电源模块设计.pdf

§6.1电源模块

电源是各种电子系统与设备的源动力，电源系统出故障，会使整

个电子设备不能正常工作，因此电源性能的好坏直接影响到系统与设

备工作质量和效率。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源

供电，直流稳压电源是一种性能接近理想电压源的直流电源。

按调整元件工作状态直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳

压电源两大类。小功率电源多用线性稳压电路，其中三端集成稳压器

由于使用方便，应用越来越广泛。大功率电源多采用开关稳压电路，

一般采用脉宽调制实现稳压。开关型稳压电路又分串联型和并联型，

由于并联型开关稳压电路易实现多组电压输出和电源与负载间电气

隔离，因而应用较广泛。

§6.1.1稳压电源的性能指标

稳压电源的性能指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入

电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指

标，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹

波电压（纹波系数）、温度系数及负载稳定度。

1、稳压系数S：表示在负载电流与环境温度保持不变的情况下，

由于输入电压Ui的变化而引起的输出电压的相对变化量与输入电压

的相对变化量的比值，即：S=(△Uo/Uo)/(△Ui/Ui)，S越小电源的稳

定性越好，通常S约为10～10。

2、输出电阻Ro：又叫等效内阻，表示当输入电压和环境温度保

持不变时，由于负载电流Io变化而引起的输出电压的变化量与负载
电流的变化量的比值，即Ro=△Uo/△Io，可见如果Ro越小，则说明

输出电压的变化越小，通常输出电阻可小到1欧，甚至0.01欧。

3、纹波系数ξ：输出直流电压中的交流分量叫纹波电压，纹波电

压占输出直流电压的百分比称之为纹波系数，即ξ=[(U-)/Uo]×100%，

显然，ξ越小越好。通常稳压电源的纹波电压只有几毫伏，甚至小于

1毫伏。

4、电压温度系数K：当环境温度变化时，引起的输出电压的变
T

化量与温度变化量的比值，即K=ΔU/ΔT，良好的稳压电源，应在
T0

环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定。

5、负载稳定度S：又称负载调整率，指在输入电压不变的情况下，
I
负载电流的变化而引起的输出电压的变化率，通常用输出电压的相对

ΔUU
变化量与负载电流变化量之比来表示，即S=00×100%，显然，S
IΔII
0
越小稳压电源的性能越好。

§6.1.2线性稳压电源

线性稳压电源指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，是比

较早使用的一类直流稳压电源。其特点是：输出电压比输入电压低；

反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低；发热量

大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

如图6－1所示，线性稳压电源由变压、整流、滤波和稳压三个

部分组成。变压是将输入的220V的交流电变成所需大小的交流电；

整流指把大小、方向都变化的交流电变成单向脉动的直流电；滤波指

滤除脉动直流电中的交流成分，使得输出波形平滑；稳压指输入电压
波动或负载变化引起输出电压变化时，能自动调整使输出电压维持在

原值。

变压整流滤波稳压

u1u2u3u4u5

u1u2u3u4u5

tttt
00000

图6－1直流稳压电源的组成

一、整流电路

利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流电转换成

单向脉动直流电的电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数可分

为单相整流电路和三相整流电路，按输出波形又可分为半波整流电路

和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。

1、单相半波整流电路

图6-2为单相半波整流电路的原理图及工作波形。图6-2(a)中，

变压器T1将220V的交流电压u降为整流电路所需要的交流电压u，
12
整流二极管D将u变为单相脉动的直流电压。
2

图6－2单相半波整流电路及工作波形
电路的工作过程简述如下：在u的正半周时，整流二极管D加正
2
向电压而导通，若忽略二极管本身的压降，则负载两端的输出电压等

于变压器二次侧电压，即u=u。在u的负半周时，整流二极管D
022
加反向电压而截止，此时负载上无电流流过，输出电压u=0，电路
0
工作波形如图6－2(b)所示。单相半波整流输出电压的平均值为：

1π2
U=∫2Usinωtd(ωt)=U=0.45U
o2π2π22
0
二极管截止时承受的最高反向电压为u的最大值U=2U，在
2RM2
选则整流二级管时，应选择耐压大于该值的管子，以免反向击穿。

由图6-2可见，电路只在u的正半周有输出，所以称为半波整流
2
电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电

压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。为了克服半波整流电