并聯(lián)穩(wěn)壓電路

ID:26188 · 發(fā)表于 2014-11-8 15:38

經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩(wěn)定性仍比較差。其原因主要有以下幾個方面：

1、由于輸入電壓不穩(wěn)定（通常交流電網(wǎng)允許有±10％的波動），而導致整流濾波電路輸出直流電壓不穩(wěn)定；

2、由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，當負載變化時，引起負載電流發(fā)生變化，使輸出直流電壓發(fā)生變化；

3、由于電子元件（特別是導體器件）的參數(shù)與溫度有關，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，引起電路元件參數(shù)發(fā)生變化，導致輸出電壓發(fā)生變化；

4、整流濾波后得到的直流電壓中仍然會有少量紋波成份，不能直接供給那些對電源質(zhì)量要求較高的電路。

所以，經(jīng)整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設備的需要。常用的直流穩(wěn)壓電路有并聯(lián)型和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路兩種類型。

一、硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電源

1、電路原理分析

圖3－1－1是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。其中D1是穩(wěn)壓二極管，R1是限流電阻，R2是負載。由于D1與R2是并聯(lián)，所以稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。此電路必須接在整流濾波電路之后，上端為正下端為負。由于穩(wěn)壓管D1反向?qū)〞r兩端的電壓總保持固定值，所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩(wěn)定。

下面我們來分析一下具體工作原理：

假設設輸入電壓為UI，當某種原因?qū)е耈I升高時，UD1相應升高，有穩(wěn)壓管的特性可知UD1上升很小都會造成ID1急劇增大，這樣流過R1上的IR1電流也增大，R1兩端的電壓UR1會上升，R1就分擔了極大一部分UI升高的值，UD1就可以保持穩(wěn)定，達到負載上電壓UR2 保持穩(wěn)定的目的。這個過程可用下面的變化關系圖表示：

UI↑→UD1↑→ID1↑→IR1↑→UR1↑→UD1↓

相反的，如果UI下降時，可用下面的變化關系圖表示：

UI↓→UD1↓→ID1↓→IR1↓→UR1↓→UD1↑

通過前面的分析可以看出，硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，D1負責控制電路的總電流，R1負責控制電路的輸出電壓，整個穩(wěn)壓過程由D1和R1共同作用完成。

2、元件選擇

下面我們來看看已知負載電壓UR1和負載電流IR1時如何設計硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源。

（1）初選穩(wěn)壓管D1

一般情況下，可以按照UD1＝UR2和ID1≈（IR2）max來初步選定穩(wěn)壓管D1，如果負載有可能開路則應選擇（ID1）max≈（2－3）（IR2）max，這是因為當負載時所有電流全部都會流過D1，所以ID1應該適當選擇大一點。。

（2）選定輸入電壓

一般可選擇UI＝（2－3）UR2

（3）選定限流電阻R1

R1＝（UI－UR2）/（ID1＋IR2）

但是需要考慮兩種極限情況：

當UI最大，且負載開路時（即IR2＝0），流過D1的電流最大。為了不超過D1的最大允許電流（ID1）max，需要有足夠大的電流電阻，否則會燒壞D1。則R1需要滿足：

R1>（（UI）max－UR2）/ ID1）max

當UI最小，且負載電流最大時，流過D1的電流最小。為了保證此時D1能夠工作在擊穿區(qū)起到穩(wěn)壓的作用，要有一定的電流流過D1，一般取5mA－10mA。則R1需要滿足：

R1<（（UI）min－UR2）/（ID1＋（IR2）max）

限流電阻R1的值應該在上面兩個公式的范圍內(nèi)選擇。

（4）檢查電路穩(wěn)定度

電路穩(wěn)定度需要根據(jù)實際電路的要求來確定，如果穩(wěn)定度不夠，可以適當增加R1和UI，還可以選擇動態(tài)電阻r比較小的穩(wěn)壓管。

二、晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源

1、電路原理分析

圖3－1－2是晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源。其中T1是調(diào)整管、D1是基準穩(wěn)壓管，R1是D1的限流電阻，R2是限流電阻，R3是負載。這個穩(wěn)壓電路的輸出電壓約等于穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值（實際上要加上T1發(fā)射結電壓，一般鍺管取0.3V，硅管取0.7V）。這是由于電源在工作時，T1發(fā)射結導通，發(fā)射極電壓與基極電壓保持一致，而基極電壓被D1穩(wěn)定在一個固定值。這個電路可以看作T1將D1的穩(wěn)壓作用放大了β倍，相當于接入一個穩(wěn)壓值為D1穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓效果為β倍D1穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓管。

電路工作原理是：

UI↑→UD1↑→（UT1）EC↑→（IT1）EC↑→IR2↑→UR2↑→（UT1）EC↓

UI↓→UD1↓→（UT1）EC↓→（IT1）EC↓→IR2↓→UR2↓→（UT1）EC↑

2、元件選擇

這個電路選擇元件的步驟與硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路類似，主要從下面幾個方面考慮。

（1）初選調(diào)整管T1和穩(wěn)壓管D1

選擇調(diào)整管T1時，主要考慮其額定電流ICM要大于輸出電流IO，以保證負載開路時調(diào)整管不會因為電流過大而損壞。另外，為了保證調(diào)整管有良好的調(diào)整作用，還要求β值大、漏電流小。選擇穩(wěn)壓管D1時，主要考慮其穩(wěn)定電壓與T1發(fā)射結電壓之和要等于輸出電壓。

（2）選定輸入電壓

為保證穩(wěn)壓電源的效率，輸入電壓一般不要選擇過高，以不超過2 UI為宜。

（3）選定限流電阻R2

對于并聯(lián)穩(wěn)壓電路而言，限流電阻R2是整個電路工作好壞的關鍵。R2選擇大，穩(wěn)壓效果較好，但功耗大（因為電阻功耗P＝I2R），同時要求輸入電壓增大，電源的效率就比較低。具體計算方法可參考硅穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路元件選擇的第三步。

（4）檢查電路穩(wěn)定度

整個電路的穩(wěn)定度需要根據(jù)實際電路的要求來確定，如果穩(wěn)定度不夠，可以適當增加R1和UI，還可以選擇β值較大、漏電流較小的調(diào)整管。

3、使用復合調(diào)整管的并聯(lián)穩(wěn)壓電源

圖3－1－3是一種使用復合調(diào)整管的并聯(lián)穩(wěn)壓電源，與圖3－1－2電路最大的區(qū)別是將調(diào)整管改為符合管結構，這樣既可以得到較大的β值，又能夠有較大的ICM。元件選擇時可采用與圖3－1－2類似的方法，但是由于這個電路的電流較大，要注意限流電阻R1選擇時除考慮阻值外還要考慮其功率。以免負載斷路時燒壞限流電阻。

4、并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點

并聯(lián)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點：

·有過載自保護性能，輸出斷路時調(diào)整管不會損壞。

·在負載變化小時，穩(wěn)壓性能比較好。

·對瞬時變化的適應性較好。

并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點：

·效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上。

·輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很小。

·穩(wěn)定度不易做得很高。

其實并聯(lián)穩(wěn)壓電源的這些優(yōu)點對于串聯(lián)穩(wěn)壓電源而言，都可以通過采用一些特殊的電路實現(xiàn)。