怎樣設計穩壓電源的多重保護?

 

一、穩壓電源的設計與制作背景 

　　 

　　 穩壓電源電路是電子系統組成的重要部分,它為電子系統提供直流偏置,為電子系統中的有源器件提供合適的靜態工作點。直流電源的性能直接影響著整個電子系統的性能。本論文在傳統的串聯型線性穩壓電源電路結構的基礎上,增加多重保護功能,增強穩壓功能,實現了一個具有多重保護功能的小功率線性穩壓電源,可以可靠地為電子系統供電。 

　　 

二、穩壓電源的電路構成 

　　 

　　 該穩壓電源采用傳統的串聯線性穩壓電源,即由變壓、整流、濾波、穩壓四個基本模塊組成。本論文集中在穩壓模塊,在增強穩壓功能的同時,增加了輸出可調和多重保護功能,具體包括過壓保護、欠壓保護、過流保護、負反饋波動補償。 

　　 

　　 1輸出可調 

　　 該穩壓電源輸出電壓在2.2V~5.5V可調。具體實現電路如圖1所示。輸出電壓為 

　　 

　　 2過壓、欠壓保護 

　　 考慮到電網輸出電壓的波動,為了有效地保護負載,需要做過壓和欠壓的保護電路。具體實現電路如圖2所示。其基本原理為采用兩個比較器,分別比較電路工作時的實際電壓與預先設定的參考電壓,根據比較的結果,控制達林頓對管,切斷或者導通后續穩壓模塊與之前的濾波模塊之間的連接,從而實現過壓或者欠壓情況下負載的有效保護。 

　　 

　　 3 過流保護 

　　 當電路中由于特殊原因造成電流過大時,容易損傷負載,因此電路中也需要過流保護功能。在該設計中,采用了一個熱敏電阻。當電流變小,熱敏電阻的阻值也變小;當電流變大時,熱敏電阻的阻值也變大,從而起到保護負載的作用。 

　　 

　　 4 負反饋波動補償 

　　 為了使得輸出電壓的波動更小,設計中采用了負反饋波動補償電路。具體實現電路如圖3所示。 

　　 工作時,通過左側的微分器取出電壓的波動量,根據波動量通過比較器輸出,相應地對負載提供電流或者泄放電流,從而實現穩定輸出電壓的目的。 

　　 結合這些保護模塊,得到包含濾波、穩壓模塊的小功率線性穩壓電源電路的完整電路,如圖4所示。 

　　 

三、Pspice仿真與實測結果 

　　 

　　 對上述完整電路圖,采用理想運放模型進行仿真。仿真時,用一個理想直流電壓源串聯一個正弦波交流信號代替有變壓、整流模塊產生的輸出電壓,其中正弦波模擬電網的脈動量。仿真結果分別如圖5~圖8所示。 

　　 根據上述模擬結果以及完整電路,制作了該穩壓電源的樣品,并且進行實測。實測結果如下表所示 

　　 

四、結論 

　　 

　　 通過上述工作,實現了一個小功率的輸出可調的具有多重保護功能的線性穩壓電源,可以可靠地為工作電壓在2.2V~5.5V的電子系統供電。