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線性電源(1)

1.  線性調(diào)整器的結(jié)構(gòu)

電子產(chǎn)品中,常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78XX系列和負(fù)電壓輸出的79XX系列。

顧名思義,三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路,只有三條引腳輸出,分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像是三極管,一般為TO-220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝,也有TO-92封裝可以實(shí)現(xiàn)大功率。

用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、方便,而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓,如7806表示輸出電壓為正6V,7909表示輸出電壓為負(fù)9V。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便,電子制作中經(jīng)常采用。

線性電源的基本原理就是:電阻分壓,只不過有一個動態(tài)調(diào)整的電阻。

不管是線性電源還是開關(guān)電源都是輸出電壓負(fù)反饋。只不過線性電源通過一個三極管處于一個放大區(qū),等效于一個可以變化阻值的電阻,對輸出負(fù)載進(jìn)行分壓。通過輸出電壓分壓后反饋,來控制三極管來實(shí)現(xiàn)輸出的穩(wěn)壓。

線性電源的優(yōu)點(diǎn)有:

①    輸出電壓的精度較高

②     輸出電壓紋波低,幾個uV甚至更低

③     沒有開關(guān)的跳變EMI比較小

④     結(jié)構(gòu)簡單

⑤     動態(tài)響應(yīng)快,穩(wěn)壓性能好

線性電源的缺點(diǎn)有:

①    損耗大,效率低

②     只能實(shí)現(xiàn)降壓

③     散熱器的體積大,重量大

④     輸入輸出電壓范圍適應(yīng)性差

2、線性電源的基本工作原理

線性電源的電壓反饋電路是工作在線性(放大)狀態(tài),開關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管子工作在飽和和截止區(qū),即開關(guān)狀態(tài)的。

線性電源一般是將輸出電壓取樣然后與參考電壓送入比較電壓放大器,此電壓放大器的輸出作為電壓調(diào)整管的輸入,用以控制調(diào)整管使其結(jié)電壓隨輸入的變化而變化,從而調(diào)整其輸出電壓,但開關(guān)電源是通過改變調(diào)整管的開和關(guān)的時間即改變占空比來改變輸出電壓的!

我們利用類似電阻分壓的形式來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出的時候,就可以稱之為“線性電源”。

符合這種形式的電路有:

    (1)穩(wěn)壓二極管并聯(lián)調(diào)整電壓

這種穩(wěn)壓器典型地用在負(fù)載小于200mW的局部電壓調(diào)節(jié)中,串聯(lián)電阻置于輸入電壓和穩(wěn)壓二極管之間,用來限制流向負(fù)載和二極管的電流,穩(wěn)壓二極管補(bǔ)償負(fù)載電流的變化。穩(wěn)壓電壓值會隨著溫度漂移,漂移特性在很多穩(wěn)壓二極管參數(shù)手冊中已給出。它的負(fù)載調(diào)整能力對大多數(shù)集成電路電源來說已經(jīng)夠用,但它的損耗比串聯(lián)型的線性電源更大,這是因?yàn)樗O(shè)置在最大負(fù)載電流狀態(tài),而負(fù)載往往沒有這么大。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源電路見圖


(2)單晶體管串聯(lián)型線性電源

將一個晶體管加到基本二極管穩(wěn)壓電路,可以利用雙極型晶體管具有增益的優(yōu)勢。晶體管接成射極跟隨器,可以在穩(wěn)壓二極管的電流比較小的情況下,向負(fù)載提供很大的電流。此時,晶體管基本上是作為一個誤差放大器,如圖所示。當(dāng)負(fù)載電流增加時,使基極的電壓提高,晶體管的導(dǎo)通程度也增加,因而使電壓回復(fù)到原來的值??梢酝ㄟ^選擇晶體管的容量來滿足負(fù)載和調(diào)整電壓損耗的要求。

(3)三端穩(wěn)壓器

三端固定正穩(wěn)壓器是一種能夠輸出正電壓的集成穩(wěn)壓器,它具有內(nèi)部過熱保護(hù)、輸出端電流短路保護(hù)和輸出半導(dǎo)體管保護(hù)等保護(hù)功能。三端固定正穩(wěn)壓器的外形及引腳排列如圖所示。

三端集成穩(wěn)壓器雖然應(yīng)用電路簡單,外圍元件很少,但若使用不當(dāng),同樣會出現(xiàn)穩(wěn)壓器被擊穿或穩(wěn)壓效果不良的現(xiàn)象,所以在使用中必須注意以下幾個問題:

(1)要防止產(chǎn)生自激振蕩。三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路放大級數(shù)多,開環(huán)增益高,工作于閉環(huán)深度負(fù)反饋狀態(tài),若不采取適當(dāng)補(bǔ)償移相措施,則在分布電容、電感的作用下,電路可能產(chǎn)生高頻寄生振蕩,從而影響穩(wěn)壓器的正常工作。

(2)要防止穩(wěn)壓器損壞。雖然三端穩(wěn)壓器內(nèi)部電路有過流、過熱及調(diào)整管安全工作區(qū)等保護(hù)功能,但在使用中應(yīng)注意以下幾個問題以防穩(wěn)壓器損壞,

① 防止輸人端對地短路;

②防止輸入端和輸出端接反;

③防止輸入端濾波電路斷路;

④防止輸出端與其他高電壓電路連接;

⑤穩(wěn)壓器接地端不得開路。

(3)當(dāng)集成穩(wěn)壓器輸出端加裝防自激電容時,萬一輸入端發(fā)生短路時,該電流的放電電流將使穩(wěn)壓器內(nèi)的調(diào)整管損壞,為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,可在輸出、輸入端之間接一大電流二極管。

(4)在使用可調(diào)式穩(wěn)壓器時,為減小輸出電壓紋波,應(yīng)在穩(wěn)壓器調(diào)整端與地之間接入N個10uF電容器。

(5)為了提高穩(wěn)壓性能,應(yīng)注意電路的連接布局。一般穩(wěn)壓電路不要離濾波電路太遠(yuǎn),另外,輸入線、輸出線和地線應(yīng)分開布設(shè),采用較粗的導(dǎo)線且要焊牢。

(6)三端集成穩(wěn)壓器是一個功率器件,它的最大功耗取決于內(nèi)部調(diào)整管的最大結(jié)溫。因此,要保證集成穩(wěn)定器能夠在額定輸出電流下正常工作,就必須為集成穩(wěn)壓器采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?。穩(wěn)壓器的散熱能力越強(qiáng),它所承受的功率也就越大。

(7)選用三端集成穩(wěn)壓器時,首先要考慮的是輸出電壓是否要求可以調(diào)整。若不需調(diào)整輸出電壓,則可選用輸出固定電壓的穩(wěn)壓器;若要調(diào)整輸出電壓,則應(yīng)選用可調(diào)式穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器的類型選定后,就要進(jìn)行參數(shù)的選擇,其中最重要的參數(shù)就是需要輸出的最大電流值,這樣大致便可確定出集成電路的型號。然后再審查一下所選穩(wěn)壓器的其他參數(shù)能否滿足使用的要求。

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