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电源保护电路系统的设计与制作

为了方便在实验室做各种电路实验，实验室电源系统应具有如下的功能：

输出+12V，-12V，+5V固定电压的直流稳压电压源；

输出输出电压从1.25V到12V可调的直流稳压电压源；

输出电流从2mA到40mA可调的直流电流源；

输出电压约为+16V，-16V的直流电压源（没有经过稳压的电压源，方便做电源实验用）；

输出电压为12V的交流电压源（方便做电源实验用）；

在电子技术实验室使用较广泛的综合电路实验箱所使用的电源一般有好几组电源输出，如+12V，+5V，-12V等等，数字实验电路还有一个+5V电源插口。由于是学生实验用仪器，学生在做实验时操作出错是常有的现象，主要是以下三类错误：一是电源直接短路造成的严重过载而损坏电源电路，此类错误的后果是损坏稳压器，或整流二极管或变压器；二是负载过重，这往往是学生由于接线错误，如芯片的线接错，虽没有直接短路，但可能电流超过额定值，若再加上没有及时排除故障，使得时间过长，而损坏电路，如损坏芯片，进一步损坏电源电路器件；还有一种可能是将+12V或者-12V电源插入到数字实验电路的+5V电源插口，这样造成数字电路（如高低电平信号形成电路，数码信号显示电路等等）中的集成块损坏，特别是TTL集成电路块的损坏。因此，设计制作一个电路保护系统很有必要。

对保护电路的要求：

过压保护：输出的所有电压中，只要任何一个电压超过额定值1V，保护电路动作。

欠压保护：输出的所有电压中，只要任何一个电压低于额定值1V，保护电路动作。

过流保护：任何一个输出电流超过500mA时或所有正电源电流之和超过500mA时或所有负电源电流之各超过500mA时，保护电路动作。

电源电压接错保护：在应加+5V电源接口处错误地加上了其它电源，如+12V，-12V等等，保护电路动作。

常用的电路保护措施有：

熔断器保护，即通常用的保险丝，保险管，它是一种过流保护器件，将它串接在电源电

路中，一旦当负载出现故障而使电源供电电流突然增大时，保险丝熔断，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的。注意：并不是电流一超过保险丝的额定电流就立即熔断，通常要超过额定电流1.5倍至2倍，保险丝才熔断。所以，这种保护方法是结构简单，成本低，电路设计方便；但缺点是：保护电流值不明确，在需要高精度保护条件下达不到要求，二是熔断后，需要更换，在一些烧保险比较频繁的情况下（如学生实验设备）就是很麻烦的一件事情，时间上也难以做到需要保护时立即截断电源。因此这种保护方式通常只能在短路保护中采用。

自恢复保险保护，实际就是一种热敏电阻保护，它也是串接在电源电路中，是一种过流保护方法。当电流没有超过额定值时，作为过流保护用的热敏电阻温度正常，所呈现的电阻很小，不会影响电源电路的正常工作，一旦当电流超过它的额定电流时，作为过流保护用的热敏电阻温度徒然升高，所呈现的电阻很大，截断电源与负载的通路，达到保护电源和负载本身的目的，此后由于流过作为过流保护用的热敏电阻的电流很小，温度降低，降低到一定程度时，作为过流保护用的热敏电阻电阻值减小到正常值，电源恢复工作，若故障没有排除，将会进入下一轮保护。这种方法的优点是电路结构简单，成本低，但缺点是反应太慢，所以多数情况下也不宜使用。

晶闸管保护，在开关电源中用得较多，在开关电源中，有一个振荡器，我们可以设计让振荡器是否工作与晶闸管的状态有关，而晶闸管的状态由其电压决定，在电路正常工作条件下，让晶闸管处于截止状态，而一旦电路出现不正常状态，晶闸管导通，电路进入保护状态。有关此方面的问题，请实践者参阅有关开关电源的资料。

以继电器为主要器件的电子保护电路，继电器主开关接在电源主电路中，让控制电路控制继电器线圈而控制继电器主开关的通断。本电子实践项目中就是一个这样以继电器为主要控制器件的电路。

以电源调整管（大功率三极管）为主要器件的电子保护电路，主要方法是让一个控制电路控制电源调整管的通断（让调整管处于开关工作状态，电路正常时饱和导通，电路不正常时截止）。这种电路反应快，动作值界线确定，具有自恢复功能，是一种较理想的电源保护电路，缺点是电路相对复杂，成本相对较高。

保护措施方案的选定：

由于这样的电源电路从交流电经整流滤波后有二路，一路产生+12V电源，另一路产生-12V电源，所以要在直流电路上采取保护措施，就得有二个保护电路，显然不太合理。所

以在交流电路上就采取保护措施比较恰当，而要在交流支路上保护，而交流支路有二路，一是变压器初级交流支路，一是变压器次级交流支路，由于初级边电压较高，不利于选用保护器件，而次级边电压较低，利于选用保护器件。从对保护电路的要求知，既要接入交流电路，以要反映及时，还要保护界线非常明显，选用以继电器为主要器件保护电路比较恰当，即在电路正常工作时，继电器正常导通，当电路出现不正常状态时，继电器动作，交流供电电路断开，起到保护作用。其它几种保护电路方案各有不足之处，熔断器保护电路对过压，欠压问题没有什么反映，对这类问题起不到保护作用，而且保护界线非常模糊，达不到电路的要求；自恢复保险保护的不足之处与熔断器保护电路的不足之处一样，，一样达不到电路的要求；调调整管保护电路只适合直流电路上的保护，而对交流电路上的保护无能为力。

电路设计方案的形成：

电路设计方案的解说：

主电源电路

220V交流电源接入双12V电源变压器，变压器的功率根据电源输出电压和额定输出电流进行计算，若正负二路电源额定输出电流为0.5A，整流输出电压用正负16V计算，则一边的功率就是16*0.5=8W，一共是16W，可选用20W的变压器。

从变压器输出的二路交流首先分别经过继电器的常闭触头（所以要选用有二路触头的继电器），再接整流滤波电路，最后经过稳压电路输出。

保护电路

过压与欠压故障的保护：从各电源输出端引入电压信号到电压信号检测电路，由于有多个电压，所以可以选用加法器来进行检测，得到当各电压正常时加法器的输出电压信号，当引入的电压信号不正常时，本电路的输出电压信号肯定会发生变化，将这个信号引入到过压比较器和欠压比较器，这就可以得到一个能够反映主电源各电压是否在正常范围内的信号。

过流保护电路：主电源电流渡过取样电阻，这样主电流的大小可以通过取样电阻的电压反映出来，所以首先通过减法器检测出取样电阻上的电压，再送到比较器，判断是否电流过大。注意，由于有正负二路电源，所以这样的电路有二路。

以上各电路的输出信号经过或门送出。

或门送出的信号不能直接控制驱动器，有一个+5V电源接口是否接错电源的信号，将这个信号和或门送出的信号再送到加法器。

开机延时电路：由于开机时主电源输出电压并不能立即达到正常值，若不考虑这个因素，电源将开机不起。因此保护电路必须在主电源达到正常值后才开始工作，因此要设计一个开机延时电路。

或门送出的信号，+5V电源接口是否接错电源的信号，开机延时信号一起送到加法器进行加法运算，加法器计算出的结果就可以反映出电路工作状态，再将这个加法器的结果送到比较器，比较器输出控制信号。

由于继电器的动作电流相对较大，运算放大器是带不起这个负载的，因此控制信号需要经过驱动电路再驱动继电器。

以上就是整个电路系统的说明，在这个电路系统，开机延时电路和+5V电源接口是否接错电源的信号电路是需要认真考虑的，总的要求是电路要简单，工作要有效。具体的解决方案请阅读后面的电路设计的具体说明。

继电器的要求：

由于实验电路的电源电路采用的变压器次级电压为双12V，

额定电流小于1A，因此，继电器必须是二路的，耐压高于20V，

电流大于1A。

选用松下DS2Y-SDC5V双路继电器可以达到要求。

松下DS2Y-SDC5V双路继电器的外形如图所示。

电流电压：2A30DCV。额定动作电压5V，实际上大于3.75V就动作。若电源电压采用的是+5V电源，则可以直接在控制信号的作用之下加上电源电压。若电源电压高于5V，则需要在电源与继电器之间串联一个限流电阻。

限流大小的计算：经测量，本继电器线圈电阻为120欧姆左右，即动作电流在40毫安左右，因此，限流电阻的计算需要以此数据为依据进行计算，在此电阻上的电流也为40毫安左右，例如：电源电压为+12V，所接限流电阻大小应为R＝（12-5）/ 0.04 = 175欧姆，可取限流电阻为180欧姆。

有二路开关，每一路有二位，一位是常闭开关，一路是常开开关。

M A1 B1 C1

N A2 B2 C2

此为底视图，即将继电器底部朝向眼睛，所看到的继电器的8个脚。

MN为线圈，注意，这个线圈有“+”“-”极，其中Ｍ端为“+”极。

“+”“-”极的判断方法，一般情况下，“+”“-”极的判断应该用万用表就可测量出来，但此继电器线圈的“+”“-”极无法用万用表测量，正反向测量出的电阻值都在120欧姆左右，因此，必须采用加电源测试，当将5V电源加到线圈两端时，听到继电器动作声音，说明电源正极所接的一端为继电器线圈的正极，另一端为负极，当将5V电源加到线圈两端时，若听不到继电器动作声音，说明电源正极所接的一端为继电器线圈的负极，另一端为正极。

A为中间点，A，B之间常闭，Ａ，Ｃ之间常开。

也可选用松下DS2Y-SDC12V双路继电器。这个继电器外形，脚的分布与上面所述继电器完全相同，只是继电器动作额定电压是+12V，所测得的电阻约为680欧姆，计算得额定动作电流为18mA。同样，若需要外接限流电阻时，按以上参数进行计算。

其它详细资料以及其它品牌和型号的继电器请实践者查阅有关资料。

本电路设计的中心任务是，可以让二路交流电分别从A1和A2点进入，而分别从B1和B2点送出。在电路处于正常工作状态时，让MN线圈电流为０，继电器不动作处于常态，即AB间处于导通状态，交流电正常送到后续电路，对电路正常供电。在电路处于非正常工

作状态时，让MN线圈通电，继电器动作处于暂态，即AB间处于断开状态，交流电送电电路被断开。对后续电路起到保护作用。

保护电路结构的选择：

由于所需要保护的类型较多，而且电源输出路数也多，所以选用合适的电路结构非常重要，否则选用不当，设计电路的难度会加大，而且电路可能比较复杂。根据电路的要求，本人选用以运算电路和比较器为电路主要结构。

因此运算放大器将成为本电路的核心器件。

通用运算放大器LM358是一块双运放集成电路，内含二个完全一样的运算放大器，

引脚8个，引脚编号1，2，3，

4，5，6，7，8按如下方法确定：正

面朝上，有缺口的一方朝左（或者

有圆点的位置在左下），左下第一引脚为1，然后

按逆时针顺序依次确定2，3，4，5，6，7，8，即

左上脚为8号引脚。实物图如图所示。8脚接正电源，4脚接负电源或地GND．引脚3，2，1三个脚组成A运放（其中引脚3为A运放的同相输入端，引脚2为A运放的反相输入端，引脚1为A运放的输出端），引脚5，6，7三个脚组成B运放（其中引脚5为B运放的同相输入端，引脚6为B运放的反相输入端，引脚7为B运放的输出端）。

通用运算放大器LM324简介通用运算放大器LM324是四运放集成电路，内含四个完全一样的运算放大

器，引脚14个，引脚

编号1，2，3，4，5，

6，7，8，9，10，11，

12，13，14按如下方

法确定：正面朝上，有缺口的一方朝左（或者有圆点的位置在左下），

左下第一引脚为1，然后按逆时针顺序依次确定2，3，4，5，6，7，8，

9，10，11，12，13，14，即左上脚为14号引脚。实物如图所示。4脚

接正电源，11脚接负电源或地GND．

引脚3，2，1三个脚组成A运放（其中引脚3为A运放的同相输入端，引脚2为A运放的反相输入端，引脚1为A运放的输出端）。

引脚5，6，7三个脚组成B运放（其中引脚5为B运放的同相输入端，引脚6为B运放的反相输入端，引脚7为B运放的输出端）。

引脚10，9，8三个脚组成C运放（其中引脚10为C运放的同相输入端，引脚9为C 运放的反相输入端，引脚8为C运放的输出端）。

引脚12，13，14三个脚组成D 运放（其中引脚12为D 运放的同相输入端，引脚13为D 运放的反相输入端，引脚14为D 运放的输出端）上图为运算放大器LM324电路符号。

运算放大器LM358和LM324的主要参数

电源电压范围单电源 +3.0V--+32V ，双电源±1.5 V--±16 V

输出高电平大约比电源电压低1.4V ，输出低电平大约比负电源或地GND 高电压低零点几V 。

最大输出端拉电流40mA ，最大输出端灌电流20mA 。

信号检测加法器的设计计算：本电路工作电压选用+5V 。过压欠压保护电路：由运算放大器所构成的加法比例放大器电路如图所示。

将+12V ，+5V ，-12V 信号分别从电阻R3，R4，R5的一端加入，为了计算方便，取R3=R4=R5，此时在正常状态下，同相输入端“3”的电压的计算方法是：分别计算各信号单独作用时在同相输入端“3”的电压。

注意，计算+12V 单独作

用时，R4，R5与R6相当于是并联的，所以

单独产生的电压是

126

//5//436

//5//41?+=

R R R R R R R U

计算-12V 单独作用时，R3，R4与R6是并联的，所以单独产生的电压是

)12(6

//4//356

//4//32-?+=

R R R R R R R U

计算+5V 单独作用时，R3，R5与R6是并联的，所以单独产生的电压是

//5//346

//5//33?+=

R R R R R R R U

所以加法电路的输出结果（U1A 运算放大器同相输入端的电压）等于这三个电压单独所产生的结果之和

321U U U U ++=+

由于选用的R3，R4，R5是相同的，所以+12V 单独作用与-12V 单独作用将相互抵消，所以 3U U =+

将R3，R4，R5，R6的数值代入计算式后得

U+ = 1.07V 这个加法比例放大器电路电路的输出电压高不能超过3.5V ，要留有一定的余地，最好是不超过3V ，低不能低于1V ，本人选择2.7V 左右。

同相输入端“3”的电压.为上述结果之和。加法器的输出电压设计在较中间的值，如2.68V （实际上在2V —3V 之间都比较合适）。以此确定R1和R2的值。

注意：U O =(1+R1/R2)U i

则放大倍数为 2.7/1.07＝2.5

因此，R1与R2的比值为1.5。选用R1 = 15K 。

R2 = 10K 。

此时输出电压理论值为2.68V 。

上述讨论可知，在电源+12V ，-12V ，+5V 电压处于正常值时，加法比例放大器电路输出电压为2.68V ，当这几个电压有变化时，加法比例放大器电路的输出电压也将发生变化。当电压变化1V 时，加法比例放大器电路输出电压变化的电压值为

(2.68 / 5)*1= 0.536V

因此选用加法比例放大器电路输出电压可变化的范围为0.3V 左右，即加法比例放大器电路输出电压的变化范围是

2.4 —

3.0V

因此加法比例放大器电路后面接二个比较器，

一个比较器的比较电压是3.0V ，当加法比例放大器电路输出电压低于3.0V 时，比较器输出低电平，当加法比例放大器电路输出电压高于3.0V 时，比较器输出高电平。

一个比较器的比较电压是2.4V，当加法比例放大器电路输出电压高于2.4V时，比较器输出低电平，当加法比例放大器电路输出电压低于2.4V时，比较器输出高电平。

具体确定数据时，取定其中一个电阻的电阻值，按照上式计算另外一个电阻的电阻值。

取一个比较电压为3.0V，以此确定决定第一个比较电压的电阻R7和R8的值（注意到，运算放大器输入端电流为0，所以这个比较电压就完全由电阻R7和R8决定）。

本人取R7=10K，R8=15K，计算得比较电压为3.0V。

取另一个比较电压为2.4V，确定决定第二个比较电压的电阻R9和R10的值（同样注意到，运算放大器输入端电流为0,所以这个比较电压就完全由电阻R9和R10决定）。

本人取R9=20K，R10=18K，计算得比较电压为2.3V。

即当主电源电压在正常范围内时，这二个比较器都输出低电平。

当主电源不正常时，这二个比较器一定有一个输出高电平，这就是控制电路的信号之一。

从以上讨论可知，这二个比较器后面是一个或门。

或门的选择：可以用数字集成电路芯片，也可以用分立元件构成的或门电路。本人选用分立元件构成的或门电路，只要二个二极管就可以了，二个二极管的阳极分别接二个比较器的输出端，阴极接在一起。当二个比较器都是输出低于电平时，这二个二极管都截止，当二个比较器中有一个输出高于电平时，这二个二极管中一个导通，另一个截止，因此，连接在一起的二极管阴极一定为高电平。

二极管和选择：因输出电流很小，所以选用二极管4148就可以了。

过流保护电路：

过流信号的取得，在正负电源二个支路上各串联一个取样电阻，取样电阻阻值为1欧姆。如图示，交流电通过四个二极管桥式整流后再通过电解电容器滤波后变成直流，这个直流再通过取样电阻送到后续电路。

过流检测信号处理电路一因为电路电流的大小只决定了取样电阻两端的差值，而与

绝对值无关，因此，我们要设计一

个电路将取样电阻两端的电压差

值检测出来。用减法器。当减法器

这四个电阻相同时，输出端电压就

等于G1-G2。注意到，G1，G2都

为正值，而且G1大于G2，所以输

出电压是一个大于0的正值电压信

号。

当主电路电流小于0.5A时，

G1，G2的差值即减法器的输出电压小于0.5V，而当主电路电流大于0.5A时，G1，G2的差值即减法器的输出电压将大于0.5V，

过流检测信号处理电路二因为电路电流的大小只决定了取样电阻两端的差值，而与

绝对值无关，因此，我们要设

计一个电路将取样电阻两端的

电压差值检测出来。用减法器。

当减法器这四个电阻相同时，

输出端电压就等于G4-G3。注

意到，G3，G4都为负值，而且

G3比G4负得更多，所以输出

电压是一个大于0的正值电压

信号。

当主电路电流小于0.5A

时，G4，G3的差值即减法器的输出电压小于0.5V，而当主电路电流大于0.5A时，G4，G3的差值即减法器的输出电压将大于0.5V，

由于这二个过流检测信号处理电路输出信号电压范围只有0--0.5V，输入端的电压在-10V--+10V之间，为了保证运算放大器的可靠正常工作，运算放大器的工作电源应该加正负双电源。本人选择此块LM324芯片的工作电源为正负12V。

注意到，运算放大器若加单电源，输出电压最低是到不了0的。

过流信号比较器因为过流信号达到0.5V时，说明电路电流达到额定电流值0.5A，再大，保护电路就需要动作，因此，二个过流信号的比较电压都应该为0.5V，如图示。输出同样需要经过或门后送到控制电路。

二极管耐压的选择，当以上二个二极管中一个导通，一个截止时，处于截止状态的二极管一端的电压是高电平约为10.6V，低电平约为-10.6V，所以加在二极管上的反向电压为21.2V。所以选用的二极管反向耐压必须大于22V。

二极管电流的选择，因为所接负载电阻大于10K，实际流过二极管的电流小于1mA。这个电流很小。

二极管和选择：因输出电流很小，所以选用二极管4148就可以了。

4148的最高反向耐压大于75V，最大电流为150mA。这些指标足够用了。

控制信号产生电路：

运算放大器作为比较器使用，比较电压为3.43V，由二个电阻组成的分压电路就可实现。

同相端输入的信号电压构成比较复杂，由以下几个信号决定：

过压欠压保护电路输出信号（二个），只要有过压或欠压情况出现时，这个信号为高电平，电压值约为10.6V。

过流保护电路输出信号（二个），只要有过流情况出现时，这个信号为高电平，电压值约为10.6V.（高电平10.6V减去二极管压降）。

以上这四个信号加到同一或门（由四个二极管构成，工作过程如前述）的输入端，或门的输出端信号加到本电路电阻R19上。这四个二极管的状态情况是：当电路没有过压，欠压，过流情况出现时，由于其输入端都为低电平，二极管全部处于截止状态。当电路中过压，欠压，过流情况出现时，或门输出高电平，其中一个二极管导通，另三个二极管截止。输出的高电平电压为10V（高电平10.6V减去二极管压降）。

数字电路+5V电源接口保护电路的设计与计算：

应考虑两种非正常情况：一是可能接入-12V电源，二是可能接入+12V电源，而正常情况是接入+5V电源或者是不接入。本来又可以计算出正常状态下的正常电压范围，再用二个比较器检测出非正常信号，但由于只有一个运放了（再增加一块集成块不合算）。采用如下方案可以较好地解决这个问题。

这个方案主要是三个电路：两个二极管D4和D5作为既有隔离作用，又有导通作用；

第二个电路是加法电路，由R13，R14，R15组成，第三个电路是比较器，由R11，R12组成。

在接口处若错误接入-12V，则由于二极管D5的导通作用，使输出电压端-12V处处于非正常工作状态，上面介绍的由四个二极管构成的或门电路就会输出高电平，电路将进入保护状态。

若在接口处错误接入+12V电源，由于D4导通，将使加法端的电压大大升高而超过比较器的比较电压。而使输出端为高电平。

若是因主电源+12V，-12V，+5V电源出现问题而使得或门的输出端出现高电平，同样由于R19电阻接入较大电压而使得加法器电压显著升高，而使得加法器的电压超过比较电压而使本电路高电平。R16的作用是作为D2和D3输出端的下拉电阻，因当D2和D3左端都为低电平时，二个二极管D2和D3截止，但由于R16的存在且电阻值相对于R13很小，R13左端电压就会很小，而使得加法器电路的电压较低，不会超过比较电路电压。

下面进行具体的计算：

所有检测点都正常工作时（主电源三个电压+12V，-12V，+5输出电压值在正常的误差范围内，+5接口处正常，即或悬空或接+5V电源）：

+5V接口处悬空：

D4和D5截止，R14左端电压的计算：参见总电路原理图，这个电压由R17电阻和和C2电容所组成的RC电路送来，当达到稳定状态时，电容器C2相当于开路，这个电压是不是+12V？，不是的，因在这一点和地GND之间接有电阻R13，R14，R15，R16，这四个电阻的等效电阻很容易可以计算出

R14+R15//(R13+R16)=150K

注意到电源与这一点之间接有电阻R17＝150K，所以这一点的电压是150K电阻和150K 电阻对12V电压的分压值，很容易计算出这个电压为

U=5*150/(150+30)=6V

此时，由于D4和D5截止，加法器输出电压（即U1D同相输入端的电压）为

U=6*R15//(R13+R16)/(R14+R15//(R13+R16))

=6*50/150=2V

小于比较电压3.43V（比较电压由R11和R12决定），比较器输出低电平。

+5V接口处接+5V电源：

此时，由于原二极管D4右端电压为6V，而现在左端加上5V电压，因此二极管D4还是截止，二极管右端即R14左端电压就被定在6V（考虑到二极管的管压降），加法器输出电压（即U1D同相输入端的电压）为

U=6*R15//(R13+R16)/(R14+R15//(R13+R16))

=6*50/150=2V

小于比较电压3.43V（比较电压由R11和R12决定），比较器输出低电平。

从以上讨论中可知，当所有检测点都正常工作时（主电源三个电压+12V，-12V，+5输出电压值在正常的误差范围内，+5接口处正常，即或悬空或接+5V电源），U1D运算放大器输出端输出低电平，驱动三极管截止，继电器无电流，继电器不动作。

+5V接口处正常，不论是悬空还是接+5V电源，当主电源三个电压+12V，-12V，+5出现异常状态时，或者出现过流情况时，或门输出高电平，此时，从前面的讨论可知，由于R14左端电压6V，

它单独作用时产生的同相输入端的电压为2V，

此时，由于或门输出高电平，R19上端电压为运放输出高电平10V，它单独作用产生的同相端的电压为

UA =10*[（R13+R14//R15）// R16] / [（R13+R14//R15）// R16+R19]

= 10*15.84/（30.84）= 5.14V

U = 5.14*R14//R15 / （R13+R14//R15）

= 5.14*50 / 132 =1.95V。

即或门输出主电平信号单独产生的电压为1.95V。

共同作用在U1D同相输入端产生的电压为2V+1.95V=3.95V。

大于比较电压3.43V，U1D运算放大器输出端输出高电平，驱动三极管饱和，继电器被加上接近12V的电压，产生电流，继电器动作。

主电源工作正常，此时D2的D3截止，+5V电源接口处错误接上+12V电源，因在R14左端输入电压约为11.3V，简单计算可得同相端的电压为

U=11.3*R15//(R13+R16)/(R14+R15//(R13+R16))

=11.3*50/150 = 3.77V

高于反相端的3.43V，U1D运算

放大器输出端输出高电平，驱动三极

管饱和，继电器被加上接近12V的电

压，产生电流，继电器动作。

三极管驱动电路

控制电路输出信号通过电阻R18

加到三极管基极，当信号为低电平

时，三极管截止，继电器线圈失电，

不动作，当信号为高电平时，三极管

导通，继电器线圈得电，动作。

基极电阻R18的计算

当信号为高电平时，让三极管饱和导通，即基极电流的β倍大于集电极电流。

集电极电流＝继电器电流约20mA + 蜂鸣器电流（不大于20mA)

集电极电流以40mA计算，β以最小值64计算，

则最小基极电流为＝ 40 / 64 = 0.63mA

R18的最大值为＝ 10.6 / 0.63 = 16.8(K)

取 R18 = 10K。

开机延时的讨论：开机时由于主电源滤波电容的充电过程，有可能保护电路已经正常工作，但主电源还没有达到正常值，有可能继电器在开机时电路无故障的情况下就动作，造成开机不正常的后果，所以需要在控制电路的控制作用在开机时延时。即需要在主电源达到正常值后控制电路才开始工作，此电路的R17和C2组合解决了这个问题。开机时，即使D2或D3输出高电平，由于C2的充电，R14的左端电位是慢慢上升的，只有当这个电压上升到一定值后（可简单计算得出），电路才会输出控制信号，在此之前，电路不会输出控制信号，继电器不会动作。

开机延时电路的设计与计算

设计开机延时电路的必要性，开机时，由于作为保护电路的工作电源（称为辅助电源）其滤波电容量较小，将很快充满电并开始工作，而主电源的滤波电容量较大，达到正常工作电压所需的时间肯定比辅助电源达到正常电压所需的时间长得多，因此，在主电源没有达到正常工作电压之前，保护电路将检测到非正常的主电源电压而在由四个二极管构成的或门输出高电平信号，而造成电源开机不起的问题。

因此，设计开机延时电路是必须的，而且，这个延时作用只能在开机时才有，一旦当电路进入正常状态之后，只要检测到电路有过压欠压过流电源接错的状态时，保护电路就要立即工作，此时不能有延时作用。

图中的R17和C2二个器件就是延时电路的主要器件。由于这个电路的作用，电阻R14左端的电压在开机时其电位是从0开始逐渐开始升高，最后达到5V的，从前面的讨论中可知，若在开机时，由于保护电路将检测到非正常的主电源电压而在由四个二极管构成的或门输出高电平信号，但这个高电平信号单独作用时在控制电路中的加法电路中产生的电压只有1.85V，比比较电压3.43V低，保护电路不会动作。

首先计算电容器充电到多大电压时，比较器状态转换，即同相端的电压达到比较电压值23.43V，也即这个电压（R14左端电压）单独作用时，在同相端产生的电压为

3.43V—1.95V = 1.48V，

1.85V是四个二极管构成的或门输出的高电平单独科生的同相端的电压。

这个1.48V 电压就是R14左端电压单独作用时产生的电压，设R14左端电压为U 。则 1.48=U*R15//(R13+R16)/(R14+R15//(R13+R16))

=U*50/150=U/3 得U=4.44V

即当电容充电到4.44V 后可能继电器就动作，而在电容器充电到4.44V 之前是不会动作的。

电容充电到4.44V 需要多长时间？

估算，因这个电压正好是电源电压的百分之六十多，也就是RC 电路的时间常数所表示的时间。这个时间常数为RC=30K*100uF=3S 。但实际时间比这个时间长，这个只是一个时间数量级的计算。这个延时时间已经足够长了。

准确的开机延时时间的计算：电容等效充电电路图如图所示。

设任意时刻t 电容器上电压为C u ，则在任意时刻t 应满足以下电流关系式

C R u R u U C C C CC +=-21 ①

因R1=R2=R ，整理得

02=-+CC C C

U u dt

du RC

② 这是一个一阶非齐次微分方程，对应的一阶齐次微分方程为

02=+C C

u dt

du RC

③ 其解为

U t RC

u C +-

ln ④ RC

t C e

t U u 2)(-= ⑤

代入一阶非齐次微分方程，

0)(2)}(2)({222/

=-+----

CC RC t

t RC

t U e t U t U e RC

t U RC ⑥ 整理得 CC RC

t U e

t RCU =-

)( ⑦

得到 RC t

CC e RC

t U 2/

)(= ⑧

两边同时积分得 122

)(U e U

t U RC t

CC += ⑨

将⑨代入⑤得 RC t

CC C e U U

u 212

-+= ⑩

当t = 0时，0=C u 得2

1CC

U U -

= 最后得 )1(2

2RC

e U u --= 将R ，C ，UCC 数据代入等式得

)1(615

2t C e

u -

当Uc = 4.44V 时， 15

226.0t e

2846.3t

e = 15/2846.3ln t = 1.347 = 2t/15 t = 10.1(秒) 若取电容为22uF ，则计算得 t = 2.22(秒)

注意，这个延时作用只是在开机时才有，当电路正常工作后，因电容器上已经充上电了，控制电路就一直在等待电路可能出现的错误，只要错误一但出现，控制电路就立即动作。

三极管驱动电路原理比较简单，实践者自己进行分析和计算，关键是三极管基极电阻R18的电阻值，就是要保证U1D 输出高电平时，三极管需要达到确定的饱和状态，即

运放高电平/R18（三极管的基极电流）＞继电器电流（三极管集电极电流）/ 三极管电流放大系数（9013在64—300之间）。

电源主电路原理也比较简单，实践者自己进行分析和计算。

元件清单

器件汇总

焊接时注意：二极管，电解电容器，蜂鸣器的二脚是有极性的，一定要认识清楚“+”“-”极以及在印刷板上的对应位置。三极管的ebc在印刷板上的对应位置，集成块LM324的方位。二端稳压器7812,7912,7805的脚的定义。

其它测量

U B表示主电源电路电路稳定时+5V端子电压。

U C表示主电源电路电路稳定时+12V端子电压。

U D表示主电源电路电路稳定时-12V端子电压。

U E表示主电源电路电路稳定时+16V端子电压。

U F表示主电源电路电路稳定时-16V端子电压。

U G表示主电源电路电路稳定时+U端子不加调节电阻时的输出电压。

U H表示主电源电路电路稳定时-U端子不加调节电阻时的输出电压。

I表示主电源电路稳定时电流输出端子不加调节电阻时的输出电流。

过载状态时保护电路的工和情况测试

任意确定一路正电源，接上负载电阻，可用电子负载代替，将负载电阻阻值从大

开关稳压电源电路设计及应用

摘要：在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，简单介绍了LM2576的特性，给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。关键词：LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”（其值为V压降×I负荷），其工作效率仅为30%～50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况，从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此，工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%[1]。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此，开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况

下不需要加装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx 系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM257 6HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3

开关电源各模块原理实图讲解

开关电源原理一、开关电源的电路组成：开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。

时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量

(整理)常用彩电开关电源原理

彩电开关电源原理 A3电源： A3机芯电源最早出现在采用三洋公司的LA7680机芯上，故而得名，因其电路简洁、效率高、易扩展、易维修，现在已被各厂家广泛使用。 R520、R521、R522为起动电阻，R519、C514、R524、V513、T501的（1）、（2）绕组组成正反馈回路，C514为振荡电容。 V553 及周边元件、VD515、V511、V512组成稳压控制电路。R552为取样电阻，VD561为V553的发射极提供基准电压，当电源输出电压过高时， V553、VD515、V511、V512均导通程度增加，使开关管V513的基极被分流，输出电压随之下降；反之，若电源输出电压降低时，V553、 VD515、V511、V512均导通程度减少，使开关管V513的基极分流减少，输出电压随之上升。 VD518、VD519、R523组成过压保护电路。另外VD563也为过压保护。 C515的作用：我们来看如果没有C515会怎样？当某一时刻开关变压器的（1）脚相对（2）脚为正时，一方面（1）脚的电压经R519、C514加到V513的基极，欲使V513饱和，但同时，该电压也经R526加到V512的基极，这样一来，V512饱和导通，而V512饱和导通将迫使V513截止，这就有矛盾了。再来看加入C515的情况：同样当某一时刻开关变压器的（1）脚相对（2）脚为正，欲使V513饱和，这时该电压也经R526加到V512的基极，但由于有C515的存在，C515两端的电压不能突变，需经一定时间的延迟，或者说C515有一个充电过程，才会使V512饱和，这样就不会干扰V513的饱和了。显然，C515容量的大小决定了延迟的时间，这样也会影响V513基极脉冲的占空比，同样也会影响输出电压的大小，根据这一点，有人误认为C515 是振荡电容，这显然是不对的。 IX0689电源： IX0689电源被广泛运用于国内各种品牌的TA两片机中，是国产机用得最多的电源之一。振荡电路 300V直流电压经R707、R724分压后，再由C735、L701加到N701的（12）脚，IX0689的（12）脚是内部开关管的B极，于是开关管开始导通，电流从（15）脚C极流入，从（13）脚E极流出，经R714、R710到热地。 T701的（3）、（5）脚为正反馈绕组，在开关管导通时，正反馈电压的极性是（5）正（3）负，（5）脚电压经V735、R713、L701加到N701的（12）脚，使开关管的电流进一步增大，如此循环使开关管很快饱和。开关管饱和期间，电能转为T701中的磁能。随着N701（13）脚流出的电流不断增大，R710两端的压降也不断增大，当R710上的压降达到1V左右时，开关管开始退出饱和状态。开关管一旦退出饱和，T701各绕组的感应电压极性全部翻转，正反馈绕组（3）、（5）脚的极性为（3）正（5）负，（5)脚的负电压经C713、R713、L701加到IX0689的（12）脚，使内部开关管的电流进一步减小，如此循环，使开关管迅速截止。开关管截止期间，开关变压器次级各绕组的整流二极管全部导通，将储存在开关变压器中的磁场能转变为电能，供整机各路负载，同时，T701的（1）、（6）绕组与C717、C718、R710和C706构成振荡回路，当振荡半个周期后，重新使T701的（6）脚为正（1）脚为负，

300w开关电源设计(图纸)

TND313/D Rev 3, Sep-11 High-Efficiency 305 W ATX Reference Design Documentation Package ? 2011 ON Semiconductor.

Disclaimer: ON Semiconductor is providing this reference design documentation package “AS IS” and the recipient assumes all risk associated with the use and/or commercialization of this design package. No licenses to ON Semiconductor’s or any third party’s Intellectual Property is conveyed by the transfer of this documentation. This reference design documentation package is provided only to assist the customers in evaluation and feasibility assessment of the reference design. The design intent is to demonstrate that efficiencies beyond 80% are achievable cost effectively utilizing ON Semiconductor provided ICs and discrete components in conjunction with other inexpensive components. It is expected that users may make further refinements to meet specific performance goals.

开关电源各种保护电路实例详细解剖

输入欠压保护电路输入欠压保护电路一 1、概述（电路类别、实现主要功能描述）：该电路属于输入欠压电路，当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc，从而关闭输出。 2、电路组成（原理图）： 3、工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时，A点电压高于U4的Vref，U4导通，B点电压为低电平，Q4导通，Vcc供电正常；当输入电压低于保护电压时，A 点电压低于U4的Vref，U4截止，B点电压为高电平，Q4截止，从而Vcc没有电压，此时Vref也为低电平，当输入电压逐渐升高时，A点电压也逐渐升高，当高于U4的Vref，模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。4、电路的优缺点该电路的优点：电路简单，保护点精确缺点：成本较高。 5、应用的注意事项：使用时注意R1，R2的取值，有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1，R2的温度系数，否则高低温时，欠压保护点相差较大。输入欠压保护电路二 1、概述（电路类别、实现主要功能描述）：输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时，关闭输出；当输入电压升高到设定恢复值时，输出自动恢复正常。 2、电路组成（原理图）：

3、工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时， Va大于VD4的稳压值，VT4导通，Vb为0电位，VT5截止，此时保护电路不起作用；当输入电压低于设定欠压值时，Va小于VD4的稳压值，VT4截止，Vb为高电位，VT5导通，将COMP（芯片的1脚）拉到0电位，芯片关闭输出，从而实现了欠压保护功能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通，将R21与R2并联，；恢复时，VT6截止，，回差电压即为(Vin’-Vin)。 4、电路的优缺点优点：电路形式简单，成本较低。缺点：因稳压管VD4批次间稳压值的差异，导致欠压保护点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。 5、应用的注意事项： VD4应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试。输出过压保护电路输出过压保护电路一 1、概述（电路类别、实现主要功能描述）：

电源电路设计

众所皆知，电源电路设计，乃是在整体电路设计中最基础的必备功夫，因此，在接下来的文章中，将会针对实体电源电路设计的案例做基本的探讨。电源device电路 ※输出电压可变的基准电源电路（特征：使用专用IC基准电源电路）图1是分流基准（shunt regulator）IC构成的基准电源电路，本电路可以利用外置电阻与的设定，使输出电压在范围内变化，输出电压可利用下式求得： ----------------------（1）：内部的基准电压。图中的TL431是TI的编号，NEC的编号是μPC1093，新日本无线电的编号是NJM2380，日立的编号是HA17431，东芝的编号是TA76431。（特征：高精度、电压可变）

类似REF-02C属于高精度、输出电压不可变的基准电源IC，因此设计上必需追加图2的OP增幅IC，利用该IC的gain使输出电压变成可变，它的电压变化范围为，输出电流为。 ※利用单电源制作正负电压同时站立的电源电路（特征：正负电压同时站立）虽然电池device的电源单元，通常是由电池构成单电源电路，不过某些情况要求电源电路具备负电源电压。图3的电源电路可输出由单电源送出的稳定化正、负电源，一般这类型的电源电路是以正电压当作基准再产生负电压，因此负电压的站立较缓慢，不过图3的电源电路正、负电压却可以同时站立，图中的TPS60403 IC可使的电压极性反转。

※40V最大输出电压的Serial Regulator （特征：可以输出三端子Regulator IC无法提供的高电压）虽然三端子Regulator IC的输出电压大约是24V，不过若超过该电压时电路设计上必需与IC 以disk lead等组件整合。图5的Serial Regulator最大可以输出+40V 的电压，图中D2 Zener二极管的输出电压被设定成一半左右，再用R7 VR1 R8 将输出电压分压，使该电压能与VZ2 的电压一致藉此才能决定定数。必需注意的是R7 R8 若太大的话，会引发输出电压噪声上升与波动等问题；反R7 R8之若太小的话，会有发热耗损电力之虞，因此一般以R7 R8 2-5K 比较合适。 ※输出电压为40-80的Serial Regulator （特征：利用disk lead组件输出高电压）图6是可以输出电压为40-80 的Serial Regulator，由于本电路的输出电压非常高，因此无法使用OP增幅IC。图中的VCEO是利用120V的2SC2240-GR构成误差增幅器。此外本电路还追加TR5 与Cascode增幅器，藉此改善误差增幅器的频率特性。 2SK373-Y是VDS=100V的FET，它可以构成高耐压的定电流电源。除了FET之外还可以使用最大使用电压为100V ，定格电力为300MW ，石冢电子的定电流二极管E-202。

几种实用的直流开关电源保护电路

几种实用的直流开关电源保护电路 1 引言随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3].同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广泛的发展空间[4].但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。实际上，直流

开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点为了适应用户的需求，国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是通过改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰，适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高， 3 直流开关电源的保护基于直流开关电源的特点和实际的电气状况，为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，本文根据不同的情况设计了多

+-12V直流稳压电源设计

12V直流稳压电源设计一、摘要直流稳压电源是一种当电网电压波动或温度、负载改变时，能保持输出直流电压基本不变的电源。其电源电路包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个环节。设计中要用的元件有变压器、稳压器、整流二极管、电解电容等。实测结果表明，该装置实现了题目要求的全部功能，实现了题目的基本要求。关键词：直流、整流、稳压、滤波、电源二、设计目的 1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。 2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。 3.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。三、设计任务设计一个直流稳压线性电源，输入220V，50Hz的正弦交流信号，输出±12V对称稳压直流电。四、遇到问题因为是模拟电路所以误差会比较大，电路的准确性往往取决于整个电路的线路连接及器件，一旦某条线路出现问题则整个电路无法正常工作，或者某个器件因为电压过大而烧坏则此电路失败。要注意输入电压的器件如稳压管，一旦输入过大电压那么它绝对会烧坏，只

能换新的来替代。五、原理电路和程序设计电路原理方框图 1．直流稳压电源的基本原理下面将就直流稳压电源各部分的作用作简单陈述。 (1)是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流滤波电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。 (3)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。六、电路图和各部分波形图

开关电源电路详解图

开关电源电路详解图一、开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下：二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。

2、DC 输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖

常用直流开关电源的保护电路设计

常用直流开关电源的保护电路设计概述随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3]。同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。实际上，直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点为了适应用户的需求，国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是通过改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰，适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高， 3 直流开关电源的保护基于直流开关电源的特点和实际的电气状况，为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，本文根据不同的情况设计了多种保护电路。 3.1过电流保护电路

电气自动化+PWM型开关电源电路设计

1 引言当今社会，时代在进步，人们的生活水平不断提高，越来越离不开电力电子产品电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，当然任何电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。 1.1 什么是开关电源电子电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。它可分为线性电源和开关电源两种。应用大功率半导体器件，在一个电路中运行于“开关状态”，按一定规律控制开关，对电能进行处理变换而构成的电源，被称为“开关电源”。在实际应用中同时具备三个条件的电源可称之为开关电源，这三个条件就是:开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是交流)。广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一形态的主电路都叫做开关变换电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的则称开关电源。 1.2 开关电源基本工作原理开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理，即通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）或者脉冲频率调制方式（PFM）控制IC和外部电路构成。开关电源有PWM调制、FWM调制和混合调制，这里选用PWM调制。PWM型开关电源的换能电路是将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压转换成直流电压输出。图1-1 PWM型开关电源原理框图

电源电路设计模块图

电源电路单元前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始，怎样才能读懂它。其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。好象孩子们玩的积木，虽然只有十来种或二三十种块块，可是在孩子们手中却可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电路组成的。因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。让我们从电源电路开始。一、电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。常见的家用电器中多数要用到直流电源。直流电源的最简单的供电方法是用电池。但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该先把220 伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图 1 。其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。二、整流电路整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。（ 1 ）半波整流半波整流电路只需一个二极管，见图 2 （ a ）。在交流电正半周时 VD 导通，负半周时 VD 截止，负载 R 上得到的是脉动的直流电

开关电源电路详解

FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻): 电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用 SCK053(3A/5Ω)，若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。

VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端 (Fuse之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上的考虑，可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ，AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路蛭蠪G所以使用 Y2-Cap，Y-Cap会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种，FCC测试频率在450K~30MHz，CISPR 22测试频率在150K~30MHz， Conduction 可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但价格愈高)，若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安规规定必须要有泄放电阻(RX1，一般为1.2MΩ 1/4W)。 LF1(Common Choke): EMI防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI防制效果愈好，但温升可能较高。 BD1(整流二极管): 将AC电源以全波整流的方式转换为DC，由变压器所计算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要600V即可。 C1(滤波电容): 由C1的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值，电容量愈大，Vin(min)愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确，若AC Input 范围在90V~132V (Vc1 电压最高约190V)，可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V~264V(或180V~264V)，因Vc1电压最高约380V，所以必须使用耐压400V的电容。 D2(辅助电源二极管): 整流二极管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，两者主要差异: 耐压不同(在此处使用差异无所谓) VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V) R10(辅助电源电阻): 主要用于调整PWM IC的VCC电压，以目前使用的3843而言，设计时VCC必须大于8.4V(Min. Load时)，但为考虑输出短路的情况，VCC电压不可设计的太高，以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。 C7(滤波电容): 辅助电源的滤波电容，提供PWM IC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电容。

开关电源防雷电路设计1

防雷电路开关电源防雷电路设计方案上网时间: 2010-08-30防雷电路开关电源防雷电路设计方案雷击浪涌分析最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片)，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备，我们就这两方面分别讨论： 1)电源浪涌电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害，正象旧音响的杂音比新的要大是因为内部元件受到损害一样，随着这些损害的加深，电脑也逐渐变的越来越不稳定，或有可能造成您重要数据的丢失。美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000小时(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次，其中超过1000V 的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。 2)信号系统浪涌信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。基于以上的技术缺陷和状况，本文根据实际使用设计了一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌的开关电源电路。防雷击浪涌电路的设计本文所设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路，并将其应用到仪表的开关电源上。整个电路包括防雷电路和开关电源电路，其中防雷电路采用3个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路，共模、差摸全保护。与经典的开关电源电路组成防雷仪表的电源电路，采用压敏电阻并联，延长使用寿命，在压敏电阻短路失效后与开关电源电路分离，不会引起失火。为了实现上述目的所采取的设计方案是：将压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路应用到仪表的电源上。主要分为防雷电路部分和开关电源电路部分，电路简单，采用复合式对称电路，共模、差摸全保护，可以不分L、N端连接。使压敏电阻RV1位于贴片整流模块前端分别与电源L、N并联，主要来钳位L、N线间电压，压敏电阻RV0、RV2与陶瓷气体放电管FD1串联后接地，RV0与FD1串联主要是泄放L线上感应雷击浪涌电流，RV2与FD1串联主要是泄放由信号口串人24V参考电位上的能量，RV0、RV2短路失效后，FD1可将其与电源电路分离，不会导致失火现象。 RV1前端线路上串联了一个线绕电阻，当此RV1短路失效时，线绕电阻可起到保险丝的作用，将短路电路断开，压敏电阻属电压钳位型保护器件，其钳位电压点即压敏电阻参数选择相对比较重要(选压敏电压高一点的，通流量大一些的更安全、耐用，故障率低)；根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式，本电路中采用561k－10D的压敏电阻与陶瓷气体放电

开关电源保护电路实例详细分析

开关电源保护电路实例详细分析输入欠压保护电路 1、输入欠压保护电路一概述（电路类别、实现主要功能描述）：该电路属于输入欠压电路，当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc，从而关闭输出。电路组成（原理图）：工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时，A点电压高于U4的Vref，U4导通，B点电压为低电平，Q4导通，Vcc供电正常；当输入电压低于保护电压时，A点电压低于U4的Vref，U4截止，B点电压为高电平，Q4截止，从而Vcc没有电压，此时Vref也为低电平，当输入电压逐渐升高时，A点电压也逐渐升高，当高于U4的Vref，模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。电路的优缺点该电路的优点：电路简单，保护点精确缺点：成本较高。应用的注意事项：使用时注意R1，R2的取值，有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1，R2的温度系数，否则高低温时，欠压保护点相差较大。 2、输入欠压保护电路二概述（电路类别、实现主要功能描述）：输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时，关闭输出；当输入电压升高到设定恢复值时，输出自动恢复正常。

电路组成（原理图）：工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时， Va大于VD4的稳压值，VT4导通，Vb为0电位，VT5截止，此时保护电路不起作用；当输入电压低于设定欠压值时，Va小于VD4的稳压值，VT4截止，Vb为高电位，VT5导通，将COMP（芯片的1脚）拉到0电位，芯片关闭输出，从而实现了欠压保护功能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通，将R21与R2并联，；恢复时，VT6截止，，回差电压即为(Vin’-Vin)。电路的优缺点优点：电路形式简单，成本较低。缺点：因稳压管VD4批次间稳压值的差异，导致欠压保护点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。应用的注意事项： VD4应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试输出过压保护电路 1、输出过压保护电路一概述（电路类别、实现主要功能描述）：输出过压保护电路。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障（开环或其他）导致输出电压高于稳压值时，此电路会将输出电压钳位在设定值。电路组成（原理图）：

单端正激式开关电源-主电路设计

摘要：电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠工作。目前，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。本设计的单端正激式开关电源是一种间接直流变流技术，本设计以正激电路为主体，采用以TOPSwitch系列开关电源集成芯片TOP244Y为核心的脉宽调制电路实现交-直-交-直变流，输出稳压稳频的直流电。关键词开关电源；正激电路；变压器；脉宽调制； ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipment, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of phased manostat, and widely used in electronic equipment. The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the core of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability. KEY WORDS Switching power supply；Is induced circuit；Transformer；Pulse width modulation 目录前言 (1) 1. 开关电源的发展及趋势 (2)

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