怎样设计稳压电源的多重保护?

 

一、稳压电源的设计与制作背景 

　　 

　　 稳压电源电路是电子系统组成的重要部分,它为电子系统提供直流偏置,为电子系统中的有源器件提供合适的静态工作点。直流电源的性能直接影响着整个电子系统的性能。本论文在传统的串联型线性稳压电源电路结构的基础上,增加多重保护功能,增强稳压功能,实现了一个具有多重保护功能的小功率线性稳压电源,可以可靠地为电子系统供电。 

　　 

二、稳压电源的电路构成 

　　 

　　 该稳压电源采用传统的串联线性稳压电源,即由变压、整流、滤波、稳压四个基本模块组成。本论文集中在稳压模块,在增强稳压功能的同时,增加了输出可调和多重保护功能,具体包括过压保护、欠压保护、过流保护、负反馈波动补偿。 

　　 

　　 1输出可调 

　　 该稳压电源输出电压在2.2V~5.5V可调。具体实现电路如图1所示。输出电压为 

　　 

　　 2过压、欠压保护 

　　 考虑到电网输出电压的波动,为了有效地保护负载,需要做过压和欠压的保护电路。具体实现电路如图2所示。其基本原理为采用两个比较器,分别比较电路工作时的实际电压与预先设定的参考电压,根据比较的结果,控制达林顿对管,切断或者导通后续稳压模块与之前的滤波模块之间的连接,从而实现过压或者欠压情况下负载的有效保护。 

　　 

　　 3 过流保护 

　　 当电路中由于特殊原因造成电流过大时,容易损伤负载,因此电路中也需要过流保护功能。在该设计中,采用了一个热敏电阻。当电流变小,热敏电阻的阻值也变小;当电流变大时,热敏电阻的阻值也变大,从而起到保护负载的作用。 

　　 

　　 4 负反馈波动补偿 

　　 为了使得输出电压的波动更小,设计中采用了负反馈波动补偿电路。具体实现电路如图3所示。 

　　 工作时,通过左侧的微分器取出电压的波动量,根据波动量通过比较器输出,相应地对负载提供电流或者泄放电流,从而实现稳定输出电压的目的。 

　　 结合这些保护模块,得到包含滤波、稳压模块的小功率线性稳压电源电路的完整电路,如图4所示。 

　　 

三、Pspice仿真与实测结果 

　　 

　　 对上述完整电路图,采用理想运放模型进行仿真。仿真时,用一个理想直流电压源串联一个正弦波交流信号代替有变压、整流模块产生的输出电压,其中正弦波模拟电网的脉动量。仿真结果分别如图5~图8所示。 

　　 根据上述模拟结果以及完整电路,制作了该稳压电源的样品,并且进行实测。实测结果如下表所示 

　　 

四、结论 

　　 

　　 通过上述工作,实现了一个小功率的输出可调的具有多重保护功能的线性稳压电源,可以可靠地为工作电压在2.2V~5.5V的电子系统供电。