穩壓電源

穩壓電源

能為負載提供穩定交流電源或直流電源的電子裝置。包括交流穩壓電源和直流穩壓電源兩大類。交流穩壓電源又稱交流穩壓器。隨著電子技術的發展,特別是電子計算機技術套用到各工業、科研領域後,各種電子設備都要求穩定的交流電源供電,電網直接供電已不能滿足需要,穩壓電源的出現解決了這一問題。

發展史

穩壓電源穩壓電源
1955年美國的科學家羅那(G.H.Royer)首先研製成功了利用磁芯的飽和來進行自激振盪的電晶體直流變換器。此後,利用這一技術的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研製和湧現出來,從而取代了早期採用的壽命短、可靠性差、轉換效率低的鏇轉和機械振子示換流設備。由於電晶體直流變換器中的功率電晶體工作在開關狀態,所以由此而製成的穩壓電源輸出的組數多、極性可變、效率高、體積小、重量輕,因而當時被廣泛地套用於航天及軍事電子設備。由於那時的微電子設備及技術十分落後,不能製作出耐壓高、開關速度較高、功率較大的電晶體,所以這個時期的直流變換器只能採用低電壓輸入,並且轉換的速度也不能太高。
60年代,由於微電子技術的快速發展,高反壓的電晶體出現了,從此直流變換器就可以直接由市電經整流、濾波後輸入,不再需要工頻變壓器降壓了,從而極大地擴大了它的套用範圍,並在此基礎上誕生了無工頻降壓變壓器的開關電源。省掉了工頻變壓器,又使開關穩壓電源的體積和重量大為減小,開關穩壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。
70年代以後,與這種技術有關的高頻,高反壓的功率電晶體高頻電容開關二極體開關變壓器鐵芯等元件也不斷地研製和生產出來,使無工頻變壓器開關穩壓電源得到了飛速的發展,並且被廣泛地套用於電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領域,從而使無工頻變壓器開關穩壓電源成為各種電源的佼佼者。

品種

常用的穩壓電源有:①鐵磁諧振式交流穩壓器。由飽和扼流圈與相應的電容器組成,具有恆壓伏安特性。②磁放大器式交流穩壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯而成,利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩定輸出電壓。③滑動式交流穩壓器。通過改變變壓器滑動接點位置穩定輸出電壓。④感應式交流穩壓器。靠改變變壓器次、初級電壓的相位差,使輸出交流電壓穩定。⑤晶閘管交流穩壓器。用晶閘管作功率調整元件。穩定度高、反應快且無噪聲。但對通信設備和電子設備造成干擾。20世紀80年代以後,又出現3種新型交流穩壓電源:補償式交流穩壓器。數控式和步進式交流穩壓器。淨化式交流穩壓器。具有良好隔離作用,可消除來自電網的尖峰干擾。

工作原理

穩壓電源穩壓電源
穩壓器電路由=l2V電源電路、電壓檢測控制電路、過電壓保護組成,如圖5-51所士l2V電源電路由調壓變壓器T的W4、W5繞組和整流二極體VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2組成。電壓檢測控制電路由電阻器R-R7、電位器RPl、Rm、穩壓二極體VS、電容器C3、C4和運算放大器積體電路IC(Nl-N3)組成。過電壓保護電路由IC內部的N3、電晶體V3、電阻器Rl2和繼電器K組成。自動調壓電路由電阻器R8-Rll、電晶體Vl、V2、直流電動機M、滑動觸頭和T的Wl-W3繞組組成。將交流穩壓器的輸大端與市電相接後,在T的W4、W5繞組上產生了感應電壓。該電壓經VDl-VD4整流及Cl、C2濾波後,為IC和Vl、V2等提供 士l2V不穩定工作電壓。+l2V電壓還有其他作用。經Rl-R3分壓、VS穩壓後,分別為Nl-N3的反相輸入端提供基準電壓;為過電壓保護電路申的K和V3提供工作電源;經R4、RP2、R6分壓後,為Nl和N2的正相輸入端提供檢測電壓;經R7、RPl、R5分壓後,為N3的正相輸入端提供檢測電壓。
Nl-N3將正相輸大端的檢測電壓與反相輸大端的基準電壓進行比較,用產生的誤差電壓去控制自動調壓電路。
當市電電壓正常時,Nl和N2的輸出端電壓為OV,Vl和V2均處於截止狀態,電動機M不工作。
當市電電壓偏低時,Nl和N2輸出低電平,使V2導通,Vl截止,M逆時針鏇轉,通過滑壁臂驅動滑動觸頭移動,與T相應的電壓抽頭接觸 (T的Wl、W2繞組共設定了21個電壓抽頭,每一檔的電壓調節範圍為5V),通過T的W2繞組來提升輸出電壓。當輸出交流電壓升至220V時,V2截止,M停轉。當市電電壓偏高時,Nl和N2均輸出高電平,使Vl導通,V2截止,M順時針鏇轉,通過滑臂驅動滑動觸頭移動,與T相應的電壓抽頭接觸,通過T的Wl繞組來降低輸出電壓。當輸出交流電壓降至220V時,Vl截止,M停轉。當市電電壓偏高超過260V時,N3因正相輸入端電壓高於反相輸入端電壓而輸出低電平,使V3截止,,K釋放,其常閉觸頭接通交流電壓的輸出迴路。當市電電壓為160-260V時,N3因正相輸入端電壓低於反相輸入端電壓而輸出高電平,使V3導通,K吸合,其常閉觸頭斷開,從而保證負載 (用電器)不會因過電壓而損壞。
元器件選擇
R8和R9均選用lW金屬膜電阻器,其餘各電阻器選用1/4W或l/2W金屬膜電阻器
RPl和RP2均選用精密可變電阻器。
Cl-C4均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。
VDl-VD4均選用lN5404型矽整流二極體
VS選用1/2W、6V的矽穩壓二極體,例如lN5233A或lN5995B等型號。
Vl選用DSl5或2SC2073型矽NPN電晶體;V2選用CSl5或2SA940型矽PNP電晶體;V3選用S805O或C8050型矽NPN電晶體。
IC選用LM324型運算放大積體電路。
M選用l2V直流電動機。
K選用JRX-l3F型l2V直流繼電器,使用時將其兩組常閉觸頭並聯,以增大電流負荷。
穩壓電源
T採用300-500W的電源變壓器改制。先計算出匝/伏比等有關數據後再進行繞制,每5V處取出一抽頭並作好標記。先繞Wl-W3繞組,後繞W4和W5繞組。將T各抽頭的外接點與滑臂的滑動觸頭分別裝在兩塊完全一樣的印製板上,粘合後對應連線。滑臂為上、下兩片型式,印製板夾在其中間,使其在滑動時接觸良好。滑臂申心裝上齒輪,電動機M通過齒輪變速後驅動滑臂移動。
電路調試
調試時,先將RPl和R陀的動觸頭調至中間位置,在交流穩壓器的輸入端接上一台手動調壓器,在輸出端接上電壓表,調整調壓器使輸入交流電壓為220V,然後調節R陀的阻值,使M在輸出電壓為220V時停轉。
斷開M的引線 (滑動觸頭應接在-220V處),調整RPl,使輸人電壓調至230V時,K立即吸合即可。

直流穩壓電源

穩壓電源穩壓電源
又稱直流穩壓器。它的供電電源大都是交流電源,當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時,穩壓器的直接輸出電壓都能保持穩定。穩壓器的參數有電壓穩定度、紋波係數和回響速度等。前者表示輸入電壓的變化對輸出電壓的影響。紋波係數表示在額定工作情況下,輸出電壓中交流分量的大小;後者表示輸入電壓或負載急劇變化時,電壓回到正常值所需時間。直流穩壓電源分連續導電式與開關式兩類。前者由變壓器把單相或三相交流電壓變到適當值,然後經整流、濾波,獲得不穩定的直流電源,再經穩壓電路得到穩定電壓(或電流)。這種電源線路簡單、紋波小、相互干擾小,但體積大、耗材多,效率低(常低於40%~60%)。後者以改變調整元件(或開關)的通斷時間比來調節輸出電壓,從而達到穩壓。這類電源功耗小,效率可達85%左右。所以,80年代以來發展迅速。從工作方式上可分為:①可控整流型。用改變晶閘管的導通時間來調整輸出電壓。②斬波型。輸入是不穩定的直流電壓,以改變開關電路的通斷比得到單向脈動直流,再經濾波後得到穩定直流電壓。③變換器型。不穩定直流電壓先經逆變器變換成高頻交流電,再經變壓、整流、濾波後,從所得新的直流輸出電壓取樣,反饋控制逆變器工作頻率,達到穩定輸出直流電壓的目的。

開關穩壓電源

穩壓電源圖1

開關穩壓電源的結構


圖1畫出了開關穩壓電源的原理圖及等效原理框圖,它是由全波整流器,開關管V,激勵信號,續流二極體Vp,儲能電感和濾波電容C組成。實際上,開關穩壓電源的核心部分是一個直流變壓器。
逆變器,它是把直流轉變為交流的裝置。逆變器通常被廣泛地套用在採用電平或電池組成的備用電源中。
直流變換器,它是把直流轉換成交流,然後又把交流轉換成直流的裝置。這種裝置被廣泛地套用在開關穩壓電源中。採用直流變換器可以把一種直流供電電壓變換成極性、數值各不同的多種直流供電電壓。
開關穩壓電源的優點
[1].功耗小,效率高。在圖1中的開關穩壓電源電路中,電晶體V在激勵信號的激勵下,它交替地工作在導通—截止和截止—導通的開關狀態,轉換速度很快,頻率一般為50kHz左右,在一些技術先進的國家,可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關電晶體V的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高,其效率可達到80%。
[2].體積小,重量輕。從開關穩壓電源的原理框圖可以清楚地看到這裡沒有採用笨重的工頻變壓器。由於調整管V上的耗散功率大幅度降低後,又省去了較大的散熱片。由於這兩方面原因,所以開關穩壓電源的體積小,重量輕。
[3].穩壓範圍寬。從開關穩壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節的,輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來進行補償,這樣,在工頻電網電壓變化較大時,它仍能夠保證有較穩定的輸出電壓。所以開關電源的穩壓範圍很寬,穩壓效果很好。此外,改變占空比的方法有脈寬調製型和頻率調製型兩種。這樣,開關穩壓電源不僅具有穩壓範圍寬的優點,而且實現穩壓的方法也較多,設計人員可以根據實際套用的要求,靈活地選用各種類型的開關穩壓電源。
[4].濾波的效率大為提高,使濾波電容的容量和體積大為減少。開關穩壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz,是線性穩壓電源的1000倍,這使整流後的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是採用半波整流後加電容濾波,效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下,採用開關穩壓電源時,濾波電容的容量只是線性穩壓電源中濾波電容的1/500—1/1000。
[5].電路形式靈活多樣。例如,有自激式和他激式,有調寬型和調頻型,有單端式和雙端式等等,設計者可以發揮各種類型電路的特長,設計出能滿足不同套用場合的開關穩壓電源。
開關穩壓電源的缺點
開關穩壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾。開關穩壓電源中,功率調整開關電晶體V工作在狀態,它產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振干擾,這些干擾如果不採取一定的措施進行抑制、消除和禁止,就會嚴重地影響整機的正常工作。此外由於開關穩壓電源振盪器沒有工頻變壓器的隔離,這些干擾就會串入工頻電網,使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到嚴重的干擾。
目前,由於國內微電子技術、阻容器件生產技術以及磁性材料技術與一些技術先進國家還有一定的差距,因而造價不能進一步降低,也影響到可靠性的進一步提高。所以在中國的電子儀器以及機電一體化儀器中,開關穩壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對於無工頻變壓器開關穩壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關管、開關變壓器的磁芯材料等器件,在中國還處於研究、開發階段。在一些技術先進國家,開關穩壓電源雖然有了一定的發展,但在實際套用中也還存在一些問題,不能十分令人滿意。這暴露出開關穩壓電源的又一個缺點,那就是電路結構複雜,故障率高,維修麻煩。對此,如果設計者和製造者不予以充分重視,則它將直接影響到開關穩壓電源的推廣套用。當今,開關穩壓電源推廣套用比較困難的主要原因就是它的製作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高。

 能為負載提供穩定交流電源或直流電源的電子裝置。包括交流穩壓電源和直流穩壓電源兩大類。
交流穩壓電源 又稱交流穩壓器。隨著電子技術的發展,特別是電子計算機技術套用到各工業、科研領域後,各種電子設備都要求穩定的交流電源供電,電網直接供電已不能滿足需要,交流穩壓電源的出現解決了這一問題。常用的交流穩壓電源有:①鐵磁諧振式交流穩壓器。由飽和扼流圈與相應的電容器組成,具有恆壓伏安特性。②磁放大器式交流穩壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯而成,利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩定輸出電壓。③滑動式交流穩壓器。通過改變變壓器滑動接點位置穩定輸出電壓。④感應式交流穩壓器。靠改變變壓器次、初級電壓的相位差,使輸出交流電壓穩定。⑤晶閘管交流穩壓器。用晶閘管作功率調整元件。穩定度高、反應快且無噪聲。但對通信設備和電子設備造成干擾。20世紀80年代以後,又出現3種新型交流穩壓電源:補償式交流穩壓器。數控式和步進式交流穩壓器。淨化式交流穩壓器。具有良好隔離作用,可消除來自電網的尖峰干擾。
直流穩壓電源 又稱直流穩壓器。它的供電電壓大都是交流電壓,當交流供電電壓的電壓或輸出負載電阻變化時,穩壓器的直接輸出電壓都能保持穩定。穩壓器的參數有電壓穩定度、紋波係數和回響速度等。前者表示輸入電壓的變化對輸出電壓的影響。紋波係數表示在額定工作情況下,輸出電壓中交流分量的大小;後者表示輸入電壓或負載急劇變化時,電壓回到正常值所需時間。直流穩壓電源分連續導電式與開關式兩類。前者由工頻變壓器把單相或三相交流電壓變到適當值,然後經整流、濾波,獲得不穩定的直流電源,再經穩壓電路得到穩定電壓(或電流)。這種電源線路簡單、紋波小、相互干擾小,但體積大、耗材多,效率低(常低於40%~60%)。後者以改變調整元件(或開關)的通斷時間比來調節輸出電壓,從而達到穩壓。這類電源功耗小,效率可達85%左右,但缺點是紋波大、相互干擾大。所以,80年代以來發展迅速。從工作方式上可分為:①可控整流型。用改變晶閘管的導通時間來調整輸出電壓。②斬波型。輸入是不穩定的直流電壓,以改變開關電路的通斷比得到單向脈動直流,再經濾波後得到穩定直流電壓。③變換器型。不穩定直流電壓先經逆變器變換成高頻交流電,再經變壓、整流、濾波後,從所得新的直流輸出電壓取樣,反饋控制逆變器工作頻率,達到穩定輸出直流電壓的目的。
在手機維修中,為了測試方便,需要準備一台穩壓電源,要求其輸出電壓可調,輸出電壓1—15伏、電流1—2安,應帶短路保護電路和限流調節,具有機械式表頭和數字顯示的兩種,用來觀察手機工作中的電流變化情況
[用途]:
交流穩壓電源[1]廣泛套用於計算機及其周邊裝置、醫療電子儀器、通訊廣播設備、工業電子設備、自動生產線等現代高科技產品的穩壓和保護。
直流穩壓電源廣泛套用於國防、科研、大專院校、實驗室、工礦企業、電解、電鍍、充電設備等的直流供電。

電源概述
電源 [diàn yuán]
[power supply;power source] 電源是提供電壓的裝置。
把其他形式的能轉換成電能的裝置叫做電源。發電機能把機械能轉換成電能,乾電池能把化學能轉換成電能.發電機.電池本身並不帶電,它的兩極分別有正負電荷,由正負電荷產生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的),電荷導體裡本來就有,要產生電流只需要加上電壓即可,當電池兩極接上導體時為了產生電流而把正負電荷釋放出去,當電荷散盡時,也就荷盡流(壓)消了.乾電池等叫做電源。通過變壓器和整流器,把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設備叫做信號源。晶體三極體能把前面送來的信號加以放大,又把放大了的信號傳送到後面的電路中去。晶體三極體對後面的電路來說,也可以看做是信號源。整流電源、信號源有時也叫做電源。
電源是向電子設備提供功率的裝置,也稱電源供應器,它提供計算機中所有部件所需要的電能。電源功率的大小,電流和電壓是否穩定,將直接影響計算機的工作性能和使用壽命。
計算機電源是一種安裝在主機箱內的封閉式獨立部件,它的作用是將交流電通過一個開關電源變壓器換為5V,-5V,+12V,-12V,+3.3V等穩定的直流電,以供應主機箱內系統版,軟碟,硬碟驅動及各種適配器擴展卡等系統部件使用。通俗來講就是, 一個電源壞了,另一個備份電源代替其供電。可以通過為節點和磁碟提供電池後援來增強硬體的可用性。HP 支持的不間斷電源 (UPS),如 HP PowerTrust,可提防瞬間掉電。 磁碟與供電電路的連線方式應使鏡像副本分別連線到不同的電源上。根磁碟與其相應的節點應由同一電源電路供電。 特別是,群集鎖磁碟(當重組群集時用作仲裁器)應該有冗餘電源,或者,它能由群集中節點之外的電源供電。您的 HP 代表可提供關於群集的電源、磁碟和 LAN 硬體布局方面的詳細信息。 目前許多磁碟陣列和其他架裝系統含有多個電源輸入,它們應部署為設備上的不同電源輸入連線到帶有兩個或三個電源輸入的獨立電路設備上,這樣,一般情況下,只要出現故障的電路不超過一個,系統就能繼續正常運行。因此,如果群集中的所有硬體有 2 個或 3 個電源輸入,則要求至少有三個獨立的電路,以確保群集的電路設計中沒有單點故障

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穩壓電源用途

穩壓電源已被廣泛地套用於計算機及其周邊裝置、醫療電子儀器、通訊廣播設備、工業電子設備、自動生產線等現代高科技產品的穩壓和保護,科研、大專院校、實驗室、工礦企業、電解、電鍍、充電設備等。

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