线性稳压电源

线性稳压电源设计

摘要：直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。

关键词：直流稳压电路；整流；滤波；稳压；

正文：

现有线性稳压电源综述

1．1 原理

采用线性稳压电源的稳压电源电路中的调整功率管工作在线性放大区。线性稳压电源的工作过程可简述为：将220V、50HZ的工频电网电压经过线性变压器降压以后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一个纹波电压和稳定性均能符合要求的直流电压。

如图所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：Uo=Ui×R L/(R W+R L)，因此通过调节R W的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果只看可调电阻R W的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把R W和R L一起看，则是线性的。还要注意，这个图并没有将R W的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，或就是用了，也只是辅助方法而已。如果用一个三极管或者场效应管，来代替图中的可变阻器，并通过检测输出电压的大小，来控制这个“变阻器”阻值的大小，使输出电压保持恒定，就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的，所以叫做调整管。由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。

1．2 线性稳压电源的优缺点

优点有如下几点：电源稳定度较高；输出纹波电压较小；瞬态响应速度较快；线路结构简单，便于理解和维修；无高频开关噪声；成本低；工作可靠性较高。

缺点有如下几点：内部功耗大，转换效率低，一般只有45%左右；体积大，重量重，不便于微小型化；滤波效率低，必须具有较大的输入和输出滤波电容；输入电压动态范围小，线性调整率低；输出电压不能高于输入电压。

1．3 造成线性稳压电源缺点的原因

首先，从原理图可以看出，调整管V 在电源的整个工作过程中一直是工作在晶体管特性曲线的线性放大区。调整管V 本身的功耗与输入电流成正比，调整管V 集-射极的管压降等于输入与输出电压差。这样一来调整管V 本身的功耗不但随电源输出电流的增大而增大，而且还随输入与输出电压差的增大而增大，使调整管V 的温度急剧升高。为了保证调整管V 能够正常地工作，除选用功率大、耐压高的管子外，还必须采取一些必要的散热措施对管子进行冷却，如加散热器或轴流风机进行风冷等。

其次，线性稳压电源电路中使用了50HZ 工频变压器，我们通常把这种变压器称之为线性变压器。这种线性变压器的效率一般可以做到80~90%。这样不但增加了电源的体积和重量，而且也大大降低了电源的效率。

然后，由于线性稳压电源电路的工作频率较低，为50HZ ，因此要降低输出电压中纹波电压的峰-峰值，就必须增大滤波电容的容量。

最后，由于线性稳压电源电路中的调整管工作在线性放大区，只有在增大调整管集-射极管压降的基础上，才能实现稳压的目的。因此线性稳压器只有一般压差和低压差系列产品，而没有升压和极性反转式系列产品。

二.系统设计思路及模块分析

线性稳压电源的主要结构如下图所示：

图1 线性稳压电源主要结构

电子设备中都需要稳定的直流电源。直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V 交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。

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2.2变压器的作用

变压器的作用就是把交流电网供给的220v ，50Hz 交流电变换为合适的数值。变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将市电转化为电路能承担的电压。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器的基本原理是电磁感应原理。理想变压器满足1221//1/I I U U n ==

经过变压器后的波形（幅度变化）

2.3整流电路的作用

整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件（如二极管、晶闸管等），将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。但是，这种电压直流幅值变化很大，包含有很多的脉动交流成分，还不能作为直流电源使用。对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电压。

经过整流电路后的波形

2.4滤波电路的作用

滤波电路：经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分，通常在整流电路后接有滤波电路。滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤波电路，将滤波电容C 直接并联在负载RL 两端，就可组成电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑，脉动成风降低，输出直流电压的平均值增大，采用电容滤波电路可以得到脉动性很小的直流电压。

经过滤波电路后的波形

2.5稳压电路的作用

220V

变压器 适合幅值的交流电压 整流电路 单向脉动电压 适合幅值的交流电压 单向脉冲电压 滤波电路 滤波