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文档简介

1、常用电子电路设计,馬 駿 2014.7,目录,常用电源设计 振荡电路设计 通用运放设计 常用开关驱动,2020/7/1,常用单片机系统电源分类,线性电源 传统三端稳压器:7805,7812等 低压差线性电源(Low Drop Out voltage regulator) 直流开关电源:DC-DC 升压型:Step-up,Boost 降压型:Step-down,Buck 升降压型:自适应 电荷泵:Charge Pump 逆变电源(DC-AC):EL冷光片,2020/7/1,线性稳压器基本工作原理,原理框图,调整管Q: - 传统三端:PNP - LDO:PMOS,2020/7/1,线性电源应用单一

2、电压输出,固定输出模式,可调整输出模式,2020/7/1,线性电源应用双电源输出,单一稳压源模式,双稳压源模式,2020/7/1,传统三端稳压器与LDO的比较,传统三端稳压器与LDO,2020/7/1,线性稳压源器件选择,器件选择的注意点 VIN/VOUT端电压及纹波 功耗:最大功率,静态电流 器件选择注意事项 电容耐压值 铝电解:最小1.7倍工作电压(交流取有效值),可适当提高到2倍 钽电容:2倍峰值电压 反馈电流设计: 510 Iq,2020/7/1,PCB布板要求,输入与输出隔离 Cin,Cout,IC三者GND直接相连 电流流向Vin CinICCoutVout, Good, ,不足,

3、2020/7/1,PCB布板要求,散热: P = (Vin Vout) * Iout 输入6V,输出4V,最大电流500mA,则三端稳压器上最大散热会达到1W 设计散热通道: 热源四周有充足的散热空间(勿放置在边角) 散热PAD(80%热能通过Thermal PAD传导)直接与大面积铺铜相连 过孔是良好的散热通道,把热量传导到其他层面 借助外力:散热片,导热胶等等,2020/7/1,直流开关电源,升压型(Boost)DC-DC基本原理,K1,K2,A,B,K1,K2,A,B,2020/7/1,DC-DC Boost实例,TI LMR62014,2020/7/1,Boost DC-DC典型应用电

4、路,开关MOS管:IC内置 L1:储能电感(Power choke) D1:(即K2)防止反向 C2:储能电容,2020/7/1,降压型(Step down/Buck)DC-DC,降压型DC-DC 基本工作原理,MOSFET:开关,内置 L:储能电感 Cout:储能电容 Diode:环路回流,内置,2020/7/1,Buck典型应用电路及效率图,2020/7/1,DC-DC元件选型,DC-DC IC: 根据不同应用进行选型 标称效率应在90%以上,实测效率80% 外围电路简单:MOS,Diode内置 Soft Start功能:减小启动时Inrush Current 串联二极管 正向压降小:肖特

5、基二极管,锗管 正向平均电流 反向恢复时间(Trr):远低于开关振荡周期,2020/7/1,DC-DC元件选型,储能电感: 指定电感量:等效阻抗小(Q值高) 最大工作电流 工作频率 封装:Shielded方式EMC兼容性佳 储能电容: Low ESR:提升效率,2020/7/1,PCB设计,PCB设计: 布局紧凑,走线粗短(阻抗小,电流大) 开关电路屏蔽和隔离 反馈取样端与开关电路部分隔离 尽可能多的铺铜做散热和屏蔽,2020/7/1,实例,2020/7/1,PCB设计,2020/7/1,电荷泵(Charge Pump),Cycle1: Cx充电,V(Cx) = Vin,Cycle2: 输出,

6、Vout=Vin+V(Cx)=2Vin,电荷泵基本工作原理,2020/7/1,电荷泵典型应用电路,特点: Vout通常在Vin 23倍 Iout供电能力不高(80dB (10000倍) 输入电阻(Input Impedance): M级 输入偏置电流(Input Bias Current): 极小,nA级 共模抑制比(CMRR):6080dB 电源噪音抑制比(PSRR): 60dB 运放电路的分析方法 虚短:运放处于线性区时,两个输入端电位相等,Vin- = Vin+ 虚断:运放处于线性区时,两个输入端视为等效开路 I- = I+ = 0,2020/7/1,反相/同相放大电路,2020/7/1

7、,反相比例放大电路,加法器,减法器(R1=R4,R2=R3),差分放大电路,混音电路,2020/7/1,同相比例放大电路,2020/7/1,差分放大电路,传递函数推算过程,2020/7/1,低通滤波器,反相,同相,2020/7/1,高通滤波器,2020/7/1,运放的选择,使用范围 电源电压 输入/输出信号范围:Normal or Rail-to-Rail,2020/7/1,运放的选择,频率特性 (Onsemi LM324),2020/7/1,运放的选择,其他指标,2020/7/1,运放电路的设计,电路: 注意平衡,可有效抑制干扰 单级放大倍数不宜过高 增益越高,精密度和稳定度越差 多级放大:

8、前级10倍左右,主放大器50左右,不要超过100倍 微小信号放大:10倍左右 PCB设计: 电源:滤波电容靠近运放,走向电源电容运放 布局:走线短,输入端小信号走线需更加小心;布局无法克服的,输入信号要并排走,作为共模输入信号 模拟电路,需做相应隔离,2020/7/1,开关驱动电路,用单片机输出的小信号来控制大功率器件 马达 继电器 LED背光灯,2020/7/1,开关驱动电路设计,供电: 稳压源供电:电源/负载电流驱动能力 电池供电:确认工作电压范围,如碱性电池是0.9V1.5V 三极管: 集电极电流驱动能力:Ic 放大倍数(hFE) 饱和压降:Vce 开关速度,2020/7/1,开关驱动电

9、路设计,二极管: 作用:电感线圈的泄放通路 反向耐压值,正向电流 电阻: 计算三极管基极电流,注意功率 电容: 滤除可能产生的杂波隐患 I/O选择: 注意上电初始状态 输出H/L电平范围,2020/7/1,举例,充气泵: 三极管:,2020/7/1,举例,MCU: 默认为Input的I/O:高阻态 电池端:4节碱性电池 3.66V,需设计电池电压侦测电路,由软件控制最低使用电压不低于:3.6+0.25=3.85V 电阻选择: Vr(min) = (3.3-0.4)-1.1 = 1.8V Ir(min) = 410/100=4.1mA R = 1.8/4.1=439 (可用430 ,推荐390

10、) 最大功率:(3.3-0.83)2/390=0.0156W 390 ,5%/0603/0.1W,2020/7/1,附 录,2020/7/1,电阻,2020/7/1,常用电阻类型比较,2020/7/1,电阻特性比较,贴片式,2020/7/1,电阻特性比较,引线式,2020/7/1,电阻的选型,精度要求 常用的厚膜电阻为5%,1%以下用薄膜电阻 不建议设计高于0.1%精度要求(环境变化难以控制) 温漂 低温漂的选用薄膜电阻(金属皮膜电阻) 一般碳膜与陶瓷电阻温度系数为负值 功率 功率取决于封装 设计时应降额80%,2020/7/1,无极性电容:MLCC,贴片MLCC类型:,2020/7/1,有极

11、性电容:铝电解,铝电解电容: 铝电解电容是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理,使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大,但是漏电大,稳定性差,有正负极性,适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候,正负极不要接反 在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。另外还要注意的一个问题是工作电压裕量,一般来说要在15%以上 寿命:首先要明确一点,铝电解电容一定会坏,只是时间问题。影响电容寿命的原因有很多,过电压,逆电压,高温,急速充放电等等,正常使用的情况下,最大的影响就是温度,因为温度越高电解液的挥发损耗越快。,2020/

12、7/1,有极性电容:钽电解,钽电容: 电解电容的一种,使用金属钽做介质。由于电容内部没有电解液,很适合在高温下工作。在钽电容器工作过程中,具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点所在的性能,使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力,而不致遭到连续的累积性破坏。这种独特自愈性能,保证了其长寿命和可靠性的优势。 钽电容的性能优异,是电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品,在电源滤波、交流旁路等用途上少有竞争对手 一般工业领域,工作电压选择耐压值的50%;针对小型化要求较高的场合,也要保留6070%耐压余量,2020/7/1,常用电感,引线式式电感: 按有无铁心:空心线圈,磁心线圈 按绕线型式:单层线圈,多层线圈,蜂房式线圈 按工作性质:振荡线圈,扼流线圈,陷波线圈等,2020/7/1,常用电感,贴片式电感: 绕线型:电感范围广,精度高,损耗小(Q值大),容许电流大 叠层型:小型化,磁屏蔽好,可靠性好。Q值小,感量小 薄膜片式:微波频段保持高Q值,高精度,高稳定型 编织型:1MHz以下单位体积感量大,用于功率处理的微型磁性单元

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