分立器件做控制的开关电源（分立器件优点）

本文目录一览：

• 1、MC1489是干什么的?
• 2、怎样才能比较快地设计出开关电源电路
• 3、离网正弦波逆变器的中小功率逆变器
• 4、学习开关电源设计初学者那本书比较实用
• 5、电脑中的PWM是什么意思？是不是电源？
• 6、手机万能充电器的电子电路图与工作原理

MC1489是干什么的?

掌握了一下的硬件和软件知识，基本上就可以成为一个合格的电子工程师：

第一部分：硬件知识

一、 数字信号

1、 TTL和带缓冲的TTL信号

2、 RS232和定义

3、 RS485/422（平衡信号）

4、 干接点信号

二、 模拟信号视频

1、 非平衡信号

2、 平衡信号

三、 芯片

1、 封装

2、 7407

3、 7404

4、 7400

5、 74LS573

6、 ULN2003

7、 74LS244

8、 74LS240

9、 74LS245

10、 74LS138/238

11、 CPLD(EPM7128)

12、 1161

13、 max691

14、 max485/75176

15、 mc1489

16、 mc1488

17、 ICL232/max232

18、 89C51

四、 分立器件

1、 封装

2、 电阻：功耗和容值

3、 电容

1) 独石电容

2) 瓷片电容

3) 电解电容

4、 电感

5、 电源转换模块

6、 接线端子

7、 LED发光管

8、 8字（共阳和共阴）

9、 三极管2N5551

10、 蜂鸣器

五、 单片机最小系统

1、 单橡让衫片机

2、 看门狗和上电复位电路

3、 晶振和瓷片电容

六、 串行接口芯片

1、 eeprom

2、 串行I/O接口芯片

3、 串行AD、DA

4、 串行LED驱动、max7129

七、 电源设计

1、 开关电源：器件的选择

2、 线性电源：

1) 变压器

2) 桥

3) 电解电容

3、 电源的保护

1) 桥的保护

2) 单二极管保护

八、 维修

1、 电源

2、 看门狗

3、 信号

九、 设计思路

1、 电源：电压和电流

2、 接口：串口、开关量输入、开关量输出

3、 开关量信号输出调理

1) TTL―继电器

2) TTL―继电器（反向逻辑）

3) TTL―固态继电器

4) TTL―LED（8字）

5) 继电器―继电器

6) 继电器―固态继电器

4、 开关量信号输入调理

1) 干接点―光耦

2) TTL―光耦

5、 CPU处理能力的考虑

6、 成为产品的考虑：

1) 电路板外形：大小尺寸、异形、连接器、空间体积

2) 电路板模块化设计

3) 成本分析滑塌

4) 器件的冗余度

1. 电阻的功耗

2. 电容的耐压值等

5) 机箱

6) 电源的选择

7) 模块化设计

8) 成本核算

1. 如何计算电路板的成本？

2. 如何降低成本？选用功能满足价格便宜的器件

十、 思考题

1、 如何检测和指示RS422信号

2、 如何检测和指示RS232信号

3、 设计一个4位8字的显示板

1) 电源：DC12

2) 接口：RS232

3) 4位3”8字（连在一起）

4) 亮度检测

5) 二级调光

4、 设计一个33位1”8字的显示板

1) 电源：DC5V

2) 接口：RS232

3) 3排 11位8字，分4个、3个、4个3组，带行与行之间带间隔

4) 单片机最小梁腔系统

5) 译码逻辑

6) 显示驱动和驱动器件

5、 设计一个PCL725和MOXA C168P的接口板

1) 电源：DC5V

2) 接口：PCL725/MOXA 8个RS232

1. PCL725，直立DB37，孔

2. MOXA C168P，DB62弯

3) 开关量输出信号调理：6个固态继电器和8个继电器，可以被任何一路信号控制和驱动，接口：固态继电器5.08直立，继电器3.81直立

4) 开关量输入调理：干接点闭合为1或0可选，接口：3.81直立

5) RS232调理：

1. LED指示

2. 前4路RS232全信号，后4路只需要TX、RX、0

3. 无需光电隔离

4. 接口形式：DB9（针）直立

第二部分：软件知识

一、 汇编语言

二、 C51

该部分可以从市场上买到的N种开发板上学到，至于第一部分，需要人来带吧。

为什么要掌握这些知识？

实际上，电子工程师就是将一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原来的这

些器件分离时无法完成的功能，做成一个成品。所需要的技能越高、功能越复杂、

成本越低、市场上对相应的东东的需求越大，就越成功。这就是电子工程师的自身

的价值。从成本到产品售出，之间的差价就是企业的追求。作为企业的老板，是在

市场上去寻找这样的应用；对电子工程师而言，是将老板提出的需求或者应用按照

一定的构思原则（成本最低、可靠性最高、电路板最小、功能最强大等）在最短的

时间内完成。最短的时间，跟电子工程师的熟练程度、工作效率和工作时间直接有

关。这就是电子工程师的价值。

将电子产品抽象成一个硬件的模型，大约有以下组成：

1) 输入

2) 处理核心

3) 输出

输入基本上有以下的可能：

1) 键盘

2) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB）

3) 开关量（TTL，电流环路，干接点）

4) 模拟量（4~20ma、 0~10ma、0~5V（平衡和非平衡信号））

输出基本上有以下组成：

1) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB）

2) 开关量（TTL、电流环路、干接点、功率驱动）

3) 模拟量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信号））

4) LED显示：发光管、八字

5) 液晶显示器

6) 蜂鸣器

处理核心主要有：

1) 8位单片机，主要就是51系列

2) 32位arm单片机，主要有atmel和三星系列

51系列单片机现在看来，只能做一些简单的应用，说白了，这个芯片也就是做单一

的一件事情，做多了，不如使用arm来做；还可以在arm上加一个操作系统，程序既

可靠又容易编写。

最近三星的arm受到追捧，价格便宜，以太网和USB的接口也有，周立功的开发系统

也便宜，作为学习ARM的产品来说，应该是最好的；作为工业级的控制，是不是合

适，在网友中有不同的看法和争议。本公司使用atmel ARM91系列开发的1个室外使

用的产品，在北京室外使用，没有任何的通风和加热的措施，从去年的5月份到现

在，运行情况良好。已经有个成功应用的案例。

但对于初学者来说，应该从51着手，一方面，51还是入门级的芯片，作为初学者练

手还是比较好的，可以将以上的概念走一遍；很多特殊的单片机也是在51的核的基

础上增加了一些I/O和A/D、D/A；也为今后学习更高一级的单片机和ARM打下基础。

再说了，哪个老板会将ARM级别的开发放在连51也没有学过的新手手中？

在51上面去做复杂的并行扩展是没有必要的，比如，扩展I/O口和A/D、D/A等等，

可以直接买带有A/D、D/A的单片机；或者直接使用ARM，它的I/O口线口多。可以使

用I2C接口的芯片，扩展I/O口和A/D、D/A，以及SPI接口扩展LED显示，例如：

MAX7219等芯片。

市面上一些比较古老的书籍中还有一些并行扩展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、

D/A等，我觉得已经没有必要去看了，知道历史上有这些一回事就行了；

这些知识，是所有产品都具备的要素。所以要学，再具体应用。

说一个小的故事：野人献曝。

从前，有一个农民，冬天干了活后，休息晒太阳。好舒服呀。

他想，这么舒服的享受，我要献给国王，让他也能得到享受。

于是他兴冲冲地到了王宫，将他的宝贵经验献给了国王。

我现在就象这个农民，把自己认为很宝贵的经验献给大家。希望大家多提宝贵意见

；拍板砖也可以，骂我也无所谓，呵呵，随便。

第一课：51单片机最小系统

实际上，51单片机核心外围电路是很简单的，一个单片机＋一个看门狗＋一个晶振

＋2个磁片电容；

1. 单片机：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，还有philips的系列，都差

不多；现在有一些有ISP（在线下载的），就更好用了；

2. 看门狗：种类很多，我常用的有max691/ca1161和DS1832等，具体看个人习惯、

芯片工作电压、封装等。Max系列和DS系列，还有IMP公司的，种类很多，一般只需

要有最基本的功能就可以了；原来我使用max691，但是max691比较贵，因为它有电

池切换功能，后来新设计电路板，就都采用ca1161了。

很早以前的电路设计中，现在可能还有人使用，使用一个电阻和一个电容达成的上

电复位电路；但是，这样的复位电路一个是不可靠，为什么不可靠，网络上能找得

到专门论述复位电路的文章；更重要的是，51系列的单片机比较容易受到干扰；没

有看门狗电路是不行的，当程序跑飞时，回不来了，死在那里。

常规的做法是买一个专门的看门狗电路，完成复位电路和看门狗电路的功能。

这些芯片的资料很容易在网络上找到，通常使用百度搜索就可以了；看见有PDF的

字样，就点击下载；使用网际快车flashget下载也是最好的；

这些资料通常是pdf格式的文件，所以，还需要一个pdf的阅读器。

百度网址：

网际快车下载网址：

PDF阅读器下载网址：

实际上，有了百度和其它的搜索引擎，很方便下载到这些芯片的资料，比光盘还方

便，不需要去到处找。

单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品是工作在干扰比较大的环境

，可以试试选用不同品牌的单片机；原来我在一个光电所，做YAG激光治疗机的控

制部分，脉冲激光机的电源放电的时候，能量是很大的，在采取了所有能够想到的

光电隔离等措施之后，还是不行；后来，选用了intel的8031，就可以了。小声的

说：当时的philips的单片机抗干扰性能是最差的，可能跟Philips主要是用在民用

领域有关。现在不知道怎么样了，有人知道的话告诉我。

单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方；在严重干扰的情况下，需要将所

有的口线光电隔离。

3. 晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率；也

可以使用36.864M，这个频率是1.8432M的20倍，看别人的电路板上用过，我也没有

用到。这2种晶振很容易买到，价钱跟12M的一样。书上说，12M的晶振也能得到

9600的波特率，但是，实际用的时候，会每隔一段时间就出错一次，好像累积误差

一样，比较奇怪。

即使你的单片机系统不使用RS232接口，也可以做一个Rs232，留着做测试，或者预

留等等，没有坏处。除非你的单片机系统的口线不够用了。

4. 磁片电容：22pf～30pf，可以在有些书上找到什么晶振频率对应什么容量的磁

片电容，但是，我都是随便拿来使用，反正在11.0592M下，都没有问题；如果你用

到了更高的频率，最好还是找找资料看看。

参见以下电路图：

如果你的单片机系统没有工作，检查步骤如下：

1. 查看门狗的复位输出，可能的话在电路板上加一个LED，下拉，这样看起来就更

方便；要是看门狗复位信号有，往下；

2. 查单片机，看看管脚有没有问题；一般编程器能够将程序写入，说明单片机是

好的；最好手头上准备一个验证过的单片机，内部有一个简单的程序，比如，在某

个口线上输出1个1秒占空比的方波等，可以使用万用表测量。

加一句：设计产品时，要在关键的地方：电源、串口、看门狗的输出和输入、I/O

口等加不同颜色的LED指示，便于调试；作为批量大的产品，可以去掉部分LED，一

方面是降低成本、一方面是流程保密；

3. 再查磁片电容，有些瓷片电容质量不行，干脆换了；顺便说一下，换器件最好

使用吸锡带，将焊盘内的锡吸干净，再将器件拔出，这样不会损伤焊盘内的过孔；

再将新的瓷片电容焊接上去的时候，用万用表量量是好的再焊；

4. 最后只有换晶振了；切记要买好的晶振，有些品牌质量比较好。

5. 以上按照以上步骤检测时，将无关的外围芯片去掉；因为有一些是外围器件的

故障导致单片机最小系统没有工作。

第二课 基本的芯片和分立器件

2.1 简述

2.2 74系列

2.3 CD4000系列

2.4 光耦与光电管

2.5 三极管

2.6 电容电阻

2.7 固态继电器

2.8 继电器

2.9 变压器和三端稳压器

2.10 开关电源芯片

2.11 封装知识、芯片批号等

2.12 接插件

2.13 器件选购的知识

第三课 数字量的输入输出

第四课 单片机的通讯接口

第五课 单片机系统设计的硬件构思

第六课 单片机程序的框架（汇编版本）

第七课 模拟量的输入输出

……

各位多提宝贵意见。

保证实用。如果程序里面有一些例程，也是已经经过测试可以拿来就用的；实际上

是我早年的一些产品的程序的一部分；不好意思，都是汇编的。

写的时间只有周末会多一些，可以保证做到一周一课；尽量能够提前，但是这要看

看工作忙不忙了。

坊间有一些参考书，准备今天上午到北京中发市场转了一圈，我记得以下参考书目

较好：

1. 周航慈：《单片机程序设计》

2. 徐涵芳：《MCS-51单片机结构与设计》

3. 何立民：《......》

有了这些就基本够用了；其它的很多都是资料的翻译；如果英文不好，可以看看；

英文好的话，可以不必了，省电钱买开发系统和编程器、开发板什么的，需要什么

资料直接下载PDF文件好了。

要想成为电子工程师，需要宽带，在家里安装包月的adsl或者长宽，绝对值得。

实际上，网络上什么都有了，就是一个网络数据库，要好好利用。

网上自有黄金屋，网上自有颜如玉……

第二课 基本的芯片和分立器件

2.1 简述

有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。

除了单片机作为控制器的核心外，作为一个产品，由很多东西构成；所以，在讲系

统之前，先将这些零零碎碎的东西一并交待。就好像一栋房子，有各种各样的构件

组成，下面的这些东东就像砖瓦一样，没有不行。

2.2 74系列芯片

74系列的芯片的下载地址：

74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片现在均已不用了，但是，实际上，在目

前的系统中，还能看到一些芯片，有些芯片现在还在系统中使用，例如：

1、 7404 – 6个反相门

下载地址：

将输入的TTL逻辑反相，如：0-1，1-0

2、 7407 – 6个集电极开路门

下载地址：

由于集电极开路门可以外接高电压，可以最高到DC30V，电流最大到39mA，通常我

用它驱动8字数码管和继电器等大电流的负载；开路门内部结构是达林顿管的，输

出的逻辑是正的；

与其类似的芯片是7406，只不过是反相开路门。

3、 74LS573与74LS373 – 8 数据锁存器

74LS373下载地址：

74LS573下载地址：

引入几个概念：

1. 真值表

参见74LS373的PDF的第2页：

Dn LE OE On

H H L H

L H L L

X L L Qo

X X H Z

这个就是真值表，表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。

每个芯片的数据手册（datasheet）中都有真值表。

布尔逻辑比较简单，在此不赘述；

2. 高阻态

就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以

多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯

片烧毁；

高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。

3. 数据锁存

当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；

这个概念在并行数据扩展中经常使用到。

4. 数据缓冲

加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。

OE：output_enable，输出使能；

LE：latch_enable，数据锁存使能，latch是锁存的意思；

Dn：第n路输入数据；

On：第n路输出数据；

再看这个真值表，意思如下：

第四行：当OE＝1是，无论Dn、LE为何，输出端为高阻态；

第三行：当OE＝0、LE＝0时，输出端保持不变；

第二行第一行：当OE＝0、LE＝1时，输出端数据等于输入端数据；

结合下面的波形图，在实际应用的时候是这样做的：

a． OE＝0；

b． 先将数据从单片机的口线上输出到Dn；

c． 再将LE从0-1-0

d． 这时，你所需要输出的数据就锁存在On上了，输入的数据在变化也影响不到输

出的数据了；实际上，单片机现在在忙着干别的事情，串行通信、扫描键盘……单

片机的资源有限啊。

在单片机按照RAM方式进行并行数据的扩展时，使用movx @dptr, A这条指令时，这

些时序是由单片机来实现的。

后面的表格中还有需要时间的参数，你不需要去管它，因为这些参数都是几十ns级

别的，对于单片机在12M下的每个指令周期最小是1us的情况下，完全可以实现；如

果是你自己来实现这个逻辑，类似的指令如下：

mov P0,A ;将数据输出到并行数据端口

clr LE

setb LE

clr LE ;上面三条指令完成LE的波形从0-1-0的变化

74ls573跟74LS373逻辑上完全一样，只不过是管脚定义不一样，数据输入和输出端

各在一侧，PCB容易走线；所以大家都喜欢使用这个芯片。

4、 74LS244 – 数据缓冲器

下载地址：

数据输出能力比较强，输出电流可以到40mA以上；

4个缓冲器分成2组，具有高阻态控制端口

5、 74LS245 – 总线缓冲器

双向数据接口，通常在ISA板卡上可以看到；

早期的51系统中，为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等经常可以看到这个片子

；

为了增强驱动能力，有时是为了隔离输入和输出，主要是布线方便，象74LS573一

样，输入、输出在一侧，经常用到这个片子

6、 74LS138 – 三－八译码器

在早期的51系统的扩展中，作为地址选通的片子，可以经常看到。

另外一个类似的芯片是74LS154，是4-16译码器，现在更是少见了。

有兴趣的可以研究一下何立民的经典著作中的有关章节。

知道有这么一个芯片就可以了。

2.3 CD4000系列

CD4000系列的芯片，除了跟74系列的电气特性有所区别外，例如：

1) 电压范围宽，应该可以工作在3V～15V，输入阻抗高，驱动能力差外，跟74系列

的功能基本没有区别；

2) 输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；

3) 输出时，1=工作电压；0=0V

4) 驱动能力奇差，在设计时最多只能带1个TTL负载；

5) 如果加上拉电阻的话，至少要100K电阻；

6) 唯一现在使用的可能就是计数器，CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数/

分频器，这个74系列的做不到这么高；

下载地址：

2.4 ULN2003/ULN2008

它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一

个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降

VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算

。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)

等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。

经常在工控的板卡中见到这个芯片。

有个完全一样的型号：MC1413，不过现在好像不怎么见到这个型号了，但是管脚与

2003完全兼容。

ULN2003可以驱动7个继电器；ULN2008驱动8个继电器。

ULN2003下载地址：

ULN2008下载地址：

没有找到。奇怪啊。

2.5 光耦

光耦是做什么用的？光耦是用来隔离输入输出的，主要是隔离输入的信号。

在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器，如果直接将这

些信号接到单片机的I/O上，有以下的问题：

1) 信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；

2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过隔离不可靠

所以，需要光耦进行隔离，接入单片机系统。

常见的光耦有：

1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4，分别是1个光耦、2个光耦和4个光耦，HP公司

和***的东芝公司生产。

下载地址：

,4.PDF

发光管的工作电流要在10mA时，具有较高的转换速率；

在5V工作时，上拉电阻不小于5K，一般是10K；太小容易损坏光耦；

2) 4N25/4N35，motorola公司生产

下载地址：

,35-7,H11A1-5.PDF

隔离电压高达5000V；

3) 6N136，HP公司生产

下载地址：

要想打开6N136，需要比较大的电流，大概在15~20mA左右，才能发挥高速传输数据

的作用。

如果对速率要求不高，其实TLP521－1也可以用，实际传输速率可以到19200波特率

。

选择光耦看使用场合，tlp521-1是最常用的，也便宜，大概0.7~1元；

要求隔离电压高的，选用4N25/4N35，大概在3元左右；

要求在通讯中高速传输数据的，选用6N136，大概在4元左右。

光耦应用的原理框图如下所示：

1. 输入干接点隔离

2. 输入TTL电平隔离

3. 输入交流信号隔离

4. 输出RS232信号隔离

5. 输出RS422信号隔离

光耦除了隔离数字量外，还可以用来隔离模拟量。将在今后的章节中描述。

2.6 三极管

2.7 光电管

2.8 电容

2.9 电阻

2.10 固态继电器

2.11 继电器

2.12 变压器与整流桥

2.13 三端稳压器

2.14 开关电源芯片

2.15 封装知识、芯片批号等

2.16 接插件

2.17 器件选购的知识

2.6 三极管

2.6.1 三极管的4种工作状态

1) 饱和导通状态

饱和导通=0

2) 截止状态

饱和导通=1

3) 线性放大状态

作为低频放大器时使用，具体的可参见有关电子线路的书籍；

4) 非线性工作状态

在无线电通信系统中，作为混频器等使用。具体的可参见有关电子线路的书籍；

愚记得南京工学院也就是现在的东南大学在80年代初期有一套《电子线路》5本，

是电子专业的书籍，比较难懂；现在，即使是在电子专业的学生中，也应该降低了

对三极管的哪些复杂的参数的要求了吧；在实际使用时，即使是模拟电路、非线性

电路，也都是集成电路了，谁还使用三极管自己做呢？如果万一需要，现学也来得

及。这套书很强的。编写人在那个年代肯定都是牛人。

学三极管这些参数很繁琐的，要是现在的非电子类的大学生或者大专生们还学这些

玩意，我只能说是学校在误人子弟了。

好多学校都在扩招，很多学生念了4年下来，学了一堆过时的理论，跟实际的东西

一点没有接轨，不知道7407是干什么用得，不知道三极管的几个状态；我只能无话

可说。

所以，念了4年下来，跟企业的需求还有一段距离，还需要从头来过；聪明的学生

赶紧抓住机会去学习，去实习，这样，还可以赶紧补上实际应用的这一课。

言归正传。

参见下图：

当单片机的口线输出电平为1时，三极管的be结导通，ce结导通，输出的电压值为

0V；

当单片机的口线输出电平为0时，三极管的be结不导通，ce结截止，输出的电压值

为5V；

在这种数字电路的应用中，相当于三极管是一个反相开路门。

计算是否导通，公式如下：

I＝B（放大倍数，希腊字母的贝塔）×Ibe

当IceI时，即为饱和导通；

相差越大，饱和程度越深，Vce越小，三极管的输出内阻越小；

这个概念要用到光电管中。

设计使用时大概算算，心里有个数；在电路板上试试，行的通，那就是它了。可以

测量Vce值，至少要小于0.1V就可以了。

常用的PNP三极管是2N5551，驱动40mA的LED（电压在24V）、蜂鸣器等均没有问题

。

2.6.2 三极管的具体应用

实际上，已经有象7407、ULN2003可以取代三极管在数字电路中的作用；但是，有

时是受到PCB面积的制约，有时是为了降低成本，有时是因为布局方便，在1~2个输

出点时，还是可以使用三极管来做驱动的。

例如：驱动一个蜂鸣器；往往系统中的蜂鸣器跟其它驱动设备，继电器等，距离较

远；这时，没有必要使用一片7407，或者ULN2003来驱动；驱动的接口如下：

Re:从51初学者到电子工程师（转帖）

2.7 光电管

我这里所谓的光电管有2种：

1) 反射型光电管

2) 对射型光电管

这2种产品在市场上又可分为调理好的和没有调理好的；

这2种光电管在电子产品世界和电子技术应用杂志上都有大量的广告。随便找一本

都有。

我所说的调理好的指的是内部已经加了限流电阻和输出的放大驱动电路了。它的特

点是只有3根线，电源2根，输出信号一根，TTL电平的；但是，有时受到某种限制

，需要使用没有调理好的，怎么办呢？

参见下图：光电管原理框图

这种没有调理好的光电管在使用时，需要做一块小的电路板，在发光管加限流电

怎样才能比较快地设计出开关电源电路

精工电源科技深圳有限公司: 曾宪明: 概述：1 电子产品，特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程，不但要考虑电源本身参数设

计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何

方面那怕是最微小的疏忽，都可能导致整个电源的崩溃，所以我们应充分认识到电源产品可

靠性设计的重要性。

2 开关电源电气可靠性设计

2.1 供电方式的选择

集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的压差降低了供电质量，

而且应用单台电源供电，当电源发生故障时可能导致系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元

靠近负载，改善了动态响应特性，供电质量好，传输损耗小，效率高，节约能源，可靠性

高，容易组成N＋1冗余供电系统，扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以

满足高可靠性设备的要求。

2.2 电路拓扑的选择

开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽

式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的

承压在两倍输入电压以上，如果按60％降额使用，则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑

中可能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，稿敏而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力，所以就

不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压，即使按

60％降额使用，选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。

2.3 控制策略的选择

在中小功率的电源中，电流型PWM控制是大量采用的方法，它较电压控制型有如下优点：逐

周期电流限制，比电压型控制更快，不会因过流而使开关管损坏，大大减小过载与短路的保

护；优良的电网电压调整率；迅捷的瞬态响应；环路稳定，易补偿；纹波比电压控制型小得

多。生产实践表明电流控制型的50W开关电源的输出纹波在25mV左右，远优于电压控制

型。

硬开关技术因开关损耗的限制，开关频率一般在350kHz以下，软开关技术是应用谐振原理，

使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆

赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综合了PWM变换器和谐振变换器两者的优点，接近

理想的特性，如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负载范

围，但是此项技术主要应用于大功率电源，中小功率电源中仍以PWM技术为主。

2.4 元器件的选用

因为元器件直接决定了电源的可靠性，所以元器件的选用非常重要。元器件的失效主要

集中在以下四个方面：

（1)制造质量问题

质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不合格的可以通过严格的检验加以剔除，在

工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品，不允许使用没有经过认证的产品。

（2)元器件可靠性问题

元器件可靠性问题即基本失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质量问题的区别

是元器件的失效率取决于工作应力水哗敬备平。在一定的应力水平下，元器件的失效率会大大下

降。为剔除不符合使用要求的元器件，包括电参数不合格、密封性能不合格、外观不合格、

稳定性差、早期失效等，应进行筛选试验，这是一种非破坏性试验。通过筛选可使元器件失

效率降低1～2个数量级，当然筛选试验代价(时间与费用)很大，但综合维修、后勤保障、整

架联试等还是合算的，研制周期也不会延长。电源设备主要元器件的筛选试验一乱毁般要求：

①电阻在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。

②普通电容器在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。

③接插件按技术条件抽样检测各种参数。

④半导体器件按以下程序进行筛选：

目检→初测→高温贮存→高低温冲击→电功率老化→高温测试→低温测试→常温测试

筛选结束后应计算剔除率Q

Q=(n / N)×100%

式中：N——受试样品总数；

n——被剔除的样品数；

如果Q超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按有关规定处理。

在符合标准规定时，则将筛选合格的元器件打漆点标注，然后入专用库房供装机使

用。

（3)设计问题

首先是恰当地选用合适的元器件： ①尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。

②多采用集成电路，减少分立器件的数目。

③开关管选用MOSFET能简化驱动电路，减少损耗。

④输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。

⑤应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器件。

⑥集成电路必须是一类品或者是符合MIL－M－38510、MIL－S－19500标准B－1以上质量

等级的军品。

⑦设计时尽量少用继电器，确有必要时应选用接触良好的密封继电器。

⑧原则上不选用电位器，必须保留的应进行固封处理。

⑨吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近，因流过高频电流，故易升温，所

以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。

在潮湿和盐雾环境下，铝电解电容会发生外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况，所以在

舰船和潮湿环境，最好不要用铝电解电容。由于受空间粒子轰击时，电解质会分解，所以铝

电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。

钽电解电容温度和频率特性较好，耐高低温，储存时间长，性能稳定可靠，但钽电解电容较

重、容积比低、不耐反压、高压品种(125V)较少、价格昂贵。

关于降额设计：

电子元器件的基本失效率取决于工作应力(包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞

等)。除个别低应力失效的元器件外，其它均表现为工作应力越高，失效率越高的特性。为

了使元器件的失效率降低，所以在电路设计时要进行降额设计。降额程度，除可靠性外还需

考虑体积、重量、成本等因素。不同的元器件降额标准亦不同，实践表明，大部分电子元器

件的基本失效率取决于电应力和温度，因而降额也主要是控制这两种应力，以下为开关

电源常用元器件的降额系数：

①电阻的功率降额系数在0.1～0.5之间。

②二极管的功率降额系数在0.4以下，反向耐压在0.5以下。

③发光二极管

(2)首先分析了现代开关电源的优缺点及其发展状况，在传统开关电源的基础上设计了一种新型的带全面检测和保护功能的开关电源，该电源输入带雷电浪涌保护，并配有RS-485通讯接口，可实现与上位通讯。 1、概述 随着电子技术和电源技术的发展，开关电源以体积小、重量轻、功率密度大、集成度高、输出组合便利等优点而成为电子电路电源的首选。在实际的工作环境中，特别是在一些工业场所中，电磁环境十分恶劣，常常有异常情况出现，例如过电压、瞬态脉冲冲击波、强电磁辐射等。这些都有可能击毁电源。影响整个系统的工作。通过设计以微处理机为核心的具有全面电源检测技术辅以提高开关电源抗过电压、抗干扰性能力的手段，设计了一种具有保护和监控功能的开关电源。 2、设计思想 随着电子设备对电源系统要求的日益提高，研究廉价的具有监视"管理供电电源功能的开关电源愈来愈显得必要。通过综合考虑电源各种技术性能和对自身的安全要求以及开关电源性能的基础上，设计出了一种新型实用的带有过电压检测和保护装置的智能化源。它具有以下几个特点：（1）实现了对过电压的检测，并能记录每次过电压的瞬时值和峰值。可启动备用电源供电。实现对电子电路的保护作用。（2）具有抗冲击能力强、使用寿命长、带液晶屏数字监视的特点。 同时通过RS-485通信接口与管理计算机通讯能实现电源的工作和保护等功能的透明化。（3）能实时显示输出电压、电流的大小、过电压的次数、大小以及必要的参数设置信息。（4）通过接口与后台或远端PC机实现数据传送。智能化电源的核心由显示板、CPU板、通信板、备用电源板、过电压检测板、键盘、通信转接板组成。装置的关键是实现电压的峰值检测，尤其是过电压的检测。该开关电源使用了一种基于单片机的过电压检测和峰值电压检测方法，实验证明它满足了对检测的快速性和精确性的要求。 3、系统硬件设计 3.1 原理框图 系统硬件框架如图1所示。在正常的情况下220V的交流输入电压经过整流、滤波、DC/DC.变换、限流稳压电路后可得到一个稳定的输出电压。是一个普通开关电源。当有过电压时，过电压信号经过过电压检测电路检测和峰值电压保持电路保持，控制电源回路，断开正常工作的交流电路，同时通过计算机启动备用电源工作，以及完成对过电压的瞬时值和峰值的测量。 3.2 PWM控制电路 系统采用的PWM调制器为SG3524型号[4]的芯片，电路如图2所示。在芯片的电源信号入口端并联一电容C2构成一个软启动电路。设计软启动电路的目的是防止在电源突然开通时产生的过大电流对芯片造成冲击。在刚通电时，电容两端电压不能突变，它的电压随外部电源对其充电而逐渐升高，经过一段时间后，电路进入正常工作状态。这样保证了输入电压缓慢地建立起来，确保芯片不受损坏。输出电路的开关功率管选用MOS功率管。由于功率管是在高频状态下工作会产生振荡。为了消除这种寄生振荡，应尽量减少与功率管各管脚的连线长度，特别是栅极引线的长度。若无法减少其长度，可以串联小电阻，且尽量靠近管子栅极。图中R3既是功率管的栅极限流电阻，又与R4一起消除功率管工作时产生的寄生振荡。 3.3　变压器驱动电路 变压器驱动电路见图3。驱动电路采用单端驱动工作方式，这种电路简单、工作可靠性高。功率管由来自SG3524芯片的信号驱动。11、14脚的单端并联输出。当SG3524输出高电平时，功率管导通，在电感L中储能；输出低电平时，功率管截止，导致流过电感L上的电流突然下降为零，L产生反电势。该反电势的脉冲电压加在高频变压器的输入端，驱动变压器工作。同时，电感L作变压器的阻抗匹配元件。 由高频变压器输出的交流电压经二极管VD2、VD3进行整流倍压后，再经C2滤波，得到高压输出。 3.4　采样反馈电路 反馈回路中，对输出电压信号的取样，采用在输出端并联电阻，再将高压经电阻串联衰减的方法实现。 R3、R4、RW为电压取样反馈电阻。电压经隔离反馈后，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，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。RW是可调电阻，通过调节RW来调节输出电压。 3.5 过电压检测电路 过电压对于电源来说是一个非常有害的信号。雷电等引起的瞬时高电压如果不加遏制，直接由电源引入RTU（远程终端设备）则会影响其电源模块的正常工作，各功能模块的工作电压升高而工作不正常，严重时会损坏模块，烧坏元器件IC。 过电压保护的基本原理是在瞬态过电压发生的时侯（微秒或纳秒级），通过过电压检测电路对这个信号进行检测。过电压检测电路中主要的元件是压敏电阻，压敏电阻相当于很多串并联在一起的双向抑制二极管。电压超过箝位电压时，压敏电阻导通；电压低于箝位电压时，压敏电阻截止。这就是压敏电阻的电压箝位作用。压敏电阻工作极为迅速，响应时间在纳秒级。 过电压检测电路原理图如图(4)所示，当有过电压信号产生时，压敏电阻被击穿，呈现低阻值甚至接近短路状态，这样在电流互感器的原级产生一个大电流，通过线圈互感作用在副级产生一个小电流，再通过精密电阻把电流信号转变为电压信号。这个信号输入到电压比较器LM393后，电压比较器LM393输出高电平，经过非门A 输出的控制脉冲1控制电源回路,断开开关电源电路，启动备用电源。控制脉冲2送到单片机的中断口，单片机控制回路启动A/D转换，采样过电压的瞬时值。 3.6 峰值电压采样保持电路 峰值电压采样保持电路如图(5) 所示。峰值电压采样保持电路由一片采样保持器芯片LF398 和一块电压比较器LM311构成。LF398的输出电压和输入电压通过LM311进行比较，当ViVo时LM311输出高电平，送到LF398的逻辑控制端8 脚，使LF398 处于采样状态。我也只能和你说到这里，不知道能帮助到你没。

离网正弦波逆变器的中小功率逆变器

中小功率逆变电源是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一，其可靠性和效率对推广光伏系统、有效用能、降低系统造价至关重要?因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆变电源，以促使该行业更好更快地发展。 逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换是利用分立器件或集成块产生50Hz方波信号，然后利用该信号去推动功率开关管，利用工频升压变压器产生220V交流电。这种逆变电源结构简单，工作可靠，但由于电路结构本身的缺陷，不适合于带感性负载，如电冰箱、电风扇、水泵、日光灯等。另外，这种逆变电源由于采用了工频变压器，因而体积大、笨重、价格高。目前主要用在大型太阳能光伏雀仔碧电站。

20世纪70年代初期，20kHzPWM型开关电源的应用在世界上引起了所谓“20kHz电源技术*”。这种变换思想当时即被用在逆变电源系统中，但由于当时的功率器件昂贵，且损耗大，高频高效逆变电源的研究一直处于停滞状态。到了80年代以后，随着功率MOSFET工艺的日趋成熟及磁性材料质量的提高，高频变换逆变电源才走向市场。

高频变换逆变电源是通过高频DC/DC变换技术，先将低压直流变为高频低压交流，经过脉冲变压器升压后再整流成高压直流。由于在DC/DC变换中采用了PWM技术，因而在此可得到一稳定的直流电压，利用该电压可直接驱动交流节能灯、白炽灯、彩电等负载。若对该高压直流进行类正弦变换或正弦变换，即可得到220V、50Hz类正弦波交流电或220V、50Hz正弦波交流电。这种逆变器由于采用高频变换（现多为20kHz～200kHz），因而体积小、重量轻，再由于采用了二次调宽及二次稳压技术，因而输出电压非常稳定，负载能力强，性能价格比高，是目前可再生能源发电系统中首选产品。在国外发达国家的中小交流光伏系统中得到普遍的使用，但在国内，由于技术方面的原因及市场的混乱，一些逆变电源厂家一直在推广工频变换逆变电源，有的为了降低成本甚至使用低硅硅钢片，这样的逆变电源充斥市场，使得交流光伏系统的综合成本升高，将会阻碍交戚此流光伏系统的推广，这对行业的发展是很不利的。 a．可靠性

目前，高频变换中小功率逆变电源存在的问题主要是可靠性不高。我们多年的研究、生产及使用说明：影响高频变换中小功率逆变电源寿命的主要因素有电解电容器、光电耦合器及磁性材料。

实践证明：追求寿命的延长要从设计方面着手，而不是依赖于使用方。降低器件的结温，减少器件的电应力，降低运行电流及采用优质的磁性材料等措施可大大提高其可靠性。国内之所以有人对高频变换逆变电源的可靠性产生怀疑，一个重要的原因是一些厂家为了降低成本而仍使用70年代研制的第一代磁性材料，如TDK的H35、FDK的H45等，由于这种磁性材料的饱和磁通密度及居里温度点较低，因而在功率较大时长时间使用极易出故障。我们使用80年代中后期研制的第三代磁性材料，如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西门子的N47和N67，不但能有效地提高转换效率，而且大大提高了逆变电顷举源可靠性。事实上，彩电及计算机中使用的开关电源也证明了高频变换方式的可靠性。用户的长时间使用也证明了我们目前生产的高频变换中小功率逆变电源具有高的可靠性和效率，完全可与MASTERVOLT等大公司的产品相媲美。

b．效率

要提高逆变电源的效率，就必须减小其损耗。逆变电源中的损耗通常可分为两类：导通损耗和开关损耗。导通损耗是由于器件具有一定的导通电阻Rds，因此当有电流流过时将会产生一定的功耗，损耗功率Pc由下式计算：Pc=I2×Rds。在器件开通和关断过程中，器件不仅流过较大的电流，而且还承受较高的电压，因此器件也将产生较大的损耗，这种损耗称为开关损耗。开关损耗可分为开通损耗、关断损耗和电容放电损耗。

开通损耗? Pon=?1/2　×Ip×Vp×ts×f?

关断损耗? Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f?

电容放电损耗? Pcd=（1/2）×Cds×Vc2×f?

总的开关损耗? Pcf=Ip×Vp×ts×f+?1/2　×Cds×Vc2×f。

式中：Ip为器件开关过程中流过的电流最大值；

Vp为器件开关过程中承受的电压最大值；

ts为开通关断时间；

f为工作频率；

Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。

现代电源理论指出：要减小上述这些损耗，就必须对功率开关实施零电压或零电流转换，即采用谐振型变换结构。 可以参考:

HS150K3光伏并网逆变器使用说明书

随着谐振开关电源的发展，谐振变换的思想也被用在逆变电源系统中，即构成了谐振型高效逆变电源。该逆变电源是在DC/DC变换中采用了零电压或零电流开关技术，因而开关损耗基本上可以消除，即使当开关频率超过1MHz以上后，电源的效率也不会明显降低。实验证明：在工作频率相同的情况下，谐振型变换的损耗可比非谐振型变换降低30%～40%。目前，谐振型电源的工作频率可达500kHz到1MHz。

另外值得注意的是，光伏系统用中小功率逆变电源的研究正朝着模块化方向发展，即采用不同的模块组合，就可构成不同的电压、波形变换系统。

毫无疑问，光伏系统用中小功率逆变电源会采用高频变换电路结构。在一些技术细节上，也会有别于其它场合使用的逆变电源，如除了追求高可靠、高效率外，还应针对光伏行业的特点，将控制、逆变有效地合二为一，即光伏逆变电源在设计上应具有过压、欠压、短路、过热、极性接反等保护功能。这样做不但降低了系统的造价，而且提高了系统的可靠性。

学习开关电源设计初学者那本书比较实用

有案例分析的话，我还是推荐《电源设计基础》这本书，外国人写的（有一些电源书外国人写的很不错的，有能力还是推荐阅读原版的），不过这本书中英双版的，乱改碧看自己能力吧，选哪个读，这本书前面主要讲了下电源的一些基本知哗举识，包括种类、一些元器件的基本介绍（电容电阻之类的），拓扑结构，电源控制模式，降噪，最后是用一些开关电源的实例来巩固分析，也便于一些小白理解，这本书应该符合你歼搜的要求，京东淘宝都有售，如果满意的话，请采纳，谢谢

电脑中的PWM是什么意思？是不是电源？

PWM器件是随着开关电源的发展和半导体集成技术的发展而出现的。开关电源是一种高频电源转换电路，采用开关器件来控制未经稳压的直流输入哗渗电源，配合相应的滤波线路，产生稳定的直流输出，输出电压的高低取决于开关器件的占空比薯宏。早期的开关电源采用分立器件，但结构复杂，性能也不理想。随着半导体技术的发展，开关电源控制所需的集成开关稳压器控制芯片应运而生，这就是脉冲宽度调制（PWM）器件，而且功能不断完善，性能不断提高，而外接元件却越来越少，这使得开关电源的设计大大简化，同时性能逐步提高，促进了开关电源的发展。用PWM器件设计的开关电源以其体积小、重量轻、效率高、可靠性乱手脊好等显著优势在民用和军用电子产品中发挥着日益重要的作用。

手机万能充电器的电子电路图与工作原理

分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流滑绝，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。

当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在腔纤140mA左右)。变伍让仿压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。

那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高，实现了稳压输出的功能。而下方的1KΩ电阻跟串联的2700pF电容，则是正反馈支路，从取样绕组中取出感应电压，加到开关管的基极上，以维持振荡。右边的次级绕组就没有太多好说的了，经二极管RF93整流，220uF电容滤波后输出6V的电压。没找到二极管RF93的资料，估计是一个快速回复管，例如肖特基二极管等，因为开关电源的工作频率较高，所以需要工作频率的二极管。这里可以用常见的1N5816、1N5817等肖特基二极管代替。同样因为频率高的原因，变压器也必须使用高频开关变压器，铁心一般为高频铁氧体磁芯，具有高的电阻率，以减小涡流。

关键词：固态继电器 瓷片电容 电阻 电容的 继电器 光耦 电解电容 独石电容 连接器 单二极管 分立器件做控制的开关电源 电容 .电阻 电阻的