直流稳压电源制文档

1、Zaiyao:本直流稳压电源电路具备接于输入输出端子间的PNP型输出晶体管、以输出端压的分压与基准电压之差控制输出晶体管基极驱动电流的基极驱动电路和根据检测到的输入输出端子间的电压抑制基极驱动电路的驱动电流的电路，输入输出间电压越大该抑制电路越使基极驱动电路流往输出晶体管的驱动电流受到抑制，并抑制输出电流。以此使不在输出线路上连接电流检测电阻，具有集成化控制电路的电源的输出晶体管功率损耗受抑制，防止其伤。024V可调直流稳压电源电路的设计方法发布:2011-06-03|作者：|来源：mahuaxiao|查看：1637次|用户关注：摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导

2、放大器-电容（OTAC）连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126MHz，阻带抑制率大于35dB，带内波纹小于0.5dB，采用1.8V电源，TSMC0.18gCMOS工艺库仿真，功耗小于21mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte1引言电子仪器和电子设备电子仪器和电子设备（如电机）中，对电源1个其输出能从电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备的性能要求更高。在很多应用直流电机的场合中，

3、要求为电机驱动电路提供0V开始连续可调（024V）的直流电源，并且要求电源有保护功能。实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。2电路的设计符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：（1）晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工

4、作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。因输出电压要求从0V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0V开始调节。单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。（2）采用三端集成稳压器电路。如图2所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该

5、电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。（3）用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得024V，0.1V步长，驱动能力可达1A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分，硬件部分原理图如图3所示。正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和

6、输出端的压差以降低LM317和LM337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片LM317（负压用LM337）及外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。该电源稳定性好、精度高，并且能够输出戈4V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求

7、不太高（这种情况较多），多采用第二种设计方案。3实际电路的设计电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC为三端集成稳压器。晶体管T,阻R3，和电容器C组成软启动电路。电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。（1）三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.2537V，输出电流可达1.5A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。其输出电压的调节原理如图5所示。由于LM317的2,3脚之间的电压U32为一稳定的基准电压（1.25V）,故有：其中，R1为固定电阻，故调节R2可以调

8、节输出电压U0,并且U0的最小值为1.25V。（2）电压补偿电路的设计。因要求输出电压从0V起调，LM317集成稳压器不能直接满足要求，需设计一个电压补偿电路，抵消LM317的1.25V最小输出电压。电压补偿电路由电阻R4和二极管D组成。式中，U3为LM317的3脚电压；U0为输出电压；UD为二极管D的正向压降，即为补偿电压，其值略大于LM317的基准电压（1.25V）。这里用3只串联的锗材料整流二极管的导通压降来实现。当调节R2少，使U3达到与UD相等时，输出电压即为0V。之后，当调节R2逐渐增大时，U0即由0V开始增大。由于负载电流流过D，故D的最大工作电流应能适应负载电流的要求。图5中R

9、4用于给D提供工作电流。软启动电路设计。软启动电路由晶体管T,电阻R3,R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压U0有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载（如直流电机）的启动特性。当输入电压UI接入时，因C上的电压不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使U2（LM317的2脚电位）和U3都很低，故U0很小，随着C的充电，T的基极电位下降，其集电极电位（即U2）升高，使U3升高（因U32为一稳定电压），所以U0也升高。当C充满电时，T被截止，启动电路失去作用，U0也达到设定值。启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。（4）改进方案。由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2

10、的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现024V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R2和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R2的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。电路如图6所示。（5）电路主要测试数据。接上电源变压器和整流滤波电路以后对电路进行测试的结果为：电路在负载为1A时输出电压调整范围如表1所示；在输出电压为额定值（24V）下的负载特性如表2所示。电网电压波动10%（负载电流1A）情况下输出电压如表3所示

11、。4结语该稳压电路应用三端集成稳压电器，并加入补偿电压的方法解决LM317系列输出电压不能从0V开始起调的问题。软启动电路的引入适应负载的启动特性。电路的结构简单、功能完善、可靠性高。电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图5一21所示。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。一、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等

12、。对稳压电源的性能，主要有以下四个万面的要求：1稳定性好当输入电压Usr（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Use的变化应该很小一般要求。NJsc1%由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S约为1。Usr2.输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压Use，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用rn表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn反映负载变动时，

13、输出电压维持恒定的能力，rn越小，则Ifz变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0.01欧。3.电压温度系数小当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示4.输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S。上节介绍的串联型稳压电路，用做一种简单的稳压电源，可以满足一般无线电爱好者的需要。但是，这种电源还有许多“天生的”缺陷，要提高

14、对性能的要求，就必须再做一些改进。从以下四个右面对它的性能加以改善，便可做成一台有实用价值的稳压电源了。这就是：增加放大环节，提高稳定性，使输出电压可调；用复合管做调整管，使输出电流增大；增加保护电路，使电源工作安全可靠。二、带有放大环节的稳压电源输出电压的变化量Use是很微弱的，它对调整管的控制作用也很弱，因此稳压效果不够好，带有放大环节的稳压电源，就是在电路中增加一个直流放大器，把微弱的输出电压变化量先加以放大，再去控制调整管，从而提高对调整管的控制作用，使稳压电源的稳定性能得到改善。图5-22是带有放大环节的稳压电源电路。BGIft图522带放丸坏廿的卷圧电海电络图中，BG1是调整管，B

15、G2是比较放大管。输出电田变化量厶Use的一部分与基准电压Uw比较，并经BG2放大后进到了BG1的基极。Re是BG2的集电极电阻，又是BG1的上偏置电阻。R1、R2是BG2的上、下偏置电阻，组成分压电路，把Use的一部分作为输出电压的取样，送给BG2的基极，因此又叫取样电路R2上的电压Ub2:叫取样电压。DW和R3组，成稳压电路，提供基准电压日丿。从电路路中可以看出，当输出电压Use下降的时候，通过R1、R2组成的分压电路的作用，BG2的基极电位Ub2也下降了。由于基准电压UW使BG2的发射极电位保持不变，Ube2:=Ub2,UW随之减小。于是BG2集电极电流lc:减小，Uc2增高，即BG1的

16、基极电位Ub1增高，使lel增加，管压降Ucel减小，从而导致输出电压Use保持基本稳定。BG2的放大倍数越大，调整作用就越强，输出电压就越稳定。如果输出电压Use增高时，同样道理，又会通过反馈作用使Use减小，保持输出电压基本不变。下面谈谈各元件的选取原则。前面已经提到，Re是放大级的负载电阻，又相当于调整管的偏置电阻。Re大，放大倍数大，有利于提高稳压器指标，但Re过大会使BG2和调整管电流太小，限制了负载电流和调整范围。通常Re根据下列公式选取：min-Usek2Usrmin为整流输出的最小电压。Ic2可取13毫安。稳压管DW勺稳定电压Uw选择范围比较宽，只要不使BG2饱和（即Uw比Us

17、e低2伏以下）均可。Uw取得大，取样电压可大些，有利于提高稳压性能。限流电阻R3通过的电流I3，应该等于DW的稳定电流，那应满足下述关系：空输入电压Usr应大于输出电压Use38伏。Usr过小，调整管容易饱和而起不到调整作用；Usr过大，则增加管子耗损，并浪费功率。整流纹波小的，Usr可取低些；纹波大的，Usr应取高些。调整管BG1的3值要尽量大，为此可以使用复仓管。调整管的功耗也要足够大，应满足下式要求:Usrmax为电网电压最高时的整流输出电压。放大管BG也要选用3值大的管子，以增强对调整管的控制作用，使输出的更稳定。在Use较大的稳压电路中，还应注意BG2所能承受的反向电压，应选取上住和

18、口迫-衣的晶体管。分压电阻（R1+R2）要适当小些，以提高电路性能。通常取流过分压电阻的电流大于放大管基极电流的5-10倍。分压比决定于输出电压Use和参考电压Uw由下式决定:UscUwRUR2灵2一般可先选定R1或R2,再通过计算调整另外一只电阻器，分压比要选得大些，一般选0.50.&三、输出电压可调的稳压电源从上面电路可以看到，输出电压与基准电压之间的关系，是由分压电路来“调配”的。在基准电压一定的情况下，改变分压比，就可以在一定范围里改变输出电压。在R1与R2之间加接一个电位器W（见图5-23）,便可以实现输出电压在一定范围内连续可调。四、用复合管做调整管的稳压电源在稳压电源中，负载电流

19、Ifz要流过调整管，输出大电流的电源必须使用大功率的调整管，这就要求有足够大的电流供给调整管的基极，而比较放大电路供不出所需要的大电流，另一方面，调整管需要有较高的电流放大倍数，才能有效地提高稳压性能，但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法，是给原有的调整管再配上一个或几个“助手”，组成复合管。用复合管做调整管的稳压电源电路如图524所示。图5-24用复合管做调整管稳压电源电路用复合管做调整管时，BG2勺反向电流Iceo2将被放大，尤其是采用大功率锗管时，反向截止电流lebo比较大，并随温度增高按指数增加，很容易造成高温空载时稳压电源的失控，使输出电压Use增大。误差信号Use经放大加到BG2的级基极来减少le人，可能迫使BG2截止。为了使调整管在不同温度下都工作在放大区，常在BG1的基极加电阻（R7）接到电源的正极（如图5一24）或负极。在温度或负载变化不大或全用硅管时，可