分享两个电源电路的原理及PCB布板方式

2023-12-31

线性电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备,其工作原理是利用变压器和整流器将交流电转换为直流电。与开关电源相比,线性电源具有输出电压稳定、纹波小、噪音低等优点,因此在一些对电源质量要求较高的场合得到广泛应用。

线性电源的主要组成部分包括变压器、整流器、滤波器和稳压器等。其中,变压器的作用是将交流电降压为所需的电压值;整流器的作用是将交流电转换为单向脉动电流;滤波器的作用是去除单向脉动电流中的高频成分,使输出电压更加平滑;稳压器的作用是在输入电压或负载变化时保持输出电压稳定不变。

在实际应用中,线性电源通常需要配合适当的散热措施来保证其正常工作。由于线性电源在工作时会产生一定的热量,如果散热不良会导致温度过高,从而影响电源的稳定性和寿命。因此,在设计和使用线性电源时,需要注意选择合适的散热器和风扇,并定期清洁和维护散热器,以保证其良好的散热效果。

线性电源功率器件工作在线性状态,如我们常用的稳压芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下图一是LM7805稳压电源电路原理图。

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图一 线性电源原理图

PCB设计时,元件的布局要紧凑,要让所有的连线尽可能短,要按原理图元件功能关系去布局元件与走线。

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图二 线性电源PCB图

此外,线性电源还需要考虑输入电压的变化对输出电压的影响。当输入电压发生变化时,线性电源的输出电压也会随之变化。为了保证输出电压的稳定性,需要在电路中加入反馈控制电路,通过监测输出电压的变化来调整稳压器的控制信号,从而使输出电压保持稳定不变。

尽管线性电源具有许多优点,但其也存在一些缺点。首先,线性电源的效率较低,因为整流器和滤波器会将一部分能量转化为热能散失掉;其次,线性电源的体积较大,重量较重,不便于携带和安装;最后,线性电源的成本较高,尤其是对于大功率的线性电源来说更是如此。

为了克服这些缺点,近年来出现了一种新型的电源技术——开关电源。开关电源采用高频开关技术将交流电转换为直流电,具有高效率、体积小、重量轻等优点。与传统的线性电源相比,开关电源具有更高的效率和更低的成本,因此在一些对电源质量和体积要求较高的场合得到了广泛应用。

高频开关电源

高频开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备,其工作原理是利用高频开关技术将交流电转换为直流电。与线性电源相比,高频开关电源具有高效率、体积小、重量轻等优点,因此在一些对电源质量和体积要求较高的场合得到了广泛应用。

高频开关电源的主要组成部分包括变压器、整流器、滤波器和控制器等。其中,变压器的作用是将交流电降压为所需的电压值;整流器的作用是将交流电转换为单向脉动电流;滤波器的作用是去除单向脉动电流中的高频成分,使输出电压更加平滑;控制器的作用是根据反馈信号调整开关管的导通时间,从而控制输出电压的稳定性。

在实际应用中,高频开关电源通常需要配合适当的散热措施来保证其正常工作。由于高频开关电源在工作时会产生一定的热量,如果散热不良会导致温度过高,从而影响电源的稳定性和寿命。因此,在设计和使用高频开关电源时,需要注意选择合适的散热器和风扇,并定期清洁和维护散热器,以保证其良好的散热效果。

此外,高频开关电源还需要考虑输入电压的变化对输出电压的影响。当输入电压发生变化时,高频开关电源的输出电压也会随之变化。为了保证输出电压的稳定性,需要在电路中加入反馈控制电路,通过监测输出电压的变化来调整控制器的控制信号,从而使输出电压保持稳定不变。

尽管高频开关电源具有许多优点,但其也存在一些缺点。首先,高频开关电源的成本较高,尤其是对于大功率的高频开关电源来说更是如此;其次,高频开关电源的输出电压纹波较大,可能会对负载产生影响;最后,高频开关电源的工作频率较高,可能会产生电磁干扰等问题。

为了克服这些缺点,近年来出现了一种新型的电源技术——数字控制开关电源。数字控制开关电源采用数字信号处理器(DSP)作为核心控制器,可以实现高精度、高稳定性的输出电压控制。与传统的模拟控制开关电源相比,数字控制开关电源具有更高的效率和更低的成本,因此在一些对电源质量和体积要求较高的场合得到了广泛应用。

我们一般用的电路有:LM2575、MC34063、SP6659等。开关电源理论上是电路两端功率相等,电压成反比,电流成反比。

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图三 LM2575开关电源电路原理图

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图四 LM2575开关电源PCB图

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