改善稳压电源性能的措施

1、 一、改善电源稳定度的措施一、改善电源稳定度的措施 应用负反馈原理的串联型直流稳压电源能否进一步提高稳定度？比如，当电网电压波动为 10时，输出电压相对变化Vo/Vo能否达到1、0.1甚至0.01？当负载变动时，电源的等效内阻Rn能否作得很小，达到1、0.1甚至0.01？ 1、影响稳定度的主要因素、影响稳定度的主要因素 首先，我们定性地看一看这种类型电源的稳定度可能和哪些因素有关。 （1）放大倍数的影响）放大倍数的影响 从负反馈稳压原理看，KV愈高，即只要输出有一点点误差Vo，就可以自动稳压了。 怎样使放大倍数提高呢？ A、放大器级数多，放大倍数就高；B、放大管、调整管的值大，放大倍数就高；

2、C、分压比n大， 放大倍数就高；D、从放大管K3 看，Rc愈 大，输入电阻ri3愈小，放大倍数就高。 （2）放大部分电源不稳带来的影响）放大部分电源不稳带来的影响 负反馈稳压过程是： Vi VoVbe3IC3VC3Ib2Ie1 Vo 但是，当RC接到变化的输入电压Vi时，还可能通过RC直接影响Ib2，即 ViVb2Ib2Ie1Vo（这是很不利的） 从这方面看，也希望RC大，使这个不利影响减小。 33icrR33icrR IC(A)IC11mA9mA7mA5mA3mA1mAVce3(V)Vce1.00.80.60.40.202468VOVo图1 大功率管的输出特性 调整管为射极输出器形式，rce

3、较小。 rce小，Vo将随Vi变化（Vi变化使负载线平移）。 如果 rce 很大，而且基极电位固定，Vo就不随Vi变化。 （4）基准电压）基准电压EW不够稳定，将直接影响输出电压不够稳定，将直接影响输出电压Vo。 为使EW稳定，应选动态电阻和温度系数都比较小的稳压管。 2稳定度的计算稳定度的计算 （1）等效内阻）等效内阻ro ro (近似公式) (1)21231CbeRrnK由上式看出： 放大环节的电压放大倍数K3和输出端的分压比n愈大，电源的等效内阻ro就愈小。 如果rbe2比Rc小得多，则Ib2 Ic3 , 也有利于加强负反馈，减小ro。 rbe2与12是有联系的，一般来说，12愈大，rb

4、e2也愈大。所以提高12仅在一定范围内才有助于减小ro，过多增加复合管的数目也无济于事。（复合管的数目主要应从满足负载电流的要求来考虑。） （2）电压调整率：）电压调整率： (2)3331nKnRrVVCiio 由上式看出： 稳压电源可使输出电压的变化减小为输入电压变化的1/nK3。 ri3小，3大，n大，Rc大，则电网电压波动对输出的影响就小。（n为分压比） 但3、ri3、Rc三者是相互牵制的。 上式对交流也适用。所以整流滤波后的纹波电压经稳压电路后，也减小了 nK3倍。 改善稳定度的措施改善稳定度的措施 由前面关于稳定度的定性分析和定量估算，可以为我们提高稳压电源的稳定度提供了方向和线索。

5、 总的来说，要从提高电压放大倍数和电路结构两从提高电压放大倍数和电路结构两个方面进行改进个方面进行改进。 由（）式看出，ro和电压放大倍数有很大关系，总的放大倍数123大，ro就小；分压比n大，ro就小，而且希望3管的集电极电阻c大，而2管的输入电阻ri2小。 由（）式看出，对电网波动Vi来说，3大，分压比n大，输出变化VO就小，也希望c大，而ri3小。 因此，为了改善电源的稳定度，可以采用以下几个措施： （1）采用恒流源负载）采用恒流源负载 我们知道，当电源电压c一定时，c 大e小， 而由输入电阻近似公式知， e 小 ri大， 这和所要求的c 大、ri小相矛盾。 用“恒流源负载”代替c就很好

6、地解决了这个矛盾。 用“恒流源负载”使3的放大作用得以充分发挥，c 大，而ri小，而且Vi直接通过c影响调整管的作用很弱，从而提高了稳定度。 它的稳定度公式可改写为： nrRRrnrriCCbeio321323213 （RCrbe2） （3） nrrnRrVVciCiio43333(rc4为恒流管动态电阻rc4 ) （4）44cceIV 图2 采用恒流源负载ViDW2DW1R1R2R3VoR4R5VW2T1T2T3T4Ic4Ib2Ic3 （2）增加电压放大部分的级数）增加电压放大部分的级数 把一级电压放大改为两级电压放大，如下图所示，也可以改善稳定度。（但要注意负反馈的极性） 图3 增加电压放

7、大器级数 （3） 采用稳定的辅助电源采用稳定的辅助电源 把3管的C接到另一个比较稳定的电源上，基本上消除了Vi通过C对调整管基极的影响。 这时，稳定度的估算公式与前面电路的估算公式稍有不同：nRrrRRnKrRRVVcicfzfzcfzfzio333)(1(5)在计算ro时应属于Vi不变的情况：cbeCioRrRnrr23213(6) （4）补偿法）补偿法 由前面的分析和计算可以看出：负反馈稳压电源的输出总是有变化的， 因为它正是靠Vo来调节的。 如果将补偿法原理应用到稳压电源上，即直接用输入电压的波动Vi和负载电流的变化Ifz来调节，如果补偿得合适，可以做到Vo0, ro0 （如下图）。（但

8、也可能过补偿，补偿量要仔细调整）ViRCRP1VoR1R2R3RfzT3R4Ic3Ib2DW图4 用Viy来补偿 图4为输入电压 波动Vi通过电阻P1加到放大管3的基极，当Vi增加时，除输出的变化Vo有反馈外，Vi直接使Vbe3增加，其过程为： ViVoUbe3Ic3Ib2Ifz Vo RP1(补偿)负反馈 图5 用IfZ来补偿 ViVOT1T2T3RCR4R1R2R3RfZRP2+ 图5为负载电流的波动IfZ在电阻上产生电压VP2fZP2加到放大管T3的基极与射极之间，其过程为： RP2(补偿) fZVoUbe3IC3Ib2IfZ Vo 对于固定电压输出的电源，用补偿法容易得到很好的效果。对

9、于宽范围调节的电源，由于输出电压高低不同时，需要的补偿也在变化，因此应根据输出电压的高低分别进行补偿。 (负反馈) 二、提高稳压电源温度稳定性的措施二、提高稳压电源温度稳定性的措施 对于高精度直流稳压电源，必须考虑它的温度稳定性。影响温度稳定性的因素很多（如Vbe、Icbo、随温度变化），但有些地方（如调整管参数变化）引起的漂移不大（只要保证在不同的环境温度下都能工作在放大区即可）。 提高电源温度稳定性的关键在于输出电压和关键在于输出电压和基准电压相比较的部分基准电压相比较的部分。 由以下简图可以看出关系式：)(332321beWoVVRRRRRV -(7)E1E2T1T2T3C1R1IRCV

10、1C3Vbe2R4I4VWIfzC4R2R2Vbe3IWR2R3C2VoRfZ图 6 要使Vo稳定，就要求(7)式右边的各项稳定，即取样分压器电阻R1、R2、R3稳定；稳压管稳压值VW及放大管偏压Vbe3稳定。（VW随温度T变化，当然输出Vo也跟着漂移了，这个问题靠负反馈解决不了，要用温度补偿的办法来解决。） 常用的措施是：常用的措施是： 1、 R1、R2、R3用温度系数小的电阻。 碳膜电阻（612）10-4/ 精密金属膜电阻 110-4/ 精密线绕电阻 210-4/ 锰铜丝线绕电阻 810-6/ 2、采用带用温度补偿的稳压管2DW7（或利用同 硅稳压管的温度系数相反的正向硅二极管）进行温度补

11、偿。 3、Vbe3随温度变化，一般约为2.5mV/，可使VW和Vbe3的温度漂移相补偿。单管放大时，可采用正温系数的稳压管，使其和Vbe3的负温系数相抵消。 4、放大部分采用单端输出的差动放大电路，借助射极电阻Re，使温度对管子的影响得到抑制。 为使温度补偿的管子处于相同温度下能更好地补偿，在高精度稳压电源中，常把差分对管和稳压管一起放入“热槽”（在铝板上打孔，放进管子，充以硅脂）。 热槽ViVoT1T2T3T4ReDWRCR4R1R2R3图 7 5、大电流稳压电源的调整部分常用复合管，这时T2管的穿透电流将被T1放大，尤其是调整管采用大功率锗管时，反向截止电流Icbo较大，并随温度的升高按指

12、数增加，很容易造成高温空载时稳压电源的失控。因为在高温时，流过T1管的总的漏电流IceoIceo1+1Iceo2，Iceo1（11）Icbo1,使输出电压Vo增大，误差信号Vo经放大后加到T2基极来减小Ie1，这时可能迫使T1截止，而输出电压仍比所要求的高，故称为失控。 为了使调整管在不同的温度下都工作在放大区，常在T1管的基极加电阻R10或R10，如图8、图9所示。 IceoIceoR4T1T2bRCR10T3Icbo1Ice2DWR1R2R3RfZ图 8图 9T1T2T3RCbR10 图（8），R10接到电源正端，R10数值由下式决定： (Icbo1,Iceo2以高温时的数值代入) （8）

13、 这时Icbo1、Iceo2经R10流掉，使T2在高温空载时不致截止。 图（9）中，电阻R10接在T1的b、e之间，其作用与图（8）基本相同。一方面使Iceo2经R10流掉，少流入T1的基极，另一方面，它减少了Icbo1对Iceo1的作用。但R10太小，使12减小，R10由下式决定： 2110ceocbooIIVR 12121102 . 0cboceocboceobeIIVIIVR-(9) 以上两种接法的目的都是减少漏电流，以达到稳压电源在高温下仍然工作在放大区的目的；另一种办法就是在输出端加泄漏电阻，使稳压电源空载时的Ice1大于漏电流。 有些场合，如温度及负载变化不大时，就不一定要加接R1

14、0或R10。 三、稳压电源的安全措施三、稳压电源的安全措施过流保护过流保护 串联型电源中，调整管与负载串联，全部负载电流过调整管。在输出短路或过电流时，调整管将流过很大电流，而且全部整流电压Vi都加在调整管的ce极之间，容易使管子损坏。为此，许多情况下要考虑过流保护问题。 由于晶体管的热惯性小，普通保险丝起不到保护作用。 采用快速熔断保险丝虽然能达到保护的目的，但经常更换保险丝也不方便。 过流自动保护过流自动保护IfZ大到某一值时，自动限制输大到某一值时，自动限制输出。出。 一旦故障排除，又恢复工作一旦故障排除，又恢复工作。 电流限制型电流限制型具有图（a）所示特性。达Ifzm时，Vo 下降，

15、从而将电流限制在一定范围内。 采用电流限制型保护电路时，必须注意到，输出短路时Vi全部加到T1管上，这时管耗为Vi Ifzm，它比正常运行时VceIfz大得多。设计电路时应按保护状态下的功率来考虑调整管的最大功耗 。保护电路工作正常工作Vo0IfZIfZm(a)电流限制型 (b)电流截止型Vo0abIfZIfZm图10 过流保护特性 电流截止型电流截止型具有图（b）的特性，负载电流超过Ifzm时，使电路切断，Vo0, Ifz0。分两种情况，一种是不能自动恢复的，如曲线a所示（要用按扭使电源返回正常状态）；另外一种是可以自动恢复的，如曲线b所示（当负载电流回到额定值以下时，自动恢复正常工作）。

16、1、 电流限制型保护电路电流限制型保护电路 （1）二极管（或稳压管）电流限制型保护电路）二极管（或稳压管）电流限制型保护电路图 11RCViVoRfZR1R2R3DweIe=IfZRoVD+ 加在二极管上的电压是调整管的Vbe与Ifz在R0上的压降之和，即 VDVbeIfzRo 正常时，D不导通。 当Ifz Ifzm时，Ro上的压降加大，D导通，这时 VD Vbe IfzmRo 利用Ro上的压降Ifzm Ro来限制调整管的Vbe继续增加，从而限制了调整管的发射极电流Ie (Ifzm),其值为 IeIfzm0RVVbeD 当负载没有异常情况时，电路可自动恢复。 为了得到较大的负载电流，应选VD大

17、的二极管。若VD0.7V，Vbe0.6V，Ifzm2A，则要求Ro0.05，实际上，VD、Vbe不是固定值，而是要随温度变化的，因此电流限制值也是变化的。 （2）三极管电流限制型保护电路）三极管电流限制型保护电路 图 12ViVoDRoRCT4T1T2DWR3R1R2RfZT3 如图虚线框内电路。有电流流过二极管D，使VD保持一定。 正常时，Ifz Ro较小，T4管截止。 当Ifz Ro Ifz T4导通RcIRC Vce4 VB2 VCE2 Vo Ifz 效果比二极管电流限制型好。Ro的计算同（1）。 2电流截止型保护电路电流截止型保护电路 要求：过电流时切断电路。 切断方式切断方式： a.

18、在调整管后实现截止。调整管要承受全部输入电压，对于高电压稳压电源是不合适的。 b.切断调整管前的电源，如采用继电器、可控硅等， 电路比较复杂。 一般低电压稳压电源多采用调整管截止的保护方式。 VoR2过电流保护T1T2T3VW8VViViVoR136.8KRfZT5T6W1R17R16R724K R10120VC4T4 R83.9KR11R0IfZ图 13 T4起过流保护作用。该电路全部用PNP锗管。 辅助电源Vi经R8、R11分压为T4提供基极电压Vb4，输出电压Vo经R7、R10分压提供T4发射极电压Ve4。 当Ifz较小时，IfzRo较小，T4的Vbe4为反向偏置（Ve4比Vb4更负），

19、T4管截止，对稳压电路没什么影响。 当Ifz增大到Ifzm时，IfzRo增大， T4导通，Vc4减小，使调整管趋于截止，Vo接近地电位。Vo 又经R7、R10使T4进一步导通，使Vo迅速地接近地电位（Vo0，Ifz0），从而达到保护目的。 该电路可以自动恢复。若使调整管在保护电路起作用后不完全截止，有一点电流，当去掉Rfz后，Vo会自动上升。（若完全截止，则需另加开关启动。） 保护电路参数可按以下原则选择保护电路参数可按以下原则选择： T4为一般小功率管，经常处于截止状态，c、e间承受电压Vce4Vo，为减小T4对电源稳定度的影响，选Iceo小的管子。 检测电阻Ro是串在主回路中的，一般取得较

20、小，使IfzRo为1V左右，足以控制T4工作即可。 R7 、R8 、R10 、R11 的选择，要保证保护管T4在正常工作情况下处于截止状态，在过电流时（包括保护后Vo0，Ifz0时）T4管导通，而当故障排除后又能自动恢复。 例：设计一个过流保护电路，如上图。例：设计一个过流保护电路，如上图。 要求在1.2Ifzm 1.22A2.4A时保护。 已知Vi30V，Vo30V。 试选择和计算保护电路中各电阻值。 （1）选择检测电阻Ro： 选保护时，Ro两端电压降 1.2Ifzm Ro 1.2V Ro1.2V/(1.22A)0.5 （2）若保护管用锗管，选择R7 、R8 、R10 、R11 ，要满足下列

21、条件： 正常工作时T4要截止 Vbe4Vb4VR10IfzRo 0 (10) 其中，Vbe4 VR10 /11811iVRRRoVRRR10710 过电流时T4开始导通 Vbe4Vb4VR101.2IfzmRo0.2 V (11) 过电流保护后，Vo0 , Ifz0时，只要故障没有排除，要求T4仍然导通，即 Vbe4Vb4 VR10 0.2V (12) 此时， (13) 在R11较小时（如R1147），不论T4处于截止或饱和状态，T4的基极电位都近似不变，即 (14)10131010134/1041010/RRRVRRVVRIRVwceWeR/8111144/ibbVRRRVV 为了使其达到保护值时为触发状态，动作比较干脆，希望T4管有较大的值，以及分压比 不要太小，即 不要太小，但 值也不要太大，因 ， 太大会影响保护效果。 为了实现当故障消除时为了实现当故障消除时（Rfz加大到额定值以上）能够自动恢复工作，希望能够自动恢复工作，希