淺談直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計

邢玉美

摘 要：隨著科技的發(fā)展，信息時代的進步，電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，電子產(chǎn)品應(yīng)用的同時需要直流穩(wěn)壓電源對這些電子產(chǎn)品進行充電，因此直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展乃至成熟是信息發(fā)展的必然趨勢。本文主要闡述了直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計過程，論述了直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，簡述了電路實際設(shè)計過程，完成了直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計工作，對其應(yīng)用做了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源;電路設(shè)計;工作原理

一、直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和設(shè)計背景

從二十世紀60年代中期到了90年代以來，以電子為核心的電源產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展時期，數(shù)據(jù)通訊和電信行業(yè)的技術(shù)更新推動電源行業(yè)向智能化方向發(fā)展。電源的控制方式經(jīng)過模擬控制、模數(shù)混合控制向數(shù)字控制階段轉(zhuǎn)變。數(shù)字控制的優(yōu)點是標(biāo)定更的量，芯片價格也比較低，相對模數(shù)混合控制其對電壓電流的檢測更精確，實現(xiàn)較高精度的較正和快速靈活的控制。1919年之后，我國相對發(fā)達國家，在電源行業(yè)方面存在不足和差距。電源產(chǎn)品的開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進檢測設(shè)備、智能化、可靠性和持續(xù)創(chuàng)新等方面都存在差距，很多先進的電源設(shè)備國內(nèi)不能生產(chǎn)，主要依賴于進口。2018年直流穩(wěn)壓電源現(xiàn)狀分析報告看出，國內(nèi)直流穩(wěn)壓電源行業(yè)正處于發(fā)展時期，并且不斷發(fā)展成熟起來。

二、電路設(shè)計實驗設(shè)備及器件

所謂巧婦難為無米之炊，電路設(shè)計同樣需要必要的實驗設(shè)施和工具，而實驗條件的好壞和選擇工具的正確與否是設(shè)計的關(guān)鍵和前提。下面具體闡釋設(shè)計思路中所需要的實驗條件、實驗工具和必要的實驗材料：

1.電路所需實驗設(shè)備、實驗工具和儀表。本次設(shè)計的完成需要在專業(yè)的電子試驗臺上進行，需要的實驗儀器和實驗工具如下：示波器、萬用表、變壓器（12v）、電烙鐵、鉗子和鑷子等，另外需要若干焊錫和連接線。

2.電路所需元器件清單。元器件清單如下：

三、電路設(shè)計思路

直流穩(wěn)壓電源又稱為直流穩(wěn)壓器，其作用就是將交流電轉(zhuǎn)化成相應(yīng)用電器所需要的穩(wěn)定電壓的直流電。其關(guān)鍵是輸出直流電壓的穩(wěn)定性，所以設(shè)計電路的著眼點就是電路轉(zhuǎn)化的穩(wěn)定性。

1.直流穩(wěn)壓電源的電路組成。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。

2.直流穩(wěn)壓電源各部分的作用

（1）電源變壓器：主要是降壓器，用于把220V的交流電轉(zhuǎn)換成整流電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的工作原理就是利用電子感應(yīng)原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或者傳輸信號，是電能傳遞或者傳輸電信號的重要元件。變壓器主要由銅線鐵芯和線圈。

（2）整流電路：利用整流二極管單向?qū)щ娦?，把交流電U2轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電。衡量整流工作性能的參數(shù)為兩個，一個為輸出電壓平均值VO（AV），即反映整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的能力。另一個為脈動系數(shù)S，即反映整流輸出電壓中交流成分的大小，用來衡量整流電路輸出平滑程度。

（3）濾波電路：利用濾波電容將脈動直流電中的交流電壓成分過濾掉，濾波電路主要有橋式整流電容濾波電路和全波整流濾波電感濾波電路。利用儲能元件電容兩端的電壓（或通過電感中的電流）不能突變的特性（電抗元件的儲能作用）， 濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。

（4）穩(wěn)壓電路：利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的，用于將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成較穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓電路由兩種，分別為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路。后者效率較高，目前用的也比較多。

3.直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，是根據(jù)其輸出電壓UO、輸出電流IO等性能指標(biāo)的要求，確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的相關(guān)性能參數(shù)，選擇出這些元器件。

4.設(shè)計步驟：第一步：根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO、最大輸出電流IOMAX，確定出穩(wěn)壓器的型號及電路形式。

第二步：根據(jù)穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui，確定出電源變壓器二次側(cè)電壓U2;根據(jù)穩(wěn)壓電源的最大輸出電流IOMAX，確定出流過電源變壓器二次線圈的電流I2和電源變壓器二次線圈的功率P2;再根據(jù)P2，確定出電源變壓器一次線圈的功率P1。然后根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的電源變壓器，一般為12v。

第三步：確定整流二極管的正向平均電流ID、整流二極管的最大反向電壓URM和濾波電容的容量值以及耐壓值。根據(jù)所確定的參數(shù)，選擇合適的整流二極管和濾波電容。

5.直流穩(wěn)壓電源的工作原理。電路原理：該電路由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。電網(wǎng)供給交流電壓（220v，50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈沖電壓，再用濾波器濾去其交流分量，得到比較平直的直流電壓。最后采用穩(wěn)壓電路，以保證輸出穩(wěn)定的直流電壓。

四、電路設(shè)計步驟

實際電路具體設(shè)計步驟是整個電路的核心部分，因此在設(shè)計過程中實際設(shè)計步驟顯得尤為重要，具體步驟分為以下幾步：

1.電路圖設(shè)計方法。電路圖設(shè)計使用PCB制圖軟件制作，通過電腦軟件進行PCB設(shè)計，將PCB設(shè)計圖轉(zhuǎn)化為原理圖。

2.電路原理圖的設(shè)計。電路原理設(shè)計使用Protel2000制圖軟件設(shè)計

3.直流穩(wěn)壓電源實物設(shè)計。安裝直流穩(wěn)壓電源電路的前半部分整流濾波電路，然后從穩(wěn)壓器的輸入端加入直流電壓，調(diào)節(jié)RW，如果輸出電壓也跟著發(fā)生變化，說明穩(wěn)壓電路工作正常。用萬用表測量整流二極管的正、反向電阻，正確判斷出二極管的極性后，先在變壓器的二次測線圈接上額定電流為1A的保險絲，然后安裝整流濾波電路。

五、電路設(shè)計總結(jié)

通過論述直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計設(shè)計和調(diào)試， 強化了《電子技術(shù)基礎(chǔ)》中模擬電路部分知識和《電子電路的安裝與調(diào)試》技能知識。所設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源電路，廣泛運用于生活中，例如手機的充電電源、冰箱的穩(wěn)壓電源等。同時，也通過查閱參考書，網(wǎng)上資料等拓寬了專業(yè)的知識面。論述過程中，通過設(shè)計實際電路的方式對直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計過程有了一些新的認識，特別是強化了實際操作能力，增強了專業(yè)理論知識的應(yīng)用能力，更在某種程度上提高了動手實踐操作的能力。但是仍然存在不足，例如直流穩(wěn)壓電源的仿真電路部分沒有實際設(shè)計，焊接和裝配沒有做具體闡述，在今后的論文設(shè)計中將把仿真電路部分和焊接裝配以及調(diào)試部分做具體論述。

參考文獻：

[1]譚中華.《模擬電子線路》.北京：電子工業(yè)出版社.

[2]謝紅.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.哈爾濱.哈爾濱工程大學(xué)出版社.

[3]康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京：高等教育出版社.