直流稳压电源的设计

1、概述

在电子线路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电，本章所介绍的电源是将频率为50Hz，有效值为220V的交流电转换为有效值和输出电流较小的直流电。单相交流电转化为直流电一般分为四步，即变压，整流，滤波，稳压四部分，如下图所示：

电源变压器 ：将幅值较大的交流电转换为幅值较小的交流电；

整流电路 ：将正弦交流电转换为正半轴的脉动信号；

滤波电路 ：将整流后的信号再一次稳定，减小其波动；

稳压电路： 将滤波后的信号彻底稳定，变为波动微乎其微的直流信号

2、整流电路

（1）半波整流电路

（2）桥式整流电路

3、滤波电路

（1）电容滤波电路

电容滤波是最常见的，也是最简单的滤波电路，由于滤波电路容量较大，因而一般采用电解电容，所以在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波的电路和波形如下图所示：

（2）倍压整流电路

利用滤波电路的存储作用，由多个电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压，称为倍压整流电路，常见的倍压整流电路如下图所示：

（3）其他形式的滤波电路

电感滤波 ：在大电流负载情况下，由于负载电阻很小，若采用电容滤波，则电容容量势必很大，而且整流二极管的冲击电流也非常大，这种情况下应采用电感滤波，一般采用有铁芯的线圈。电路如下图所示：

4、稳压电路

（1）稳压管稳压电路

稳压二极管工作在反向截止区，利用二极管的反向截止特性工作，但是为了防止电流过大使二极管度过反向截止区达到反向击穿区，通常在回路中经常串联限流电阻来保护稳压二极管。

（2）串联稳压电路

（3）三端稳压器的应用

常见的正输出三端稳压器有LM78XX系列，其中XX代表输出的电压，输出电压一般有5V，6V，9V，12V，15V，18V等几个档次。

常见的负输出三端稳压器有LM79XX系列，其中XX代表输出的电压。

常见的三端可调稳压器有LM117，LM317等芯片，输出电压一般在1.25V至30V左右。

（4）开关型稳压电路

之前所接触的直流稳压电源一般都是遵循变压，整流，滤波，稳压四个阶段将交流电变为直流电，随着电子技术的发展，出现了一种节省变压器损耗的电源结构，即开关电源，这种电源一般是将市电的220V直接整流，然后通过PWM调制技术来控制输出的电压，这种电源内部会有一个开关芯片，通过这个芯片进行PWM控制开关管，来控制电压的输出。

按调整管与负载的连接方式可以分为串联型和并联型；按稳压的控制方式分可以分为脉冲宽度调制型（PWM），脉冲频率调制型（PFM）和混合调制（脉宽—频率调制）型。

例题分析：设计一款输出范围在1.25~20V可调的直流稳压电源，并写出设计过程。

解：基本直流稳压电源分为3个部分

（1）变压：一般采用变压器将220V交流信号转换为24V的交流信号（因为题目需要设计电源最大输出24V）

（2）整流：利用二极管的单向导电特性负责将交流信号转换为直流信号

（3）滤波：利用电容两端电压不能突变的原理将整流得到的脉动信号转换为较为平缓的尖峰脉冲

（4）稳压：利用稳压器件将尖峰脉冲转换为无限接近直流信号的电压输出

具体电路如下图所示：

电源输入：保险丝F1，压敏电阻R3和CBB电容器C3组成了电源输入电路

变压电路：变压器T1组成变压电路，将220V交流电压变为24V交流电压

整流电路：二极管D1，D2，D4，D5构成全桥整流电路，负责将24V交流信号转为直流信号

滤波电路：电容C1，C4，C2组成电路的滤波部分，用于稳定电压波形

调压电路：调压电路由U1，D3，R1，R4，D6组成，其中D3属于续流电路，当U1的第3管脚断电之后，将C2电容和C4电容的残存电荷通过D3释放，防止损坏器件。由于要求输出电压最高能达到20V，所以输入端的电压至少要大于20V才可以。

注：压敏电阻：属于电压敏感元件，当两端的电压在额定范围之内时，压敏电阻的阻值处于无穷大，即开路状态，一旦两端电压超过额定范围，压敏电阻的阻值会立即降到很小，配合保险丝熔断交流电压的输入。

CBB电容：又称为聚丙烯电容器，能抗高电压、大电流冲击，具有损耗小，电性能优良，可靠性高和自愈性能。