各种升降压，稳压模块及在电子产品上的应用
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原创：DronebotWorkshop 翻译: DIY百事
介绍
如果您使用Arduino和其他电子设备的时间很短，那么您可能想出了一种在工作台上为它们供电的方法。充电宝和台式电源可以很好地完成这项工作。使用Arduino，您只需通过计算机的USB端口即可为设备供电。上电从未如此简单！
但是，在完成设计后，您通常会希望构建项目的更永久版本，为此，您需要考虑如何为其提供电源。
像Arduino这样的电子设备需要“逻辑电平”电压才能起作用。这些“逻辑电平”电压有两种形式：
传统的5伏DC也称为“ TTL电平”许多低功率设备中使用的节电3.3伏DC电源。在这两种情况下，都需要相当精确地调节电压，以避免损坏组件。
在许多情况下，充电宝可能是一个简单的解决方案。它提供了适用于大多数电子设备的5伏稳压直流电源，其全封闭式的设计可保护您免受电击的危险。
但是，如果要使用电池为设备供电怎么办？从电池获得准确且稳定的5或3.3伏电压是一个挑战，尤其是在电池放电时。
今天，我们将探讨为您的电子设计提供稳压电源的几种低成本选择。
图1
通用电压要求
您的设计可能需要几个标准电压电平，有些设计将需要多个电压电平。其中一些如下：
3.3伏直流电–这是低功率数字设备中使用的常见电压。5伏直流电–这是数字设备使用的标准TTL（Transistor Transistor Logic）电压。6伏直流电–通常用于直流和伺服电机。12伏直流电–也与直流电动机以及许多步进电动机一起使用。48伏直流电–在专业音频设备中用作麦克风的“幻像电源”。以上所有电压电平均相对于地为正。但是一些较早的设计也需要负电压，例如，在RS-232串行连接中使用了-12伏直流电，这在所有计算机和调制解调器上都是标准的。音频放大器通常需要正电源和负电源。
调压及稳压
逻辑电平电压需要非常高的精度。例如，为使TTL逻辑正常工作，电源电压需要在4.75到5.25伏之间，任何较低的电压都会导致逻辑组件停止正常工作，而任何较高的电压都会破坏它们。
某些电源电压要求不太严格。像电动机，LED及其他显示器，机电组件等的电源就不需要像对逻辑电源电压那样严格地调节。在最终设计中，通常不对这些电源进行调节以节省成本。
市电供电设备的电压调节相对容易，因为调节器电路的输入电压相对恒定。然而，用电池作为电源的设计就将遇到较大的挑战，因为电池电压水平会随着电池放电而波动。
既可以由市电电压供电又可以由电池供电的设备，通常在通过市电线路供电时，还具有用于为电池充电的附加电路。根据设计中采用的电池技术，其范围可以从简单到非常复杂的充电电路。
电流要求
在为您的项目设计电源时，电源电压水平不是唯一必须考虑的规格。确定项目的电流需求同样重要。
与电压要求不同，产品消耗的电流并不总是静态值。电动机，LED和其他显示器，扬声器和其他传感器会导致电流波动，因此您需要设计电源以适应“最坏情况”，即每个电动机，指示器和发声器均以最大容量运行。
在电池供电的设计中，电流需求再一次成为挑战。随着电池放电，其容量会降低，试图超过这些电流容量可能会导致电池快速放电。
效率
稳压器设计的另一个重要方面是效率。调节器或电压转换器本身会消耗一些电力。
效率与热量的产生密切相关，效率低下的调节器设计会将其多余的能量作为热量散发掉。除非您故意试图加热电路，否则这不是件好事！发热是电子元器件的最大敌人之一，如果您的调节器产生出大量热量，则您需要加入通风，散热的设计。
没有一种设计是100％的效率，因此一定会产生一些热量，但是我们可以通过优化组件将其最小化。
AC DC
在常规的线性电源中，AC电压首先通过变压器，该变压器将其大幅降低，然后将其转换为DC。
在现代开关电源（如台式计算机中的开关电源）中，AC电压直接转换为高压DC，并用于驱动高频振荡器。然后，由该振荡器产生的高频交流电通过一个小型变压器，变压器的低压输出转换为直流电。
无论哪种方式，我们都需要将AC转换为DC。这实际上很简单。
整流器和桥
“整流器”一词可以追溯到真空管的时代，它实际上只是大电流二极管的另一个名字。众所周知，二极管是一种基本的电子组件，只允许电流沿一个方向通过。
如果将整流器或二极管与交流电压源串联，则将防止交流信号的正或负部分通过，具体取决于您定向二极管的方式。
这是从交流电产生直流电压的步骤，但是最终的输出并不完全平滑，如下图所示。
图2
可以在输出端使用电解电容器，以使电压平滑并产生合理稳定的直流电压。这是将AC转换为DC的简单方法，但有几个缺点。
输出电压将降低。它将是交流输入电压乘以0.7072。
您实际上是在“浪费”每个交流周期的一半，因此效率不是很高。
更好的方法是使用四个二极管来创建所谓的“桥式整流器”。您可以在下图中查看结果。同样，我们将使用电解电容器来平滑产生的直流电压。
图3
与单二极管方法相比，此方法具有几个优点：
输出电压更大。它将是交流输入电压乘以1.414。使用交流循环的正向和负向部分，这会更有效率。您可以使用四个单独的二极管构建该电路，也可以购买预接线的桥式整流器。
顺便说一句，我之前引用的输出电压不是很准确，您还需要考虑二极管的压降。通常，这约为0.7伏。
这些电路会将AC转换为DC电压，但是它们无助于调节电压。如果交流电压应上升或下降，则相应的直流电压输出将变化相同的幅度。
稳压器和转换器
无论您的直流电压是来自交流电还是来自电池，都可能不是恰好适合您的应用的正确电压。您需要将电压更改为所需的电平（即5伏），并且即使输入电压发生变化，也需要确保其保持在该电平。
我们可以使用调节器或转换器以几种方式实现此目的。
线性稳压器
线性稳压器采用直流电压输入，并在较低电压下产生稳压输出。
Arduino Uno板上是使用的稳压器的一个很好的例子。Arduino Uno的电路板上有一个5伏线性稳压器，您可以使用其同轴电源连接器连接8至20伏DC的电源。调节器将其降低到Arduino使用的5伏DC电平。
线性稳压器自1970年代中期以来一直可用，并且今天它们仍然是有价值的组件。它们非常易于使用，并具有不同的额定电流。它们通常以与晶体管和功率晶体管相同的尺寸封装。
图4
线性稳压器通常需要比所需输出电压高至少2.2伏的输入电压。尽管它们通常可以承受很大范围的输入电压，但您需要了解，输入电压越高，调节器将产生更多的热量及浪费。
线性稳压器价格便宜，是线路供电设备的理想选择。它们还用于音频设备，因为它们不会产生电压转换器所产生的电气噪声。虽然您当然可以将它们与电池供电的设计一起使用，但它们通常不是此应用程序的最佳选择，因为这样最终会浪费大量的热量。然而，这并不总是正确的，因为现在已经有了新一代的低压降稳压器，我们稍后将讨论其中的一些。
调节电池供电设备中电压的更好方法是使用电压转换器。
电压转换器
实际上，您可以在项目中使用三种类型的电压转换器：
降压转换器升压转换器降压升压转换器让我们快速看一下它们之间的区别。
降压转换器
降压转换器使用称为“飞轮电路”的东西工作。在操作中，晶体管导通和截止，其输出通过电感器（线圈）馈入电容器。随着晶体管的导通和关断，电容器对存储在线圈中的能量进行充电和放电。切换发生的周期或频率决定了输出电压。
图5
像线性稳压器一样，在所需的输出电压低于输入电压的情况下，也可以使用降压转换器。
升压转换器
升压转换器的工作原理类似降压转换器，区别在对线圈，二极管和电容器等形成所述飞轮电路的元件的布置。升压转换器也称为“开关电源”。
图6
顾名思义，升压转换器的输出电压实际上高于输入电压。
降压升压转换器
降压升压转换器几乎是两全其美的选择，它使用一对晶体管控制的反激电路来升压或降低输入电压。
图7
这种类型的电压转换器对于电池供电的设备特别有用。例如，以一个使用一个7.2V的电池提供6V的电路为例，电池充满电后(8.4V)，转换器的作用就像降压转换器，将输出电压降低到5V。当电池自身放电至低于6V电平时，电路将起到升压转换器的作用，将输出提升至6V。
我们将研究所有三种类型的转换器。
流行的稳压器和转换器
现在我们已经讨论了电源，调节器和转换器，现在该将我们学到的知识付诸实践了。
我收集了这些设备的几个示例，向您展示。所有这些都是为您的项目提供电压的简单且廉价的方法。
线性稳压器– 78XX和79XX系列
我们的第一个线性稳压器是已经存在40多年的组件。实际上，这是一个组件家族，其成员具有不同的电压输出和电流功能。
78XX电压调节器是3引脚器件，有许多不同的封装，从大功率晶体管封装（T220）到小型表面贴装器件，不一而足。这些是最常见的正电压调节器。79XX系列是等效的负电压调节器。
这些组件的编号系统非常简单，零件编号中的XX表示输出电压。因此，例如，7805是5伏正稳压器，7812是12伏正稳压器，而7915是15伏负稳压器。正系列和负系列均提供几种常见电压。
图8
这些稳压器非常易于使用。除了稳压器本身之外，您唯一需要的其他组件是在输入和输出两端连接几个电解电容器。该值并不严格，通常可以在输入端使用2.2uf或更大的电容器，在输出端使用100uf或更大的电容器。请注意，尽管您以相同的方式使用正和负调节器，但引脚排列是不同的：
78XX（正）稳压器使用以下引脚：输入参考（接地）输出79XX（负）调节器使用以下引脚：参考（接地）输入输出这些稳压器的TO-220外壳版本要注意的一件事是，外壳已电连接到中心引脚（引脚2）。在78XX系列上，这意味着外壳已接地，但是请注意，在79XX（负调节器）系列上，引脚2是输入，而不是接地。这意味着在将散热器连接到设备时需要格外小心，如果打算通过大量电流，则需要这样做。如有必要，可以在散热器上使用云母绝缘子，以防止其与插针2电气接触。
尽管这些稳压器已经使用很久了，但今天仍在使用中，非常适合线路供电的设计。它们的效率不如现代稳压器，因此对于电池供电的设备，您需要查看此处介绍的其他一些解决方案。
线性稳压器– LM317可变稳压器
LM317是一款具有可变输出的正线性稳压器。这也是经典的电子组件，其可变输出使其在需要“非标准”电压的情况下非常有用。在简单的可变工作台电源中，它也受到了业余爱好者的欢迎。
与78XX系列或稳压器一样，LM317是三引脚器件。但是，接线略有不同，如此处所示。
图9
关于LM317连接的主要注意事项是为调节器提供参考电压的两个电阻器，该参考电压确定输出电压。您可以如下计算这些电阻值：
R1的建议值为240欧姆，但实际上可以为100到1000欧姆之间的任何值。
当然，您也可以用电位计代替这两个电阻，以制成可变线性稳压器。您可能希望将一个100欧姆的电阻与电位计串联，以确保R1永远不会降至零欧姆。
与78XX系列稳压器一样，LM317仍在使用，但现在又有更高效的稳压器可用。对于需要非常规电压的线路来说，这仍然是一个不错的选择。
线性稳压器– PSM-165 12v至3.3v线性降压稳压器
PSM-165是一个小型分线板，其中包含3.3伏稳压器。这个小板将采用4.5至12伏的输入并将其转换为3.3伏，以用于低功耗逻辑电路。
PSM-165上使用的芯片与大多数Arduino Uno板上使用的芯片相同，可提供3.3伏输出。它具有800 mA的最大电流能力。
该板很有趣，因为它具有用于输入和输出的多个连接，这在设计使用该模块作为“子板”的PCB时提供了很大的灵活性。
图10
如您所见，此模块的连接非常简单，不需要任何外部组件。
线性稳压器– AMS1117-5线性5v稳压器模块
AMS1117系列的三引脚稳压器的工作方式与78XX系列非常相似。它们提供几种不同的电压，并且与78XX系列引脚兼容。
与78XX系列相比，它们是更现代的设备，并且具有较低的压降，因此对于线路供电和电池供电的电源都非常有用。
AMS1117-5是5伏稳压器。它可以单独使用，也可以在流行的突破板上使用。有了分线板，可以很容易地将其合并到您的项目中。
图11
与PSM-165一样，AMS1117-5模块的连接也很轻松。分支板上有滤波电容器，因此不需要外部组件。只需连接您的输入电压就可获取输出-就是这么简单！
线性稳压器– L4931CZ33-AP 3.3v极低压降稳压器
我们今天要看的最后一个线性稳压器是L4931CZ33-AP。与PSM-165一样，该稳压器提供3.3伏电压，为低功耗逻辑电路供电。
该稳压器的压降极低，准确地说仅为0.4伏。这使其成为在低电流电池供电设备中使用的理想稳压器。它也非常小巧，采用TO-92晶体管封装以及几种表面贴装封装。
L4931CZ33-AP实际上是低压降稳压器系列的成员，也有具有类似特性的3.5伏，5伏和12伏型号。使用此设备时，唯一需要的附加组件是一个2.2 uF的小型电解电容器。
图12
L4931CZ33-AP的连接与78XX系列的连接非常相似。我提到的2.2uf电容器用于输出，也可以在输入上放置一个可选的陶瓷电容器。
降压转换器– MINI-360 DC-DC降压转换器
现在让我们看一下降压转换器。MINI-360是一款超小型，超高效的降压转换器，可以接受高达23伏的输入，并提供可调节至低至1伏和高至17伏的输出。
该设备位于一个很小的分线板上，该分线板上有一个用于设置输出电压的电位计。效率高达95％左右，几乎没有能量浪费为热量，使该设备成为电池供电设计的理想选择。
图13
如图所示，MINI-360的连接非常简单，只需连接您的输入电压即可使用。在将任何负载连接到电位器之前，最好调节电位器并设置输出电平，特别是如果打算将其用于低压时。
升压转换器– PSM-205升压5v USB DC-DC转换器
我们将要看到的第一个升压转换器是一种独特的设备，因为它在分线板上集成了USB插孔。在为USB供电的设备建立电源时，这非常方便。
这种便宜的模块将以600 mA的电流将低至0.9伏至5伏的电压升压。显然，这非常适合由电池供电的项目，现在可以使用单个AA或AAA电池为5伏逻辑设备供电。
图14
再次，该模块使连接非常简单，您只需要将0.9到5伏的电源连接到输入，然后将USB供电的设备插入USB连接器。
正如您可能已经猜到的那样，该升压转换器通常用于USB移动电源中。
升压转换器– MT3608 DC-DC升压转换器
另一个微型升压转换器MT3608可以接受低至2伏的输入并将其升高至28伏。它包括欠压锁定，热限制和过流保护。
MT3608封装在一个带有微调电位器的微型分线板上，用于设置电压值。虽然看起来很小，但该设备可以提供令人印象深刻的2安培电流。MT3608的效率等级为93％。
图15
MT3608仅具有四个标记清楚的引脚，非常易于使用。由于它能够输出高达28伏的电压，因此在将设备连接到电路之前，使用微调电位器设置输出电压是一个好主意。
降压升压转换器– S9V11F5升压/降压稳压器
现在，我们转到一个我个人最喜欢的电池供电设备-S9V11F5升压/降压稳压器。
由Pololu制作的这个奇特的产品可以产生5伏特的电压，输入范围为2伏特至16伏特。需要注意的一件事是，启动转换器需要至少3伏的电压，但是一旦它运行，输入电压可能会下降到2伏，然后才能停止工作。
该板非常小，只有三个连接。它与直角插头和右弯公插一起包装，使您可以在与传统3引脚线性稳压器相同的地方使用它。
S9V11F5是一组分线板的成员，其中一些具有固定的输出电压，而另一些则具有可变性。
图16
S9V11F5不需要任何外部电容器或其他组件即可工作。它的超小尺寸和相对较高的输出电流能力使其非常适合许多设计。
但是要注意的一件事是，S9V11F5可能会变得很热，特别是在满电流情况下使用时。在布置电路板时要记住这一点，在使用时不要触摸转换器，否则可能会烫伤自己！
面包板电源
在结束之前，我想提一提一种为您的项目加电的方法。
面包板电源是一个常见的组件，专门设计用于为无焊面包板供电。这些便宜的单元带有两个线性稳压器，可从9至15伏的直流输入提供稳定的5或3.3伏。它们旨在卡入标准无焊面包板的电源轨中。该设备还具有2.1毫米同轴电源输入，电源LED指示灯，USB电源输出和开关。
这些设备显然适合在带有无焊面包板的工作台上使用，但它们也可以为永久性项目提供良好的电源。他们使用线性稳压器，尽管它们可以由9伏电池供电，但它们可能更适合于线路供电设计。
图17
我建议在您的工作台周围有一些这样的东西，如果只是为了进行实验的话。
小结
提供良好的电源是设计电子设备的重要组成部分。如您所见，可以使用多种方法为电子项目提供电源。
如果打算使用市电（AC）为设备供电，则需要确保采取适当的安全预防措施，以防止电击的可能性。最好的方法是使用市售的AC适配器提供安全的DC电源，然后可以根据需要使用上述方法之一进行调节。
对于电池供电的设计，使用高效的电压转换器可以在需要充电或更换之前，通过榨取电池中的每一滴能量来延长项目的运行时间。
无论您有什么要求，您都一定会找到适合您需求的转换器或调节器。
现在让我们通上电！
16种常用模块电路分析，电气工程师的必备
电路图一大张，看似复杂，但也都是由一小块一小块的功能模块组成的。因此要根据大的功能先划分成块，再在块里面看是通过什么电路形式实现的，有些起辅助作用，有些起主要作用。下面小编给大家整理了16种常用的模块电路分析，希望对大家有帮助。
1. RS232通讯电路
双路232通信电路：3线连接方式，对应的是母头，工作电压5V，可以使用MAX202或MAX232。
2. 三极管串口通讯
三极管串口通信：本电路是用三极管搭的，电路简单，成本低，但是问题，一般在低波特率下是非常好的。
3. 单路RS232通讯
单路232通信电路：三线方式，与上面的三级管搭的完全等效。
4. USB转RS232
USB转232电路：采用的是PL2303HX,价格便宜，稳定性还不错。
5. 复位电路
SP706S复位电路：带看门狗和手动复位，价格便宜（美信的贵很多），R4为调试用，调试完后焊接好R4。
6. SD卡模块电路
SD卡模块电路（带锁）：本电路与SD卡的封装有关，注意与封装对应。此电路可以通过端口控制SD卡的电源，比较完善，可以用于5V和3.3V。但是要注意，有些器件的使用，5V和3.3是不一样的。
7. LCM12864液晶显示电路
LCM12864液晶模块（ST7920）：本电路是常见的12864电路，价格便宜，带中文字库。可以通过PSB端口的电平来设置其工作在串口模式还是并行模式，带背光控制功能。
8. LCD1602液晶显示电路
LCD1602字符液晶模块(KS0066)：最常用的字符液晶模块，只能显示数字和字符，可4位或8位控制，带背光功能。
9. 全双工RS485电路
全双工RS485电路（带保护功能）：带有保护功能，全双工4线通信模式，适合远距离通信用。
10. 半双工RS485电路
RS485半双工通信模块：可以通过选择端口选择数据的传输方向，带保护功率。此模块只能工作在5V.
11. JTAG仿真接口
ARM JTAG仿真接口电路：比较完善，可以应用在常规的ARM芯片下，具有有自动下载功能，可以用JLINK或ULINK.
12. DC5V输出电路
5V电源模块：这个电路比较简单，如果用直插可以达到1.5A，如果用贴片的可以到达1A。
13. DC3.3V电源输出电路
3.3电源模块：可以到达800mA，价格非常便宜，也有相应的1.8/1.2的芯片，可以直接替换。
14. 常用开关电源电路
15. DS1302时钟电路
DS1302数字时钟：一款非常普及的时钟电路，好用，成本低。
16. AT24C02通讯电路
AT24C02（EEPROM）：最常用的EEPROM电路。
来源：网络
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