电赛汇总(四):电路电源模块设计 |
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电源电路模块制作
这一章节主要详细记录电赛中常见的两大块:稳压和整流两大模块的设计,以便随时查看翻阅。这部分内容出自黄智伟等学者著的《全国大学生电子设计竞赛教程–常用电路模块制作》一书中,感兴趣的朋友可以购买翻阅。 文章目录 电源电路模块制作4.1 线性稳压电源模块制作4.1.1 整流模块制作4.1.2 ±12V和±5 V电源模块制作 4.2 基于 MAX887的3.3 V DC-DC电路模块4.2.1 MAX887简介4.2.2 3.3 V DC-DC电路和PCB 4.3 基于 MAX1771 的升压(Boost)电路模块4.3.1 MAX1771简介4.3.2 24~36 V DC-DC升压电路和PCB 4.4基于UC3843的Boost升压模块4.4.1 UC3843简介4.4.2 DC-DC升压电路和PCB 4.5 DC-AC-DC升压电源模块4.5.1 系统组成4.5.2 DC-AC电路4.5.3 倍压整流电路4.5.4 PWM调制电路4.5.5 DC-AC-DC升压电源模块电路和PCB 4.1 线性稳压电源模块制作本线性稳压电源模块分为整流电路模块和稳压器模块两个部分,整流电路模块将交流电整流成直流±20 V直流电输出,稳压器电路模块与整流电路模块相连接,稳压器电路模块输出±12V和±5 V。利用该电路结构和 PCB图,改变变压器的输出电压,采用不同的三端稳压器芯片,可以得到不同的输出电压。 4.1.1 整流模块制作市电 220 V先经过变压器降至交流 17 V,通过整流电路整流至直流±20 V,通过接口插座直接连接到B、C、D、E线性稳压单元。 PCB和整流电路如图7-1所示。 ±12V和±5 V电源模块电路如图7-2所示,采用三端稳压器芯片7812/7912和 7805/7905,引脚端封装形式如图7-3所示。
MAX887 是最大占空比达到 100%、低噪声、降压型、PWM的 DC-DC转换器,芯片封装形式和尺寸如图7-4所示,封装尺寸如表7-1所列。 MAX887 引脚功能如下。 SHDN:关闭。低电平有效,正常工作是连接到 V+引脚端。 FB:反馈输入。连接到电源电压输出端和地的电阻分压器之间。 REF:基准电源旁路输出,连接一个0.047 μF的电容器到地。 VL:3.3 V内部逻辑电路电源输出,连接一个2.2μF 的电容器到地。 GND:地。 SYNC:振荡器同步和 PWM 控制输入。与 VL引脚端直接连接,使用内部300 kHz PWM操作。使用外部时钟,可以在10kHz和400kHz PWM操作。 LX:连接到内部 MOSFET漏极的电感。 V+:3.5~11 V电源电压输入。 需要连接一个0.33μF的电容器到地。 MAX887的典型应用电路如图7-5 所示。 3.3 VDC-DC电路和 PCB图如图7-6所示,该电路为Buck电路拓扑结构,其效率可达到 95%。其中L₇为储能电感,当频率为 300~400kHz时,电感的取值为33μH。输出电压的计算公式如下, RP2是一个 500 kΩ精密可调电位器,此处调节的阻值为165 kΩ。 式中, 计算得出输出电压为3.3 V。 MAX1771 是 Maxim公司生产的电源管理芯片,可以作为升压电路使用,电路结构为 Boost电路,芯片采用 SO-8和 DIP-8封装,封装形式如图7-7所示,其引脚功能如下。 EXT:外部 N型功率晶体管栅极驱动。 V+:电源输入。 FB:可调节输出的反馈输入。 SHDN:关断控制。高电平有效,正常操作时接地。 REF:1.5 V基准电压输出,可提供100μA电流。 AGND:模拟电路地。 GND:对于输出级的大电流地。 CS:电流检测放大器的正输入端。在 CS和地之间连接一个电流检测电阻。 MAX1771的典型应用电路如图7-8所示。 一个基于 MAX1771的升压电路和 PCB图如图7-9所示,电路结构为 Boost形式,当输入电压的范围是5-12V时,输出根据Rp1的调节,范围是24-36 V。 引脚1输出PWM 来控制场效应管 IRF3205 的导通与截止。R₂、R₃和Rp为反馈电阻,引脚3是电压反馈端,内置1.25 V的稳压源。 当输入到 3脚的电压高于或低于 1.25 V时,芯片会自动调节 PWM占空比的减小或增大,以得到稳定的输出。 UC3843是ST公司生产的高性能固定频率电流模式PWM控制器,具有可微调的振荡器、温度补偿的参考、高效益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出,能进行精确的占空比控制,是驱动功率 MOSFET 的理想器件。 UC3843 有 SO-14 和 Minidip-8两种封装形式, Minidip-8的封装形式和尺寸如图7-10 所示。 UC3843 Minidip-8封装尺寸如表7-2所列。 UC3843 Minidip-8封装引脚端功能如下。 引脚端1:COMP,补偿端,外接电阻电容元件以补偿误差放大器的频率特性; 引脚端2:VFB,反馈端,将取样电压加至误差放大器的反相输入端,再与同相输入端的基准电压进行比较,输出误差控制电压; 引脚端3:ISENSE ,过流检测端,接过流检测电阻,组成过流保护电路; 引脚端4:RT/Rc,为锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端; 引脚端5:GROUND,功率输出级地; 引脚端6:OUTPUT,输出端,连接外部功率器件(开关管); 引脚端7:Vcc,电源电压; 引脚端8:VREF,内部基准电压为 4.4.2 DC-DC升压电路和PCB 采用 UC3843制作的 Boost升压电路和 PCB图如图7-11所示。 输入电压为12 V,输出电压为 30.9 V,输出电流为 40 mA。工作频率由 R₁和 C₂确定。R₁在大于5kΩ时,工作频率可由下式确定: 反馈分压由 RP₁、R₅和R₆构成。反馈输入电压为 2.5 V,经计算,R₆取 2kΩ,R₆取 28kΩ,Rp₁取1kΩ。调试时,调节Rp₁,使输出电压为30.9V。R₃为场效应管门极限流电阻。R₄、C₇和C₈构成误差放大器的频率补偿网络。 R₂和 C₆构成 RC滤波器,防止限流电阻R₇上的噪声使 UC3843产生误保护操作。C₃和C₄为退耦电容,C₆为旁路电容,以减小开关噪声对供电电源的影响。C₁为退耦电容,减小开关噪声对 UC3843输出基准源的影响。C₇为退耦电容,减小开关噪 声对误差放大器的影响。在电流连续条件下,PFC电感取1.03 mH。 本电路中的高频变压器采用 EI28磁芯,0.72mm漆包线采用三明治式双线并绕,其中原边线圈 4匝,副边线圈41匝,可以达到初级输入12 V,次级输出 110V交流电压的目的。 4.5.3 倍压整流电路12 V的直流电压经过 DC-AC电路的升压后,得到110 V的交流电压,再经倍压整流电路整流后,输出250 V的直流电压。倍压整流电路如7-14所示。 4.5.4 PWM调制电路PWM 调制电路主要由 SG3524构成。SG3524是美国硅通用公司(Silicon Gen- eral)生产的双端输出式脉宽调制芯片,包括了所有无电源变压器开关电源所要求的基本功能,如控制、保护和取样放大等功能。SG3524可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型 SMPS(固定频率开关电源)提供全部控制电路系统的控制单元。由它构成的 PWM型开关电源的工作频率可达 100kHz,适合构成100~500 W 中功率推挽输出式开关电源。 SG3524采用 DIP-16型封装,其内部的结构框图如图7-15 所示,芯片内部包括有误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等。 DC-AC-DC升压电源模块电路和 PCB图如图7-16所示。 |
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