【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要 4 個(gè)整流二極管，線路 稍復(fù)雜。 以上簡(jiǎn)單介紹了幾種整流電路，根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)的判斷，所以在我的設(shè)計(jì)中采用了橋式整流電路。一方面，能使電能得到充分利用，另一方面，由于有現(xiàn)成的整流橋集成元件，設(shè)計(jì)起來(lái)也比較方便。 濾波電路 交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動(dòng)直流電流，其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動(dòng)電壓中的交流成份。濾波電路一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)上電容器C，或在負(fù)載中串聯(lián)上電感器 L，或由電容，電感組合而成的各中復(fù)式濾波電路。 電容濾波電路 電容濾波就是在整 流電路后面 ,用大量的電解電容與負(fù)載并聯(lián)例如以橋式電路為例 ,整流濾波電路如圖 25 所示 : 圖 25 電容濾波電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 7 電容濾波電路簡(jiǎn)單，制作方便。但是它的輸出電流不宜太大，而且要求輸出電壓的脈動(dòng)成分較小時(shí)，必須增加電容器的容量，因此電路的體積大也不經(jīng)濟(jì)。為此， RCπ 型濾波電路在實(shí)際電路中經(jīng)常使用。 RCπ型濾波電路如圖 26 所示： 它實(shí)際上就是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加上 1 級(jí) RC 濾波電路構(gòu)成的。采用這種濾波電路可以進(jìn)一步降低輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)。但是，這種濾波電路的缺點(diǎn)是 在 R 上有直流壓降，因而必須提高變壓器次級(jí)電壓；因而整流管的沖擊電流仍然比較大；同時(shí)，由于 R 產(chǎn)生壓降，外特性比電容濾波更軟。所以這種電路只適用于小電流的場(chǎng)合。 圖 26 RCπ 型濾波電路 電感濾波器 利用電感具有阻止電流變化的特點(diǎn)，在整流電路的負(fù)載回路中串聯(lián)電感 L，如圖 27 所示，即構(gòu)成電感濾波電路。 圖 27 電感濾波電路 當(dāng)整流后的脈動(dòng)電流增大時(shí)，電感 L 將產(chǎn)生反電勢(shì)－ L(di/dt)，阻止電流增大；相反，當(dāng)電流減小時(shí)，電感 L 將阻止電流減小，從而使負(fù)載電流脈動(dòng)成分大大降低，達(dá)到濾波 的目的。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 8 由于電感交流電阻很大，而直流電阻很小，輸出直流分量在電感上損失很小，所以它適用于負(fù)載電流比較大的場(chǎng)合，而且外特性較好，即負(fù)載電流變化時(shí)，輸出直流電壓變化較小，另外，電感濾波的二極管導(dǎo)通角不會(huì)減小，避免了浪涌電流的產(chǎn)生。 為了進(jìn)一步改善濾波效果，可以采用 LC 濾波電路，它是在電感濾波電路的基礎(chǔ)上，再在負(fù)載電阻 RL 上并聯(lián)電容器 C，如圖 28 所示 圖 28 LC 型濾波電路 不難看出，當(dāng) L 值很小，或 RL 很大時(shí)，該電路和電容濾波電路很類似，呈現(xiàn)電容濾波的特點(diǎn)，為了保證整流二極管的導(dǎo)電角仍為 180 度 ，一般要求 L 值很大，對(duì)基波信號(hào)而言應(yīng)滿足 RL3Ω。 LC 濾波電路中輸出電壓中的基波分量應(yīng)由 jω L 和 RL//(1/ω C)分壓得到，所以輸出電壓的脈動(dòng)成分比僅用電感濾波時(shí)更小；而負(fù)載電流變化時(shí)均能有良好的濾波效果，所以說(shuō)他對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性比較強(qiáng)。 在大功率輸出的電源穩(wěn)壓電路中，由于輸出電流較大，為了減少功率損耗，一般不用電阻做濾波器件，經(jīng)常使用的是 LC 元件構(gòu)成的π型濾波電路。為了增大電感量，一般來(lái)說(shuō)， L 選用鐵心電感， C 選用電解電容，如圖 所示： 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 9 圖 210 π型 LC 濾波電路 穩(wěn) 壓電路 經(jīng)過(guò)整流和濾波后的直流電壓，會(huì)由于交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)以及負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動(dòng)顯得太大，仍需要進(jìn)一步對(duì)其穩(wěn)定，這就需要采用穩(wěn)壓電路。通常，完整的穩(wěn)壓電源電路包括有整流、濾波、和穩(wěn)壓電路。下面就穩(wěn)壓電路作一下介紹。 穩(wěn)壓電路的指標(biāo) 衡量穩(wěn)壓器的性能有許多指標(biāo)，例如額定輸出電壓、電流和電壓調(diào)節(jié)范圍等，這屬于特性指標(biāo)；穩(wěn)壓系數(shù)、等效內(nèi)阻、紋波電壓（即交流電壓分量）等屬于質(zhì)量指標(biāo)。自動(dòng)化程度，用來(lái)說(shuō)明維護(hù)人員離開(kāi)時(shí)，例如，是否具有自動(dòng)開(kāi)機(jī)、 停機(jī)性能，故障檢測(cè)等。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要有效率和功率因數(shù)等。下面簡(jiǎn)單介紹下質(zhì)量指標(biāo)。 1 穩(wěn)壓系數(shù) 當(dāng)負(fù)載電流一定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比稱為穩(wěn)壓系數(shù)，即： IiOO UU UU //???? ( LI =額定值 ) （ 25） 上式中，γ為穩(wěn)壓系數(shù)； OU 為穩(wěn)壓器的額定輸出電壓； iU 為穩(wěn)壓器額定輸入電壓； OU? 為輸出電壓的變化量； iU? 為輸入電壓的變化量； LI為負(fù)載電流。 另外還有以γ的倒數(shù) S 為標(biāo)準(zhǔn)，稱 S＝ 1/γ為穩(wěn)定系數(shù)的。 2 等效電阻 OR 又稱為動(dòng)態(tài)電阻，是包括整流、濾波和穩(wěn)壓在內(nèi)的等效電阻。當(dāng) iU 保持不變時(shí)，輸出電壓增量 OU? 與輸出電流增量 OI? 之比稱為等效內(nèi)阻： OOO IUR ???? （ iU ＝額定值） （ 26） 上式中， OR 為正值，由于電流增加（增量為正）時(shí)其兩端電壓受內(nèi)阻影響要下降（增量為負(fù)），故上式中加了個(gè)“－”號(hào)，使得 OR 為正值。通常穩(wěn)壓器在額定范圍內(nèi)使用時(shí)， OR 約在 以下。 3 紋波電壓 紋波電壓就是疊加在輸出直流電壓上的交流電壓分直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 10 量，通常經(jīng)濾波及穩(wěn)壓后，它的數(shù)值在幾毫伏以內(nèi)，以不影響電子設(shè)備工作為準(zhǔn)?？捎靡粋€(gè)容量較大的電容器與交流毫伏表串聯(lián)進(jìn)行測(cè)量，此電容是隔直流用的 [8]。 穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路 硅穩(wěn)壓管也稱為齊納二極管，其伏安特性如圖所示。從伏安特性可以看到，當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在一個(gè)較大范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓幾乎不變。穩(wěn)壓管的這一特性將穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)，若能保證穩(wěn)壓管中的電流在一定范圍內(nèi)，則負(fù)載電壓就能在一定程度上得到穩(wěn)定，因此，穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵 就是限定穩(wěn)壓管中的電流。因?yàn)槿绻ぷ麟娏魈。瑒t電壓隨電流的變化很大，達(dá)不到穩(wěn)壓的目的；但工作電流也不能太大，以免超過(guò)管子的額定功率，造成損壞。小功率穩(wěn)壓管的工作電流大致幾毫安至幾十毫安，大功率的穩(wěn)壓管可到幾安培到十幾安培。 圖 212 是由穩(wěn)壓管構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路： 圖 212 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 電路中， R 決定了向穩(wěn)壓管和負(fù)載輸送電流的總量，起著限流和調(diào)壓的作用，穩(wěn)壓管起著調(diào)節(jié)電流的作用。如負(fù)載 LR 減小，要求更多的電流流過(guò) LR 時(shí)，通過(guò)穩(wěn)壓管的電流 ZI 將隨之減小，使 RI 基本不變，以保證輸出電壓 oV 基本不變。如果 LR 不變，但輸入電壓 iV 由于電網(wǎng)電壓或元件參數(shù)改變而增加時(shí)，則 RI 將增加，此時(shí) ZI 也隨之增加，保證 OI 基本不變，即 oV 基本不變。如果 iV 和 LR 都變化，則 ZI 將綜合二者的變化加以調(diào)整，只要 ZI 的變化在它的允許的工作范圍之內(nèi)，就能保證起到較好的穩(wěn)壓作用。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有線路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電流受穩(wěn)壓直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 11 管穩(wěn)定電流的限制，而且輸出電壓又不能任意調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能不高，只適用于輸出電流小， 負(fù)載變動(dòng)不到和穩(wěn)定性能要求不高的場(chǎng)合，或作為輔助穩(wěn)壓源。若負(fù)載經(jīng)常變動(dòng)，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定性能好，就要采用晶體管穩(wěn)壓源。 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路比穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要復(fù)雜的多，它是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。一般情況下，它包括調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源及誤差比較放大器等主要部分。調(diào)整管是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其余部分都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖 213所示。從框圖上可以看出輸入電壓 iU 經(jīng)過(guò)調(diào)整 元件調(diào)節(jié)之后，變成穩(wěn)定的輸出電壓 OU 。 圖 213 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路框圖 取樣電路和基準(zhǔn)電壓相比較，并把比較后的誤差信號(hào)送放大器，增強(qiáng)反饋控制效果，因?yàn)槿拥脕?lái)得是電壓信號(hào)，所以這種電壓源實(shí)際上是一個(gè)以電壓為調(diào)節(jié)對(duì)象得自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)模式如圖 所示。圖中，OK 為調(diào)節(jié)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)時(shí)的電壓傳遞函數(shù)，也就是系統(tǒng)開(kāi)環(huán)穩(wěn)壓系數(shù)； TK 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)在 系統(tǒng)閉環(huán)時(shí)的電壓傳遞函數(shù)，也就是調(diào)整管電路的電壓放大倍數(shù)； K 時(shí)誤差放大器開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)； n 為取樣電路的電壓傳遞系數(shù)，也就是取樣分壓器的分壓比。根據(jù)調(diào)節(jié)原理可知，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)函數(shù)為： 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 12 nKKK T ????1 1 （ 29） 由此可知，無(wú)論輸入電壓波動(dòng)還是負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，反饋系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的 1/（ 1+ TK *K*n）倍，更具體點(diǎn)說(shuō)，就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng) 電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率等主要技術(shù)性能方面，都是以硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源為代表的參數(shù)型穩(wěn)壓電源的（ 1+ TK *K*n）倍，這就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源比參數(shù)型穩(wěn)壓電源應(yīng)用得更普遍得主要原因。 圖 214 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)模式 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理是調(diào)整元件的動(dòng)態(tài)電阻是隨著輸出電壓的變化而自動(dòng)改變的。其優(yōu)點(diǎn)是，輸出電壓范圍不受調(diào)整元件本身耐壓的限制而且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)可以做的很高。其缺點(diǎn)是線路比較復(fù)雜，過(guò)載能力差，順時(shí)過(guò)載會(huì)使調(diào)整元件損壞，需要過(guò)載保護(hù)。因此，串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源廣泛用在負(fù)載變動(dòng)較大，穩(wěn)壓性能要求較高，輸出電壓可調(diào)等場(chǎng)合。 （ 1）簡(jiǎn)單的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 圖 215 是一個(gè)最簡(jiǎn)單的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路。晶體管 VT 做調(diào)整元件， VD 做基準(zhǔn)電壓源，它給晶體管發(fā)射結(jié)提供一個(gè)固定的偏壓使其能正常工作。當(dāng)負(fù)載 變小或輸入電壓 iU 變大，使得負(fù)載兩端的輸出電壓 OU 增大時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓 bE 不變，所以晶體管的基極電位 bU 也不變，那么集 — 射極電壓 beU （ beU ＝ bU －OU ）將減小，從而 bI 減小，管壓降 ceU 增大，使輸出電壓 OU ＝ iU － ceU 減少，抵消了由于電網(wǎng)電壓增加或負(fù)載減小引起的 OU 的增加，使輸出電壓 OU保持基本不變。如果當(dāng)輸入電壓減小或負(fù)載增大，使得輸出電壓 OU 下降時(shí) ，調(diào)節(jié)過(guò)程與上述正好相反。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 13 圖 215 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 從上邊的穩(wěn)壓過(guò)程可以看出，當(dāng)輸入電壓增大或負(fù)載變小時(shí)，這種穩(wěn)壓電路是通過(guò)輸出電壓的變化反過(guò)來(lái)控制調(diào)整管 VT 的管壓降，從而使輸出電壓保持不變，以達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的作用，這實(shí)際是一種負(fù)反饋，所以這種電路叫做串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路。 該電路存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，該電路是用輸出電壓的變化部分直接去控制調(diào)整管的基極，故控制作用小，穩(wěn)壓性能較差；其二，輸出電壓固定不可調(diào)。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 14 （ 2） 帶有放大器的串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 簡(jiǎn)單的反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 ，是直接利用輸出電壓的變化量來(lái)控制調(diào)整管的電壓 ceU 變化的所以其靈敏度和電壓穩(wěn)定性都不夠理想。采用帶放大器的穩(wěn)壓電路，可以彌補(bǔ)這些不足。圖 是一個(gè)帶有放大器的典型電路，圖中 VT 1是調(diào)