线性稳压电源设计
电路中的电源稳压与过压保护设计与分析

电路中的电源稳压与过压保护设计与分析电路中的电源稳压和过压保护是保证电子设备工作安全可靠的重要因素。
本文将从电源稳压和过压保护的设计原理、常见的实施方法以及分析电源稳压和过压保护的重要性三个方面进行论述。
一、电源稳压的设计原理电源稳压是指在电路运行过程中,保持电路输入电压稳定不变的一种设计措施。
电源稳压设计的原理是通过调整电源的输出电压,使其始终保持在设定的合理范围内。
常见的电源稳压方式有线性稳压和开关稳压两种。
线性稳压是通过使用线性电源稳压芯片,将输入电压通过消耗多余功率的方式,得到稳定的输出电压。
线性稳压在简单电路设计中应用较广,而且成本相对较低,但效率较低,并且受限于输入电压波动范围。
开关稳压则是通过开关功率调节器来实现。
它的工作原理是将输入电压经过开关频率高的开关管进行开关,通过周期性地开关和关闭,改变输出电压,从而达到稳压的目的。
开关稳压具有高效率、体积小等优点,广泛应用于高功率电路设计中。
二、过压保护的设计方法过压保护是指在电路中,当输入电压超过一定范围时,及时采取措施避免电子器件过载烧毁。
过压保护的实施方法多种多样,常见的有过压保护芯片、过压保护电路等几种方式。
过压保护芯片是一种专门用于检测和控制电路的电压的集成电路。
当输入电压超过设定值时,过压保护芯片会通过控制开关管或继电器等方式切断输入电压,从而保护后续电子器件的安全。
过压保护芯片具有反应快、精度高等特点,适用于对设备安全性要求较高的场合。
过压保护电路是一种通过元器件的相互配合,实现对电路过压的保护的方法。
常见的过压保护电路是采用快速响应二极管和稳压二极管等组合,当输入电压超过设定值时,快速响应二极管将多余电压导向大功率稳压二极管,从而保护电路中器件的安全。
三、电源稳压与过压保护的重要性电源稳压和过压保护在电子设备设计中具有重要的作用。
首先,电源稳压可以保证电子设备的正常工作,稳定的电源供给可以提高电路运行的精确性和稳定性,减少电子器件因电压波动带来的故障。
基于TL431的线性精密稳压电源的设计方案

基于TL431的线性精密稳压电源的设计方案1.引言TL431 是一个有良好热稳定性能的三端可调精密电压基准集成芯片,具有体积小、价格低廉、性能优良等特点:它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从参考电压(2.5V)到36V 范围内的任何值,典型动态阻抗仅为0.2Ω,电压参考误差为±0.4%,负载电流能力从1.0mA 到100mA,温度漂移低,输出噪声电压低等。
基于以上特点,不仅可以用于恒流源电路、电压比较器电路、电压监视器电路、过压保护电路等电路中、还广泛应用于线性稳压电源、开关稳压电源等直流稳压电源电路中,本文对TL431 在线性稳压电源中的并联和串联型两种电源进行了详细的介绍。
2.TL431 的内部结构和功能2.1 TL431 的符号该器件的符号如图1,三个引脚分别为:阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF),参考电压为2.5V.2.2 TL431 的内部电路图由内部电路图图2 可以看出,它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成,其中晶体管V1 构成输入极,V3、V4、V5 构成稳压基准,V7 和V8 组成的镜像恒流源与V6、V9 构成差分放大器作中间级,V10、V11 形成复合管,构成输出,其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用,在原理上它是一个单端输入、单端输出直流放大器。
然而其等效功能示意图如图3 所示,由一个2.5V 的精密基准电压源、一个电压比较器和一输出开关管等组成,参考端的输出电压与精密基准电压源Vref 相比较,当参考端电压超过2.5V 时,TL431 立即导通。
因为R 端控制电压误差为±1%,所以参考端能精确地控制TL431 的导通与截止。
3.并联稳压电路设计3.1 基本并联稳压电路原理TL431 内部含有一个2.5V 的基准电压,所以当在Vref 端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽。
高效线性稳压电路的设计

高效线性稳压电路的设计
首先,为了提高效率,可以考虑采用开关型稳压电路,如开关电源、
开关稳压器或开关模式稳压器等。
这些电路通过控制开关管的导通和断续
来实现稳压,在开关的导通状态下能够获得比线性稳压器更高的效率。
其次,选择合适的稳压器件也是提高效率的重要因素。
比如,采用低
压降的二极管、低压降的MOSFET管和低压降的功率晶体管等,能够减小
能量损耗,提高效率。
此外,使用高效的稳压控制器芯片,能够提供更高
的转换效率,提高电路的整体效率。
另外,为了降低电源噪声,可以采用滤波电容和滤波电感来减小电源
噪声的干扰。
滤波电容能够过滤掉电源中的高频噪声,滤波电感则能够吸
收和储存电磁干扰能量,从而减少输出电压的波动。
在设计高效线性稳压电路时,还需要考虑负载调整能力。
负载调整是
指当负载发生变化时,电压输出是否能够及时调整以保持稳定。
要提高负
载调整能力,可以采用负载调整电路,如负载调整电容、负载调整电阻等。
这些电路能够快速响应负载变化,保持电压稳定。
最后,为了保持电路的稳定性,需要进行反馈控制。
通过采用反馈电路,能够及时检测到输出电压的变化,并通过调整输入电流或输出电流等
方式来保持稳定的输出电压。
常见的反馈控制方式包括电压反馈控制和电
流反馈控制。
综上所述,在设计高效线性稳压电路时,需要综合考虑电源噪声、效率、负载调整能力和稳定性等因素。
通过选择适合的稳压器件、优化滤波
电容和滤波电感、采用负载调整电路以及进行反馈控制等方法,能够设计
出更高效、更稳定的线性稳压电路。
线性直流稳压电源详解之线性直流稳压电源设计电路图分析

线性直流稳压电源详解之线性直流稳压电源设计电路图分析线性直流电源线性模式,是指调整管工作在线性状态下(就是工作在放大区啊)的直流稳压电源。
就比如三极管,有放大、饱和、截止三种工作状态一样,调整管工作在线性状态下,可这么来理解:RW是连续可变的,亦即是线性的。
而在开关电源中则不一样,开关管是工作只有开、关两种状态:开电阻接近很小;关电阻很大接近于无穷大。
工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。
所以直流稳压电源,会分为线性模式直流电源和开关模式直流电源。
线性直流电源(Linearpowersupply)是先将交流电经过变压器降低电压幅值,再经过整流电路整流后,得到脉冲直流电,后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。
要达到高精度的直流电压,必须经过稳压电路进行稳压。
稳压过程稳压过程,是稳压电源的一个核心,所以对这里大致说明一下。
细细的讲的话会很复杂,不过只要我们知道一个规律,分析起来就很方便了。
稳压过程如输出电压误差放大管基极电压误差放大管基极电流误差放大管集电极电流调整管基极电流(减小的那部分基极电流哪去了?被误差放大管集电极分流了,调整管等效电阻输出电压,完成了调整的目的。
反之也一样,变,掌握了这个规律,对于理解这个概念会很有帮助。
由于调整管相当于一个电阻,电流流过电阻时会发热,所以工作在线性状态下的调整管,一般会产生大量的热,导致效率不高。
这是线性稳压电源的一个最主要的缺点。
但线性稳压电源的优点也是开关电源不可比的:调整速度快、纹波小、干扰小,正是这些优点,使得线性稳压电路在数字电路、CPU供电(家电中的)、信号处理等对电源质量要求较高的电路中得到了广泛应用。
基本工作原理线性直流电源主回路的工作过程是输入电源先经预稳压电路进行初步交流稳压后,通过主。
线性稳压电源的设计

Ke y w o r d s : s t a b l i z e ; r e c t i y; f i f l t e r ; d i r e c t c u r r e n t o u t p u t
中图分类号 : T M4 4
文献标识 码: B
文章编号 :1 9 9 4 — 3 0 9 1 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 1 3 _ 4 — 1 3 6
il f t e r a nd 3-t e r mi na l r e g ul a t o r s t o s t a b l i z e .I n t he p r a c t i c e , 3一t e r mi na l i nt e g r a t e d r e g u l a t o r s C W 7 81 5 a nd CW 7 9 1 5 a r e u s e d a s s t a b l i z e r t o a c hi v e t he d e s i r e d e f f e c t .
圈组 成 , 线 圈两 个或两个 以上 的绕组 , 其 中接 电源的绕组
叫初级线 圈, 其余 的绕组 叫次级线圈 。 输入 电网电压 由额定值变化 - c ' 1 0 %时,稳压 电源输 出 电压 的相对 变化量 , 有 时也 以绝对值表示 。一般稳压 电源
的电网调整率等于或小于 1 %、 0 . 1 %, 甚至 0 . 0 1 %。
A me i Zh a n g
( Xi ’ a n i n t e r n a t i o n a l u n i v e r s i t y X i ’ a n 7 1 0 0 7 7 C h i n a )
Abs t r a c t : Li ne a r p owe r s u p p l y c o nv e r t s t he i np u t 2 2 0 v ol t a g e lt a e r na t i v e c u r r e n t i nt o t h e r e q ui r e d 1 5 a nd
线性稳压电源设计中的电容器选择

线性稳压电源设计中的电容器选择在线性稳压电源设计中,电容器的选择是非常重要的。
电容器作为电源滤波电路的关键元件,能够减小电源波动,提供稳定的电源电压。
以下是在线性稳压电源设计中电容器选择的一些关键考虑因素:1.电容器容值选择:电容器的容值决定了其提供的电源滤波效果。
通常情况下,较大的电容器容值能够提供更好的滤波效果,使得输出电压更加稳定。
电容器容值的选择要基于负载电流的需求,一般可以通过以下公式来估算:C=(ΔI×t)/ΔV其中,C为所需电容器容值,ΔI为负载变化的电流范围,t为所需的电源纹波时间(通常为50Hz或60Hz的重复周期),ΔV为所需的输出电压纹波的最大允许值。
2.电容器类型选择:在线性稳压电源设计中,常见的电容器类型有电解电容器、陶瓷电容器和钽电容器。
它们各自具有不同的特点和应用场景:-电解电容器:容量较大,成本较低,适合大电流负载情况和较低频率的电源滤波。
但是,电解电容器有电压极性限制,容易发生漏液和爆炸等问题。
-陶瓷电容器:容量较小,工作频率范围广,抗高温能力强。
陶瓷电容器常用于高频稳压电源设计中。
-钽电容器:容量中等,具有较低的串扰和ESR(等效串联电阻),适用于高频稳压电源设计中。
但是,钽电容器的价格相对较高,而且具有电压极性限制。
3.电容器的温度特性:在线性稳压电源中,电容器的温度特性也是需要考虑的因素之一、电容器会受到温度变化的影响,其容值会随温度不同而有所变化。
因此,在选择电容器时应考虑其温度特性,并根据实际使用环境的温度范围选择合适的电容器。
4.电容器的尺寸和安装方式:根据实际的电源设计需求,要选择合适尺寸和安装方式的电容器。
尺寸较大的电容器容量一般较大,但在实际安装时占用的空间也会增大。
此外,还要考虑电容器的引脚类型(如贴片式、螺钉式等)是否与电源设计需求匹配。
总的来说,在选择电容器时,需要考虑容值、类型、温度特性、尺寸和安装方式等关键因素,以满足电源设计的稳压要求。
稳压电源的设计与制作

一、线性稳压电源的优缺点
优点: 电源稳定度及负载稳定度较高; 输出纹波电压小; 瞬态响应速度快; 线路结构简单,便于维修; 没有开关干扰。 缺点: 功耗大、效率低,其效率一般只有45%; 体积大、重量重,不能微小化; 将变换后的交流电压转换为单方向的脉动 电压。(AC→DC) 电路形式: 半波整流 全波整流 桥式整流
对整流电路输出的脉动直流进行平滑,使之 成为含交变成份很小的直流电压。 常用的滤波电路: 电容滤波 电感滤波 L型滤波 π型滤波
三、滤波电路(电容滤波电路)
1、电路组成如图所示: C并在RL两 T 端,为滤波电容器 ui 2、工作波形:设C初始电压uc=0 u2 (1)u2正半周: VD1、VD3导通, C充电, uo=uc=u2 (2)当 u2达到峰值a点后,开始下降 u2 ∵u2↓→uc>u2 ∴VD1,VD3截止 , C向RL放电, uo 0 2 (uc)按指数规律下降,四个二极管 uo 仍然截止。 a b (3)当uo(uc)↓→ b点时,|u2|=|uo|, u2↓→ 过了b点 →VD2、VD4导通 → C再 0 次充电 → uo=|u2| iD (4)当u2达到峰值后→VD2、VD4截止 → C向RL充放电, 电容如此反复充放电, 0 输出波形如图所示
u2 VD 1导通 RL VD 3导通 u2
VD 3 VD 2
t
2
3 4
0
(2)u2负半周: VD2、VD4导通, VD1、VD3截止
u2 VD 2导通 RL VD 4导通 u2
uo
2U 2
t
0
io
0
t
三、滤波电路
作用:
线性可调直流稳压电源的设计

目录:.一、设计目的.二、设计任务和要求.三、电路原理分析与方案设计四、仿真过程及结果五、心得体会.六、参考文献资料.七、实物图一、目的稳压管稳压电路输出电流较小,输出电压不可调,不能满足很多场合下的应用。
串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础,利用晶体管的电流放大作用,增大负载电流;在电路中引用深度电压负反馈使输出电压稳定;并且,通过改变反馈网络参数使输出电压可调。
二、设计任务与要求要求:设计并制作用晶体管和集成运算放大器组成的串联型直流稳压电源。
指标:1、输出电压6V、9V两档,同时具备正负极性输出;2、输出电流:额定电流为150mA,最大电流为500mA;3、在最大输出电流的时候纹波电压峰值▲Vop-p≤5mv;任务:1、了解带有放大环节串联型稳压电路的电路图;2、识图放大环节串联型稳压电路的电路图;3、仿真电路并选取元件;4、安装调试带有放大环节串联型稳压电路;5、用仪器表对电路调试和测量相关;6、撰写设计报告、调试;三,电路原理分析与方案设计1、方案比较与确定基本思路:先对输入的220V 交流电压进行降压,然后就用单相桥式二极管对电压进行整流。
整流后利用电容的充放电效应,对其进行滤波,使输出电压平滑。
之后再通过稳压电路的功能使输出直流电压基本不受电网波动和负载电阻变化的影响,从而获得足够高的稳定性。
方案1:220V 交流电压经过基本部分降压整流后,将经过稳压部分对其进行稳压,稳压部分如下图,利用稳压管和三极管组成的稳压单元电路,同过D1 电压作为三极管Q1 的基准电压,电路引入电压负反馈,使电网电压波动不会对Q1 的基极电位产生很大的影响,则有U BE U B U E 可知,U BE 变化将导致发射极电流的变化,从而稳定R 两端电压,达到稳压的效果。
方案二:经过整流后,脉动电流通过滤波电路,其中滤波电路我采用RC 型滤波电路,先用电容值较大的电解电容对其进行低频滤波,靠近输出端处使用较低电容值的陶瓷电容进行高频滤波,使滤波后电压能够变得比较平滑和波动小。
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专题五线性稳压源设计
杨涛
09282055
生医0902班
合作者:李勇达
指导教师:任希
题目五:线性稳压源设计
杨涛 09282055
摘要:直流稳压电源通常是输入为频率为50Hz,220V的正弦信号,输出为稳定的直流信号。
其组成主要为电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分,将输入的交流信号转变为所需要的直流信号,以电压的形式输出。
本文从稳压电路的不同来设计了两种电压源电路:以稳压管作为稳压电路的线性稳压电源和以串联开关型稳压电路来稳压的电压源。
关键词:线性;稳压电源;整流,滤波
1.稳压电源的结构
直流稳压电源的输入通常是交流电网提供的50Hz、220V(单相)或380V(三相)正弦波,输出是稳定的直流电压。
直流稳压电源的组成框图如下图1所示,由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
~
U O
50Hz
图一直流稳压电源结构框图
电压变压器的作用是降低电压,经220V或380V的电网电压降低到所需要的幅值。
整流电路是利用二极管的单向导电性将电源变压器输出的交流电压变换成脉动的直流电压。
经整流电路输出的电压虽然是直流电压,但有很大的交流分量。
滤波电路是利用储能元件(电感、电容)将整流电路输出的脉动直流电压中的交流成分滤出,输出比较平滑的直流电压。
负载电流较小的多采用电容滤波电路,负载电流较大的多采用电感滤波电路,对滤波效果要求高的多采用电容、电感和电阻组成复杂的滤波电路。
稳压电路利用自动调整的原理,使输出电压在电网电压波动和负载电流变化时保持稳定,即输出直流电压几乎不变。
我们设计的是输入电压为220V、50Hz的单相电网电压,输出为稳定的直流电压的电压源。
2.整流电路
整流电路有很多种我们设计时用到的是单项式整流电路,其电路图如图2,图中变压器将输入的电网电压降低到所需幅值。
图2 单相式整流电路
当输入电压为正时,二极管D2、D3导通,D1、D4截止,由于二极管为理想二极管,故流过R1的电流为箭头所示方向,其两端电压等于变压器的输出端电压。
当输入电压为负时,二极管D1、D4导通,D2、D3截止,流过R1的电流仍为如箭头所示方向,其两端电压等于变压器输出端的电压。
3.滤波电路
滤波器的作用是滤除整流输出电压中的交流成分,保留直流成分,使直流电源的输出波形变得平滑,更接近理想的直流电压。
滤波电路一般由电抗元件组成,利用电抗元件的储能作用使输出电压波形平缓。
3.1电容滤波电路
单相式整流滤波电路如图3所示,电路中是在整流电路的输出端与负载之间并联一电容。
图3 电容滤波电路
在电路中整流输出电压除想向负载供电外,还要使电容充放电。
当输入电压周期性的变换时,电容也在进行有规律性的充放电,使整流输出电压得到平滑,输出波形如图4所示。
电容放电时间常数为R1C,R1C越大,放电就越慢,输出电压就越平缓,纹波就越小,平均值越大。
图4 电容滤波电路输出波形
3.2电感滤波电路
电感滤波电路就是在整流电路的输出端串联一电感,其电路图如图5所示。
电感上感生电动势的方向总是阻止回路电流的变化,则
电感滤波输出电压平均值近似等于整流电路的输出电压。
只有在ωL远远大于R时,输出交流分量很小,才能获得较好的滤波效果。
而且R越小,输出交流分量就越小,滤波效果就越好,即电感滤波器适用于大负载电路。
图5 电感滤波电路
其输出波形如图6所示。
图6 电感滤波电路输出波形
3.稳压电路
3.1稳压管稳压电路
稳压管稳压电路如图7所示,稳压电路接在整流滤波电路的输出端和负载之间,稳压管一般应与负载并联,其中R为稳压管的限流电阻。
在图7中,设负载电阻R2不
变,当电网电压,即输入电压增大时,稳压管两端电压也增大,由稳压管的伏安特性曲线可知,稳压管电压微小增加,会使流过稳压管的电流急剧增大,I R也随之增大,致使限流电阻R上的电压随之增大,从而抵消了整流电路的输出电压,使负载上的电压几乎保持不变。
当输入电压,即电网电压不变,负载R2变小时,,则流过负载的电流增大,流过R 的电流也增大,则R两边的电压随之增大,从而使稳压管两端电压减小,引起流过稳压管的电流急剧减小,进而使流过R的电流几乎不变,从而其两端电压也保持不变。
同理,当流过负载的电流减小时,负载两端的电压也几乎不变。
图7 稳压管稳压电路
由于稳压管的稳定电压就是稳压管的输出电压,所以稳压管的稳压值可以根据输出电压的要求选择。
同时因为稳压管工作在反向击穿区u,所以稳压管上的工作电流应该满足I VDZmin > I Z和I VDZmax < I ZM.
3.2串联开关型稳压电路
串联开关型稳压电路的电路如图8所示,输入电压为整流滤波电路输出的直流电压;晶体管VT为调整管,工作在开关状态,;晶体管的基极的电压为矩形波,控制VT 的工作状态;电感L和电容C组成滤波电路,,VD为续流二极管。
图8 串联开关型稳压电路
调节晶体管基极的矩形波的占空比可以改变输出电压的大小。
4.稳压电源的设计
由于稳压电源的输出端是开放的,故有一定的内阻,当负载的大小改变时,其输出的电压的幅值和其稳定性会有所改变,故可以在输出端加上一同相电压跟随器,可以去除负载对电源电路的影响。
设计点电路图如下:
稳压管型线性稳压电源的设计如图9所示:
图9 稳压管型线性稳压电源电路
其输出的波形如下图10:
图10 稳压管型线性稳压电源的输出波形
输出电压的值为U o = 20V。
串联开关型线性稳压电源的设计如图11所示:
图11 串联开关型线性稳压电源电路
其输出波形如下图12所示:
图12 串联开关型线性稳压电源输出波形
5两种设计方法的比较
这两种方法电源变压器,整流电路和滤波电路都是一样的,只是稳压电路不同。
稳压电路的不同就决定了其性能的不一样。
稳压管型直流稳压电源电路设计比较简单,稳压管中不需要在额外加入输入信号,其效率比较高,但输出的直流电压在起始段有一段时间的延迟,而且直流电压幅值的调节很不方便。
而串联稳压电源型的直流稳压电源电路比稳压管型的复杂,而且稳压电路中需要再加入矩形波信号,效率比较底,但其输出电压比较稳定,没有延迟,而且输出电压的幅值很好调节,只需改变矩形波信号的占空比即可。
可以根据不同的需要来选择不同的电源电路,如果对直流电压的要求不是很高,一般选择稳压管直流稳压电源电路,如果要求直流源没有延迟,且需要改变电压的幅值,则一般选择串联开关型稳压电源电路。
线性稳压电源的设计方法还有很多,但主要的不同还是在于稳压电路的设计原理不一样,但其总的原理还是一样的:将含有交流成分的直流信号变成只含直流信号。
参考文献:
1.《模拟电子技术》.刘颖.清华大学出版社,北京交通大学出版社
2.具有多重保护功能的线性稳压电源设计与制作.马强,邱怀丽,马千里,姚鹏.苏州大学电子信息学院
3.《电子技术及其应用基础(模拟部分)》.李哲英.高等教育出版社
4.《模拟电子技术基础》.唐治德.科学出版社
5.百度百科,串联型稳压电路./view/1544753.htm。