分享兩個電源電路的原理及PCB布板方式

電源電路是一個電子產(chǎn)品的重要組成部分，電源電路設(shè)計的好壞，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，因此在一些對電源質(zhì)量要求較高的場合得到廣泛應用。

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)換為單向脈動電流；濾波器的作用是去除單向脈動電流中的高頻成分，使輸出電壓更加平滑；穩(wěn)壓器的作用是在輸入電壓或負載變化時保持輸出電壓穩(wěn)定不變。

在實際應用中，線性電源通常需要配合適當?shù)纳岽胧﹣肀ＷC其正常工作。由于線性電源在工作時會產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良會導致溫度過高，從而影響電源的穩(wěn)定性和壽命。因此，在設(shè)計和使用線性電源時，需要注意選擇合適的散熱器和風扇，并定期清潔和維護散熱器，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)計時，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輸出電壓的影響。當輸入電壓發(fā)生變化時，線性電源的輸出電壓也會隨之變化。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，通過監(jiān)測輸出電壓的變化來調(diào)整穩(wěn)壓器的控制信號，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，但其也存在一些缺點。首先，線性電源的效率較低，因為整流器和濾波器會將一部分能量轉(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，尤其是對于大功率的線性電源來說更是如此。

為了克服這些缺點，近年來出現(xiàn)了一種新型的電源技術(shù)——開關(guān)電源。開關(guān)電源采用高頻開關(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。與傳統(tǒng)的線性電源相比，開關(guān)電源具有更高的效率和更低的成本，因此在一些對電源質(zhì)量和體積要求較高的場合得到了廣泛應用。

高頻開關(guān)電源

高頻開關(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，高頻開關(guān)電源具有高效率、體積小、重量輕等優(yōu)點，因此在一些對電源質(zhì)量和體積要求較高的場合得到了廣泛應用。

高頻開關(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)換為單向脈動電流；濾波器的作用是去除單向脈動電流中的高頻成分，使輸出電壓更加平滑；控制器的作用是根據(jù)反饋信號調(diào)整開關(guān)管的導通時間，從而控制輸出電壓的穩(wěn)定性。

在實際應用中，高頻開關(guān)電源通常需要配合適當?shù)纳岽胧﹣肀ＷC其正常工作。由于高頻開關(guān)電源在工作時會產(chǎn)生一定的熱量，如果散熱不良會導致溫度過高，從而影響電源的穩(wěn)定性和壽命。因此，在設(shè)計和使用高頻開關(guān)電源時，需要注意選擇合適的散熱器和風扇，并定期清潔和維護散熱器，以保證其良好的散熱效果。

此外，高頻開關(guān)電源還需要考慮輸入電壓的變化對輸出電壓的影響。當輸入電壓發(fā)生變化時，高頻開關(guān)電源的輸出電壓也會隨之變化。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，通過監(jiān)測輸出電壓的變化來調(diào)整控制器的控制信號，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。

盡管高頻開關(guān)電源具有許多優(yōu)點，但其也存在一些缺點。首先，高頻開關(guān)電源的成本較高，尤其是對于大功率的高頻開關(guān)電源來說更是如此；其次，高頻開關(guān)電源的輸出電壓紋波較大，可能會對負載產(chǎn)生影響；最后，高頻開關(guān)電源的工作頻率較高，可能會產(chǎn)生電磁干擾等問題。

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

我們一般用的電路有：LM2575、MC34063、SP6659等。開關(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開關(guān)電源電路原理圖

圖四 LM2575開關(guān)電源PCB圖