直流穩(wěn)壓電源的設計一般包括變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個基本環(huán)節(jié)。為了提高電源的質量及其可靠性，需對電源輸出電壓進行采樣、比較、放大，并用此誤差放大信號來調節(jié)其輸入電壓，使得負載變化時輸出電壓保持穩(wěn)定。此外，為了提高電源的使用安全性能，需設計簡單可靠的過壓過流保護電路，防止電壓電流過大時損壞負載元件。

 

 

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

 

圖1：系統保護電路

 

F1、Q1、R5、R6組成過電壓保護電路，當負載兩端的電壓升高時，R6上的壓降增大，晶閘管門極得觸發(fā)電流，晶閘管導通，瞬時大電流使 F1熔斷，從而起到保護電路的作用。R1、Q2、D1組成預穩(wěn)壓電路，將穩(wěn)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組成過流保護電路，到電路中的電流過大時，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(wěn)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}動直流電;濾波器濾除直流中的交流成分;穩(wěn)壓器把波動較大的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)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行電壓、電流、阻抗變換。在直流穩(wěn)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足后續(xù)電路的需要。根據電路所要求輸出的直流電壓和電流值來確定電源變壓器次邊的抽頭個數和各個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之為整流。實際設計中應根據所制作電源要求的輸出精度和質量特性選擇合理的整流方式。直流穩(wěn)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行濾波，從而輸出波動較小的直流電。通過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，需對其進行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓管反向擊穿時，在一定的電流范圍內表現出穩(wěn)壓特性，因此可用來穩(wěn)定直流輸出電壓。然而其電源穩(wěn)定性較差，輸出精度較低，因此一般選用輸出穩(wěn)定可靠的三端集成穩(wěn)壓器，在滿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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僅有以上四個基本環(huán)節(jié)組成的穩(wěn)壓電源帶載能力較差，當負載電流增大時輸出電壓會降低，不能滿足大多數電子元件工作的電源要求。一般通過閉環(huán)反饋控制和擴大輸出電流來提高電源性能。

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

 

圖4：閉環(huán)穩(wěn)壓電源框圖

 

當負載兩端電壓發(fā)生變化時，電阻網絡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行比較，并將此微弱的誤差信號進行放大進而調節(jié)控制元件的工作狀態(tài)，從而調節(jié)負載兩端的電壓，使其保持穩(wěn)定。控制元件應選用工作狀態(tài)可調節(jié)的元件，如三極管，其發(fā)射極電流會隨著基極電流的變化而改變，因此通過控制三極管基極的電壓即可調節(jié)三級管的導通程度，從而可調節(jié)電路的輸出電壓使其滿足要求。
 

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，負載所需的電流完全由穩(wěn)壓模塊提供，當負載電流增大時，電阻R上的壓降增大，將使串聯調整三極管Q導通，三極管與穩(wěn)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，首先要檢測各個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的耗時費力和不便等缺點，本論文提出一種簡單可靠、方便快捷的直流電壓輸出有無的檢測方法，如圖6所示。

 

圖6：電壓有無檢測電路

 

R1、R2組成對直流輸出電壓的采樣電阻網絡，當電源有輸出電壓時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。當電源無輸出電壓時，R2上無壓降，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。
 

此電路在滿足電壓有無檢測的條件下，一方面用到的元件數量少、價格便宜;另一方面通過光耦實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行實時監(jiān)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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