直流稳压电源方案浅析

  一切电子设备不能离开电，而电源就是将市电转化为电路所需功率电的设备，包括交流电源和直流电源两大类。直流稳压电源是一种将220V@50Hz的市电转化为稳压输出直流电的设备，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

  电源变压器：将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。核心是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。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： 清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。

  随着直流稳压电源的持续不断的发展，目前直流稳压电源已经广泛的用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等的直流供电。但随着直流稳压电源用途的增多，它的种类也慢慢变得多。直流稳压电源按工作原理可分为线性电源和开关电源两大类;按应用场合可分为修理电源、实验电源、万用电源和可调稳压源等;线性电源还可大致分为以下四类：1、多路可调直流稳压电源多路可调直流稳压电源是可调稳压电源的一种，其特点是一台电源提供两路甚至三四路可以独立设定电压的输出。

  基本上可以看成几台单路输出的电源合并使用，适用于需要多种电压供电的场合。高级一点的多路电源还具有电压跟踪功能，使几路输出能联动调节。2、精密可调直流稳压电源精密可调直流稳压电源是可调稳压电源的一种，其特点是电压电流调节分辨率比较高，电压设定精度优于0.01V。为了精确显示电压，目前主流的精密电源都采用多位数字表指示。

  电压和限流精密调节机构的解决方案不同，低成本的解决方案采用粗调和细调两个电位器，标准解决方案则采用多圈电位器，高档电源则采用单片机控制的数字化设定。3、高分辨率数控电源采用单片机控制的稳压电源也被称为数控电源，通过数控方式更容易实现精密调节与设定。精密稳压电源内部线路也比较先进，电压稳定性也比较好自身电压漂移小，通常适用于精密实验场合。

  精密直流稳压电源是国内的称呼国外进口电源基本没有标称精密电源，只有高分辨率电源和可编程电源。4、可编程电源编程电源是用单片机以数字化形式控制的可调稳压电源，其设定的参数可以存储起来供日后调用。可编程电源设定的参数比较多，包括基本的电压设定、功率限制设定、过流设定以及扩展的过压设定等信息。通常可编程电源具有较高的设定分辨率，电压和电流参数的设定都能够最终靠数字键盘输入。中高档的可编程电源自身电压漂移也很小，多用于科研场合。

  交流电压是经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。开关电源控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。开关电源可分为以下七类：

  单端反激式开关电源的典型电路：电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧，所谓的反激是指当开关管VT1导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容C滤波后向负载输出。

  单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20-100W，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

  单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20-200kHz之间。

  单端正激式开关电源的典型电路：这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量;当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。

  在电路中还设有钳位线的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50-200W的功率。电路使用的变压器结构较为复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。

  自激式开关稳压电源的典型电路：这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前普遍的使用的基本电源之一。

  当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。

  自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。

  推挽式开关电源的典型电路：它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器T次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500W范围内。

  降压式开关电源的典型电路：当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输人的整流电压经VT1和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。

  升压式开关电源的稳压电路：当开关管VT1导通时，电感L储存能量。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。

  反转式开关电源的典型电路：这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。

  当开关管VT1导通时，电感L储存能量，二极管VD1截止，负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管VT1截止时，电感L中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1向负载供电，同时给电容C充电。

  一款可调直流稳压电源会用到哪些电子元器件呢?我们整理了两款稳压电源的BOM清单，仅供参考学习。

  直流稳压电源是工程师常用的设备，研发和设计者还得是电源工程师，需要过硬的基础电路及设计基础。拍明芯城是快速撮合的元器件交易买卖平台，过去数年已积累了极具优势的元器件货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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