直流穩(wěn)壓電源的種類及其選用,直流穩(wěn)壓電源的整流和濾波
能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源,當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí),穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展,對(duì)電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求。
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當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利,但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路--電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器,所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng),超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個(gè)電池電源電路,比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能??梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ),沒有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。
由于電子技術(shù)的特性,電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能,而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。另外,很多電子愛好者初學(xué)階段首先遇到的就是要解決電源問題,否則電路無法工作、電子制作無法進(jìn)行,學(xué)習(xí)就無從談起。
直流穩(wěn)壓電源的種類及其選用:
穩(wěn)壓電源的分類方法繁多,按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源;按穩(wěn)壓電路與負(fù)載直流穩(wěn)壓電源的連接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源;按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源;按電路類型分有簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源,等等。如此繁多的分類方式往往讓初學(xué)者摸不著頭腦,不知道從哪里入手。其實(shí)應(yīng)該說這些看似繁多的分類方法之間有著一定的層次關(guān)系,只要理清了這個(gè)層次自然可以分清楚電源的種類了。
既然我們談的是穩(wěn)壓電源的分類,那么首先就應(yīng)該清楚電源的輸出是什么,是輸出直流電還是輸出交流電。這樣第一個(gè)層次就出來了,首先應(yīng)該根據(jù)電源的輸出類型來分類。接下來的分類就要麻煩一些,是按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分類還是按調(diào)整管的工作狀態(tài)分類呢?其實(shí)了解一下我們身邊的電子設(shè)備會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)壓電源有兩個(gè)區(qū)別很大的種類,一種是各種比較簡(jiǎn)單的電子設(shè)備中廣泛使用的線性穩(wěn)壓電源,比如收音機(jī)、小型音響等;一種是各種復(fù)雜電子設(shè)備中廣泛使用的開關(guān)穩(wěn)壓電源,比如大屏幕彩電、微型計(jì)算機(jī)等。這樣看來第二個(gè)層次的分類我們可以根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)來分類。接下來的第三個(gè)層次的分類就是根據(jù)穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式來分類。再往下面細(xì)分由于各種不同的電路特性相差太大,就不好一概而論,應(yīng)該根據(jù)每一個(gè)具體類別的特性進(jìn)行分類區(qū)分了。
直流穩(wěn)壓電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源,線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源,它們又分別具有各種不同類型:
化學(xué)電源
我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類,各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,又產(chǎn)生了智能化電池;在充電電池材料方面,美國研制 員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放電時(shí)間 ,多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。
線性穩(wěn)壓電源
線性穩(wěn)壓電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū),靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大,需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻(50Hz)上,所以重量較大。
該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高,紋波小,可靠性高,易做成多路,輸出連續(xù)可調(diào)的成品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對(duì)較低。這類穩(wěn)定電源又有很多種,從輸出性質(zhì)可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流(雙穩(wěn))電源。從輸出值來看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。
開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源
與線性穩(wěn)壓電源不同的一類穩(wěn)電源就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源,它的電路型式主要有單端反激式,單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài);開關(guān)電源因此而得名。
開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小,重量輕,穩(wěn)定可靠;缺點(diǎn)相對(duì)于線性電源來說紋波較大(一般≤1%VO(P-P),好的可做到十幾mV(P-P)或更?。?。它的功率可自幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品。價(jià)位為3元-十幾萬元/瓦,下面就一般習(xí)慣分類介紹幾種開關(guān)電源:
?、貯C/DC電源
該類電源也稱一次電源,它自電網(wǎng)取得能量,經(jīng)過高壓整流濾波得到一個(gè)直流高壓,供DC/DC變換器在輸出端獲得一個(gè)或幾個(gè)穩(wěn)定的直流電壓,功率從幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品,用于不同場(chǎng)合。屬此類產(chǎn)品的規(guī)格型號(hào)繁多,據(jù)用戶需要而定通信電源中的一次電源(AC220輸入,DC48V或24V輸出)也屬此類。
?、?DC/DC電源
在通信系統(tǒng)中也稱二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個(gè)直流輸入電壓,經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個(gè)或幾個(gè)直流電壓。
?、?通信電源
通信電源其實(shí)質(zhì)上就是DC/DC變換器式電源,只是它一般以直流-48V或-24V供電,并用后備電池作DC供電的備份,將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓,一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種,以后者可靠性最高。
?、?電臺(tái)電源
電臺(tái)電源輸入AC220V/110V,輸出DC13.8V,功率由所供電臺(tái)功率而定,幾安幾百安均有產(chǎn)品。為防止AC電網(wǎng)斷電影響電臺(tái)工作,而需要有電池組作為備份,所以此類電源除輸出一個(gè)13.8V直流電壓外,還具有對(duì)電池充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。
⑤ 模塊電源
隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,對(duì)電源可靠性、容量/體積比要求越來越高,模塊電源越來越顯示其優(yōu)越性,它工作頻率高、體積小、可靠性高,便于安裝和組合擴(kuò)容,所以越來越被廣泛采用。目前,目前國內(nèi)雖有相應(yīng)模塊生產(chǎn),但因生產(chǎn)工藝未能趕上國際水平,故障率較高。
DC/DC模塊電源目前雖然成本較高,但從產(chǎn)品的漫長(zhǎng)的應(yīng)用周期的整體成本來看,特別是因系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的高昂的維修成本及商譽(yù)損失來看,選用該電源模塊還是合算合算的,在此還值得一提的是羅氏變換器電路,它的突出優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,效率高和輸出電壓、電流的紋波值接近于零。
?、?特種電源
高電壓小電流電源、大電流電源、400Hz輸入的AC/DC電源等,可歸于此類,可根據(jù)特殊需要選用。開關(guān)電源的價(jià)位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率電源價(jià)格稍高,可達(dá)11-13元/瓦。
直流穩(wěn)壓電源的整流及濾波:
1.整流電路的分類
?。?)按輸入交流電源類型可分單相整流和三相整流等。
?。?)按輸出功率可分為小功率和大功率。小功率直流電源通常采用單相整流,而對(duì)于較大功率的直流電源,通常采用三相整流。
(3)按整流元件的類型可分為可控整流和不可控整流電路。在可控整流電路中,通過改變整流元件的導(dǎo)通時(shí)間來控制輸出電壓的大?。辉诓豢煽卣麟娐分?,整流元件的導(dǎo)通時(shí)間是不可控的,當(dāng)整流電路的輸入電壓和負(fù)載一定時(shí),輸出電壓一定。
2.整流電路的基本工作原理
整流電路利用整流二極管的單向?qū)щ娦?,將交流電變成單向脈動(dòng)電,輸出電壓中包含有一定的直流分量。
3.單相整流電路及其主要性能指標(biāo)
設(shè)U2為變壓器副邊電壓有效值,RL為負(fù)載電阻,Uo為電路輸出電壓的直流分量,UDRM為二極管承受的最高反向電壓,ID為流過二極管的電流平均值。單相整流電路及其主要性能指標(biāo)如表1。
4.濾波電路
?。?)濾波電路的作用
濾波電路是利用電容、電感在電路中的儲(chǔ)能作用及其對(duì)不同頻率有不同電抗的特性來組成低通濾波電路,以減小輸出電壓中的紋波。
?。?) 電容濾波電路
單相橋式整流電容濾波電路如圖10.1 所示,本電路的外特如圖10.2 所示。
?。?) 電容濾波電路的特點(diǎn)
?、?輸出電壓的平均值Uo大于變壓器副邊電壓的有效值U2。
當(dāng)
(T為交流電壓的周期)時(shí),輸出電壓平均值
?、?輸出直流電壓的大小受負(fù)載變化的影響較大,適合于負(fù)載不變或輸出電流不大的場(chǎng)合。
?、蹫V波電容越大,濾波效果越好。
④流過二極管的沖擊電流較大,選擇二極管的電流參數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)留有2~3倍的裕量。
(4) 其它形式的濾波電路
除電容濾波電路外,還有電感濾波、RC—π型濾波、LC—π型濾波等電路。
評(píng)論