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      淺談兩種直流穩(wěn)壓電源

      2018-05-30 01:48:22安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院王冬菊
      電子世界 2018年9期
      關(guān)鍵詞:穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓器紋波

      安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 王冬菊

      引言

      電子設(shè)備越來越廣泛的應(yīng)用于社會生活的各個方面,這些設(shè)備絕大多數(shù)都需要直流穩(wěn)壓電源提供能源,電源質(zhì)量的優(yōu)劣和可靠性直接影響到整個電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及工作的安全性。目前常用的直流穩(wěn)壓電源有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源兩類[1]。它們分別具有各自的特點(diǎn)和使用范圍。

      1 線性穩(wěn)壓電源的基本原理和組成

      線性穩(wěn)壓電源的組成框圖一般如圖1所示下[2]。

      圖1 直流電源的組成

      線性穩(wěn)壓電源主要指的是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源,其穩(wěn)壓電路主要包括調(diào)整管、采用電阻、放大電路和基準(zhǔn)電壓四個組成部分。電路中的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū),引入電壓負(fù)反饋,,靠調(diào)整管之間的電壓降的變化來穩(wěn)定輸出電壓。

      典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仿真電路如圖2[2]。

      圖2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仿真電路

      電阻R1,R2,R3構(gòu)成采用電阻,對輸出電壓的變化量進(jìn)行采集,放大器A把采用電壓和基準(zhǔn)電壓(7V)的差值進(jìn)行放大加載調(diào)整管Q2基級,通過改變調(diào)整管的輸出信號改變調(diào)整管的電壓降使得輸出電壓穩(wěn)定。通過可調(diào)電阻R2的調(diào)節(jié)實現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)。

      目前,線性穩(wěn)壓電源一般不采用單立元件進(jìn)行設(shè)計,通常根據(jù)設(shè)計需要選擇合適的集成穩(wěn)壓器進(jìn)行設(shè)計。集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部本質(zhì)上就是將串聯(lián)穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路和啟動電路集成在一個芯片上。集成穩(wěn)壓器體積小,其可靠性和溫度特性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于單立元件電路構(gòu)建的穩(wěn)壓電路,因此得到了廣泛的應(yīng)用。常用集成穩(wěn)壓器有LM78系列。

      線性直流穩(wěn)壓電源一般工作在工頻范圍,優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高,紋波小,無輻射干擾,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、變壓器較笨重、效率相對較低,一般只有20%-40%左右。

      2 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源

      開關(guān)電源是基于現(xiàn)代電力電子技術(shù),電源中的功能管或者工作在飽和區(qū)或者截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài),通過對可控器件通斷時間比的控制來實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定的一種電源。

      開關(guān)電源是以電力電子技術(shù)為理論基礎(chǔ),以其內(nèi)部核心是DC-DC電路,根據(jù)DC-DC電路的類型,可以分為非隔離型和隔離型兩種。非隔離型主要包括升壓電路、降壓電路、升降壓電路、Cuk型電路、Sepic電路和Zeta斬波電路。隔離型的電路有正激電路,反激電路、半橋型電路和全橋型電路。實際應(yīng)用中,DC-DC電路更多地指隔離型電路[3]。

      基于隔離型DC-DC電路的開關(guān)電源的常見原理圖如圖3所示,其工作原理是:交流電經(jīng)過整流濾波后變?yōu)楦邏褐绷麟?,隨后經(jīng)過高頻變壓器轉(zhuǎn)換成高頻低壓脈沖,再次經(jīng)過整流和濾波形成直流低電壓輸出。其中,開關(guān)管的導(dǎo)通占空比可調(diào),以此實現(xiàn)輸出直流電壓的穩(wěn)定。

      圖3 開關(guān)電源原理圖

      開關(guān)電源設(shè)計的主流是采用集成DC-DC芯片,輔以外圍電路達(dá)到設(shè)計需求。例如常用降壓芯片LM2596,其典型電路如圖4,選擇合適的元件按照LM2596的引腳進(jìn)行正確接線,就可以得到一個穩(wěn)定的降壓輸出。

      圖4 LM2596典型電路連接圖

      開關(guān)電源中的電力器件工作在開關(guān)狀態(tài),損耗小,高頻變壓器相對較小,因此開關(guān)電源具有體積小,重量輕,效率高(一般可以達(dá)到70%-95%)和穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)相對于線性電源來說紋波較大,容易產(chǎn)生電磁干擾。

      4 直流穩(wěn)壓電源發(fā)展趨勢

      線性穩(wěn)壓電壓穩(wěn)壓穩(wěn)定度好,紋波系數(shù)小,但是效率低,體積大,適用于中小功率場合和對直流電要求比較高的場合。開關(guān)電源體積小,效率高,目前廣泛用于各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域等。開關(guān)電源是未來電源技術(shù)發(fā)展的主要方向,正在向高頻、低耗、低噪聲、輕巧、高可靠、抗干擾和模塊化發(fā)展[4]。

      [1]沙占友.新型單片開關(guān)電源的設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.

      [2]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].北京:高等教育出版社,2005:390.

      [3]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:119-135.

      [4]鄭耀添.直流電源技術(shù)的發(fā)展發(fā)向[J].韓山師范學(xué)院學(xué)報,26(3):27-29.

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