如何實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)？電路圖解析

直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)實(shí)例--使用晶體管。

低紋波直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)基于晶體管顯示在這里。這種晶體管穩(wěn)壓器適用于需要高輸出電流的應(yīng)用。常規(guī)一系列綜合監(jiān)管機(jī)構(gòu)，像7805只能提供高達(dá)1A。其他系列通晶體管被添加到7805穩(wěn)壓電路，為改善他們目前的能力。

說(shuō)明：

如下所示的電路是一個(gè)基本的基于晶體管的串聯(lián)穩(wěn)壓器。晶體管Q1(2N 3054)和Q2(2N 3055)，形成一個(gè)達(dá)林頓對(duì)。電阻R1 Q1的電流提供了基礎(chǔ)，也保持在活躍的地區(qū)的齊納二極管D2。解釋兩種情況可以證明該電路的整體工作。

當(dāng)輸入電壓(輸出整流部分)的增加，穩(wěn)壓器的輸出電壓(Vout)也增加了 。這VOUT的增加，因?yàn)辇R納二極管D2擊穿區(qū)域的經(jīng)營(yíng)，降低Q2的基極發(fā)射極電壓和它兩端的電壓是不變的。Q2的集電極發(fā)射極電阻，使輸出電壓(VOUT)獲取相應(yīng)減少這種減少在V BE增加。

當(dāng)輸出負(fù)載增加，輸出電壓(Vout)被降低。這種輸出電壓(VOUT)的減少，使得Q2的 V BE減少。這降低Q2的集電極發(fā)射極電阻，所以輸出電壓會(huì)相應(yīng)增加。

直流穩(wěn)壓電源

注意事項(xiàng)

如果5A橋是不可用，然后再使用6A6二極管。

晶體管Q2需要一個(gè)散熱器。

可以添加一個(gè)可選的5A保險(xiǎn)絲串聯(lián)輸出。

的齊納二極管D2的擊穿電壓必須根據(jù)你需要的輸出電壓選擇，它是根據(jù)公式，輸出電壓= VZ - 0.7。

本文以豐富的開(kāi)關(guān)電源案例分析，介紹單端正激式開(kāi)關(guān)電源，自激式開(kāi)關(guān)電源，推挽式開(kāi)關(guān)電源、降壓式開(kāi)關(guān)電源、升壓式開(kāi)關(guān)電源和反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源。隨著全球?qū)δ茉磫?wèn)題的重視，電子產(chǎn)品的耗能問(wèn)題將愈來(lái)愈突出，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個(gè)急待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但它存在著效率低(只有40%-50%)、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)。為了提高效率，人們研制出了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)85%以上，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高、不使用電源變壓器等特點(diǎn)，是一種較理想的穩(wěn)壓電源。正因?yàn)槿绱?，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，本文對(duì)各類開(kāi)關(guān)電源的工作原理作一闡述。

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見(jiàn)下圖。

對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓U?？捎晒接?jì)算，

即Uo=Um×T1/T

式中Um為矩形脈沖最大電壓值;T為矩形脈沖周期;T1為矩形脈沖寬度。

從上式可以看出，當(dāng)Um與T不變時(shí)，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們?cè)O(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。

開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖二所示。交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路。控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

2.單端反激式開(kāi)關(guān)電源單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器T初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器T初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過(guò)次級(jí)繞組及VD1整流和電容C濾波后向負(fù)載輸出。

單端反激式開(kāi)關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20-100W，可以同時(shí)輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對(duì)固定的負(fù)載。單端反激式開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20-200kHz之間。

3.單端正激式開(kāi)關(guān)電源單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖四所示。

這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，VD2也導(dǎo)通，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感L儲(chǔ)存能量;當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感L通過(guò)續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開(kāi)關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50-200W的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因?yàn)檫@個(gè)原因，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少。

4.自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖五所示。

這是一種利用間歇振蕩電路組成的開(kāi)關(guān)電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。

一、穩(wěn)壓電源

1、3～25V電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路圖

此穩(wěn)壓電源可調(diào)范圍在3.5V～25V之間任意調(diào)節(jié)，輸出電流大，并采用可調(diào)穩(wěn)壓管式電路，從而得到滿意平穩(wěn)的輸出電壓。

工作原理： 經(jīng)整流濾波后直流電壓由R1提供給調(diào)整管的基極，使調(diào)整管導(dǎo)通，在V1導(dǎo)通時(shí)電壓經(jīng)過(guò)RP、R2使V2導(dǎo)通，接著V3也導(dǎo)通，這時(shí)V1、V2、 V3的發(fā)射極和集電極電壓不再變化(其作用完全與穩(wěn)壓管一樣)。調(diào)節(jié)RP，可得到平穩(wěn)的輸出電壓，R1、RP、R2與R3比值決定本電路輸出的電壓值。

元器件選擇： 變壓器T選用80W～100W，輸入AC220V，輸出雙繞組AC28V。FU1選用1A，F(xiàn)U2選用3A～5A。VD1、VD2選用 6A02。RP選用1W左右普通電位器，阻值為250K～330K，C1選用3300μF/35V電解電容，C2、C3選用0.1μF獨(dú)石電容，C4選用 470μF/35V電解電容。R1選用180～220Ω/0.1W～1W，R2、R4、R5選用10KΩ、1/8W。V1選用2N3055，V2選用 3DG180或2SC3953，V3選用3CG12或3CG80。

2、10A3～15V穩(wěn)壓可調(diào)電源電路圖

無(wú)論檢修電腦還是電子制作都離不開(kāi)穩(wěn)壓電源，下面介紹一款直流電壓從3V到15V連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電源，最大電流可達(dá)10A，該電路用了具有溫度補(bǔ)償特性的，高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成電路TL431，使穩(wěn)壓精度更高，如果沒(méi)有特殊要求，基本能滿足正常維修使用，電路見(jiàn)下圖。

其工作原理分兩部分，第一部分是一路固定的5V1.5A穩(wěn)壓電源電路，第二部分是另一路由3至15V連續(xù)可調(diào)的高精度大電流穩(wěn)壓電路。

第一路的電路非常簡(jiǎn)單，由變壓器次級(jí)8V交流電壓通過(guò)硅橋QL1整流后的直流電壓經(jīng)C1電解電容濾波后，再由5V三端穩(wěn)壓塊LM7805不用作任何調(diào)整就可在輸出端產(chǎn)生固定的5V1A穩(wěn)壓電源，這個(gè)電源在檢修電腦板時(shí)完全可以當(dāng)作內(nèi)部電源使用。

第二部分與普通串聯(lián)型穩(wěn)壓電源基本相同，所不同的是使用了具有溫度補(bǔ)償特性的，高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成電路TL431，所以使電路簡(jiǎn)化，成本降低，而穩(wěn)壓性能卻很高。

圖中電阻R4，穩(wěn)壓管TL431，電位器R3組成一個(gè)連續(xù)可調(diào)得恒壓源，為BG2基極提供基準(zhǔn)電壓，穩(wěn)壓管TL431的穩(wěn)壓值連續(xù)可調(diào)，這個(gè)穩(wěn)壓值決定了穩(wěn)壓電源的最大輸出電壓，如果你想把可調(diào)電壓范圍擴(kuò)大，可以改變R4 和R3的電阻值，當(dāng)然變壓器的次級(jí)電壓也要提高。

變壓器的功率可根據(jù)輸出電流靈活掌握，次級(jí)電壓15V左右。橋式整流用的整流管QL用15-20A硅橋，結(jié)構(gòu)緊湊，中間有固定螺絲，可以直接固定在機(jī)殼的鋁板上，有利散熱。

調(diào)整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發(fā)熱量很大，如果機(jī)箱允許，盡量購(gòu)買大的散熱片，擴(kuò)大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點(diǎn)的硅管，這樣可以做的體積小一些。

濾波用50V4700uF電解電容C5和C7分別用三只并聯(lián)，使大電流輸出更穩(wěn)定，另外這個(gè)電容要買體積相對(duì)大一點(diǎn)的，那些體積較小的同樣標(biāo)注50V4700uF盡量不用，當(dāng)遇到電壓波動(dòng)頻繁，或長(zhǎng)時(shí)間不用，容易失效。

最后再說(shuō)一下電源變壓器，如果沒(méi)有能力自己繞制，有買不到現(xiàn)成的，可以買一塊現(xiàn)成的200W以上的開(kāi)關(guān)電源代替變壓器，這樣穩(wěn)壓性能還可進(jìn)一步提高，制作成本卻差不太多，其它電子元件無(wú)特殊要求，安裝完成后不用太大調(diào)整就可正常工作。

二、開(kāi)關(guān)電源

1、PWM開(kāi)關(guān)電源集成控制IC-UC3842工作原理

下圖為UC3842 內(nèi)部框圖和引腳圖，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8個(gè)引腳，各腳功能如下：

①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性;

②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度;

③腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài);

④腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT);

⑤腳為公共地端;

⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns 驅(qū)動(dòng)能力為±1A ;

⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW;⑧腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力。