注册后进行下载，有问题时请在网站留言或与电子工业出版社联系（E-mail：hxedu＠phei.com.cn）。编者
项目1 线性稳压电源设计制作
通过对+5V单片机电源、±12V运放电源的设计与制作，能够初步掌握线性直流稳压电源的电路结构（整流、滤波、稳压）与工作原理，熟悉线性稳压电源中的各种元器件，能进行线性稳压电源的电路与PCB设计、制作、调试、参数测试。【知识要求】（1）掌握线性直流稳压电源的电路组成。（2）掌握半波、全波、桥式整流电路的电路结构与工作原理。（3）掌握电容滤波的工作原理，了解电感滤波的工作原理。（4）掌握硅稳压管稳压电路的电路结构与工作原理。（5）掌握线性直流稳压电源的电路结构及工作原理。（6）了解三端集成稳压器内电路结构。（7）会选用三端集成稳压芯片来设计线性稳压电源。【能力要求】（1）能绘制线性直流稳压电源的原理图。（2）能设计线性直流稳压电源的PCB。（3）能选用三端集成稳压芯片设计、制作线性稳压电源。（4）能调试、测试线性稳压电源。
所有的电子产品都离不开可靠的电源为其供电，现代电子产品中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体器件需要几伏到几十伏的直流供电，以得到正常工作所需要的能源。因此，电源电路是电子产品中的基本电路，也是模拟电子技术中的基本电路。
1.1 认识直流稳压电源
1.1.1 直流稳压电源分类
稳压电源分为交流稳压电源和直流稳压电源两大类。直流稳压电源按习惯可分为化学电源、线性稳压电源和开关稳压电源，它们又分别具有各种不同类型。
1.化学电源
平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池。在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧，放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。
2.线性稳压电源
线性稳压电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳压输出。由于调整管静态损耗大，所以需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50 Hz）上，所以质量较大。
线性稳压电源的优点是输出电压稳定性高、纹波小、电路简单、可靠性高、输出连续可调。缺点是效率相对较低、体积大、较笨重。线性稳压电源适用于小功率电源，应用于对电源效率要求不高的场合。
3.开关稳压电源
与线性稳压电源不同的一类稳压电源就是开关稳压电源，它的电路形式主要有单端反激式、单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性稳压电源的根本区别在于它的变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功率管不是工作在饱和区就是截止区，即开关状态，开关电源因此而得名。
开关稳压电源的优点是效率高、体积小、质量轻、稳定可靠、易设计成多路输出。缺点（相对于线性电源来说）是纹波较大、存在电磁干扰、电路复杂。开关稳压电源适用于对电源效率要求很高的场合。如图1-1所示就是一种常用的计算机开关电源。
1.1.2 线性稳压电源的结构
线性稳压电源是一种常用的电源，在各种电类设备中大量采用。常用线性稳压电源的组成框图如图1-2所示，它主要由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路组成。图1-1 计算机开关电源图1-2 常用线性稳压电源的组成框图
常用线性稳压电源各部分电路作用如下。（1）电源变压器：将交流电网电压u变为幅度合适的交流电压1u。2（2）整流电路：将交流电压u变为脉动的直流电压u。23（3）滤波电路：将脉动的直流电压u转变为平滑的直流电压3u。4（4）稳压电路：消除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压u的稳定。o
1.1.3 电源变压器分类与特性参数
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接交流电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈，如图1-3所示。图1-3 电源变压器
1.变压器分类
变压器的多种分类方式如下。（1）按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。（2）按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。（3）按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C形铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C形铁芯、铁氧体铁芯）、环形变压器、金属箔变压器。（4）按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。（5）按用途分类：电源变压器（如图1-3所示）、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
2.电源变压器的特性参数（1）工作频率：变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。（2）额定功率：在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。（3）额定电压：指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。（4）电压比：指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。（5）空载电流：变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50 Hz的电源变压器而言，空载电流基本等于磁化电流。（6）空载损耗：指变压器次级开路时，在初级测得的功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。（7）效率：指次级功率P与初级功率P比值的百分比。通常变21压器的额定功率越大，效率就越高。（8）绝缘电阻：表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。
1.1.4 整流电路工作原理与主要参数
整流电路的作用是将交流电转变为直流电。整流电路主要由二极管电路实现，有多种电路可以实现整流功能。
1.单相半波整流电路
1）电路结构
单相半波整流电路是一种最简单的整流电路，电路只有一个二极管VD，电路结构如图1-4所示。图1-4 单相半波整流电路结构
2）工作原理
当u>0时，二极管VD导通，u=u；当u<0 时，二极管VD截止，2L22u=0。单相半波整流电路的电压波形如图1-5所示。L图1-5 单相半波整流电路的电压波形图
3）主要参数（1）输出电压平均值U：L（2）输出电流平均值I：L（3）流过二极管的平均电流I：D（4）二极管承受的最高反向电压U：RM
单相半波整流电路比较简单，初级线圈、次级线圈只有一半时间在工作，效率低。
2.单相全波整流电路
1）电路结构
单相全波整流电路结构如图1-6所示，该电路的特点是有两个二极管，变压器副边有中心抽头，会感应出两个相等的电压u。2图1-6 单相全波整流电路结构
2）工作原理
当u在正半周时，VD导通，VD截止；当u在负半周时，VD21222导通，VD截止。单相全波整流电路的电压波形如图1-7所示。1图1-7 单相全波整流电路的电压波形图
3）主要参数（1）输出电压平均值U：L（2）输出电流平均值I：L（3）流过二极管的平均电流I：D（4）二极管承受的最高反向电压U：RM
单相全波整流电路比较简单，次级线圈只有一半时间在工作。
3.单相桥式整流电路
1）电路结构
单相桥式整流电路结构如图1-8所示，它主要由四个二极管组成。图1-8 单相桥式整流电路
2）工作原理
当u为正半周时，VD、VD导通，VD、VD截止；当u为负半213242周时，VD、VD导通，VD、VD截止。单相桥式整流电路波形如图24131-9所示。图1-9 单相桥式整流电路的电压波形图
3）主要参数（1）输出电压平均值U：L（2）输出电流平均值I：L（3）流过二极管的平均电流I：D（4）二极管承受的最大反向电压U：RM
4）集成硅整流桥
为了便于使用，将四个整流二极管封装在一起，构成集成硅整流桥，如图1-10所示。图1-10 单相整流桥实物图和符号
1.1.5 滤波电路工作原理与主要参数
在电源系统中，滤波电路对脉动的直流进行平滑处理。滤波电路主要由储能元件L、C构成。常用的滤波电路如图1-11所示，其主要结构特点：电容与负载R并联，或电感与负载R串联。LL图1-11 常用的滤波电路
1.电容滤波电路
1）工作原理
以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，电容滤波电路如图1-12所示。图1-12 电容滤波电路（1）当R未接入时（忽略整流电路内阻），电容C只有充电而不L能放电，电压波形如图1-13所示。输出电压平均值等于交流电压的峰值。图1-13 滤波电路电压波形（一）（2）当R接入（且RC较大）时（忽略整流电路内阻），电容CLL充电快而放电慢，电压波形如图1-14所示。图1-14 滤波电路电压波形（二）（3）电容充、放电过程说明如图1-15所示。在T期间，整流电1路电压u大于u，二极管导通，C被充电，因此二极管中的电流i是2cD脉冲波，流过二极管瞬时电流i很大。在T期间，整流电路电压u小D22于u，二极管截止，电容向负载放电。c图1-15 电容充、放电过程说明
2）滤波时间常数选择
输出电压平均值U与时间常数RC有关。RC越大，电容放电越oLL慢，U（平均值）越大。一般取：o
3）输出特性
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]