直流穩壓電源的設計一般包括變壓、整流、濾波、穩壓四個(gè)基本環(huán)節。為了提高電源的質(zhì)量及其可靠性，需對電源輸出電壓進(jìn)行采樣、比較、放大，并用此誤差放大信號來(lái)調節其輸入電壓，使得負載變化時(shí)輸出電壓保持穩定。此外，為了提高電源的使用安全性能，需設計簡(jiǎn)單可靠的過(guò)壓過(guò)流保護電路，防止電壓電流過(guò)大時(shí)損壞負載元件。

 

 

為了提高電源的使用可靠性和安全性能，通常需設計一些簡(jiǎn)單的保護電路，如過(guò)壓、過(guò)流保護等，如下圖所示。

 

圖1：系統保護電路

 

F1、Q1、R5、R6組成過(guò)電壓保護電路，當負載兩端的電壓升高時(shí)，R6上的壓降增大，晶閘管門(mén)極得觸發(fā)電流，晶閘管導通，瞬時(shí)大電流使 F1熔斷，從而起到保護電路的作用。R1、Q2、D1組成預穩壓電路，將穩壓模塊的輸入電壓固定在某一電壓值，使得，輸入電壓不隨負載變化。R2、Q3、 R4組成過(guò)流保護電路，到電路中的電流過(guò)大時(shí)，電阻R2上的壓降增大，使得三極管Q3導通，從而為大電流提供通路，防止電路中電流過(guò)大損壞電路元件和伏在元件。R3、Q4組成電流擴大電路，提供電路的帶載能力。

 

 

主電路部分設計主要包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路設計。變壓器把高壓交流電變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟?整流器把交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電;濾波器濾除直流中的交流成分;穩壓器把波動(dòng)較大的直流電壓變?yōu)榉€定的直流電壓輸出。

 

圖2：主電路組成示意圖

 

圖3：電路輸出波形圖

 

變壓器的工作原理是基于電磁感應定律進(jìn)行電壓、電流、阻抗變換。在直流穩壓電源設計中，電源變壓器一般是將單相工頻交流220V電壓轉換成電壓較低的交流電以滿(mǎn)足后續電路的需要。根據電路所要求輸出的直流電壓和電流值來(lái)確定電源變壓器次邊的抽頭個(gè)數和各個(gè)抽頭應輸出的電壓和功率。此外，為了減小電源變壓器的體積和重量，宜選用高頻電源變壓器。
 

利用二極管的單向導電性將交流電壓變換為單向的直流電壓稱(chēng)之為整流。實(shí)際設計中應根據所制作電源要求的輸出精度和質(zhì)量特性選擇合理的整流方式。直流穩壓電源設計中一般利用電感、電容等儲能元件兩端電壓不能突變的特性對交流電壓進(jìn)行濾波，從而輸出波動(dòng)較小的直流電。通過(guò)濾波輸出的直流電仍含有較多的交流成分，因此不能直接加在負載兩端，需對其進(jìn)行穩壓。穩壓管反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內表現出穩壓特性，因此可用來(lái)穩定直流輸出電壓。然而其電源穩定性較差，輸出精度較低，因此一般選用輸出穩定可靠的三端集成穩壓器，在滿(mǎn)足電源設計要求的前提下還可縮短設計周期、降低設計成本。

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僅有以上四個(gè)基本環(huán)節組成的穩壓電源帶載能力較差，當負載電流增大時(shí)輸出電壓會(huì )降低，不能滿(mǎn)足大多數電子元件工作的電源要求。一般通過(guò)閉環(huán)反饋控制和擴大輸出電流來(lái)提高電源性能。

為了保證電源的輸出電壓不會(huì )隨著(zhù)負載的變化而變化，應使電源自身具有反饋調節能力。

 

圖4：閉環(huán)穩壓電源框圖

 

當負載兩端電壓發(fā)生變化時(shí)，電阻網(wǎng)絡(luò )的采樣電壓隨之改變，將此采樣的電壓值與給定的基準電壓進(jìn)行比較，并將此微弱的誤差信號進(jìn)行放大進(jìn)而調節控制元件的工作狀態(tài)，從而調節負載兩端的電壓，使其保持穩定?？刂圃x用工作狀態(tài)可調節的元件，如三極管，其發(fā)射極電流會(huì )隨著(zhù)基極電流的變化而改變，因此通過(guò)控制三極管基極的電壓即可調節三級管的導通程度，從而可調節電路的輸出電壓使其滿(mǎn)足要求。
 

此外，為了提高電源的帶載能力，可采用三極管將電源的輸出電流進(jìn)行擴大，其原理如下圖所示。

 

圖5：電流擴大電路

 

當負載電流較小時(shí)，負載所需的電流完全由穩壓模塊提供，當負載電流增大時(shí)，電阻R上的壓降增大，將使串聯(lián)調整三極管Q導通，三極管與穩壓模塊一起提供負載電流。

 

 

在有多種制式直流電壓輸出的復雜控制系統中，當系統發(fā)生故障時(shí)，首先要檢測各個(gè)芯片或電路的電源輸出是否正常，為了避免人工檢測所帶來(lái)的耗時(shí)費力和不便等缺點(diǎn)，本論文提出一種簡(jiǎn)單可靠、方便快捷的直流電壓輸出有無(wú)的檢測方法，如圖6所示。

 

圖6：電壓有無(wú)檢測電路

 

R1、R2組成對直流輸出電壓的采樣電阻網(wǎng)絡(luò )，當電源有輸出電壓時(shí)R2上的壓降使光耦導通，R5上的壓降增大，將R5上取得的高電平信號送給單片機處理后顯示。當電源無(wú)輸出電壓時(shí)，R2上無(wú)壓降，光耦不工作，R5上的電壓為0V，將此低電平信號送入單片機處理后顯示、報警。其中R3、R4為限流電阻。
 

此電路在滿(mǎn)足電壓有無(wú)檢測的條件下，一方面用到的元件數量少、價(jià)格便宜;另一方面通過(guò)光耦實(shí)現了主電路和控制系統的電氣隔離，降低了對控制系統的干擾。此外，對每路電壓的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)監測和顯示，可以方便的檢查電源輸出的正常與否。此方法適用于有多路電壓輸出的復雜電源系統的檢測與管理。

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