分享兩個(gè)電源電路的原理及PCB布板方式

電源電路是一個(gè)電子產(chǎn)品的重要組成部分，電源電路設(shè)計(jì)的好壞，直接牽連產(chǎn)品性能的好壞。我們電子產(chǎn)品的電源電路主要有線性電源和高頻開(kāi)關(guān)電源。從理論上講，線性電源是用戶需要多少電流，輸入端就要提供多少電流；開(kāi)關(guān)電源是用戶需要多少功率，輸入端就提供多少功率。

線性電源

線性電源是一種將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電源設(shè)備，其工作原理是利用變壓器和整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。與開(kāi)關(guān)電源相比，線性電源具有輸出電壓穩(wěn)定、紋波小、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，因此在一些對(duì)電源質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。

線性電源的主要組成部分包括變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器等。其中，變壓器的作用是將交流電降壓為所需的電壓值；整流器的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)電流；濾波器的作用是去除單向脈動(dòng)電流中的高頻成分，使輸出電壓更加平滑；穩(wěn)壓器的作用是在輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定不變。

在實(shí)際應(yīng)用中，線性電源通常需要配合適當(dāng)?shù)纳岽胧﹣?lái)保證其正常工作。由于線性電源在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良會(huì)導(dǎo)致溫度過(guò)高，從而影響電源的穩(wěn)定性和壽命。因此，在設(shè)計(jì)和使用線性電源時(shí)，需要注意選擇合適的散熱器和風(fēng)扇，并定期清潔和維護(hù)散熱器，以保證其良好的散熱效果。

線性電源功率器件工作在線性狀態(tài)，如我們常用的穩(wěn)壓芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下圖一是LM7805穩(wěn)壓電源電路原理圖。

圖一 線性電源原理圖

PCB設(shè)計(jì)時(shí)，元件的布局要緊湊，要讓所有的連線盡可能短，要按原理圖元件功能關(guān)系去布局元件與走線。

圖二 線性電源PCB圖

此外，線性電源還需要考慮輸入電壓的變化對(duì)輸出電壓的影響。當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，線性電源的輸出電壓也會(huì)隨之變化。為了保證輸出電壓的穩(wěn)定性，需要在電路中加入反饋控制電路，通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出電壓的變化來(lái)調(diào)整穩(wěn)壓器的控制信號(hào)，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。

盡管線性電源具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其也存在一些缺點(diǎn)。首先，線性電源的效率較低，因?yàn)檎髌骱蜑V波器會(huì)將一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能散失掉；其次，線性電源的體積較大，重量較重，不便于攜帶和安裝；最后，線性電源的成本較高，尤其是對(duì)于大功率的線性電源來(lái)說(shuō)更是如此。

為了克服這些缺點(diǎn)，近年來(lái)出現(xiàn)了一種新型的電源技術(shù)——開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源采用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，具有高效率、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的線性電源相比，開(kāi)關(guān)電源具有更高的效率和更低的成本，因此在一些對(duì)電源質(zhì)量和體積要求較高的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。

高頻開(kāi)關(guān)電源

高頻開(kāi)關(guān)電源是一種將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電源設(shè)備，其工作原理是利用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。與線性電源相比，高頻開(kāi)關(guān)電源具有高效率、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此在一些對(duì)電源質(zhì)量和體積要求較高的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。

高頻開(kāi)關(guān)電源的主要組成部分包括變壓器、整流器、濾波器和控制器等。其中，變壓器的作用是將交流電降壓為所需的電壓值；整流器的作用是將交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)電流；濾波器的作用是去除單向脈動(dòng)電流中的高頻成分，使輸出電壓更加平滑；控制器的作用是根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制輸出電壓的穩(wěn)定性。

在實(shí)際應(yīng)用中，高頻開(kāi)關(guān)電源通常需要配合適當(dāng)?shù)纳岽胧﹣?lái)保證其正常工作。由于高頻開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良會(huì)導(dǎo)致溫度過(guò)高，從而影響電源的穩(wěn)定性和壽命。因此，在設(shè)計(jì)和使用高頻開(kāi)關(guān)電源時(shí)，需要注意選擇合適的散熱器和風(fēng)扇，并定期清潔和維護(hù)散熱器，以保證其良好的散熱效果。

此外，高頻開(kāi)關(guān)電源還需要考慮輸入電壓的變化對(duì)輸出電壓的影響。當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，高頻開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓也會(huì)隨之變化。為了保證輸出電壓的穩(wěn)定性，需要在電路中加入反饋控制電路，通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出電壓的變化來(lái)調(diào)整控制器的控制信號(hào)，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。

盡管高頻開(kāi)關(guān)電源具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其也存在一些缺點(diǎn)。首先，高頻開(kāi)關(guān)電源的成本較高，尤其是對(duì)于大功率的高頻開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)更是如此；其次，高頻開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓紋波較大，可能會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響；最后，高頻開(kāi)關(guān)電源的工作頻率較高，可能會(huì)產(chǎn)生電磁干擾等問(wèn)題。

為了克服這些缺點(diǎn)，近年來(lái)出現(xiàn)了一種新型的電源技術(shù)——數(shù)字控制開(kāi)關(guān)電源。數(shù)字控制開(kāi)關(guān)電源采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為核心控制器，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的輸出電壓控制。與傳統(tǒng)的模擬控制開(kāi)關(guān)電源相比，數(shù)字控制開(kāi)關(guān)電源具有更高的效率和更低的成本，因此在一些對(duì)電源質(zhì)量和體積要求較高的場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。

我們一般用的電路有：LM2575、MC34063、SP6659等。開(kāi)關(guān)電源理論上是電路兩端功率相等，電壓成反比，電流成反比。

圖三 LM2575開(kāi)關(guān)電源電路原理圖

圖四 LM2575開(kāi)關(guān)電源PCB圖