一、引言
隨著電子技術(shù)發(fā)展,電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,電子設(shè)備的種類也越來越多,對穩(wěn)壓電源的要求更加靈活多樣。電子設(shè)備的小型化和低成本化,使穩(wěn)壓電源朝輕、薄、小和高效率的方向發(fā)展。設(shè)計(jì)上,穩(wěn)壓電源也從傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源向高效率、體積小、重量輕的開關(guān)型穩(wěn)壓電源迅速發(fā)展。
日常工作中,直流穩(wěn)壓器輸出電壓是直流,交流穩(wěn)壓器輸出電壓是交流,兩者一般都用市電供電。下表對這兩大類穩(wěn)壓電源進(jìn)行簡要的介紹。
類型
類別 1
類別 2
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
交流穩(wěn)壓電源
自耦調(diào)整型
穩(wěn)壓電源
機(jī)械調(diào)整型
結(jié)構(gòu)簡單,造價低, 輸出波形失真小。
容易燒毀,電壓調(diào)整速度慢。
改變抽頭型
電路簡單,穩(wěn)壓范圍寬,價格低。
穩(wěn)壓精度低,工作壽命短。
大功率補(bǔ)償型
抗干擾性能好,穩(wěn)壓精度高、響應(yīng)快電路簡單。
輸入電流失真度大,源功率因數(shù)較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。
參數(shù)調(diào)整型
穩(wěn)壓電源
結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。
能耗大、噪聲大、 笨重、造價高。
開關(guān)型穩(wěn)壓電源
穩(wěn)壓性好,控制功能強(qiáng)。
電路復(fù)雜,價格較高。
直流穩(wěn)壓電源
化學(xué)電源
小巧,靈活。
供電能力不足,污染環(huán)境。
線性電源
穩(wěn)定性高,紋波小,可靠性高。
體積功耗大,轉(zhuǎn)換效率低。
開關(guān)型電源
AC/DC電源
體積小,重量輕,穩(wěn)定可靠。
紋波較大。
DC/DC 電源
通信電源
電臺電源
模塊電源
特種電源
二、交流穩(wěn)壓電源分類和特點(diǎn)
能提供一個穩(wěn)定的交流電壓和頻率的電源為交流穩(wěn)壓電源,市面上的交流穩(wěn)壓電源大致分為以下幾種:
2.1參數(shù)調(diào)整(諧振)型
這類穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓的基本原理是 LC 串聯(lián)諧振,早期出現(xiàn)的含有磁飽和型穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電源就屬于這一類。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,所需元器件較少,穩(wěn)壓范圍相當(dāng)寬,可靠性高,抗干擾和抗過載能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是能耗大、噪聲大、笨重且造價高。
2.2自耦(變比)調(diào)整型
2.2.1機(jī)械調(diào)壓型
以伺服電機(jī)帶動炭刷在自耦變壓器的的繞組滑動面上移動,改變輸出電壓 (Vo) 對輸入電壓 (Vi) 的比值,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)整和穩(wěn)定。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,造價低,輸出波形失真小。但由于炭刷滑動,接點(diǎn)易產(chǎn)生電火花,造成電刷損壞以至燒毀而失效,且電壓調(diào)整速度慢。
2.2.2改變抽頭型
將自耦變壓器做成多個固定抽頭,通過繼電器或可控硅(固態(tài)繼電器)做為開關(guān)器控件,自動改變抽頭位置,從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。這種類型的穩(wěn)壓電源,優(yōu)點(diǎn)是電路簡單,穩(wěn)壓范圍寬(130V-280V ),效率高(≥ 95% ),價格低。缺點(diǎn)是穩(wěn)壓精度低(± 8 ~ 10% )工作壽命短,它適用于家庭給空調(diào)器供電。
2.2.3大功率補(bǔ)償型——凈化型穩(wěn)壓器(含精密型穩(wěn)壓器)
此種穩(wěn)壓電源用補(bǔ)償環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定,易實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制。它的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好,穩(wěn)壓精度高(≤± 1% )、響應(yīng)快( 40 ~ 60ms )、電路簡單、工作可靠。缺點(diǎn)是帶計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)等非線性負(fù)載時有低頻振蕩現(xiàn)象;輸入端電流失真度大,源功率因數(shù)較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。由于具有穩(wěn)壓,抗干擾,響應(yīng)速度快,價格適中等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用比較廣泛。
2.3開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源
它應(yīng)用于高頻脈寬調(diào)制技術(shù),與一般開關(guān)電源的區(qū)別是它的輸出量必須是與輸入端同上頻、同相的交流電壓。它的輸出電壓波形有準(zhǔn)方波、梯型波、正弦波等。市場上的不間斷電源(UPS )抽掉其中的蓄電源和充電器,就是一臺開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源。開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性好,控制功能強(qiáng),易于實(shí)現(xiàn)智能化,是非常具有前途的交流穩(wěn)壓電源。但因其電路復(fù)雜,價格較高,所以推廣較慢。
三、直流穩(wěn)壓電源分類和特點(diǎn)
直流穩(wěn)壓電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源、線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)型穩(wěn)壓電源。
3.1化學(xué)電源
我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于化學(xué)電源,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,美國研制人員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放電時間長,多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。
3.2線性直流穩(wěn)壓電源 (LPS)
線性直流穩(wěn)壓電源指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。線性直流穩(wěn)壓電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路等。
線性直流穩(wěn)壓電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓,再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓,要達(dá)到高精度的直流電壓,必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓,可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度,波紋也很小,而且沒有開關(guān)穩(wěn)壓電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點(diǎn)是需要龐大而笨重的變壓器,所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大,而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài),調(diào)整管上有一定的電壓降,在輸出較大工作電流時,致使調(diào)整管的功耗太大,轉(zhuǎn)換效率低,還要安裝很大的散熱片。
3.3開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源
開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。它的電路形式主要有單端反激式,單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式等。基本的開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路。
開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小,重量輕,穩(wěn)定可靠。
缺點(diǎn)相對于線性直流穩(wěn)壓電源的紋波較大(一般≤ 1%V P-P )。下面分類介紹幾種開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源:
3.3.1AC/DC電源
該類型電源也稱一次電源,它自電網(wǎng)取得能量,經(jīng)過高壓整流濾波得到一個直流高壓,供 DC/DC 變換器在輸出端獲得一個或幾個穩(wěn)定的直流電壓,功率從幾瓦 ~ 幾千瓦均有產(chǎn)品,用于不同場合。
3.3.2DC/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直流輸入電壓,經(jīng) DC/DC 變換以后在輸出端獲得一個或幾個直流電壓。
3.3.3 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 供電備份,將 DC 供電電壓變換成電路工作電壓。一般又分中央供電、分層供電和單板供電三種,單板供電可靠性*高。
3.3.4 電臺電源
電臺電源輸入 AC220V/110V ,輸出 DC13.8V ,功率由所供電臺功率而定。為防止 AC 電網(wǎng)斷電影響電臺工作,而需要電池組作為備份,所以此類電源除輸出一個 13.8V 直流電壓外,還具有對電池充電自動轉(zhuǎn)換功能。
3.3.5 模塊電源
隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,對電源可靠性、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。
3.3.6 特種電源
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。
四、選擇合適的電源
穩(wěn)壓電源的分類并沒有明確的含義和界限,我們還可以根據(jù)電源穩(wěn)壓器的其他特點(diǎn)對電源進(jìn)行分類。面對種類繁多的電源產(chǎn)品,如何選擇一款合適的穩(wěn)壓電源十分重要。
我們選擇穩(wěn)壓電源,除了要確定電源的型號、種類,還要考慮所選穩(wěn)壓電源的電氣特性是否可以滿足工作的需要。一塊理想的穩(wěn)壓電源,除了電源的功率和輸出電壓等基本指標(biāo)符合工作需要以外,對于交流穩(wěn)壓電源,我們還要確定穩(wěn)壓電源相數(shù)、穩(wěn)壓范圍和穩(wěn)壓精度,也需要滿足工作需要。對于直流穩(wěn)壓電源來講,需要考慮穩(wěn)壓電源的電源調(diào)整率、輸出功率、負(fù)載調(diào)整率和紋波等指標(biāo)。