直流稳压电源简介及功能

1.直流稳压电源概念

直流稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。

2.直流稳压电源分类

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源。

（1）线性稳压电源。

线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50 Hz）上，所以重量较大。

该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。

（2）开关稳压电源。

与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路形式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它的变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。

开关电源的优点是体积小，质量小，稳定可靠；缺点是相对于线性电源来说纹波较大（一般≤1%VO（P-P），好的可做到十几mV（P-P）或更小）。它的功率可自几瓦至几千瓦均有产品。价位为3元至十几万元/瓦，下面就一般习惯分类介绍几种开关电源：

① AC/DC。

该类电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦至几千瓦均有产品，用于不同场合。属此类产品的规格型号繁多，据用户需要而定通信电源中的一次电源（AC 220输入，DC 48 V或24 V输出）也属此类。

② DC/DC。

该类电源在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。

③ 通信电源。

通信电源其实质上就是DC/DC变换器式电源，只是它一般以直流-48 V或-24 V供电，并用后备电池作DC供电的备份，将DC的供电电压变换成电路的工作电压，一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种，以后者可靠性最高。

④ 电台电源。

电台电源输入AC 220 V/110 V，输出DC 13.8 V，功率由所供电台功率而定，几安几百安均有产品。为防止AC电网断电影响电台工作，而需要有电池组作为备份，所以此类电源除输出一个13.8 V直流电压外，还具有对电池充电自动转换功能。

⑤ 模块电源。

随着科学技术飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高，模块电源越来越显示其优越性，它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用。国内虽有相应模块生产，但因生产工艺未能赶上国际水平，故障率较高。

DC/DC模块电源虽然成本较高，但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看，特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看，选用该电源模块还是合算的，在此还值得一提的是罗氏变换器电路，它的突出优点是电路结构简单，效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。

⑥ 特种电源。

高电压小电流电源、大电流电源、400 Hz输入的AC/DC电源等，可归于此类，可根据特殊需要选用。开关电源的价位一般在2～8元/瓦，特殊小功率和大功率电源价格稍高，可达11～13元/瓦。

3.直流稳压电源的技术指标

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。对稳压电源的性能，主要有以下要求：

（1）电压调整率。

负载电流I0及温度T不变而输入电压UI变化时，输出电压UO的相对变化量ΔUO/UO与输入电压变化量ΔUI之比值，称为电压调整率，即

一般直流稳压电源的电压调整率SU为1%、0.1%、0.01%不等，其值越小，稳压性能越好。电压调整率也可定义为：在负载电流和温度不变时，输入电压变化±10%时，输出电压的变化量ΔUO，单位为毫伏。(www.xing528.com)

（2）稳压系数。

稳压系数定义为负载不变时，输出电压相对变化量和输入电压相对变化量之比，即

式中，UI为稳压电路输入直流电压，即整流电路的输出电压。

一般情况下Sr在10-4～10-2数量级。显然，Sr越小稳压电路输出电压的稳定性越好。

（3）负载调整率（亦称电流调整率）。

在交流电源额定电压条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量用百分数表示

（4）输出电阻（内阻）。

当输入电压固定时，输出电压变化量与负载电流变化量之比，称为输出电阻RO，亦称内阻，即

RO单位为欧姆。RO的大小反映了当负载变动时，稳压电路保持输出电压稳压的能力。RO越小负载能力越强，一般RO＜1 Ω。

（5）最大纹波电压与纹波抑制比。

所谓纹波电压，是指输出电压中50 Hz或100 Hz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。

叠加在输出电压上的交流分量的峰-峰值称为最大纹波电压ΔUIP-P，一般为毫伏级。在电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越大。因此，纹波电压应在额定输出电流情况下测出。

纹波抑制比SR定义为稳压电源输入纹波电压峰—峰值ΔUIP-P 与输出纹波电压峰-峰值ΔUOP-P之比，并取对数，即

SR单位为分贝（dB）。在质量指标中电压调整率、稳压系数是描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标，负载调整率（亦称电流调整率）、输出电阻（内阻）是描述负载变化对输出电压影响的技术指标，最大纹波电压与纹波抑制比反映了稳压电源对其输入端引入的交流纹波电压的抑制能力。

4.直流稳压电源工作原理

（1）整体电路框图，如图8.2所示。

直流稳压电源工作原理

图8.2　直流稳压电源的原理框图和波形变换

整体电路由以下四部分构成：

电源变压器：将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。

整流电路：将交流电压U2变为脉动的直流电压U3。

滤波电路：将脉动直流电压U3转变为平滑的直流电压U4。

稳压电路：当电网电压波动及负载变化时，保持输出电压Uo的稳定。

（2）电路原理分析。

本次设计首先采用变压器把220 V交流电变成所需要的电压。利用二极管的单向导电性，可以设计出把交流电变成直流电的电路；再根据电容的滤波作用，输出纹波较小的直流电，从而得到平滑的直流电压；最后通过稳压块的稳压作用，就可以得到输出稳定的直流电。

由输出电压Uo、电流Io确定稳压电路形式。通过计算极限参数（电压、电流和功率）选择器件有稳压电路所要求的直流电压（Ui）、直流电流（Ii）输入确定整流滤波电路形式，选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii（有效值）即变压器功率。由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施。在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分电路组成。下面分别就稳压电源的四个组成部分分别分析其原理。