線性直流穩(wěn)壓電源詳解

線性直流電源

線性模式，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下（就是工作在放大區(qū)?。┑闹绷鞣€(wěn)壓電源。就比如三極管，有放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)一樣，調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，可這么來理解：RW是連續(xù)可變的，亦即是線性的。而在開關電源中則不一樣，開關管是工作只有開、關兩種狀態(tài)：開——電阻接近很小；關——電阻很大接近于無窮大。工作在開關狀態(tài)下的管子顯然不是線性狀態(tài)。所以直流穩(wěn)壓電源，會分為線性模式直流電源和開關模式直流電源。

線性直流電源（Linearpowersupply）是先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。要達到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓過程 穩(wěn)壓過程，是穩(wěn)壓電源的一個核心，所以對這里大致說明一下。細細的講的話會很復雜，不過只要我們知道一個規(guī)律，分析起來就很方便了。

穩(wěn)壓過程

如輸出電壓↑→誤差放大管基極電壓↑→誤差放大管基極電流↑→誤差放大管集電極電流↑→調(diào)整管基極電流↓（減小的那部分基極電流哪去了？被誤差放大管集電極分流了，調(diào)整管等效電阻↑→輸出電壓↓，完成了調(diào)整的目的。反之也一樣，↑變↓，掌握了這個規(guī)律，對于理解這個概念會很有幫助。

由于調(diào)整管相當于一個電阻，電流流過電阻時會發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會產(chǎn)生大量的熱，導致效率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個最主要的缺點。但線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點也是開關電源不可比的：調(diào)整速度快、紋波小、干擾小，正是這些優(yōu)點，使得線性穩(wěn)壓電路在數(shù)字電路、CPU供電（家電中的）、信號處理等對電源質量要求較高的電路中得到了廣泛應用。

基本工作原理

線性直流電源主回路的工作過程是輸入電源先經(jīng)預穩(wěn)壓電路進行初步交流穩(wěn)壓后，通過主工作變壓器隔離整流變換成直流電源，再經(jīng)過控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對線性調(diào)整元件進行精細調(diào)節(jié)，使之輸出高精度的直流電壓源，

線性直流電源產(chǎn)品可廣泛應用于科研、大專院校、實驗室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、充電設備等。

1、直流穩(wěn)壓電源的總體方框圖

2、穩(wěn)壓電源模塊電路的設計

2.1、電源變壓器

電源變壓器是一個降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V/Hz的交流電壓變換成符合需要的低交流電壓，并送給整流電路。變壓器的變壓比是初級電壓與次級電壓的比值，由變壓器的副邊輸出來電壓確定。

變壓器的主要參數(shù)有：

①變壓比：變壓器的變壓比是初級電壓與次級電壓的比值。

②額定功率：是變壓器在指定頻率和電壓下能連續(xù)工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。

③效率：是輸出功率與輸入功率之比，它反映了變壓器的自身損耗。 ④空載電流：變壓器在工作電壓下次級空載時（次級電流為零），初級線圈流過的電流稱為空載電流?？蛰d電流大的變壓器損耗大、效率低。

⑤絕緣電阻和抗電強度：絕緣電阻是指變壓器線圈之間、線圈與鐵心之間及引線之間的電阻。抗電強度是在規(guī)定的時間內(nèi)變壓器可承受的電壓，它是變壓器特別是電源變壓器安全工作的重要參數(shù)。

電源變壓器Tr的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的

2.2、整流電路

整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有單相半波整流濾波、橋式整流濾波等。

半波整流：利用了二極管的單向導電性，只輸出交流成分中的正電壓部分，電路非常的簡單易行，所用的二極管的數(shù)量也很少。但是，由于它利用了交流電壓的半個周期，所以輸出電壓較低，交流分量大，效率低。故這種電路僅僅適用于整流電流較小，對脈動要求也不是很高的場所。

單相橋式整流電路：由四個二極管組成，其構成原則就是，保證在變壓器副邊電壓的整個周期內(nèi)，負載上的電壓和電流的方向始終不發(fā)生變化。它實現(xiàn)了全波整流電路，將副邊輸出電壓的負半周期也充分利用了起來，所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下，輸出電壓平均值是半波整流電路的兩倍。

因此，綜合考慮，本電路設計采用單相橋式整流電路。

當變壓器“1”端為正、“2”端為負時，二極管VD2和VD4承受正向電壓而導通，VD1和VD3承受反向電壓而截止。此時，變壓器“1”端通過VD4流經(jīng)RL，再經(jīng)過VD2返回至“2”端。當“1”端為負、“2”端為正時，二極管VD1和VD3導通，VD2和VD4截止，電流則由“2”端通過VD3流經(jīng)RL，再經(jīng)過VD1返回至“1”端。

2.3、濾波電路

濾波電路可以濾除整流電路輸出電壓中的大部分的交流成分，既而得到比較平滑的直流電壓。本電路為滿足其要求而選用電容濾波電路。各個濾波電容C均需滿足2/）5~3（*TCRL?，其中T為輸入交流信號的周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻。

2.4、穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路的功能是用以確保其輸出的直流電壓是穩(wěn)定的，不隨著交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而發(fā)生變化。它利用調(diào)節(jié)流過穩(wěn)壓管自身的電流大小來滿足負載電流的改變，并與限流電阻配合將電流的變化轉換成電壓的變化以適應電網(wǎng)電壓的波動。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器兩種。本電路要求輸出±5V/1A，±12V /1A和±15V/1A。故選用固定式三端穩(wěn)壓器LM7805CT，LM7905CT，LM7812CT，LM7912CT和LM7815CT，LM7915CT，電路的設計非常簡單，最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器即可，工作穩(wěn)定，其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護，最大輸出電流也滿足要求。

3、電路參數(shù)計算

（2）確定電源變壓器副邊電壓、電流及功率。

輸出電流小于0.5A，輸出電壓小于12V，由上分析，可選購副邊電壓為16V，功率為8W的變壓器。

選整流二極管及濾波電容。

（3）因電路形式為橋式整流電容濾波，通過每個整流二極管的反峰電壓和工作電流求出濾波電容值。

（4）電阻的選擇