实用电源电路与充电电路图集 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:286

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出版时间:2009-8

价格:29.00元

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isbn号码:9787508378442

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• 电源电路
• 充电电路
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• 电源管理
• 充电技术
• 电子工程
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• 电路参考

现代电子设备中的核心动脉——深入解析电源与充电电路的奥秘 在日新月异的电子科技浪潮中，一款设备能否稳定运行、高效充电，很大程度上取决于其内在的“心脏”——电源与充电电路。它们是赋予电子设备生命力的源泉，也是保障其便捷使用的关键。本文旨在带您深入探索这些不可或缺的电路模块，理解它们的工作原理、设计考量以及在现代电子产品中所扮演的至关重要角色。 一、 电源电路：稳定电流的守护者 几乎所有的电子设备都需要一个稳定、可靠的电源供应来驱动其工作。电源电路的任务是将来自市电、电池或其他形式的原始能源，经过一系列的转换和稳压，输出符合设备各部分要求的直流电压和电流。 1. 降压与升压：电压的灵活调控 线性稳压器 (Linear Regulators): 线性稳压器是简单且噪声低的电源解决方案。它们通过一个串联的晶体管（如 BJT 或 MOSFET）来调节输出电压，通过改变晶体管的导通电阻来“吸收”多余的电压，从而实现稳压。常见的型号如 LM78xx 系列（提供固定正电压）和 LM79xx 系列（提供固定负电压），以及 LM317（可调正电压）。线性稳压器结构简单，易于使用，但效率相对较低，尤其是在输入输出电压差较大时，会产生大量的热量，需要配合散热器。它们特别适用于对噪声敏感的应用，例如音频设备和精密测量仪器。 开关稳压器 (Switching Regulators / DC-DC Converters): 开关稳压器是现代高效率电源的主流选择。它们通过高速开关（通常是 MOSFET）来周期性地导通和关断电感和电容组成的储能元件，从而实现电压的升降。开关稳压器根据拓扑结构可分为多种类型： 降压转换器 (Buck Converter): 输出电压低于输入电压。通过一个电感、一个开关和一个续流二极管（或同步整流 MOSFET）来实现。 升压转换器 (Boost Converter): 输出电压高于输入电压。其基本结构也包含电感、开关和二极管。 升降压转换器 (Buck-Boost Converter): 可以实现输出电压高于或低于输入电压，根据控制信号而定。 四开关升降压转换器 (SEPIC, Cuk, Flyback, Forward): 这些拓扑结构提供了更大的灵活性，可以在隔离或非隔离的电源设计中实现升降压功能，其中 Flyback 和 Forward 转换器常用于隔离型电源。 开关稳压器的效率远高于线性稳压器，可达90%以上，因此在需要高效率和低发热的应用中，如笔记本电脑、手机充电器以及服务器电源等，得到了广泛应用。然而，开关稳压器通常会产生一定的开关噪声，需要额外的滤波电路来抑制。 2. 滤波与整流：将交流变为直流 整流器 (Rectifiers): 大多数电子设备需要直流电，而市电是交流电。整流器的作用是将交流电转换为脉动的直流电。 半波整流 (Half-wave Rectification): 只利用交流电的半个周期，效率较低，纹波较大。 全波整流 (Full-wave Rectification): 利用交流电的两个半周期，效率更高，纹波相对较小。常见有中心抽头变压器全波整流和桥式整流。桥式整流是目前最常用的全波整流方式，结构紧凑，性能可靠。 滤波器 (Filters): 整流后的直流电仍然是脉动的，含有较大的纹波。滤波器（通常由电容和电感组成）用于平滑这些脉动，使其更接近稳定的直流电。 电容滤波器: 最常见，简单有效，通过电容的充放电来填补电压的谷底。 电感滤波器: 用于抑制高频纹波，常与电容配合使用。 LC 滤波器: 结合了电感和电容的优点，能提供更平滑的输出。 RC 滤波器: 成本低廉，适用于低电流应用。 3. 隔离与非隔离：安全与成本的权衡 非隔离电源 (Non-isolated Power Supplies): 输入端和输出端没有电气隔离。结构简单，成本较低，但存在触电风险，不适用于需要安全隔离的应用。例如，一些低功率的 LED 照明驱动器。 隔离电源 (Isolated Power Supplies): 通过变压器在输入端和输出端之间实现电气隔离。这大大提高了安全性，避免了直接接触高压电的危险。隔离电源在消费电子、医疗设备、工业控制等领域应用极为广泛。常见的隔离式开关电源拓扑包括： Flyback (返驰) 拓扑: 适用于低功率（通常小于 150W）的隔离电源，输出电压可以高于或低于输入电压，结构相对简单，成本较低。 Forward (正激) 拓扑: 适用于中等功率（通常 150W - 500W）的隔离电源，效率较高，输出电压通常低于输入电压。 Half-bridge (半桥) 和 Full-bridge (全桥) 拓扑: 适用于高功率（大于 500W）的隔离电源，效率更高，输出电流能力更强。 二、 充电电路：为能量补给保驾护航 随着移动设备的普及，充电电路的设计变得越来越重要。一个高效、安全、智能的充电电路能够快速为设备补充能量，同时保护电池免受过充、过放、过温等损害，延长电池寿命。 1. 充电策略：让能量更智慧地流淌 恒压限流 (Constant Voltage Constant Current, CV/CC) 充电: 这是最基本也是最广泛应用的锂电池充电策略。充电过程通常分为两个阶段： 恒流充电 (Constant Current, CC): 充电器以恒定的电流向电池充电，直到电池电压达到预设的上限值。 恒压充电 (Constant Voltage, CV): 当电池电压达到上限后，充电器将输出电压固定在恒定值，此时充电电流会逐渐减小。当充电电流减小到预设的低电流阈值时，充电结束。 涓流充电 (Trickle Charge): 在 CC/CV 充电之前或之后，使用非常小的电流对电池进行充电，以激活深度放电的电池或维持电池的满电状态。 预充电 (Pre-charge): 对于深度放电的电池，先用一个小电流对其进行缓慢充电，以避免在 CC 阶段过高的电流对电池造成损害。 智能充电 (Smart Charging): 现代充电电路通常集成了微控制器（MCU），可以根据电池的实际状态（如温度、电压、内阻、充放电历史等）动态调整充电策略，实现最优化的充电速度和电池寿命。例如，快充技术（如高通 Quick Charge, USB Power Delivery, 联发科 Pump Express 等）就是通过协议协商，在保证安全的前提下，大幅提升充电功率。 2. 电池管理系统 (Battery Management System, BMS): 电池健康的守护神 BMS 是现代电池组（尤其是锂电池组）不可或缺的一部分，它负责监控和管理电池的充放电过程，保护电池免受损坏，并提供电池状态信息。BMS 的主要功能包括： 过充保护 (Overcharge Protection): 防止电池电压过高，以免造成电池损坏或安全隐患。 过放保护 (Over-discharge Protection): 防止电池电压过低，以免对电池造成永久性损伤。 过流保护 (Overcurrent Protection): 防止在充电或放电过程中电流过大。 过温保护 (Overtemperature Protection): 监控电池温度，防止过热，确保安全。 短路保护 (Short Circuit Protection): 检测并阻止短路发生。 电量均衡 (Cell Balancing): 对于串联的多节电池组，BMS 可以对各节电池的电量进行均衡，使其电压和容量保持一致，充分发挥电池组的整体性能。 状态监测 (State of Charge, SOC, and State of Health, SOH): 估计电池的剩余电量和健康状态，为用户提供信息。 3. 充电接口与协议：互联互通的桥梁 USB 接口: 已成为最通用的充电接口，从早期的 USB-A 到如今的 USB-C。USB-C 接口支持更高的功率传输（通过 USB PD 协议），并支持正反插，极大地方便了用户。 无线充电 (Wireless Charging): 通过电磁感应或磁共振技术实现非接触式充电，为用户提供了极大的便利性。常见的无线充电标准包括 Qi 标准。 快充协议: 各种厂商推出的快充协议（如高通 QC、USB PD、MTK PE、OPPO VOOC、华为 SuperCharge 等）允许充电器和设备之间进行通信，协商最高的充电功率，实现快速充电。 三、 总结：赋能现代电子设备的核心技术 电源电路和充电电路作为电子设备的基础支撑，其设计和优化直接关系到设备的性能、可靠性、安全性和用户体验。从简单的稳压器到复杂的智能充电管理系统，这些电路的进步是推动电子科技发展的关键驱动力之一。深入理解这些电路的工作原理，不仅能帮助电子工程师设计出更优秀的产品，也能让普通用户更安全、更高效地使用手中的电子设备。它们是现代电子世界中默默奉献、却又至关重要的“血管”与“心脏”，维系着我们与数字世界的每一次连接。

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