电源电路的设计

1、电源电路的设计简介 英 DC Regulated Power Supply. 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个 共同的电路 - 电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必 须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万 别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超 级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器 则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的 电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设 备的

2、基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。 b5E2RGbCAP 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满 足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的 直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地 位。另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无 法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。为此， Peckers Home 专门开辟了 这个直流稳压电源技术专题，希望给初学阶段的电子爱好者一些帮助。同时也可以 作为普通爱好者电源技术方面的参考资料，供日常学习、制作上参考之用。p1E

3、anqFDPw 编辑本段 分类 稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电 源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的 工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈 型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知道从哪里 入手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了 这个层次自然可以分清楚电源的种类了。 DXDiTa9E3d既然我们谈的是稳压电源的分类，那么首先就应该清楚电源的输出是什么，是 输出直流电还是输出交流电。这样第一个层次就出来了，首先应该根据电源的输出

4、类型来分类。接下来的分类就要麻烦一些，是按稳压电路与负载的连接方式分类还 是按调整管的工作状态分类呢？其实了解一下我们身边的电子设备会发现实际应用 中稳压电源有两个区别很大的种类，一种是各种比较简单的电子设备中广泛使用的 线性稳压电源，比如收音机、小型音响等；一种是各种复杂电子设备中广泛使用的 开关稳压电源，比如大屏幕彩电、微型计算机等。这样看来第二个层次的分类我们 RTCrpUDGiT 可以根据调整管的工作状态来分类。接下来的第三个层次的分类就是根据 稳压电路与负载的连接方式来分类。再往下面细分由于各种不同的电路特性相差太大，就不好一概而论，应该根据每一个具体类别的特性进行分类区分了。当然这

5、里 所谈的分类只是根据直流稳压电源的特点给出一个大致的分类思路，图111 是根据上面的思路划分的稳压电源种类： 5PCzVD7HxA 编辑本段 技术指标 直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电 源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围；另一类是 质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波 电压及温度系数等。 jLBHrnAILg1、特性指标（1）输出电压范围 符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的 上限是由最大输入电压和最小输入输出电压差所规定，而其下限由直流稳压电源 内部的基准电压

6、值决定。 xHAQX74J0X（2）最大输入输出电压差 该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之 间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。LDAYtRyKfE（3）最小输入输出电压差 该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间 的电压差值。（4）输出负载电流范围 输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应 能保证符合指标规范所给出的指标。2、质量指标（1）电压调整率 SV 电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数 或稳定系数，它表征当输入电压 VI变化时直流稳压电源

7、输出电压V0稳定的程度， 通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。电压调整率公 式见图 2-2- 1。Zzz6ZB2Ltk（2）电流调整率 SI 电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，直流稳压电源对由于负载电流（输出电流）变化 而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的负载电流变化的条件下，通常以单 位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。电流 调整率公式见图 2- 2- 2。 dvzfvkwMI1（3）纹波抑制比 SR纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流

8、 稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰峰值与输 出纹波电压峰峰值之比表示，一般用分贝数表示， rqyn14ZNXI 但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。（4）温度稳定性 K集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度 Ti 最 大变化范围内（TminW Ti (UI) max-UR2) / ID1 ) max当 UI 最小，且负载电流最大时，流过 D1 的电流最小。为了保证此时 D1 能够 工作在击穿区起到稳压的作用，要有一定的电流流过 D1, 般取5m/- 10mA贝U R1 需要满足： sQsAEJkW5TR1(UI) min-U

9、R2) /(ID1(IR2) max)限流电阻R1的值应该在上面两个公式的范围内选择。( 4)检查电路稳定度 电路稳定度需要根据实际电路的要求来确定，如果稳定度不够，可以适当增加R1和UI，还可以选择动态电阻r比较小的稳压管。GMsIasNXkA二、晶体管并联稳压电源1 、电路原理分析图3- 1-2是晶体管并联稳压电源。其中T1是调整管、D1是基准稳压管，R1 是D1的限流电阻，R2是限流电阻，R3是负载。这个稳压电路的输出电压约等于稳压管D1的稳压值(实际上要加上T1发射结电压，一般锗管取0.3V，硅管取0 .7V )。这是由于电源在工作时， T1 发射结导通，发射极电压与基极电压保持一 致

10、，而基极电压被D1稳定在一个固定值。这个电路可以看作 T1将D1的稳压作用 放大了 B倍，相当于接入一个稳压值为 D1稳压值，稳压效果为B倍D1稳压效果 的稳压管。 TIrRGchYzg电路工作原理是：UI T UD1( UT1 ECT( IT1 ) EC IR2 T UR才(UT1) EC；UI UD；( UT1 ECj( IT1 ) EC； IR2 UR；( UT1) ECt2、元件选择 这个电路选择元件的步骤与硅稳压管并联稳压电路类似，主要从下面几个方面 考虑。(1)初选调整管T1和稳压管D1选择调整管T1时，主要考虑其额定电流ICM要大于输出电流10,以保证负载 开路时调整管不会因为电

11、流过大而损坏。另外，为了保证调整管有良好的调整作 用，还要求B值大、漏电流小。选择稳压管 D1时，主要考虑其稳定电压与 T1发 射结电压之和要等于输出电压。 7EqZcWLZNX( 2 选定输入电压为保证稳压电源的效率，输入电压一般不要选择过高，以不超过 2 UI 为宜。 (3 选定限流电阻 R2对于并联稳压电路而言，限流电阻R2是整个电路工作好坏的关键。R2选择大，稳压效 果较好，但功耗大(因为电阻功耗 P= I2R)，同时要求输入电压增大，电源的效 率就比较低。具体计算方法可参考硅稳压管并联稳压电路元件选择的第三步。lzq7IGf02E( 4 检查电路稳定度 整个电路的稳定度需要根据实际电

12、路的要求来确定，如果稳定度不够，可以适 当增加R1和UI，还可以选择B值较大、漏电流较小的调整管。zvpgeqJ1hk3、使用复合调整管的并联稳压电源图 313 是一种使用复合调整管的并联稳压电源，与图 312 电路最大的 区别是将调整管改为符合管结构，这样既可以得到较大的B值，又能够有较大的ICML元件选择时可采用与图3- 1-2类似的方法，但是由于这个电路的电流较 大，要注意限流电阻 R1 选择时除考虑阻值外还要考虑其功率。以免负载断路时烧 坏限流电阻。 NrpoJac3v14、并联稳压电源的优缺点并联稳压电源的优点：有过载自保护性能，输出断路时调整管不会损坏。在负载变化小时，稳压性能比较

13、好。对瞬时变化的适应性较好。并联稳压电路的缺点：效率较低，特别是轻负载时，电能几乎全部消耗在限流电阻和调整管上。输出电压调节范围很小。稳定度不易做得很高。其实并联稳压电源的这些优点对于串联稳压电源而言，都可以通过采用一些特 殊的电路实现。但是并联稳压电源的这些固有的缺点却很难改进，所以现在普遍使 用的都是串联稳压电源。 1nowfTG4KI 编辑本段 串联稳压电源 并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。而串 联稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。 fjnFLDa5Zo一、简易串联稳压电源1、原理分析图4 1 1是简易串联稳压电源，T1

14、是调整管，D1是基准电压源，R1是限流 电阻，R2是负载。由于T1基极电压被D1固定在UD1 T1发射结电压（UT1 BE在 T1正常工作时基本是一个固定值（一般硅管为0.7V，锗管为0.3V），所以输出电压U8 UD（ UT1 BE=当输出电压远大于 T1发射结电压时，可以忽略（UT1） BE,贝U US UD1 tfnNhnE6e5下面我们分析一下建议串联稳压电源的稳压工作原理：假设由于某种原因引起输出电压 UO降低，即T1的发射极电压（UT1 E降 低，由于UD1保持不变，从而造成T1发射结电压（UT1） BE上升，引起T1基极电 流（IT1 ） B上升，从而造成T1发射极电流（IT1

15、） E被放大B倍上升，由晶体管 的负载特性可知，这时T1导通更加充分管压降（UT1 CE将迅速减小，输入电压 UI更多的加到负载上，U0得到快速回升。这个HbmVN777sL调整过程可以使用下面的变化关系图表示：U6（ UT1） EJ UD1 恒定（UT1） BET（ IT1 ） Bf（ IT1 ） Ef （UT1） CE； UOt V7l4jRB8Hs当输出电压上升时，整个分析过程与上面过程的变化相反，这里我们就不再重 复，只是简单的用下面的变化关系图表示： 83lcPA59W9UOt（ UT1） Ef UD1 恒定（UT1） BEj（ IT1 ） Bj（ IT1 ） E；（ UT1 CEf

16、UOJ mZkklkzaaP这里我们只分析了输出电压 U0降低的稳压工作原理，其实输入电压 UI降低等 其他情况下的稳压工作原理都与此类似，最终都是反应在输出电压UO降低上，因此工作原理大致相同。 AVktR43bpw从电路的工作原理可以看出，稳压的关键有两点：一是稳压管D1 的稳压值UD1要保持稳定；二是调整管T1要工作在放大区且工作特性要好。ORjBnOwcEd其实还可以用反馈的原理来说明简易串联稳压电源的工作原理。由于电路是一 个射极输出器，属于电压串联负反馈电路，电路的输出电压为U8( UT1) E(UT1) B,由于(UT1) B保持稳定，所以输出电压 UO也保持稳定。2MiJTy0

17、dTT简易串联稳压电源由于使用固定的基准电压源D1,所以当需要改变输出电压时只有更换稳压管D1,这样调整输出电压非常不方便。另外由于直接通过输出电 压U0的变化来调节T1的管压降(UT1) CE这样控制作用较小，稳压效果还不够 理想。因此这种稳压电源仅仅适合一些比较简单的应用场合。 gIiSpiue7A2、电路实例图 411 是简易串联稳压电源的一个实际应用电路，这个电路用在无锡市无 线电五厂生产的“咏梅”牌771型8管台式收音机上。其中T8、DZ R18构成简易 稳压电路，B6 D4D7、C21组成整流滤波电路。由于 T8发射结有0.7V压降，为 保证输出电压达到6V,应选用稳压值为6.7V

18、左右的稳压管。uEh0U1Yfmh二、串联负反馈稳压电源 由于简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，当需要改变 输出电压时必须更换稳压管，造成电路的灵活性较差；同时由输出电压直接控制调 整管的工作，造成电路的稳压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改 进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。 由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电 源。 IAg9qLsgBX1 、原理分析图4 2- 1是串联负反馈稳压电路电路图，其中 T1是调整管，D1和R2组成 基准电压，T2为比较放大器，R3- R5组成取样电路，R6是负

19、载。其电路组成框图 见图 4 2 2。 WwghWvVhPE假设由于某种原因引起输出电压 UO降低时，通过R3R5的取样电路，引起 T2基极电压(UT2 O成比例下降，由于T2发射极电压(UT2 E受稳压管D1的稳 压值控制 asfpsfpi4k保持不变，所以T2发射结电压(UT2 BE将减小，于是T2基极电流(IT2) B减小，T2发射极电流(IT2) E跟随减小，T2管压降(UT2 CE增加，导 致其发射极电压(UT2 C上升，即调整管T1基极电压(UT1 B将上升，T1管压 降(UT1) CE减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压 UO就上升。 这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示： ooeyYZTjj1U6( UT2 OJ UD1 恒定(UT2 BEj( IT2 ) Bj( IT2 ) Ej (UT2 CET Bke