方案分享 一种直流稳压电源的设计与制作

稳压电源设计和研发是很多工程师最常接触的，而直流稳压电源的设计与制作则是基础中的基础。对于刚刚开始从事稳压电源设计及产品研发的新人工程师来说，快速掌握直流稳压电源的设计与制作流程，是非常有必要的。今天小编将会为大家分享一种基础的直流稳压电源设计方案，便于工程师们进行参考。

为了提高稳压电源设计方案的质量及其可靠性，在进行直流稳压电源的设计与制作之前，我们需要对电源输出电压进行采样、比较、放大，并用此误差放大信号来调节其输入电压，使得负载变化时输出电压保持稳定。这是进行电源设计工作前的必备环节。同时，为了提高电源的使用安全性能，我们也需要为这一研发中的方案设计一个简单可靠的过压过流保护电路，防止电压电流过大时损坏负载元件。下面我们将从电源主电路、控制电路、保护电路设计等3个方面简要介绍一种直流稳压电源的设计和制作方法。

主电路设计

在这一直流稳压电源的设计和制作环节中，直流稳压电源的主电路部分主要包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路设计。其完整的主电路图如下图图1所示。在该电路系统中，变压器把高压交流电变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为脉动直流电。滤波器滤除直流中的交流成分，稳压器把波动较大的直流电压变为稳定的直流电压输出，其波形情况如下图图2所示。

图1主电路组成示意图

图2 直流稳压电源设计电路输出波形图

在这一直流稳压电源设计过程中，电源变压器在整个主电路系统中的主要工作，一般是将单相工频交流220V电压转换成电压较低的交流电，以此来满足后续电路的需要。此时工程师应当根据电路所要求输出的直流电压和电流值，来确定电源变压器次边的抽头个数和各个抽头应输出的电压和功率。这里需要注意一点是，在某些要求比较高的行业中，如果需要减小电源变压器的体积和重量，那么工程师可以选择高频电源变压器。

在进行这一直流稳压电源的设计与制作过程中，工程师还需要注意的一点是，在实际设计中应当根据所制作电源要求的输出精度和质量特性，来选择合理的整流方式。依据国内的实际应用情况，直流稳压电源设计中一般利用电感、电容等储能元件两端电压不能突变的特，性对交流电压进行滤波，从而输出波动较小的直流电。然而，这种通过滤波输出的直流电本身仍会含有较多的交流成分，因此不能直接加在负载两端，需对其进行稳压。在实际应用中，我们一般会选用输出稳定可靠的三端集成稳压器，来实现稳压效果，不仅能够满足电源设计要求，某种程度上还可以缩短设计周期、降低设计成本。

控制电路设计

稳压电源设计在完成了主电路系统的设置后，是可以进行工作的，但是此时的直流稳压电源自身的带载能力还是比较差的，当负载电流增大时输出电压会降低，不能满足大多数电子元件工作的电源要求。就目前常用的几种技术来看，一般工程师会通过闭环反馈控制和扩大输出电流来提高电源性能。在这里我们为了保证电源的输出电压不会随着负载的变化而变化，应使电源自身具有反馈调节能力，其控制电路的设计原理如下图中图3所示。

图3 闭环稳压电源框图

从图3所提供的闭环稳压电源框图中我们可以看到，在这一直流稳压电源设计中，当负载两端电压发生变化时，电阻网络的采样电压随之改变，将此采样的电压值与给定的基准电压进行比较，并将此微弱的误差信号进行放大进而调节控制元件的工作状态，从而调节负载两端的电压，使其保持稳定。该控制电路中的控制元件应选用工作状态可调节的元件，如三极管，其发射极电流会随着基极电流的变化而改变，因此通过控制三极管基极的电压即可调节三级管的导通程度，从而可调节电路的输出电压使其满足要求。

在直流稳压电源的设计与制作过程中，为了能够进一步提高电源的带载能力，我们可以采用三极管将电源的输出电流进行扩大，其电流扩大电路的原理设计图如下图图4所示。

图4 直流稳压电源设计中的电流扩大电路

从图4中我们可以看到，在这一直流稳压电源的电流扩大电路设计中，当电路系统内的负载电流较小时，负载所需的电流完全由稳压模块提供。而当负载电流增大时，电阻R上的压降增大，将使串联调整三极管Q导通，三极管与稳压模块一起提供负载电流。

保护电路设计

直流稳压电源的设计与制作环节中，保护电路设计是比较重要的一环。为了提高电源的使用可靠性和安全性能，我们通常需要设计一些简单的保护电路，如过压、过流保护等。这种基本的系统保护电路设计图如下图图5所示。

图5直流稳压电源设计中的系统保护电路

从图5中我们可以看到，该系统保护电路主要是由过电压保护电路、预稳压电路、过流保护电路和电流扩大电路四个部分来组成的。F1、Q1、R5、R6共同组成了直流稳压电源的过电压保护电路。当负载两端的电压升高时，R6上的压降增大，晶闸管门极得触发电流，晶闸管导通，瞬时大电流使F1熔断，从而起到保护电路的作用。同时，R1、Q2、D1共同组成了预稳压电路，将稳压模块的输入电压固定在某一电压值，使得输入电压不随负载变化。而过流保护电路主要由R2、Q3、R4组成，当电路系统中的电流过大时，电阻R2上的压降增大，使得三极管Q3导通，从而为大电流提供通路，防止电路中电流过大损坏电路元件和伏在元件。R3、Q4组成电流扩大电路，提供电路的带载能力。

以上就是本文分享的一种稳压电源设计与制作的相关知识，希望能够对各位新人工程师们的工作有所帮助。