直流稳压电源是一种可控电压输出的仪器,其主要作用是交流/直流的转换和电压的转换以及电流的控制。常见的直流稳压电源通常是将220V的交流市电转换成用电器所需要的低压直流电。在一些特殊的应用中,也有升压作用的高压输出稳压电源,不过在业余电台相关应用中非常罕见。根据不同的应用需要,按照电源的功能和特性,通常分为固定输出电压型的系统供电电源、可调稳压电压、可编程电源、恒流源、电压校准参考源等。随着科技的发展,电源的结构形式和控制电路不断更新,高频开关电路和智能化数控成为电源的方向发展。对于直流稳压电源大家是否想要了解更多呢?下面贤集网小编来为大家深入介绍直流稳压电源的组成、分类、主要技术指标、电路分析、使用方法。
直流稳压电源的组成
直流稳压电源主要由四部分组成:电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。
1、电源变压器
电源变压器是一种软磁电磁元件,功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。
2、整流电路
“整流电路”(recTIfying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后,主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电,这就是交流电的整流过程,整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压,而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。
3、滤波电路
滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器C,或与负载串联电感器L,以及由电容,电感组成而成的各种复式滤波电路。
4、稳压电路
稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源,广为各种电子设备所采用。
直流稳压电源的分类
1、固定电压直流稳压电源
输出电压可调是可调直流稳压电源最大的特点。由于电压可调,适用的范围就更广了,广泛应用在实验室和维修场合,所以也被称为“维修电源”、“实验电源”。实际中,用于实验室和维修应用的产品会增加更多附加实用功能,如可调限流功能、跟踪功能等。限流功能比较实用,它可以设定稳压电源输出的最大电流,当电流输出超过设定值时,电压会下跌,但电流不会继续增加,类似进入恒流模式。有的电源提供过流保护功能,一旦电流超过预定值就进入保护状态,切断输出,需要重新启动电源才能恢复输出。在实验和维修中,由于误操作或者电路故障,导致短路时有发生,利用限流功能既保护了电源自身的安全,也保护了电路上的元器件,使它们不会受到大电流的冲击。一般市场上常见的可调直流稳压电源的电流都不大,输出电流在1~3A,可以满足普通数码产品和移动电话类通信产品的维修和实验需要。
2、可调直流稳压电源
多路可调直流稳压电源是可调稳压电源的一种,其特点是一台电源提供两路甚至三四路可以独立设定电压的输出,基本上可以看成几台单路输出的电源合并使用,适用于需要多种电压供电的场合。高级一点的多路电源还具有电压跟踪功能,使几路输出能联动调节。
3、多路直流稳压电源
精密可调直流稳压电源是可调稳压电源的一种,其特点是电压电流调节分辨率高,电压设定精度优于0.01V。为了精确显示电压,目前主流的精密电源都采用多位数字表指示。电压和限流精密调节机构的解决方案不同,低成本的解决方案采用粗调和细调两个电位器,标准解决方案则采用多圈电位器,高档电源则采用单片机控制的数字化设定。采用单片机控制的稳压电源也被称为数控电源,通过数控方式更容易实现精密调节与设定。精密稳压电源内部线路也比较先进,电压稳定性也比较好自身电压漂移小,通常适用于精密实验场合。精密直流稳压电源是国内的称呼国外进口电源基本没有标称精密电源,只有高分辨率电源和可编程电源。
4、高分辨率数控电源
可编程电源是用单片机以数字化形式控制的可调稳压电源,其设定的参数可以存储起来供日后调用。可编程电源设定的参数比较多,包括基本的电压设定、功率限制设定、过流设定以及扩展的过压设定等信息。通常可编程电源具有较高的设定分辨率,电压和电流参数的设定都可以通过数字键盘输入。中高档的可编程电源自身电压漂移也很小,多用于科研场合。
5、可编程电源
标准电压参考源是一种特殊的稳压电源,其作用和内部线路与普通的供电型稳压电源不同,用于提供作为参考标准的电压信号,以校准各类电压测量仪器(电压表、万用表),本身带负载能力很低,但电压准确度很高,漂移极小。
直流稳压电源主要技术指标
直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,反映直流稳压电源的固有特性,如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围;另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。
一、特性指标
1、输出电压范围
符合直流稳压电源工作条件情况下,能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入-输出电压差所规定,而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。
2、最大输入-输出电压差
该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所允许的最大输入-输出之间的电压差值,其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。
3、最小输入-输出电压差
该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所需的最小输入-输出之间的电压差值。
4、输出负载电流范围
输出负载电流范围又称为输出电流范围,在这一电流范围内,直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。
二、质量指标
1、电压调整率SV
电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标,又称为稳压系数或稳定系数,它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。
2、电流调整率SI
电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标,又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时,直流稳压电源对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压的波动的抑制能力,在规定的负载电流变化的条件下,通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。
3、纹波抑制比SR
纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力,当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时,纹波抑制比常以输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比表示,一般用分贝数表示,但是有时也可以用百分数表示,或直接用两者的比值表示。
4、温度稳定性K
集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度TI最大变化范围内(Tmin≤TI≤Tmax)直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。
直流稳压电源电路分析
一、并联型直流稳压电源
下图为并联型直流稳压电源电路,220V电压经过变压器降压、全波桥式整流、电容滤波后,由稳压二极管稳压输出直流电压给负载,输出直流电压等于电源变压器二次电压的90%。该电路用于要求不高的场合。
二、串联型直流稳压电源
下图为串联整流滤波、调整器件、比较放大、基准电源、取样等6个部分组成,有些电路中还有过载或短路保护装置。型直流稳压电源结构图。
从下图可以看出,变压器将220V降压为10V,经VD1~VD4桥式整流,交流10V变为脉动直流,经电容滤波,再经稳压、放大、取样环节,使调整管VT2工作,输出直流电为6V,调整取样电阻RP大小,就可使输出电压在6V以内变化,该电路输出电流为200毫安。
稳压过程:当输出电压发生变化,通过电阻分压器的取样,与基准放大器将误差信号放大,送到调整管的基极调整其管压降,以达到稳定输出电压的目的。放大环节的放大倍数越大,稳定度就越高。
直流稳压电源使用方法
直流可调稳压电源的使用比较简单,主要操作是对电源进行对应的设定。本文以具有代表性的KIKUSUI(菊水)PMC 18-2A直流可调稳压电源为例说明可调稳压的使用。
第一步,电源连接。将稳压电源连接上市电。
第二步,开启电源。在不接负载的情况下,按下电源总开关(power),然后开启电源直流输出开关(output),使电源正常输出工作(一些简单的可调稳压电源只有总电源开关,没有独立的直流输出开关)。此时,电源数字指示表头上即显示出当前工作电压和输出电流。
第三步,设置输出电压。通过调节电压设定旋钮,使数字电压表显示出目标电压,完成电压设定。对于有可调限流功能的电源,有两套调节系统分别调节电压和限流,PMC 18-2A就是这样。调节时要分清楚,一般调节电压的电位器有“VOLTAGE”字样,调节限流的电位器有“CURRENT”字样。由于PMC 18-2A采用多圈电位器,所以采用了单电压调节旋钮。很多入门级产品使用低成本的粗调/细调双旋钮设定,遇到双调节旋钮,我们先将细调旋钮旋到中间位置,然后通过粗调旋钮设定大致电压,再用细调旋钮精确修正。
第四步,设置限流电流。按下电源面板上“Limit”键不放,此时电流表会显示限流数值,调节限流旋钮,使限流数值达到预定水平。一般限流可设定在常用最高电流的120%。有的电源没有限流专用调节键,用户需要按照说明书要求短路输出端,然后根据短路电流配合限流旋钮设定限流水平。简易型的可调稳压电源没有限流设定功能,也没有对应的旋钮。
第五步,设定过压保护OVP。过压设定是指在电源自身可调电压范围内进一步限定一个上限电压,以免误操作时电源输出过高电压。一般,过压可以设置为平时最高工作电压的120%水平。过压设定需要用到一字螺丝刀,调节面板内凹的电位器,这也是一种防止误动的设计。PMC 18-2A设定OVP电压时,先将电源工作电压调节到目标过压点上,然后慢慢调节OVP电位器,使电源保护恰好动作,此时OVP即告设定完成。然后,关闭电源,调低工作电压,就能正常工作了。设定工作电压参考上文中第三步。不同的电源设置,OVP方式不同。例如,菊水PAK系列电源就有专门的OVP设定键,按下OVP键即显示最高限压,用户可以快速检查限压数值和调节限压水平。对于一些入门级的电源则没有OVP功能。
第六步,通信接口参数设置和遥控操作的设置。对于本地控制的应用(面板操作)要关闭遥控操作。通信接口要按通信要求设定,本地应用则不需设置。
上文相关知识大家都了解了吗?这是贤集网小编为大家介绍的直流稳压电源的组成、分类、主要技术指标、电路分析、使用方法。现如今,直流稳压电源已经广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等领域。但是小编要提醒大家,在使用过程中应该注意几点:首先根据所需要的电压,应该先调整“粗调”旋纽,再逐渐调整“细调”旋纽,要做到正确配合。例如需要输出12V电压时,需将“粗调”旋纽置在15V档,再调整“细调”旋纽调置12V,而“粗调”旋纽不应置在10V档。否则,最大输出电压达不到12V。还有在使用过程中,因负载短路或过载引起保护时,应首先断开负载,然后按动“复原”按钮,也可重新开启电源,电压即可恢复正常工作,待排除故障后再接入负载。
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