揭秘电压调节器(稳压器)的工作原理及类型
2024-03-26 10:33:50 7,249
电压调节器(稳压器)是一种电子器件或电路,用于控制电路中的电压水平,以确保在电源电压波动或负载变化时,输出电压能够保持在设定的稳定水平。它们通常用于各种电子设备和电源系统中,以提供稳定的电压供应。
电压调节器(稳压器)的工作原理是通过不同的控制技术(例如反馈控制、开关控制等)来调整其输出电压,以抵消输入电压的变化。
稳压器类型
开关稳压器
它利用输出级反复切换“开”和“关”状态,与储能元件(#电容器#和#电感器#)一起产生输出电压。其调整是通过根据输出电压的反馈样本调整开关时序来实现的。当其频率固定时,通过调节开关电压的脉冲宽度来调节开关时序,即所谓的PWM控制。在门控振荡器 或脉冲模式电压调节器中,开关脉冲的宽度和频率保持恒定,但输出开关的“开”和“关”状态由反馈控制。
根据开关和储能元件的布置,产生的输出电压可以大于或小于输入电压。它可用于产生多个输出电压。大多数情况下,在输入电压和输出电压要求相同的情况下,开关稳压器比线性稳压器转换电源的效率更高。
线性稳压器
线性稳压器 使用在其线性区域运行的晶体管或 FET 从应用的输入电压中减去多余的电压,以产生稳压的输出电压。所谓压降是指#稳压器#维持输出电压在其额定值100mV以内所需的输入电压与输出电压之差的最小值。具有正输出电压的 LDO 通常使用功率晶体管(也称为传输器件)作为 PNP。这种晶体管允许饱和,因此可以有很低的压降,通常在200mV左右;相比之下,使用NPN复合功率晶体管的传统类型的压降 约为2V。负输出LDO采用NPN作为其传输器件,其工作方式与正输出LDO的PNP器件类似。
CMOS功率晶体管可以提供最低的压降。对于 CMOS,通过调节器的唯一压降是由电源负载电流的导通电阻引起的。如果负载较小,这种方法产生的压降只有几十毫伏。
稳压器的工作原理
由于有些电器含有线圈组件,在刚通电时会产生阻碍电流的涡流。涡流的产生不仅会使电器启动时的瞬时电压减弱,导致启动缓慢,而且会使电路断路后产生的瞬时电压加强,可能产生火花损坏电路。这时就需要一个稳压器来保护电路的正常工作。
稳压器由稳压电路、控制电路和伺服电机组成。当输入电压或负载变化时,控制电路对其进行采样、比较、放大,然后驱动伺服电机旋转,改变调节器碳刷的位置,自动调节线圈匝数比,保持输出电压稳定。
现如今,电气设备日益增多。但输配电设施老化、发展滞后以及设计不良、供电不足,导致终端用户电压过低,而终端用户电压往往偏高。对于电气设备,尤其是对电压要求严格的高科技、精密设备来说,这种情况就像一颗不合时宜的炸弹。作为公共电网,公用电力系统连接着数千个各种负载。一些较大的感性、容性、开关电源等负载,不仅从电网获取电能,还会使电网或当地电网的供电质量恶化,导致市电电压波形畸变或频率漂移。此外,意外的自然和人为事故,如负荷电压过高、地震、雷击、输变电系统断路、短路等,都会危及电力的正常供应,影响电力系统的正常运行加载。
电压不稳定会造成致命伤害或设备故障,影响生产,造成交货延误和质量不稳定。同时加速设备老化,影响使用寿命,甚至烧毁零部件,使业主面临维修麻烦或需要在短时间内更新设备,浪费资源;严重时甚至可能发生安全事故,造成不可估量的损失。因此,电气设备,特别是对电压要求严格的高科技、精密设备,必须使用稳压器。
稳压器实际应用
稳压器(#电压调节器#)在电子和电力工程中有着广泛的用途,其主要作用是确保电路中的电压保持在稳定的水平。以下是稳压器的一些主要用途:
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电子设备电源:稳压器通常用于电子设备和电子系统中,例如计算机、手机、电视机、音频设备等的电源模块中,以确保这些设备获得稳定的电压供应。
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通信系统:在通信设备和网络设备中,稳压器用于稳定供电,确保通信设备能够在不同的电源条件下可靠地工作,以保证通信的质量和稳定性。
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工业控制系统:在各种工业自动化和控制系统中,稳压器用于提供稳定的电压,以确保各种传感器、执行器和控制器的正常运行。
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医疗设备:在医疗设备中,稳压器用于提供稳定的电源,以确保各种医疗设备如心电图机、医用成像设备等能够安全、稳定地运行。
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实验室和测试设备:在科学实验室、测试实验室以及各种测试设备中,稳压器用于提供精确的电源,以确保实验和测试的准确性和可靠性。
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电力系统:在电力系统中,稳压器用于调节输电线路上的电压,以确保电网中的电压保持在合适的范围内,以保护设备并提供稳定的电力供应。
稳压器在许多领域都扮演着至关重要的角色,通过提供稳定的电压来确保电子设备和系统的正常运行,并保护它们免受电压波动和干扰的影响。