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线性电源电路设计规范6 C) ~8 x% t" Y# {+ d% j
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●总 述$ D# J) u5 W0 ~
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。1 { Y& T; d X* A. f
第一部分:原理性介绍
% J; \: g1 V3 x; A4 Y; X7 I6 @: [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! C2 ]+ S8 }9 O* y
一、 : e" X% o) R8 k; _7 p
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:
$ m1 d+ o; @1 q二、线性电源电路的降压部分即电源变压器部分; B/ O5 ?! _4 v2 K
1、 结构与原理! Q5 a0 t8 ?! C/ [5 t' ?
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。# r/ S- ~ z$ v" ]
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。" L( m+ ]2 y7 ?0 [( _& C9 B* |
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 X$ J- g/ ]+ R8 x! K/ x
2、主要特性+ `5 p* w% R3 W* N. S3 f
① 电压比:5 o3 c1 P ]# s; H$ b7 V! y
亦称匝变比,用n表示。它是一、二次绕组匝数之比:) P4 x& ^( q" L$ y# o' m
n=N2/N1=V2/V1;
9 n; _4 S/ d1 y* P. N' x式中 : n——变压器的匝比
# w$ h4 ?! g+ [' L/ M- B N2——二次绕组的匝数
, I4 q* L9 R5 `- Q9 R5 ^2 q N1——一次绕组的匝比$ b0 s3 C' u8 s/ q J1 [4 ] \ G. v
V2——二次绕组的输出电压1 W5 @6 O7 a: j" i% I
V1——一次绕组的输出电压
$ {; t, ^1 K+ Y* y; r将上面的公式变换一下,得:
" J7 V% L" P) Z+ r5 O V2= V1*N2/N12 F) ?7 ~0 f( Q7 c [- J. q
从上式可知,
6 @3 |; S9 V$ h当n>1时,V2> V1,为升压变压器;9 q3 ~$ m& p) t% f1 c
n=1时,电压未变化,称为1:1变压器(如隔离变压器);+ _( u/ ^) G y
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。! i8 R/ u( S/ s1 ?
② 电压与电流的关系; c. N$ b$ I0 S, g2 `1 A
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:
9 \2 s& R# u5 jI1*V1=I2*V2;
& L" i0 K/ A4 S1 Z' _+ c) `V1/ V2= I2/ I1;0 A @1 m7 T& T" O0 y& ^# o
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。0 { ~0 T3 y$ r4 D' \) I+ R9 L* t, Q
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。0 Y% N, s* S$ ~4 u2 l
③ 阻抗关系- b# h, @; r/ k
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。
9 Y6 y9 }3 {5 o利用欧姆定律,上述推导公式做适当的变换,得;
) t% S9 R2 @4 g! A. n8 O P=V2/Z;
3 |5 {( _0 V, \ P1=P2;: g& k+ F# U- S: P7 J0 J
V12/Z1=V22/Z2;* E! u. h# T1 T& n; w3 a$ e
Z2/Z1=V22/V12=(V2/V1)2=(N2/N1)2=n2;/ X, e7 i) ?( W; u% `" W
式中: Z1——变压器一次输入阻抗3 V9 ^) M( }5 g8 {
Z2——二次负载阻抗
1 O( Q" W h- H% }6 e; ]; `8 u n——匝比
) d; N7 B* a' G- y, R* F; {" ]由上式分析可知,Z1、Z2之间的关系与n2有关:# m8 h: i% |( L6 u' T
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;
- f0 f& J% P( D' C- [, v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;
& d7 y, P3 J0 w" S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;- m3 D9 B' }. @( o+ g) _/ h0 l7 C2 A5 f
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。
8 p& J) W$ p: {. _5 y2 V6 o5 H& \④ 互感现象
. g8 V# P3 t* y 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。8 t6 ~, k& j# U$ `+ E# b3 F+ D( x
⑤ 屏蔽作用# O9 c; o- p( Z' 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。! W- K1 k" b- H# U- U' H
3、 主要参数- o, Z4 m" i1 u% C y" y
①、 额定功率0 K% {" K( N t: j* x" l! h3 ?2 X5 }
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。
5 T: j/ [9 O! o a+ n②、 变比
1 K; ~) u0 F# ^8 F 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。( w: r4 y6 @/ i5 V
③、 温升7 W4 n1 |) I* }8 _: {
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。
1 Z% {: `6 S) |* `4 H& ?④、 效率
& ]# j6 T8 {- d! z1 k, y3 q效率=输出功率/输入功率。$ K4 c' e8 d- q" t3 }
效率越高,变压器的损耗越小。
! }0 \" i2 C& `⑤、 绝缘电阻, u! f6 i& T6 p7 \$ l9 |8 V4 X$ V
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。
" |% v# w/ n" K. j1 U绝缘电阻=施加电压/产生的漏电流3 }6 B0 V7 u7 l2 e; |: T, n% l) D
一般可用仪器测量,应在10MΩ以上。 |
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