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线性电源电路设计规范" @! O1 y4 |9 h6 g2 d# A
* ^9 u$ X. f$ F2 ]3 A●总 述
+ @ n+ E! Q7 U3 M0 u6 m电子电路与电子设备都需要有一个稳定的直流电源提供能量，而且对于我们现在所面临的控制器而言，都是利用电网提供的交流电源，经过整流、滤波、稳压后，滤去其不稳定的脉动、干扰成分，来使电子电路与电子设备保持正常的工作，并且我们目前绝大部分都是使用的线性电源，即通过降压、整流、滤波、稳压后而提供给电子电路及芯片工作的。下面我们就原理及设计规范分各部分具体说明。6 q, a3 ?8 `. ]1 v/ ~6 b$ K
第一部分：原理性介绍! p) i: K; D4 C. i& \ U
下面我们就线性电源的降压、整流、滤波、稳压部分分节做较为详尽的原理性介绍
7 f. h' M0 B( Y6 @" l一、
; C! C7 S% i- L7 k; G* Y0 N线性电源电路基本上由四部分组成：变压器降压、二极管或桥堆整流、电容或电感滤波、三端稳压块稳压，他们之间的组合则可构成一个最基本的，也是最可靠的线性电源电路：$ J1 ?% m1 e: T, z1 n X& T2 v
二、线性电源电路的降压部分即电源变压器部分9 }& f$ U. ?5 O2 Z7 p5 u5 J: }7 Q# P
1、 结构与原理
7 g& |$ [ j# }( B7 S6 d7 u变压器由线圈绕组、铁芯组成。一压般而言，变器还有一个外壳，用来起屏蔽和固定作用。
, d0 t: u' O% T4 w1 J, ?一般的变压器具有一个一次绕组、一个或多个二次绕组，线圈绕在铁心上。给一次绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在二次绕组上则有电压输出。
8 ~% I6 S6 Z; n给一次绕组加上交流电后，在二次绕组周围则产生交变磁场，一次绕组通电后产生的磁力线绝大部分由铁心构成回路（铁心的磁阻远小于空气的磁阻）。二次绕组绕在铁心上，这样它的线圈切割磁力线而产生感应电动势，结果在二次绕组两端有电压输出。无论在铁心上绕几个二次绕组，二次线圈上都会切割磁力线而产生感应电动势。2 r% c8 K5 u3 x$ `$ E
2、主要特性
8 M0 |- ?( z- z; {① 电压比：) q* {* @3 B; p
亦称匝变比，用n表示。它是一、二次绕组匝数之比：
. ], M' F: [# X! d0 t2 d8 D n=N2/N1=V2/V1;
4 h- | l/ }9 v/ n O式中 ： n——变压器的匝比
, i3 g' y6 G! x% w" |9 P4 Y, E0 { N2——二次绕组的匝数
! S# a. [+ j8 Y/ t x% h" E N1——一次绕组的匝比* K4 j' M# d: w2 m1 r+ {% h
V2——二次绕组的输出电压
" E6 n7 K7 Y; u+ o# Q! P. y t V1——一次绕组的输出电压+ a% K. s8 Y# q+ B% P6 V* p
将上面的公式变换一下，得：
1 Q W3 f4 D/ n; k1 j V2= V1*N2/N1
x. w: A V& ^" M8 q从上式可知，
, s& `9 n% z" M当n>1时，V2> V1,为升压变压器；1 t( D% o& q. o3 |% b" n* e# b2 i
n=1时，电压未变化，称为1：1变压器（如隔离变压器）；9 ]+ e! s8 ^! X8 T% _- e
n<1时，V2< V1,为降压变压器，这是常用的一种变压器，也是目前我们所用的变压器。
/ ^) O3 i7 m/ G( Y② 电压与电流的关系! E/ c, ?+ ~7 g& G+ a3 c
为分析方便，假设变压器是无损耗的，那么一次侧输入功率等于二次侧输出功率，即 P1=P2。由P=V*I可知：
* Q/ b. @) e; ]( c4 OI1*V1=I2*V2；
7 O8 `2 _2 Q+ oV1/ V2= I2/ I1；
. Q; o4 I8 _$ [0 ^/ J3 G) Z 从上式可知，当V1> V2时（即n<1），有I1<I2；当V1〈 V2时（即n>1），有I1>I2；换句话说，在降压变压器中，二次侧输出小电压大电流，二次侧输出电流大于一次侧输入电流，所以这种变压器的二次绕组线径比一次绕组线径粗；在升压变压器中，二次侧输出大电压小电流，二次侧输出电流小于一次侧输入电流，所以这种变压器的二次绕组线径比一次绕组线径细。2 M7 M; t( Q1 ^ z
在实际应用中，变压器是存在损耗的，但电压、电流关系仍符合以上所述的关系。
" ?2 G2 z# a- r$ B1 v! m) }③ 阻抗关系$ B' ~" r# e2 g3 B' E( _' i4 |- |
变压器可以进行电压变换，在某些场合则是利用它的阻抗变换特性。5 P% _+ f7 o) X
利用欧姆定律，上述推导公式做适当的变换，得；# y$ a( W* ~5 u; n) f8 K2 Y
P=V2/Z；
! E. G Q# P& g, k4 w \- ] P1=P2；
" i( ]* c% d1 E7 m) @+ }; o V12/Z1=V22/Z2；
! b; J' t. ~ D1 s1 L Z2/Z1=V22/V12=（V2/V1）2=（N2/N1）2=n2；! t9 c4 [9 Y7 U- B
式中： Z1——变压器一次输入阻抗
5 L8 \4 S4 o+ K' y! g; \ Z2——二次负载阻抗
5 v8 j$ o& Y* | n——匝比 F$ j0 \/ V( P9 Y
由上式分析可知，Z1、Z2之间的关系与n2有关：
; E& F. P& H0 G+ K当n1=n2时，Z1=Z2，这说明变压器一次侧的输入阻抗等于二次侧的负载阻抗，此时变压器无阻抗变换作用；2 A. [, V" I/ Y
当n1>n2时，Z1=Z2/ n2，这说明变压器一次侧的输入阻抗等于二次侧的负载阻抗降低n2倍；
( U! `, `9 T% O2 ^) R当n1<n2时，Z1=Z2/n2，这说明变压器一次侧的输入阻抗等于二次侧的负载阻抗提高（1/n）2；7 [: {0 J y6 |2 D
在放大器的级间耦合电路中，为了能使负载获得最大的激励阻抗，往往采用变压器（阻抗变压器）来进行阻抗的匹配。因为最佳阻抗匹配的条件是激励信号源内阻等于负载阻抗，此时能使负载获得最大功率。2 K* r3 J9 K* Q$ l" }! E: i% g7 {
④ 互感现象
$ g( `. U% g+ m0 J 变压器是利用互感现象原理工作的：当一次侧绕组通以交流电时，一次绕组产生磁场，二次绕组的线圈切割磁力线而产生感生电动势，这样由交变电场生成磁场，磁场通过闭合的铁芯耦合到次级绕组，从而在次级线圈中生成感应电动势V01。
7 Q# y; |- D( H8 u5 ^( ^3 F⑤ 屏蔽作用
0 ^9 @6 Y1 K- }; J 在给变压器的一次绕组通以交流电时，绕组周围会产生磁场，尽管有铁心给绝大部分磁力线构成磁路，但仍有一些磁力线散布在变压器附近的一定空间范围内。这些磁力线会对附近的电路形成一定的磁干扰，所以一般要给变压器加上屏蔽壳。屏蔽壳不仅可防止变压器干扰其他的电路，同时亦可防止其他杂散磁场干扰他的正常工作。/ f/ n- y7 J- R O' f
3、 主要参数
9 Q& U2 v, t5 Y" V$ K①、 额定功率
" ~6 o- K1 ]. i( |" s 在额定的频率与电压下，变压器长期工作而不超过规定的允许温升的最大输出功率，单位为VA。2 l9 i' _+ d. o! M# H# `: t
②、 变比5 X' ^ E: T8 Q! k% P. H# S8 Z+ @! s( s
即电压比，它反应了变压器的电压变换能力。一般用二次侧输出电压表示。
+ F( s$ Y( U$ N- q2 e③、 温升
5 _, j9 t& u2 Q m: w @3 q& q; l# f 它指在变压器工作下，温度达到稳定值时，变压器比环境温度高出的部分。要求变压器温升愈低愈好。
' L$ l% m: [* p! f④、 效率" l& N- d; V3 w R! b2 W1 w9 t
效率=输出功率/输入功率。
; n1 L& Y: d0 D6 @效率越高，变压器的损耗越小。
8 Z* @( h- c. k5 D⑤、 绝缘电阻/ z7 b' }# }3 g: d
绝缘电阻不仅关系到变压器的性能，而且关系到变压器使用时的安全问题。
! ]% g$ f) M6 L' `, u% h$ a绝缘电阻=施加电压/产生的漏电流( @- o( C" u w, C4 t
一般可用仪器测量，应在10MΩ以上。 |
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