串联型直流电源

1、稳压电源电路图 1 是使用晶体三极管的输出电压可调的稳压电源。该电路是通过改变与负载串联的大功率晶体三极管Tr1的管压降来调节输出电压。输出电压Vout 由 A点的电压，即 Vref+VBE2 决定。Vout=(R3+VR1+R4)(Vref+Vbe2)/(VR1+R4)式中 Vref 是稳压二极管的电压(5.1V) , VBE2 是晶体三极管 Tr2 基极发射极间的电压(0.65V , VR1 是可变电 阻。由于VR1 的阻值变化范围是 05kQ,所以输出电压的变化范围为7.612.8V。当 VR1 的滑动局部接触不良时，输出电压会变为最小电压。调整管 Tr1 的最大消耗功率为 3AX(15

2、V-8V)=21W，所以应安装在 4C/W 以下的散热器上。由于 温度和 IC2的变化而变化，所以该稳压电路和稳压特性不是太好。在图 1 的电路中，电路没有过流保护的功能，当输出端出现短路时输入的15V 电压将全部加在 Tr1 上，导致Tr1 瞬间被烧毁。图 2(a)是过流保护电路。在 Tr1 的发射极电路中增加一个串联电阻Rs 和一个小功率三极管Tr3,就可以在电路的输出端出现短路时，对 Tr1 上流过的电流加以限制。 在正常工作时由于 Rs 电阻上的电压降很小，所以 Tr3 截止。在电路的输出电流增大时，RS 电阻上的电压降也随之增加，当RS 电阻上电压降(Tr3 的 VBE3)超过 0.

3、65V 时，Tr3 导通，Tr3 的 VCE 变小。Tr1 的 VBE1 也随之变小，于是流过 Tr1 的输出 电流就会被限定在某一个设定的值。在该电路中电流的限定值为0.65V/R 升 2A。另外图 2(a)的电路还可以用作发光二极管的恒流源电路。应用时将图2(a)电路的输出端接地，Tr 1 的集电极与发光二极管相连接。图2(b)是该电路的限流特性。R2bOVoutI 8 I2VIX JAR3 27k 0Tf2 2SCI815-e, , zotiR05.IE81 ,囱后蛙觥电压VBE2 会随Rs0.330 3W024V可调直流稳压电源电路的设计方法2021-11-03 13:28:07| 分

4、类： 电子技术|字号大中小订阅来源：中电网唐金元 王翠珍1 引言电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备(如电机)中，对电源的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供 1 个其输出能从0 V开始连续可调(024 V)的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一 个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的 设计，其要求是输出电压从 0 V开始连续可调；所选器件和电路必须到达在较宽范围内输出 电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启

5、动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输 出足够大的电流。2 电路的设计符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比拟简单的有3种：(1)晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输出电压UO 经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比拟得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整， 从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压 UI 发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值(稳压值)。因输出电压要求从 0V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0 V开始调节。单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅

6、助电源后，电路比拟复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。(2)采用三端集成稳压器电路。如图 2 所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器件较少，本钱低且组装方便、可靠性高。图2电路始构枢图(3)用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片 LM317 , LM337作为第二级调压元件， 通过 AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数

7、，并加上软启动电路，获得 动能力可达 1A,同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几局部，硬件局部原理 图如图 3所示。招3用辇片机制作的直能携质可偶电涂正、负端压差控制电路的作用是减少 LM317和 LM337输入端和输出端的压差以降低 LM317 和 LM337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片 LM317负压用 LM337及外围器件组成， 输出电 压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度

8、。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采 样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用 户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。该电源稳定性好、精度高，并且能够输出坦 4 V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比拟复杂，本钱较高，使用于要求较高的场合。在实际 中，如果对电路的要求不太高 这种情况较多，多采用第二种设计方案。3 实际电路的设计电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图 4所示。其中 IC为三端集成稳压器。024 V , 0.1 V 步长，驱ftMXJLM1IT4-iLME毗

9、H V物出 i正曜咔遂我笔- -身华 L 妆HI打例容 C2 为输出滤波电容。(1)三端集成稳压器 LM317及其调压原理。图 4中 IC采用了 LM317系列三端集成稳压器， 其输出电压调节范围可达 1.2537 V,输出电流可达 1.5A,内部带有过载保护电路，具有稳 压精度高、工作可靠等特点。其输出电压的调节原理如图 5所示。由于 LM317的 2, 3 脚之间的电压 U32为一稳定的基准电压(1.25 V),故有：其中，R1 为固定电阻，故调节 R2 可以调节输出电压(2) 电压补偿电路的设计。因要求输出电压从 0 V起调，LM317集成稳压器不能直接满足 要求，需设计一个电压补偿电路

10、，抵消 LM317的 1.25 V最小输出电压。电压补偿电路由电阻 R4 和二极管 D组成。式中，U3 为 LM317的 3 脚电压；UO 为输出电压；UD 为二极管 D的正向压降，即为补偿电 压，其值略晶体管 T,阻 R3,和电容器 C组成软启动电路。电阻R4 和二极管 D 组成电压补偿电路。电UO，并且 UO的最小值为 1.25 V。图4输出咆田可调前直沮携厦帕源电部爆理围大于 LM317的基准电压(1.25 V)。这里用 3只串联的错材料整流二极管的导通压降来实现。当调节 R2 少，使 U3 到达与 UD 相等时，输出电压即为 0 V。之后，当调节 R2 逐渐增大时，UO即由 0 V 开

11、始增大。由于负载电流流过D,故 D 的最大工作电流应能适应负载电流的要求。图 5中 R4 用于给 D提供工作电流。LMM7 1-图5愉出电屈调节原理3软启动电路设计。软启动电路由晶体管T,电阻 R3 , R和电容器 C组成。其作用是使电路输出电压 UO 有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载如直流电机的启动特性。当输入电压 UI 接入时，因 C上的电压不能突变，故 T因基极电位较高而饱和导通，使 U2LM317 的 2 脚电位和 U3都很低，故 UO 很小，随着 C的充电，T的基极电位下降， 其集电极电位即 U2升高，使U3升高因 U32 为一稳定电压，所以 UO 也升高。当 C 充满电时，T被

12、截止， 启动电路失去作用，UO也到达设定值。启动的时间可以通过改变C和 R 的值进行调整。改良方案。由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2 的改变，因此 R2 的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调缺乏，要准确地实现024 V宽范围的电压任一电压有些调整比拟麻烦，必须反复调整，只依赖 R2 是比拟困难的，如果将电位器 R2 用一个电位器 R2和电阻 R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R2的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。电路如图6所示。田5电限调整局部电路圈(5)电路主要测试数据。接上电源

13、变压器和整流滤波电路以后对电路进行测试的结果为：电路在负载为 1 A时输出电压调整范围如表 1 所示；在输出电压为额定值(24 V)下的负载特性如表 2所示。电网电压波动 10 %(负载电流 1 A)情况下输出电压如表 3所示。*压节幕回S ft* A /A0iiiiiMitt A / V5.0& lTO0- is, CO 20. OD 25. flO电Mftft特性ft /AC. 4d.3 H624.014023.9 9JI0-70.80.9L &24. g 24.的亲3删定尚A)下龟PtSt新士m牝时廿龟压宣化t/V出玄B /V找。2L0C23. SS2100o。,口可用I

14、 N4OO2.史舟流管，d 为2DW7稳反管，以、2可用任何型号的KP型硅二板歆G、G要HJ CD1I-50V电解电容.泰。出可用RJ-1W金乱膜电阻器。其余阻 容元件无特殊要求。既源交压辩婴求次级有交流27 V梅出. 电流囹达1.2 A即可直流稳压电源设计及其串联应用:/ ( 2021/1/24 10:35 )摘 要：介绍了直流稳压电源设计环节中存在的实际问题及处理方法，并分析了直 流稳压电源顺串和反串的情况，得出稳压电源顺串时能正常工作而反串时稳定输出电压比拟 小的电源不能正常工作的结论。叙 词：直流稳压电源；顺串；反串 Abstract : Thethesis described a f

15、ew teaches , several actual problems and the methods to analysis and handle the problems inthe design of the direct voltage-stabilizing source . Andthis paper analyzesthe specific circuitsof the regulated powersupply bothin succession andin reverse ,drawing a conclusionthat theregulated power supply

16、 can work properly when connected succession and the regulated power output voltagecan t work properly when connected in reverse , and finally points out considerab1e attention should be paid inthe actual use lest wrong conclusions be made . Keywords : regulated power supply ; connected in successio

17、n ；connected in reverse 1. 前言随着电力电子技术的迅速开展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或 控制系统的工作性能，目前，市场上各种直流电源的根本环节大致相同，都包括交流电源、 交流变压器(有时可以不用)、整流电路、滤波稳压电路等。本文以三相交流电源供电的直流 电源设计为例，介绍直流电源设计中一些问题的处理方法。并就在实际应用中，多个直流稳压电源串联使用问题做了阐述。2.直流稳压电源的设计2.1 整流变压器的设计三相整流变压器的设计包括：一、二次绕组的联结方式，二次侧电压的计算，一、二次 侧电流的计算，容量的计算与确定，结构形式的选择等环节。其中一、二次

18、绕组的联结方式 及二次侧电压确实定是我们重点分析的内容。本文以某一步进电机驱动器的3 个直流电源设计为例进行详细介绍，原理图如图1。图 1 步进电机驱动器直流电源设计的原理图1、 二次侧电压确实定二次电压不仅与负载电压 (即要设计的直流稳压电源电压)和整流电路有关，而且与 稳压器件有关。对于要求高的选桥式整流电路，用电容滤波稳压和稳压器稳压，对于要求低的那么可以不稳压或用电容稳压。如在图 1中，+7V 低压驱动，主要是用来锁相，其电流小、电压 低，电压波动对驱动电源的工作状态影响不大，不用稳压；+110V 用以高压驱动，断续式供电且频率很高，大的电流和电流变化率会产生很高过电压，因此要用电解电

19、容稳压，电阻限流；+12V用于计算机和集成电路的电源，电流小、电压低，但要求电压稳定、纹波系数 小，因此用电容和三端稳压器两级稳压。对于不同的稳压手段，二次电压有着不同确实定方法，理论上这 3个电压的计算式相同，即 U2=Ud /2 . 34 或 UL = Ud /1 . 35 ,计算的 3 个二次电压分别为：5.2V、81.5V和 8.9V,但这样计算的结果在实际中不和适，因此，有 些量必须用工程估算式来确定，如三相不可逆整流系统一般用公式UL=(0.91.0) Ud 估算，如果直流侧用电解电容滤波时、输出平均值会升高，一般用公式UL=Ud/2 ?估算；如果直流侧用电容和三端稳压器稳压，为了

20、扩大稳压范围，Ud 一般应升高 36V,再用公式UL = (0.91.0) Ud 估算。这样确定的3 个二次电压分别为：UL7=0.9 X7=6.3V ,UL110=110/2?=78V ,UL12=16 X0.9=14.4V。2、 一、二次例电流计算及容量确定二次电流要根据负载电流的大小和整流电路来定，在图1 中采用三相桥式整流电路，用式 I2 = (2/3) ? Id求出 3个二次电流有效值分别为：3.26A、6.5A、1.63A，就得到 3 个二次电压和电流。根据变压器一、二次功率近似相等原那么，可求得一次电流I1 = 1.45A ,变压器的容量为 S=953VA ，按 1.5kVA选变

21、压器型号。3、 一、二次例绕组联结方式确实定三相交压器绕组可以根据需要接成星形或形。三相整流电路一般用于大功率(即负载功率在 4kW 以上)整流，变压器通常接成 Y/ 、/Y 2种。/Y接法可使电源线电流有 2个阶梯，更接近正弦波，谐波影响小，可控整流电路用得比拟多；Y/A接法可以提供单相交流电源，减小二次绕组电流， 一般用于大功率二极管整流电路；对于小功率三相变压器有时也接成 Y/丫型，虽然这种接法会给电网引入谐波.但毕竟其功率小，影响也较小。 总之，选的时候既要考虑对电网的影响，又要尽量减小绕组电流，降低绕组绝缘等级。 在图1 中，7V和 12V电流比拟小，电压低，选星形接法；110V电流

22、大，电压不是太高，选 形接法，可大大降低绕组中电流，减小绕组线径，延长使用寿命；一次绕组的线电压虽然高(380V)，但变压器容量只有 2kW，一次电流为 1.45A ,所以选星形接法，可降低绕组的电 压和绕组的绝缘等。2.2 整流电路设计三相整流电路通常有三相半波整流电路和三相桥式整流电路，由于三相桥式整流电路输出平均电压高，电压脉动小，品质因数高，因此多使用桥式整流电路。桥臂上二极管型号的选择主要是由它的额定电压和额定电流决定，额定电流和电压那么由负载平均电流和电压决 定，其计算式为：ID = (1 / 3 ) ? Id , ID(AV)= ID / 1.57 , UDn = (1 2) 2

23、 ? U2 ,由 ID(AV)和 UDn 查二极管手册就可确定整流管的型号。2.3滤波稳压电路设计1、滤波电路及器件选择整流滤波电路通常有电容、电感和 RC 等滤波电路。电感滤波是利用电感对脉动电流产 生反电动势，阻碍电流变化来实现的，电感越大，滤波效果越好。它一般用于负载电流大、 对滤波要求不高的场台。RC滤波电路是电阻和电容连接使用的滤波电路，由于电阻会降低一局部直流电压，直流输出电压会减小， 因此只适用于小电流电路。电容滤波是利用电容的充放电作用使整流输出电压变得平稳，而且电压幅值升高，滤波效果好，适于各种整流电路。滤波电容的选择主要是种类和容量、耐压值确实定。常用的整流滤波电容有铝电解

24、、祖电解、涤纶、独石电容等。铝电解电容漏电流大，耐压和工作温度(最高+70 C)较低，但容量大；祖电解电容漏电流小，耐压和工作温度比铝电解电容都高，一般用于要求较高的地方；涤纶电容绝缘电阻大，损耗小，工作温度(最高+55 C)低，容量小，但耐压高；独石电容体积可以做得很小，耐压也可以做得很高，化学性能和热性能比拟稳定，但容量小。一般当整流输出电流大时，必须用电解电容滤波稳压； 输出电流小时，用一般电容或电解电容滤波都可以， 如果对直流输出电压有纹波系数要求或者为了防止高频噪音，用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好： 小容量电容可滤掉脉动直流中的高次谐波，电解电容滤掉大幅值的低频成分，稳

25、压范围宽、效果好。整流滤波电路对电容器的容量和耐压值要求不是太高，一 般根据输出电流大小估算电容器的容量，输出电流大，容量就大；电流小，容量就小。但是，容量太大会降低输出电压值，太小那么会导致电压脉动大、不稳定。容量确定可参考表1,耐压值一般取所接电路工作电压的1.52倍。演出电流0.1. 5A0.S1*U2A电客tG30060050010004000豪1就胜&寄和建霰电宫容的关系2、稳压电路及器件选择稳压电路有分立元件稳压电路和集成稳压电路 2种，其中集成稳压电路主要用于低电压 小电流的整流电路，具有体积小，电路简单，稳压精度高，使用调试方便等特点。选择时首 先要确定系列，是正电源还

26、是负电源，是可调的还是固定的，其次是根据它的额定电压和额 定电流选择具体型号；同时，稳压器在接入整流电路时要适当加一些保护元件，如在I / O端接二极管可防止输入端短路，在输入端和地之间接一小电容，可限制输入电压幅值等。直流电源的设计理论上比拟简单，但在具体的工程设计中还需要进一步分析、研究、实践和3 直流稳压电源的串联应用直流稳压电源应用非常广泛，有时会把两个或两个以上的电源串联使用，现就此应用做 一简要介绍。图 2串联型稳压电路3.1电路的组成及工作原理图 2是一种串联型稳压电路，由取样电路、基准电路、比拟放大和调整电路等局部组成。其中 R1、R2 和 RP 组成取样电路，R1、R2 和

27、RP 称为取样电阻；R3 和 V2 组成基准电路，R3是 VZ 的限流电阻，VZ 给 V2 发射极提供一个基准电压；V2 为比拟放大管，作用是将稳压电路输出电压的变化量先放大，然后再送到调整管基极；V1 是调整管，起调整作用。 稳压过程如下：当输出电压 U0发生变化时，通过取样电路把 U0 的变化量取样加到放大管 V2 的基极。而由 R3和 Vz 组成的基准电路为 V2 的发射极提供基准电压 Uz。由 V2 和 R4 组成 的放大电路把取样电压和基准电压进行比拟放大后，输出调整信号送到调整V1 的基极，控制 V1进行调整，以维持 U0 根本不变。3.2直流稳压电源的串联使用1、顺串使用所谓顺串

28、，指电源的极性首尾相连，如图 3。图 3电源串联示意图顺串a、b 端开路时，两电源分别是独立的电源，都能正常工作，输出的电压分别为 E1、E2,a、b端的电压应为两个电动势的代数和，Uab = E1+E2 ;接上负载 R1、R2 后，由于负载电流的方向与两个电源正常工作时对外输出的电流方向一致，故两个电源也都能正常工作，Uab = E1+E2，且整个回路符合全电路欧姆定律I=( E1+E2)/(R1+R2)，每个电源都有负载电流通过，电源上的电压保持不变(忽略内阻)。2、反串使用所谓反串指电源首首或尾尾相连，如图4,把图 4 可以等效成图 5。函匕电凛卮爪萼溯a、b端开路时，两电源分别是独立的

29、电源，都能正常工作，输出的电压分别为 E1、E2,a、b端的电压应为两个电动势的代数和，Uab = E2-E1 ;加上负载 R1、R2 ,因 E2 E1 ,所以负载上的电流方向如下图(即 I2)，它与电源 1对外输出的电流方向相反，迫使电源1停止工作，输出电压为 0 ,而此时负载电流将通过取样电路形成回路，故左边电源输出的电压也就是取样电路 R1、R2 和 RP 上的电压，设电源 1、2 及取样电路上的电流参考方向 如下图，那么 I3 = I1 + I2 ,也就是说取样电路上的电压 U取=I3(R1+R2+RP)。如果从取样电路向右看，可等效为一个电动势为E3、内阻为 R0 的电源，其中 E3

30、=U取。如 E3 E1 ,迫使 Iv1截止，IIVC1 近似等于 0,电源真正停止工作，此时龟源输出的电压。取=I3(R1+R2+RP)(并不是真正电源 1输出的电压，而是取样电阻分担E2 的电压)，其中I3=E2/(R1+R2+(1R1+2R2+1Rp)，其电压的大小主要由E2、R1、R2、lRl、1R2、1RP 的大小决定，整个电路也不符合全电路欧姆定律，I2 老 E2-E1)/(R1+R2),此时的电压应大于 E1 ; E3 电源专栏 正文能为负载提供稳定直流电源的电子装置直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时， 稳压器的直流输出电压都会保持稳定。 直

31、流稳压电源随着电子设备向高 精度、高稳定性和高可靠性的方向开展，对电子设备的供电电源提出 了高的要求。全文中的一种，在实际应用电路中应用非常广泛。如我们平常常用的78或 79系列三端稳压器稳压器稳压器就是用来提供负载电流，能使稳定电压的设备。稳压器通过误差放大器的连接和对反向输入端的分压电阻进行采样，最终使同相输入端连接到一个参考电压上。J文 L 也是属于它的一种。整流滤波后的电压是不稳定的电压，在电网电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大。所以，整流滤波后，还须经过稳压电路稳压电路稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。整流电路常采用二极管单相全波整流电路，即整流桥。u2的正半周内，二极管 D1、D2 导通，D& D4a止；u2的负