稳压电源电路设计论文

课程设计报告

课程设计名称：双路可调直流稳压电源设计与制作

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1.稳压电源发展史

1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。

60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。

70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。

2.方案论证

2.1串联式直流稳压电路

串联型直流稳压电源通常由电源变换电路、整流电路、滤波电路、稳压电路和负载组成，其原理框如图3.1-1、图3.1-2所示。

图3.1-1 直流稳压电源原理框图

图3.1-2 稳压电路原理方框图

（一）各单元电路功能及作用（表3.1-1）

1. 电源变换电路：电源变换电路通常是将220V 的工频交流电源变换成所需的

低压电源，一般由变压器或阻容分压电路来完成。

2.整流电路：整流电路主要利用二极管正向导电、反向截止的原理，把交流电整流变换成脉动直流电。整流电路可分为半波整流、全波整流和桥式整流。如果采用桥式整流，其整流后的电压波形如图

3.1-1中的波形U3所示。其输出的脉动电压平均值。22039.022sin 21U U tdt U ≈==⎰πωππ桥式整流电路中流过二极管的平均电流为为负载平均电流）00(2

1I I I D =桥式整流电路中二极管承受的最殴打反向电压2RM U 2U =。

3. 滤波电路：滤波电路时利用电容和电感充放电储能原理，将波动变化大的脉动直流电压（频率为100Hz ，是交流电源频率的两倍）滤波成较平滑的直流电。滤波电路有电容式、电感式、电容电感式、电容电阻式。具体须根据负载电流大小和电流变化情况以及对波纹电压的要求而选择滤波电路形式。最简单的滤波电路就是把一个电容与负载并联后接入整流输出电路。其整流滤波后的电压波形如图3.1-1中的波形U4所示。桥式整流电容滤波电路的输出电压24)U 2~(0.9U =其系数大小主要由负载电流大小决定，滤波电容要满足) 0.02501(T 2R T 5)~(3C L s ==≥才有较好的滤波效果。

4. 稳压电路：稳压电路时直流稳压电源的核心。因为，通过整流滤波虽然获得了直流输出电压，但它还会随着输入电网波动为波动，或随着负载的变动而变化，是一种电压值不稳定的直流电压，而且波动系数也比较大，所以必须加入稳压电路，稳压电路可以保证输出直流电压更加稳定 稳压电路单元包括基准电压、取样电压、比较放大器、调整原件等基本电路和保护电路，图3.1-2为其原理方框图 。 基准电压的稳定性直接关系到整个稳压电源的稳定性，通常由稳压管电路获得，基准电压一般取输出电压的1/2左右。 取样电路的作用是将输出电压Uo 比例取出一部分，作为控制调整原件的依据。稳压电压Uo 取样比和基准电压Uvd 决定，改变取样比或基准电压，即可改变稳压电源的输出电压。 比较放大器是一个直流放大器，它对取样电压与基准电压的差值进行放大，然后去控制调整原件。 调整原件是稳压单元的执行元器件，一般由一个工作在线性放大区的功率管构成，它的的基极输入电流受比较放大器的输出电压控制。当电流大时调整管的导通度就大，否则，导通度就越小。由于整个稳压电源的输出电流全

部要经过调整管，所以调整管应有足够的功耗和满足集电极电流指标。一般可采用复合晶体管，但其电流放大系数则是两个晶体管放大系数之乘积。采用复合管的好处是可以极大地提高调整管的电流放大系数、降低动态内阻等。

2.2开关稳压电源

1 开关稳压电路的工作原理

开关稳压电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成，电路如图1(a)所示，波形如图1(b)所示。Ui 是用电网交流220V 直接整流滤波得到的直流高压(这样可省去工频变压器)。高频变压器的原绕组为N1，N2 为变压器副绕组，供输出用。N3 为基极正反馈绕组，R1 是启动电阻，R2 是限流电阻。加上电源时，电流通过R1 流向开关管T 的基极，使T 导通。此时变压器副边的二极管反向偏置，于是T 集电极电流和变压器绕组N1 中电流相等。由于是从零起动，基极电流不大，就能使T 导通。原绕组N1 通过电流，产生上正下负的感应电压，经磁芯耦合，反馈绕组N3 也产生感应电压UL3，并向T 的基极注入iB，使T 进一步导通，即UL3 增加，iB 增大，使iC 进一步增大，这是一个正反馈雪崩过程。在T 导通期间，副边因二极管反偏没有电流。当T 进入高饱和区后，iC 的变化率减小，原边N1 绕组感应电压下降，同时反馈绕组N3 电压下降，造成iB 下降，iC 下降，这再次形成一个正反馈雪崩过程，使开关管迅速截止。T 的导通时间TON 取决于iC 达到饱和的时间。T 导通期间，副边电路截止，原边线圈储能。T 截止时，N1 的感应电压上负下正，相应地N3 的电压上负下正，保证T 截止，同时副边N2 电压上正下负，D 导通。由N2 通过D 向负载传送能量，副边绕组中电流iD 线性下降，直到iD=0，电路恢复起始状态，开始一个新的周期，T 再次导通。TOFF 取决于副边绕组放电到零的时间。输出电压与开关管的导通时间成正比。

2 开关稳压电源的优点: [1].功耗小，效率高。[2].体积小，重量轻。[3].稳压范围宽。[4].滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。[5].电路形式灵活多样。

开关稳压电源的缺点:开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措