一种多路输出兼做辅助电源的稳压电源设计

孟治国

（广东轻工职业技术学院 电子通信系，广东 广州 510300）

电源是电子设备的重要部分，电力电子线路或电子仪器设备要求电源的输出电压或输出电流要稳定，电子设备的故障很多是源于电源问题，其质量直接影响到电子设备的各项性能[1]，因此电源必然受到设计人员的重视。比不得开关电源的不同绕组轻易实现多路电压输出，线性电源实现多路输出需要更多的元器件，所以开发多路输出为其他电路提供辅助电源的方法，既能增加输出电路的功能，又能减少辅助单元电路，适用于有多路电压输出而又要求主电路电压更稳定的电源设计。

1 设计技术概要

串联稳压电源仍应用在工业控制、仪器仪表、家用电器等领域，该类电源由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压，电源线路简单、纹波小、相互干扰小。要应用该技术，不但要掌握相关模拟电路的知识，而且还要深入了解各相关部件的工作原理，不断了解不同结构的稳压电路设计方法，只有将这些知识融会贯通，才能设计出符合要求的电路。

在稳压电源中，负载电流要流过调整管，输出大电流的电源必须使用大功率的调整管，这就要求有足够大的电流供给调整管的基极，而比较放大电路供不出所需要的大电流，另一方面，调整管需要有较高的电流放大倍数，才能有效地提高稳压性能[2]，但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法，除了使用复合管，还通过给原有的调整管再配上一个辅助电源，增加其抗干扰能力，并提高基准电压稳定性。

串联反馈型稳压电路实际上是一个闭环反馈，具有执行元件和反馈支路，包括取样电路、基准电压源、误差比较放大器及调整管单元电路[3]。取样电路取到电压值后与基准电压比较，比较后的误差信号送至驱动器增强控制效果，调整管是闭环调节系统的执行机构，其余部分支持反馈线路，输入电压经过调整管元件调节，成为稳定的输出电压[4]。分析调整电路可知，不管输入电压波动还是负载变化对输出电压的影响，调整晶体管的动态电阻是随着输出电压的变化而自动改变的，输出电压范围不受调整元件本身耐压的限制。串联反馈调整型稳压电源可满足负载变动较大、输出电压可调、稳压性能较高等要求。

2 电路的工作过程

图1是多路输出的稳压电源线路，主输出为12 V，额定输出直流电流1.2 A，直流保险丝用2 A，考虑到浪涌电流，有一定的余量。变压器功率容量为30 VA，初级电流为0.1 A，由于启动时电流脉冲电流大，故交流保险丝用0.5 A。变压器输出交流电压，经整流滤波后输出直流电压，可分为多路输出，这里以两路为例。一种直接给非稳压电路输出，主要提高功率输出，增加稳压管、分压电阻等器件后可作为辅助电源。另一路经串联稳压电路，输出约12 V直流电压，供电器主电路使用，它由达林顿调整管 V701、V702，取样电路 R705、RP701、R706及产生基准电压的稳压管VD701与比较放大管V703等部分组成，输出电压可调整，由于达林顿管的V701的c极、e极与负载串联，所以称为串联可调型稳压电路。

2.1 稳压电路的稳压过程

图1 多路输出兼做辅助电源的稳压电源电路图Fig.1 Circuit diagram of the regnlated power supply withmnltiplexed output doubled as auxiliary supply

当负载不变时，如果输入电压V i增加，则负载电流I L有增加的趋势，使V o增加。取样电压相应增加，即V703的基极电位对地V b下降，由于基准电压VD701使V703的V e发射极电位保持不变，故使V703的基极-发射极正向电压V be3增加。也就是V be3上升。经V703放大使集电极电位V703的V c升高，集电极电位V703的V c的升高，使调整管的V701的正向电压V be1变小，于是基极电流I b1减小。其结果使V701集电极-发射极电阻增加，迫使管压降V ce1增加，从而使输出电压V0在确定的的负载电流下基本保侍不变。上述稳压过程简化为：

2.2 改进输入电压变化对输出电压的影响

将取样电压同基准电压比较，使输出电压变化量的一部分加到放大管的基极与发射极之间。将V be3的变化量放大并送到调整管基极，控制V ce1的变化。因此直流放大器称为比较放大器。为了保障这一核心稳压部件的工作环境，进一步减少输入电压变化对输出电压的影响，本设计采用了两种改进方法，是设计的特点之一。

一是利用在稳压输入端接入大电容C706，大电容与集电极电阻R701组成滤波器，既能显著牵制基极电阻R702上的电压，又能进一步滤除滤波电容C705后的高频成分。

二是采用为比较放大器提供辅助电源的方法，但是因为本电源有两路输出，不同于一般提供辅助电源的设计还需要有一个独立供电[5]，通过VD703、偏置电阻跨接到输出与取样整个电路上，增加基准电压稳定性。R704要尽可能大，使其与VD703分压所得的输入变量电压尽量小。

2.3 串联稳压电路详细设计

1)调整管由V701、V702组合成复合管，它等效一只NPN管，其 β=β1×β2，由于是复合管，复合管基极电流 I b=I sc/β，电流很小即可控制复合管中BG1流过总的负载电流，要用大功率管。BG2只需供给BG1基极电流，用中功率管即可。如果复合管的调整管电流放大系数不能满足要求，可多只晶体管组成复合管。复合管增加并不是越多越好，没有限制，其原因是当负载电流减小与温度升高时，由于反向电流的增大，将有可能使穿透电流大于工作电流，BG1与BG2均进入截止区，，IB1与IB2电流反向。使V o输出电压失控，进而负载输出电压下降。解决方法是在BG1基极与BG2发射极之间引入电阻R703，由R703接地，使BG1管高温时反向电流I cb0和BG2管在高温时穿透电流I ceo二电流之和，有个泄放通路，用来防止高温时，由于I cb0+I ceo的增大，使V701失控。

2）调整管两端的电阻R707是一个用于启动和分流的电阻，它的作用是开机的瞬间，电容C709能够通过R707充电，电压上升很快，从而使V703导通进入稳定正常工作状态。R707电阻分担调整管部分电压，降低了调整管的功率损耗，同时也降低了调整灵敏度，在发生短路保护时，整流输出电压全部加在电阻R707两端，流过R707的电流相当为总负载电流，所以R707用的是水泥大电阻，才可承担。C709的另一个作用是进一步减低纹波电压，它将输出的纹波电压通过V703放大，负反馈到调整管的基极，大幅度的降低调整管纹波电压。

3）V701、V702是电压可调过程的关键部件，它的V ce随输出电压自动调整[6]，输出电压由R705、RP701、R706取样与基准电压VD701的稳压值比较，产生误差电压V be3，经V703倒相放大，用于控制达林顿调整管的基极电压，从而改变V ce1使输出V sc保持稳定。

4)调整管V701在工作状态时V ce集电极与发射极电压为20 V-12 V=8 V，由于输出电流为1.2 A，1.2 A×8 V=9.6 W因此有=9.6 W的热损耗，要装30W散热器。V701、V702达林顿管流过集电极电流为1.2 A/40=30mA。

5）R704是稳压管的限流电阻，取适当值，使稳压管有6～10mA左右电流，来调节电流稳定基准电压。如果限流电阻小，负载电阻也小，则流过R L电流大，稳压管得到的电流也小，使总的I R电流维持不变。如果负载R L不变，但输入电压变化，则输入I R电流将增加，此时I Z电流也随之增加，保证负载电流基本不变，如果输入电压与负载都在变化，稳压值会随之综合调整。稳压管工作温度影响稳定性，击穿电压小于5～6 V稳压管有负温度系数，为齐纳击穿。击穿电压大于5～6 V稳压管有正负温度系数，为雪崩击穿。稳压管选用以雪崩击穿更稳定，通常稳压管的值选择在整个电路输出电压的0.5～0.8倍为最佳。

6）R701、R702既是 V703的集电极负载， 又与 C706、C707组成两节R C滤波电路，目地是，电源电压太低时，R C滤波电路与复合管起到电子滤波器作用，在基极接有容量小的C b，就相当在发射极接上一个（1+β）C b的大电容来减小纹波电压，大阻值对提高V703的增益和减小纹波均有利，但要注意，因为R701、R702大，直流压降也大，势必导致比较放大管的直流状态不正常，有可能进入饱和区。V703集电极电压为12 V+V be701+V be702=13.4 V，因此 20 V-13.4 V=6.6 V为R701、R702 的压降。 对于 V702 其基极电流为 1.2 A/β1/β2=0.3 mA，这个电流是R701、R702.提供给 V702基极的，要想供给V702基极0.3 mA电流，R701、R702值不能太大，当输出电压为12 V时，R701、R702的压降为20 V-13.4 V=6.6 V，R701、R702电阻在3K以下，分开两节滤波各1/2电阻。

7）达林顿管中的V701是大功率管，选取原则是正常工作时，V ce应在3 V以上，以保证它工作在放大区，正常供电时V sr=V ce+V sc，V ce=V sr-V sc，若电网电压允许有20%的波动，则输入最大电压值要在V sr(max)=1.2(V ce+V sr)。

如输出 V sc=12 V、V ce=4～8 V，则 V sr(mix)=1.2(12+4)=20 V，V sr(max)=1.2(12+8)=24 V在Bvce0取极限的状态下要大于24 V的3倍以上。

如输出电流也取极限，电流最大值为1.5倍的I o值.，若电流输出为1.2 A，则

P max=1.5I o(V sr(max)-V sc(min)=1.5x1.2(24 V-12 V)=22W

7)可调的输出电压由RP701来调整，设RP701的中间触点将其分为R a和R b两部分，串联电路分压原理可得V b3=

V sc， 而 V b3=V Dw+V be3≈V Dw，V be3=0.7 V，V Dw＞＞V b3，所以

R705、RP701、R706阻值一般不宜取的过大，过大会使放大管V703的I b3太小，控制灵敏度降低。但也不能太小，太小会使V703损耗过大。

3 结论

经过计算得到的元件标称值和允许误差更加准确，印证了设计的准确，保证稳压电源各项性能达到设计要求；接入大电容滤除高频成分等设计是对稳定电源设计的有益改进；在多路输出上取稳压，为比较放大器提供辅助电源，避免了输入电压波动和输出电流、负载变动对放大器工作环境的影响，取得的输出电压参考值与标准电压的差值变化才更精确，调压更稳定、元件更节约。

[1]何希才等.稳压电源电路的设计与应用[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]王国强,孟庆龙,王 平,等.一种实验用直流稳压电源的设计[J].电子设计工程,2012(23):131-133.WANG Guo-qiang,MENG Qing-long,WANG Ping,et al.Design of an applied D.C stabilized source used in experiment[J].Electronic Design Engineering,2012(23):131-133.

[3]王翠珍，唐金元.可调直流稳压电源电路的设计[J].中国测试技术,2006,32(5):113-115.WANG Cui-zhen,TANG Jin-yuan.Design of circuit on the adjustable dc regulated power supply [J].China testing technology,2006,32(5):113-115.

[4]陈振生,胡咏梅,李长青.精密高压稳压电源的研究与设计[J].电子设计工程,2011(14):123-126.CHEN Zhen-sheng,HU Yong-mei,LIChang-qing.Research and design of precision high voltage regulated power supply[J].Electronic Design Engineering,2011(14):123-126.

[5]孙余凯,等.稳压电源设计与技能实训教程[M].北京:电子工业出版社，2007.

[6]陈梓城，等.实用电路设计与调试[M].北京:中国电力出版社，2006.