嵌入式硬件篇---电源电路

电源电路是电子设备的 “心脏”，负责将外部电能（如市电、电池）转换为设备所需的稳定电压 / 电流。根据输入输出形式和应用场景，常用的电源电路可分为以下几类，下面用通俗易懂的方式介绍：

一、线性稳压器电路（LDO）

核心功能：将较高的直流电压（如 12V）稳定输出为较低的直流电压（如 5V、3.3V），输出电压纹波小、噪声低。

1. 基本结构

• 输入：未稳压的直流电压（如电池、整流后的市电）。
• 核心器件：线性稳压器芯片（如 7805、LM1117、XC6206 等），内部包含调整管、基准电压源和反馈电路。
• 输出：稳定的直流电压（固定或可调）。

2. 典型电路（以 7805 为例）

• 输入 10-15V 直流电压，接 7805 的 “Vin” 引脚；
• 7805 的 “GND” 引脚接地；
• “Vout” 引脚输出稳定的 5V 电压（最大输出电流 1.5A）；
• 输入和输出端通常并联电容（如 10μF 电解电容 + 0.1μF 陶瓷电容），用于滤波和稳定电压。

3. 特点与应用

• 优点：电路简单（几乎无需外围元件）、输出稳定、噪声小。
• 缺点：效率低（输入输出电压差越大，发热越严重），适合小电流场景（如单片机、传感器供电）。

二、开关电源电路

核心功能：通过高频开关（晶体管）将电能转换为高频交流，再经整流滤波输出稳定直流，效率远高于线性稳压器。

1. 基本原理

• 步骤：直流→高频交流（开关管斩波）→高频变压器变压→整流→滤波→稳定直流。
• 核心器件：开关管（MOS 管或三极管）、高频变压器、PWM 控制器（如 UC3842）、整流二极管、电感、电容。

2. 常见类型

• Buck 电路（降压型）：输入电压高于输出电压（如 12V→5V），通过电感储能、二极管续流实现降压，适合大电流场景（如电机驱动）。
• Boost 电路（升压型）：输入电压低于输出电压（如 3.7V 锂电池→5V），利用电感充放电实现升压（如充电宝常用）。
• 反激式开关电源：通过高频变压器隔离输入输出（安全隔离），适合市电转低压（如手机充电器、电脑电源）。

3. 特点与应用

• 优点：效率高（80%-95%）、输入电压范围宽、可实现隔离。
• 缺点：电路复杂、输出纹波稍大，适合大功率设备（如电脑、家电）或电池供电设备（延长续航）。

三、整流滤波电路（AC→DC 基础）

核心功能：将市电（220V 交流）转换为未稳压的直流电压，为后续稳压器提供输入。

1. 全波整流电路

• 核心器件：4 个二极管组成 “整流桥”（如 KBPC3510）。
• 原理：将交流电的正负半周都转换为单方向电流（脉动直流）。

2. 滤波电路

• 整流后的脉动直流通过电解电容（大容量，如 1000μF）滤波，利用电容充放电特性，输出平滑的直流电压（仍有小幅波动）。
• 示例：市电 220V→整流桥→1000μF 电容→输出约 310V 直流（给开关电源供电）。

四、电池供电与充放电电路

核心功能：为电池充电，并为设备提供稳定输出（如锂电池、铅酸电池）。

1. 锂电池充电电路

• 核心器件：充电管理芯片（如 TP4056），支持恒流 - 恒压充电模式。
• 电路简单：输入 5V（如 USB）→TP4056→锂电池（4.2V 满电），带过充、过放保护。

2. 电池升压 / 降压电路

• 锂电池电压通常 3.7V（放电范围 2.75-4.2V），需通过 Boost 电路升到 5V（如充电宝），或通过 LDO 降到 3.3V（给单片机供电）。

五、总结：不同场景选哪种？

电源电路的核心是 “稳定” 和 “效率”，实际设计中需根据电压、电流、成本等需求选择合适方案，同时注意散热（大功率电路）和滤波（减少噪声）。