三端稳压管稳压电路设计方法及案例分析

三端稳压管稳压电路设计方法及案例分析

1.直流稳压电源组成

直流稳压电源能把220V的工频交流电转换为极性和数值均不随时间变化的直流电，其结构框图如图1.24所示。

图1.24 直流稳压电源的组成

由图可知，直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4 部分组成。各部分作用如下：电源变压器的作用是为用电设备提供合适的交流电压，如本项目中采用的变压器可实现220V输入、双18伏交流电输出，由于在电工基础中已经涉及，在这儿就不再作详细介绍；整流器的作用是把交流电变换成单相脉动的直流电；滤波器的功能是把单相脉动直流电变为平滑的直流电；稳压器的作用是克服电网电压、负载及温度变化所引起的输出电压的变化，提高输出电压的稳定性。

直流稳压电源的原理图也是由上述 4 部分组成，如图1.25 所示。

图1.25双15V输出直流稳压电源原理图

器件清单见表1-2。

表1-2音频放大电路输入级器件清单

接下来介绍整流电路、滤波电路及稳压电路的组成及工作原理。

2.整流电路

⑴单相半波整流电路

图1.26(a)所示为单相半波整流电路。由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故称半波整流。

由图 1.26(b)所示波形可知，半波整流把图像的负半周削掉了，整流后电压的有效值接近整流前的一半，效率低，故一般不采用半波整流。

⑵单相桥式整流电路

图1.27(a)所示为单相桥式整流电路；图1.27(b)为等效画法，其中VD1～VD4为四个整流二极管，也常称之为整流桥；图1.27(c)为波形图。

桥式整流电路各参数计算如下。

①输出平均电压)(AV O U 。由o u 波形可知，桥式整流是半波整流的2倍，即

22)(9.022

U U U AV O ≈=π

(a) 半波整流电路 (b) 波形图

图1.26 半波整流电路及波形

(a) 单相桥式整流电路 (b) 等效画法 (c) 波形图

图1.27 整流电路及波形

②流过二极管的平均电流 ID(A V)。由于VD1、VD3和VD2、VD4轮流导通，因此流过每个二极管的平均电流只有负载电流的一半，即

L

AV O L AV O AV D R U I I I )()()(212121=== ③二极管承受的最高反向峰值电压RM U 。当2u 上正下负时，VD1、VD3 导通，VD2、VD4 截止，VD2、VD4 相当于并联后跨接在2u 上，因此反向最高峰值电压为

22u U RM =

④整流二极管的选择。

二极管的最大整流电流

L D F I I I 2

1=≥ 二极管的最大反向电压，按其截止时所承受的反向峰值电压有

2414.1U U U DM RM =≥

由图可知，在相同的交流输入和负载情况下，单相桥式整流电路输出脉动减小，直流输出电压提高1倍，电源利用率明显提高。

例：本项目中要求输出电流至少达到1A ，即I L ≥1A ，并用单向桥式整流电路供电，试选择整流二极管的型号和电源变压器次级电压的有效值。

解：由式可确定变压器次级电压为

V V U U O 6.169

.0159.02=== 所以，该稳压电源需用双18V 左右输出的变压器。

二极管的最大反向电压为V U U U DM RM 2422≈=≥

二极管的最大整流电流，按式(3.4)为A I I I L D F 5.02

1==≥ 根据上述计算结果，该项目可选IN4007型二极管4只，其最大整流电流为1A ，最高反向工作电压达到 220V ，完全满足设计要求。

必须注意，为了保证二极管能安全可靠地工作，选用管子时要留有电流、电压余量，并按器件手册的要求装置散热器。在项目中，可以采用4个二极管搭接桥式整流电路，也可采用整流桥堆进行整流，下面简要介绍一下整流桥堆。

整流桥堆产品由4只整流硅芯片作桥式连接，简称桥堆，实物如图1.28所示。桥堆一般用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，以增强散热。整流桥品种多，有扁形、圆形、方形、板凳形(分直插与贴片)等，有GPP 与O/J 结构之分。最大整流电流从0.5～100A ，最高反向峰值电压(即耐压值)有从25～1600V 的各种规格。

图1.28桥堆实物

3.滤波电路

在整流电路中，把一个大电容 C 并接在负载电阻两端就构成了电容滤波电路，由于电解电容的制造工艺的原因，电解电容都有一定的电感效应，越大的电解电容电感值越大，大电解是滤不掉高频的，所以可在大电容 C 两边并联小电容以过滤旁路高频干扰信号。其电路和工作波形如图1.29 所示。

图1.29 电容滤波电路及波形

经上述分析可知，由于在二极管截止期间电容 C 向负载电阻缓慢放电，使得输出电压的脉动减小，结果平滑了许多。输出电压平均值也得到了提高。一般且当负载开路(RL=∞)时，为了取得良好的滤波效果，电容C 一般取

RL

T C 2)5~3( 式中，T 为交流电源的周期。且C 的值越大，滤波效果越好，即滤波电容越大越好，故项目中采用了一对容量为1000μF 的大电容作滤波之用。同时需要考虑电容的耐压值，在滤波电路中，电容的耐压值不要小于滤波电容电压最高时是交流的峰峰值的1.42倍，所以这里电解电容选择了50V 。

5.稳压电路

⑴硅稳压管稳压电路

硅稳压管稳压电路如图1.30所示。

图1.30稳压电路

硅稳压管稳压原理是利用稳压管两端电压U Z 的微小变化，引起电流I Z 的较大的变化，通过电阻R 调整电压，保证输出电压基本恒定，从而达到稳压作用。电路中所选用的稳压管属于分立器件，其功率选择余地大，适合于小、中、大各种功率场合的稳压，故使用范围较广。

同样，也可以采用三端稳压器来实现稳压。 ⑵三端集成稳压器稳压电路

三端稳压器（三端稳压管）是一种集成电路，它是通过电路的线性放大原理来实现稳压