【正文】 都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖 213 所示。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。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。axOI1 當(dāng)市電電壓最高和負(fù)載電流為 0，即負(fù)載開(kāi)路時(shí)， 應(yīng)不超過(guò)允許最大值，ZI既限流電阻 R 的最小值應(yīng)滿(mǎn)足： （27）maxIZOV??2 當(dāng)市電電壓最低和負(fù)載電流最大時(shí)，應(yīng)不低于允許最小值，即： （28 ）minaxIzOiR??如上兩式不能同時(shí)滿(mǎn)足，則說(shuō)明在給定條件下已超過(guò)穩(wěn)壓管的工作范圍，需限制變化范圍或選用較大功率的穩(wěn)壓管。 設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為 ，最大工作電流為 ，最小工作電流為 ；市ZVmaxzIminzI電電壓最高時(shí)的整流輸出電壓為 ，最低時(shí)為 ；負(fù)載電流的最小值為 ，axIminViO開(kāi)路時(shí)為 0，最大值為 。L基本穩(wěn)壓電路中限流電阻 R 的選用非常重要，若 R 選的太大，則供應(yīng)電流不足，當(dāng) 較大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流將減小到臨界值以下，失去穩(wěn)壓作用；若 R 選的太小，OI則當(dāng) 變到很大或開(kāi)路時(shí)， 都流向穩(wěn)壓管，可能超過(guò)允許定額而造成損壞。 其穩(wěn)壓過(guò)程簡(jiǎn)述如下：若 電壓升高，而負(fù)載不變，則 電壓降低，而負(fù)載不i iV變，則而負(fù)載不變，則穩(wěn)壓過(guò)程與上訴相反。如果 不ZII oVL變，但輸入電壓 由于電網(wǎng)電壓或元件參數(shù)改變而增加時(shí)，則 將增加，此時(shí) 也iVIZI隨之增加，保證 基本不變，即 基本不變。 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。因?yàn)槿绻ぷ麟娏魈?，則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。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。可用一個(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 ]。通常穩(wěn)壓器在額定范OR圍內(nèi)使用時(shí)， 約在 以下。2 等效電阻 又稱(chēng)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。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(chēng)為穩(wěn)壓系數(shù)，即：( =額定值) （25 ）IiOU/???L 上式中，γ 為穩(wěn)壓系數(shù)； 為穩(wěn)壓器的額定輸出電壓； 為穩(wěn)壓器額定輸入iU電壓； 為輸出電壓的變化量； 為輸入電壓的變化量； 為負(fù)載電流。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要有效率和功率因數(shù)等。 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)。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。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： 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。 LC 濾波電路中輸出電壓中的基波分量應(yīng)由 jωL 和 RL//(1/ωC)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??；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)。 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。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。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。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。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)。一般選管子時(shí)，要求它承受的正向電流的能力應(yīng)大于平均輸出電流的 2~3 倍。二極管在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)，有很大的浪涌電流流過(guò)，這對(duì)管子的壽命不利。所以電容濾波電路適合用于負(fù)載電流變化不大的場(chǎng)合。通常把輸出電壓 VL 和輸出電流 Io 之間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為電源的外特性。3 電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流的增大而減小。當(dāng) ∞時(shí)， （如負(fù)載開(kāi)路） ，電容沒(méi)有?放電通路，故 VL＝ V2。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，電容充電將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)；二極管截至?xí)r，再把儲(chǔ)存的能量釋放給負(fù)載，一方面使輸出電壓波形比較平滑，同時(shí)也增加了輸出電壓的平均值。 電容濾波器的特點(diǎn)如下： 1 加了濾波電容以后，輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分減小。t 4 以后，－V 2Vc，VD3,VD4 截至，電容又處于放電狀態(tài)，其過(guò)程和 t2～t 3 間隔內(nèi)相同，以后情況如此反復(fù)。電容 C 的放電電壓按指數(shù)曲線(xiàn)下降。 圖 25 電容濾波電路 當(dāng)有負(fù)載 RL 時(shí)，設(shè) RL 為定值，當(dāng)電源接通且 C 上還有近似峰值電壓時(shí)，電壓波形如圖所示。此后，輸出電壓保持為 Vc 而不變， 。當(dāng) V2 達(dá)到最大值時(shí)，Vc 也基本上達(dá)到最大值。電源接通后，通過(guò)整流管及變壓器次級(jí)給 C 充電，因?qū)ǖ亩O管及變壓器次級(jí)電源內(nèi)阻很小，所以充電時(shí)間常數(shù)很小，充電電流很大。下面以有負(fù)載 RL 和無(wú)負(fù)載 RL 兩種情況來(lái)分析濾波電路的工作原理。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。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。但是需要 4 個(gè)整流二極管，線(xiàn)路稍復(fù)雜。綜上，橋式整流電路的特點(diǎn)是：與半波整流電路相比，在 V2,RL 相同的條件下，輸出的直流電壓提高了一倍；電流脈動(dòng)程度減小；變壓器正負(fù)半周都有對(duì)稱(chēng)電流流過(guò)，既得到充分利用，又不存在單向磁化的問(wèn)題。整流元件仍認(rèn)為是理想的，在純電阻負(fù)載條件下，電壓的順時(shí)值為： (22)???20sin2??ttVO負(fù)載直流電壓平均值為 (23) 圖 24 橋式整流電路每個(gè)二極管截止時(shí)的反向電壓相同，為 V2 的幅值。由此可以看出，正負(fù)辦周都有電流流過(guò)負(fù)載電阻 RL，而且流過(guò)負(fù)載電阻的電流方向是一致的，因而輸出電壓的直流成分提高，脈動(dòng)成分降低。工作原理簡(jiǎn)介如下：在 V2 的正半周內(nèi)， VD1，VD4 導(dǎo)通， VD2,VD3 截至，在RL 上建立起上正下負(fù)的脈動(dòng)電壓，如果忽略二極管的管壓降及變壓器的內(nèi)阻，則V0=V2。 圖 23 單相全波整流電路全波整流電路接入濾波電容 C，其充放電過(guò)程與半波整流相同，但由于 V21 和V22 輪流通過(guò) VD1 和 VD2 向電容 C 充電，所以輸出電壓的脈動(dòng)比半波整流時(shí)小。在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電流i0=iD1+iD2 為單向脈動(dòng)電流。另半個(gè)周期，即上(1)負(fù)而下(2)正時(shí)，VD2 受正向電壓而導(dǎo)通，VD1 受反向電壓而截至。在未接濾波電容時(shí)，當(dāng)變壓器 T 的次級(jí)線(xiàn)圈的交流電壓上(1) 正而下(2)負(fù)時(shí)，VD1 受正向電壓而導(dǎo)通，VD2 受反向電壓而截至。 單向全波整流電路 單向全波整流電路如圖 23 所示。但缺點(diǎn)是輸出的波形脈動(dòng)大，直流成分比較低；變壓器有半個(gè)周期不導(dǎo)電，利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。為了得到教平滑的直流電壓就必須進(jìn)行濾波，對(duì)于輸出在幾安一下的各種單相整流器來(lái)說(shuō)，常在整流電路輸出端并聯(lián)一個(gè)一定電容量的濾波電容 C，即為容性負(fù)載。 輸出直流電壓的平均值，即直流電壓 V0可按下式求出 (21)2200 )(sin1Vtd　?????整流輸出的是脈動(dòng)電壓，即包含有直流成分，同時(shí)又有交流成分，其中的脈動(dòng)程度一般用紋波系數(shù)來(lái)衡量，即紋波系數(shù)＝輸出電壓的交流成分有效值/輸出電壓直流成分。二極管 VD 上加反相電壓，故 VD 不導(dǎo)通，若忽略二極管 VD 的反向漏電流，則負(fù)載電阻 RL 中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載電壓為零。二極管 VD 因加正向電壓而導(dǎo)通， V2 通過(guò)二極管 VD 加至負(fù)載電阻 RL 上，負(fù)載電壓 V0=V2 為正弦半波電壓?，F(xiàn)介紹電路的基本原理。 小功率整流電路 單相半波整流電路 單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的整流電路，圖 22 是單相半波阻性負(fù)載的整流電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有正負(fù) 10%左右的波動(dòng)） ，負(fù)載和溫度的變化而變化。圖 21 直流穩(wěn)壓電源組成框圖電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。第二章 穩(wěn)壓電源整體設(shè)計(jì)在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。第四章介紹支持系統(tǒng)工作的軟件部分。第二章介紹核心硬件部分：整流濾波穩(wěn)壓部分。所以，克服開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使用范圍，是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第三個(gè)問(wèn)題。隨著開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路和抑制干擾措施的不斷改進(jìn)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)得到了一定的克服，可以達(dá)到不妨礙一般的電子儀器、家用電器的正常工作的程度。但是在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的元件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。進(jìn)一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第二個(gè)問(wèn)題。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元器件又有了新的要求。 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的效率是與開(kāi)關(guān)管的變換速度成正比的，并且開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開(kāi)關(guān)變壓器以后，才能使之由一組輸入得到極性、大小各不相同的多組輸出。開(kāi)關(guān)電源代替線(xiàn)性電源和相控電源是大勢(shì)所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng),并將很快發(fā)展起來(lái)。開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)更是向著高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化的方向發(fā)展。通過(guò)控制電路的集成，驅(qū)動(dòng)電路的集成以及保護(hù)電路的集成，最后達(dá)到整機(jī)的集成化生產(chǎn)。此外，平面變壓器，壓電變壓器及新型電容器等元件的發(fā)展，也將對(duì)電源技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。微處理器監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源的可靠性，也適應(yīng)的市場(chǎng)對(duì)其智能化的要求 [1] 電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)新型半導(dǎo)體器件的發(fā)展使開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)步的龍頭。在開(kāi)關(guān)電源的所有應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，通信電源使增長(zhǎng)速度最快的一部分。 電源技術(shù)研究的主要成果經(jīng)過(guò) 20 多年的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)有了重大進(jìn)步和突破。目前，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)向著輕、小、薄、低噪音、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源去除了笨重的工頻變壓器，代之以幾十kHz、幾百kHz甚至數(shù)MHz的高頻變壓器。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。調(diào)整元件工作在線(xiàn)性放大區(qū)，流過(guò)的電流是連續(xù)的，調(diào)整管上損耗較大的功率，需要體積較大的散熱器，因此該種電源體積大，且效率低，通常僅為35％～60％。但有時(shí)提供的直流電壓不符合設(shè)備要求，仍需變換，稱(chēng)為DC/DC變換。 A/D目 錄第一章 緒論 .................................................................................................1 課題背景 ................................................................................................1 電源技術(shù)研究的主要成果 ...........................................................1 電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ...................................................................2 電源技術(shù)存在的問(wèn)題 ...................................................................2 本文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容 .........................................................................3第二章 穩(wěn)壓電源整體設(shè)計(jì) .........................................................................4 小功率整流電路 .....................................................................................4 單相半波整流電路 ............................