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電源模塊電路圖解析
單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖及單片機(jī)電源模塊/復(fù)位/振蕩電路解析 - 單片機(jī)
單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖所示。
電源模塊
對于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。51單片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個(gè)和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)，51單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。
電源模塊電路圖
此最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過計(jì)算機(jī)的USB口供給，也可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。電源電路中接入了電源指示LED，圖中R11為LED的限流電阻。S1 為電源開關(guān)。
復(fù)位電路
單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來說，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。
單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。
復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。
(1)上電復(fù)位：STC89系列單片及為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。
(2)按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時(shí)間的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。
振蕩電路
單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。
在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器(VCO)。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。
單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。
晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。
STC89C51使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。
如何調(diào)試開關(guān)電源電路？ - 電源
有一些經(jīng)驗(yàn)可以共享給大家：
�。�1）電源電路的輸出通過低阻值大功率電阻接到板內(nèi)，這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調(diào)試，避開后面電路的影響。
�。�2）一般來說開關(guān)控制器是閉環(huán)系統(tǒng)，如果輸出惡化的情況超過了閉環(huán)可以控制的范圍，開關(guān)電源就會工作不正常，所以這種情況就需要認(rèn)真檢查反饋和采樣電路。特別是如果采用了大ESR值的輸出電容，會產(chǎn)生很多的電源紋波，這也會影響開關(guān)電源的工作的。
電源諧振轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)方法 - 電子技術(shù)
和傳統(tǒng)脈寬調(diào)制（PWM）電源轉(zhuǎn)換器不同的是，諧振轉(zhuǎn)換器通過頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓。因此，諧振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方法也與PWM轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方法有所異。在各種類型的諧振轉(zhuǎn)換器中，圖1的LLC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器（LLC-SRC）格外引人矚目，因?yàn)樗懈鼜?qiáng)的輸出調(diào)節(jié)功能、更小的循環(huán)電流和更低的電路成本。
串聯(lián)諧振特性允許直流（DC）/DC LLC-SRC中的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)（如圖2所示）擁有很寬范圍的零電壓開關(guān)（ZVS）；因此，LLC-SRC能在前端電源應(yīng)用中輕松實(shí)現(xiàn)超過94％的效率，并能在高開關(guān)頻率下運(yùn)行。
和PWM轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)過程相似，當(dāng)設(shè)計(jì)LLC-SRC時(shí)，第一個(gè)步驟是選擇滿負(fù)載情況下所需的工作頻率。剩下的步驟就不同了，因?yàn)橹C振轉(zhuǎn)換器里沒有占空比因數(shù)。在LLC-SRC中占空比保持不變，是50％，非常理想。圖3展示了LLC-SRC的設(shè)計(jì)流程圖（來自TI電源設(shè)計(jì)研討會主題“設(shè)計(jì) LLC諧振半橋電源轉(zhuǎn)換器”）。
Mg/Qe和Mg/fn圖表中的增益曲線是由圖1所示的LLC諧振槽路（它也是LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器的線性化電路）衍生而來的。
圖3提供了LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器的簡單電路參數(shù)選擇過程。通過檢查增益曲線上的fn_min、fn_max位置，您就能設(shè)計(jì)出在所有輸入條件下開關(guān)網(wǎng)絡(luò)上均具有ZVS的高效LLC諧振半橋變換器。
當(dāng)設(shè)計(jì)LLC諧振半橋變換器時(shí)，請謹(jǐn)記：
任何時(shí)候，在Mg/fn圖表中fn_min都需要高于增益曲線的脊線。這是為確保金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）能保持ZVS狀態(tài)。LLC-SRC的效率只能在一個(gè)操作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)fsw= fo時(shí)，串聯(lián)Lr和Cr變成零阻抗?fàn)顟B(tài)（圖4）；該轉(zhuǎn)換器在那個(gè)點(diǎn)具有最高的效率。您需要決定自己想優(yōu)化的線路/負(fù)載條件，并確保您的開關(guān)頻率在那樣的條件下是諧振頻率。
等離子和液晶電視如今已經(jīng)走入了千家萬戶，這兩種電器的開關(guān)電源設(shè)計(jì)比較特殊，只能采用有源或者無源PFC模式，并且需要能夠長時(shí)間在無散熱通風(fēng)的環(huán)境下工作。這就要求電源不僅要擁有高功率密度和平滑的電磁干擾信號，還要盡量少的使用元器件。而在這些方面，半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器擁有諸多的優(yōu)勢。
半橋LL諧振電容和諧振電感的配置
單諧振電容和分體諧振電容都存在于半橋轉(zhuǎn)換器當(dāng)中。對于單諧振電容配置而言，它的輸入電流紋波和均方根（RMS）值較高，而且流經(jīng)諧振電容的均方根流較大。這種方案需要耐高壓（600~1，500V）的諧振電容。不過，這種方案也存在尺寸小、布線簡單等優(yōu)點(diǎn)。
分體諧振電容相較于單個(gè)諧振電容而言，其輸入電流紋波和均方根值較小。諧振電容僅處理一半的均方根電流，且所用電容的電容量僅為單諧振電容的一半。當(dāng)利用鉗位二極管（D3 和D4）進(jìn)行簡單、廉價(jià)的過載保護(hù)時(shí)，這種方案中，諧振電容可以采用450V較低額定電壓工作。顧名思義，半橋LLC轉(zhuǎn)換器中包含2個(gè)電感（勵(lì)磁電感Lm 和串聯(lián)的諧振電感Ls）。根據(jù)諧振電感位置的不同，諧振回路也包括兩種不同的配置，一種為分立解決方案，另一種為集成解決方案。這兩種解決方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)，采用這兩種方案的LLC的工作方式也有輕微差別。
將諧振電感安裝在變壓器外面是有目地的。其能夠幫助設(shè)計(jì)者提高設(shè)計(jì)的靈活性，令設(shè)計(jì)人員可以靈活設(shè)置Ls和Lm的值;此外，EMI幅射也更低。不過，這種解決方案的缺點(diǎn)在于，變壓器初級和次級繞組間的絕緣變得復(fù)雜，并且繞組的冷卻條件變差，并需要組裝更多元件。
在另一種集成的解決方案中，變壓器的漏電感被用作諧振電感（LLK=LS）。這種解決方案只需1個(gè)磁性元件，而且會使得開關(guān)電源的尺寸更小。此外，變壓器繞組的冷卻條件更好，且初級和次級繞組之間可以方便地實(shí)現(xiàn)絕緣。不過，這種解決方案的靈活性相對較差（可用的LS電感范圍有限），且其EMI幅射更強(qiáng)，而初級和次級繞組之間存在較強(qiáng)的鄰近效應(yīng)。
電容濾波電路的性能特點(diǎn) - 電源
由電容濾波電路的原理分析可知，電容濾波電路有如下特點(diǎn)：
�。�1）二極管的導(dǎo)電角q<p，流過二極管的瞬時(shí)電流很大。電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊電流的有效值I2=1.11IL，而有電容濾波時(shí)
�。�2）負(fù)載平均電壓VL升高，紋波（交流成分）減小，且RLC越大，電容放電速度越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。
為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取
≥(3～5)
式中T為電源交流電壓的周期。
（3）負(fù)載直流電壓隨負(fù)載電流增加而減小。VL隨IL的變化關(guān)系稱為輸出特性或外特性，如圖1所示。
C值一定，當(dāng) ，即空載時(shí)
當(dāng)C=0，即無電容時(shí)
在整流電路的內(nèi)阻不太大（幾歐）和放電時(shí)間常數(shù)滿足式 ≥(3～5) 的關(guān)系時(shí)，電容濾波電路的負(fù)載電壓VL與V2的關(guān)系約為
VL=(1.1～1.2)V2
總之，電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，故適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合。
什么是濾波電路 - 電源
濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。常用的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(a) C型濾波電路 (b) 倒L型濾波電路 (c) Ⅱ型濾波電路
圖1
由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量存儲起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L，當(dāng)電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時(shí)，它把能量存儲起來，而當(dāng)電流減小時(shí)，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。
濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式[電容器C接在最前面，如圖1中的（a）、（c）]和電感輸入式[電感器L接在最前面，如圖1中的（b）]。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當(dāng)電流很大時(shí)僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)）。本節(jié)重點(diǎn)分析小功率整流電源中應(yīng)用較多的電容濾波電路，然后再簡要介紹其他形式的濾波電路。
單相橋式整流電路的工作原理 - 電源
單相橋式整流電路如圖1（a）所示，圖中Tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓vI變成整流電路要求的交流電壓 ，RL是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。
單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱�，反向電阻為無窮大。
在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向?qū)ǎ珼2、D4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖1（a）中實(shí)線箭頭表示。
在v2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向?qū)�。電流流過RL時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖1（a）中虛線箭頭所示。
綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⑺膫�(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個(gè)單方向的脈動電壓。
根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖2。由圖可見，通過負(fù)載RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動波形。
橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多，但目前市場上已有整流橋堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的額定電流為2A，最大反向電壓為25～1000V。
單相橋式整流電路常畫成圖1（b）所示的簡化形式。
甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路 - 電子技術(shù)
圖1是采用一個(gè)電源的互補(bǔ)對稱原理電路，圖中的T3組成前置放大級，T2和T1組成互補(bǔ)對稱電路輸出級。在輸入信號vi =0時(shí)，一般只要R1、R2有適當(dāng)?shù)臄?shù)值，就可使IC3 、VB2和VB1達(dá)到所需大小，給T2和T1提供一個(gè)合適的偏置，從而使K點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2 。
當(dāng)加入信號vi時(shí)，在信號的負(fù)半周，T1導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電；在信號的正半周，T2導(dǎo)電，則已充電的電容C起著雙電源互補(bǔ)對稱電路中電源-VCC的作用，通過負(fù)載RL放電。只要選擇時(shí)間常數(shù)RLC足夠大（比信號的最長周期還大得多），就可以認(rèn)為用電容C和一個(gè)電源VCC可代替原來的+VCC和-VCC兩個(gè)電源的作用。
值得指出的是，采用一個(gè)電源的互補(bǔ)對稱電路，由于每個(gè)管子的工作電壓不是原來的VCC，而是VCC/2，即輸出電壓幅值Vom最大也只能達(dá)到約VCC/2，所以前面導(dǎo)出的計(jì)算Po、PT、和PV的最大值公式，必須加以修正才能使用。修正的方法也很簡單，只要以VCC/2代替原來的公式中的VCC即可。
單電源互補(bǔ)對稱電路 - 電子技術(shù)
�。ㄒ唬╇娐方M成（二）分析計(jì)算
1.輸出功率理想條件下最大電壓幅度 Ucem=VCC/2所以2.效率直流電源供給的功率理想條件下，最大效率為：
階電路在正弦電源作用下的零狀態(tài)響應(yīng) - 電子技術(shù)
為正弦電壓源： 開關(guān)接通后電路的微分方程和初始值分別為
非齊次微分方程的通解由兩個(gè)分量組成——此方程的任一特解和與此方程對應(yīng)的齊次方程的通解，即
(1) 求特解 凡是滿足微分方程的解均可作為特解。顯然，在作用下的正弦穩(wěn)態(tài)解也滿足方程，可作為特解。求正弦穩(wěn)態(tài)解宜用相量分析法，微分方程對應(yīng)的相量方程
故電流的振幅相量為
式中，是圖示RL串聯(lián)電路的阻抗。特解時(shí)域表達(dá)式為
(2) 求對應(yīng)的齊次微分方程的通解 齊次微分方程為
其通解為 (3) 非齊次微分方程的通解
將和代入，得 (4) 確定積分常數(shù) 根據(jù)初始條件，時(shí)
得
時(shí)的電流波形 將代入，得到非齊次微分方程的通解
右圖中畫出了時(shí)、和的波形。時(shí)的電流波形
例2.圖(a)所示電路，開關(guān)原是接通的，時(shí)斷開，已知。求電壓。
(a) (b)
解：時(shí)電路為零狀態(tài)，由換路定律得： 時(shí)為簡化計(jì)算，先將ab左邊電路化為戴維南電路形式。 當(dāng)ab端開路時(shí)，由 ，得 所以開路電壓 當(dāng)ab端短路時(shí)，， 故等效電阻 ， 時(shí)等效電路如圖(b)所示。電路時(shí)間常數(shù)為。 用相量法計(jì)算強(qiáng)制分量
因此 代入通解公式得：
V
例3.圖示電路原處于穩(wěn)態(tài)，時(shí)開關(guān)打開。要求在時(shí)滿足，求電路參數(shù)應(yīng)滿足的關(guān)系。
解：， 分析得知：電容一階電路屬于零狀態(tài)響應(yīng)； 電感一階電路屬于零輸入響應(yīng)； 根據(jù)KVL，列寫方程如下：
(1) (2)
由式(1)解得 (3)
(4)
由式(2)又解得 (5)
由式(4)和式(5)相等解得
對稱三相電源與對稱三相電路和對稱三相負(fù)載 - 電工基礎(chǔ)
1、對稱三相電源
【對稱三相電源】 三個(gè)頻率相同、幅值相同、相位彼此相差同一個(gè)角度的電壓源，稱為一組對稱三相電源，分別稱為A（或a）相、B（或b）相、C（或c）相電源。
【正序?qū)ΨQ三相電源】 正序?qū)ΨQ三相電源A、B、C相的相位關(guān)系為：B相滯后A相，C相滯后B相，即
表示為相量
正序?qū)ΨQ三相電源滿足或
【負(fù)序?qū)ΨQ三相電源】 負(fù)序?qū)ΨQ三相電源A、B、C相的相位關(guān)系為：B相超前A相，C相超前B相，即
表示為相量
負(fù)序?qū)ΨQ三相電源亦滿足或。
【零序?qū)ΨQ三相電源】 零序?qū)ΨQ三相電源A、B、C三相電壓同相位。
【三相電源的連接方式】 三個(gè)電壓源通常聯(lián)成星形（Y形）或三角形（形），如圖11-1-1所示。
�。╝）星形（Y形）連接的三相電源 （b）三角形（形）連接的三相電源
圖11-1-1 三相電源的連接方式
2、對稱三相負(fù)載
【三相負(fù)載】 三相電路的負(fù)載有單相負(fù)載和三相負(fù)載之分。三相負(fù)載可以視為連接成星形或三角形的阻抗，如圖11-1-2所示，分別稱為A相、B相、C相負(fù)載。三個(gè)單相負(fù)載亦可連接成三相負(fù)載。
【對稱三相負(fù)載】 當(dāng)時(shí)，為對稱三相負(fù)載。三相電動機(jī)為對稱三相負(fù)載，白熾燈、單相電動機(jī)等為單相負(fù)載。
3、對稱三相電路
【對稱三相電路】 對稱三相電路由對稱三相電源、對稱三相負(fù)載、對稱三相輸電線路（三條輸電線路阻抗相同）構(gòu)成，如圖11-1-3所示。
【端線（火線）】 三相輸電線aA、bB、cC為端線，俗稱火線。為端線阻抗。
【中線（零線）】 nN為中線，俗稱零線。
【中性點(diǎn)】 n為電源側(cè)中性點(diǎn)，N為負(fù)載側(cè)中性點(diǎn)。為中線阻抗。
【對稱三相電路的連接方式】 對稱三相電路依“電源-負(fù)載”連接方式分為：、、、、五種連接方式。圖11-1-3為連接，當(dāng)時(shí)為連接。
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