單電源電路設計的案例
干貨 | 一文詳解單電源電路設計
我們經常看到很多非常經典的運算放大器應用圖集，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。這是因為有些數據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，需要參考運放的數據手冊，特別是絕對最大供電電壓和電壓擺動說明。
絕大多數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。這種運放的數據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 干貨 | 電源工程師必需要了解的常用電源設計電路
電子信息技術的飛速發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，小到家用電器，大到大型電力行業所用的儀器設備，無不需要電源來提供能源，這也更需要大量具有電源專業知識水平的工程師來完成設計和開發。
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，最穩定最簡單生產又方便的原理方案。
四：根據原理圖，客戶給定的樣板要求或外殼要求設計PCB。
五：根據原理圖，裝配合適元件，對電器參數調整。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，電壓穩定度，轉換效率。在這一個程中，對電子元件進行合適的參數調整。
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：根據樣板確定原理圖準確的參數，定好方位圖，物料圖，發給生產部，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，由業務員發給客戶評估。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 射頻電路電源和接地的設計方法
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。考慮到實際設計中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引腳加上適當的去耦電容，將有助于改善系統的性能，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系統性
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 干貨 | 電源口防雷電路設計要注意什么？
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。第1級防雷電路的通流能力較高，通常在幾十kA（8/20us）。
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干貨 | 開關電源9個電路設計實例分析
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壓功能為一體, 具有相對的成本優勢.
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VR2可以得到不同的啟動電壓值,調節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，經過串聯在整流二極管前面的電容來限制啟動機電流<0.5A電流的。
展開 干貨｜開關電源中的光耦經典電路設計分析
旦高頻變壓器次級負載超載或開關電路有故障，就沒有光耦電源提供，光耦就控制著開關電路不能起振，從而保護開關管不至被擊穿燒毀。
干貨｜實用開關電源電路設計項目分享
對于偏小磁芯變壓器的設計：主要有磁芯Ae面積偏小的問題，將會帶來初級圈數偏多的現象。可以適當提高工作頻率，本案例工作頻率在70KHz-75KHz。由于圈數偏多初次級的耦合將會更有利。所以VCC繞組電壓在短路瞬間會上沖到比較高的狀態，本案例原理圖上有可控硅做過壓保護功能。而后因為次級繞組的短路耦合到VCC繞組使其電壓降低到IC不能啟動這個過程是可以實現的。
要做到以上特性：VCC繞組線徑必須要小，我個人一般取0.17mm以下，小于0.12會很容易斷。這樣小的線徑談不上節約銅材，但是可以利用銅線的阻抗來代替很多設計人員習慣在VCC整流二極管上串聯小阻值電阻的功能，而且這個利用線圈本身的阻抗對交流的抑制能力在本案例當中更有效，可以防止瞬間沖擊而損壞后級電路的功效。
初級與次級主繞組必須是最近相鄰的繞組，這樣耦合會更有利。
開關電源在MOSFET-D端點工作時候產生的干擾是最大的（也是RCD吸收端與變壓器相連的端點），在變壓器繞制時建議將他繞在變壓器的第一個繞組，并作為起點端，讓他藏在變壓器最里層，這樣后面繞組銅線的屏蔽是有較好抑制干擾效果的。
VCC繞組在計算其圈數時盡量的在IC最低工作電壓乘以1.1倍作為誤差值，不用考慮銅線的壓降，因為啟動前電流是非常小的，所以這個電阻并沒有多少影響，幾乎可以忽略不計。而在電路未啟動之前，由于高壓端啟動電阻的充電，可以將VCC上電容上的電壓充到IC啟動的電壓，一旦電路有問題一下啟動不了VCC由于繞組電壓的預設值偏低。
展開 開關電源電路設計的坑，這些基礎知識一定要掌握（下）
七、輸出端限流保護
上圖是常見的輸出端限流保護電路，其工作原理簡述如上圖：當輸出電流過大時，RS（錳銅絲）兩端電壓上升，U1③腳電壓高于②腳基準電壓，U1①腳輸出高電壓，Q1導通，光耦發生光電效應，UC3842①腳電壓降低，輸出電壓降低，從而達到輸出過載限流的目的。
八、輸出過壓保護電路的原理
輸出過壓保護電路的作用是：當輸出電壓超過設計值時，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內。當開關電源內部穩壓環路出現故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現象時，過壓保護電路進行保護以防止損壞后級用電設備。應用最為普遍的過壓保護電路有如下幾種：1、可控硅觸發保護電路：
如上圖，當Uo1輸出升高，穩壓管（Z3）擊穿導通，可控硅（SCR1）的控制端得到觸發電壓，因此可控硅導通。Uo2電壓對地短路，過流保護電路或短路保護電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當輸出過壓現象排除，可控硅的控制端觸發電壓通過R對地泄放，可控硅恢復斷開狀態。
2、光電耦合保護電路：
如上圖，當Uo有過壓現象時，穩壓管擊穿導通，經光耦（OT2）R6到地產生電流流過，光電耦合器的發光二極管發光，從而使光電耦合器的光敏三極管導通。Q1基極得電導通，3842的③腳電降低，使IC關閉，停止整個電源的工作，Uo為零，周而復始，。
3、輸出限壓保護電路：
輸出限壓保護電路如下圖，當輸出電壓升高，穩壓管導通光耦導通，Q1基極有驅動電壓而道通，UC3842③電壓升高，輸出降低，穩壓管不導通，UC3842③電壓降低，輸出電壓升高。周而復始，輸出電壓將穩定在一范圍內（取決于穩壓管的穩壓值）。
展開 硬件工程師都是怎么設計電源正負極反接保護電路的？
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1000次？10000呢？這時候就不好說了，由于我們的粗心，導致一些電子元器件和芯片燒壞，主要原因是電流過大使元器件被擊穿，所以必須采取防止接反的措施。
一般常用的有以下幾種方法：
EDA365電子論壇
二極管串聯型防反接保護電路
在正電源輸入端串聯一個正向二極管，充分利用二極管正向導通、反向截止的特性。正常情況下，二級管導通，電路板工作。
當電源接反時，二極管截止，電源無法形成回路，電路板不工作，可以有效的防止電源接反的問題。
展開 【經驗分享】開關電源，設計電路時該如何選型元器件？
開關電源是利用現代電力電子技術，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展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。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飛速發展不可缺少的一種電源方式。
Buck電路分析
Buck變換器是一種降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給輸出供電，同時電感存儲能量；當開關管關斷時，電感通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的電壓。其Buck電路拓撲結構以及電路分析計算見圖1所示。
圖1 Buck電路分析
Boost電路分析
Boost變換器是一種降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給電感充電，電感存儲能量；當開關管關斷時，輸入電源和電感能量通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的電壓。其Boost電路拓撲結構以及電路分析計算見圖2所示。
展開 開關電源電路設計的坑，這些基礎知識一定要掌握（上）
一、開關電源的電路組成
開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。
開關電源的電路組成方框圖如下：
二、輸入電路的原理及常見電路
1、AC輸入整流濾波電路原理：
①、防雷電路：當有雷擊，產生高壓經電網導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F1、F2、F3會燒毀保護后級電路。
②、輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。當電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減小（RT1是負溫系數元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。③、整流濾波電路：交流電壓經BRG1整流后，經C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。2、DC輸入濾波電路原理：
①、輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。C3、C4為安規電容，L2、L3為差模電感。
②、R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導通，電流經RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩壓值時Q2導通。
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干貨 | 高頻電路不穩定？教你從零實戰小功率開關電源設計
與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關電流小，輸出紋波小，更容易適應高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構成的單端正激式開關電源的主電路如圖6-1所示。
圖6-1 單端正激式開關電源的主電路
單端正激式開關電源加有磁通復位電路，以釋放勵磁電路的能量。在圖6-1中，開關管VT導通時V1導通，副邊線圈N2向負載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關斷時V1截止，V4導通，N3經電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電，同時原邊線圈N1上產生的感應電動勢使V3導通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場能量可通過N3泄放，而不像一般的RC D磁通復位電路消耗在電阻上，因此可達到減少發熱，提高效率的目的。
03
元件設計
1) 變壓器和輸出電感的設計
依據UC3842應用方式，選定定時電阻RT＝1.8 kΩ，定時電容CT＝10 μF。確定開關頻率f＝85 kHz，周期T＝11.8 μs。
設計單端控制開關電源時，一般占空比D最大不超過0.5，這里選擇D＝0.5，則：
根據電源規格、輸出功率、開關頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13 cm2，磁路有效長度l＝6.4 cm，飽和磁通密度BS＝0.4 T。取變壓器最大工作磁感應強度Bmax ＝ BS/3≈0.133 T，則電感系數A為：
變壓器原邊線圈匝數N1為：
式中，Ui為最小直流輸入電壓。
展開 干貨｜高頻電路不穩定？教你從零實戰小功率開關電源設計
與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關電流小，輸出紋波小，更容易適應高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構成的單端正激式開關電源的主電路如圖6-1所示。
圖6-1 單端正激式開關電源的主電路
單端正激式開關電源加有磁通復位電路，以釋放勵磁電路的能量。在圖6-1中，開關管VT導通時V1導通，副邊線圈N2向負載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關斷時V1截止，V4導通，N3經電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電，同時原邊線圈N1上產生的感應電動勢使V3導通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場能量可通過N3泄放，而不像一般的RC D磁通復位電路消耗在電阻上，因此可達到減少發熱，提高效率的目的。
03
元件設計
1) 變壓器和輸出電感的設計
依據UC3842應用方式，選定定時電阻RT＝1.8 kΩ，定時電容CT＝10 μF。確定開關頻率f＝85 kHz，周期T＝11.8 μs。
設計單端控制開關電源時，一般占空比D最大不超過0.5，這里選擇D＝0.5，則：
根據電源規格、輸出功率、開關頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13 cm2，磁路有效長度l＝6.4 cm，飽和磁通密度BS＝0.4 T。取變壓器最大工作磁感應強度Bmax ＝ BS/3≈0.133 T，則電感系數A為：
變壓器原邊線圈匝數N1為：
式中，Ui為最小直流輸入電壓。
展開 干貨｜高頻電路不穩定？教你從零實戰小功率開關電源設計
與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關電流小，輸出紋波小，更容易適應高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構成的單端正激式開關電源的主電路如圖6-1所示。
圖6-1 單端正激式開關電源的主電路
單端正激式開關電源加有磁通復位電路，以釋放勵磁電路的能量。在圖6-1中，開關管VT導通時V1導通，副邊線圈N2向負載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關斷時V1截止，V4導通，N3經電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電，同時原邊線圈N1上產生的感應電動勢使V3導通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場能量可通過N3泄放，而不像一般的RC D磁通復位電路消耗在電阻上，因此可達到減少發熱，提高效率的目的。
03
元件設計
1) 變壓器和輸出電感的設計
依據UC3842應用方式，選定定時電阻RT＝1.8 kΩ，定時電容CT＝10 μF。確定開關頻率f＝85 kHz，周期T＝11.8 μs。
設計單端控制開關電源時，一般占空比D最大不超過0.5，這里選擇D＝0.5，則：
根據電源規格、輸出功率、開關頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13 cm2，磁路有效長度l＝6.4 cm，飽和磁通密度BS＝0.4 T。取變壓器最大工作磁感應強度Bmax ＝ BS/3≈0.133 T，則電感系數A為：
變壓器原邊線圈匝數N1為：
式中，Ui為最小直流輸入電壓。
展開 電子工程師入門必備計算工具
下圖就是單電源供電方式：
同樣，針對于單電源供電方式，我們也做了對應的輔助設計表格：
我們只需要將對應參數填好，然后將參數填入電路中，即可完成方波電路的設計工作：
