穩壓電源

穩壓電源（stabilized voltage supply）是能為負載提供穩定的交流電或直流電的電子裝置，包括交流穩壓電源和直流穩壓電源兩大類。

當電網電壓或負載出現瞬間波動時，穩壓電源會以10-30ms的響應速度對電壓幅值進行補償，使其穩定在±2%以內。

主要功能

穩定電壓

當電網電壓或負載出現瞬間波動時，穩壓電源會以10-30ms的響應速度對電壓幅值進行補償，使其穩定在±2%以

內。

多功能綜合保護

穩壓器除了最基本的穩定電壓功能以外，還應具有過壓保護（超過輸出電壓的+10%）、欠壓保護（低于輸出電壓的-10%）、缺相保護、短路過載保護最基本的保護功能。

尖脈沖抑制

電網有時會出現幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會擊穿耐壓較低的電子元件。穩壓電源的抗浪涌組件能夠對這樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。

隔離傳導性EMI電磁干擾（可選）：

數控設備多采用AC/DC整流+PFC高頻功率因數校正，自身有一定的干擾性同時對干擾源也有嚴格要求。穩壓電源的濾波組件能夠有效隔離電網對設備的干擾同時也能有效隔離設備對電網的干擾。

防雷

應具有的防雷擊能力。

工作原理

工頻交流電源經過變壓器降壓、 整流、濾波后成為一穩定的直流電。圖中其余部分是起電壓調節，實現穩壓作

用的控制部分。電源接上負載后，通過采樣電路獲得輸出電壓，將此輸出電壓和基準電壓進行比較。如果輸出電壓小于基準電壓，則將誤差值經過放大電路放大后送入調節器的輸入端，通過調節器調節使輸出電壓增加，直到和基準值相等；如果輸出電壓大于基準電壓，則通過調節器使輸出減小。

穩壓器電路由電源電路、電壓檢測控制電路、過電壓保護組成，如圖所示。電源電路由調壓變壓器T的W4、W5繞組和整流二極管VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2組成。電壓檢測控制電路由電阻器R-R7、電位器RPl、Rm、穩壓二極管VS、電容器C3、C4和運算放大器集成電路IC（Nl-N3）組成。過電壓保護電路由IC內部的N3、晶體管V3、電阻器Rl2和繼電器K組成。自動調壓電路由電阻器R8-Rll、晶體管Vl、V2、直流電動機M、滑動觸頭和T的Wl-W3繞組組成。將交流穩壓器的輸大端與市電相接后，在T的W4、W5繞組上產生了感應電壓。該電壓經VDl-VD4整流及Cl、C2濾波后，為IC和Vl、V2等提供 士l2V不穩定工作電壓。+l2V電壓還有其他作用。經Rl-R3分壓、VS穩壓后，分別為Nl-N3的反相輸入端提供基準電壓；為過電壓保護電路申的K和V3提供工作電源；經R4、RP2、R6分壓后，為Nl和N2的正相輸入端提供檢測電壓；經R7、RPl、R5分壓后，為N3的正相輸入端提供檢測電壓。

Nl-N3將正相輸大端的檢測電壓與反相輸大端的基準電壓進行比較，用產生的誤差電壓去控制自動調壓電路。

當市電電壓正常時，Nl和N2的輸出端電壓為OV，Vl和V2均處于截止狀態，電動機M不工作。

當市電電壓偏低時，Nl和N2輸出低電平，使V2導通，Vl截止，M逆時針旋轉，通過滑壁臂驅動滑動觸頭移動，與T相應的電壓抽頭接觸 （T的Wl、W2繞組共設置了21個電壓抽頭，每一檔的電壓調節范圍為5V），通過T的W2繞組來提升輸出電壓。當輸出交流電壓升至220V時，V2截止，M停轉。當市電電壓偏高時，Nl和N2均輸出高電平，使Vl導通，V2截止，M順時針旋轉，通過滑臂驅動滑動觸頭移動，與T相應的電壓抽頭接觸，通過T的Wl繞組來降低輸出電壓。當輸出交流電壓降至220V時，Vl截止，M停轉。當市電電壓偏高超過260V時，N3因正相輸入端電壓高于反相輸入端電壓而輸出低電平，使V3截止，，K釋放，其常閉觸頭接通交流電壓的輸出回路。當市電電壓為160-260V時，N3因正相輸入端電壓低于反相輸入端電壓而輸出高電平，使V3導通，K吸合，其常閉觸頭斷開，從而保證負載（用電器）不會因過電壓而損壞。 ［3］

選購

元器件選擇

R8和R9均選用lW金屬膜電阻器，其余各電阻器選用1/4W或l/2W金屬膜電阻器。

RPl和RP2均選用精密可變電阻器。

Cl-C4均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。

VDl-VD4均選用lN5404型硅整流二極管。

VS選用1/2W、6V的硅穩壓二極管，例如lN5233A或lN5995B等型號。

Vl選用DSl5或2SC2073型硅NPN晶體管；V2選用CSl5或2SA940型硅PNP晶體管；V3選用S805O或C8050型硅NPN晶體管。

IC選用LM324型運算放大集成電路。

M選用l2V直流電動機。

K選用JRX-l3F型l2V直流繼電器，使用時將其兩組常閉觸頭并聯，以增大電流負荷。

采用300-500W的電源變壓器改制。先計算出匝/伏比等有關數據后再進行繞制，每5V處取出一抽頭并作好標記。先繞Wl-W3繞組，后繞W4和W5繞組。將T各抽頭的外接點與滑臂的滑動觸頭分別裝在兩塊完全一樣的印制板上，粘合后對應連接。滑臂為上、下兩片型式，印制板夾在其中間，使其在滑動時接觸良好。滑臂申心裝上齒輪，電動機M通過齒輪變速后驅動滑臂移動。

電路調試

調試時，先將RPl和R陀的動觸頭調至中間位置，在交流穩壓器的輸入端接上一臺手動調壓器，在輸出端接上電壓表，調整調壓器使輸入交流電壓為220V，然后調節R陀的阻值，使M在輸出電壓為220V時停轉。

斷開M的引線 （滑動觸頭應接在-220V處），調整RPl，使輸人電壓調至230V時，K立即吸合即可。

根據調整管的工作狀態，我們常把穩壓電源分成兩類：線性穩壓電源和開關穩壓電源。

線性穩壓電源，是指調整管工作在線性狀態下的穩壓電源。而在開關電源中則不一樣，開關管（在開關電源中，我們一般把調整管叫做開關管）是工作在開、關兩種狀態下的：開——電阻很小；關——電阻很大。

開關電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優點。但是由于電路工作在開關狀態，所以噪聲比較大。 通過下圖，我們來簡單的說說降壓型開關電源的工作原理。如圖所示，電路由開關K（實際電路中為三極管或者場效應管），續流二極管D，儲能電感L，濾波電容C等構成。當開關閉合時，電源通過開關K、電感L給負載供電，并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開關接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間后，開關斷開，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續流。這電流流過負載，從地線返回，流到續流二極管D的正極，經過二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個回路。通過控制開關閉合跟斷開的時間（即PWM——脈沖寬度調制），就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現了穩壓的目的。

在開關閉合期間，電感存儲能量；在開關斷開期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開關斷開期間，負責給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續流二極管。

在實際的開關電源中，開關K由三極管或場效應管代替。當開關斷開時，電流很小；當開關閉合時，電壓很小，所以發熱功率U×I就會很小。這就是開關電源效率高的原因。

常見的用于開關電源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。

這里說的線性穩壓電源，是指調整管工作在線性狀態下的直流穩壓電源。調整管工作在線性狀態下，可這么來理解：RW（見下面的分析）是連續可變的，亦即是線性的。而在開關電源中則不一樣，開關管（在開關電源中，我們一般把調整管叫做開關管）是工作在開、關兩種狀態下的：開——電阻很小；關——電阻很大。工作在開關狀態下的管子顯然不是線性狀態。

線性穩壓電源是比較早使用的一類直流穩壓電源。線性穩壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應速度快，輸出紋波較小；工作產生的噪聲低；效率較低（現在經常看的LDO就是為了解決效率問題而出現的）；發熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統增加熱噪聲。

工作原理：我們先用下圖來說明線性穩壓電源調節電壓的原理。如下圖所示，可變電阻RW跟負載電阻RL組成一個分壓電路，輸出電壓為：

Uo=Ui×RL/（RW RL），因此通過調節RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請注意，在這個式子里，如果我們只看可調電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但如果把RW和RL一起看，則是線性的。還要注意，我們這個圖并沒有將RW的引出端畫成連到左邊，而畫在右邊。雖然這從公式上看并沒有什么區別，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念----實際中的電源，絕大部分都是工作在采樣和反饋的模式下的，使用前饋方法很少，或就是用了，也只是輔助方法而已。

讓我們繼續：如果我們用一個三極管或者場效應管，來代替圖中的可變阻器，并通過檢測輸出電壓的大小，來控制這個“變阻器”阻值的大小，使輸出電壓保持恒定，這樣我們就實現了穩壓的目的。這個三極管或者場效應管是用來調整電壓輸出大小的，所以叫做調整管。

像圖1所示的那樣，由于調整管串聯在電源跟負載之間，所以叫做串聯型穩壓電源。相應的，還有并聯型穩壓電源，就是將調整管跟負載并聯來調節輸出電壓，典型的基準穩壓器TL431就是一種并聯型穩壓器。所謂并聯的意思，就是象圖2中的穩壓管那樣，通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩定”，也許這個圖并不能讓你一下子看出它是“并聯”的，但細心一看，確實如此。不過，大家在此還要注意一下：此處的穩壓管，是利用它的非線性區工作的，因此，如果認為它是一個電源，它也是一個非線性電源。為了便于大家理解，回頭我們找一個理適合的圖來看，直到可以簡明地看懂為止。

由于調整管相當于一個電阻，電流流過電阻時會發熱，所以工作在線性狀態下的調整管，一般會產生大量的熱，導致效率不高。這是線性穩壓電源的一個最主要的一個缺點。想要更詳細的了解線性穩壓電源，請參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是幫助大家理清這些概念以及它們之間的關系。

一般來說，線性穩壓電源由調整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路，啟動電路等部分。下圖是一個比較簡單的線性穩壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結果由誤差放大電路放大后，控制調整管的導通程度，使輸出電壓保持穩定。

常用的線性串聯型穩壓電源芯片有：78XX系列（正電壓型），79XX系列（負電壓型）（實際產品中，XX用數字表示，XX是多少，輸出電壓就是多少。例如7805，輸出電壓為5V）；LM317（可調正電壓型），LM337（可調負電壓型）；1117（低壓差型，有多種型號，用尾數表示電壓值。如1117-3.3為3.3V，1117-ADJ為可調型）。

常用穩壓芯片

線性穩壓器件（輸入輸出電流相等，壓降3V以上）

型號 穩壓（V） 最大輸出電流 可替代型號

79L05 -5V 100mA

79L06 -6V 100mA

79L08 -8V 100mA

LM7805 5V 1A L7805，LM340T5

LM7806 6V 1A L7806

LM7808 8V 1A L7808

LM7809 9V 1A L7809

LM7812 12V 1A L7812，LM340T12

LM7815 15V 1A L7815，LM340T15

LM7818 18V 1A L7815

LM7824 24V 1A L7824

LM7905 -5V 1A L7905

LM7906 -6V 1A L7906，KA7906

LM7908 -8V 1A L7908

LM7909 -9V 1A L7909

LM7912 -12V 1A L7912

LM7915 -15V 1A L7915

LM7918 -18V 1A L7918

LM7924 -24V 1A L7924

78L05 5V 100mA

78L06 6V 100mA

78L08 8V 100ma

78L09 9V 100ma

78L12 12V 100ma

78L15 15V 100ma

78L18 18V 100ma

78L24 24V 100ma

開關穩壓器件（電壓轉換效率高）

型號 說明 最大輸出電流

LM1575T-3.3 3.3V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575T-5.0 5V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575T-12 12V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575T-15 15V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575T-ADJ 簡易開關電源穩壓器（可調1.23V~37V） 1A

LM1575HVT-3.3 3.3V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575HVT-5.0 5V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575HVT-12 12V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575HVT-15 15V簡易開關電源穩壓器 1A

LM1575HVT-ADJ 簡易開關電源穩壓器（可調1.23V~37V） 1A

LM2575T-3.3 3.3V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575T-5.0 5V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575T-12 12V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575T-15 15V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575T-ADJ 簡易開關電源穩壓器（可調1.23V~ 37V） 1A

LM2575HVT-3.3 3.3V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575HVT-5.0 5V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575HVT-12 12V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575HVT-15 15V簡易開關電源穩壓器 1A

LM2575HVT-ADJ 簡易開關電源穩壓器（可調1.23V~37V） 1A

LM2576T-3.3 3.3V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576T-5.0 5.0V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576T-12 12V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576T-15 15V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576T-ADJ 簡易開關電源穩壓器（可調1.23V~37V） 3A

LM2576HVT-3.3 3.3V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576HVT-5.0 5.0V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576HVT-12 12V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576HVT-15 15V簡易開關電源穩壓器 3A

LM2576HVT-ADJ 簡易開關電源穩壓器（可調1.23V~37V） 3A