正负压可调的多路输出直流稳压电源设计

　　本设计将串联型稳压电路、集成三端稳压器、自恢复熔断器、过载保护与控制电路应用于直流稳压电源系统，使该电源不仅具有连续可调的正压输出和负压输出，而且稳定性和可靠性高、体积小。给出了系统设计方案、电路图及元器件选型，并对核心电路的工作原理进行了分析。

　　一、设计指标

　　本直流稳压电源的主要性能和技术指标：1．具有两路直流电源输出：正电压输出在3～15V连续可调，负电压输出在-1.5～-15V连续可调，并有输出电压显示和电源供电状态（正压／负压）指示，其输出电流为500mA;2．电流调整率SI≤1%(SI=△VONO%，输入电压。220V，空载到满载)；3．有过流保护和短路保护。

　　二、系统设计方案

　　目前常用的电源设计方案有串联反馈型晶体管线性稳压电源、开关稳压器电源、集成三端稳压器电源、DC/DC电源模块等，这几种设计方法各有利弊。根据设计任务和要求，本系统正压输出采用串联反馈型晶体管线性稳压电源即串联型稳压电源，因该电路稳压特性好，过载能力强；负压输出采用集成三端稳压器LM337，其输出电压调节范围宽，过压能力强。负压过流保护用0.5A．30V自恢复熔断器；系统短路、过流保护采用以晶体管电子开关、双稳态触发器及继电器控制电路等实现，其总体结构框图如下图所示。

　　主要包括变压器、整流电路、滤波电路、正压输出可调模块、负压输出可调模块、短路、过流检测及控制等，该电路公用一套整流滤波电路。

　　三、主要功能模块的设计

　　1．变压器和整流器及滤波器的设计变压器选用降压变压器，它将220V的交流电降为合适的交流电后再经整流器转换成直流。因要实现同时输出的正压和负压的稳压电源，故变压器的次级应带中心抽头，根据设计要求，变压器应能输出两路有效值为15V的交流电，且变压器的额定功率应口20W。整流器采用二极管桥式整流，’选用安装面积小的整流模块RS208（扁桥），因RS208的平均电流和最大反向电压都较高；整流后的脉动电压再经电解电容滤波，滤波电容C的容量由计算，其中T为电网电压周期，为负载电阻，因此选用25V/2200μF的电解电容。经桥式整流、电容滤波后的输出电压=1.2U2=18V(U2是变压器次级交流电的有效值)。

　　2．正压输出可调电路的设计

　　正压输出可调电路采用串联型稳压电路，它由取样电路、基准电压环节、比较放大器、调整电路等组成，如下图所示。稳压电路的输入电压U1在18~20V之间。

　　该电路由晶体管2N5551和TIP41组成复合晶体管，并利用电压串联负反馈来稳定输出电压UO，降低输出电阻，其中TIP41B是调整管，TIP41B的击穿电压在80V左右，最大集电极电流为2A，最大集电极允许功耗为2W。为了调节输出电压的大小，在取样电阻R11和R13中间串联一个电位器R14，使输出电压UO在3—15V连续可调。注意：TIP41B应装散热片，起过热保护作用。

　　3．负压输出可调电路的设计

　　负压输出可调电路主要由集成三端稳压器LM337、滤波电容、电位器及自恢复熔断器等组成，如下图所示。

　　LM337输出负电压，用WH5-3.3K电位器进行调节，输出电压调节范围从-1.2V—-37V，电流1.5A。自恢复熔断器RF起过载自动保护作用，当工作电流通过自恢复熔断器时，其电阻只有零点几欧姆，当电流过载时，RF的电阻就迅速增大，呈开路状态，立即将电流切断，起到保护作用。一旦过流故障被排除时，RF的电阻又恢复成低阻态，即RF可在低阻导通与高阻断开之间相互转换而无须更换。

　　4、短路与过流保护电路的设计

　　系统短路或过流保护电路如下图所示。

　　由2N5401（PNP型）、2N5551（NPN型）晶体管电子开关、双稳态触发器CD4013、直流12V继电器及复位电路等组成，由集成三端稳压芯片7812提供工作电压口12V，Rl是检测电阻，阻值为1Q。双稳态触发器4013是双D触发器，其引脚排列见下图，此处只用一个D触发器，逻辑功能见下表。

　　当系统发生短路故障时，短路电流流过R1，给PNP型晶体管2N5401的发射结提供一个正向偏置电压，使2N5401导通，此时，D触发器的S端为高电平“1”，R端为低电平“0”，触发器的输出端Q为“1”，从而使NPN型晶体管2N5551也导通，继电器的线圈得电，其常闭触点断开，迅速分断电路，起到保护作用。当故障排除时，晶体管2N5401恢复到截止状态，D触发器的S端为“0”，手动按下复位键S1，使D触发器的R端为高电平“1”，则触发器的输出端Q为“0”，使晶体管2N5551截止，继电器的线圈失电，其常闭触点闭合，系统恢复到正常状态。

　　四、系统电路原理图及系统抗干扰设计

　　该系统的电路原理图如上图所示，输出电压显示采用量程为20V的磁电式电压表85C1-V和2A250V双刀双掷钮子开关，通过双刀双掷开关换接线路，可显示输出电压的大小和极性，并用两种不同颜色的发光二极管指示电源的供电状态（正压／负压）。

　　系统抗干扰设计除采用滤波电容、去耦电容，高频旁路电容改善纹波、抑制高频干扰、防止自激振荡外，在数字集成芯片4013的S端加有瞬态电压抑制电路，抑制尖峰脉冲、浪涌电压及雷电干扰，使系统能长期安全、可靠地工作。

　　结语

　　经过电路安装、调试，该直流稳压电源的功能已经全部实现，在电子制作中，已用来调试音频放大器、电子数字钟、频率计等，还可作嵌入式系统、直流电机等控制器的电源。本设计的特点是：既有分离元件组成的电路，又有集成芯片构成的功能模块i既有模拟电子技术知识，又包含数字电路的内容，是一个“模、数电”混合应用系统，并具有较强的抗干扰性：它既可用于电子设备，又可作为电子技术实践教学的一个实例。

本文关键字：稳压电源  调稳压-升降压技术，电源动力技术 - 调稳压-升降压技术