單電源電路設計
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-01-26
單電源電路設計的實例教程
我們經?？吹胶芏喾浅＝浀涞倪\算放大器應用圖集，但是這些應用都建立在雙電源的基礎上，很多時候，電路的設計者必須用單電源供電，但是他們不知道該如何將雙電源的電路轉換成單電源電路。在設計單電源電路時需要比雙電源電路更加小心，設計者必須要完全理解這篇文章中所述的內容。
1．1 電源供電和單電源供電
所有的運算放大器都有兩個電源引腳，一般在資料中，它們的標識是VCC＋和VCC－，但是有些時候它們的標識是VCC＋和GND。這是因為有些數(shù)據(jù)手冊的作者企圖將這種標識的差異作為單電源運放和雙電源運放的區(qū)別。但是，這并不是說他們就一定要那樣使用――他們可能可以工作在其他的電壓下。在運放不是按默認電壓供電的時候，需要參考運放的數(shù)據(jù)手冊，特別是絕對最大供電電壓和電壓擺動說明。
絕大多數(shù)的模擬電路設計者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運算放大器，比如圖一左邊的那個電路，一個雙電源是由一個正電源和一個相等電壓的負電源組成。一般是正負15V，正負12V和正負5V也是經常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的，還包括正負電壓的擺動幅度極限Vom以及最大輸出擺幅。
單電源供電的電路(圖一中右)運放的電源腳連接到正電源和地。正電源引腳接到VCC＋，地或者VCC－引腳連接到GND。將正電壓分成一半后的電壓作為虛地接到運放的輸入引腳上，這時運放的輸出電壓也是該虛地電壓，運放的輸出電壓以虛地為中心，擺幅在Vom 之內。
有一些新的運放有兩個不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運放的數(shù)據(jù)手冊中會特別分別指明Voh 和Vol 。需要特別注意的是有不少的設計者會很隨意的用虛地來參考輸入電壓和輸出電壓，但在大部分應用中，輸入和輸出是參考電源地的，所以設計者必須在輸入和輸出的地方加入隔直電容，用來隔離虛地和地之間的直流電壓。
展開 電子信息技術的飛速發(fā)展推動了電源技術這一領域的飛速前進，同時也給電源工程技術人員帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，小到家用電器，大到大型電力行業(yè)所用的儀器設備，無不需要電源來提供能源，這也更需要大量具有電源專業(yè)知識水平的工程師來完成設計和開發(fā)。
而電源工程師主要是指從事開關、通訊、設備等電源的設計與研發(fā)工作的相關人員。
那么，一個成熟的電源工程師是怎樣工作的呢？主要有十點：
一：接過電源設計要求！評估成本，定可行性方案。
二：根據(jù)客戶報價！給定大體的元件成本與生產成本，可行性電路。
三：構想出原理圖！確定所選取的功率管，變壓器，最穩(wěn)定最簡單生產又方便的原理方案。
四：根據(jù)原理圖，客戶給定的樣板要求或外殼要求設計PCB。
五：根據(jù)原理圖，裝配合適元件，對電器參數(shù)調整。讓本機在最低要求下能正常工作。
六：上負載測試，功率達80測式，檢查輸出波形，電壓要求，電磁性能，功率管溫度，電壓穩(wěn)定度，轉換效率。在這一個程中，對電子元件進行合適的參數(shù)調整。
七：強化測試！也就是超負何，短路，低壓，過壓，強溫，防震等測試。
八：根據(jù)樣板確定原理圖準確的參數(shù)，定好方位圖，物料圖，發(fā)給生產部，倉管，跟單員，對樣板進行小批量生產。
九：對樣板進行嚴格測試，各種性能OK，由業(yè)務員發(fā)給客戶評估。OK了，可以量產。
十：以后生產對項目進行跟蹤，改良，以最短時間，最好質量給客戶出貨。
作為一名合格的電源工程師平時工作經驗的積累很重要，但同時也應該提高理論水平，通過積累幾個常用的電源電路，說不定下次就能用上，真是學習吧！
展開 射頻(RF)電路的電路板布局應在理解電路板結構、電源布線和接地的基本原則的基礎上進行。本文探討了相關的基本原則，并提供了一些實用的、經過驗證的電源布線、電源旁路和接地技術，可有效提高 RF設計的性能指標?？紤]到實際設計中PLL 雜散信號對于電源耦合、接地和濾波器元件的位置非常敏感，本文著重討論了有關 PLL 雜散信號抑制的方法。為便于說明問題，本文以 MAX2827 802.11a/g收發(fā)器的 PCB布局作為參考設計。
設計 RF電路時，電源電路的設計和電路板布局常常被留到了高頻信號通路的設計完成之后。對于沒有經過認真考慮的設計，電路周圍的電源電壓很容易產生錯誤的輸出和噪聲，這會進一步影響到 RF電路的性能。合理分配 PCB的板層、采用星型拓撲的 Vcc引線（如圖1所示），并在 Vcc引腳加上適當?shù)娜ヱ铍娙荩瑢⒂兄诟纳葡到y(tǒng)的性能，獲得最佳指標。
圖 1：星型拓撲的 Vcc布線
電源布線和旁路的基本原則
明智的 PCB板層分配便于簡化后續(xù)的布線處理，對于一個四層 PCB板(WLAN
中常用的電路板)，在大多數(shù)應用中用電路板的頂層放置元器件和 RF引線，第二層作為系統(tǒng)地，電源部分放置在第三層，任何信號線都可以分布在第四層。第二層采用連續(xù)的地平面布局對于建立阻抗受控的 RF信號通路非常必要，它還便于獲得盡可能短的地環(huán)路，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合最小。當然，也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數(shù)時)，但上述結構是經過驗證的一個成功范例。
大面積的電源層能夠使 Vcc布線變得輕松，但是，這種結構常常是引發(fā)系統(tǒng)性
能惡化的導火 索，在一個較大平面上把所有電源引線接在一起將無法避免引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓撲則會減輕不同電源引腳之間的耦合。
展開 電源口防雷電路設計需要注意的因素
防雷電路的設計應滿足規(guī)定的防護等級要求，且防雷電路的殘壓水平應能夠保護后級電路免受損壞。
在遇到雷電暫態(tài)過電壓作用時，保護裝置應具有足夠快的動作響應速度，即能盡早的動作限壓和旁路泄流。
防雷電路加在饋電線路上，不應影響設備的正常饋電。例如，采用串聯(lián)式電源防雷電路時，防雷電路應可通過設備滿負荷工作時的電流并有一定的裕量。
防護電路在系統(tǒng)的最高工作電壓時不應動作。通常在交流回路中，防護電路的動作電壓是交流工作電壓有效值的2.2～2.5倍，在直流回路中，防護電路的動作電壓是直流額定工作電壓的1.8～2倍。
防雷電路加在饋電線路上，不應給設備的安全運行帶來隱患。例如，應避免由于電路設計不當而使防雷電路存在著火等安全隱患。
在整個饋電通路上存在多級防雷電路時，應注意各級防雷電路間有良好的配合關系，不應出現(xiàn)后級防雷電路遭到雷擊損壞而前級防雷電路完好的情況。
防雷電路應具有損壞告警、遙信、熱容和過流保護功能，并具有可替換性。
下面分別給出交流電源口和直流電源口的防雷電路設計指導。
交流電源口防雷電路設計
1
交流電源口防雷電路
交流電源口防雷電路
上圖是一個兩級的交流電源口防護電路：
G1和G2為氣體放電管
Rvz1～Rvz6為壓敏電阻
F1和F2為空氣開關
F3和F4為保險
L1和L2是退耦電感。
電路原理簡述如下：
第1級防雷電路為具有共模和差模保護的電路，差模保護采用的壓敏電阻。共模保護采用壓敏電阻和氣體放電管串聯(lián)。第1級防雷電路的通流能力較高，通常在幾十kA（8/20us）。
展開 應用實例（1）
一種簡單的三段式鉛酸電池充電器控制電路
一種簡單的三段式鉛酸電池充電器控制電路
本PCB文件是由上圖原理（沒有繼電器電路）設計的12V/4A簡單的三段式充電器。
應用實例（2）
簡單的單顆TL431限流恒壓控制方法
● 當電流增大時TL431-1的電位被太高,從而起到現(xiàn)在電流的功能,因為R3的存在對輸出電壓進行了補償.所以基本上可以做到限流穩(wěn)壓功能為一體, 具有相對的成本優(yōu)勢.
應用實例（3）
一種低壓氙氣燈電源啟動電路
● 此電路是一個限制輸出功率的半橋電路,利用電容限制電流的方法。(調節(jié)VR2可以得到不同的啟動電壓值,調節(jié)VR1可以得到不同的輸出電流來匹配不同的低壓氙氣燈的搭配).
● 輸出兩個繞組，第一個是能夠提供27V30A的主繞組，第二個是能夠提供140V啟動電壓，經過串聯(lián)在整流二極管前面的電容來限制啟動機電流<0.5A電流的。
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硬件工程師的很多項目是在洞洞板上完成的，但有存在不小心將電源正負極接反的現(xiàn)象，導致很多電子元器件都燒毀，甚至整塊板子都廢掉，還得再焊接一塊，不知道有什么好的辦法可以解決？
首先粗心不可避免，雖說只是區(qū)分正負極兩根線，一紅一黑，可能接線一次，我們不會出錯；接10次線也不會出錯，但是
電源口防雷電路設計需要注意的因素
防雷電路的設計應滿足規(guī)定的防護等級要求，且防雷電路的殘壓水平應能夠保護后級電路免受損壞。
在遇到雷電暫態(tài)過電壓作用時，保護裝置應具有足夠快的動作響應速度，即能盡早的動作限壓和旁路泄流。
防雷電路加在饋電線路上，不應影響設備的正常饋電。例如，采用串聯(lián)式電源防雷電路時，防雷電路應可通過設備滿負荷工作時的電流并有一定的裕量
電子信息技術的飛速發(fā)展推動了電源技術這一領域的飛速前進，同時也給電源工程技術人員帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)，小到家用電器，大到大型電力行業(yè)所用的儀器設備，無不需要電源來提供能源，這也更需要大量具有電源專業(yè)知識水平的工程師來完成設計和開發(fā)。
而電源工程師主要是指從事開關、通訊、設備等電源的設計與研發(fā)工作的相關人員。
那么，一個成熟的電源工程師是怎樣工作的呢？主要有十點
所以學會雙電源供電還不夠，還必須要學會單電源的震蕩電路設計方法。
我們經?？吹胶芏喾浅＝浀涞倪\算放大器應用圖集，但是這些應用都建立在雙電源的基礎上，很多時候，電路的設計者必須用單電源供電，但是他們不知道該如何將雙電源的電路轉換成單電源電路。在設計單電源電路時需要比雙電源電路更加小心，設計者必須要完全理解這篇文章中所述的內容。
開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。
應用實例（1）
光耦(opticalcoupler)亦稱光電隔離器、光耦合器或光電耦合器。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管LED)與受光器(光敏半導體管)封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發(fā)光二極管發(fā)出光線，光敏三極管接受光線之后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“電—光—電”轉換。典型應用電路如下圖1-1所示。
光耦的主要優(yōu)點是：
射頻(RF)電路的電路板布局應在理解電路板結構、電源布線和接地的基本原則的基礎上進行。本文探討了相關的基本原則，并提供了一些實用的、經過驗證的電源布線、電源旁路和接地技術，可有效提高 RF設計的性能指標?？紤]到實際設計中PLL 雜散信號對于電源耦合、接地和濾波器元件的位置非常敏感，本文著重討論了有關 PLL 雜散信號抑制的方法。為便于說明問題，本文以 MAX2827 802.11a/g收發(fā)器的
本文以實用小型電源的設計為例，說明電源設計的方法。控制電路形式為它激式，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關頻率的選擇決定了變換器的特性。開關頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態(tài)響應也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關損耗、門極驅動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數(shù)設計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數(shù)對線路的影響程度難以預料，整個電路的穩(wěn)定性
