电源电路设计
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、A/D与D/A电路。
知识要点：
A/D与D/A。
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，
根据实验条件，每一节完成2～3电路的实际设计制作，要求完成电原理图、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、A/D与D/A等电路的设计制作可以结合单片机和FPGA的训练进行。
3.1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DC-DC电路等组成的典型电路设计。
3.1.1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3.1.1
所示。
图3.1.1直流稳压电源基本组成框图
电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变成整流电路所需要的电压U1。整流电路的作用是将交流电压U1变换成脉动的直流U2，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IN4007、IN5148等，桥堆有RS210等。滤波电路作用是将脉动直流U2滤除纹波，变成纹波小的U3，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：
Ui=nU1
其中，
n分别为变压器的变比。
U2=(1.1~1.2)U1
每只二极管或桥堆所承受的最大反向电压
URM=2U1
（a）LM317塑料封装形式（b）LM337塑料封装形式
图3.1.6常见三端可调稳压器的封装形式
与LM317系列相比，负压输出的LM337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3.1.7（b）。
图3.1.10MC34063A内部电路结构
图3.1.10为MC34063A内部电路结构。它是由带温度补偿的参考电压源(1.25V)、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40V(直流)；比较器输入电压范围为-0.3-40V(直流)；开关发射极电压为40V(直流)；开关集电极电压为40V(直流)；驱动集电极电流为100mA；开关电流为1.5A。
图3.1.11是由MC34063A组成的升压式DC／DC变换器。电路的输入电压为+12V，输出电压为+28V，输出电流可达175mA。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R1、R2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89．2％。如果需要，本电路在加入扩流管后输出电流可达1.5A
以上。
图3.1.11MC34063A组成的升压式DC／DC
变换器
图3.1.12MC34063A组成的降压式DC／DC变换器电路
图3.1.13MC34063A组成的电压反转式DC／DC变换器
图3.1.12是由MC34063A组成的降压式DC／DC变换器电路。电路的输入电压为25V，输出电压为5V／500mA。电路将1、8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1.5A。当电路中的电阻Rsc选择0.1Ω时，其限制电流为1.1A。本电路的效率为82。5％。图3.1.13是由MC34063A组成的电压反转式DC／DC变换器。输入电压为4.5～6.0V，输出电压为-12V／100mA。此电路的限制电流为910mA。外接扩流管可将输出电流增加到1.5A以上。电路效率为64.5％。
它的输出电压决定于：Uo=1.25R2/R1，1.25为芯片内部产生的参考电压。通过计算，选取适当的R1和R2值，就可得到不同的电压输出范围。
3.1.7精密稳压电源电路
利用三端稳压器MC7805，配合可编程精密电压基准TL431,可以组成简单的精密高压可调压电路。如图3.1.14所示。
·转换频率高：可达80％以上。
MAX749的管脚图如图3.1.17所示。
U+:输入电压端，2V～6V。
ADJ:调节逻辑输入端，当CTRL为高时，ADJ的一个上升脉冲使MAX749内部计数器加1；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3.1.1输入逻辑真值表
ADJ
1CTRL00结果关闭状态计数器复位到中间
值
×
0→111工作状态计数器加1
CTRL：控制逻辑输入端，当CTRL和ADJ均为低时，MAX749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3.1.1所示。
FB：设置最大输出电压的反馈输入端，−UOUT(max)=RFB×20μΑ,电流调整时应有UFB＝0V。
GND：0V,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140mV。注意：真值表中，关闭状态下输出为0，而复位状态下计数器为中间值32，此时输入为Umin而非零。
用MAX749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3.1.18
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R1、R2的值即R1=Umin.33μΑ
R2=Umax.33μΑ−R1
当电位计值为0时，对应Umin；当电位计值为R2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MAX749产生负电压时要注意元件的选择，这里特别说明几点：
（1）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＋5V或＋5V以上）。如使用8550三极管，它可以提供较大的输出电流。
（2）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－24V的情况下，要求输出电流为0.5A左右时，可取RSENSE＝0.25Ω；输出电流为0.8A左右时，可取RSENSE＝0.2Ω。
（3）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160Ω～470Ω之间。
（4）其它：电感L在22μH～100μH之间，通常去47μH，为提高效率，电感的内阻要小，最好在300mΩ以下；二极管可用IN5817～IN5822系列；CCOMP取决于RFB及电路布局，通常在100pF～10nF
之间。