La fuente de alimentación regulada en paralelo tiene tres desventajas: baja eficiencia, pequeño rango de ajuste del voltaje de salida y baja estabilidad. Las fuentes de alimentación reguladas en serie pueden evitar estas deficiencias, por lo que ahora se utilizan ampliamente.
1. Fuente de alimentación regulada en serie simple
1. Análisis de principios
La Figura 4-1-1 es una fuente de alimentación regulada en serie simple, T1 es la regulación. El tubo D1 es la fuente de voltaje de referencia, R1 es la resistencia limitadora de corriente y R2 es la carga. Dado que el voltaje base de T1 está fijado en UD1 por D1, el voltaje de unión del emisor (UT1) BE de T1 es básicamente un valor fijo cuando T1 está funcionando normalmente (generalmente 0,7 V para tubos de silicio y 0,3 V para tubos de germanio), por lo que el tensión de salida UO=UD1 -(UT1)BE. Cuando el voltaje de salida es mucho mayor que el voltaje de unión del emisor T1, se puede ignorar (UT1) BE, luego UO≈UD1.
Analicemos el principio de funcionamiento de estabilización de voltaje de la fuente de alimentación regulada en serie recomendada:
Supongamos que el voltaje de salida UO se reduce por alguna razón, es decir, el voltaje del emisor de T1 ( UT1) E disminuye, porque UD1 permanece sin cambios, lo que hace que el voltaje de unión del emisor T1 (UT1) BE aumente, lo que hace que la corriente de base T1 (IT1) B aumente, lo que hace que la corriente del emisor T1 (IT1) E se amplifique β veces y aumento, causado por las características de carga del transistor. Se puede ver que en este momento T1 es más conductivo y la caída de voltaje del tubo (UT1) CE disminuirá rápidamente, se agrega más voltaje de entrada UI a la carga y UO rebota rápidamente. . Este proceso de ajuste se puede representar mediante el siguiente diagrama de relaciones de cambio:
UO↓→(UT1)E↓→UD1 constante→(UT1)BE ↑→(IT1)B ↑→(IT1)E ↑→ ( UT1) CE↓→UO ↑
Cuando el voltaje de salida aumenta, todo el proceso de análisis es opuesto al cambio en el proceso anterior. No lo repetiremos aquí, simplemente usaremos el siguiente diagrama de cambios para. exprésalo:
UO ↑→(UT1)E ↑→UD1 constante→(UT1)BE↓→(IT1)B↓→(IT1)E↓→(UT1)CE ↑→UO↓
Aquí solo analizamos el principio de funcionamiento de la estabilización de voltaje cuando el voltaje de salida UO disminuye. De hecho, el principio de funcionamiento de la estabilización de voltaje cuando el voltaje de entrada UI disminuye es similar a esto. La disminución del voltaje de salida UO, por lo que los principios de funcionamiento son aproximadamente los mismos.
Se puede ver en el principio de funcionamiento del circuito que hay dos claves para la estabilización de voltaje: primero, el valor de estabilización de voltaje UD1 del tubo regulador de voltaje D1 debe permanecer estable; segundo, el tubo de ajuste T1; Debe funcionar en el área de amplificación y las características de trabajo deben ser buenas.
De hecho, el principio de retroalimentación también se puede utilizar para explicar el principio de funcionamiento de una fuente de alimentación regulada en serie simple. Dado que el circuito es un dispositivo de salida de emisor y es un circuito de retroalimentación negativa en serie de voltaje, el voltaje de salida del circuito es UO = (UT1) E ≈ (UT1) B. Dado que (UT1) B permanece estable, el voltaje de salida UO también permanece estable.
Dado que la fuente de alimentación regulada en serie simple utiliza una fuente de voltaje de referencia fija D1, cuando es necesario cambiar el voltaje de salida, se debe reemplazar el tubo regulador de voltaje D1, lo cual es muy inconveniente para ajustar el voltaje de salida. . Además, dado que la caída de tensión del tubo (UT1) CE de T1 se ajusta directamente mediante cambios en la tensión de salida UO, el efecto de control es pequeño y el efecto estabilizador de tensión no es ideal. Por lo tanto, esta fuente de alimentación regulada sólo es adecuada para algunas aplicaciones relativamente simples.
2. Ejemplo de circuito
La Figura 4-1-1 es un circuito de aplicación práctica de una fuente de alimentación estabilizada en serie simple. Este circuito se utiliza en el "Yongmei" producido por Wuxi Radio. Radio de escritorio de 8 tubos marca 771 No. 5 Factory. Entre ellos, T8, DZ y R18 forman un circuito estabilizador de voltaje simple, y B6, D4 ~ D7 y C21 forman un circuito rectificador y filtro. Dado que la unión del emisor T8 tiene una caída de voltaje de 0,7 V, para garantizar que el voltaje de salida alcance los 6 V, se debe seleccionar un tubo regulador de voltaje con un valor de estabilización de voltaje de aproximadamente 6,7 V.
2. Fuente de alimentación regulada con retroalimentación negativa en serie
Dado que el voltaje de salida de una fuente de alimentación regulada en serie simple está limitado por el valor del regulador de voltaje del tubo regulador y no se puede ajustar, el El regulador debe reemplazarse cuando es necesario cambiar el tubo de voltaje de salida, lo que resulta en una flexibilidad deficiente del circuito; al mismo tiempo, el voltaje de salida controla directamente el trabajo del tubo regulador, lo que provoca que el efecto de estabilización de voltaje del circuito disminuya. ser insatisfactorio. Por lo tanto, es necesario mejorar la fuente de alimentación regulada simple y agregar un circuito amplificador de primer nivel, que se encarga de amplificar el cambio en el voltaje de salida y luego controlar el tubo de ajuste.
Dado que todo el proceso de control es un proceso de retroalimentación negativa, dicha fuente de alimentación regulada se denomina fuente de alimentación regulada con retroalimentación negativa en serie.
1. Análisis de principios
La Figura 4-2-1 es un diagrama de circuito de un circuito estabilizador de voltaje de retroalimentación negativa en serie, en el que T1 es el tubo de ajuste, D1 y R2 forman el voltaje de referencia, y T2 es el amplificador de comparación, R3 ~ R5 forman el circuito de muestreo y R6 es la carga. El diagrama de bloques del circuito se muestra en la Figura 4-2-2.
Supongamos que cuando el voltaje de salida UO disminuye por alguna razón, el voltaje base T2 (UT2) O disminuye proporcionalmente a través del circuito de muestreo de R3 ~ R5 ya que el voltaje del emisor T2 (UT2) E se ve afectado por. El control del valor de estabilización de voltaje del tubo regulador de voltaje D1 permanece sin cambios, por lo que el voltaje de unión del emisor T2 (UT2) BE disminuirá, por lo que la corriente base T2 (IT2) B disminuirá y la corriente del emisor T2 (IT2) E disminuirá. en consecuencia, la caída de voltaje (UT2) CE del tubo T2 aumenta, haciendo que su voltaje de emisor (UT2) C aumente, es decir, el voltaje base (UT1) B del tubo de ajuste T1 aumentará y la caída de voltaje (UT1). ) CE del tubo T1 disminuirá, provocando que el voltaje de entrada UI. Cuando se agrega más a la carga, el voltaje de salida UO aumenta. Este proceso de ajuste se puede representar mediante el siguiente diagrama de relaciones de cambio:
UO↓→(UT2)O↓→UD1 constante→(UT2)BE↓→(IT2)B↓→(IT2)E↓→ ( UT2) CE ↑
→ (UT2) C ↑→ (UT1) B ↑→ (UT1) CE↓→UO ↑
Cuando el voltaje de salida aumenta, todo el proceso de cambio es lo mismo que arriba Completamente opuesto, no entraré en detalles aquí, solo use la siguiente figura para expresarlo simplemente:
UO ↑ → (UT2) O ↑ → UD1 constante → (UT2) BE ↑→(IT2) B ↑→(IT2) E ↑→(UT2)CE↓
→(UT2)C↓→(UT1)B↓→(UT1)CE ↑→UO↓
De manera similar a una fuente de alimentación regulada en serie simple, cuando ocurren otras condiciones como el voltaje de entrada UI o la carga, provocará los cambios correspondientes en el voltaje de salida UO. Finalmente, el proceso de análisis anterior se puede utilizar para ilustrar su principio de funcionamiento. .
En todo el proceso de control de estabilización de voltaje de la fuente de alimentación estabilizada con retroalimentación negativa en serie, debido a la adición del circuito amplificador de comparación T2, el cambio en el voltaje de salida UO es amplificado por T2 y luego controlado por el base del tubo de ajuste T1, de modo que se mejora el rendimiento de estabilización de voltaje del circuito. Cuanto mayor sea el valor β de T2, mejor será la estabilidad del voltaje de salida.
2. Ajuste el voltaje de salida
También mencionamos anteriormente que R3 ~ R5 son circuitos de muestreo. Dado que el circuito de muestreo está conectado en paralelo al extremo de salida del circuito estabilizador de voltaje, el voltaje de muestreo realmente pasa. Se obtiene dividiendo el voltaje de estas tres resistencias. Al seleccionar los valores de resistencia de R3 ~ R5, puede hacer que la corriente que fluye a través de la resistencia divisoria de voltaje sea mucho mayor que la corriente que fluye a través de la base de T2 seleccionando un valor de resistencia apropiado. En otras palabras, el efecto de derivación de la corriente base T2 se puede ignorar, de modo que el voltaje base T2 (UT2) B se puede determinar usando el método de cálculo de división de voltaje de resistencia.
Cuando R4 se desliza hacia arriba, el voltaje base T2 (UT2) B es:
El voltaje de salida en este momento es:
El voltaje de salida en este tiempo es el valor mínimo.
Cuando R4 se desliza hacia abajo, el voltaje base T2 (UT2) B es:
El voltaje de salida en este momento es:
El voltaje de salida en este tiempo es el valor máximo.
En el cálculo anterior, cuando (UT2)BE< A través del cálculo anterior, podemos ver que siempre que los valores de resistencia de R3 ~ R5 se seleccionen adecuadamente, se puede controlar el rango del voltaje de salida UO cambiando los valores de resistencia de. R3 y R5 pueden cambiar el valor límite del voltaje de salida UO. 3. Aumente la corriente de salida Cuando la corriente de salida no puede cumplir con los requisitos, la corriente de salida se puede aumentar utilizando un tubo regulador compuesto. Generalmente, existen cuatro métodos de conexión para tubos de ajuste compuestos, como se muestra en la Figura 4-2-7. Los tubos compuestos de la Figura 4-2-7 están todos conectados mediante un transistor de baja potencia T2 y un transistor de alta potencia T1. El tubo compuesto puede considerarse como un tubo de alta potencia con un factor de amplificación de βT1βT2, una polaridad consistente con T2 y una potencia de (PT1) PCM, y su corriente de conducción solo requiere (IT2) B. La Figura 4-2-8 es un diagrama de circuito de fuente de alimentación regulada con retroalimentación negativa en serie práctica. Este circuito utiliza el método de conexión de tubo compuesto de la Figura 4-2-7(a) para aumentar la corriente de salida. Además, se agrega un condensador C2. Su función principal es evitar la autooscilación. Una vez que se produce la autooscilación, C2 puede evitarlo. Fuente de alimentación lineal estable La fuente de alimentación lineal estable tiene la característica única de que el tubo de ajuste del dispositivo de potencia funciona en la región lineal y se estabiliza mediante la caída de voltaje entre los tubos de ajuste. . Debido a la gran pérdida estática del tubo de ajuste, es necesario instalar un radiador grande para disipar el calor. Y como el transformador funciona a frecuencia industrial (50 Hz), es pesado. Las ventajas de este tipo de fuente de alimentación son alta estabilidad, pequeña ondulación, alta confiabilidad, productos multicanal fáciles de hacer y productos de salida continuamente ajustables. Las desventajas son el gran tamaño, el peso elevado y la eficiencia relativamente baja. Hay muchos tipos de este tipo de fuente de alimentación estable, según las propiedades de salida, se pueden dividir en fuente de alimentación estabilizada por voltaje y fuente de alimentación estabilizada por corriente y fuente de alimentación estabilizada por voltaje y estabilizada por corriente (biestable) que integra estabilización de voltaje. y estabilización del flujo de corriente. Desde la perspectiva del valor de salida, se puede dividir en fuente de alimentación de salida de punto fijo, tipo de ajuste de interruptor de banda y tipo potenciómetro de ajuste continuo. Desde la indicación de salida, se puede dividir en tipo de indicación de puntero y tipo de pantalla digital, etc. Fuente de alimentación conmutada regulada por CC Un tipo de fuente de alimentación regulada que es diferente de la fuente de alimentación regulada lineal es la fuente de alimentación conmutada regulada por CC. Sus tipos de circuitos incluyen principalmente el tipo flyback de un solo extremo. , delantero de un solo extremo, medio puente, push-pull y puente completo. La diferencia fundamental entre esta y una fuente de alimentación lineal es que su transformador no funciona a la frecuencia industrial sino a decenas de kilohercios a varios megahercios. El tubo funcional no funciona en las áreas de saturación y corte, es decir, el estado de conmutación, de ahí el nombre de la fuente de alimentación conmutada; Las ventajas de la fuente de alimentación conmutada son el tamaño pequeño, el peso ligero, la estabilidad y la confiabilidad. La desventaja es que, en comparación con la fuente de alimentación lineal, la ondulación es mayor (generalmente ≤1%VO(P-P), buenas; puede alcanzar más de diez mV (P-P) o menos). Su potencia puede variar desde varios vatios hasta varios kilovatios. El precio oscila entre 3 yuanes y más de 100.000 yuanes/vatio. A continuación se muestran varios tipos de fuentes de alimentación conmutadas según las categorías habituales: 1 fuente de alimentación CA/CC Este tipo. El tipo de fuente de alimentación también se denomina fuente de alimentación primaria. Obtiene energía de la red eléctrica y obtiene una CC de alto voltaje mediante rectificación y filtrado de alto voltaje, que es utilizada por el convertidor CC/CC para obtener uno o varios voltajes CC estables. En el extremo de salida, se encuentran disponibles productos con potencias que van desde varios vatios hasta varios kilovatios para diferentes ocasiones. Existen muchas especificaciones y modelos de este tipo de producto, dependiendo de las necesidades del usuario. La fuente de alimentación primaria en la fuente de alimentación de comunicaciones (entrada AC220, salida DC48V o 24V) también entra en esta categoría. ② Fuente de alimentación CC/CC También llamada fuente de alimentación secundaria en sistemas de comunicación, es un voltaje de entrada de CC proporcionado por una fuente de alimentación primaria o un paquete de baterías de CC. Después de la conversión CC/CC, uno o varios CC. Los voltajes se obtienen en el extremo de salida. ③ Fuente de alimentación para comunicaciones La fuente de alimentación para comunicaciones es esencialmente una fuente de alimentación de convertidor CC/CC, pero generalmente utiliza una fuente de alimentación CC de -48 V o -24 V y utiliza una batería de respaldo para La fuente de alimentación de CC. La copia de seguridad convierte el voltaje de la fuente de alimentación de CC en el voltaje de funcionamiento del circuito. Generalmente, se divide en tres tipos: fuente de alimentación central, fuente de alimentación jerárquica y fuente de alimentación de placa única, siendo esta última la que tiene la mayor confiabilidad. ④ Fuente de alimentación de radio La entrada de la fuente de alimentación de radio es AC220V/110V y la salida es DC13.8V. La potencia depende de la potencia de la estación de radio suministrada. con varios amperios y cientos de amperios Para evitar que el corte de energía de la red eléctrica afecte el funcionamiento de la estación de radio, se requiere una batería como respaldo, además de generar un voltaje de 13,8 V CC. Este tipo de fuente de alimentación también tiene una función de conversión automática para la carga de la batería. ⑤ Fuente de alimentación del módulo Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, los requisitos de confiabilidad del suministro de energía y la relación capacidad/volumen son cada vez mayores. La fuente de alimentación del módulo se muestra cada vez más. su superioridad Tiene alta frecuencia de operación, tamaño pequeño, alta confiabilidad y es fácil de instalar y combinar para expandir la capacidad, por lo que se usa cada vez más. En la actualidad, aunque existen módulos correspondientes producidos en China, la tasa de fallas es alta porque la tecnología de producción no ha alcanzado los estándares internacionales. Aunque el costo de las fuentes de alimentación del módulo DC/DC es relativamente alto en la actualidad, desde la perspectiva del costo general del largo ciclo de aplicación del producto, especialmente los altos costos de mantenimiento y la pérdida de buena voluntad causada por fallas del sistema, es rentable elegir este módulo de potencia. También vale la pena mencionar aquí el circuito convertidor de Roche. Sus ventajas sobresalientes son una estructura de circuito simple, alta eficiencia y valores de ondulación cercanos a cero del voltaje y la corriente de salida. ⑥ Fuente de alimentación especial La fuente de alimentación de alto voltaje y baja corriente, la fuente de alimentación de alta corriente, la fuente de alimentación CA/CC de entrada de 400 Hz, etc. se pueden clasificar en esta categoría y Se puede seleccionar según las necesidades especiales. El precio de las fuentes de alimentación conmutadas es generalmente de 2 a 8 yuanes/vatio. El precio de las fuentes de alimentación especiales de baja y alta potencia es ligeramente superior, hasta 11-13 yuanes/vatio. Usos La fuente de alimentación estabilizada de CC [1] puede usarse ampliamente en defensa nacional, investigación científica, colegios y universidades, laboratorios, empresas industriales y mineras, electrólisis, galvanoplastia y motores de CC. , equipos de carga, etc.