升壓變壓器

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穩壓器的知識

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穩壓器的知識

發布日期:2016-07-26 12:42 來源:http://www.gruppoiuro.com 點擊:

穩壓器,顧名思義,就是使輸出電壓穩定的設備。所有的穩壓器,都利用了相同的技術實現輸出電壓的穩定輸出電壓通過連接到誤差放大器(ErrorAmplifier)反相輸入端(Inverting Input)的分壓電阻(Resistive Divider)采樣(Sampled),誤差放大器的同相輸入端(Non-inverting Input)連接到一個參考電壓Vref。參考電壓由IC內部的帶隙參考源(Bandgap Reference)產生。 誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此,它提供負載電流以保證輸出電壓穩定。

根據調整管的工作狀態,我們常把穩壓電源分成兩類:線性穩壓電源和開關穩壓電源。此外,還有一種使用穩壓管的小電源。

LDO(低壓降)穩壓器

LDO 是一種線性穩壓器,(VoltageRegulators/Stabilizers)。線性穩壓器,使用在其線性區域內運行的晶體管或FET,從應用的輸入電壓中減去超額的電壓,產生經過調節的輸出電壓。所謂壓降電壓,是指穩壓器,將輸出電壓維持在其額定值上下100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的小值。正輸出電壓的LDO(低壓降)穩壓器,通常使用功率晶體管(也稱為傳遞設備)作為PNP。這種晶體管允許飽和,所以穩壓器,可以有一個非常低的壓降電壓,通常為200mV左右;與之相比,使用NPN 復合電源晶體管的傳統線性穩壓器,的壓降為2V 左右。負輸出LDO 使用NPN 作為它的傳遞設備,其運行模式與正輸出LDO 的PNP設備類似。更新的發展使用CMOS 功率晶體管,它能夠提供低的壓降電壓。使用CMOS,通過穩壓器,的唯一電壓壓降是電源設備負載電流的ON 電阻造成的。如果負載較小,這種方式產生的壓降只有幾十毫伏。

開關穩壓器

開關穩壓器,使用輸出級,重復切換“開”和“關”狀態,與能量存貯部件(電容器和感應器)一起產生輸出電壓。它的調整是通過根據輸出電壓的反饋樣本來調整切換定時來實現的。在固定頻率的穩壓器,中,通過調節開關電壓的脈沖寬度來調節切換定時? 這就是所謂的PWM 控制。在門控振蕩器或脈沖模式穩壓器中,開關脈沖的寬度和頻率保持恒定,但是,輸出開關的“開”或“關”由反饋控制。根據開關和能量存貯部件的排列,產生的輸出電壓可以大于或小于輸入電壓,并且可以用一個穩壓器產生多個輸出電壓。在大多數情況下,在同樣的輸入電壓和輸出電壓要求下,脈沖(降壓)開關穩壓器比線性穩壓器轉換電源的效率更高。

線性穩壓器與開關穩壓器的比較

線性電壓穩壓器的優點: 簡單輸出紋波電壓低出色的line 和負載穩壓;對負載和line 的變化響應迅速;電磁干擾(EMI) 低。

缺點:效率低 ;如果需要冷卻設備,則要求較大的空間

開關電壓穩壓器的優點:能夠處理較高的電源密度; 效率高(降低了冷卻所需的源電源需求);拓撲學結果可用于傳遞單個或多個輸出電壓,大于或小于生成的輸出電壓。

缺點:瞬時恢復時間較慢 ;輸出紋波電壓高;產生電磁干擾(EMI)

開關電容式轉換器

一個典型的開關電容式轉換器包括四個大型MOS 開關,其開關順序為典型的開關、加倍或減半輸入電源電壓。能量的傳遞與存貯由外部電容器提供。在開關周期的第一部分,輸入電壓作用于一個電容器(C1)。在開關周期的第二部分,電荷從C1 傳送到第二個電容器C2 上。

傳統的開關電容式轉換器的構造是一個反用換流器,其中C2 具有一個接地正端,其負端傳遞負輸出電壓。經過幾個周期之后,通過C2 的電壓將被施加到輸入電壓。假設C2 上沒有負載、開關上沒有損耗并且在電容器中沒有連續的電阻,則輸出電壓將正好是輸入電壓的負數。在現實中,電荷傳送的效率(以及由此導致的輸出電壓的精確性)取決于開關頻率、開關的電阻、電容器的值和連續電阻。一種類似的拓撲結構?倍壓器使用相同的開關和電容器組,但更改了接地連接和輸入電壓。

其它更復雜的變種產品使用附加開關和電容器實現輸入電壓與輸出電壓的其它變換比率,并且在一些情況下,使用專門的開關次序來產生分數關系(例如3/2)。在各種簡單的形式中,開關電容式轉換器是不具備穩壓功能的。一些新的National半導體開關電容式轉換器具有自動調節的增益級別以產生經過穩壓的輸出;其它開關電容式轉換器使用一個內置的低壓降線性穩壓器產生未經過穩壓的輸出。

錯誤標記

是一個集電極開路輸出,當經過穩壓的輸出電壓低于額定輸出電壓5%(典型的)時,它會發出一個信號。開始時,錯誤標記為低,直到輸出電壓達到額定輸出電壓的95% 為止。在一些情況下,電源轉換中出現的錯誤標記會有延遲。這個延遲是由外部電容器設置的,并可用作開機重置功能將微處理器重新設置為加電。如果顯示狀態“錯誤”,輸出電壓為低情況使得集電極開路的輸出為高(標記晶體管顯示OFF)。當輸出電壓在額定電壓上下5% 范圍以內時,此標記輸出為低。

同步或頻率調整

在開關穩壓器和開關電容式轉換器中,使用一個內部振蕩器來設置輸出晶體管的開關頻率。該開關頻率的值可以確定轉換器中使用的某些外部組件,確定轉換器產生的噪音的頻率,并影響轉換器的性能。某些轉換器允許通過調整內部震蕩器頻率(“頻率調整”)或通過同步振蕩器與外部電源(“同步”)來更改開關頻率。一般來說,通過提高開關頻率,可以在轉換器輸出級中使用較小的部件(電容器,感應器)。

這可能降低轉換器的效率,因為增加了開關損耗,除非同時使用更高質量的部件。性能良好的更高頻率的轉換器將比頻率較低的轉換器具有更快的瞬時響應。如果一個板上有幾個轉換器,則通常好將它們同步到一個公共源。這可以控制整個批量產生的噪音,并盡量減小可能產生的任何“敲擊頻率”。這個問題對于高功率轉換器(例如5W 或更高功率)通常很重要。在許多情況下,開關頻率只能從其預設值增加。產品數據表將標出該功能的頻率范圍。

開/關或停機

“開/關”或“停機”功能使穩壓器能夠在帶電的情況下打開或關閉。盡管在“關閉”或“停機”模式下,穩壓器的供給電流因為輸出被禁用而降至一個較低的級別,但是內部偏置電路仍處于運行狀態。當重新啟用之后,穩壓器,將以比輸入電壓關閉又打開的情況下快得多的速度重新對輸出電壓進行穩壓。如果顯示在”開”的狀態,則穩壓器將被邏輯高電平啟動。否則,將被邏輯低電平啟動。

1、交流穩壓電源的分類及其特點:

能夠提供一個穩定電壓和頻率的電源稱交流穩定電源。目前國內多數廠家所做的工作是交流電壓穩定。下面結合市場有的交流穩壓電源簡述其分類特點。
參數調整(諧振)型

這類穩壓電源,穩壓的基本原理是LC串聯諧振,早期出現的磁飽和型穩壓器就屬于這一類.它的優點是結構簡單,無眾多的元器件,可靠性相當高穩壓范圍相當寬,抗干擾和抗過載能力強.缺點是能耗大、噪聲大、笨重且造價高。

在磁飽和原理的基礎上的發育進形成的參數穩壓器和我國50年代已流行的“磁放大器調整型電子交流穩壓器”(即614型)均屬此類原理的交流穩壓器。
自耦(變比)調整型

1、機械調壓型,即以伺服電機帶動炭刷在自耦變壓器的的繞組滑動面上移動,改變Vo對Vi的比值,以實現輸出電壓的調整和穩定。該種穩壓器可以從幾百瓦到幾千瓦。它的特點是結構簡單,造價低,輸出波形失真??;但由于炭刷滑動接點易產生電火花,造成電刷損壞以至燒毀而失效;且電壓調整速度慢。

2、改變抽頭型,將自耦變壓器做成多個固定抽頭,通過繼電器或可控硅(固態繼電器)做為開關器10件,自動改變抽頭位置,從而實現輸出電壓的穩定。

該種型穩壓器優點是電路簡單,穩壓范圍寬(130V-280V),效率高(≥95%),價格低。而缺點是穩壓精度低(±8~10%)工作壽命短,它適用于家庭給空調器供電。

大功率補償型——凈化型穩壓器(含精密型穩壓器)

它用補償環節實現輸出電壓的穩定,易實現微機控制。

它的優點是抗干擾性能好,穩壓精度高(≤±1%)、響應快(40~60ms)、電路簡單、工作可靠。缺點是:帶計算機,程控交換機等非線性負載時有低頻振蕩現象;輸入側電流失真度大,源功率因數較低;輸出電壓對輸入電壓有相移。對抗干擾功能要求較高的單位,在城市里應用為宜,計算機供電時,必須選用計算機總功率的2-3倍左右穩壓器來使用。因具有穩壓、抗干擾,響應速度快、價格適中等優點,所以應用廣泛。


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