電源電路基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)

發(fā)布時間：2024-03-22作者：admin點擊：387

　　日常生活中,電子產(chǎn)品在工作時都需要直流電源提供激勵，而電池因使用成本較高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。如下圖所示, 是直流電源的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)壓過程:

　　1). 電源變壓器先將市電轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的目標(biāo)電壓;

　　2). 整流電路是將交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電;

　　3). 濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分;

　　4). 穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進一步穩(wěn)定直流電壓。

　　小功率整流濾波電路

　　單相橋式整流電路:

　　(1) 工作原理:

　　當(dāng)正半周時二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周;

　　當(dāng)負(fù)半周時二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周.

　　在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。

　　(2) 負(fù)載上的直流電壓和直流電流

　　輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。

　　濾波電路

　　濾波的基本概念:

　　濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。

　　電容濾波電路:

　　單相橋式電容濾波整流電路。在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。

　　(1)濾波原理:

　　若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦形。在剛過90°時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，二極管關(guān)斷。

　　所以，在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，C充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化;t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。

　　需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3;反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)RL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見濾波曲線中的2。反之，當(dāng)RL很大，即IL很小時，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。

　　電容濾波的效果

　　(2)電容濾波的計算:

　　電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：

　　一種是用鋸齒波近似表示，即:

　　另一種是在RLC=(3~5)T/ 2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2。(或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足wRLC≥6~10。)

　　(3)外特性:

　　整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線。

　　整流濾波電路的外特性

　　電感濾波電路:

　　利用儲能元件電感器L的電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載RL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。

　　電感濾波電路波形圖

　　當(dāng)v2正半周時，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管D1、D3; D2、D4的導(dǎo)通角都是180°。

　　穩(wěn)壓電路概述:

　　引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化。負(fù)載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。

　　穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)

　　用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。DVI和D IO引起的D VO可用下式表示:

　　(1)穩(wěn)壓系數(shù)Sr 有時穩(wěn)壓系數(shù)也用下式定義

　　(2)電壓調(diào)整率SV 一般特指ΔVi/Vi=±10%時的Sr

　　(3)輸出電阻Ro

　　(4)電流調(diào)整率SI , 當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時，輸出電壓的相對變化值。

　　(5)紋波抑制比Srip 輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。

　　(6)輸出電壓的溫度系數(shù)ST

　　如果考慮溫度對輸出電壓的影響, 則輸出電壓是輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的函數(shù)

　　硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理

　　它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。

　　(1)當(dāng)輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓

　　由圖可知:

　　輸入電壓VI增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程概括為：VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓ (2) 當(dāng)負(fù)載電流變化時如何穩(wěn)壓負(fù)載電流IL增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩(wěn)壓過程概括為：

　　IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓(VO↓)→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

　　穩(wěn)壓電阻的計算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān), 穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好,穩(wěn)壓電阻R 的作用 :將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時R也是限流電阻。顯然R 的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果。但R 的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計算:當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即

　　當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即 :

　　穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞!

　　基準(zhǔn)源

　　基準(zhǔn)源 : 也稱為參考源, 一般是指擊穿電壓十分穩(wěn)定，電壓溫度系數(shù)經(jīng)過補償了的穩(wěn)壓二極管。這種穩(wěn)壓二極管采用一種埋層工藝，穩(wěn)壓性能優(yōu)良，有的還加有溫度控制電路，使其溫度系數(shù)可小到幾個10-6/℃。

　　典型的基準(zhǔn)源 :

　　串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源

　　穩(wěn)壓二極管的缺點是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。

　　串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理: