穩(wěn)壓電源

　　發(fā)展歷史

　　1955年美國(guó)的科學(xué)家羅那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的飽和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來(lái)，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。

　　60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。

　　70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來(lái)，使無(wú)工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，從而使無(wú)工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源的佼佼者。

　　品種

　　常用的穩(wěn)壓電源有：①鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器。由飽和扼流圈與相應(yīng)的電容器組成，具有恒壓伏安特性。②磁放大器式交流穩(wěn)壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)而成，利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓。③滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器。通過(guò)改變變壓器滑動(dòng)接點(diǎn)位置穩(wěn)定輸出電壓。④感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器。靠改變變壓器次、初級(jí)電壓的相位差，使輸出交流電壓穩(wěn)定。⑤晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件。穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無(wú)噪聲。但對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。20世紀(jì)80年代以后，又出現(xiàn)3種新型交流穩(wěn)壓電源：補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器。數(shù)控式和步進(jìn)式交流穩(wěn)壓器。凈化式交流穩(wěn)壓器。具有良好隔離作用，可消除來(lái)自電網(wǎng)的尖峰干擾。

　　工作原理

　　工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓、整流、濾波后成為一穩(wěn)定的直流電。圖中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作穩(wěn)壓電源工作原理圖

　　用的控制部分。電源接上負(fù)載后，通過(guò)采樣電路獲得輸出電壓，將此輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓，則將誤差值經(jīng)過(guò)放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到和基準(zhǔn)值相等；如果輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓，則通過(guò)調(diào)節(jié)器使輸出減小。

　　穩(wěn)壓器電路由=l2V電源電路、電壓檢測(cè)控制電路、過(guò)電壓保護(hù)組成，如圖5-51所示l2V電源電路由調(diào)壓變壓器T的W4、W5繞組和整流二極管VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2組成。電壓檢測(cè)控制電路由電阻器R-R7、電位器RPl、Rm、穩(wěn)壓二極管VS、電容器C3、C4和運(yùn)算放大器集成電路IC(Nl-N3)組成。過(guò)電壓保護(hù)電路由IC內(nèi)部的N3、晶體管V3、電阻器Rl2和繼電器K組成。自動(dòng)調(diào)壓電路由電阻器R8-Rll、晶體管Vl、V2、直流電動(dòng)機(jī)M、滑動(dòng)觸頭和T的Wl-W3繞組組成。將交流穩(wěn)壓器的輸大端與市電相接后，在T的W4、W5繞組上產(chǎn)生了感應(yīng)電壓。該電壓經(jīng)VDl-VD4整流及Cl、C2濾波后，為IC和Vl、V2等提供士l2V不穩(wěn)定工作電壓。+l2V電壓還有其他作用。經(jīng)Rl-R3分壓、VS穩(wěn)壓后，分別為Nl-N3的反相輸入端提供基準(zhǔn)電壓;為過(guò)電壓保護(hù)電路申的K和V3提供工作電源;經(jīng)R4、RP2、R6分壓后，為Nl和N2的正相輸入端提供檢測(cè)電壓;經(jīng)R7、RPl、R5分壓后，為N3的正相輸入端提供檢測(cè)電壓。

　　Nl-N3將正相輸大端的檢測(cè)電壓與反相輸大端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，用產(chǎn)生的誤差電壓去控制自動(dòng)調(diào)壓電路。

　　當(dāng)市電電壓正常時(shí)，Nl和N2的輸出端電壓為OV，Vl和V2均處于截止?fàn)顟B(tài)，電動(dòng)機(jī)M不工作。

　　當(dāng)市電電壓偏低時(shí)，Nl和N2輸出低電平，使V2導(dǎo)通，Vl截止，M逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滑壁臂驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)觸頭移動(dòng)，與T相應(yīng)的電壓抽頭接觸(T的Wl、W2繞組共設(shè)置了21個(gè)電壓抽頭，每一檔的電壓調(diào)節(jié)范圍為5V)，通過(guò)T的W2繞組來(lái)提升輸出電壓。當(dāng)輸出交流電壓升至220V時(shí)，V2截止，M停轉(zhuǎn)。當(dāng)市電電壓偏高時(shí)，Nl和N2均輸出高電平，使Vl導(dǎo)通，V2截止，M順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滑臂驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)觸頭移動(dòng)，與T相應(yīng)的電壓抽頭接觸，通過(guò)T的Wl繞組來(lái)降低輸出電壓。當(dāng)輸出交流電壓降至220V時(shí)，Vl截止，M停轉(zhuǎn)。當(dāng)市電電壓偏高超過(guò)260V時(shí)，N3因正相輸入端電壓高于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回路。當(dāng)市電電壓為160-260V時(shí)，N3因正相輸入端電壓低于反相輸入端電壓而輸出高電平，使V3導(dǎo)通，K吸合，其常閉觸頭斷開，從而保證負(fù)載(用電器)不會(huì)因過(guò)電壓而損壞。