直流穩壓電源的結構參數與故障分析

于婷婷 相鑫海

（濰坊工程職業學院火箭軍士官學校 山東 青州 262500）

直流穩壓電源是電子電路的重要組成部分，無論是在工業電子產品還是民用電子產品中，一般都是采用直流電源為其控制電路供電。穩壓電源的性能直接關系到整個電子電路性能的好壞。直流穩壓電源簡單來說就是將電網中方向時刻變化的220 V交流電通過轉換電路轉換成方向不變直流電。

一般的直流穩壓電源都是由四部分組成的，分別是變壓器部分、整流電路部分、濾波電路部分和穩壓電路部分。其作用就是將輸入的交流電轉換成電子設備所需要的直流電，為各種電子電路提供直流電源。

1 交流變壓器部分

交流變壓器的作用是將電網輸入的較大的交流電壓變為較小的交流電壓，交流電壓的頻率不會發生改變。交流變壓器利用的是電磁感應定律，原邊繞組和副邊繞組之間沒有電的聯系，只有磁的耦合。

變壓器參數的選擇主要考慮變壓器的變比和變壓的效率：變壓器電壓的變比與原、副邊繞組的匝數成正比；變壓器的效率為原邊功率/副邊功率。所需輸出電壓由負載電壓決定。變壓器常見的故障包括絕緣降低、線圈短路、斷路等情況。絕緣降低是變壓器在工作過程中常出現的一種狀況，絕緣降低故障實際上就是絕緣電阻值的下降使得變壓器電流增加，發熱嚴重，溫度的升高使得絕緣層進一步老化，形成惡性循環。原邊線圈部分短路會使得輸出電壓降低，副邊線圈部分短路會使得輸出電壓升高，嚴重短路時會使得變壓器發熱甚至冒煙燒壞。短路故障可以用萬用表的電壓檔測量。原邊線圈或者副邊線圈斷路會使得電路中沒有輸出電壓。

2 整流電路部分

所謂整流電路就是將交變的電壓或電流轉換為脈動的直流電壓或者電流的電路。整流電路部分用到的是二極管，二極管具有單相導電性，即接正向電壓(陽極接高電位，陰極接低電位)時二極管導通，接反向電壓(陽極接低電位，陰極接高電位)時二極管截止。利用二極管的這一特性可以組成半波整流電路或者全波整流電路。在半波整流電路中，二極管只是在半個周期導通；在全波整流電路中，二極管在整個周期都導通。全波整流電路相對于半波整流電路而言，輸出電壓的脈動程度減小，輸出電壓的平均值變大，電源的能量得到了有效的利用，所以現在整流電路基本上都用兩個二極管組成的全波整流電路或者四個二極管組成的整流橋。

整流電路中二極管參數的選擇主要考慮的是二極管的平均工作電流和二極管承受的最高反向工作電壓，為了安全起見，所選的參數要比計算數值大一倍左右。橋式整流電路中常見的故障有二極管虛焊、焊反、短路等境況。橋式整流電路中一個二極管虛焊、斷路時，整流電路變成半波整流電路，用示波器檢查時會看到輸出電壓的波形只在半個周期中出現。如果是D1或者D3虛焊，波形只在電源后半個周期出現；如果是D2或者D4虛焊，波形只在電源前半個周期出現。如果一個二極管被焊反，會造成短路故障，此時電流很大，二極管和變壓器都會被燒毀。

3 濾波電路部分

利用儲能元件電容兩端的電壓不能突變的特性將電容與負載RL并聯，或利用通過儲能元件電感中的電流不能突變的特性將電感與負載RL串聯，組成濾波電路，濾掉上一級整流電路中輸出的電壓和電流中的交流分量，保留其直流分量，使輸出電壓或電流的波形變得更加平滑，改善輸出電壓的脈動程度。電容濾波電路最簡單，電感濾波電路中電感線圈的電感較大時，需要帶鐵心，易引起電磁干擾。

濾波電路中電容參數的選擇主要包括放電時間常數RC和耐壓值，為了電路可以可靠的工作，RC一般要大于等于1.5～2.5T(T為變壓器輸出電壓的周期)，電容的耐壓值一般取1.5～2U(U為變壓器輸出電壓的有效值)。濾波電路常見的故障有擊穿、開路、容量減小等情況，可以用萬用表的歐姆檔判斷電容器的擊穿或開路故障。當濾波電容被擊穿或者短路時，會引起整流二極管和電壓電壓器燒壞；當濾波電容開路或者容量減小時，輸出電壓會減低很多，會使負載輸入電壓偏低不能正常工作。

4 穩壓電路部分

穩壓電路的作用是使輸出電壓不會隨著電網的波動或負載的變化而變化，最簡單的穩壓電路是用穩壓管組成的。穩壓管是一種特殊的二極管，它工作在反向擊穿狀態。由于穩壓管的反向特性曲線很陡，流過穩壓管的反向電流在很大范圍內變化時，其兩端的端電壓變化很小，因而起到穩壓作用。穩壓管一般會與一個限流電阻串聯使用，就是為了防止流過穩壓管的電流過大形成熱擊穿損壞穩壓管。

穩壓電路中穩壓管的選擇主要是考慮穩壓管的穩定電壓和限流電阻的阻值。穩定電壓基本上是固定值，隨著流過穩壓管的電流和環境溫度變化不大。限流電阻參數公式為式中UI為輸入電壓，U0為輸出電壓IZ流過穩壓管的電流。

穩壓電路中常見的故障是穩壓管被熱擊穿或者限流電阻選擇不合適：穩壓管被熱擊穿后變為短路狀態，由于限流電阻的存在，不會燒毀電路，但是就起不到穩壓作用了；限流電阻選擇不合適會使得電路輸出電壓波動較大，影響穩壓電路的質量。

現在常用的穩壓器主要是集成穩壓器，集成穩壓器有多種類型，主要包括三端固定式、三端可調式和多端可調式三種，其安裝方便，調試簡單，并且具有體積小、成本低、可靠性高的特點因而得到了廣泛應用。