电源电路模块制作
这一章节主要详细记录电赛中常见的两大块：稳压和整流两大模块的设计，以便随时查看翻阅。这部分内容出自黄智伟等学者著的《全国大学生电子设计竞赛教程–常用电路模块制作》一书中，感兴趣的朋友可以购买翻阅。
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4.1 线性稳压电源模块制作
本线性稳压电源模块分为整流电路模块和稳压器模块两个部分，整流电路模块将交流电整流成直流±20 V直流电输出，稳压器电路模块与整流电路模块相连接，稳压器电路模块输出±12V和±5 V。利用该电路结构和 PCB图，改变变压器的输出电压，采用不同的三端稳压器芯片，可以得到不同的输出电压。
4.1.1 整流模块制作
市电 220 V先经过变压器降至交流 17 V，通过整流电路整流至直流±20 V，通过接口插座直接连接到B、C、D、E线性稳压单元。 PCB和整流电路如图7-1所示。
4.1.2 ±12V和±5 V电源模块制作
±12V和±5 V电源模块电路如图7-2所示,采用三端稳压器芯片7812/7912和 7805/7905,引脚端封装形式如图7-3所示。
图7-2 ±12 V和±5V电源模块电路和PCB图(续)
4.2 基于 MAX887的3.3 V DC-DC电路模块
4.2.1 MAX887简介
MAX887 是最大占空比达到 100%、低噪声、降压型、PWM的 DC-DC转换器,芯片封装形式和尺寸如图7-4所示，封装尺寸如表7-1所列。
MAX887 引脚功能如下。
SHDN：关闭。低电平有效，正常工作是连接到 V+引脚端。
FB：反馈输入。连接到电源电压输出端和地的电阻分压器之间。
REF：基准电源旁路输出，连接一个0.047 μF的电容器到地。
VL：3.3 V内部逻辑电路电源输出，连接一个2.2μF 的电容器到地。
GND:地。
SYNC：振荡器同步和 PWM 控制输入。与 VL引脚端直接连接，使用内部300 kHz PWM操作。使用外部时钟,可以在10kHz和400kHz PWM操作。
LX:连接到内部 MOSFET漏极的电感。
V+:3.5~11 V电源电压输入。 需要连接一个0.33μF的电容器到地。
MAX887的典型应用电路如图7-5 所示。
4.2.2 3.3 V DC-DC电路和PCB
3.3 VDC-DC电路和 PCB图如图7-6所示,该电路为Buck电路拓扑结构,其效率可达到 95%。其中L₇为储能电感，当频率为 300~400kHz时，电感的取值为33μH。输出电压的计算公式如下， RP2是一个 500 kΩ精密可调电位器，此处调节的阻值为165 kΩ。
式中， 计算得出输出电压为3.3 V。
4.3 基于 MAX1771 的升压(Boost)电路模块
4.3.1 MAX1771简介
MAX1771 是 Maxim公司生产的电源管理芯片，可以作为升压电路使用，电路结构为 Boost电路,芯片采用 SO-8和 DIP-8封装,封装形式如图7-7所示,其引脚功能如下。
EXT：外部 N型功率晶体管栅极驱动。
V+:电源输入。
FB：可调节输出的反馈输入。
SHDN：关断控制。高电平有效，正常操作时接地。
REF:1.5 V基准电压输出,可提供100μA电流。
AGND:模拟电路地。
GND：对于输出级的大电流地。
CS：电流检测放大器的正输入端。在 CS和地之间连接一个电流检测电阻。 MAX1771的典型应用电路如图7-8所示。
4.3.2 24~36 V DC-DC升压电路和PCB
一个基于 MAX1771的升压电路和 PCB图如图7-9所示,电路结构为 Boost形式，当输入电压的范围是5-12V时，输出根据Rp1的调节,范围是24-36 V。 引脚1输出PWM 来控制场效应管 IRF3205 的导通与截止。R₂、R₃和Rp为反馈电阻，引脚3是电压反馈端，内置1.25 V的稳压源。 当输入到 3脚的电压高于或低于 1.25 V时，芯片会自动调节 PWM占空比的减小或增大，以得到稳定的输出。
4.4基于UC3843的Boost升压模块
4.4.1 UC3843简介
UC3843是ST公司生产的高性能固定频率电流模式PWM控制器，具有可微调的振荡器、温度补偿的参考、高效益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，能进行精确的占空比控制，是驱动功率 MOSFET 的理想器件。
UC3843 有 SO-14 和 Minidip-8两种封装形式, Minidip-8的封装形式和尺寸如图7-10 所示。 UC3843 Minidip-8封装尺寸如表7-2所列。
UC3843 Minidip-8封装引脚端功能如下。
引脚端1：COMP，补偿端，外接电阻电容元件以补偿误差放大器的频率特性；
引脚端2：VFB，反馈端，将取样电压加至误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行比较，输出误差控制电压；
引脚端3：ISENSE ，过流检测端，接过流检测电阻，组成过流保护电路；
引脚端4：RT/Rc，为锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端；
引脚端5:GROUND,功率输出级地;
引脚端6：OUTPUT，输出端，连接外部功率器件(开关管)；
引脚端7:Vcc,电源电压;
引脚端8：VREF，内部基准电压为
4.4.2 DC-DC升压电路和PCB
采用 UC3843制作的 Boost升压电路和 PCB图如图7-11所示。 输入电压为12 V,输出电压为 30.9 V,输出电流为 40 mA。
工作频率由 R₁和 C₂确定。R₁在大于5kΩ时，工作频率可由下式确定：
反馈分压由 RP₁、R₅和R₆构成。反馈输入电压为 2.5 V,经计算,R₆取 2kΩ,R₆取 28kΩ,Rp₁取1kΩ。调试时,调节Rp₁,使输出电压为30.9V。R₃为场效应管门极限流电阻。R₄、C₇和C₈构成误差放大器的频率补偿网络。
R₂和 C₆构成 RC滤波器，防止限流电阻R₇上的噪声使 UC3843产生误保护操作。C₃和C₄为退耦电容，C₆为旁路电容，以减小开关噪声对供电电源的影响。C₁为退耦电容，减小开关噪声对 UC3843输出基准源的影响。C₇为退耦电容，减小开关噪
声对误差放大器的影响。在电流连续条件下，PFC电感取1.03 mH。
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4.5 DC-AC-DC升压电源模块
4.5.1 系统组成
一个能够完成 DC(直流)12 V-AC(交流)110 V-DC(直流)250 V的升压电源模块结构方框图如图7-12所示，模块主要包含有DC-AC-DC变换和 PWM调制两部分。
4.5.2 DC-AC电路
DC-AC 变换电路结构如图 7-13所示，推挽电路是采用两个参数相同的 MOSFET 管 IRF3205，各负责正负半周的波形放大，电路工作时，对称的功率开关管每次只有一个导通。
本电路中的高频变压器采用 EI28磁芯，0.72mm漆包线采用三明治式双线并绕，其中原边线圈 4匝，副边线圈41匝，可以达到初级输入12 V，次级输出 110V交流电压的目的。
4.5.3 倍压整流电路
12 V的直流电压经过 DC-AC电路的升压后，得到110 V的交流电压，再经倍压整流电路整流后，输出250 V的直流电压。倍压整流电路如7-14所示。
4.5.4 PWM调制电路
PWM 调制电路主要由 SG3524构成。SG3524是美国硅通用公司(Silicon Gen- eral)生产的双端输出式脉宽调制芯片，包括了所有无电源变压器开关电源所要求的基本功能，如控制、保护和取样放大等功能。SG3524可为脉宽调制式推挽、桥式、单端及串联型 SMPS(固定频率开关电源)提供全部控制电路系统的控制单元。由它构成的 PWM型开关电源的工作频率可达 100kHz，适合构成100~500 W 中功率推挽输出式开关电源。
SG3524采用 DIP-16型封装，其内部的结构框图如图7-15 所示，芯片内部包括有误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等。
SG3524的振荡器频率由 SG3524的⑥脚、⑦脚外接电容器CT和外接电阻器RT决定，其值为
考虑到对 的充电电流为1.2-3.6/RT(一般为30μA-2mA),因此 的取值范围为 1.8-100 kΩ,CT为0.001-0.1μF,其最高振荡频率为 300 kHz。
开关电源输出电压经取样后接至误差放大器的反相输入端，与同相端的基准电压进行比较后，产生误差电压V₁，送至 PWM 比较器的一个输入端，另一个则接锯齿波电压，由此可控制 PWM 比较器输出的脉宽调制信号 V₂，最后依次通过或非门1、或非门2、功率放大管T₁和 T₂输出，T₁和T₂集电极和发射极都悬空，提高了电路设计的灵活性。
限流比较器须外接过流检测电阻器R s,常态下它输出高电平，一旦Rs上的压降超过200mV，就输出低电平，迫使 V₁等于零，关断输出，起到过流保护作用。同时可以利用关断电路强行关断输出，当⑩脚输入0.7 V的高电平时，即可使关断电路内部的晶体管饱和导通，将 V₁拉成0V，使 PWM停止工作，接低电平则可正常工作。
在反馈回路中，对输出电压信号的采样，可利用电阻分压器对输出电压进行采样，采样电压从 SG3524芯片的①脚输入，控制占空比，进而调节输出电压，达到稳压的目的。其稳压原理是：若输出电压偏高，则采样反馈的信号也偏高，与 SG3524中误差放大器的基准电压比较后的电压偏低，导致占空比的宽度变窄，引起输出电压下降；反之亦然。利用电位器可通过调电阻来调节输出电压。
4.5.5 DC-AC-DC升压电源模块电路和PCB
DC-AC-DC升压电源模块电路和 PCB图如图7-16所示。
