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穩壓電源(穩壓器)的選型

發布時間 :2019-11-04

   一、引言
  穩壓電源就是其輸出電壓相對穩定,它與人們的日常生活密切相關 , 也稱為穩定電源、穩壓器等。隨著電子技術發展,電子系統的應用領域越來越廣泛,電子設備的種類也越來越多,對穩壓電源的要求更加靈活多樣。電子設備的小型化和低成本化,使穩壓電源朝輕、薄、小和高效率的方向發展。設計上,穩壓電源也從傳統的晶體管串聯調整穩壓電源向高效率、體積小、重量輕的開關型穩壓電源迅速發展。

  日常工作中,電子工程師通常根據穩壓電源中穩壓器的穩定對象,把穩壓器分為直流穩壓器和交流穩壓器兩種,并且直流穩壓器輸出電壓是直流,交流穩壓器輸出電壓是交流,兩者一般都用市電供電。因此,我們就可以把穩壓電源按穩壓器的類型可分為直流穩壓電源和交流穩壓電源兩大類。以下我們對這兩大類穩壓電源進行簡要的介紹(見表 1 )。

  表 1 穩壓電源的分類 

類型

類別 1

類別 2

優點

缺點

交流穩壓電源

自耦調整型
穩壓電源

機械調整型

結構簡單,造價低, 輸出波形失真小。

容易燒毀,電壓調整速度慢。

改變抽頭型

電路簡單,穩壓范圍寬,價格低。

穩壓精度低,工作壽命短。

大功率補償型

抗干擾性能好,穩壓精度高、響應快電路簡單。

輸入電流失真度大,源功率因數較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。

參數調整型
穩壓電源

 

結構簡單,可靠性高,抗干擾能力強。

能耗大、噪聲大、 笨重、造價高。

開關型穩壓電源

穩壓性好,控制功能強。

電路復雜,價格較高。

直流穩壓電源

化學電源

小巧,靈活。

供電能力不足,污染環境。

線性電源

穩定性高,紋波小,可靠性高。

體積功耗大,轉換效率低。

開關型電源

AC/DC 電源

體積小,重量輕,穩定可靠。

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、交流穩壓電源分類和特點

能夠提供一個穩定的交流電壓和頻率的電源稱為交流穩壓電源,市面上的交流穩壓電源大致分為以下幾種:

  2.1參數調整(諧振)型

  這類穩壓電源,穩壓的基本原理是 LC 串聯諧振,早期出現的含有磁飽和型穩壓器的穩壓電源就屬于這一類。它的優點是結構簡單,所需元器件較少,穩壓范圍相當寬,可靠性高,抗干擾和抗過載能力強。缺點是能耗大、噪聲大、笨重且造價高。

  2.2自耦(變比)調整型

  2.2.1機械調壓型

  以伺服電機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,以實現穩壓電源輸出電壓的調整和穩定。它的特點是結構簡單,造價低,輸出波形失真小。但由于炭刷滑動,接點易產生電火花,造成電刷損壞以至燒毀而失效,且電壓調整速度慢。

  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(固態繼電器)做為開關器控件,自動改變抽頭位置,從而實現輸出電壓的穩定。這種類型的穩壓電源,優點是電路簡單,穩壓范圍寬( 130V-280V ),效率高(≥ 95% ),價格低。缺點是穩壓精度低(± 8 10% )工作壽命短,它適用于家庭給空調器供電。

2.2.3大功率補償型——凈化型穩壓器(含精密型穩壓器)

  此種穩壓電源用補償環節實現輸出電壓的穩定,易實現微機控制。它的優點是抗干擾性能好,穩壓精度高(≤± 1% )、響應快( 40 60ms )、電路簡單、工作可靠。缺點是帶計算機、程控交換機等非線性負載時有低頻振蕩現象;輸入端電流失真度大,源功率因數較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。由于具有穩壓,抗干擾,響應速度快,價格適中等優點,應用比較廣泛。

  2.3開關型交流穩壓電源

  它應用于高頻脈寬調制技術,與一般開關電源的區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,就是一臺開關型交流穩壓電源。開關型交流穩壓電源的穩壓性好,控制功能強,易于實現智能化,是非常具有前途的交流穩壓電源。但因其電路復雜,價格較高,所以推廣較慢。

  三、直流穩壓電源分類和特點

  直流穩壓電源按習慣可分為化學電源、線性穩壓電源和開關型穩壓電源,下面我們將具體介紹這幾類電源。

  3.1化學電源

  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電源,各有其優缺點。隨著科學技術的發展,又產生了智能化電池;在充電電池材料方面,美國研制人員發現錳的一種碘化物,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保型充電電池。

  3.2線性直流穩壓電源 (LPS)

  線性直流穩壓電源指調整管工作在線性狀態下的直流穩壓電源。線性直流穩壓電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等(見下圖)。


 

  線性直流穩壓電源是先將交流電經過變壓器變壓,再經過整流電路整流濾波得到未穩定的直流電壓,要達到高精度的直流電壓,必須經過電壓反饋調整輸出電壓,可以達到很高的穩定度,波紋也很小,而且沒有開關穩壓電源具有的干擾與噪音。但是它的缺點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大,而且電壓反饋電路是工作在線性狀態,調整管上有一定的電壓降,在輸出較大工作電流時,致使調整管的功耗太大,轉換效率低,還要安裝很大的散熱片。

  3.3開關型直流穩壓電源

  開關型直流穩壓電源是利用現代電力電子技術,控制開關晶體管開通和關斷的時間比率,維持穩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。基本的開關型直流穩壓電源主要包括輸入電網濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護 電路如(下圖)

                                                                           

  開關型直流穩壓電源的優點是體積小,重量輕,穩定可靠。缺點相對于線性直流穩壓電源的紋波較大(一般1V PP )。下面分類介紹幾種開關型直流穩壓電源:

  3.3.1 ACDC電源

  該類型電源也稱一次電源,它自電網取得能量,經過高壓整流濾波得到一個直流高壓,供 DCDC 變換器在輸出端獲得一個或幾個穩定的直流電壓,功率從幾瓦  ̄ 幾千瓦均有產品,用于不同場合。

  3.3.2 DCDC電源

  在通信系統中也稱二次電源,它是由一次電源或直流電池組提供一個直流輸入電壓,經 DCDC 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

  通信電源其實質上就是 DCDC 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,單板供電可靠性最高。 

  3.3.4 電臺電源 

  電臺電源輸入 AC220V110V ,輸出 DC13.8V ,功率由所供電臺功率而定。為防止 AC 電網斷電影響電臺工作,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換功能。 

  3.3.5 模塊電源

  隨著科學技術飛速發展,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越性,它工作頻率高、體積小、可靠性高,便于安裝和組合擴容,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 ACDC 電源等,可歸于此類,可根據特殊需要選用。

  四、選擇合適的電源 

  穩壓電源的分類并沒有明確的含義和界限,我們還可以根據電源穩壓器的其他特點對電源進行分類。面對種類繁多的電源產品,如何選擇一款合適的穩壓電源十分重要。

  我們選擇穩壓電源,除了要確定電源的型號、種類,還要考慮所選穩壓電源的電氣特性是否可以滿足工作的需要。一塊 理想的穩壓電源,除了電源的功率和輸出電壓等基本指標符合工作需要以外,對于交流穩壓電源,我們還要確定穩壓電源相數、穩壓范圍和穩壓精度,也需要滿足工作需要。對于直流穩壓電源來講,需要考慮穩壓電源的電源調整率、輸出功率、負載調整率和紋波等指標。

  名詞解釋

  1。電源調整率:輸入發生變化時輸出端的穩壓精度。

  2。負載調整率:負載發生變化時輸出端的穩壓精度。

  3。濾波器: 用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經過過濾而得到純凈的交流電。

  4。最大紋波電壓: 在額定輸出電壓和負載電流下,輸出電壓紋波(包括噪聲)的絕對值大小。通常以峰-峰值或有效值表示。

  5。市電:即交流電( AC ),交流電的成份包含:電壓、電流、頻率三種。頻率可分為 50HZ (赫茲)與 60HZ (赫茲)兩種;電壓范圍是 100V240V ;正常的交流電的波形為正弦波。

  6。電池串聯/并聯:多個性能、容量相同的電池按一定極性串行連接疊加即為串聯,形成電池組;多個電壓相同的電池或電池組在其末端按同極性連接,形成并行輸出即為并聯。

  7。常用縮寫:CC-定電流  CV-定電壓  CR-定電阻