淺談兩種直流穩壓電源

安徽師范大學物理與電子信息學院 王冬菊

引言

電子設備越來越廣泛的應用于社會生活的各個方面，這些設備絕大多數都需要直流穩壓電源提供能源，電源質量的優劣和可靠性直接影響到整個電子設備的技術指標及工作的安全性。目前常用的直流穩壓電源有線性穩壓電源和開關電源兩類[1]。它們分別具有各自的特點和使用范圍。

1 線性穩壓電源的基本原理和組成

線性穩壓電源的組成框圖一般如圖1所示下[2]。

圖1 直流電源的組成

線性穩壓電源主要指的是串聯型穩壓電源，其穩壓電路主要包括調整管、采用電阻、放大電路和基準電壓四個組成部分。電路中的功率器件調整管工作在線性區，引入電壓負反饋，，靠調整管之間的電壓降的變化來穩定輸出電壓。

典型的串聯型穩壓電路仿真電路如圖2[2]。

圖2 串聯型穩壓電路仿真電路

電阻R1，R2，R3構成采用電阻，對輸出電壓的變化量進行采集，放大器A把采用電壓和基準電壓（7V）的差值進行放大加載調整管Q2基級，通過改變調整管的輸出信號改變調整管的電壓降使得輸出電壓穩定。通過可調電阻R2的調節實現輸出電壓連續可調。

目前，線性穩壓電源一般不采用單立元件進行設計，通常根據設計需要選擇合適的集成穩壓器進行設計。集成穩壓器的內部本質上就是將串聯穩壓電路、保護電路和啟動電路集成在一個芯片上。集成穩壓器體積小，其可靠性和溫度特性都遠遠優越于單立元件電路構建的穩壓電路，因此得到了廣泛的應用。常用集成穩壓器有LM78系列。

線性直流穩壓電源一般工作在工頻范圍，優點是穩定性高，紋波小，無輻射干擾，可靠性高，易做成多路，輸出連續可調的成品。缺點是體積大、變壓器較笨重、效率相對較低，一般只有20%-40%左右。

2 開關型直流穩壓電源

開關電源是基于現代電力電子技術，電源中的功能管或者工作在飽和區或者截止區即開關狀態，通過對可控器件通斷時間比的控制來實現輸出電壓穩定的一種電源。

開關電源是以電力電子技術為理論基礎，以其內部核心是DC-DC電路，根據DC-DC電路的類型，可以分為非隔離型和隔離型兩種。非隔離型主要包括升壓電路、降壓電路、升降壓電路、Cuk型電路、Sepic電路和Zeta斬波電路。隔離型的電路有正激電路，反激電路、半橋型電路和全橋型電路。實際應用中，DC-DC電路更多地指隔離型電路[3]。

基于隔離型DC-DC電路的開關電源的常見原理圖如圖3所示，其工作原理是：交流電經過整流濾波后變為高壓直流電，隨后經過高頻變壓器轉換成高頻低壓脈沖，再次經過整流和濾波形成直流低電壓輸出。其中，開關管的導通占空比可調，以此實現輸出直流電壓的穩定。

圖3 開關電源原理圖

開關電源設計的主流是采用集成DC-DC芯片，輔以外圍電路達到設計需求。例如常用降壓芯片LM2596，其典型電路如圖4，選擇合適的元件按照LM2596的引腳進行正確接線，就可以得到一個穩定的降壓輸出。

圖4 LM2596典型電路連接圖

開關電源中的電力器件工作在開關狀態，損耗小，高頻變壓器相對較小，因此開關電源具有體積小，重量輕，效率高（一般可以達到70%-95%）和穩定可靠等優點；缺點相對于線性電源來說紋波較大，容易產生電磁干擾。

4 直流穩壓電源發展趨勢

線性穩壓電壓穩壓穩定度好，紋波系數小，但是效率低，體積大，適用于中小功率場合和對直流電要求比較高的場合。開關電源體積小，效率高，目前廣泛用于各種電子、電器設備領域等。開關電源是未來電源技術發展的主要方向，正在向高頻、低耗、低噪聲、輕巧、高可靠、抗干擾和模塊化發展[4]。

[1]沙占友.新型單片開關電源的設計與應用[M].北京：電子工業出版社,2001.

[2]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2005：390.

[3]王兆安.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社,2009：119-135.

[4]鄭耀添.直流電源技術的發展發向[J].韓山師范學院學報,26(3)：27-29.