串联型直流电源.docx

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串联型直流电源

稳压电源电路

图1是使用晶体三极管的输出电压可调的稳压电源。

该电路是通过改变与负载串联的大功率晶体三极管Tr1的管压降来调节输出电压。

输出电压Vout由A点的电压，即Vref+VBE2决定。

Vout=（R3+VR1+R4）（Vref+Vbe2）/（VR1+R4）

式中Vref是稳压二极管的电压（5.1V），VBE2是晶体三极管Tr2基极发射极间的电压（0.65V>，VR1是可变电阻。

由于VR1的阻值变化范围是0～5kΩ，所以输出电压的变化范围为7.6～12.8V。

当VR1的滑动部分接触不良时，输出电压会变为最小电压。

调整管Tr1的最大消耗功率为3A×（15V-8V）=21W，所以应安装在4℃／W以下的散热器上。

由于VBE2会随温度和IC2的变化而变化，所以该稳压电路和稳压特性不是太好。

在图1的电路中，电路没有过流保护的功能，当输出端出现短路时输入的15V电压将全部加在Tr1上，导致Tr1瞬间被烧毁。

图2（a）是过流保护电路。

在Tr1的发射极电路中增加一个串联电阻Rs和一个小功率三极管Tr3，就可以在电路的输出端出现短路时，对Tr1上流过的电流加以限制。

在正常工作时由于Rs电阻上的电压降很小，所以Tr3截止。

在电路的输出电流增大时，RS电阻上的电压降也随之增加，当RS电阻上电压降（Tr3的VBE3）超过0.65V时，Tr3导通，Tr3的VCE变小。

Tr1的VBE1也随之变小，于是流过Tr1的输出电流就会被限定在某一个设定的值。

在该电路中电流的限定值为0.65V／Rs≈2A。

另外图2（a）的电路还可以用作发光二极管的恒流源电路。

应用时将图2（a）电路的输出端接地，Tr1的集电极与发光二极管相连接。

图2（b）是该电路的限流特性。

0～24V可调直流稳压电源电路的设计方法

2009-11-0313:

28:

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电子技术|标签：

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来源：

中电网作者：

唐金元王翠珍

1引言

电子电路要正常工作，电源必不可少，并且电源性能对电路、电子仪器和电子设备的使用寿命、使用性能等影响很大，尤其在带有感性负载的电路和设备（如电机）中，对电源的性能要求更高。

在很多应用直流电机的场合中，要求为电机驱动电路提供1个其输出能从0V开始连续可调（0～24V）的直流电源，并且要求电源有保护功能。

实际上就是要求设计一个具有足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路。

该电路的设计关键在于稳压电路的设计，其要求是输出电压从0V开始连续可调；所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调；输出电压应能够适应所带负载的启动性能。

此外，电路还必须简单可靠，能够输出足够大的电流。

2电路的设计

符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：

（1）晶体管串联式直流稳压电路。

电路框图如图1所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。

因输出电压要求从0V起实现连续可调，因此要在基准电压处设计辅助电源，用于控制输出电压能够从0V开始调节。

单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。

（2）采用三端集成稳压器电路。

如图2所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0V起连续可调，因要求电路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。

该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。

（3）用单片机制作的可调直流稳压电源。

该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得0～24V，0.1V步长，驱动能力可达1A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分，硬件部分原理图如图3所示。

正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和输出端的压差以降低LM317和LM337的功耗。

稳压电路由三端稳压芯片LM317（负压用LM337）及外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。

电阻网络的每个电阻都需要精密匹配，电阻的精密程度直接影响输出电压的精度。

电压电流采样电路由单片机控制实时对当前电压电流进行采样，以修正输出电压值。

掉电前重要数据存储电路用以保存当前设置的电压值，可以方便用户在重新上电后不用设置，而且也不会因为电压值过高损坏用户设备。

该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。

在实际中，如果对电路的要求不太高（这种情况较多），多采用第二种设计方案。

3实际电路的设计

电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。

其中IC为三端集成稳压器。

晶体管T，阻R3，和电容器C组成软启动电路。

电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。

电容C2为输出滤波电容。

（1）三端集成稳压器LM317及其调压原理。

图4中IC采用了LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37V，输出电流可达1.5A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。

其输出电压的调节原理如图5所示。

由于LM317的2，3脚之间的电压U32为一稳定的基准电压（1.25V），故有：

其中，R1为固定电阻，故调节R2可以调节输出电压UO，并且UO的最小值为1.25V。

（2）电压补偿电路的设计。

因要求输出电压从0V起调，LM317集成稳压器不能直接满足要求，需设计一个电压补偿电路，抵消LM317的1.25V最小输出电压。

电压补偿电路由电阻R4和二极管D组成。

式中，U3为LM317的3脚电压；UO为输出电压；UD为二极管D的正向压降，即为补偿电压，其值略大于LM317的基准电压（1.25V）。

这里用3只串联的锗材料整流二极管的导通压降来实现。

当调节R2少，使U3达到与UD相等时，输出电压即为0V。

之后，当调节R2逐渐增大时，UO即由0V开始增大。

由于负载电流流过D，故D的最大工作电流应能适应负载电流的要求。

图5中R4用于给D提供工作电流。

（3）软启动电路设计。

软启动电路由晶体管T，电阻R3，R和电容器C组成。

其作用是使电路输出电压UO有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载（如直流电机）的启动特性。

当输入电压UI接入时，因C上的电压不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使U2（LM317的2脚电位）和U3都很低，故UO很小，随着C的充电，T的基极电位下降，其集电极电位（即U2）升高，使U3升高（因U32为一稳定电压），所以UO也升高。

当C充满电时，T被截止，启动电路失去作用，UO也达到设定值。

启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。

（4）改进方案。

由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现0～24V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的，如果将电位器R2用一个电位器R2'和电阻R档串联实现，通过一个开关实现电阻R档的改变从而改变输出电压的范围，并在所选择的输出电压范围内通过改变电位器R2'的阻值得到所需要的准确的直流电压输出。

电路如图6所示。

（5）电路主要测试数据。

接上电源变压器和整流滤波电路以后对电路进行测试的结果为：

电路在负载为1A时输出电压调整范围如表1所示；在输出电压为额定值（24V）下的负载特性如表2所示。

电网电压波动±10％（负载电流1A）情况下输出电压如表3所示。

4结语

该稳压电路应用三端集成稳压电器，并加入补偿电压的方法解决LM317系列输出电压不能从0V开始起调的问题。

软启动电路的引入适应负载的启动特性。

电路的结构简单、功能完善、可靠性高。

具有过流保护的直流可调稳压电源本电源的主要器件是通用稳压集成块ＬＭ７２３，内部含有启动电路、恒流源、基准稳压源、过流保护等电路。

配合大功率调整管，可输出０～２０连续可调的稳定电压，最大输出电流可达２Ａ，并且具有过流保护功能，可作为手机、ＢＰ机的维修电源，也可用于蓄电池充电。

电路见图１，正常使用时，红色和绿色发光二极管同时闪亮，调节电位器Ｗ可使输出电压在０～２０范围内调节。

当输出端出现过流或短路时，Ｒ１两端的压降大于０．６Ｖ，Ｑ３、Ｑ４导通，此时绿灯熄灭，Ｄ７导通，ＬＭ７２３的紒紞矠脚电压下降接近０Ｖ，内部检测电路动作，紒紜矠脚输出高电压２３Ｖ，使Ｑ１、Ｑ２截止，因此无电压输出，起到保护作用。

只有关机后重新开机才有输出。

为保证调整管Ｑ１输出额定电流时不被烧坏，应加装足够大的散热片。

整个电源可用塑料盒作机壳，前面板装电流表、电压表、开关、调节电位器。

输出接线端子以及红绿色发光二极管。

本电路只要元件良好，无需调试即可正常工作。

其中Ｑ１最好采用进口的Ｃ２８１９、２Ｎ３３９５等大功率管，ＩＣ可用ＬＭ７２３、ＭＣ１７２３等。

串联稳压电路串联稳压电路图

串联型稳压电路

串联型稳压电路属直流稳压电源中的一种，在实际应用电路中应用非常广泛。

如我们平常常用的78或79系列三端稳压器也是属于它的一种。

整流滤波后的电压是不稳定的电压，在电网电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大。

所以，整流滤波后，还须经过稳压电路，才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。

在这里我们就用串联型稳压电路对其进行稳压。

串联型稳压电路基本结构及原理

见下图。

当输入电压（VI）改变时，能自动调节（VCE）电压的大小，使输出电压（Vo）保持恒定。

例如：

VI↑→Vo↑→经取样和放大电路后→IB↓→VCE↑→Vo↓

VI是整流滤波后的电压，T为调整管，A为比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管Dz与限流电阻R构成。

R1与R2组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。

集成线性稳压电路

如果将前述的串联型稳压电源电路全部集成在一块硅片上，加以封装后引出三端引脚，就成了三端集成稳压电源了。

正电压输出的78××系列，负电压输出的79××系列。

其中××表示固定电压输出的数值。

如：

7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等，指输出电压是+5V、+6V、+9V、+12V、+15V、+18V、+24V。

79××系列也与之对应，只不过是负电压输出。

这类稳压器的最大输出电流为1.5A，塑料封装（TO-220）最大功耗为10W（加散热器）；金属壳封装（TO-3）外形，最大功耗为20W（加散热器）。

线性串联型稳压电路

这种稳压电路的主回路由调整管T与负载相串联构成，且T工作在线性状态，故称为线性串联式稳压电路。

输出电压Vo=VI-VCE，其变化量由反馈网络取样，并经放大电路（A）放大后去控制调整管T的基极电压，从而改变调整管T的VCE大小。

当输入电压VI增加（或负载电流Io减小）时，导致输出电压Vo增加，随之反馈电压VF=R2Vo/（R1+R2）=FvVo也增加（Fv为反馈系数）。

VF与基准电压VREF相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使调整管的VB和IC减小，于是调整管T的c-e间电压VCE增大，使Vo下降，从而维持Vo基本恒定。

显然，这是电压负反馈电路基本性能。

串联稳压电路图：

串联稳压电路图一

串联稳压电路图二

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∙串联稳压电路

大功率可调稳压电源电路

无论检修电脑还是电子制作都离不开稳压电源，下面介绍一款直流电压从3V到15V连续可调的稳压电源，最大电流可达10A，该电路用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，使稳压精度更高，如果没有特殊要求，基本能满足正常维修使用，电路见下图。

如图所示大功率可调稳压电源电路图

其工作原理分两部分，第一部分是一路固定的5V1.5A稳压电源电路。

第二部分是另一路由3至15V连续可调的高精度大电流稳压电路。

第一路的电路非常简单，由变压器次级8V交流电压通过硅桥QL1整流后的直流电压经C1电解电容滤波后，再由5V三端稳压块LM7805不用作任何调整就可在输出端产生固定的5V1A稳压电源，这个电源在检修电脑板时完全可以当作内部电源使用。

第二部分与普通串联型稳压电源基本相同，所不同的是使用了具有温度补偿特性的，高精度的标准电压源集成电路TL431，所以使电路简化，成本降低，而稳压性能却很高。

图中电阻R4，稳压管TL431，电位器R3组成一个连续可调得恒压源，为BG2基极提供基准电压，稳压管TL431的稳压值连续可调，这个稳压值决定了稳压电源的最大输出电压，如果你想把可调电压范围扩大，可以改变R4和R3的电阻值，当然变压器的次级电压也要提高。

变压器的功率可根据输出电流灵活掌握，次级电压15V左右。

桥式整流用的整流管QL用15－20A硅桥，结构紧凑，中间有固定螺丝，可以直接固定在机壳的铝板上，有利散热。

调整管用的是大电流NPN型金属壳硅管，由于它的发热量很大，如果机箱允许，尽量购买大的散热片，扩大散热面积，如果不需要大电流，也可以换用功率小一点的硅管，这样可以做的体积小一些。

滤波用50V4700uF电解电容C5和C7分别用三只并联，使大电流输出更稳定，另外这个电容要买体积相对大一点的，那些体积较小的同样标注50V4700uF尽量不用，当遇到电压波动频繁，或长时间不用，容易失效。

最后再说一下电源变压器，如果没有能力自己绕制，有买不到现成的，可以买一块现成的200W以上的开关电源代替变压器，这样稳压性能还可进一步提高，制作成本却差不太多，其它电子元件无特殊要求，安装完成后不用太大调整就可正常工作。

字串6

CW7800组成的大电流输出集成稳压电源电路

⑶扩大输出电流连接

二极管D以低消T管VBE压降而设置，扩大的输出电流为：

，原输出电流是Io，现可以近似扩大β倍。

⑷扩大输出电压范围

，所以：

⑸连接成恒流源电路

⑹三端可调式集成稳压电路

其型号有正输出三端可调式、负输出三端可调式两种。

是负电压输出可调式。

如LM317型是正电压输出型，LM337其输出电压可在1.25～40V之间调节。

其中，VREF=1.25V，而Iadj很小，通常略去，所以，由公式可得，只要调节R2就能在一定范围调节输出电压的大小。

具有正负输出的实际应用电路如下图所示。

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运放串联型稳压电源电路图

2010年11月20日16:

20本站整理作者：

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稳压电源（70）

图中所示是采用运算放大器串联型可调稳压电源的线路图,其输出电压可在6~25V间连续可调,最大输出电流可达1A.

直流稳压电源设计及其串联应用

（2008/1/2410:

35）

摘要：

介绍了直流稳压电源设计环节中存在的实际问题及处理办法，并分析了直流稳压电源顺串和反串的情况，得出稳压电源顺串时能正常工作而反串时稳定输出电压比较小的电源不能正常工作的结论。

叙词：

直流稳压电源；顺串；反串Abstract：

Thethesisdescribedafewteaches，severalactualproblemsandthemethodsto　analysisand　handletheproblemsinthedesignofthedirectvoltage-stabilizingsource．Andthispaperanalyzesthespecificcircuitsoftheregulatedpowersupplybothinsuccessionandinreverse，drawingaconclusionthattheregulatedpowersupplycanworkproperlywhenconnectedsuccessionandtheregulatedpoweroutputvoltagecan’tworkproperly　whenconnectedinreverse，andfinallypointsoutconsiderab1eattentionshouldbepaidintheactualuselestwrongconclusionsbemade．Keywords：

regulatedpowersupply；connectedinsuccession；connectedinreverse1.前言

随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能，目前，市场上各种直流电源的基本环节大致相同，都包括交流电源、交流变压器（有时可以不用）、整流电路、滤波稳压电路等。

本文以三相交流电源供电的直流电源设计为例，介绍直流电源设计中一些问题的处理办法。

并就在实际应用中，多个直流稳压电源串联使用问题做了阐述。

2.直流稳压电源的设计

2.1整流变压器的设计

三相整流变压器的设计包括：

一、二次绕组的联结方式，二次侧电压的计算，一、二次侧电流的计算，容量的计算与确定，结构形式的选择等环节。

其中一、二次绕组的联结方式及二次侧电压的确定是我们重点分析的内容。

本文以某一步进电机驱动器的3个直流电源设计为例进行详细介绍，原理图如图1。

图1　步进电机驱动器直流电源设计的原理图

1、二次侧电压的确定

二次电压不仅与负载电压（即要设计的直流稳压电源电压）和整流电路有关，而且与稳压器件有关。

对于要求高的选桥式整流电路，用电容滤波稳压和稳压器稳压，对于要求低的则可以不稳压或用电容稳压。

如在图1中，+7V低压驱动，主要是用来锁相，其电流小、电压低，电压波动对驱动电源的工作状态影响不大，不用稳压；+110V用以高压驱动，断续式供电且频率很高，大的电流和电流变化率会产生很高过电压，因此要用电解电容稳压，电阻限流；+12V用于计算机和集成电路的电源，电流小、电压低，但要求电压稳定、纹波系数小，因此用电容和三端稳压器两级稳压。

对于不同的稳压手段，二次电压有着不同的确定方法，理论上这3个电压的计算式相同，即U2=Ud／2．34　或UL＝Ud／1．35，计算的3个二次电压分别为：

5.2V、81.5V和8.9V，但这样计算的结果在实际中不和适，因此，有些量必须用工程估算式来确定，如三相不可逆整流系统一般用公式UL=（0.9～1.0）·Ud估算，如果直流侧用电解电容滤波时、输出平均值会升高，一般用公式UL=Ud/2½估算；如果直流侧用电容和三端稳压器稳压，为了扩大稳压范围，Ud一般应升高3～6V，再用公式UL＝（0.9～1.0）·Ud估算。

这样确定的3个二次电压分别为：

UL7=0.9×7=6.3V，UL110=110/2½=78V,UL12=16×0.9=14.4V。

2、一、二次例电流计算及容量确定

二次电流要根据负载电流的大小和整流电路来定，在图1中采用三相桥式整流电路，用式I2＝（2/3）½Id求出3个二次电流有效值分别为：

3.26A、6.5A、1.63A，就得到3个二次电压和电流。

根据变压器一、二次功率近似相等原则，可求得一次电流I1＝1.45A，变压器的容量为S=953VA，按1.5kVA选变压器型号。

3、一、二次例绕组联结方式的确定

三相交压器绕组可以根据需要接成星形或Δ形。

三相整流电路一般用于大功率（即负载功率在4kW以上）整流，变压器通常接成Y／Δ、　Δ／Y2种。

Δ／Y接法可使电源线电流有2个阶梯，更接近正弦波，谐波影响小，可控整流电路用得比较多；Y／Δ接法可以提供单相交流电源，减小二次绕组电流，一般用于大功率二极管整流电路；对于小功率三相变压器有时也接成Y／Y型，虽然这种接法会给电网引入谐波．但毕竟其功率小，影响也较小。

总之，选的时候既要考虑对电网的影响，又要尽量减小绕组电流，降低绕组绝缘等级。

在图1中，7V和12V电流比较小，电压低，选星形接法；110V电流大，电压不是太高，选Δ形接法，可大大降低绕组中电流，减小绕组线径，延长使用寿命；一次绕组的线电压虽然高（380V），但变压器容量只有2kW，一次电流为1.45A，所以选星形接法，可降低绕组的电压和绕组的绝缘等。

2.2整流电路设计

三相整流电路通常有三相半波整流电路和三相桥式整流电路，由于三相桥式整流电路输出平均电压高，电压脉动小，品质因数高，因此多使用桥式整流电路。

桥臂上二极管型号的选择主要是由它的额定电压和额定电流决定，额定电流和电压则由负载平均电流和电压决定，其计算式为：

ID＝（1／3）½·Id，ID（AV）=ID／1.57，UDn＝（1～2）2½·U2，由ID（AV）和UDn查二极管手册就可确定整流管的型号。

2.3滤波稳压电路设计

1、滤波电路及器件选择

整流滤波电路通常有电容、电感和RC等滤波电路。

电感滤波是利用电感对脉动电流产生反电动势，阻碍电流变化来实现的，电感越大，滤波效果越好。

它一般用于负载电流大、对滤波要求不高的场台。

RC滤波电路是电阻和电容连接使用的滤波电路，由于电阻会降低一部分直流电压，直流输出电压会减小，因此只适用于小电流电路。

电容滤波是利用电容的充放电作用使整流输出电压变得平稳，而且电压幅值升高，滤波效果好，适于各种整流电路。

滤波电容的选择主要是种类和容量、耐压值的确定。

常用的整流滤波电容有铝电解、钽电解、涤纶、独石电容等。

铝电解电容漏电流大，耐压和工作温度（最高+70℃）较低，但容量大；钽电解电容漏电流小，耐压和工作温度比铝电解电容都高，一般用于要求较高的地方；涤纶电容绝缘电阻大，损耗小，工作温度（最高+55℃）低，容量小，但耐压高；独石电容体积可以做得很小，耐压也可以做得很高，化学性能和热性能比较稳定，但容量小。

一般当整流输出电流大时，必须用电解电容滤波稳压；输出电流小时，用一般电容或电解电容滤波都可以，如果对直流输出电压有纹波系数要求或者为了防止高频噪音，用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好：

小容量电容可滤掉脉动直流中的高次谐波，　电解电容滤掉大幅值的低频成分，稳压范围宽、效果好。

整流滤波电路对电容器的容量和耐压值要求不是太高，一般根据输出电流大小估算电容器的容量，输出电流大，容量就大；电流小，容量就小。

但是，容量太大会降低输出电压值，太小则会导致电压脉动大、不稳定。

容量确定可参考表1，耐压值一般取所接电路工作电压的1.5～2倍。

2、稳压电路及器件选择

稳压电路有分立元件稳压电路和集成稳压电路2种，其中集成稳压电路主要用于低电压小电流的整流电路，具有体积小，电路简单，稳压精度高，使用调试方便等特点。

选择时首先要确定系列，是正电源还是负电源，是可调的还是固定的，其次是根据它的额定电压和额定电流选择具体型号；同时，稳压器在接入整流电路时要适当加一些