直流稳压电源的组成

直流稳压电源主要由四部分组成:电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路

 

1. 电源变压器

电源变压器是一种软磁电磁元件,功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。

 

2. 整流电路

“整流电路”(recTIfying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20 世纪 70 年代以后,主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。

 

整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电,这就是交流电的整流过程,整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压,而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。

 

3. 滤波电路

滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器 C,或与负载串联电感器 L,以及由电容,电感组成而成的各种复式滤波电路。

 

4. 稳压电路

稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源,广为各种电子设备所采用。

 

直流稳压电源主要技术指标

直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,反映直流稳压电源的固有特性,如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围;另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。

 

1、特性指标

(1)输出电压范围

符合直流稳压电源工作条件情况下,能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入-输出电压差所规定,而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。

 

(2)最大输入-输出电压差

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所允许的最大输入-输出之间的电压差值,其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。

 

(3)最小输入-输出电压差

该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所需的最小输入-输出之间的电压差值。

 

(4)输出负载电流范围

输出负载电流范围又称为输出电流范围,在这一电流范围内,直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。

 

2、质量指标

(1)电压调整率 SV

电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标,又称为稳压系数或稳定系数,它表征当输入电压 VI 变化时直流稳压电源输出电压 VO 稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。

 

(2)电流调整率 SI

电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标,又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时,直流稳压电源对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压的波动的抑制能力,在规定的负载电流变化的条件下,通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。

 

(3)纹波抑制比 SR

纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力,当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时,纹波抑制比常以输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比表示,一般用分贝数表示,但是有时也可以用百分数表示,或直接用两者的比值表示。

 

(4)温度稳定性 K

集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度 TI 最大变化范围内(Tmin≤TI≤Tmax)直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。

 

五款直流稳压电源电路图

电路图一:

整个电路通过单片机(AT89C51)控制,P0 口和 DAC0832 的数据口直接相连,DA 的 CS 和 WR1 连接后接 P26,WR2 和 XFER 接地,让 DA 工作在单缓冲方式下。DA 的 11 脚接参考电压,通过调节可调电阻使 LM336 的输出电压为 5.12V,所以在 DAC 的 8 脚输出电压的分辨率为 5.12V/256=0.02V,也就是说 DA 输入数据端每增加 1,电压增加 0.02V。

 

 

电路图二:

电容降压的 5V 直流稳压电源,下面这个电源,最大可以提供约 55mA 电流:

 

 

电容降压的 5V 直流稳压电源下面这个电源,最大可以提供约 120mA 电流:

 

 

0-300v 可调输出电路,这个电路为了与市电隔离加了一个 1:1 的变压器,可以不用这个变压器而直接输入市电,当然安全上会降低,但不影响使用。

 

电路图三:

 


电路工作原理:C1 和 C2 与电源滤波器 TLP 组成 TI 型低通电源滤波电路,以消除工频干扰。前级预稳压采用三端稳压體 7818,在 7818 的输人和输出端分别接两个大电解电容 C7. C9,以得到纹波很小的直流电压,同时也接两个小容量的钽电解电容 C8、C10, 以改善负载瞬态响应并抑制器件本身因外电路引发的高频自激。后级稳压包括由 LM399 组成的精密电压源、通用运算放大器 LM741 组成的误差电压放大器、以及晶体管 V1、V2 组成的放大缓冲调压电路。LM399 的温度稳定器由+ 18V 电源供电,稳压时提供的基准电压为 6.95V ,动态内阻 0.52,噪声电压小于 0.7uV ,温度系数为 0.000000 3/*C. 长期工作稳定性在 20PPM/ 千小时。从电路图。上可以看出,LM741 被接成一个带负反馈的高增益直流差分放大器电路。R4 和 R5 组成电压采样回路,采样信号 VG 送到 LM741 的反向输人端,与同相输人端的基准电压信号 VREF 相比较,产生的误差控制信号由其第 6 脚输出,经晶体管 V2 缓冲放大驱动调整管 V1,动态改变 V1 的管压降,从而获得稳定的电压输出。RP 为 WXD]型精密线绕电位器,旋动 RP 中心抽头的位置,可连续调节稳压电源的输出电压。在图中的参数下,输出电压范围为 1.0-15V ,输出电流小于等于 500mA。当外电路电压在 156~ 260V 的变化条件下,用 51/2 位数字万用表测量仅 1LSB 的变化,纹波电压小于 0.2mV,

 

电路图四:

电路如图 1 所示(点此下载原理图)。由于 LM317 最大输出电流为 1.5A,且当输入与输出端压差过大时功耗,故采用 Q1 大功率三极管来扩展输出电流。RP 为线绕电位器,可精确调整输出电压的大小,Q2 是为避免 RP 触点接触不良时,导致输出电压高于设定电压而设置,一般情况下 Q2 截止,一旦 RP 触点开路,则 Q2 通过 RP 提供的偏置电压而导通,使调整端电压下降,从而使输出电压变低。R1、R2、R3、Q3 及 K2 组成电流范围检测电路,当负载电流在电阻 R1 或 R2 或 R3 上产生的压降达到 0.3V 时,Q3 导通,使 Q4 触发导通,JK 吸合,输出被切断,LED2 熄灭,LED1 变亮,指示此时为过流限制状态。按动 K1 即可恢复正常输出状态,可控硅 G 极的 C6 起抗干挠作用,可减少可控硅的误触发。

 

 

LED2 除作工作状态指示外,还是该电源空载时的负载,使输出电压在有负载与空载时相差不大。电路中的电压表可用万用表代替。

 

该电源的元件型号及数值已在图中标出,组装后无须调试即可使用。需注意的是 Q1 应选大功率三极管并加装散热片。整流桥 D1 应大于 3A。LED1 和 LED2 用不同颜色的发光二极管。R1、R2、R3 的阻值可根据自己需要确定,转换开关 K2 应接触良好,否则会影响使用。

 

电路图五:

稳压电路由电源开关 SI、电源变压器 T、整流桥堆 UR、电容器 C-C3、三端稳压集成电路 IC1、IC3 和电阻器 RO-RI0 等组成。

 

输出电压控制电路由控制按钮 S2. 复位按钮 S3、电阻器 RI-R31,晶体管 V-VIO、发光二极管 VL-VU0 和十进制计数 / 分配器集成电路 1C2 等组成。限于篇幅,电路中 RI2-RI9. R22-R29. VL2-VL9 和 V2-V9 未画出。接通 Sl,交流 220V 电压经 T 降压、UR 整流、C 和 C2 滤波后,一路作为稳压输人电压加至 IC 的 3 脚,经 IC 稳压后输出;另一路经 IC3 稳压为+9V,作为 IC2 的工作电源。

 

 

IC2 在通电复位后,其 YO 端(3 脚)输出高电平,使 v 导通,R 经 V 的导通内阻接地,而接人稳压电路(R2-RI0 经 V 的导通内阻对地短路)使 1C 稳压后的输出电压为+1.5V;同时 VU 点亮,指示输出电压值为+1.5V。

 

按动一下 S2,IC2 的 CP 端(14 脚)输大一个高电平脉沖,1C2 开始计数,其 Y 端输出高电平,使 V2 导通,RI 和 R2 接人稳压电路(R3-RIO 经 V2 的导通内阻接地短路),IC 的输出电压升至+3V, VL2 点亮;与此同时,1C2 的 YO 端变为低电平,V 截止,VL 熄灭。

 

连续按动 S2, 1C2 的 YO- Y9 输出端将依次轮流输出高电平,IC 伯输出电压以 1.5V 步迸升高,同时相应的发光二极管点亮,指示出输出电压值。当 1C2 的 Yg 端输出高电平时,VIO 导通,R1-RIO 全部接入稳压电路,IC 的输出电压为+1.5V;同时 VLO 点亮,指示输出电压为+I5V。

 

按动复位按钮 S3 后,IC2 强制复位,其 M 端输出高电平,1C 的输出电压为+1.5V。改变 RO- RIO 的阻值,可改变稳压输出电压的高低。元器件选择 RO- RIO 均选用 1/2W 精密金属膜电阻器 RII-R31 选用 1/4W 金属膜电阻器或碳膜电 C 和 C2 均选用铝电解电容器,C 的耐压值为 35V, C2 的耐压值为 25V。

 

VL-VUO 选用 p3mm 或 p5mm 的发光二极管。UR 选用 2A、50V 的整流桥堆。VI-VIo 均选用 S8050 或 C8050、3DG8050 型硅 NPN 晶体管。

 

IC 选用 LM317 型三端可调稳压集成电路;IC 2 选用 CD4017 或 MC14017 型十进制计数 / 分配器集成电路;IC 3 选用 LM7809 或 CW7809 型三端稳压集成电路。

 

T 选用 lOW、二次电压为 18V 的电源变压器。

 

S1 选用 250V. 触头电流容量为 SA 的电源开关;S2 和 S3 均选用微型动合按钮。