常用电源电路设计精选(九篇)

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第1篇：常用电源电路设计范文

作者：陆召振 周树艳 陆伟宏 王宁 单位：无锡油泵油嘴研究所

共轨系统通常正常工作电压选择28~30V，即需要满足Ur≧30V。2）最小击穿电压UbUb分为5%和10%两种。对于5%的Ub来说，Ur=0.85Ub；对于10%的Ub来说，Ur=0.81Ub。当电压高于此值后，TVS发生雪崩击穿，此后，TVS两端电压将一直保持在钳位电压Uc。3）最大钳位电压Uc当TVS管承受瞬态高能量冲击击穿后，管子中流过大电流，峰值为IP，端电压由Ur值上升到Uc值就不再上升了，从而实现了保护作用。Uc与Ub之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间，计算多代入为1.3。其他诸如反向漏电流、结电容等参数也需要考虑电路静态电流以及信号频响等因素进行择优选择。最大允许瞬时功率Pp根据车用电源系统电路抗干扰标准要求须至少大于6000W。防反接保护电路设计防反接保护使用一个普通二极管就可以实现，或者采用其他MOS管防反接电路。普通二极管防反接保护电路优点是电路简单，器件少，但由于受二极管额定功耗的限制，这种防反接不能承受长时间的反接故障。图3为防反接保护二极管在电路中的设计位置，二极管选择时考虑ECU的整体功耗，选择正向导通电流大于正常工作最大电流，同时防反接保护二极管尽量选择低压降快恢复二极管，反向耐压满足电路要求。过电流保护电路ECU电源电路在过载或者负载短路等故障发生时，需要在外部线束中或电源处理电路回路中设计过流保护电路，否则电路将损毁不能正常工作。通常在开关电源设计中采用自恢复熔断丝串联在回路中，或设计电路采样闭环控制电路等。

从以上自恢复熔断丝的原理可以看出，当电路发生过流时，可能存在大量热量的产生，由于ECU通常安装在相对封闭的空间内，热量无法快速消散，因此可能会对ECU其他电路的工作产生影响，再加上自恢复熔断丝存在不好安装及精度不高的问题，因此ECU过流保护电路通常不选用这种方案。图4为一种闭环电流采样控制保护电路，T1用来检测负载电流IL，采样电阻R1产生成比例的电压。电流过载发生时，电容C1充电电压会增加到稳压二极管Z1的导通电压，此时三极管Q1导通，集电极输出信号关闭后续电路的控制级，从而切断电源电路的工作。类似过流保护电路设计时，需要注意变压器的设计选型，由于车用ECU对成本的要求越来越高，此电路设计成本较高，且占用ECU体积大，目前在ECU上采用较少。综上，我们似乎没有非常完美的过流保护电路方案，幸运的是目前世界上一些著名半导体公司都提供带有过流自动保护的电路控制芯片。比如美国国家半导体公司的汽车DC/DC控制芯片，德国英飞凌公司的汽车级LDO电源处理芯片，这些芯片都能提供过流自动保护功能。因此在ECU电源电路设计时，尽量选用类似集成芯片作为电路核心元件，这些芯片通常都经过汽车等级的测试，可以放心采用。共模抑制电路设计ECU电源系统电路通常采用共模扼流圈设计共模抑制电路。共模扼流圈，也叫共模电感（Com-monmodeChoke），是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。

在电源电路设计时，采用共模扼流圈能够有效地消除共模干扰，提高ECU电磁兼容性能。目前一些著名的无源器件生产厂家均提供ECU专用的电源系统电路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU电源线设计，TDK公司提供的这种共模扼流圈通过专用磁芯设计而成的方形闭磁路磁芯，在保持原有特性的同时实现了小型化，便于安装。同时具有高阻抗特性，可发挥优异的共模噪声抑制效果，最大电流可高达8A。滤波电路设计共轨系统ECU电源电路的输入是从汽车蓄电池直接引入的。由于汽车上所有电子设备都共用这一个电源，其他电子设备的干扰可能通过电源耦合到ECU。另外，车用蓄电池的电源高频干扰、汽车电机的启动停止以及负载的突然变化均会将干扰带入ECU。在设计电源处理电路时必须设计滤波电路来滤除这些干扰。通常采用∏形滤波电路设计串联在电源处理回路中，主要对差模干扰起到抑制作用，图6为基本的∏形滤波电路。在实际的∏形滤波电路设计时，需要根据ECU实际使用需求进行电感L及电容C1和C2的参数选择，电容C3根据负载功率的大小调整容值及耐压参数。电源系统设计方案总结共轨系统ECU电源系统电路设计时需要综合以上的各种保护电路的设计，同时选择合适的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM调制频率设置需要综合考虑电源处理的效率和EMC性能。常用的ECU电源系统电路设计方案如图7所示。ECU通过点火钥匙开关处理电路，将汽车蓄电池电源输入，然后通过各种保护电路将稳定的电压输入DC/DC处理电路，最后通过汽车专用低压降线性稳压电源（LDO）处理成多路电源分别给ECU各电路模块供电。

在设计电源系统处理电路时，不仅应考虑基本电压处理电路的精度和效率，还应设计不同的保护电路，应对各种可能出现的干扰和故障情况。保护电路的设计需要考虑整个电源系统电路的工作原理，合理的布局保护电路在整个电源系统电路中的位置；各种保护电路的器件选择则需要综合电路原理、成本、安装及厂家品牌等诸多因素进行合理选择。除了本文提到的几种保护电路设计外，或许还有其他应对整车复杂故障情况的电路选择，这就需要在ECU的实际使用过程中进行不断的积累和研究。

第2篇：常用电源电路设计范文

关键词： 沃尔曼电路； MOS管； 阈值电压； 镜像电流源

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0125?03

0 引 言

所谓沃尔曼电路，就是将场效应管纵向堆积起来，将下面器件的漏极与上面器件的源极连接起来，将上面器件的栅极交流接地，这样连接的场效应管看作一个器件、并以源极接地来使用的电路[1]。

沃尔曼电路因为能够大大提高放大电路的增益，以及无需增加额外的电流消耗级就可得到高性能的镜像电流源，从而得到广泛的应用。为了减小在动态损耗，管子最好工作于临界饱和的区域，所以沃尔曼电路管子的偏置电压很重要。

随着场效应管技术的进步，大规模集成电路的特征尺寸越来越小，但是即使在低电压的情况下也会带来沟道长度调制效应和载流子的倍增效应等诸多问题，而最大直流电压增益的减小会直接影响总的放大电路的增益。用最小特征尺寸场效应管实现的沃尔曼电路可以同时实现输入/输出高隔离，高输出电阻，宽频带，高直流电压增益和良好的频率响应等特征。镜像电流源任何时候它的输出电流仅仅取决于输入电流，而与输出端的电压无关。输入电流与输出电流的比例取决于场效应管的尺寸比例[2?3]。电流源电路经常用于模拟电路中，为各级放大电路提供合适的静态电流，或者作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力。

1 常规的MOS沃尔曼电路

常规的MOS沃尔曼电路如图1所示，场效应管T3相当于一个放大器，其引入的负反馈稳定输出端场效应管T2偏置电压。为了达到稳定效果，必须让管子工作于合适的区域，T1管开始工作于可变电阻区，电路没有调节功能；进入饱和区后，当输出电压接近0.5 V时，T3管开始起调节作用[4]。即使T2进入可变电阻区依然有调节作用，但是输出信号的动态范围变大。

2 改进的MOS沃尔曼电路

2.1 电路设计

可以看出，所设计的沃尔曼电路达到了减小调节阈值电压的目的。常规沃尔曼电路开始调节的门槛电压接近0.5 V，而改进的沃尔曼电路几乎从一开始就开始调节，调节电压接近0 V。

3 用改进的MOS沃尔曼电路设计的镜像电流源

电流源的电路特点是输出电流稳定，输出交流电阻大。电流源电路经常用于模拟电路中，为各级放大电路提供合适的静态电流，或者作为有源负载取代高阻值的电阻，从而提高放大电路的放大能力[6?7]。

用改进的沃尔曼电路设计的镜像电流源如图4所示。

当输入电压为0～5 V变化时输出电流与输入电流的关系如图5所示，可以看得出该电路是一个性能良好的电流源。该电路无论是正电源还是负电源情况下性能都很良好。

4 结 语

从仿真结果可以看出，动态范围不变的情况下，改进的沃尔曼电路开始调节的阈值电压减小了。用改进的沃尔曼电路设计的镜像电流源当是一个性能良好的电流源。改进的沃尔曼电路可以用来实现镜像电流源电路和电压放大电路从而获得较好的性能。

参考文献

[1] RAZAVI B. Design of analog CMOS IC [M]. [S.l.]： McGraw Hill， 2001.

[2] WANG Dong?hui. CMOS bandgap reference with low supply voltage [J]. Chinese Journal of Electron Devices， 2005， 28（4）： 806?808.

[3] ZHANG Duo?yun. Design of low supply voltage bandgap voltage reference with novel bias circuit [J]. CJED， 2006， 29： 169?171.

[4] YEONAM Yun， HEE?SAUK Jhon， JONGWOOK Jeon， et al. Small?signal modeling of MOSFET cascode with merged diffusion [J]. Solid?State Electronics， 2009 （53）： 520?525.

[5] 铃木雅臣.晶体管电路设计[M].北京：科学出版社，2004.

[6] SARAO J， WANG Z J， WU Y L， et al. An improved regulated cascode current mirror [J]. Solid?State Electronics， 2002 （46）： 307?312.

[7] 任美辉，赵玉梅，梁原华.镜像电流源原理及其应用电路[J].电测与仪表，2006（4）：34?36.

第3篇：常用电源电路设计范文

关键词：LM2596 STM32 反馈闭环 数控开关电源 远程控制

中图分类号：Tp302 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0080-02

1 数控开关电源的方案设计及电路设计

本设计中的数控开关电源[1，2]主要为了输出1.2～24V，负载电流不低于3A，并且实现连续精确可调，调整分辨率不低于0.1V。通常，一个开关电源需要接入220V交流电，并通过变压器AC/DC整流转换，以输出低压直流电，然后再利用反馈型降压稳压开关芯片进行控制和电压调整。由于市场上现有的220V转24V技术已经非常成熟，比如常见的开关电源和电源适配器，因此本设计中将着重设计后端数控降压部分，前段整流部分将用常用开关电源替代。为了实现输出电压的数字控制，必须使用单片机来控制降压稳压开关芯片，单片机再通过串口跟PC主机通信。单片机将使用目前较为流行的32位单片机STM32。

1.1 反馈脚的数控设计

由于单片机主要完成的工作是对比功能，即将LM2596的输出电压值与所需值对比，然后进行相应的反馈脚控制，因此，可以使用运放来替代这部分工作。可以使用运放减法器电路来实现对比做差。由于一般单片机的DAC输出不会高过工作电压，如5V或3.3V，因此在运放减法器前，还必须进行线性放大，也可以使用运放搭建。

1.2 LM2596与运放[4]构成的电路

其中，LM2596引脚1接24V开关电源输入，右端端子JP2的1，2分别接单片机DAC输出以及开关OFF控制。

1.3 STM32最小系统

系统中的STM32单片机最小系统包括STM32单片机芯片、复位电路、石英晶振时钟电路。

除此之外，最小系统中还包含JTAG仿真、下载电路，用于程序测试仿真以及下载；4个LED灯电路，用于显示STM32运行状态，或者其他需要显示的用途。

2 下位机程序设计

本设计中的下位机STM32所需完成的功能主要为以下几个：

（1）与PC主机串口通信[3]；

（2）控制LM2596输出的开和关；

（3）控制LM2596输出的电压值；

（4）保存和读取设定的电压值，以便下一次启动后默认输出电压为关机前的输出电压；

（5）由于电源需要很高的可靠性，而STM32也有可能会死机，因此需要加入看门狗，让它死机自动重启[5]。

对于功能1，采用MAX232进行电平转换，然后用串口转USB线转为USB接入PC机。单片机通过该串口即可进行通信。由于串口属于底层的通信方式，因此单片机软件中需要做串口数据的校验、格式对准、自动应答等功能。

对于功能2，采用一个单片机IO管脚和一个开关三极管来控制LM2596的ON/OFF管脚，即可实现输出控制。

对于功能3，根据前一章电路设计的原理，单片机只要改变相连DAC的电压输出，即可直接改变LM2596的输出电压。这里需要注意，并不是所有STM32都有DAC输出，需要选择具体的型号。本设计中，使用的是STM32F103RC，带有两个DAC输出。

对于功能4，由于没有外接片外EEPROM芯片，因此只能利用STM32片内的FLASH进行数据掉电保存。同时，FLASH中也会保存有程序本身，因此必须要将两块数据区域隔离开，否则会进行数据覆盖。通常，程序数据从FLASH的低段开始写入，因此保存的数据可以写入在FLASH最高段，这样就不会互相覆盖。同时，烧录程序时，也需注意不要将整个FLASH擦除，否则烧录前保存的数据也会被擦除。

对于功能5，可以打开STM32的独立开门狗，并设置喂狗时间，超时后自动重启。

当DAC的参考电压为VREF的时候，DAC的输出电压是线性的从0～VREF，12位模式下DAC输出电压与VREF以及DORx的计算公式如下：

DACx输出电压=

3 测试结果与分析

由上述分析可得VOUT与数字量DA中间的关系表达式：

实际输出电压如图4所示，为20.5V，与理论值很接近。

证明该电路设计输出电压精度已达到设计要求。

参考文献

[1]琦玮，李树华.开关电源的原理与设计[J].内蒙古大学学报（自然科学版），2003，（04）：15-20.

[2]降靖，魏琳.开关电源基本原理、发展和趋势[J].光盘技术，2008，（08）：8-10.

[3]卢超.单片机同PC机通信的一种新方法田.矿山机械[J]，2007.04.

第4篇：常用电源电路设计范文

电子技术是一门实践性很强的课程，其中电子电路设计是一个重要的实践环节，掌握单元电路的设计方法是每个电子工程师必备的能力。具体介绍了单元电子电路设计步骤及几种重要单元电路的设计方法。

电子技术是一门实践性很强的课程，加强技能的训练及培养，是提高工程人员的素质和能力的必要手段。在电子信息类教学中，电子电路设计是一个重要的实践环节，着重让学员从理论学习过渡到实际的应用，为以后从事技术工作打下坚实的基础。

设计电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各个部分进行单元的设计，参数计算和器件选择，最后将各个部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。因此，掌握单元电路的设计方法和实际设计电路的能力，是电子工程师必备的能力。

一、电子技术及单元电路概念

所谓电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的一门学科。包括信息电子技术和电路电子技术两大分支。信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式有信号的发生、放大、滤波、转换。

电子电路是由两部分组成，即电子元件和电子器件。电子原件是指电子设备中的电阻器、电容器、变压器和开关等，而电子器件通常由电子管、离子管、晶体管等构成。电子电路按组成方式可分为分立电路和集成电路。单元电路是整个电子电路系统的一部分，常用的单元电路有放大电路，整流电路，震荡电路，检波电路，数字电路。总体来说是与门，非门，或门及其组合的计数电路，触发器，加减运算器等。单元电路的设计训练是为了能提高整体电子电路的设计水平。

二、单元电路的设计步骤

1.明确任务

单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟定出单元电路的性能指标，这是单元电路设计最基本的条件。通过计算电压放大的倍数、输入及输出电阻的大小，并且根据电路设计的简单明了、成本低、体积小、可靠性高等特点进行单元电路的设计。

2.参数计算

参数计算是为了保证单元电路的功能指标达到所需的要求，参数计算需要电子技术知识，对这方面的理论要求很高。例如，放大器电路中我们通常需要计算各电阻值以及他们的放大倍数；振荡器中我们通常需要计算电阻电容以及震荡频率。进行参数计算时，同一个电路可能得出不止一组数据，我们要注意选择数据的方法，选择的这组数据需要完成电路设计的要求，并且在实践中能真正可行。

3.画出电路图

为详细表述单元电路与整机电路的连接关系，设计时需要绘制完整的电路图。通过单元电路之间的相互配合和前后之间的关系使得设计者尽量简化电路结构。例如对于单元电路之间的级联设计，在各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑它们之间的级联问题，从而到达减少浪费，从而降低工作量。注意各部分输入信号、输出信号和控制信号的关系，模拟输入、输出，使得输入、输出、电源、通道间全隔离，将

转贴于

直流电流、电压信号分成多路相同或不同的电流、电压信号，实现不同设备同时采集控制。

（1）注意电路图的可读性

绘图时尽量把主电路图画在一张纸上，比较独立和次要部分画在令一张纸上，图的端口和两端做好标记，标出各图纸之间信号的引入及引出。

（2）注意信号的流向及图形符号

一般从输入端和信号源画起，又左至右或者由上至下按信号的流向依次画出单元电路。图中应加适当的标注，并且图形符号要标准，

（3）注意连接线画法

各元件之间的连接线应为直线，并且尽量减少交叉。通常情况下连接线应水平或垂直布置，无特殊情况不画斜线，互相连接的交叉用原点表示。

三、几种典型单元电路的设计方法

单元电路的设计是否合理，能够关系到整个电子电路的设计是否能够正常运行。因此，各个单元设计的工程师纷纷致力于单元电路的设计。

1.对于线性集成运放组成的稳压电源的设计

稳压电源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。在单元电路中，对于串联反馈式稳压电路大体上可分为调整部分、取样部分、比较放大电路、基准电压电路等。经过这样设计的线路，具有过流及短路保护功能，当负载电流到达限额是能起到保护电路的功能工作。其具体设计方法为：对于整流出来的直流电是很少用来直接带动负载，还必须滤波后降低其纹波系数，但这种电路不能起到稳压的作用。所以稳压电源都应满足一定的技术指标。

2.单元电路之间的级联设计

各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑它们之间的级联问题。如电器特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合以及相互干扰等问题。

对于电气性能相互匹配的问题有些涉及到的是模拟单元电路之间的匹配，有的涉及到的是数字单元电路之间的匹配，有的则需要两者兼顾。从提高放大倍数和负载能力考虑，希望后一级的输入电阻要大，前一级的输入电子要小，但从改善频率响应角度考虑，则刚好相反。

信号耦合方式有直接耦合、间接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光耦合。直接耦合方式最简单，但是在静态情况下，存在两个单元电路的相互影响，因此在电路分析时应加以考虑。

时序配合的问题比较复杂，先对系统中各个单元电路的信号关系进行详细的分析，来确定系统的时序，以确保系统正常工作下的信号时序。最后设计出实现该时序的方法。

3.对于运算放大器电路的设计

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。运算放大器的设计中，其基本参数应当选择单、双电源供电，电源电流。而且应当输入失调电压、输入失调电流、输入电阻。并且转换速率、建立时间。设计中应当正确认识、对待各种参数，不盲目片面追求指标的先进。其中值得引起重视的是：依据推荐参数在规定的消振引脚之间接入适当的电容消振，这是为了消除运放的高频自激，同时为了减小消振困难这一情况，应尽量避免两级以上放大级级连。

第5篇：常用电源电路设计范文

【关键词】电动执行器；小型化；智能化；开度；Atma128单片机

1.引言

1.1 电动执行器的发展

电动执行器，又称电动执行机构、电装、电动头，是一种自动控制领域的常用机电一体化设备，是自动化仪表终端三大组成部分（检测设备、调节设备和执行设备）中的执行设备，主要作用是对一些阀门、挡板等设备进行自动操作，控制其开关和调节，代替人工作业。

1.2 研究背景及意义

我国目前的电动执行器还以角行程、直行程和多转式这些传统的电动执行器为主，现有的执行器在使用时还会遇见各式各样的问题，需要专业的技术员去钻研改进，与国际水平相比还存在结构上简单，功能弱、智能化程度低等缺点。目前上海沃电、温州瑞基、温州澳托克、英国rotork等产品在市场上均有很强的影响力，但市场上销售的基本型电动执行器功能单一，而功能强大的执行器价格又很高，基于以上原因，本文讨论设计一台性价比高的智能电动执行器。

1.3 系统功能描述

本设计力求执行器在功能上齐全，在性能上稳定，在价格上便宜。

执行器具体功能：

（1）本地操作：本地点动操作；本地保持操作。

（2）远方操作：远方手动操作；远方自动操作。

（3）液晶界面显示：开度显示；状态显示；报警显示；菜单显示。

（4）数据保存：将用户设置后的数据存入单片机的EEPROM。

1.4 系统框图

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2.系统硬件电路设计

2.1 系统电源电路设计

本系统需要的电源主要有三种：

（1）+5V：用于CPU板卡供电

（2）+12V_D：用于换相继电器

（3）+12V_A：用于4-20mA电流产生

要将380V交流电变为直流首先要变压、整流、稳压，所以电源部分就会包括变压器、整流电路、稳压电路这三个部分。

整流电路：可采取最通用最可靠的桥式整流。

稳压电路：可使用ST公司的LM78XX系列三端稳压芯片。

2.2 380V电源鉴相电路设计

鉴相电路目的是想判别输入信号的相位差，将相位差转换成不同的信号以便后级使用。根据这一原则，首先输入信号要为方波，而本设计使用的380V正弦信号，所以第一步要做的就是将正弦信号转为方波。由于系统控制器采用的是单片机，其供电为5V直流信号，需要鉴相的信号是380V高压信号，为了避免在控制的时候收到高压信号的干扰，在电路设计时还要考虑前后级之间的隔离。在鉴别相序的时候采取软件来进行相序分析。本设计采用Atmega128单片机作为处理器，资源富裕完全有空间来完成鉴相功能，而且采取软件处理可以减少硬件电路的设计调试，也可减小最后PCB的面积。

鉴相前级采样电路由两部分组成：正弦信号变换为方波，电源隔离。

2.3 红外遥控发射电路设计

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。发射部分包括键盘、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括LED红外接收器、光电放大器、解调和解码电路。

红外遥控系统框图如图2所示。

图2 红外遥控系统框图

2.4 交流电机控制电路设计

交流电机控制电路如图3所示。

图3 交流电机控制电路

继电器驱动电路：

继电器驱动电路采取互锁的形式，防止电路在换相的时候出现短路的状况。继电器线圈上要加蓄流二极管，否则线圈中的电不能及时的放干净，在切换相序的时候也容易短路。二极管要选取开关速度快的肖特基二极管。继电器选型只要满足耐压和蓄流能力就可以了。

2.5 显示电路设计

液晶显示采用O12864SGD14CFNE型号，此种液晶体积小，但也是128X64个显示点，并且功耗低、驱动简单。

2.6 4-20mA电流产生电路设计

目前最普遍使用的电流产生原理是电压/电流转换即V/I转换，将输入的电压信号转换为具有一定关系的电流信号，通过转换的电流相当于一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。

针对本设计来说使用PWM占空比来控制4-20mA电流输出，而且也减少了电路的设计，增强了系统的稳定性。

2.7 保护电路设计

鉴于电源电路存在一些不稳定因素，用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。比如有过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等。

电机过流检测设计采用电流互感器来检测电流过载。在供电用电的线路中电流电压相差悬殊。线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器的作用就是变流和电气隔离。电流互感器原理其实就是电磁感应原理。

本电路使用的是380V交流电，所以用电流互感器来检测较为安全，经过电流互感器将大电流变为小电流然后在变换为电压，再送入单片机处理。

3.系统软件的设计

3.1 系统总体流程图

系统总体流程图如图4所示。

图4 系统总流程图

3.2 鉴相处理及电机控制

鉴相采集的原理其实很简单，380V交流电已由外部硬件电路转换为方波，单片机只需处理输入两路信号超前与滞后的关系就可以了，这里使用外部中断来捕捉外部输入的方波的信号。

电机控制包括正转、反转和停止，这里就需要换相和电源通电控制。

注意：一定要先进行换相然后再对电机通电，否则在电机动作的时候进行换相会发生短路的情况。

3.3 反馈及远程信号处理

反馈信号主要是检测电动执行器当前的运行状态，其中包括阀门开度反馈、开关到位、过力矩检测、过电流和过热反馈。

过流检测：通过互感器将电流变换为电压然后通过A/D转换后进行处理。

过热检测：通过热敏电阻检测，反馈回开关量。

过力矩检测：通过外部限位开关读取阀门过力矩信号，返回开关量。

开度采集：开度通过于转动阀门连接的电位器反馈信号，由A/D转换后送入单片机进行处理。

3.4 按键及红外遥控器信号处理

按键主要是用于执行器本地操作和远程切换操作，安装在执行器的外壳上，主要实现本地点动和本地保持动作。

此处要注意的是按键消抖采用定时器延时来做，不要使用等待延时，可以提高单片机的运行速度。

红外遥控器接收管连接到单片机的外部中断，当有信号的时候进入中断处理，可以提高遥控器的执行效率，处理的方法是将发送部分信号进行解码，软件处理是将发送的码字破译成二进制的0和1，由0和1组合成不同的字节即可破解遥控器按键。

3.5 液晶显示驱动软件设计

液晶显示部分显示的内容主要有三种，第一种是开度显示，第二种是电动执行器状态显示，第三种的设置菜单显示。

液晶驱动程序的液晶显示部分的基础，我们使用的液晶是不带字库的液晶，所以在使用的时候需要把要显示的字用取模软件转换成字模。液晶驱动采用串行数据模式，这样可以减少外部管脚的占用。

本设计已完成整机装配，各个模块运行正常。已完成电动执行器各项功能，性能良好。各个模块采用的电路都很简单，使用的元器件也都很普通，但完全实现了电动执行器该有的功能。由于采用的电路简单使用的元器件便宜，所以大大降低了电动执行器的成本。

参考文献

[1]马潮.Atmega16原理级及应用手册[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]薛华成.管理信息系统[M].北京：清华大学出版社， 1993.

[3]晓喻.电子制作[J].北京：电子制作，2003.

第6篇：常用电源电路设计范文

全国大学生电子设计竞赛至今已成功举办了十余届，参赛学校和学生逐年递增。各省、市积极配合，大力宣传，也成为每年对各高校的教学成果的一次检阅标志。

2培训学生的选择及参赛选手的选定

首先，新生入校后，对其大力宣传大学生电子竞赛的目的和意义，让学生树立信心。以自愿和培训指导团队教师推荐方式相结合进行广泛、初级选拔。在指导老师的培训下，对一些理论扎实，善于动手，具有创新能力的学生进行全方面进培养。在参赛的五至六个月前，从众多的培养学生中再次选择写作水平较好的，理论和电路设计制作能力强的三人小组参加全国大学生电子设计大赛的培训。在报名参赛时，选择一个最佳小组队伍参赛。

3培训内容

全国大学生电子设计竞赛分本科组和大专组。纵观历届全国大学生电子设计竞赛题目类型：有电源类、信号源类、高频无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据采集与处理类和控制类七大类。其知识范围广，涉及电子技术、传感器应用、电机控制、电子测量、单片机应用、电子CAD技术等内容。培训具体内容包含以下一些内容：A/D、D/A转换器，专用集成放大器，信号变换电路，开关电源知识；各种集成传感器，霍尔元件等及传感器调理电路知识；混频器、模拟乘法器，锁相环，锁相频率合成器，DDS技术知识；各种交、直流电动机的控制，驱动电路的设计知识；各种计量电路、测量电路等测量知识；单片机最小系统设计，仿真软件的使用知识；电子CAD、电子电路辅助设计软件进行电路图绘制，PCB板图设计，EDA技术应用知识等。电子系统的基本方法、制作步骤，硬件、软件设计，制板装配，调试与测试等知识；电子设计竞赛设计总结报告写作的方法与要求等。

4培训方式与方法

高等职业院校的学制为三年，时间紧凑，为了能使培训工作顺利进行，通常采用课外分散培训和短期集中培训相结合方式进行。

4.1课外分散培训

常设一个实验室，配有齐全的电子测量仪器和设备，常年对培训学生开放。按学生的层次不同，分别制订培训计划，周一下达培训设计内容，周末检查。指导老师每周按时对学生指导，采用老带新的方法。新生的培训从基本技能开始，进行一些常用电路安装、调试培训，由浅入深。老生的培训则采用个人和小组相结合的方法进行，培训、设计制作的内容相对复杂、难度较大。定期下达一个与全国大学生电子竞赛试题难度相近的电子系统设计制作任务，指导老师定时进行检查指导。

4.2暑期集中培训

对参加每年一届的省级竞赛的同学，其培训时间一般为期2-3个月，其中用一个月时间对常用电路设计知识进行培训。每周进行2次校内模拟竞赛，电路设计难度和制作时间与省级历届的题目相近。对参加每两年举行一届的全国小组竞赛的学生，其培训时间一般为3-5个月，充分利用暑期进行培训。要求每小组分工合作进行资料查阅，电路系统设计，程序设计，电路安装、调试，设计报告等工作。培训后2个月，每2周进行一次模拟竞赛，进行电路设计制作，充分提高各小组成员的协作能力。

4.3加强培训指导教师团队建设

学校建立大学生竞赛培训指导教师的培育与团队建设中心。在竞赛组织方面，通过开展各种形式和规模的研讨，集体讨论竞赛大纲、编写培训教材、完善培训方式。通过培训指导教师的共同参与，确定培训目标、内容及定位。支持培训指导教师开展各项科研工作，以教学为基础，以科研促进教学，全面提升竞赛水平。

4.4竞赛技巧培训

设计总结报告的撰写能力培训。竞赛最后提交的成果形式除设计作品之外还有设计总结报告部分。其撰写质量直接关系着竞赛的成绩，进行技术设计报告的规范性训练是很有必要的，包括结构安排、格式、文法与表达等。资料查阅能力培训。电子设计大赛涉及面广，哪些信息对竞赛更有效与有用，以及如何选择信息。进行资料查阅能力的培训，让学生明确自己需要的和必须掌握的信息，将对培训工作起到事半功倍的效果。团队协作能力培训。要求队员充分发挥聪明才智、群策群力、默契配合，要求队员平时在学习上和生活上都能相互帮助、团结协作，便于竞赛时能有条不紊。

5结语

第7篇：常用电源电路设计范文

关键词：波纹；开关电源；晶体管

引言

在用电控制的仪器设备中，都需要稳压电源，由于价格、功率等的要求，因此设计人员更倾向于使用开关电源，而很少使用线性电源。开关电源的优势在于转换效率高，最高可以达到将近97%，另外开关电源重量轻、体积小。开关电源最大的缺点是输出的纹波和噪声电压较大，而这一性能影响到仪器设备的运行，特别是对于需要处理小信号的仪器中，电源产生的噪声可能会干扰输入的信号，使得仪器无法正确运行。如何处理好电源的噪声，有很多方法[1][2]，本文通过一个典型电源电路分析开关电源产生纹波和噪声的原因及减小纹波和噪声的措施，并详细探讨了电源各部分电路的原理功能和实现的方法。

1干扰产生分析

电信号干扰分为：噪声（nois）和纹波（ripple）两种，其表现形式为图1形式。噪声的定义是指在直流电压或电流中，叠加了振幅和频率上完全无规律的交流分量。该分量会干扰电路的分析、逻辑关系，影响其设备正常工作。纹波是指叠加在直流电压或电流上的交流信号，会降低电源的效率，严重的波纹更有可能会损坏用电设备，另外波纹还会干扰数字电路的逻辑关系，影响设备工作状态。通常的开关电源输出的直流电压中叠加了由噪声和波纹引起的交流信号。波纹主要是由于开关电源的开关动作造成的，而波动的频率跟开关的频率是一致的，大小取决于输入、输出电容的参数。作为开关的元件都有寄生的电感与电容，当元件在电流流动变化工作时，会产生电压与电流的浪涌，这些浪涌信号都会在电源产生干扰信号。浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。该峰值电流远远大于稳态输入电流，这种瞬时过电流称为浪涌电流，是一种瞬变干扰。噪声电压主要跟电源的拓扑结构、电路中的寄生参数、工作的电磁环境以及印制电路板的布线有关。当信号较小的时候，会产生干扰的信号。图2（a）是实验信号波形，（b）是小信号上叠加了干扰的波形。干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声，干扰的产生来自多方面，电路设计不合理、器件使用不当、工作环境干扰、电源噪声等，其中电源产生的噪声是常见主要的原因，而这些干扰信号会造成后续电路一系列的处理误差，所以在要求较高的场合，这样的噪声是必须要解决的。

2解决措施

开关电源电路一般由整流平滑电路、集成开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路、次级侧整流平滑电路等构成。其工作原理：开关电路供应稳定电压和平滑的电流，是本电路的主要部分，开关晶体管的集电极电流决定电源的输出电流。纹波的解决措施[3][4]主要有：调整电感和电容参数、增加电容电阻缓冲网络。

2.1调整电感和电容参数

电流波动与电感参数、以及输出电容大小有关，通常电感值越小，波动越大，输出电容值越小，波纹越大。因此可以通过增大电感值和输出电容值来降低波纹。在这里以BUCK型开关电源为例，当开关电源工作时，提供的电压不变，但是电流会变化，为了稳定电源的输出电流，在如图4（a）的指示位置并联一个电容C+。通过增加电感值的方法来减小波纹的做法是受限的。因为电感越大，体积就越大。电感的取值可以这样计算：假定输入电压为Vin，输出电压为Vo，工作频率为f，输出电流为I，电感中电流的波动值为驻I的话，有：在电路调试过程中发现，随着C+不断增加，减小波纹的效果会越来越差，同时增加f，会增加开关损失。因此可以通过再加一级LC滤波器的方法来改善，如图4（b）所示。LC滤波器抑制波纹的效果较好，只要根据需要除去的纹波频率选择合适的电感电容即可。

2.2增加电容电阻缓冲网络

在二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻与电容取值要经过反复试验才能确定，一般选择电阻为10Ω-100Ω，电容取4.7pF-2.2nF。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。

3电路设计及实测

根据以上分析，设计出了一种开关稳压电源如图5所示，采用可控硅触发方式。通过整流放大后的波纹去触发可控硅的导通，当整流电压值为零时，可控硅自动关断。只要用输出电压的变化来控制触发信号的前沿，即可实现稳压。稳压电路主要由可控硅、4个晶体管和1个变压器等组成，如图5所示。我们在multisim环境下对该电路进行仿真，效果非常好。再用实际电路搭试，并加上30欧姆纯电阻阻抗后，选取了7个测试点，测试波形见图6所示。图中变压器T、二极管D1～D4和电容器C1-4组成整流滤波电路，测试点1电压纹波波形见图6中1的图像，显然是在全波整流后的纹波出现；电阻R2、R3和隔直电容C5组成取样电路，测试点2电压纹波波形见图6中2的图像；控制可控硅的纹波信号测试点3、4电压纹波波形见图6中的3、4的图像；隔直后的测试点5电压纹波波形见图6中的5的图像；线圈T2控制信号的初级波形见图6中7的图像；线圈T2次级控制可控硅信号见图6中6的图像。当电压没有纹波时，线圈T2不发挥作用，但当电压有波动时（纹波），则自动控制可控硅工作，抑制电压的波动。在电路中的电感对抑制电压的波动也起到了良好的作用，其电感值可以根据电压的大小和对纹波的要求进行适当的选择。该电路在最后的输出功率可以达到110W，当负载发生变化10-104欧姆时，电压变化的范围大约是1毫伏。

4结束语

本文对开关电源噪声与纹波的产生原因和抑制方法进行了分析和讨论，并设计出了一种晶体管开关稳压电源电路，观察仿真实验，可以得出该设计能够抑制一定的电源噪声与波纹。在实际中，需要依据产品的参数，如体积、成本等问题综合考虑，选择合适的设计方法。

参考文献：

第8篇：常用电源电路设计范文

关键词aber;反激式开关电源;仿真

中图分类号TM359.4 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0020-01

开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。目前,随着各种新科技不断涌现,新工艺被普遍采用,新产品层出不穷,开关电源正向小体积、高功率密度、高效率的方向发展,开关电源的保护电路日趋完善,开关电源的电磁兼容性设计及取得突破性进展,专用计算机软件的问世为开关电源的优化设计提供了便利条件。

Saber是美国Analogy公司开发,现由Synopsys公司经营的系统仿真软件,被誉为全球最先进的系统仿真软件,也是唯一的多技术,多领域的系统仿真产品,现已成为混合信号、混合设计技术和验证工具的业界标准,可用于电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真,与其他由电路仿真软件相比,其具有更丰富的元件库和更精致的仿真描述能力,仿真真实性更好。

1反激式开关电源基本原理

反激式开关电源其拓扑结构如图1。

其电磁能量储存与转换关系如下

如图2(a)当开关管导通,原边绕组的电流Ip将线形增加,磁芯内的磁感应强度将增大到工作峰值,这时可以把变压器看成一个电感,逐步储能的过程。

如图2(b)当开关管关断,初级电流降到零。副边整流二极管导通,感生电流将出现在复边。从而完成能量的传递。按功率恒定原则,副边绕组安匝值与原边安匝值相等。

2基于UC3842的反激式开关电源电路设计

由Buck-Boost推演并加隔离变压器后而得反激变换器原理线路。多数设计中采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统,就可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是:在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度,自动限制负载电流,补偿电路简单。以UC3842为控制芯片设计一款50W反激式开关电源,其原理图如图3所示。

2.1高频变压器设计

1)原边匝数

因为作用电压是一个方波,一个导通周期的伏秒值与原边匝数关系如式(1)

Np=(1)

式中 Np――原边匝数;

Vp――原边所加直流电压(V);

ton ――导通时间(us);

Bac――交变工作磁密(mT);

Ae――磁心有效面积(mm2)。

2)副边绕组

由原边绕组每匝伏数=母线电压/原边匝数可得

副边绕组匝数=(输出电压+整流二极管压降+绕组压降)/原边绕组每匝伏数

3)气隙

实用方法:插入一个常用气隙,例如0.5mm,使电源工作起来在原边串入电流探头。注意电流波形的斜率,并调整气隙达到所要求的斜率。

也可用式(2)计算气隙。

lg=(2)

式中lg ――气隙长度(mm);

u0 ――4n×107;

Np――原边匝数;

Lp――原边电感;

Ae ――磁心面积(mm2)。

2.2反馈环节

图3中反馈环节由光耦PC817和TL431组成,适用于电流控制模式。输出电压精度1%。电压反馈信号经分压网络引入TL431的Ref段,装换为电流反馈信号,经过光耦隔离后输入UC3842的控制段。

TL431是由美国德州仪器生产的2.5V-36V可调式精密并联稳压器。内有参考电压2.5V,它与参考端一起控制内部的比较放大器。在输出阴极和参考端可加反馈网络,影响整个开关电源的动态品质特性。

2.3控制芯片电路

UC3842由4脚外接RC生成稳定的振荡波形,振荡频率=1.8/R12×C15。6脚输出驱动脉冲,驱动MOSFET在导通和截至之间工作。8脚提供一个稳定的5V基准源。

3Saber电路仿真

利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径,一种是基于原理图进行仿真分析,另一种是基于网表进行仿真分析。基于原理图进行仿真分析的基本过程如下:

1)在Saber Sketch中完成原理图录入工作;

2)然后使用net list命令为原理图产生相应的网表;

3)在使用simulate命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中,同时在Sketch中启动Saber Guide界面;

4)在Saber Guide界面下设置所需要的仿真分析环境,并启动仿真;

5)仿真结束以后利用Cosmos Scope工具对仿真结果进行分析处理。

在这种方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope两个工具,但从原理图开始,比较直观。所以,多数Saber的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行,在需要反复修改测试的情况下,需要在两个窗口间来回切换,比较麻烦。

4系统仿真及实测

在Saber Sketch中完成原理图。并进行DC/AC分析。

如图4(a)为开关电源在220V交流输入时的MOSFET驱动电压波形仿真结果(b)为实测样机MOSFET驱动电压波形。作为专业级开关电源仿真软件,Saber在控制环路设计上,能够真实且直观的检验设计的稳定性。

如图5(a)为开关电源电流采样电阻上的电压波形的仿真结果(b)为实测波形。涉及开关电源部分器件选型的重要参数也同样可以通过仿真波形得到,例如开关器件MOSFET额定工作时通态最大电流等参数,同样可以从仿真波形中得出。

5结束语

在电路设计初期,借用Saber的电路级仿真可以很直观的对开关电源电路设计进行的评估,并在控制环路的设计上会有很大的帮助。在完成样机的初步测试后,同样可以借助仿真对电路功能进行校验。该电路广泛应用于小功率场合,具有体积小,成本低,结构简单等优点。

(a)仿真(b)实测

图4MOSFET驱动电压波形

(a)仿真 (b)实测

图5电流采样电阻电压波形

测试结果(图5b)为220V,50Hz交流输入时,实验样机测试波形。

参考文献

[1]沙占友.单片开关电源最新应用技术,2006.

[2]王建秋,刘文生.Saber仿真在移向全桥软开关电源研发中的应用,2009.

[3]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计,2000.

[4]Saber.仿真中文教程.

[5]张煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP实现.2009.

第9篇：常用电源电路设计范文

关键词： 秒表；Atmega16；定时器/计数器

中图分类号：S241 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210059－01

0 前言

秒表是一种常用的测时仪器，常规的秒表的制作方法有两种，一种是采用电子电路搭建而成，这种电路的搭建需要制作者具有一定的模拟和数字电子电路基础，另外这种秒表的定时时间范围较为固定。还有一种方法就是使用智能芯片，通过编程来实现定时功能，从而实现秒表的制作。这种方法制作的秒表，可以通过软件更改程序参数灵活的调节定时范围及定时精度，使用较为灵活，且简单易懂。本文采用AVR单片机作为主控芯片，配以相应的电路，实现简易秒表的设计与制作。

1 硬件电路设计

本系统的硬件构成主要有单片机的主控模块、显示模块以及主令模块。主控模块以ATmega16单片机为控制核心，配以最小工作系统必要的电路，如复位电路、晶振电路、电源电路等；显示模块采用5个LED数码管，主要用于定时显示，显示内容为“秒值-百分之N秒”；主令模块主要由按键组成，以实现系统的人机交互功能。

其系统组成如图所示。

简易秒表系统框图

1.1 ATmega16单片机。ATmega16单片机的美国Atmel公司生产的AVR系列单片机的高档产品之一，是一款基于AVR RISC的低功耗COMS的8位高性能单片机。通常在一个时钟周期内执行一条指令，ATmega16可以取得接近1MIPS/MHz的性能，在功耗和执行速度之间取得平衡[1]。同时，该型号单片机采用Flash技术，具有在线编程功能，调试系统非常方便，程序的存储空间达16k字节，I/O口均可进行位寻址。该单片机有TQFP封装和PDIP封装两种封装形式。其中PDIP双列直插封装由于焊装简单而被初学者广泛使用。ATmega16单片机具有PA、PB、PC和PD共4个8位的并行I/O口，每个接口除了都可以作为普通的输入输出接口使用。

1.2 晶振电路。单片机要工作必须配有晶振电路以产生时钟脉冲。ATmega16单片机的时钟晶振最高可达到16MHz，可产生精确到μs级的时隙，方便定时操作。晶振电路是在单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间，接入石英晶体和微调电容，配合单片机内部的放大电路，产生时钟脉冲信号。单片机内部定时器的计数对象就是这个频率恒定的脉冲。

1.3 电源与复位电路。ATmega16单片机的工作电压是4.5～5.5V的直流电源，复位电路是在复位引脚接入复位按钮，按下该按钮，将复位引脚加到低电平上，实现复位功能。

1.4 数码管电路。数码管由8个发光二极管组成，因此也称为8段数码显示器。数码管中的8个发光二极管有共阴极和共阳极两种连接方法。共阳极接法是把8个发光二极管的阳极连在一起构成一个公共的阳极。共阴极接法是把8个发光二极管的阴极连在一起构成一个公共的阴极[2]。为了在数码管上显示数字或符号，必须给LED提供合适的字形代码，使发光二极管按给定的组合发光。实际应用的数码管显示器都具有较多的个数，常用的控制方法有两种，一种是采用单片机的并行接口动态扫描显示，还有一种是采用专用的数码管显示驱动芯片进行串行口控制。对比来说，并行接口控制动态扫描显示方法较为简单，尤其适用于单片机外部设备不多的场合下，初学者使用更为容易掌握。本方案中就采用简单易懂的并行接口控制。将5个数码管的字形控制端接在一起连接到单片机的PA接口上，各字位控制端单独引出接在单片机的PB口上。

1.5 按键的处理。按键电路设计较为简单，与单片机的PD接口的PD2和PD3引脚上。不按下按键时，单片机对应引脚上接的是高电平，按下按键时，单片机引脚接入低电平。通过判断引脚状态既可以检测按键的工作状态，从而选择执行对应的功能。

2 软件设计

定时控制在单片机中常用方法主要有两种，一是采用循环执行语句进行延时，但这种延时是不精确的，误差较大。另一种就是使用单片机内部的定时器/计数器进行精确定时。在ATmega16单片机中有3个定时器/计数器，分别是T/C0、T/C1和T/C2。其中T/C0和T/C2是两个8位的定时器/计数器，T/C1是16位的定时器/计数器。位数不同就决定了它们的计数范围不同，对于8位的T/C，计数范围是0～255，而16位的T/C计数范围是0～65535。可以根据具体的应用场合，选择合适的定时器/计数器。本方案中使用8位定时器/计数器T/C0，采用溢出中断方式进行工作，实现0.01秒和秒的定时。程序流程如图所示：

参考文献：