直流稳压电源技术—串联稳压电源

章滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为(3-5)×0.5×T÷R，一般系数取5，由于市电频率是50Hz，所以T为0.02S，R为负载电阻。

当最不利的情况下，即输出电压为15V，负载电流为500mA时：

C1=5×0.5×T÷(UO÷IO)

C1=5×0.5×0.02S÷(15V÷0.5A)≈1666μF

当市电上升10%时整流电路输出的电压值最大，此时滤波电容承受的最大电压为：

VC1=(UB1)OMAX=20.35V

实际上普通电容都是标准电容值，只能选取相近的容量，这里可以选择2200μF的铝质电解电容。耐压可选择25V以上，一般为留有余量并保证长期使用中的安全，可将滤波电容的耐压值选大一点，这里选择35V。

6、调整部分

调整部分主要是计算调整管T1和T2的集电极-发射极反向击穿电压(BVT1)CEO，最大允许集电极电流(IT1)CM，最大允许集电极耗散功率(PT1)CM。

在最不利的情况下，市电上升10%，同时负载断路，整流滤波后的出电压全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极-发射极反向击穿电压(BVT1)CEO为：

(BVT1)CEO=(UB1)OMAX=20.35V

考虑到留有一定余量，可取(BVT1)CEO为25V。

当负载电流最大时最大允许集电极电流(IT1)CM为：

(IT1)CM=IO=500mA

考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取(IT1)CM为600mA。

这样大允许集电极耗散功率(PT1)CM为：

(PT1)CM=((UB1)OMAX-UOMIN)×(IT1)CM

(PT1)CM=(20.35V-6V)×600mA=8.61W

考虑到留有一定余量，可取(PT1)CM为10W。

查询晶体管参数手册后选择3DD155A作为调整管T1。该管参数为：PCM=20W，ICM=1A，BVCEO≥50V，完全可以满足要求。如果实在无法找到3DD155A也可以考虑用3DD15A代替，该管参数为：PCM=50W，ICM=5A，BVCEO≥60V。

选择调整管T1时需要注意其放大倍数β≥40。

调整管T2各项参数的计算原则与T1类似，下面给出各项参数的计算过程。

(BVT2)CEO=(BVT1)CEO=(UB1)OMAX=20.35V

同样考虑到留有一定余量，取(BVT2)CEO为25V。

(IT2)CM=(IT1)CM÷βT1

(IT2)CM=600mA÷40=15mA

(PT2)CM=((UB1)OMAX-UOMIN)×(IT2)CM

(PT2)CM=(20.35V-6V)×15mA=0.21525W

考虑到留有一定余量，可取(PT2)CM为250mW。

查询晶体管参数手册后选择3GD6D作为调整管T2。该管参数为：PCM=500mW，ICM=20mA，BVCEO≥30V，完全可以满足要求。还可以采用9014作为调整管T2，该管参数为：PCM=450mW，ICM=100mA，BVCEO≥45V，也可以满足要求。

选择调整管T2时需要注意其放大倍数β≥80。

则此时T2所需要的基极驱动电流为：

(IT2)MAX=(IT2)CM÷βT1=15mA÷80=0.1875mA

7、基准电源部分

基准电源部分主要计算稳压管D5和限流电阻R2的参数。

稳压管D5的稳压值应该小于最小输出电压UOMIN，但是也不能过小，否则会影响稳定度。这里选择稳压值为3V的2CW51，该型稳压管的最大工作电流为71mA，最大功耗为250mW。为保证稳定度，稳压管的工作电流ID5应该尽量选择大一些。而其工作电流ID5=(IT3)CE+IR2，由于(IT3)CE在工作中是变化值，为保证稳定度取IR2>>(IT3)CE，则ID5≈IR2。

这里初步确定IR2MIN=8mA，则R2为：

R2=(UOMIN-UD5)÷IR2MIN

R2=(6V-3V)÷8mA=375Ω

实际选择时可取R2为390Ω

当输出电压UO最高时，IR2MAX为：

IR2MAX=UOMAX÷R2

IR2MAX=15V÷390≈38.46mA

这时的电流IR2MAX小于稳压管D5的最大工作电流，可见选择的稳压管能够安全工作。

8、取样部分

取样部分主要计算取样电阻R3、R4、R5的阻值。

由于取样电路同时接入T3的基极，为避免T3基极电流IT3B对取样电路分压比产生影响，需要让IT3B>>IR3。另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区，需要让IR3大于调整管T1的最小工作电流(IT1)CEMIN。由于3DD155A最小工作电流(IT1)CEMIN为1mA，因此取IR3MIN=10mA。则可得：

R3+R4+R5=UOMIN÷IR3MIN

R3+R4+R5=6V÷10mA=600Ω

当输出电压UO=6V时：

UD5+(UT3)BE=(R4+R5)÷(R3+R4+R5)×UO

(R4+R5)=(UD5+(UT3)BE)×(R3+R4+R5)÷UO

(R4+R5)=(3V+0.7V)×600Ω÷6V=370Ω

当输出电压UO=15V时：

UD5+(UT3)BE=R5÷(R3+R4+R5)×UO

R5=(UD5+(UT3)BE)×(R3+R4+R5)÷UO

R5=(3V+0.7V)×600Ω÷15V=148Ω

实际选择时可取R5为150Ω。这样R4为220Ω，R3为230Ω。但实际选择时可取R3为220Ω。

9、放大部分

放大部分主要是计算限流电阻R1和比较放大管T3的参数。由于这部分电路的电流比较小，主要考虑T3的放大倍数β和集电极-发射极反向击穿电压(BVT1)CEO。

这里需要T3工作在放大区，可通过控制T3的集电极电流(IT3)C来达到。而(IT3)C是由限流电阻R1控制，并且有：

IR1=(IT3)C+(IT2)B

一方面，为保证T1能够满足负载电流的要求，要求满足IR1>(IT2)B;另一方面，为保证T3稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流(IT3)C不能太大。

这里可以选IR1为1mA，当输出电压最小时，则R1为：

R1=((UB1)O-UO-(UT1)BE-(UT2)BE)÷IR1

R1=(15V-6V-0.7V-0.7V)÷1mA=7.6KΩ

实际选择时可取R1为7.5 KΩ。

当输出电压最大时，IR1为：

IR1=((UB1)O-UO-(UT1)BE-(UT2)BE)÷R1

IR1=(15V-6V-0.7V-0.7V)÷7.5 KΩ≈1.013mA

可见当输出电压最大时IR1上升幅度仅1%，对T3工作点影响不大，可满足要求。

由于放电电路的电流并不大，各项电压也都小于调整电路，可以直接选用3GD6D或9014作为放大管T3。

10、其他元件

在T2的基极与地之间并联有电容C2，此电容的作用是为防止发生自激振荡影响电路工作的稳定性，一般可取0.01μF/35V。在电源的输出端并联的电容 C3是为提高输出电压的稳定度，特别对于瞬时大电流可以起到较好的抑制作用，可选470μF/25V铝电解电容。

11、总结

通过前面的计算，已经得到了所有元件的参数。可以将这些参数标注到图4-3-1中，这样就得到完整的串联负反馈稳压电源电路图，见图4-3-2。这里计算的其实都还只是初步的参数，实际组装完毕后应该仔细测量电源的各项指标是否符合要求，各部分元件工作是否正常。如果发现问题，应该根据实际情况作出调整。根据调整的结果来修正原理图中的电路参数，最终完成稳压电源的设计。

四、串联稳压电源的改进措施

前面介绍的串联负反馈稳压电源只是一种基本的稳压电路，实际使用中的稳压电源可能会有各种各样的特殊要求。有些要求更高的电压稳定度，有些要求更大的输出电流能力，有些要求有短路保护。这样就需要针对不同的要求对前面介绍的电路进行改进。下面就对串联负反馈稳压电源的各种改进措施进行介绍。

1、改善稳定度

一般改善稳定度的方法有：使用恒流源负载、增加电压放大部分的级数、采用辅助的稳定电源、增加补偿电路等方法。

使用恒流源负载

由于串联负反馈稳压电路是通过输出电压的变化量，经放大后来调节调整管的管压降达到稳压的目的。当放大倍数越高，电源的稳定度就越高。对于三极管放大器，当集电极电阻越大同时输入电阻越小时，放大倍数就越大。但集电极电阻过大会造成集电极电流过小，会造成输入电阻增大。为解决这个矛盾，可以使用恒流源负载代替集电极电阻。

图4-4-1是一种使用三极管恒流源的稳压电路。图中虚线框内的T4、D2、R6、R7组成恒流源电路，作为T3发射极负载。

图4-4-2是使用恒流二极管作为恒流源的稳压电路。恒流二极管一种能在比较宽的电压范围内提供恒定电流的半导体器件。由于具有直流等效电阻低、交流动态阻抗高、稳定系数小、直流电压降可调的优点。因此可用于代替图4-4-1中的三极管恒流源。

图4-4-3是使用场效应管作为恒流源的串联负反馈稳压电路。由于结型场效应管具有类似恒流二极管的特性，当漏极D接到整流滤波后的电压，栅极G与源极S连接后接到放大管T3的集电极时，场效应管就成了放大管T3的集电极恒流源负载。

增加电压放大部分的级数

由于当放大电路的放大倍数越高时，电源的稳定度就越高。一般单管放大电路的放大倍数有限，可以采用增加放大电路级数的方法来提高放大倍数，这样也可以大大提高电源的稳定度。不过增加放大电路的级数后，电路更容易产生自激振荡，在设计放大电路时需要采取手段避免电路产生自激。由于增加电压放大级数不可避免的增加了电路的复杂程度，一般分离元件制作的稳压电源中较少使用此方法。

采用辅助的稳定电源

在基本形式的串联负反馈稳压电路中，放大管T3的集电极电路R1直接连接到经整流滤波后的电压上。由于这个电压不是稳定的电压，当其发生变化时，其变化量会加到调整管的基极，进而影响输出电压稳定度。可以通过将R1接入到一个稳定电压的方法来避免这种影响。图4-4-2中，D2、R6组成辅助稳压电源，负责向R1提供稳定的电压。这种形式的稳压电路通常用在大输出电流的稳压电源中，可以显著提高电源的稳定度。

增加补偿电路

由于串联负反馈稳压电路是通过输出电压的变化量来控制稳定度，那么可以直接使用输入电压的波动或者负载电流的波动来进行补偿控制，理想状态下可以达到补偿效果正好等于输出电压的变化量。但由于补偿量的计算比较复杂，实际电路中受各种因素影响，补偿效果也难以达到要求。一般较少采用此方法，多为针对特定电路采取的临时措施。