什么是直流穩(wěn)壓電源？

上節(jié)我們知道穩(wěn)壓電源是一種能夠?yàn)樨?fù)載設(shè)備提供穩(wěn)定的交流電源或者直流電源的電子裝置，由此我們知道穩(wěn)壓電源的兩大分類分別是交流穩(wěn)壓電源跟直流穩(wěn)壓電源。其中，直流穩(wěn)壓電源就是指能夠?yàn)樨?fù)載裝置提供直流電源的一種電子裝置，本文將重點(diǎn)來為大家介紹這種穩(wěn)壓電源，其中，直流穩(wěn)壓電源就是指能夠?yàn)樨?fù)載裝置提供直流電源的一種電子裝置，本文將重點(diǎn)來為大家介紹這種穩(wěn)壓電源，在接下來的文章中，我們將會(huì)從直流穩(wěn)壓電源的分類及兩種具體的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)來介紹，相信對(duì)大家學(xué)習(xí)穩(wěn)壓電源的相關(guān)知識(shí)是很有幫助的!

直流穩(wěn)壓電源從工作方式上可分為：

①可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)整輸出電壓。

②斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關(guān)電路的通斷比得到單向脈動(dòng)直流，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。

③變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。

經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩(wěn)定性仍比較差。經(jīng)整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設(shè)備的需要。常用的直流穩(wěn)壓電路有并聯(lián)型和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路兩種類型。

下面介紹硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電源和晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案。

一、硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電源

1、電路原理分析

圖3-1-1是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。其中D1是穩(wěn)壓二極管，R1是限流電阻，R2是負(fù)載。由于D1與R2是并聯(lián)，所以稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。此電路必須接在整流濾波電路之后，上端為正下端為負(fù)。由于穩(wěn)壓管D1反向?qū)〞r(shí)兩端的電壓總保持固定值，所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩(wěn)定。

下面我們來分析一下具體工作原理：

假設(shè)設(shè)輸入電壓為UI，當(dāng)某種原因?qū)е耈I升高時(shí)，UD1相應(yīng)升高，有穩(wěn)壓管的特性可知UD1上升很小都會(huì)造成ID1急劇增大，這樣流過R1上的IR1電流也增大，R1兩端的電壓UR1會(huì)上升，R1就分擔(dān)了極大一部分UI升高的值，UD1就可以保持穩(wěn)定，達(dá)到負(fù)載上電壓UR2 保持穩(wěn)定的目的。這個(gè)過程可用下面的變化關(guān)系圖表示：

UI↑→UD1↑→ID1↑→IR1↑→UR1↑→UD1↓

相反的，如果UI下降時(shí)，可用下面的變化關(guān)系圖表示：

UI↓→UD1↓→ID1↓→IR1↓→UR1↓→UD1↑

通過前面的分析可以看出，硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，D1負(fù)責(zé)控制電路的總電流，R1負(fù)責(zé)控制電路的輸出電壓，整個(gè)穩(wěn)壓過程由D1和R1共同作用完成。

2、元件選擇

下面我們來看看已知負(fù)載電壓UR1和負(fù)載電流IR1時(shí)如何設(shè)計(jì)硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。

(1)初選穩(wěn)壓管D1

一般情況下，可以按照UD1=UR2和ID1≈(IR2)max來初步選定穩(wěn)壓管D1，如果負(fù)載有可能開路則應(yīng)選擇(ID1)max≈(2-3)(IR2)max，這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載時(shí)所有電流全部都會(huì)流過D1，所以ID1應(yīng)該適當(dāng)選擇大一點(diǎn)。。

(2)選定輸入電壓

一般可選擇UI=(2-3)UR2

(3)選定限流電阻R1

R1=(UI-UR2)/(ID1+IR2)

但是需要考慮兩種極限情況：

當(dāng)UI最大，且負(fù)載開路時(shí)(即IR2=0)，流過D1的電流最大。為了不超過D1的最大允許電流(ID1)max，需要有足夠大的電流電阻，否則會(huì)燒壞D1。則R1需要滿足：

當(dāng)UI最小，且負(fù)載電流最大時(shí)，流過D1的電流最小。為了保證此時(shí)D1能夠工作在擊穿區(qū)起到穩(wěn)壓的作用，要有一定的電流流過D1，一般取5mA-10mA。則R1需要滿足：

R1<((UI)min-UR2)/(ID1+(IR2)max)

R1>((UI)max-UR2)/ ID1)max

限流電阻R1的值應(yīng)該在上面兩個(gè)公式的范圍內(nèi)選擇。

(4)檢查電路穩(wěn)定度

電路穩(wěn)定度需要根據(jù)實(shí)際電路的要求來確定，如果穩(wěn)定度不夠，可以適當(dāng)增加R1和UI，還可以選擇動(dòng)態(tài)電阻r比較小的穩(wěn)壓管。

二、晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源

1、電路原理分析

圖3-1-2是晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源。其中T1是調(diào)整管、D1是基準(zhǔn)穩(wěn)壓管，R1是D1的限流電阻，R2是限流電阻，R3是負(fù)載。這個(gè)穩(wěn)壓電路的輸出電壓約等于穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值(實(shí)際上要加上T1發(fā)射結(jié)電壓，一般鍺管取0.3V，硅管取0.7V)。

這是由于電源在工作時(shí)，T1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射極電壓與基極電壓保持一致，而基極電壓被D1穩(wěn)定在一個(gè)固定值。這個(gè)電路可以看作T1將D1的穩(wěn)壓作用放大了β倍，相當(dāng)于接入一個(gè)穩(wěn)壓值為D1穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓效果為β倍D1穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓管。

電路工作原理是：

UI↑→UD1↑→(UT1)EC↑→(IT1)EC↑→IR2↑→UR2↑→(UT1)EC↓

UI↓→UD1↓→(UT1)EC↓→(IT1)EC↓→IR2↓→UR2↓→(UT1)EC↑

2、元件選擇

這個(gè)電路選擇元件的步驟與硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路類似，主要從下面幾個(gè)方面考慮。

(1)初選調(diào)整管T1和穩(wěn)壓管D1

選擇調(diào)整管T1時(shí)，主要考慮其額定電流ICM要大于輸出電流IO，以保證負(fù)載開路時(shí)調(diào)整管不會(huì)因?yàn)殡娏鬟^大而損壞。另外，為了保證調(diào)整管有良好的調(diào)整作用，還要求β值大、漏電流小。

選擇穩(wěn)壓管D1時(shí)，主要考慮其穩(wěn)定電壓與T1發(fā)射結(jié)電壓之和要等于輸出電壓。

(2)選定輸入電壓

為保證穩(wěn)壓電源的效率，輸入電壓一般不要選擇過高，以不超過2 UI為宜。

(3)選定限流電阻R2

對(duì)于并聯(lián)穩(wěn)壓電路而言，限流電阻R2是整個(gè)電路工作好壞的關(guān)鍵。R2選擇大，穩(wěn)壓效果較好，但功耗大(因?yàn)殡娮韫腜=I2R)，同時(shí)要求輸入電壓增大，電源的效率就比較低。具體計(jì)算方法可參考硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路元件選擇的第三步。

(4)檢查電路穩(wěn)定度

整個(gè)電路的穩(wěn)定度需要根據(jù)實(shí)際電路的要求來確定，如果穩(wěn)定度不夠，可以適當(dāng)增加R1和UI，還可以選擇β值較大、漏電流較小的調(diào)整管。

3、使用復(fù)合調(diào)整管的并聯(lián)穩(wěn)壓電源

圖3-1-3是一種使用復(fù)合調(diào)整管的并聯(lián)穩(wěn)壓電源，與圖3-1-2電路最大的區(qū)別是將調(diào)整管改為符合管結(jié)構(gòu)，這樣既可以得到較大的β值，又能夠有較大的ICM。元件選擇時(shí)可采用與圖3-1-2類似的方法，但是由于這個(gè)電路的電流較大，要注意限流電阻R1選擇時(shí)除考慮阻值外還要考慮其功率。以免負(fù)載斷路時(shí)燒壞限流電阻。

4、并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點(diǎn)

并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)：

·在負(fù)載變化小時(shí)，穩(wěn)壓性能比較好。

·對(duì)瞬時(shí)變化的適應(yīng)性較好。

·有過載自保護(hù)性能，輸出斷路時(shí)調(diào)整管不會(huì)損壞。

并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：

·輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很小。

·穩(wěn)定度不易做得很高。

·效率較低，特別是輕負(fù)載時(shí)，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上。

其實(shí)并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于串聯(lián)穩(wěn)壓電源而言，都可以通過采用一些特殊的電路實(shí)現(xiàn)。但是并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些固有的缺點(diǎn)卻很難改進(jìn)，所以現(xiàn)在普遍使用的都是串聯(lián)穩(wěn)壓電源。

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