浅谈两种直流稳压电源

安徽师范大学物理与电子信息学院 王冬菊

引言

电子设备越来越广泛的应用于社会生活的各个方面，这些设备绝大多数都需要直流稳压电源提供能源，电源质量的优劣和可靠性直接影响到整个电子设备的技术指标及工作的安全性。目前常用的直流稳压电源有线性稳压电源和开关电源两类[1]。它们分别具有各自的特点和使用范围。

1 线性稳压电源的基本原理和组成

线性稳压电源的组成框图一般如图1所示下[2]。

图1 直流电源的组成

线性稳压电源主要指的是串联型稳压电源，其稳压电路主要包括调整管、采用电阻、放大电路和基准电压四个组成部分。电路中的功率器件调整管工作在线性区，引入电压负反馈，，靠调整管之间的电压降的变化来稳定输出电压。

典型的串联型稳压电路仿真电路如图2[2]。

图2 串联型稳压电路仿真电路

电阻R1，R2，R3构成采用电阻，对输出电压的变化量进行采集，放大器A把采用电压和基准电压（7V）的差值进行放大加载调整管Q2基级，通过改变调整管的输出信号改变调整管的电压降使得输出电压稳定。通过可调电阻R2的调节实现输出电压连续可调。

目前，线性稳压电源一般不采用单立元件进行设计，通常根据设计需要选择合适的集成稳压器进行设计。集成稳压器的内部本质上就是将串联稳压电路、保护电路和启动电路集成在一个芯片上。集成稳压器体积小，其可靠性和温度特性都远远优越于单立元件电路构建的稳压电路，因此得到了广泛的应用。常用集成稳压器有LM78系列。

线性直流稳压电源一般工作在工频范围，优点是稳定性高，纹波小，无辐射干扰，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是体积大、变压器较笨重、效率相对较低，一般只有20%-40%左右。

2 开关型直流稳压电源

开关电源是基于现代电力电子技术，电源中的功能管或者工作在饱和区或者截止区即开关状态，通过对可控器件通断时间比的控制来实现输出电压稳定的一种电源。

开关电源是以电力电子技术为理论基础，以其内部核心是DC-DC电路，根据DC-DC电路的类型，可以分为非隔离型和隔离型两种。非隔离型主要包括升压电路、降压电路、升降压电路、Cuk型电路、Sepic电路和Zeta斩波电路。隔离型的电路有正激电路，反激电路、半桥型电路和全桥型电路。实际应用中，DC-DC电路更多地指隔离型电路[3]。

基于隔离型DC-DC电路的开关电源的常见原理图如图3所示，其工作原理是：交流电经过整流滤波后变为高压直流电，随后经过高频变压器转换成高频低压脉冲，再次经过整流和滤波形成直流低电压输出。其中，开关管的导通占空比可调，以此实现输出直流电压的稳定。

图3 开关电源原理图

开关电源设计的主流是采用集成DC-DC芯片，辅以外围电路达到设计需求。例如常用降压芯片LM2596，其典型电路如图4，选择合适的元件按照LM2596的引脚进行正确接线，就可以得到一个稳定的降压输出。

图4 LM2596典型电路连接图

开关电源中的电力器件工作在开关状态，损耗小，高频变压器相对较小，因此开关电源具有体积小，重量轻，效率高（一般可以达到70%-95%）和稳定可靠等优点；缺点相对于线性电源来说纹波较大，容易产生电磁干扰。

4 直流稳压电源发展趋势

线性稳压电压稳压稳定度好，纹波系数小，但是效率低，体积大，适用于中小功率场合和对直流电要求比较高的场合。开关电源体积小，效率高，目前广泛用于各种电子、电器设备领域等。开关电源是未来电源技术发展的主要方向，正在向高频、低耗、低噪声、轻巧、高可靠、抗干扰和模块化发展[4]。

[1]沙占友.新型单片开关电源的设计与应用[M].北京：电子工业出版社,2001.

[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2005：390.

[3]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社,2009：119-135.

[4]郑耀添.直流电源技术的发展发向[J].韩山师范学院学报,26(3)：27-29.