直流穩(wěn)壓電源的分類

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。這樣第一個層次就出來了，首先應(yīng)該根據(jù)電源的輸出類型來分類。接下來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)備會發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)壓電源有兩個區(qū)別很大的種類，一種是各種比較簡單的電子設(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、微型計算機(jī)等。這樣看來第二個層次的分類我們可以根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)來分類。接下來的第三個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)每一個具體類別的特性進(jìn)行分類區(qū)分了。

直流穩(wěn)壓電源可以分類兩類，包括線性和開關(guān)型。

線性

線性穩(wěn)定電源有一個共同的特點(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穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個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。[1] 

開關(guān)型

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)相對于線性電源來說紋波較大（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。價位為3元－十幾萬元/瓦，下面就一般習(xí)慣分類介紹幾種開關(guān)電源：

（1）AC/DC

該類電源也稱一次電源，它自電網(wǎng)取得能量，經(jīng)過高壓整流濾波得到一個直流高壓，供DC/DC變換器在輸出端獲得一個或幾個穩(wěn)定的直流電壓，功率從幾瓦－幾千瓦均有產(chǎn)品，用于不同場合。屬此類產(chǎn)品的規(guī)格型號繁多，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。

（2）DC/DC

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直流輸入電壓，經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端獲一個或幾個直流電壓。

（3）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。

（4）電臺電源

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

（5）模塊電源

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，對電源可靠性、容量/體積比要求越來越高，模塊電源越來越顯示其優(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，所以越來越被廣泛采用。國內(nèi)雖有相應(yīng)模塊生產(chǎn)，但因生產(chǎn)工藝未能趕上國際水平，故障率較高。

DC/DC模塊電源雖然成本較高，但從產(chǎn)品的漫長的應(yīng)用周期的整體成本來看，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)簡單，效率高和輸出電壓、電流的紋波值接近于零。

（6）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)電源的價位一般在2-8元/瓦特殊小功率和大功率電源價格稍高，可達(dá)11-13元/瓦。

WYJ系列直流穩(wěn)壓電源

WYJ系列直流穩(wěn)壓電源是高穩(wěn)定度的穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換的精密直流電源、輸出電壓在額定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。輸出電流、電壓顯示分別有數(shù)顯，液晶顯示，指針式。電源形式有單路、雙路和三路三種以上。雙路輸出都可設(shè)計串聯(lián)或并聯(lián)，輸出具有良好的、過載、過壓、短路等保護(hù)措施，安全性極對可靠。廣泛應(yīng)用于郵電、科研、軍事、醫(yī)院、工廠、學(xué)校等。

基本功能

1．輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作。

2．輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作。

3．直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示。

4．對于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識別。

5．對于輸出電壓值和電流值有精準(zhǔn)要求的直流穩(wěn)壓電源，一般要用多圈電位器和電壓電流微調(diào)電位器，或者直接數(shù)字輸入。

6．要有完善的保護(hù)電路。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時不應(yīng)損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。

直流穩(wěn)壓電源的用途

直流穩(wěn)壓電源引可廣泛應(yīng)用于國防、科研、大專院校、實(shí)驗室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、直流電機(jī)、充電設(shè)備等。（1)可用于各種電子設(shè)備老化，如PCB板老化，家電老化，各類IT產(chǎn)品老化，CCFL老化，燈管老化　(2)適用于需要自動定時通、斷電，自動記周期數(shù)的電子元件的老化、測試　(3)電解電容器脈沖老練　(4)電阻器，繼電器，馬達(dá)等測試?yán)暇殹?5)整機(jī)老練；電子元器件性能測試，例行試驗。

直流穩(wěn)壓電源的生產(chǎn)廠家

國內(nèi)直流穩(wěn)壓電源生產(chǎn)廠家眾多，比較有代表的著名品牌有: 萬瑞達(dá)、艾諾、能華、臺灣固緯、科泰、艾德克斯、恩泰等。

直流穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)

數(shù)字直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源內(nèi)部采用IGBT模塊調(diào)整模式，具體高效能、高精度、高穩(wěn)定性等特性，主要應(yīng)用于科研單位、實(shí)驗室和電子產(chǎn)線等需要高效電源測試時使用。

特點(diǎn)：

1、輸出顯示：輸出電壓電流LED顯示

2、采用19英寸標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，可組合放置于各種工作臺面及機(jī)架；

3、體積小、重量輕、節(jié)能高效

4、恒壓恒流：輸出恒壓恒流自動切換，電壓電流值連續(xù)線性調(diào)節(jié)；

5、保護(hù)功能：過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過溫保護(hù)、欠壓保護(hù)、過載保護(hù)；

6、短路特性：本機(jī)工作狀態(tài)下長時間短路；

7、外接補(bǔ)償：本機(jī)可選外接補(bǔ)償，可降低因輸出回路較長等造成的壓降；

8、過壓保護(hù)值：輸出過壓佑護(hù)值可調(diào)，保護(hù)后切斷輸出并鎖定，重新開機(jī)恢復(fù)；

9、通信功能：可選特殊數(shù)據(jù)接口，與其他設(shè)備數(shù)據(jù)連接控制，或與PLC連接。（選配）

10、外控功能：可選0-5V或4-20mA信號控制電源的輸出電壓和電流；（選配）

11、定時功能：可選定時開關(guān)機(jī)功能；（選配）

直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

整流變壓器的設(shè)計

三相整流變壓器的設(shè)計包括：一、二次繞組的聯(lián)結(jié)方式，二次側(cè)電壓的計算，一、二次側(cè)電流的計算，容量的計算與確定，結(jié)構(gòu)形式的選擇等環(huán)節(jié)。其中一、二次繞組的聯(lián)結(jié)方式及二次側(cè)電壓的確定是我們重點(diǎn)分析的內(nèi)容。本文以某一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的3個直流電源設(shè)計為例進(jìn)行詳細(xì)介紹，原理圖如圖1。

圖1　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器直流電源設(shè)計的原理圖

1、二次側(cè)電壓的確定

二次電壓不僅與負(fù)載電壓(即要設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源電壓)和整流電路有關(guān)，而且與穩(wěn)壓器件有關(guān)。對于要求高的選橋式整流電路，用電容濾波穩(wěn)壓和穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，對于要求低的則可以不穩(wěn)壓或用電容穩(wěn)壓。如在圖1中，+7V低壓驅(qū)動，主要是用來鎖相，其電流小、電壓低，電壓波動對驅(qū)動電源的工作狀態(tài)影響不大，不用穩(wěn)壓;+110V用以高壓驅(qū)動，斷續(xù)式供電且頻率很高，大的電流和電流變化率會產(chǎn)生很高過電壓，因此要用電解電容穩(wěn)壓，電阻限流;+12V用于計算機(jī)和集成電路的電源，電流小、電壓低，但要求電壓穩(wěn)定、紋波系數(shù)小，因此用電容和三端穩(wěn)壓器兩級穩(wěn)壓。對于不同的穩(wěn)壓手段，二次電壓有著不同的確定方法，理論上這3個電壓的計算式相同，即U2=Ud/2.34　或UL=Ud/1.35，計算的3個二次電壓分別為：5.2V、81.5V和8.9V，但這樣計算的結(jié)果在實(shí)際中不和適，因此，有些量必須用工程估算式來確定，如三相不可逆整流系統(tǒng)一般用公式UL=(0.9～1.0)·Ud估算，如果直流側(cè)用電解電容濾波時、輸出平均值會升高，一般用公式UL=Ud/2?估算;如果直流側(cè)用電容和三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，為了擴(kuò)大穩(wěn)壓范圍，Ud一般應(yīng)升高3～6V，再用公式UL=(0.9～1.0)·Ud估算。這樣確定的3個二次電壓分別為：UL7=0.9×7=6.3V，UL110=110/2?=78V,UL12=16×0.9=14.4V。

2、一、二次例電流計算及容量確定

二次電流要根據(jù)負(fù)載電流的大小和整流電路來定，在圖1中采用三相橋式整流電路，用式I2=(2/3)?Id求出3個二次電流有效值分別為：3.26A、6.5A、1.63A，就得到3個二次電壓和電流。根據(jù)變壓器一、二次功率近似相等原則，可求得一次電流I1=1.45A，變壓器的容量為S=953VA，按1.5kVA選變壓器型號。

3、一、二次例繞組聯(lián)結(jié)方式的確定

三相交壓器繞組可以根據(jù)需要接成星形或Δ形。三相整流電路一般用于大功率(即負(fù)載功率在4kW以上)整流，變壓器通常接成Y/Δ、　Δ/Y 2種。Δ/Y接法可使電源線電流有2個階梯，更接近正弦波，諧波影響小，可控整流電路用得比較多;Y/Δ接法可以提供單相交流電源，減小二次繞組電流，一般用于大功率二極管整流電路;對于小功率三相變壓器有時也接成Y/Y型，雖然這種接法會給電網(wǎng)引入諧波.但畢竟其功率小，影響也較小?？傊?，選的時候既要考慮對電網(wǎng)的影響，又要盡量減小繞組電流，降低繞組絕緣等級。在圖1中，7V和12V電流比較小，電壓低，選星形接法;110V電流大，電壓不是太高，選Δ形接法，可大大降低繞組中電流，減小繞組線徑，延長使用壽命;一次繞組的線電壓雖然高(380V)，但變壓器容量只有2kW，一次電流為1.45A，所以選星形接法，可降低繞組的電壓和繞組的絕緣等。

整流電路設(shè)計

三相整流電路通常有三相半波整流電路和三相橋式整流電路，由于三相橋式整流電路輸出平均電壓高，電壓脈動小，品質(zhì)因數(shù)高，因此多使用橋式整流電路。橋臂上二極管型號的選擇主要是由它的額定電壓和額定電流決定，額定電流和電壓則由負(fù)載平均電流和電壓決定，其計算式為：ID=(1/3)?·Id，ID(AV)= ID /1.57，UDn=(1～2) 2?·U2，由ID(AV)和UDn查二極管手冊就可確定整流管的型號。

濾波穩(wěn)壓電路設(shè)計

1、濾波電路及器件選擇

整流濾波電路通常有電容、電感和RC等濾波電路。電感濾波是利用電感對脈動電流產(chǎn)生反電動勢，阻礙電流變化來實(shí)現(xiàn)的，電感越大，濾波效果越好。它一般用于負(fù)載電流大、對濾波要求不高的場臺。RC濾波電路是電阻和電容連接使用的濾波電路，由于電阻會降低一部分直流電壓，直流輸出電壓會減小，因此只適用于小電流電路。電容濾波是利用電容的充放電作用使整流輸出電壓變得平穩(wěn)，而且電壓幅值升高，濾波效果好，適于各種整流電路。濾波電容的選擇主要是種類和容量、耐壓值的確定。常用的整流濾波電容有鋁電解、鉭電解、滌綸、獨(dú)石電容等。鋁電解電容漏電流大，耐壓和工作溫度(最高+70℃)較低，但容量大;鉭電解電容漏電流小，耐壓和工作溫度比鋁電解電容都高，一般用于要求較高的地方;滌綸電容絕緣電阻大，損耗小，工作溫度(最高+55℃)低，容量小，但耐壓高;獨(dú)石電容體積可以做得很小，耐壓也可以做得很高，化學(xué)性能和熱性能比較穩(wěn)定，但容量小。一般當(dāng)整流輸出電流大時，必須用電解電容濾波穩(wěn)壓;輸出電流小時，用一般電容或電解電容濾波都可以，如果對直流輸出電壓有紋波系數(shù)要求或者為了防止高頻噪音，用電解電容和小容量無極性電容并聯(lián)使用效果較好：小容量電容可濾掉脈動直流中的高次諧波，　電解電容濾掉大幅值的低頻成分，穩(wěn)壓范圍寬、效果好。整流濾波電路對電容器的容量和耐壓值要求不是太高，一般根據(jù)輸出電流大小估算電容器的容量，輸出電流大，容量就大;電流小，容量就小。但是，容量太大會降低輸出電壓值，太小則會導(dǎo)致電壓脈動大、不穩(wěn)定。容量確定可參考表1，耐壓值一般取所接電路工作電壓的1.5～2倍。

2、穩(wěn)壓電路及器件選擇

穩(wěn)壓電路有分立元件穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路2種，其中集成穩(wěn)壓電路主要用于低電壓小電流的整流電路，具有體積小，電路簡單，穩(wěn)壓精度高，使用調(diào)試方便等特點(diǎn)。選擇時首先要確定系列，是正電源還是負(fù)電源，是可調(diào)的還是固定的，其次是根據(jù)它的額定電壓和額定電流選擇具體型號;同時，穩(wěn)壓器在接入整流電路時要適當(dāng)加一些保護(hù)元件，如在I/O端接二極管可防止輸入端短路，在輸入端和地之間接一小電容，可限制輸入電壓幅值等。

直流電源的設(shè)計理論上比較簡單，但在具體的工程設(shè)計中還需要進(jìn)一步分析、研究、實(shí)踐和總結(jié)。

直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)

直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的固有特性，如輸入

電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。

特性指標(biāo)

（1）輸出電壓范圍

符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。該指標(biāo)的上限是由最大輸入電壓和最小輸入－輸出電壓差所規(guī)定，而其下限由直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓值決定。

（2）最大輸入－輸出電壓差

該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。

（3）最小輸入－輸出電壓差

該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所需的最小輸入－輸出之間的電壓差值。

（4）輸出負(fù)載電流范圍

輸出負(fù)載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源應(yīng)能保證符合指標(biāo)規(guī)范所給出的指標(biāo)。

質(zhì)量指標(biāo)

（1）電壓調(diào)整率SV

電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標(biāo)，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當(dāng)輸入電壓VI變化時直流穩(wěn)壓電源輸出電壓VO穩(wěn)定的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓的相對變化的百分比表示。

（2）電流調(diào)整率SI

電流調(diào)整率是反映直流穩(wěn)壓電源負(fù)載能力的一項主要自指標(biāo)，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當(dāng)輸入電壓不變時，直流穩(wěn)壓電源對由于負(fù)載電流（輸出電流）變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負(fù)載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。

（3）紋波抑制比SR

紋波抑制比反映了直流穩(wěn)壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當(dāng)直流穩(wěn)壓電源輸入和輸出條

件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰－峰值與輸出紋波電壓峰－峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時也可以用百分?jǐn)?shù)表示，或直接用兩者的比值表示。

（4）溫度穩(wěn)定性K

集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度Ti最大變化范圍內(nèi)（Tmin≤Ti≤Tmax）直流穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化的百分比值。

極限指標(biāo)

（1）最大輸入電壓

是保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。

（2）最大輸出電流

是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。