详细描述了一个家用空气净化器项目，涉及空气检测、气味传感器的信号处理、MOS管作为开关的应用，以及电路原理图设计，包括元器件选择、模拟信号处理和优化，最终目标是实现自动化的开关控制和模拟到数字信号的转换 目录 1、项目背景介绍 2、项目资源评估 3、如何设计原理图（含元器件原理分析） 4、元器件选型 5、原理图绘制 1、项目背景介绍 项目用在家用或办公领域,当空气有一定的污染时，打开净化系统开始进行空气净化和杀菌处理,经过一定时间处理后，当空气中空气经过净化且重回健康后，关闭净化系统。 2、项目资源评估 需要的条件： 1、气味传感器，对空气检测，并转换成电压信号（大部分的传感器是把某一种形态的物理量转换成电信号），电压信号比较小，需要对其进行放大 2、对电压信号进行放大处理，用放大后的电压信号通过比较器来控制机器的开和关（可以改变幅值和向量的变化） 3、需要运算放大器，比较器，开关 4、电源15VDC 3A（适配器，直接买） 5、需要有15V 2A直流有刷马达（通过MOS管（作为开关使用）来控制马达） 3、如何设计原理图（含元器件原理分析） 元器件分析： MOS管：N型MOS（N沟道），P型MOS管（P沟道） NMOS管由于自身的特性，开关的速度特别快，耐压高，通过的电流能力比较强；PMOS管由于工艺的影响，开关的速度没有NMOS管快，损耗量比NMOS管大，耐压相对较低，通过的电流相比于NMOS管比较弱 有一个二极管，封装在MOS管的内部，当NMOS管正向流通的时候，二极管是不导通的，当DS不导通的时候，电流可以往回流，对能量进行回收 NMOS管的导通条件：Ug-Us>10V 施加的是电压源 MOS管的状态：关闭和截止（Ug-Us<4.5V ）,放大状态（Ug-Us约等于4.5V）即4.5V即为阈值电压 （等效成n型三极管的基极的阈值电流（0.5mA）超过0.5mA，三极管就工作在饱和状态，低于0.5mA的时候就工作在放大状态，再低于一定程度的时候，三极管就处于截止状态） 具体的MOS管详情，请参考MOS管（又叫场效应管这一篇文章） 4、元器件选型 MOS管作为开关用的原理分析 这样情况，在开关导通到15V的时候，会通过电阻形成一个压降，同时会对MOS管进行充电，在充电到阈值电压的时候，MOS管将会导通，在导通之后，MOS管的源极电压将会变成15V，这样就会导致源极的电压>栅极的电压，MOS就会关断，源极电压为0，就会重复上一个动作。这里可以参考N型三极管理解 正确电路 在 15V导通的时候，由于源极接的是地，无论怎么样，栅极和源极之间的压差都会大于平台电压，所以MOS管会一直导通；在GND导通的时候，MOS管会通过电阻对内部的电容进行放电，由于MOS是不导通的，内阻无限大，所以漏极就近似的等于+15V，所以马达上面没有压差，就没有电流，所以，马达是不转的。这样就通过控制MOS管的开和关，控制了马达的转和不转！ MOS管内部分为三种状态 结论：NMOS管作为开关使用，S（源极）必须接地 在本次项目中，我们要实现开关自动化打开和关闭，不妨想一想应该怎么解决 1、当左边输入高电平的时候，Q3，Q4是导通的，R11左边的电压大约是0.3V，近似的等于0V，这种时候，Q2也是导通的，并且P管射极的电压大约的等于15V（不考虑三极管的内阻），这样就会对MOS管进行充电，马达转动。 2、当左边输入为低的时候，Q3是不导通的，R9下方的电压就会非常的大，Q2也是不导通的，R10左右两边都没有电压，MOS管就通过R10进行放电，马达停止转动。 同时实现导通和关断的速度都是特别快的！ 分析不足：Q2和Q1会不会存在同时导通的情况 输入的信号为模拟量，会有中间的状态，即假设输入的电压为1.5V的时候，Q3,Q2导通，Q4也会导通（没有完全导通）工作在放大状态，Q4的C极电压可能是1V，也可能是>1V ，这时候，Q1shi导通，即Q2和Q1是短路的，就会出现串红现象，热损坏很大，容易损坏器件。 优化后的电路图 1、左边输入为高信号的时候，Q5是导通的，电流能够达到200mA，同时会对MOS管进行充电，当充电到14.3V的时候，Q5截止，当MOS管的电压>14.3V的时候，Q5又会导通；Q6是不导通的，Q6 B级的电压是15V，而E极的电压无论怎么样，都是达不到15V的，这时候的Q6就处在反向截止的状态。 2、当左边输入为低的时候，Q6的E极是14.3V，相对于B极，是有压差的，所以说Ib是有的，这样Q6就是导通状态，MOS管就会通过Q6进行放电；Q3，由于B极上面没有正向压差，所以是反向截止的，是一直不导通的。 我们把这样的电路称之为推挽电路 ：把N管和P管接在一起，在任何时候，都只有一个管子导通，也能够实现快速开通和快速关断 MOS管和三极管的区别： 2、运算放大器 最基本的放大电路 1、当Ib通过的电流Ib>1mA的时候，三极管工作在饱和状态 2、当Ib通过的电流0.1mA
在纷繁复杂的电子世界中，电子电路时刻面临着各种不可预料的挑战。无论是人体静电的干扰、雷击浪涌的冲击，还是误操作等人为因素，都可能对电子设备造成致命的损害。
一、无桥Boost-PFC原理概述 无桥 Boost-PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）的工作原理是通过特定的电路结构和控制策略，对输入电流进行校正，使其与输入电压同相位，从而提高电路的功率因数，并将输入电压升压到所需的输出电压。以下是其详细的工作原理： 1.电路结构基础： 无桥 Boost-PFC 电路可以看成由两组对称的传统 Boost 电路组成。以基本的无桥 Boost-PFC 电路为例，它主要由两个电感（L1 和 L2）、两个功率开关管（Q1 和 Q2）以及两个二极管（D1 和 D2）组成。这两组电路分别对应交流输入电压的正半周和负半周的工作状态。 2.电路工作模态分析 正半周工作过程： 当交流输入电压处于正半周时，电感 L1 和功率开关管 S1 所在的支路处于工作状态。此时，功率开关管S1 按照一定的占空比进行高频的导通和关断操作。 在 S1 导通期间，交流输入电源通过电感 L1 和导通的 S1 、S2的体二极管形成回路，电感 L1 储存能量，电流逐渐增加。此时二极管处于反向截止状态。 在 S1 关断期间，电感 L1 中储存的能量通过二极管 D1 向负载释放，同时与输入电源一起向负载供电，输出电压升高，实现了升压功能。并且由于在正半周内对电流的控制，使得输入电流能够跟随输入电压的变化，从而实现功率因数校正。 负半周工作过程1： 当交流输入电压处于负半周时，情况与正半周相反。此时电感 L2 和功率开关管 S2 所在的支路开始工作，S2 进行高频的导通和关断操作，而 S1 处于续流状态。 在 S2 导通期间，交流输入电源通过电感 L2 和导通的 S2、S1的体二极管形成回路，电感 L2 储存能量。二极管处于反向截止状态。 在 S2 关断期间，电感 L2 中储存的能量通过二极管 D2 向负载释放，与输入电源一起为负载供电，输出电压继续维持在较高水平，同时也实现了负半周的功率因数校正。 实现功率因数校正的原理： 通过对功率开关管的高频控制，使得电感在不同的时间段内进行储能和释能，从而控制输入电流的波形和相位。在理想情况下，经过校正后的输入电流波形应与输入电压波形同相位，并且接近正弦波，这样就可以大大提高电路的功率因数，减少无功功率，提高电能的利用效率。 总之，无桥 Boost-PFC 利用两组 Boost 电路在交流输入的正负半周分别工作，省掉了传统 Boost-PFC 电路中的整流桥，降低了二极管的导通损耗，提高了电路的效率，但同时也增加了电路的控制复杂性。 二、无桥Boost-PFC 双闭环控制MATLAB仿真 1.仿真模型 2.模块参数 模块 参数 输入电压 380*sqrt(2)V 50Hz 限流电阻 1E-3Ω 电感 0.2E-3H 二极管体电容 10e-12F 输出电容 1E-3F 开关频率 100KHz 输出电压 666V 平均电流采样方法：三角载波峰值采样。 在这次试验中，我将会在不同功率下查看输出电压和输入电流的情况，看输出电压达到稳态的情况，看输入电流的谐波以及相位。负载电阻以及输入输出电流的计算结果如下： 功率 输出电压 负载电阻 输出电流 输入电流 7000W 666V 63.4Ω 10.5A 26.1A 6000W 666V 74Ω 9A 22.3A 5000W 666V 88.7Ω 7.5A 18.6A 4000W 666V 110.8Ω 6A 14.8A 3000W 666V 147.8Ω 4.5A 11.2A 2000W 666V 221.8Ω 3A 7.4A 1000W 666V 443.6Ω 1.5A 3.7A 3.7000W 3.1.输出电压 输出电压较快达到稳态。 3.2.输入电流 输入电流谐波为5.51%。 4.6000W 4.1.输出电压 4.1.输入电流 5.5000W 5.1.输出电压 5.1.输入电流 6.4000W 6.1.输出电压 6.1.输入电流 7.3000W 7.1.输出电压 7.1.输入电流 8.2000W 8.1.输出电压 8.1.输入电流 9.1000W 9.1.输出电压 9.1.输入电流 10.总结 功率 THD 7000W 5.51% 6000W 6.31% 5000W 7.42% 4000W 8.93% 3000W 12.27% 2000W 18.20% 1000W 34.22% 2000W的情况下，在一个周期内，DCM出现的情况占比为10%，但是电流下降过程中都在零点几乎无停留； 0-5.4°、167.4°-185.4°、357.4°-360°的时候出现DCM。 1000W的情况下，在一个周期内，DCM出现的情况占比为38%，电流下降过程中电流值降为0并有较长时间处于0的情况占比29%； 0-32.4°、144°-212.4°、324°-360°的时候出现DCM情况。 0-27°、154.8°-207.4°、334.8°-360°的时候出现DCM较严重的情况。 根据上述的实验可以得出，当我在电感不改变 ，MOSFET开关频率不改变的情况下，逐渐增加负载电阻的大小，导致输出电流降低、输出功率降低、负载变轻，进而导致了输出电压达到稳态所需的时间变长，输入电流的谐波增大，输入电流更发散，在2000W和1000W的时候输入电流甚至出现了严重的DCM模式，在我的模型中我电流平均值的取值方法是取的电流上升过程中或者下降过程中中点的位置作为平均电流，这样的取值方法在CCM下是有效的，在DCM模式下是不准确的，因此这个模型在低功率工作情况下仍有问题。第二个问题就是内环电流环和外环电压换的PI参数不是最优的，电流波形放大看较明显的波动。 11.查看THD的方法 1.我们要看哪一个电路电流的THD，那么就在此处接一个电流表，然后再把电流接到示波器上。 2.点开示波器左上角的设置按钮，在Loggong界面设置如下，名字随便取。 3.点开powergui的Tools界面，再点击FFT分析。 4.选中我们要查看电流的示波器，然后设置开始时间、周期、基波频率、最大频率等，即可查看电流THD。
电子电路中常用的器件包括：电阻器(含电位器)、电容器、电感器、变压器、二极管、三极管、光电器件、电声器件、显示器件、晶闸管(可控硅)、场效应晶体管、IGBT、MOSFET、继电器与干簧管、开关、保险丝、晶振、连接器、各种传感器等。 下面一起来看看它们的电路符号+实物图+命名规则： 1.电阻器(含电位器) 举例： RJ76表示精密金属膜电阻器 R——电阻器（第一部分） J——金属膜（第二部分） 7——精密（第三部分） 6——序号（第四部分） 2.电容器 国外电容器命名规则不一，国外部分知名厂家命名规则如下： (1)日本村田(muRata) (2)日本TDK (3)日本京瓷(Kyocera) (4)日本罗姆(ROHM) (5)日本松下旗下三洋电机(Panasonic) (6)韩国三星(SAMSUNG) (7)美国基美(KEMET) (8)英国Syfer (9)中国台湾国巨(YAGEO) (10)中国台湾华新科技(WALSIN) 3.电感器与变压器 4.二极管 5.晶体管三极管6.场效应晶体管 7.晶闸管(可控硅)8.晶振 9.连接器 10.各种传感器 11.光电器件12.电声器件13.显示器件14.继电器与干簧管15.开关16.保险丝
关注回复“加群”，加入硬件电子学习交流群。这个电路图来自德州仪器的技术文档ZHCABK5：电流检测放大器的满量程和动态范围注意事项。
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