稳压电源(stabilized voltage supply)是能为负载提供稳定的交流电或直流电的电子装置,包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。当电网电压或负载出现瞬间波动时,稳压电源会以 10-30ms 的响应速度对电压幅值进行补偿,使其稳定在±2%以内。
 
线性稳压电源原理图
如下图所示,可变电阻 RW 跟负载电阻 RL 组成一个分压电路,输出电压为:
 
Uo=Ui&TImes;RL/(RW+RL),因此通过调节 RW 的大小,即可改变输出电压的大小。请注意,在这个式子里,如果我们只看可调电阻 RW 的值变化,Uo 的输出并不是线性的,但如果把 RW 和 RL 一起看,则是线性的。还要注意,我们这个图并没有将 RW 的引出端画成连到左边,而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别,但画在右边,却正好反映了“采样”和“反馈”的概念 ---- 实际中的电源,绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的,使用前馈方法很少,或就是用了,也只是辅助方法而已。
 
让我们继续:如果我们用一个三极管或者场效应管,来代替图中的可变阻器,并通过检测输出电压的大小,来控制这个“变阻器”阻值的大小,使输出电压保持恒定,这样我们就实现了稳压的目的。这个三极管或者场效应管是用来调整电压输出大小的,所以叫做调整管。
 
像图 1 所示的那样,由于调整管串联在电源跟负载之间,所以叫做串联型稳压电源。相应的,还有并联型稳压电源,就是将调整管跟负载并联来调节输出电压,典型的基准稳压器 TL431 就是一种并联型稳压器。所谓并联的意思,就是象图 2 中的稳压管那样,通过分流来保证衰减放大管射极电压的“稳定”,也许这个图并不能让你一下子看出它是“并联”的,但细心一看,确实如此。不过,大家在此还要注意一下:此处的稳压管,是利用它的非线性区工作的,因此,如果认为它是一个电源,它也是一个非线性电源。为了便于大家理解,回头我们找一个理适合的图来看,直到可以简明地看懂为止。
 
由于调整管相当于一个电阻,电流流过电阻时会发热,所以工作在线性状态下的调整管,一般会产生大量的热,导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。想要更详细的了解线性稳压电源,请参看模拟电子线路教科书。这里我们主要是帮助大家理清这些概念以及它们之间的关系。
 
图 1
 
一般来说,线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成。另外还可能包括一些例如保护电路,启动电路等部分。下图是一个比较简单的线性稳压电源原理图(示意图,省略了滤波电容等元件),取样电阻通过取样输出电压,并与参考电压比较,比较结果由误差放大电路放大后,控制调整管的导通程度,使输出电压保持稳定。
 
图 2
 
稳压电源电路图(一)
 
线性直流稳压电源电路图
 
如图所示为一种典型的线性直流稳压电源的电路图,它由电源开关 K、保险管、AC—DC 适配器、集成稳压器和后级滤波器组成。当输入 220V 交流电且开关 K 闭合时,输出一个稳定的直流电压,且稳定输出在一定范围内不受 220V 交流电网的波动和电子电路负载轻重的影响。
 
整流器的作用是将降低后的工频交流电压变换为直流电压。图 1.25 展示了整流器的工作原理。在交流的正半周,变压器次级上正下负,电流从正极经 D1、负载和 D3 流回变压器的负极,这样若忽略二极管的导通电压,在负载上得到一个大小与变压器次级相同的电压波形,极性为上正下负;在交流的负半周,变压器次级上负下正,电流从正极经 D2、负载和 D4 流回变压器的负极,这样在负载也得到一个大小与变压器次级相同的电压波形,极性与正半周一样,也为上正下负。因此在交流信号的正负半周的分别作用下,整流器均输出单极性的脉动电压,该输出的直流成份已大于零。
 
稳压电源电路图(二)
 
图(a)电路输出电压由电位器 Rp 调节,并且具有线性调节特性。
 
稳压电源电路图(三)
 
上图为简单稳压电路,由限流电阻 Rs 和稳压二极管 Dz 组成。
 
稳压电源电路图(四)
 
  
 
开关型稳压电路具有体积小、效率高的特点。线性电源的效率为 30%~55 稳压电路%;而开关稳压器可达 60%~85%,而且可以省去工频变压器和巨大的散热器,体积和重量都大为减小。这种电路已在各种电子设备中获得广泛的应用。常用的实现开关控制的方法;有自激式开关稳压器、脉宽调制式开关稳压器和直流变换式开关稳压器等。
 
上图是采用直流变换器的开关稳压电路的框图。对工频电压直接整流 - 滤波后获得的直流电压,由开关管变为高频电压。后者经高频换流变压器变为一定的电压,再经高频整流-滤波以后给出所需的输出电压 u0;开关管的工作受脉冲调制器和驱动放大器的控制。

 

当输出电压 u0 发生变化时,来自输出端的取样信号经比较电路产生误差信号,然后通过脉冲调制器来控制开关管的开关工作比,从而使直流变换器的输出保持稳定。开关管是在饱和区断续工作的,所以功耗较线性电源的调整管为小,因而效率较高。稳压电路大功率电力稳压器是有补偿变压器,调压器,控制电路,检测电路和操作电路组成。
 
稳压电源电路图(五)
 
 
在输入直流电压和负载之间串联入一个三极管,用三极管的管压降代替稳压二极稳压电路管电路中的稳压电阻 R。当  或  变化引起输出电压  变化时,  的变化将反映到三极管的发射结电压  上,引起  的变化,从而调整  ,以保持输出电压的基本稳定。根据三极管所起的作用,称为调整管。由于调整管与负载是串联关系,所以图 15-2-1 称为串联型稳压电路。它主要由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件组成。比较放大可以是单管放大电路、差动放大电路、集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管,复合管或用几个功率管并联,取样电路取出输出电压  的一部分和基准电压 VREF 比较。