电源设计基础
一、线性串联稳压电源
1.框图
典型线性串联稳压电路如图1所示，由电源变压器(工频变压器)、桥式整流、电容滤波、线性稳压等部分组成。
图1 典型线性串联稳压电路(三端稳压模块)框图
2.工作原理及各部分波形
最大输出电流为1A，输出电压为5.0V的线性串联稳压电源实际如图所示，由工频电源变压器、桥式整流电流、电容滤波、线性稳压（本例由LM317三端稳压模块承担稳压功能）等部分组成。
根据LM317稳压模块特性，输出电压
O U =21
2
)1(R I V R R ADJ REF ++
（其中内部参考电压REF V =1.25V ；调整端输出电流ADJ I 约为50uA ）
各点电压、关键支路电流波形如图所示。
工频变压器将220V 正弦交流电压变为所需的低压正弦交流电压2U ，经桥式整流电流整流、电容滤波后获得脉动的直流电压，作为稳压器的输入电压in u ，再经稳压器稳压后获得稳定的直流电压O U 。
由图可见，由于滤波电容C1容量大，整流二极管导通角θ远小于π，变压器初级电流也不再与电压同步。
C1越大，通角θ越小，峰值电流就越大；另一方面，开机瞬间整流二极管冲击电流也越大。
3. 参数选择
(1)选择稳压模块类型与封装方式
根据输出电流大小、效率、功耗、应用场合等指标选择稳压模块型号及封装方式。
稳压模块最小压差越小，输出电压最小值就可以小，模块本身功耗就越低，效率也就高、体积也就越小(散热片体积可以小一些，或利用PCB 敷锡区散热，甚至不加散热片)；当负载容易出现过流、短路现象时，如实验用稳压电源时，要求稳压模块本身具有较为完善的过流、过热保护功能（否则需要就增设额外的过流保护电路）；对于同一型号的稳压模块，不同封装方式的热阻不同，最大输出电流也不同。
一般说来，TO-3封装热阻最小、耗散功率最大，TO-220封装次之，帖片封装方式热阻较大，耗散功率也较小。
常用的线性串联稳压模块主要有78XX 系列(正输出三端固定稳压模块)、79XX(负输出三端固定稳压模块)、317(正输出三端可调稳压模块)、SPX1117系列(正输出三端固定稳压模
(2) 根据输出电流大小选择滤波电容C1的参数。
例如，当输出电压为12V ，最大输出电流为1A 时。
假设选择78XX 系列三端固定输出稳压模块7812，则稳压器最小输入电压
inMin U =O U +DV (最小压差)
=12+3(78XX 系列最小压差为3.0V) =15.0V
则1A 输出电流对应的等效负载电阻A
V
R L 115
，即15Ω 当滤波电容1C 偏小时，滤波器输出电压脉动系数大；而1C 偏大时，整流二极管导通角θ偏小，整流管峰值电流增大。
一方面对整流二极管参数要求高，另一方面，整流电流波形与正弦电压波形偏离大，谐波失真严重，功率因数低。
一般情况下，1C R L 取(3～5)2
T
（T 为市电周期，对于50Hz 来说市电来说，为20ms ），则滤波电容C1取值范围
C1=(3～5)
L
R T
2=2000～3300uF ，取标准值2200uF 或3300uF 可满足要求。
在这种情况下，电容滤波器输出电压平均值)(AV in U ≈1.22U (有效值)。
(3) 变压器次级输出电压2U 的确定
从输出电压及稳压器特性已知稳压器最小输入电压inMin U =15V 当1C R L 取(3～5)
2
T
时，滤波器最大输出电压inMax U 与最小输出电压inMin U 关系近似为
inMin inMax inMax L U U U T C R -=2
1
令1C R L =
2
T
α，则i
n M a x U =
inMin U 1
-αα
，当α取3～5时，则滤波器最大输出电压inMax
U 是最小输出电压inMin U 的1.2～1.5倍。
当1C 取2200uF 时，求得inMax U =21V 于是)(AV in U =
2
inMin
inMax U U +=18V
所以变压器次级输出电压2U =18/1.2=15V （有效值） 当1C 取3300uF 时，求得inMax U =18.8V ，)(AV in U =
2
inMin
inMax U U +=16.9V ，这时变压器
次级输出电压2U =16.9/1.2=14V （有效值）。
可见，变压器次级输出电压较小时，滤波电容1C 要取大一些。
滤波电容1C 取值大小还与输出电压O U 大小有关。
当输出电压O U 较大时，1C 取值较小；反之，1C 取值较大。
不同输出电压对应计算参数如表所示。
参数计算步骤：
根据输出电压O U 及稳压器最小压差DV 计算出最小输入电压inMin U ； 根据输出电流(功率)估算电容滤波电路等效负载电阻L R ； 根据电容滤波经验值1C R L =(3～5)
2
T
，算出滤波电容取得范围，并确定相应的标准值； 初步确定滤波电容值，计算α，并求出稳压器最大输入电压inMax U =
inMin U 1
-αα
； 计算平均电压)(AV in U ，利用平均电压)(AV in U =1.22U 关系，求出变压器次级线圈电压有效值2U 。
如果2U 不是标准值，订制变压器或调整电容C1的取值。
表 78XX 系列三端稳压器构成的线性稳压器参数(最大输出电流max O I =1A)
这里必须明确的是：以上计算获得的变压器次级输出2U 没有考虑电网电压波动情况下的值，考虑到电网电压10%的波动后，变压器次级输出2U 应增大10%，在正常情况下，效率会比表中的计算值会更低。
在输出电压O U 一定情况下，当变压器次级输出电压2U 比计算值大时，滤波电容可适当取得低一些，如表所示。
但功耗相对较大，效率有所下降。
当采用低压差，如SPX1117XX 系列三端稳压器（DV=1.1V ）替换78XX 系列时，参数有所变化，如表所示。
表 由SPX1117构成的线性稳压器参数(最大输出电流max O I =0.8A)
可见输出电压O U 越高，效率η越大。
由于工频变压器工作频率低，线圈匝数多，铜损大于开关稳压器中的脉冲变压器；硅钢片电阻率低，涡流损耗大，考虑到工频变压器损耗(效率一般为80%)后，线性串联稳压器整体效率较表中计算值更低。
(4) 变压器输出功率(或输出电流的选择)
由于是串联稳压，变压器次级线圈平均电流近似等于负载最大电流max O I ，一般可取
max O I 作为变压器次级线圈平均电流。
考虑到整流二极管导通角小于180°，电流脉动性大，
为保险起见，变压器次级线圈电流最好取1.5～2倍max O I 。
例如输出电压为12V 、最大电流
max O I 为1A 的稳压器，则工频变压器参数为
次级线圈电压为15V ； 输出电流为1.5A ；
输出功率为27W ～30W(变压器效率为75～80%)。
(5) 散热片选择
根据稳压模块平均功耗大小选择散热方式与散热片大小及形状。
(6) 通过仿真方式验证
纹波电压约为67mV。
4.电源参数含义与测量
电压调整率、负载调整率、稳压系数、纹波电压(系数)、输出阻抗
5.排版要求
变压器次级线圈到滤波电容引脚间脉动电流大，线宽要适当增大。
例如平均电流为1A，则脉动电流峰值远大于1A，线宽允许的电流容量取平均电流的1.5倍以上。
根据“毫米安培经验”，则线宽>60mil。
6.使用范围
线性串联稳压优点是线路简单、元件少、成本低、可靠性高，输出电压纹波系数小，精度高；缺点是效率低、体积大，需要工频变压器降压(把市电电压降到所需电压)与隔离(电网与负载隔离)，仅适用于高压(大于3.3V以上，输出电压越高，整体效率越大)、小电流(几A 以内)的场合。
二、过流保护电路
限流型
截流型
减流型
三、开关稳压电源
线性稳压电源最大缺点是体积大、效率低，在低压大电流稳压电路中几乎使用开关稳压。
四、变频技术简介
五、PFC变换技术。