穩壓器,顧名思義,是一種用于調節電壓的電路。調節電壓是平穩的電壓供應,沒有任何噪音或干擾。穩壓器的輸出與負載電流、溫度和交流線路變化無關。電壓調節器幾乎存在于所有電子產品或家用電器中,如電視、冰箱、計算機等,以穩定電源電壓。
基本上,穩壓器最大限度地減少電壓變化以保護設備。在配電系統中,穩壓器要么在饋線中,要么在變電站。該系列使用兩種類型的穩壓器,一種是步進穩壓器,其中開關調節電流電源。另一種是感應調節器,它是一種類似于感應電動機的交替電機,作為輔助電源供電。它最大限度地減少了電壓變化并提供穩定的輸出。
有不同類型的穩壓器,如下所述。
穩壓器電路的類型
線性穩壓器電路
串聯穩壓器
并聯穩壓器
齊納穩壓器電路
開關穩壓器電路
降壓型
升壓型
降壓/升壓型
線性穩壓器電路
這些是電子產品中最常用的穩壓器,用于保持穩定的輸出電壓。線性穩壓器的作用類似于分壓器電路,在該穩壓器中,電阻隨負載變化而變化,并提供恒定的輸出電壓。線性穩壓器的一些優點和缺點如下:
優勢
輸出紋波電壓低
響應速度快
噪音更小
弊
效率低
需要大空間
輸出電壓將始終小于輸入電壓
- 串聯穩壓器
串聯穩壓器是線性穩壓器的一部分,也稱為串聯通穩壓器。串聯連接的可變元件,用于保持恒定的輸出電壓。當您改變串聯元件兩端的電阻時,可以改變其兩端的壓降,以確保輸出兩端的電壓恒定。
如串聯穩壓器的電路圖所示,NPN晶體管T1是串聯元件,齊納二極管用于提供基準電壓。
當輸出電壓增加時,基極-發射極電壓降低,由于這種晶體管T1導通較少。由于T1導通較少,因此會降低輸出電壓,從而保持輸出電壓恒定。
當輸出電壓降低時,基極-發射極電壓增加,由于該晶體管T1傳導更多。隨著T1的傳導更多,它會增加輸出電壓,從而保持輸出電壓恒定。
輸出電壓定義為:
VO = VZ - VBE
Where, VO is the output voltage VZ is Zener breakdown voltage VBE is base-emitter voltage
- 并聯穩壓器
未調節電壓與串聯電阻兩端的壓降成正比,該壓降取決于負載消耗的電流。如果負載的電流消耗增加,基極電流也會減少,因此集電極電流將流過集電極發射極端子,因此通過負載的電流將增加,反之亦然。
并聯穩壓器的調節輸出電壓定義為:
VOUT = VZ + VBE
齊納穩壓器
齊納穩壓器更便宜,僅適用于低功率電路。它可用于調節期間浪費的功率量不是主要問題的應用。
一個電阻器與齊納二極管串聯,以限制流過二極管的電流量,輸入電壓Vin(必須大于齊納電壓)連接,如圖所示,輸出電壓Vout以Vout = Vz(齊納電壓)穿過齊納二極管。眾所周知,當施加的電壓高于齊納的擊穿電壓時,齊納二極管開始反向導通。因此,當它開始導通時,它會在其兩端保持相同的電壓并回流多余的電流,從而提供穩定的輸出電壓。
開關穩壓器
開關穩壓器有三種類型:
降壓或降壓開關穩壓器
升壓或升壓開關穩壓器
降壓/升壓開關穩壓器
降壓或降壓開關穩壓器
降壓穩壓器用于降低輸出端的電壓,我們甚至可以使用分壓器電路來降低輸出電壓,但分壓器電路的效率較低,因為電阻器將能量耗散為熱量。我們在電路中使用電容器,二極管,電感器和開關。降壓開關穩壓器的電路圖如下:
當開關進入ON狀態時,二極管保持反向偏置,電源連接到電感器。當開關斷開時,電感的極性反轉,二極管正向偏置并將電感接地。然后通過電感器的電流隨斜率減小:
d IL / dt = (0-VOUT) / L
電容器用于防止負載兩端的電壓降至零。如果我們繼續打開和關閉開關,負載兩端的平均電壓將小于提供的輸入電壓。您可以通過改變開關器件的占空比來控制輸出電壓。
Output Voltage = (Input Voltage) * (percentage of time that the switch is ON)
升壓或升壓開關穩壓器
升壓穩壓器用于對負載兩端的電壓進行升壓。升壓穩壓器的電路圖如下:
當開關閉合時,二極管表現為反向偏置,電感兩端的電流不斷增加。現在,當開關打開時,電感器將產生一個力,導致電流繼續流動,電容器開始充電。通過連續打開和關閉開關,我們將在負載處接收高于輸入電壓的電壓。我們可以通過控制開關的導通(Ton)時間來控制輸出電壓。
Output Voltage = Input Voltage / Percentage of time that the switch is open
降壓-升壓開關穩壓器
降壓-升壓開關穩壓器是降壓穩壓器和升壓穩壓器的組合,它提供的反相輸出可以大于或小于提供的輸入電壓。
當開關導通時,二極管表現為反向偏置,電感器存儲能量,當開關關斷時,電感器開始釋放具有反極性的能量,從而為電容器充電。當電感中存儲的能量變為零時,電容器開始以反極性放電到負載中。由于這種降壓-升壓穩壓器也稱為反相穩壓器。
輸出電壓定義為
Vout = Vin (D / 1-D)
Where, D is the Duty cycle
因此,如果占空比較低,則穩壓器表現為降壓穩壓器,當占空比高時,穩壓器表現為升壓穩壓器。
穩壓器電路實例
正線性穩壓器電路
我們使用7805 IC設計了一個正線性穩壓器電路。該 IC 具有提供 5V 穩壓電源的所有電路。輸入電壓應至少大于額定值的 2v,例如對于 LM7805,我們至少應提供 7v。
未穩壓的輸入電壓提供給IC,我們在輸出端獲得穩壓。IC的名稱定義了其功能,78表示正號,05表示調節輸出電壓的值。如電路圖所示,我們為7805IC提供9V電壓,并在輸出端穩壓+5V。電容器 C1 和 C2 用于過濾。
齊納穩壓器電路
在這里,我們設計了一個使用5.1V齊納二極管的齊納穩壓器。齊納二極管用作傳感元件。當電源電壓超過其擊穿電壓時,其開始反向導通,并在其兩端保持相同的電壓并回流額外的電流,從而提供穩定的輸出電壓。在該電路中,我們提供9V的輸入電壓,并獲得近5.1的穩壓輸出電壓。
穩壓器是如何工作的?
穩壓器是這樣一種電路:無論輸入電壓或負載條件如何變化,它都能產生并保持固定的輸出電壓。
穩壓器(VR)將來自電源的電壓保持在其他電氣組件相容的范圍之內。它最常用于DC / DC電源轉換,但有些也可用于AC / AC或AC / DC電源轉換。本文將重點介紹DC / DC穩壓器
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