直流穩(wěn)壓電源設計,線性電源設計

stabilized voltage supply是穩(wěn)壓電源的英文名，這是一種能夠為負載設備提供穩(wěn)定的交流電源或者直流電源的電子裝置，由此我們知道穩(wěn)壓電源的兩大分類分別是交流穩(wěn)壓電源跟直流穩(wěn)壓電源。其中，直流穩(wěn)壓電源就是指能夠為負載裝置提供直流電源的一種電子裝置，本文將重點來為大家介紹這種穩(wěn)壓電源，在接下來的文章中，小編將會從直流穩(wěn)壓電源的分類及兩種具體的直流穩(wěn)壓電源設計來介紹，相信對大家學習穩(wěn)壓電源的相關知識是很有幫助的!

直流穩(wěn)壓電源有時候又被稱作直流穩(wěn)壓器，它的供電電壓基本上都是交流電壓，不管交流供電電源的電壓或是負載電阻發(fā)生任何變化，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)壓器的參數有紋波系數、響應速度和電壓穩(wěn)定度等等。

直流穩(wěn)壓電源從工作方式上可分為：

①可控整流型。用改變晶閘管的導通時間來調整輸出電壓。

②斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關電路的通斷比得到單向脈動直流，再經濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。

③變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經逆變器變換成高頻交流電，再經變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。

經整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩(wěn)定性仍比較差。經整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設備的需要。常用的直流穩(wěn)壓電路有并聯型和串聯型穩(wěn)壓電路兩種類型。

圖3-1-1是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。其中D1是穩(wěn)壓二極管，R1是限流電阻，R2是負載。由于D1與R2是并聯，所以稱并聯穩(wěn)壓電路。此電路必須接在整流濾波電路之后，上端為正下端為負。由于穩(wěn)壓管D1反向導通時兩端的電壓總保持固定值，所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩(wěn)定。

下面我們來分析一下具體工作原理：

假設設輸入電壓為UI，當某種原因導致UI升高時，UD1相應升高，有穩(wěn)壓管的特性可知UD1上升很小都會造成ID1急劇增大，這樣流過R1上的IR1電流也增大，R1兩端的電壓UR1會上升，R1就分擔了極大一部分UI升高的值，UD1就可以保持穩(wěn)定，達到負載上電壓UR2 保持穩(wěn)定的目的。這個過程可用下面的變化關系圖表示：

UI↑→UD1↑→ID1↑→IR1↑→UR1↑→UD1↓

相反的，如果UI下降時，可用下面的變化關系圖表示：

UI↓→UD1↓→ID1↓→IR1↓→UR1↓→UD1↑

通過前面的分析可以看出，硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，D1負責控制電路的總電流，R1負責控制電路的輸出電壓，整個穩(wěn)壓過程由D1和R1共同作用完成。

下面我們來看看已知負載電壓UR1和負載電流IR1時如何設計硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。

(1)初選穩(wěn)壓管D1

一般情況下，可以按照UD1=UR2和ID1≈(IR2)max來初步選定穩(wěn)壓管D1，如果負載有可能開路則應選擇(ID1)max≈(2-3)(IR2)max，這是因為當負載時所有電流全部都會流過D1，所以ID1應該適當選擇大一點。。

(2)選定輸入電壓

一般可選擇UI=(2-3)UR2

(3)選定限流電阻R1

R1=(UI-UR2)/(ID1+IR2)

但是需要考慮兩種極限情況：

當UI最大，且負載開路時(即IR2=0)，流過D1的電流最大。為了不超過D1的最大允許電流(ID1)max，需要有足夠大的電流電阻，否則會燒壞D1。則R1需要滿足：

當UI最小，且負載電流最大時，流過D1的電流最小。為了保證此時D1能夠工作在擊穿區(qū)起到穩(wěn)壓的作用，要有一定的電流流過D1，一般取5mA-10mA。則R1需要滿足：

R1<((UI)min-UR2)/(ID1+(IR2)max)

R1>((UI)max-UR2)/ ID1)max

限流電阻R1的值應該在上面兩個公式的范圍內選擇。

(4)檢查電路穩(wěn)定度

電路穩(wěn)定度需要根據實際電路的要求來確定，如果穩(wěn)定度不夠，可以適當增加R1和UI，還可以選擇動態(tài)電阻r比較小的穩(wěn)壓管。

圖3-1-2是晶體管并聯穩(wěn)壓電源。其中T1是調整管、D1是基準穩(wěn)壓管，R1是D1的限流電阻，R2是限流電阻，R3是負載。這個穩(wěn)壓電路的輸出電壓約等于穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值(實際上要加上T1發(fā)射結電壓，一般鍺管取0.3V，硅管取0.7V)。

這是由于電源在工作時，T1發(fā)射結導通，發(fā)射極電壓與基極電壓保持一致，而基極電壓被D1穩(wěn)定在一個固定值。這個電路可以看作T1將D1的穩(wěn)壓作用放大了β倍，相當于接入一個穩(wěn)壓值為D1穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓效果為β倍D1穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓管。

電路工作原理是：

UI↑→UD1↑→(UT1)EC↑→(IT1)EC↑→IR2↑→UR2↑→(UT1)EC↓

UI↓→UD1↓→(UT1)EC↓→(IT1)EC↓→IR2↓→UR2↓→(UT1)EC↑

這個電路選擇元件的步驟與硅穩(wěn)壓管并聯穩(wěn)壓電路類似，主要從下面幾個方面考慮。

(1)初選調整管T1和穩(wěn)壓管D1

選擇調整管T1時，主要考慮其額定電流ICM要大于輸出電流IO，以保證負載開路時調整管不會因為電流過大而損壞。另外，為了保證調整管有良好的調整作用，還要求β值大、漏電流小。

選擇穩(wěn)壓管D1時，主要考慮其穩(wěn)定電壓與T1發(fā)射結電壓之和要等于輸出電壓。

(2)選定輸入電壓

為保證穩(wěn)壓電源的效率，輸入電壓一般不要選擇過高，以不超過2 UI為宜。

(3)選定限流電阻R2

對于并聯穩(wěn)壓電路而言，限流電阻R2是整個電路工作好壞的關鍵。R2選擇大，穩(wěn)壓效果較好，但功耗大(因為電阻功耗P=I2R)，同時要求輸入電壓增大，電源的效率就比較低。具體計算方法可參考硅穩(wěn)壓管并聯穩(wěn)壓電路元件選擇的第三步。

(4)檢查電路穩(wěn)定度

整個電路的穩(wěn)定度需要根據實際電路的要求來確定，如果穩(wěn)定度不夠，可以適當增加R1和UI，還可以選擇β值較大、漏電流較小的調整管。

圖3-1-3是一種使用復合調整管的并聯穩(wěn)壓電源，與圖3-1-2電路最大的區(qū)別是將調整管改為符合管結構，這樣既可以得到較大的β值，又能夠有較大的ICM。元件選擇時可采用與圖3-1-2類似的方法，但是由于這個電路的電流較大，要注意限流電阻R1選擇時除考慮阻值外還要考慮其功率。以免負載斷路時燒壞限流電阻。

并聯穩(wěn)壓電源的優(yōu)點：

·在負載變化小時，穩(wěn)壓性能比較好。

·對瞬時變化的適應性較好。

·有過載自保護性能，輸出斷路時調整管不會損壞。

并聯穩(wěn)壓電路的缺點：

·輸出電壓調節(jié)范圍很小。

·穩(wěn)定度不易做得很高。

·效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調整管上。

其實并聯穩(wěn)壓電源的這些優(yōu)點對于串聯穩(wěn)壓電源而言，都可以通過采用一些特殊的電路實現。但是并聯穩(wěn)壓電源的這些固有的缺點卻很難改進，所以現在普遍使用的都是串聯穩(wěn)壓電源。

以上就是小編為您介紹的有關直流穩(wěn)壓電源的一些知識，相信通過小編的講解，大家對直流穩(wěn)壓電源都有所了解了吧。隨著科學技術的發(fā)展，目前直流穩(wěn)壓電源已經被廣泛應用到各個領域的直流供電中，其中不乏國防、科研、工礦企業(yè)、實驗室等。