直流穩(wěn)壓電源的種類及其選用，直流穩(wěn)壓電源的整流和濾波

　　能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求。

　　當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路--電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬(wàn)別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過(guò)這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路。不過(guò)你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能。可以說(shuō)電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。

　　由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。另外，很多電子愛好者初學(xué)階段首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無(wú)法工作、電子制作無(wú)法進(jìn)行，學(xué)習(xí)就無(wú)從談起。

　　直流穩(wěn)壓電源的種類及其選用：

　　穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載直流穩(wěn)壓電源的連接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源；按電路類型分有簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源，等等。如此繁多的分類方式往往讓初學(xué)者摸不著頭腦，不知道從哪里入手。其實(shí)應(yīng)該說(shuō)這些看似繁多的分類方法之間有著一定的層次關(guān)系，只要理清了這個(gè)層次自然可以分清楚電源的種類了。

　　既然我們談的是穩(wěn)壓電源的分類，那么首先就應(yīng)該清楚電源的輸出是什么，是輸出直流電還是輸出交流電。這樣第一個(gè)層次就出來(lái)了，首先應(yīng)該根據(jù)電源的輸出類型來(lái)分類。接下來(lái)的分類就要麻煩一些，是按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分類還是按調(diào)整管的工作狀態(tài)分類呢？其實(shí)了解一下我們身邊的電子設(shè)備會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)壓電源有兩個(gè)區(qū)別很大的種類，一種是各種比較簡(jiǎn)單的電子設(shè)備中廣泛使用的線性穩(wěn)壓電源，比如收音機(jī)、小型音響等；一種是各種復(fù)雜電子設(shè)備中廣泛使用的開關(guān)穩(wěn)壓電源，比如大屏幕彩電、微型計(jì)算機(jī)等。這樣看來(lái)第二個(gè)層次的分類我們可以根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)來(lái)分類。接下來(lái)的第三個(gè)層次的分類就是根據(jù)穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式來(lái)分類。再往下面細(xì)分由于各種不同的電路特性相差太大，就不好一概而論，應(yīng)該根據(jù)每一個(gè)具體類別的特性進(jìn)行分類區(qū)分了。

　　直流穩(wěn)壓電源按習(xí)慣可分為化學(xué)電源，線性穩(wěn)定電源和開關(guān)型穩(wěn)定電源，它們又分別具有各種不同類型：

　　化學(xué)電源

　　我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了智能化電池；在充電電池材料方面，美國(guó)研制 員發(fā)現(xiàn)錳的一種碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放電時(shí)間 ，多次充電后仍保持性能良好的環(huán)保型充電電池。

　　線性穩(wěn)壓電源

　　線性穩(wěn)壓電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來(lái)穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻（50Hz）上，所以重量較大。

　　該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，輸出連續(xù)可調(diào)的成品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對(duì)較低。這類穩(wěn)定電源又有很多種，從輸出性質(zhì)可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流（雙穩(wěn)）電源。從輸出值來(lái)看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。

　　開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源

　　與線性穩(wěn)壓電源不同的一類穩(wěn)電源就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，它的電路型式主要有單端反激式，單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)；開關(guān)電源因此而得名。

　　開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠；缺點(diǎn)相對(duì)于線性電源來(lái)說(shuō)紋波較大（一般≤1%VO（P-P），好的可做到十幾mV（P-P）或更小）。它的功率可自幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品。價(jià)位為3元-十幾萬(wàn)元/瓦，下面就一般習(xí)慣分類介紹幾種開關(guān)電源：

　　①AC/DC電源

　　該類電源也稱一次電源，它自電網(wǎng)取得能量，經(jīng)過(guò)高壓整流濾波得到一個(gè)直流高壓，供DC/DC變換器在輸出端獲得一個(gè)或幾個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，功率從幾瓦-幾千瓦均有產(chǎn)品，用于不同場(chǎng)合。屬此類產(chǎn)品的規(guī)格型號(hào)繁多，據(jù)用戶需要而定通信電源中的一次電源（AC220輸入，DC48V或24V輸出）也屬此類。

　?、?DC/DC電源

　　在通信系統(tǒng)中也稱二次電源，它是由一次電源或直流電池組提供一個(gè)直流輸入電壓，經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個(gè)或幾個(gè)直流電壓。

　?、?通信電源

　　通信電源其實(shí)質(zhì)上就是DC/DC變換器式電源，只是它一般以直流-48V或-24V供電，并用后備電池作DC供電的備份，將DC的供電電壓變換成電路的工作電壓，一般它又分中央供電、分層供電和單板供電三種，以后者可靠性最高。

　?、?電臺(tái)電源

　　電臺(tái)電源輸入AC220V/110V，輸出DC13.8V，功率由所供電臺(tái)功率而定，幾安幾百安均有產(chǎn)品。為防止AC電網(wǎng)斷電影響電臺(tái)工作，而需要有電池組作為備份，所以此類電源除輸出一個(gè)13.8V直流電壓外，還具有對(duì)電池充電自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。

　?、?模塊電源

　　隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)電源可靠性、容量/體積比要求越來(lái)越高，模塊電源越來(lái)越顯示其優(yōu)越性，它工作頻率高、體積小、可靠性高，便于安裝和組合擴(kuò)容，所以越來(lái)越被廣泛采用。目前，目前國(guó)內(nèi)雖有相應(yīng)模塊生產(chǎn)，但因生產(chǎn)工藝未能趕上國(guó)際水平，故障率較高。

　　DC/DC模塊電源目前雖然成本較高，但從產(chǎn)品的漫長(zhǎng)的應(yīng)用周期的整體成本來(lái)看，特別是因系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的高昂的維修成本及商譽(yù)損失來(lái)看，選用該電源模塊還是合算合算的，在此還值得一提的是羅氏變換器電路，它的突出優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高和輸出電壓、電流的紋波值接近于零。

　?、?特種電源

　　高電壓小電流電源、大電流電源、400Hz輸入的AC/DC電源等，可歸于此類，可根據(jù)特殊需要選用。開關(guān)電源的價(jià)位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率電源價(jià)格稍高，可達(dá)11-13元/瓦。

　　直流穩(wěn)壓電源的整流及濾波：

　　1．整流電路的分類

　?。?）按輸入交流電源類型可分單相整流和三相整流等。

　?。?）按輸出功率可分為小功率和大功率。小功率直流電源通常采用單相整流，而對(duì)于較大功率的直流電源，通常采用三相整流。

　?。?）按整流元件的類型可分為可控整流和不可控整流電路。在可控整流電路中，通過(guò)改變整流元件的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制輸出電壓的大??；在不可控整流電路中，整流元件的導(dǎo)通時(shí)間是不可控的，當(dāng)整流電路的輸入電壓和負(fù)載一定時(shí)，輸出電壓一定。

　　2．整流電路的基本工作原理

　　整流電路利用整流二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變成單向脈動(dòng)電，輸出電壓中包含有一定的直流分量。

　　3．單相整流電路及其主要性能指標(biāo)

　　設(shè)U2為變壓器副邊電壓有效值，RL為負(fù)載電阻，Uo為電路輸出電壓的直流分量，UDRM為二極管承受的最高反向電壓，ID為流過(guò)二極管的電流平均值。單相整流電路及其主要性能指標(biāo)如表1。

　　4．濾波電路

　?。?）濾波電路的作用

　　濾波電路是利用電容、電感在電路中的儲(chǔ)能作用及其對(duì)不同頻率有不同電抗的特性來(lái)組成低通濾波電路，以減小輸出電壓中的紋波。

　?。?） 電容濾波電路

　　單相橋式整流電容濾波電路如圖10.1 所示，本電路的外特如圖10.2 所示。

　?。?） 電容濾波電路的特點(diǎn)

　?、?輸出電壓的平均值Uo大于變壓器副邊電壓的有效值U2。

　　當(dāng)

　?。═為交流電壓的周期）時(shí)，輸出電壓平均值

　　② 輸出直流電壓的大小受負(fù)載變化的影響較大，適合于負(fù)載不變或輸出電流不大的場(chǎng)合。

　?、蹫V波電容越大，濾波效果越好。

　?、芰鬟^(guò)二極管的沖擊電流較大，選擇二極管的電流參數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)留有2~3倍的裕量。

　?。?） 其它形式的濾波電路

　　除電容濾波電路外，還有電感濾波、RC—π型濾波、LC—π型濾波等電路。