具有短路保护功能的开关稳压电源的设计

一、概述

稳压电源，输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关，也称稳压器等，开关稳压电源的发展依赖于半导体器件和磁性材料的发展。随着电子工艺的发展，已成为世界各国的普及产品。按调整管及负载的连接方式可分为串联型和并联型,按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。本电路设计主要引用串联型脉冲宽度调节型，主要由主输出电路、控制电路、采样比较放大及保护电路四大部分组成。利用三极管的导通特性，通过波型发生器与电压比较器共同实现对三极管导通与关断的控制，从而实现开关功能，负反馈采样放大电路实现调压功能。电源输入电压为市网电压。输出电压为5—24V可调电压，稳压最大电源功率50w，能够实现过流及短路保护功能。

二、方案论证

开关稳压电源，实质上是一个受控制的电子开关。电子开关在直流稳压电源中做调整元件，通过改变调整器件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。

方案一：

方案一原理方框图如图1所示：

图1 开关稳压电源电路的原理框图（一）

采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，利用PWM控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。

方案二：

方案二原理方框图如图2所示

图2 开关稳压电源电路的原理框图（二）

方案二与方案一明显的不同在于，方案二中调整管的位置决定了方案二为并

联型稳压电路。 方案选择：

两套方案中均采用PWM 脉宽控制，在开关管导通周期不变情况下对其导通时间（占空比）的调节，实现开关稳压作用，但关键在于，方案一为串联稳压型电路，又称降压型稳压电路，即输入的电压大于输出电压，方案二为升压型稳压电路，实验要求稳压电路的输出为5V~24V ,不需要升压过程，所以本次设计采用方案一完成。

三、电路设计

1、主电路（换能电路）

主电路图主要应用的是串联型脉宽开关控制电路接法，电路如图3所示：

Q1

BC184BP

L11H

D3

1N4449

C4820uF

1

3

4

2

图3 PWM 控制总电路

开关稳压电路的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC 滤波转换成直流电压，晶体管Q1为调整管（即开关管），三极管基极输入为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L 与电容C 组成输出滤波电路，D 为续

比较放大 采样电路 市网输入 整流滤波 输出

调整管

P W M 控制

保护电路

流二极管。

当基极为高电平时，Q1饱和导通，D3因承受反压而截止，电感L 存储能量，电容C 充电；发射极电位Ue 近视等于输入电压。当基极电压为低电平，Q1截止，此时虽然发射极电压为0，但是电感释放能量，其感应电动势使D3导通，C 放电，负载电流方向不变。 2、整流滤波电路

稳压电源的电源主要采用市网电压，首先需要将正弦波交流电源调整成为所需的直流输入。电路如图4所示：

图4 降压整流滤波电路

电路的电源为市网220V ，50Hz ，用变压器对电压降压，变比为220/30=7.33，输出电压为30V 。单项桥式整流克服了半波整流仅适用于整流电流较小，对脉冲要求不高的缺点，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期呢负载的电压与电流方向始终保持不变。滤波电路采用的是电解电容，容量较大，利用电容的充放电过程是输出的电压趋于平稳。 Uo ≈1.2U2

V 1 220 Vrms 50 Hz 0°

T

22 1

二极管选择

:Urm>1.12

2 U2=46.66V

If>1.1*Io/2=1.12

2 U2/π*错误!未指定书签。Rl

3、调压电路

图5 电压调节电路

晶体管Q1为调整管，电阻R 与稳压管D Z 构成基准电压电路，电阻R1，R2，R3为输出电压的采样电路，集成运放作为比较放大电路，为了是输出电压可调，也为了加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性，所以通常在基本调整管稳压电路的基础上，引入放大环节。

电阻选择：Uomin=(R1+R2+R3)/(R2+R3)*Uz

Uomax=（R1+R2+R3）/R3*Uz

实际调试电路中Uz=3.265v,R1=26.8k Ω,R2=40k Ω,R=10.05k Ω。

4、PWM 控制电路

-12

250?

图5 控制电路

图6 三角波发生电路

滞回比较器（U1A）输出的电压U01=±Uz，输入电压为积分电路（U2A）的输出电压Uo,积分电路正相积分，Uo随时间增长线性增大，一旦Uo=+Ut，再稍增大，Uo将从-Uz跃变回+Uz，回到初态，积分电路反相积分，并重复以上过程，因此产生三角波振荡电路。

采样电压Un1与基准电压Uref之差，经U4放大后作为U3组成的电压比较器的阀值电压Up2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号

Ub，控制调整管工作状态。

5、保护电路

Q1

图7 截流型保护电路电路

截流型过流保护电路，Q1为调整管，R7为采样电阻，它与Q2，R10，R11构成保护电路，I0增大，Ube2增大，未过流时，Ube2

）.

1

V1

1

T2

220 Vrms

50 Hz

0°

2