直流穩壓電源設計及其串聯(lián)應用

、穩壓電路及器件選擇

穩壓電路有分立元件穩壓電路和集成穩壓電路2種，其中集成穩壓電路主要用于低電壓小電流的整流電路，具有體積小，電路簡(jiǎn)單，穩壓精度高，使用調試方便等特點(diǎn)。選擇時(shí)首先要確定系列，是正電源還是負電源，是可調的還是固定的，其次是根據它的額定電壓和額定電流選擇具體型號;同時(shí)，穩壓器在接入整流電路時(shí)要適當加一些保護元件，如在I/O端接二極管可防止輸入端短路，在輸入端和地之間接一小電容，可限制輸入電壓幅值等。

直流電源的設計理論上比較簡(jiǎn)單，但在具體的工程設計中還需要進(jìn)一步分析、研究、實(shí)踐和總結。

3 直流穩壓電源的串聯(lián)應用

直流穩壓電源應用非常廣泛，有時(shí)會(huì )把兩個(gè)或兩個(gè)以上的電源串聯(lián)使用，現就此應用做一簡(jiǎn)要介紹。

3.1 電路的組成及工作原理

圖2是一種串聯(lián)型穩壓電路，由取樣電路、基準電路、比較放大和調整電路等部分組成。其中R1、R2和RP組成取樣電路，R1、R2和RP稱(chēng)為取樣電阻;R3和V2組成基準電路，R3是VZ的限流電阻，VZ給V2發(fā)射極提供一個(gè)基準電壓;V2為比較放大管，作用是將穩壓電路輸出電壓的變化量先放大，然后再送到調整管基極;V1是調整管，起調整作用?！　》€壓過(guò)程如下：當輸出電壓U0發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)取樣電路把U0的變化量取樣加到放大管V2的基極。而由R3和Vz組成的基準電路為V2的發(fā)射極提供基準電壓Uz。由V2和R4組成的放大電路把取樣電壓和基準電壓進(jìn)行比較放大后，輸出調整信號送到調整V1的基極，控制V1進(jìn)行調整，以維持U0基本不變。

3.2 直流穩壓電源的串聯(lián)使用

1、順串使用

所謂順串，指電源的極性首尾相連，如圖3。

a、b端開(kāi)路時(shí)，兩電源分別是獨立的電源，都能正常工作，輸出的電壓分別為E1、E2，a、b端的電壓應為兩個(gè)電動(dòng)勢的代數和，Uab=E1+E2;接上負載R1、R2后，由于負載電流的方向與兩個(gè)電源正常工作時(shí)對外輸出的電流方向一致，故兩個(gè)電源也都能正常工作，Uab=E1+E2，且整個(gè)回路符合全電路歐姆定律I=( E1+E2)/(R1+R2)，每個(gè)電源都有負載電流通過(guò)，電源上的電壓保持不變(忽略?xún)茸?。

2、反串使用

所謂反串指電源首首或尾尾相連，如圖4，把圖4可以等效成圖5。

a、b端開(kāi)路時(shí)，兩電源分別是獨立的電源，都能正常工作，輸出的電壓分別為E1、E2，a、b端的電壓應為兩個(gè)電動(dòng)勢的代數和，Uab=E2-E1;加上負載R1、R2，因E2>E1，所以負載上的電流方向如圖所示(即I2)，它與電源1對外輸出的電流方向相反，迫使電源1停止工作，輸出電壓為0，而此時(shí)負載電流將通過(guò)取樣電路形成回路，故左邊電源“輸出的電壓”也就是取樣電路R1、R2和RP上的電壓，設電源1、2及取樣電路上的電流參考方向如圖所示，則I3=I1+I2，也就是說(shuō)取樣電路上的電壓U取=I3(R1+R2+RP)。如果從取樣電路向右看，可等效為一個(gè)電動(dòng)勢為E3、內阻為R0的電源，其中E3=U取。如E3>E1，迫使Iv1截止，IIVC1近似等于0，電源真正停止工作，此時(shí)“電源輸出的電壓”U取=I3(R1+R2+RP)(并不是真正電源1輸出的電壓，而是取樣電阻分擔E2的電壓)，其中I3=E2/(R1+R2+(1R1+2R2+1Rp))，其電壓的大小主要由E2、R1、 R2、lRl、lR2、1RP的大小決定，整個(gè)電路也不符合全電路歐姆定律，I2≠(E2-E1)/(R1+R2)，此時(shí)的電壓應大于 E1;E3

通過(guò)上面的分析可知，對于直流穩壓電源串聯(lián)情況而言，如電源順串，各個(gè)電源都能正常工作，整個(gè)電路符合全電路歐姆定律;電源反串，穩定電壓輸出比較小的那個(gè)電源不能真正起到一個(gè)電源作用，在任何情況下負載電流都沒(méi)有通過(guò)電源。具體情況如下：當取樣電路上的電壓大于穩壓電源輸出電壓時(shí)，迫使電源停止工作，此時(shí)只有電源的取樣電路接入電路中，電源兩端的電壓也就是取樣電路兩端的電壓(應大于穩定輸出電壓)，整個(gè)電路不滿(mǎn)足全電路歐姆定律;當取樣電路上的電壓小于穩定輸出電壓時(shí)，電源正常工作，整個(gè)電路滿(mǎn)足全電路歐姆定律，但負載電流只通過(guò)取樣電路，取樣電路上的電流應是負載電流與電壓比較小的電源調整電流之和，使用時(shí)應考慮取樣電阻的功率。因此，我們在使用兩個(gè)或兩個(gè)以上穩壓電源的過(guò)程中，應根據具體情況合理使用電源反串。以免造成實(shí)際值與理論值大相徑庭的現象發(fā)生。