可控硅直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)原理
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可控硅直流穩(wěn)壓電源，以其強(qiáng)大的輸出功率，晶體管線性直流電源和開關(guān)電源無法取代。晶體管線性直流電源以其精度高，性能優(yōu)越而被廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源因省去了笨重的工頻變壓器而使體積和重量都有不同程度的減少，減輕，也被廣泛地應(yīng)用在許多輸出電壓、輸出電流較為穩(wěn)定的場(chǎng)合。
可控硅直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)如下：
可控硅是一個(gè)控制電壓的器件，由于可控硅的導(dǎo)通角是可以用電路來控制的，固此隨著輸出電壓Uo的大小變化，可控硅的導(dǎo)通角也隨著變化。加在主變壓器初級(jí)的電壓Ui也隨之變化。
也就是交流220V市電經(jīng)可控硅控制后只有一部分加在主變壓器的初級(jí)。當(dāng)輸出電壓Uo較高時(shí)，可控硅導(dǎo)通角較大，大部分市電電壓被可控硅“放過來了”（如上圖所示），因而加在變壓器初級(jí)的電壓，即Ui較高，這當(dāng)然經(jīng)整流濾波后輸出電壓也就比較高了。
而當(dāng)輸出電壓Uo很低時(shí)，可控硅導(dǎo)通角很小，絕大部分市電電壓被可控硅“卡斷了”（如下圖所示），只讓很低的電壓加在變壓器初級(jí)，即Ui很低，這當(dāng)然經(jīng)整流濾波后輸出電壓也就很低了。
晶體管線性直流電源的主電路如下：
晶體管線性直流電源實(shí)際上是在可控硅直流穩(wěn)壓電源的輸出端再串一只大功率三極管（實(shí)際是多只并聯(lián)），控制電路只要輸出一個(gè)小電流到三極管的基極,就能控制三極管的輸出大電流，使得電源系統(tǒng)在可控硅電源的基礎(chǔ)上又穩(wěn)壓一次，因而這種晶體管線性直流電源的穩(wěn)壓性能要優(yōu)于開關(guān)電源或可控硅直流電源1-3個(gè)數(shù)量級(jí)。
但功率三極管（亦稱調(diào)整管）上一般要占用10伏電壓，每輸出1安培電流就要在電源內(nèi)部多消耗10瓦功率，例如500V5A電源在功率管上的損耗為50瓦，占輸出總功率的2%，因而晶體管線性直流電源的效率要比可控硅直流穩(wěn)壓電源稍低。
開關(guān)電源的主電路如下：
由電路可以看出，市電經(jīng)整流濾波后變?yōu)?11V高壓，經(jīng)K1~K4功率開關(guān)管有序工作后，變?yōu)槊}沖信號(hào)加至高頻變壓器的初級(jí)，脈沖的高度始終為311V。當(dāng)K1,K4開通時(shí),311V高壓電流經(jīng)K1正向流入主變壓器初級(jí)，經(jīng)K4流出，在變壓器初級(jí)形成一個(gè)正向脈沖。
同理，當(dāng)K2,K3開通時(shí),311V高壓電流經(jīng)K3反向流入主變壓器初級(jí)，經(jīng)K2流出，在變壓器初級(jí)形成一個(gè)反向脈沖。這樣，在變壓器次級(jí)就形成一系列正反向脈沖，經(jīng)整流濾波后形成直流電壓。當(dāng)輸出電壓Uo較高時(shí)，脈沖寬度就寬，當(dāng)輸出電壓Uo較低時(shí)，脈沖寬度就窄，因此開關(guān)管實(shí)際上是一個(gè)控制脈沖寬窄的裝置。
在沒有特別體積要求的情況下，一般向用戶提供晶體管線性直流電源，這主要是：
1、晶體管線性直流電源精度好(優(yōu)于開關(guān)電源或可控硅電源1—3個(gè)數(shù)量級(jí))，適用多種場(chǎng)合，一般用戶不會(huì)提出性能、精度、技術(shù)指標(biāo)方面的問題。
2、便于維修，因?yàn)槎鄶?shù)用戶都有熟悉晶體管線性直流電源的維修人員，也有這方面的備件。維修工具，有一只萬(wàn)用表即可基本解決問題，較為細(xì)心的電工亦可動(dòng)手。
3、維修后一般不留后遺癥，故障能徹底排除，性能可完全恢復(fù)，只要正確使用，及時(shí)維修，一臺(tái)電源使用10年是完全不成問題的。
在沒有特別體積要求的情況下，不向用戶特別推崇開關(guān)電源，這主要是：
1、目前制作開關(guān)電源所采用的各種PWM集成芯片，主要是從輸出電壓變化范圍小，輸出電流較為穩(wěn)定的角度來設(shè)計(jì)的。但所謂PWM芯片，是一種脈寬調(diào)制器，當(dāng)輸出電壓較高，輸出電流較大時(shí)，電源內(nèi)部的開關(guān)管開通時(shí)間較長(zhǎng)而關(guān)斷時(shí)間較短：
而當(dāng)輸出功率較小時(shí)，脈沖寬度就較窄：
但這種脈沖寬度不是可以無限制的變窄的，脈沖寬度的變化范圍，即調(diào)節(jié)范圍僅是10%—90%。這一特點(diǎn)決定了這種PWM芯片，并不適用于一個(gè)從0電壓起調(diào)的所謂連續(xù)可調(diào)的電源。例如一臺(tái)500V5A的開關(guān)電源，當(dāng)它輸出達(dá)500V5A時(shí)，控制脈沖最寬，形如：
而當(dāng)輸出電壓降至50V5A時(shí)，控制脈沖的寬度降到最寬脈沖的10%,形如：
這已降到最窄了。
如果輸出電壓電流繼續(xù)下降，要求控制脈沖繼續(xù)變窄，但PWM電路已無法滿足，這時(shí)電路變?yōu)殚g歇工作,形如：
脈沖時(shí)有時(shí)無，一陣一陣的，電源內(nèi)會(huì)發(fā)出噪音，紋波等也會(huì)變大，電性能變差，所謂“低端不穩(wěn)定”，事實(shí)上已經(jīng)成為不合格品。為了解決這一問題，采取新的技術(shù)措施，才能較好地解決
2、開關(guān)電源具有污染電網(wǎng)和幅射干擾。在大功率開關(guān)電源附近插上一臺(tái)收音機(jī)，收音機(jī)是無法收音的，對(duì)電視信號(hào)也會(huì)有干擾。有些單位的儀器儀表出現(xiàn)莫明其妙的干擾，和這種電網(wǎng)污染不無關(guān)系。對(duì)這種干擾和幅射，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有嚴(yán)格規(guī)定。
3、維修較為困難，整機(jī)報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)大。
開關(guān)電源由于在高頻下運(yùn)行，頻率越高，主變壓器越小，但隨著頻率的升高，各種分布參數(shù)負(fù)面作用也明顯的顯露出來。因此要求分布參數(shù)越小越好，工藝設(shè)計(jì)精湛，引線盡量短，元器件盡量靠近。由于元件密集，給維修帶來一定難度。另外，由于電路與線性電源截然不同，維修人員的技術(shù)素質(zhì)要求較高，萬(wàn)用表已無濟(jì)于事，要用示波器才能觀察到電路各點(diǎn)的工作狀態(tài)。
更為重要的是，由于開關(guān)功率管處在高壓下工作，一旦損壞一般都是4只，即全部壞光，發(fā)出響亮的爆炸聲，而且進(jìn)一步燒壞產(chǎn)生控制信號(hào)的脈沖變壓器，因而又波及到印制板，幾乎是燒了一片，只要有一如果這樣，整個(gè)電源報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)就大了。
4、由于目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上能夠買到的用于開關(guān)電源的主要元器件，如開關(guān)管，整流二結(jié)管，磁芯變壓器等，其輸出功率都極其有限，一般制作電壓在300伏以下，功率在2KW—3KW之間的開關(guān)電源尚能應(yīng)付，否則對(duì)如開關(guān)管，整流二結(jié)管，磁芯變壓器等就要采取多個(gè)并聯(lián)的辦法來解決，這就大大地降低了整機(jī)的可靠性。一些廠家試圖生產(chǎn)1000A的開關(guān)電源，其結(jié)果是損壞率高得驚人。因此開關(guān)電源在特種電源的行業(yè)內(nèi)并無多大的用武之地。■
開關(guān)電源的主電路如下：
由電路可以看出，市電經(jīng)整流濾波后變?yōu)?11V高壓，經(jīng)K1~K4功率開關(guān)管有序工作后，變?yōu)槊}沖信號(hào)加至高頻變壓器的初級(jí)，脈沖的高度始終為311V。當(dāng)K1,K4開通時(shí),311V高壓電流經(jīng)K1正向流入主變壓器初級(jí)，經(jīng)K4流出，在變壓器初級(jí)形成一個(gè)正向脈沖。
同理，當(dāng)K2,K3開通時(shí),311V高壓電流經(jīng)K3反向流入主變壓器初級(jí)，經(jīng)K2流出，在變壓器初級(jí)形成一個(gè)反向脈沖。這樣，在變壓器次級(jí)就形成一系列正反向脈沖，經(jīng)整流濾波后形成直流電壓。當(dāng)輸出電壓Uo較高時(shí)，脈沖寬度就寬，當(dāng)輸出電壓Uo較低時(shí)，脈沖寬度就窄，因此開關(guān)管實(shí)際上是一個(gè)控制脈沖寬窄的裝置。
在沒有特別體積要求的情況下，一般向用戶提供晶體管線性直流電源，這主要是：
1、晶體管線性直流電源精度好(優(yōu)于開關(guān)電源或可控硅電源1—3個(gè)數(shù)量級(jí))，適用多種場(chǎng)合，一般用戶不會(huì)提出性能、精度、技術(shù)指標(biāo)方面的問題。
2、便于維修，因?yàn)槎鄶?shù)用戶都有熟悉晶體管線性直流電源的維修人員，也有這方面的備件。維修工具，有一只萬(wàn)用表即可基本解決問題，較為細(xì)心的電工亦可動(dòng)手。
3、維修后一般不留后遺癥，故障能徹底排除，性能可完全恢復(fù)，只要正確使用，及時(shí)維修，一臺(tái)電源使用10年是完全不成問題的。
在沒有特別體積要求的情況下，不向用戶特別推崇開關(guān)電源，這主要是：
1、目前制作開關(guān)電源所采用的各種PWM集成芯片，主要是從輸出電壓變化范圍小，輸出電流較為穩(wěn)定的角度來設(shè)計(jì)的。但所謂PWM芯片，是一種脈寬調(diào)制器，當(dāng)輸出電壓較高，輸出電流較大時(shí)，電源內(nèi)部的開關(guān)管開通時(shí)間較長(zhǎng)而關(guān)斷時(shí)間較短：
而當(dāng)輸出功率較小時(shí)，脈沖寬度就較窄：
但這種脈沖寬度不是可以無限制的變窄的，脈沖寬度的變化范圍，即調(diào)節(jié)范圍僅是10%—90%。這一特點(diǎn)決定了這種PWM芯片，并不適用于一個(gè)從0電壓起調(diào)的所謂連續(xù)可調(diào)的電源。例如一臺(tái)500V5A的開關(guān)電源，當(dāng)它輸出達(dá)500V5A時(shí)，控制脈沖最寬，形如：
而當(dāng)輸出電壓降至50V5A時(shí)，控制脈沖的寬度降到最寬脈沖的10%,形如：
這已降到最窄了。
如果輸出電壓電流繼續(xù)下降，要求控制脈沖繼續(xù)變窄，但PWM電路已無法滿足，這時(shí)電路變?yōu)殚g歇工作,形如：
脈沖時(shí)有時(shí)無，一陣一陣的，電源內(nèi)會(huì)發(fā)出噪音，紋波等也會(huì)變大，電性能變差，所謂“低端不穩(wěn)定”，事實(shí)上已經(jīng)成為不合格品。為了解決這一問題，采取新的技術(shù)措施，才能較好地解決
2、開關(guān)電源具有污染電網(wǎng)和幅射干擾。在大功率開關(guān)電源附近插上一臺(tái)收音機(jī)，收音機(jī)是無法收音的，對(duì)電視信號(hào)也會(huì)有干擾。有些單位的儀器儀表出現(xiàn)莫明其妙的干擾，和這種電網(wǎng)污染不無關(guān)系。對(duì)這種干擾和幅射，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有嚴(yán)格規(guī)定。
3、維修較為困難，整機(jī)報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)大。
開關(guān)電源由于在高頻下運(yùn)行，頻率越高，主變壓器越小，但隨著頻率的升高，各種分布參數(shù)負(fù)面作用也明顯的顯露出來。因此要求分布參數(shù)越小越好，工藝設(shè)計(jì)精湛，引線盡量短，元器件盡量靠近。由于元件密集，給維修帶來一定難度。另外，由于電路與線性電源截然不同，維修人員的技術(shù)素質(zhì)要求較高，萬(wàn)用表已無濟(jì)于事，要用示波器才能觀察到電路各點(diǎn)的工作狀態(tài)。
更為重要的是，由于開關(guān)功率管處在高壓下工作，一旦損壞一般都是4只，即全部壞光，發(fā)出響亮的爆炸聲，而且進(jìn)一步燒壞產(chǎn)生控制信號(hào)的脈沖變壓器，因而又波及到印制板，幾乎是燒了一片，只要有一如果這樣，整個(gè)電源報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)就大了。
4、由于目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上能夠買到的用于開關(guān)電源的主要元器件，如開關(guān)管，整流二結(jié)管，磁芯變壓器等，其輸出功率都極其有限，一般制作電壓在300伏以下，功率在2KW—3KW之間的開關(guān)電源尚能應(yīng)付，否則對(duì)如開關(guān)管，整流二結(jié)管，磁芯變壓器等就要采取多個(gè)并聯(lián)的辦法來解決，這就大大地降低了整機(jī)的可靠性。一些廠家試圖生產(chǎn)1000A的開關(guān)電源，其結(jié)果是損壞率高得驚人。因此開關(guān)電源在特種電源的行業(yè)內(nèi)并無多大的用武之地。■
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