直流稳压电源的结构参数与故障分析

于婷婷 相鑫海

（潍坊工程职业学院火箭军士官学校 山东 青州 262500）

直流稳压电源是电子电路的重要组成部分，无论是在工业电子产品还是民用电子产品中，一般都是采用直流电源为其控制电路供电。稳压电源的性能直接关系到整个电子电路性能的好坏。直流稳压电源简单来说就是将电网中方向时刻变化的220 V交流电通过转换电路转换成方向不变直流电。

一般的直流稳压电源都是由四部分组成的，分别是变压器部分、整流电路部分、滤波电路部分和稳压电路部分。其作用就是将输入的交流电转换成电子设备所需要的直流电，为各种电子电路提供直流电源。

1 交流变压器部分

交流变压器的作用是将电网输入的较大的交流电压变为较小的交流电压，交流电压的频率不会发生改变。交流变压器利用的是电磁感应定律，原边绕组和副边绕组之间没有电的联系，只有磁的耦合。

变压器参数的选择主要考虑变压器的变比和变压的效率：变压器电压的变比与原、副边绕组的匝数成正比；变压器的效率为原边功率/副边功率。所需输出电压由负载电压决定。变压器常见的故障包括绝缘降低、线圈短路、断路等情况。绝缘降低是变压器在工作过程中常出现的一种状况，绝缘降低故障实际上就是绝缘电阻值的下降使得变压器电流增加，发热严重，温度的升高使得绝缘层进一步老化，形成恶性循环。原边线圈部分短路会使得输出电压降低，副边线圈部分短路会使得输出电压升高，严重短路时会使得变压器发热甚至冒烟烧坏。短路故障可以用万用表的电压档测量。原边线圈或者副边线圈断路会使得电路中没有输出电压。

2 整流电路部分

所谓整流电路就是将交变的电压或电流转换为脉动的直流电压或者电流的电路。整流电路部分用到的是二极管，二极管具有单相导电性，即接正向电压(阳极接高电位，阴极接低电位)时二极管导通，接反向电压(阳极接低电位，阴极接高电位)时二极管截止。利用二极管的这一特性可以组成半波整流电路或者全波整流电路。在半波整流电路中，二极管只是在半个周期导通；在全波整流电路中，二极管在整个周期都导通。全波整流电路相对于半波整流电路而言，输出电压的脉动程度减小，输出电压的平均值变大，电源的能量得到了有效的利用，所以现在整流电路基本上都用两个二极管组成的全波整流电路或者四个二极管组成的整流桥。

整流电路中二极管参数的选择主要考虑的是二极管的平均工作电流和二极管承受的最高反向工作电压，为了安全起见，所选的参数要比计算数值大一倍左右。桥式整流电路中常见的故障有二极管虚焊、焊反、短路等境况。桥式整流电路中一个二极管虚焊、断路时，整流电路变成半波整流电路，用示波器检查时会看到输出电压的波形只在半个周期中出现。如果是D1或者D3虚焊，波形只在电源后半个周期出现；如果是D2或者D4虚焊，波形只在电源前半个周期出现。如果一个二极管被焊反，会造成短路故障，此时电流很大，二极管和变压器都会被烧毁。

3 滤波电路部分

利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性将电容与负载RL并联，或利用通过储能元件电感中的电流不能突变的特性将电感与负载RL串联，组成滤波电路，滤掉上一级整流电路中输出的电压和电流中的交流分量，保留其直流分量，使输出电压或电流的波形变得更加平滑，改善输出电压的脉动程度。电容滤波电路最简单，电感滤波电路中电感线圈的电感较大时，需要带铁心，易引起电磁干扰。

滤波电路中电容参数的选择主要包括放电时间常数RC和耐压值，为了电路可以可靠的工作，RC一般要大于等于1.5～2.5T(T为变压器输出电压的周期)，电容的耐压值一般取1.5～2U(U为变压器输出电压的有效值)。滤波电路常见的故障有击穿、开路、容量减小等情况，可以用万用表的欧姆档判断电容器的击穿或开路故障。当滤波电容被击穿或者短路时，会引起整流二极管和电压电压器烧坏；当滤波电容开路或者容量减小时，输出电压会减低很多，会使负载输入电压偏低不能正常工作。

4 稳压电路部分

稳压电路的作用是使输出电压不会随着电网的波动或负载的变化而变化，最简单的稳压电路是用稳压管组成的。稳压管是一种特殊的二极管，它工作在反向击穿状态。由于稳压管的反向特性曲线很陡，流过稳压管的反向电流在很大范围内变化时，其两端的端电压变化很小，因而起到稳压作用。稳压管一般会与一个限流电阻串联使用，就是为了防止流过稳压管的电流过大形成热击穿损坏稳压管。

稳压电路中稳压管的选择主要是考虑稳压管的稳定电压和限流电阻的阻值。稳定电压基本上是固定值，随着流过稳压管的电流和环境温度变化不大。限流电阻参数公式为式中UI为输入电压，U0为输出电压IZ流过稳压管的电流。

稳压电路中常见的故障是稳压管被热击穿或者限流电阻选择不合适：稳压管被热击穿后变为短路状态，由于限流电阻的存在，不会烧毁电路，但是就起不到稳压作用了；限流电阻选择不合适会使得电路输出电压波动较大，影响稳压电路的质量。

现在常用的稳压器主要是集成稳压器，集成稳压器有多种类型，主要包括三端固定式、三端可调式和多端可调式三种，其安装方便，调试简单，并且具有体积小、成本低、可靠性高的特点因而得到了广泛应用。