一款兼备稳压及限流功能的直流稳压电源的制作方法

1.本实用新型涉及一种直流稳压电源的技术，尤其一种兼备稳压及限流功能的稳压电源，随着负载r
l
的持续加重，处于非线性工作区域的特性曲线图将由恒流区向内开始折回，负载越重，特性曲线的折回程度越来越甚。


背景技术：

2.直流稳压电源是指能为负载提供稳定直流电源的电子装置，直流稳压电源的供电电源大都是交流电源或不稳的直流电源，当不稳供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。
3.直流稳压电源可以分类两类，包括线性和开关型。
4.线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出，该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品，缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。
5.这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源，但双稳电源往往价格较贵。
6.线性直流电源中的调整管工作在放大状态，稳压电源常见取样部分是利用可调电阻获取反馈电压去改变调整管的放大能力，是一种常见的稳压电源结构。
7.设计一种线性直流稳压电源，与常见的线性稳压电源不同，该电源的取样部分由取样电阻与两个串联的整流二极管共同承担，输出电压由于种种原因发生波动，当两个正向二极管工作于线性区时，二极管的正向压降始终稳定（1.2v）,取样电阻上的电压变化量发生变化，导致驱动管的发射结压降增大或降低，其导通量增大或降低，最终导致调整管的导通量进一步增大或降低，最终输出电压稳定。
8.当二极管工作于非线性区时，二极管的正向压降降低，稳定电源输出电压降低，处于限流区，电源恒流输出，当负载电阻继续减小，驱动管的基极的电压下降量大于二极管的正向压降，输出电流折回，如图4所示，负载越重，折回量越厉害，输出功率降低，既保护稳压电源本身，又保护负载，免除烧毁的风险。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的直流稳压电源的技术。
10.为实现上述目的，本实用新型提供一款兼备稳压及限流功能的直流稳压电源，其包括不稳电源 12v、晶体管t1、晶体管t2、二极管d1、二极管d2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4及电位器p1、电位器p2、负载电阻r
l
、稳定电源 9v；所述不稳电源 12v依次通过所述电阻r1、正向所述二极管d1、正向所述二极管d2、所述电阻r3、所述电位器p1的电阻体连接工作地，同时所述不稳电源 12v依次通过所述电阻r2、所述晶体管t2的c
‑
e极连接所述二极管d2的负极，同时所述不稳电源 12v依次通过所述晶体管t1的e
‑
c极、所述电位器p2的电阻
体、所述电阻r4连接工作地，所述电位器p2和所述电阻r4的连接点连接所述晶体管t2的基极，所述晶体管t2的集电极连接所述晶体管t1的基极，所述晶体管t1的集电极通过所述负载电阻r
l
连接工作地，所述晶体管t1的集电极同时连接所述二极管d1的正极，所述晶体管t1的集电极输出所述稳定电源 9v。
附图说明
11.附图1、附图2、附图3、附图4用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，
12.附图1是二极管正向导通时等效电路图；
13.附图2是二极管正向导通端电压与电流成线性关系示意图；
14.附图3是兼具稳压功能及限流功能的直流稳压电源原理图；
15.附图4是稳压电源的恒压及恒流特性曲线图。
具体实施方式
[0016] 1 兼具稳压功能及限流功能的直流稳压电源
[0017]
这款看似简单的直流稳压电源如图3所示，包括两个晶体管，四个电阻，两个电位器，两个二极管，能够提供最大为4a左右的电流，并且装有折回的限流装置，限流装置主要是基于二极管d1、d2的伏安特性。
[0018]
1.1 由二极管的伏安特性折线化得到的等效电路
[0019]
二极管的伏安特性具有非线性，这对二极管应用电路的分析带来一定的困难，为了便于分析，常在一定条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路，也称为二极管的等效模型。
[0020]
根据二极管的伏安特性可以构造多种等效电路，如图1为二极管正向导通时等效电路图；如图2显示二极管正向导通时端电压与电流呈线性关系。
[0021]
图2所示的折线化伏安特性表明当二极管正向电压u大于u
on
后，其电流i与u呈线性关系，直线斜率为1/r
d
,二极管截止时反向电流为零，因此等效电路为理想二极管串联电压源u
on
和电阻r
d
，如图1所示，且r
d
=δu/δi。
[0022]
由图2还可以看到，当正向电压u小于u
on
时，二极管的伏安特性呈现非线性，极小的电流变化对应较大的电压变化。
[0023]
稳压电源的稳压及限流工作原理；
[0024]
这款兼备稳压及限流功能的稳压电源电器原理如图3所示，这种稳压器尽管只使用两个晶体管和8个其它元器件，但能提供4a左右的输出电流，并且具有电流折回的限流装置，通过电流的折回，实现电流的限制输出，保护电源本身及负载的安全。
[0025]
这种折回现象与普通电源的限流保护有质的区别，普通的限流保护通过采样电阻获取取样电压去控制调整管的通断从而保证负载的安全，保护期间，电源切断电压输出；
[0026]
电流的折回却采用电流的取样，如果负载电阻降低，输出电压有下降趋势，下降的电压导致取样电流的变化，最终造成取样电压的变化，取样电压的变化控制调整管电流的输出，经过一段恒流输出过程，如果负载电阻仍然继续降低，输出电流限流折回，限流折回期间，电源仍然有限制的电流输出供给负载。
[0027]
电源的稳压原理
[0028]
图3电源的工作原理可以这样描述，暂时不考虑电阻r1的作用，输出电流从电源的输出端经过输出电压变化采样二极管d1、d2以及输出电流调节电路电阻r3、电位器p流至工作地，由于d1、d2正向连接，二者的正向压降大约为1.2v，故晶体管t2的发射极偏压总是比电源输出电压u
out
约低1.2v。
[0029]
如果输出电压趋于上升δu
out
，由于d1、d2正向连接且处于线性工作状态，则晶体管t2的发射极也上升同样数量的电压，但因t2的基极是由分压器p2/r4馈电的，所以其基极电压的上升变化量δu
t2
‑
b
如式1所示：
[0030]
ꢀꢀ
（1）
[0031]
其中δu
out
为电源输出电压变化量，δu
t2
‑
b
为t2的基极电压变化量，下文类似，不再赘述。
[0032]
因此，t2的发射结电压u
be
将下降，t2导通量下降，电阻r2的压降降低，于是晶体管t1的发射结电压降低，t1趋向于截止，因而电源的输出量u
out
将下降。
[0033]
如果输出电压u
out
趋于下降，便会出现相反情况，t2的发射极电压下降量δu
t2
‑
e
仍然与δu
out
相等，但t2基极的电压变化量由式（1）可知，小于δu
out
，故t2的发射结电压将增大，t2导通量增大，电阻r2的压降增大，t1的发射结电压增大，导通量增大，从而使电源的输出量u
out
恢复到原先的数值。
[0034]
电源的电压输出u
out
由下式求出：
[0035]
ꢀꢀ
（2）
[0036]
其中v
z
是二极管d1、d2的正向电压降。
[0037]
电源的限流原理
[0038]
当电源的负载电阻值下降，输出电流i
out
增大，基于欧姆定律，电源输出电压有下降的趋势，根据上文的描述，t2的导通量将增大，即流过t2的电流增大，这将迫使t1更进一步导通，由于二极管d1、d2仍然处于正向偏置，v
z
不变，因此限流电路r3和p1的电压降将增大，从而流经二极管d1、d2的电流将下降。
[0039]
若负载电阻继续下降，t2的导通量继续增大，迫使t1更进一步导通，限流电路r3和p1的电压降继续增大，流经二极管d1、d2的电流继续下降，当流经d1、d2的电流下降到致使d1和d2位于其正向转移曲线的非线性区（如图2二极管正向压降小于u
on
的第一象限区域）时，则d1、d2上的电压降v
z
开始下降，由式（2）可知，此时的输出电压u
out
将下降，如图4所示。
[0040]
处于非线性区的二极管的特性曲线是极小的电流的变化对应较大的电压变化，上文由于负载r
l
减小而引起的流经d1、d2的电流减小，导致d1、d2上的电压降v
z
继续下降，造成由于电源输出电压的变化量δu
out
引起的晶体管t2的发射极电压的变化量δu
t2
‑
e
减小，由上文式（1）可知，t2的基极由于输出电压的变化量δu
out
引起的基极电压的变化量δu
t2
‑
b
不变，此消彼长。
[0041]
虽然负载r
l
仍在减小，但只要保证δu
t2
‑
e
仍然大于δu
t2
‑
b
，稳压电源将不再稳压，电源转变为恒流输出，如图4所示的限流（恒流）输出区域，基于欧姆定律，处于限流输出区
域的电源输出电压将持续下降。
[0042]
随着负载r
l
的继续减小，处于非线性工作区域的d1、d2上的电压降v
z
继续下降,t2发射极由于δu
out
引起的变化量δu
t2
‑
e
=δu
t2
‑
b
0.6，图4的特性曲线图将由恒流区向内开始折回，随着δu
t2
‑
e
<δu
t2
‑
b
0.6，特性曲线的折回程度越来越甚。
[0043]
电源的最大输出电流可以由下式近似给出：
[0044][0045]
其中β
t1
是晶体管t1的直流电流增益，v
z
是串联二极管d1、d2处于线性区域时的电压降，其值为1.2v，如果v
z
小于1.2v时，电源的电流不再增大。
[0046]
如果晶体管t1的型号为bd242型，其平均直流电流增益约为25，当使用图3所示的元器件值时，则最大输出电流可由数百ma~4a，如使用以上公式时，不难设计出其它输出电压和电流的电源。
[0047]
调试
[0048]
电阻r1是保证电路可靠启动所必不可少的，如果省略了r1，则晶体管t1在通电时会截止，电路便不能启动，r1为t1提供基极电流，从而确保电路启动，r1的阻值应仍为电路可靠启动的最大阻值。
[0049]
如果电路用于低于规定值的电流时，则t1可以使用功率较低的器件，当电流达到约50ma时，如果输入和输出的电压的压差不大于2~3v，则t1可以使用通用pnp晶体管，若输出电流为50~数百ma时，则应使用中功率器件。