线性电源电路设计规范

zrf9007259 · 发表于 2008-9-9 16:29

线性电源电路设计规范

●总  述
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。
第一部分：原理性介绍
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
一、
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：
二、线性电源电路的降压部分即电源变压器部分
1、结构与原理
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。
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。
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、主要特性
① 电压比：
亦称匝变比，用n表示。它是一、二次绕组匝数之比：
                  n=N2/N1=V2/V1;
式中： n——变压器的匝比
            N2——二次绕组的匝数
                        N1——一次绕组的匝比
                        V2——二次绕组的输出电压
                        V1——一次绕组的输出电压
将上面的公式变换一下，得：
               V2= V1*N2/N1
从上式可知，
当n>1时，V2> V1,为升压变压器；
      n=1时，电压未变化，称为1：1变压器（如隔离变压器）；
      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。
② 电压与电流的关系
   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：
I1*V1=I2*V2；
V1/ V2= I2/ I1；
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。
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。
③ 阻抗关系
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。
利用欧姆定律，上述推导公式做适当的变换，得；
   P=V2/Z；
   P1=P2；
   V12/Z1=V22/Z2；
   Z2/Z1=V22/V12=（V2/V1）2=（N2/N1）2=n2；
式中： Z1——变压器一次输入阻抗
   Z2——二次负载阻抗
   n——匝比
由上式分析可知，Z1、Z2之间的关系与n2有关：
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；
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；
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；
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。
④ 互感现象
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。
⑤ 屏蔽作用
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。
3、主要参数
①、额定功率
         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、变比
         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。
③、温升
         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。
④、效率
效率=输出功率/输入功率。
效率越高，变压器的损耗越小。
⑤、绝缘电阻
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。
绝缘电阻=施加电压/产生的漏电流
一般可用仪器测量，应在10MΩ以上。

zrf9007259 · 发表于 2008-9-9 16:30

内容有点多，后面的陆续传上来

马蹄 · 发表于 2008-9-9 19:18

小功率可以使用这个方式，或一般可调电源用这个方案实施起来比较简单，但是电源可调输出的线性并不好；目前大功率都是使用开关电源，体积小，效率高；
实际这部分内容应用意义不大；选变压器，变压器厂的工程师比我们专业，告诉功率就选的很合理了，后面的电路设计很通用，整流、滤波、稳压或三端稳压或者可调稳压

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