整理笔记——稳压直流电路知识
一、稳压直流电路的基本构成
稳压直流电路就是把生活中常用的220V交流电转换成稳压直流电。如生活中常见的手机充电器就是一个稳压直流电路。其主要功能是提供持续稳定且满足要求的电压。
直流稳压电路由一下几个模块组成： 
下面具体分析下各个模块的功能。
-
交流电路：生活用电通常为220V正弦交流电。
-
变压器：利用法拉第的电磁感应定律（电压比=线圈匝数比），对220V的交流电进行降压。通过调节线圈的匝数来调节电压，但是此时仍然是交流电。
-
整流电路：通常是利用二极管的单向导电性，将交流电转换成脉动直流电。
-
保护电路：通常有保险丝、压敏电阻等元器件组成，其根本作用是保护电源后端的元器件不受破坏。
-
滤波电路：过滤大部分的交流电，将脉动直流电转换成振幅相对小的脉动直流电。
-
电源隔离：使用隔离变压器或是光耦等元器件，将输入端和输出端进行电气隔离。其目的主要是保护电路安全、防止电源干扰、隔离地回路。
-
稳压电路：通常用稳压二极管、电源芯片等元器件，使振幅小的脉动直流电转换成直流稳压电源。
-
电路板负载：实际用电元器件，如MCU、传感器、无线模块等。
二、变压器基础知识
下图是一个最简单的变压器，他是由一个矩形的铁芯和两个相互绝缘的线圈所组成的装置，变压器利用互感原理工作。变压器通常串联在电网中，图中初级线圈通常与电源相连接，次级线圈通常与用电器或电路相连接。
2.1 变压器的功能
- 变换交流电压
输入电压与输出电压的比值称为：变压比。变压比越大降压效果越好。由公式可知，通过调节初级线圈 和次级线圈的匝数比就可以调节输出的变压比。
- 变换交流电流
输入电流与输出电流的比值是变压比的倒数。理想的变压器输入功率与输出功率相等，由此可得输入电流乘以输入电压==输出电流乘以输出电压。
- 变换交流阻抗
阻抗比是变压比的平方。
2.2 常用小型变压器
- 电源变压器。
主要功能是功率传送、电压变换、绝缘隔离。
- 音频变压器
主要用于音频放大电路中，也叫输出、出入变压器。其在电路中主要起阻抗变换的作用。也可以实现电压变换和音频信号耦合等功能。
- 中频变压器
中频变压器是指在中频电路中的变压器。无线电设备采用的中频变压器又称中周。天线信号和本机震荡信号混频后的中频信号，经过中频变压器进一步选取信号，由下一级放大。它是降一、二次绕组绕在内部由磁芯的尼龙支架上，并用金属屏蔽罩封装而成。
- 高频变压器
高频变压器是指在高频电路中的变压器，主要用于高频开关电源中做高频开关电源变压器。
- 环形变压器
电子变压器的一大类型，广泛应用与家电设备或是技术要求较高的电子设备中。主要作用是电源变压和隔离变压。
三、整流电路
整流电路是把交流电能转换为脉冲直流电的电路。
3.1 半波整流
利用二极管的【单向导电性】，把交流电转换成脉动直流电。当交流电处于正半轴时，电流可以通过二极管；当交流电处于负半轴时，二极管截止电流通不过二极管。
由整流后的波形可看出：半波整流电路电源利用率低、纹波成分很大。负载上的电压约为0.45倍的U2。
3.2 桥式全波整流
利用二极管的【单向导电性】，
当交流电处于正半轴时，电流通过顺序为:【A==>VD1==> RL==>VD3==>B】,负载上的电压方向为上正下负。
当交流电处于负半轴时，电流通过顺序为:【B==>VD2==> RL==>VD4==>A】,负载上的电压方向为上正下负。
无论是交流电的正半轴 还是负半轴，对于负载来说，电压的方向都是一样的。全波整流电路完美的避免了半波整理电路电源利用率低的问题。
负载上的电压约为0.9倍的U2。
四、保护电路
由于电源电路存在一些不稳定因素，而设计用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。
电源上常用的如防接反保护、雷击、浪涌、冲击保护等。 常用的电子元器件由下面几种
-
压敏电阻
通常并联在电源正负极之间，保护电路不被高电压烧坏。当压敏电阻两端的电压达到压敏电阻的参数值，压敏电阻会由高阻值变为低阻值，把两端的电压降低，从而保护与其并联的其它元器件不被高电压烧坏。
例如：电路板供电电源为18V为了防止上电冲击等问题，电源电路中所选用的390KD10参数如下，可有效的防止电路被上电时的高压冲击所烧坏。（防冲击、浪涌）
最大允许电压（V） |
最大能量（J） | 耐浪涌电流（A） |
额定功率（W） | 压敏电阻电压（V） |
||
| AC | DC | 10/1000us | 瞬态 | 平均 | ||
| 25 | 31 | 4.7 | 500 | 250 | 0.05 | 39 |
- TVS二极管
通常并联在电源正负极之间，防止瞬态高能量冲击时，保护精密器件免受各种浪涌脉冲的损坏。
- 肖特基整流二极管
串联第一个是防止输入端连接反向的保护作用。第二个是作为输出端的逆向电流保护。
五、滤波电路
滤波的目的就是降整流过后振幅较大的脉动直流电变成振幅较小的脉动直流电，也就是让脉动直流电更加平滑。
5.1 电容滤波
电容滤波器通常并联在电源线正负端，切靠近用电元件，如MCU等，电容滤波适合小负载，电容作为充放电元件，其携带的电量与其自身的电压成正比。
以半波整流电路为例，当交流电处于负半轴时，电容开始放电，这会使负载上的电源相对平滑。
5.2 电感滤波
电感滤波器通常串联在电源正极，电感对于交流电是由感抗的，电感线圈会阻碍电流的变化。电感滤波适合大负载。
当电流流过电感线圈时，如果电流正在增加，则线圈会产生一个“反向电压”（感应电动势），与原电压方向相反，是的电流增加变慢；如果电流正在减小，则线圈会产生一个“同向电压”，与原电压方向相同，使电流减小变慢。
总之电感可以延缓电流变化趋势，不能阻止变化。
5.3 复式滤波电路
- π型RC滤波电流
图中C1和电容滤波器的作用相同，R和C2进一步平滑作用。只是电阻R上的直流降压会使输出电压变低，实际使用时电阻R的功率要求较大，电阻会发烫。
- LC滤波电路
图中L为电感量很大的铁芯线圈，使加到RL上的交流成分减小。
- π行LC滤波电路
滤波作用最好，适合于负载电阻小、电流大，滤波电压要求较高的场合。
5.4 共模电感滤波器
常用在开关电源或差分信号传输线中，它能对电源或信号电路中的噪声 、EMC指标有很好的抑制效果。
电阻线路中传导的噪声分为共模噪声、差模噪声。
- 差模噪声
电流回路在电路的内部，在这条回路中传到的噪声成为差模噪声。
- 共模噪声
在电路板和机箱外壳之间、以及机箱外壳和参考地之间都存在分布电容。电源转换电路产生的噪声电流，可以通过分布电容流向机箱的地线然后流会电源端，从而形成大的电流回路。
在这个环路中传导的噪声被称为共模噪声。
开关电源中的共模噪声和差模噪声都可以通过传导和辐射的方式传播。而共模噪声的干扰比差模噪声更加严重。噪声产生的干扰类似环形天线，其强度与电流环路的面积成正比，刚好共模噪声的传导回路远大于差模噪声。
应对开关电源中的噪声，关键是区分共模噪声和差模噪声然后分别进行处理。
通常共模滤波器的一端接输入电源，另一端接差模滤波器。共模滤波器的工作原理：共模电感是由在一个磁芯上的两个绕制方向 和圈数完全相同的线圈组成。
当差模信号经过时，两个线圈产生的电磁场相互抵消，因而不会呈现感抗，所以对差模信号而言，共模电感就相当于一条直通的导线。
当共模信号经过时，两个线圈产生的磁场方向是相同的相互加强，所以共模电感对于共模噪声而言就是一个电感。对高频信号呈现感抗，具有抑制作用。
共模电感的主要参数：
- 共模阻抗：通常100MHZ频率以下是的感抗，共模阻抗越大对共模噪声的抑制效果就越好。
- 直流电阻：这个值越小，运行通过的电流就越大
- 额定电流
- 额定电压
- 两个线圈之间的隔离电阻，一般都是10M欧姆以上。
