工作原理:下圖所示為并聯型直流穩壓電源電路。220V電壓經變壓器降壓、全波橋式整流、電容濾波后,由穩壓二極管穩壓輸出直流電壓供給負載。輸出直流電壓等于電源變壓器二次電壓的90%,由于電路簡單,該電源用于要求不高的場合。
市電u1經過變壓器降壓后得到交流電壓u2,交流電壓u2經過單相橋式整流電路后獲得直流電壓U(U約等于1.2u2)。為了不使電路中產生電壓突變的情況,還要經過濾波電路,把電容和負載電阻并聯以便吸收脈動電流,并使輸出電壓保持平穩,經過整流濾波電路之后的輸出電壓和要求的直流電源還有相當的距離,為了能夠得到更加穩定的直流電源,整流濾波電路后還要經穩壓電路穩壓,這樣就得到了所求的直流電壓。
串聯型直流穩壓電源結構如下圖a)所示,可以看出,一個串聯型直流穩壓電源通常都是由變壓器、整流濾波器、調整器件、比較放大、基準電源和取樣6個部分組成,有些穩壓電源中還有過載或短路保護裝置。
從下圖b)可以看出,電路由變壓器T將220V降壓為10V,經VD1~VD4橋式整流,把交流10V變為脈動的直流電,經電容C1濾波,再經過穩壓、放大、取樣環節,使調整管VT2工作,輸出直流電Uo為6V。調整取樣電阻RP的大小,就可以使輸出電壓U0在6V內變化,該電路的輸出電流為200mA。
它的穩壓過程是:當輸出電壓發生變化時,通過電阻分壓器的“取樣”,與基準電源比較后,放大器將誤差信號放大,送到調整管的基極調整其管壓降,以達到穩定輸出電壓的目的。一般的講,放大環節的放大倍數越大,穩定度就越高。
下面對對照上圖a)所示串聯型直流穩壓電源框圖逐一分析如下:
基準電壓應是一個穩定性較高的直流電壓,否則若基準電壓值改變了,即使輸入不變,也會引起輸出電壓的變化,影響輸出電壓的穩定性。
目前,基準電壓往往采用硅穩壓二極管VS和R5取得,如上圖b)所示,穩壓二極管電路的關鍵是選擇限流電阻,其阻值應保證當輸入電壓最小時,流過穩壓二極管的電流也不小于維持穩定電壓下的最小電流;而當輸入電壓達到最大值時,應保證流過穩壓二極管的電流不大于它的最大允許電流。
取樣環節是一個電阻分壓器,由R1,R2,RP組成,如上圖b)所示,取樣環節的任務是將輸出電壓的一部分取出,加到比較放大器去,和基準電壓進行比較,以檢出輸出電壓變化值,并經放大后去控制調整環節。
比較放大器是將取樣電路得到的電壓與基準電壓進行比較,然后以兩者之差進行放大再去控制調整管以穩定輸出電壓。應該指出,比較放大器的增益將直接影響穩壓電源的質量指標。最簡單的比較放大器是一個單級直流放大器,如上圖b)所示,VT1組成單級直流放大器為比較放大環節。
調整環節是穩壓電源的核心環節,因為輸出電壓最后要依賴調整環節的調節作用才能達到穩定,而且穩壓電源能輸出的最大電流也主要是取決于調整環節。
調整環節是由工作在線性區域的調整管VT2組成,它的基極電流受比較放大器的輸出信號控制。由于穩壓電源的輸出電流全部要經過調整管,因此應保證所選用的調整管具有足夠的功耗和集電極電流。
三端可調正電壓、集成穩壓器的品種較多,三端指的是電壓輸入端、電壓輸出端和電壓調整端,正電壓指的是輸出為正電壓。國際流行的正電壓集成穩壓器有LM117/217/317系列、LM123系列、LM140系列、LM138系列和LM150系列等。下圖所示為采用LM317的三端可調直流穩壓電源電路,它是輸出電壓連續可調,并采用全波整流、電容濾波的直流電源,其交流電源變壓器的二次側采用對稱二次側,輸出直流電壓為變壓器二次電壓的90%。
LM317是三端可調正電壓集成穩壓器,它的穩壓精度高,輸出紋波小,一般輸出電壓為1.25~35V,其最大負載電流為1.5A,電路內部設置過流保護、芯片過熱保護及調整管安全工作區保護。它的工作溫度為0~150度,主要參數見下圖。
下圖所示為采用正/負電壓輸出集成穩壓器的正/負電壓輸出直流穩壓電源電路。變壓器的雙二次側輸出電壓為兩路24V,經全波整流后輸出的直流電壓為24VX0.9=21.6V。兩個1000微法電容器分別為兩個橋式整流電路的濾波電容。經過集成穩壓器穩壓后,分別輸出+15V及-15V的直流電壓。
集成穩壓器內部穩壓系統及紋波消除系統十分完善,因此濾波電容不必太大。特別是對目前使用廣泛的聲控燈開關,均使用這種正/負輸出直流穩壓電源供電。
本電路具有兩路直流穩壓電源,其中主電源輸出1.5V~30V連續可調,另一路輔助電源輸出5V固定電壓的直流電源供短路保護、聲光報警用。如主電路輸出端短路,則立即切斷變壓器二次側30V交流電路,進行全保護,同時伴有聲光報警,提醒用戶,待故障排除后,又恢復正常。本電路具有穩定、可靠、響應迅速的特點,可以解決一些直流電源無保護,頻繁燒壞元器件的問題。
1)主電源電路原理
如下圖所示,220V交流電經變壓器T1降壓,VD1~VD4橋式整流、電容C1濾波,LM317穩壓后,調節電位器RP,使直流輸出電壓為1.5~30V,觀看電壓表讀數。其中,HL為電源電壓指示燈,K為繼電器常閉觸頭,電容C2改善紋波和抑制過電壓,C3改善負載的瞬態響應。
2)短路保護與聲光報警電路
短路保護電路采用4N25光耦合器,利用輸出端對輸入端無反饋作用,信號只能單向傳遞的原理,實現光傳遞控制。光耦合器由發光二極管和光敏晶體管組成。R1,R2和4n25構成信號控制電路,控制VT1,VT2,K,BL組成音頻振蕩電路。電路正常時,直流輸出經R1,R2加至4N25的1,2腳,發光二級管發光,使5、4腳導通,VT1基極零偏而截至,音頻振蕩器不工作。當直流輸出短路時,電壓為零,發光二級管不工作,光敏晶體管截止,與R3分壓,給VT1基極提供正向偏流使其導通。VT2放大管工作,集電極上繼電器K線圈得電,串聯在T1二次側上的常閉觸頭斷開,切斷交流電源,綠色指示燈熄滅,對電路實現全保護。K常開觸頭閉合,發光二級管發光,音樂片電路工作,奏出一首美妙動聽的音樂,完成聲光同時報警,提示用戶。檢查排除故障后,電路又恢復。
3)輔助穩壓電源
輔助穩壓電源僅用于保護和聲光報警電路,主電路無短路時,輔助電源處于“待機”狀態,電路原理從略。電路排除故障期間,為了解除聲光報警,用復位按鈕S置“復位”。故障排除后,S2置“保護”狀態。
T1選擇220/30V,T2為220/9V,三端集成穩壓器為輸出電壓可調LM317,光耦合器選4N25,+6V輸出三端穩壓選用7806,VD1~VD4選用1N4007,VD5~VD8為1N4001,RP選用6.8千歐電位器,K選用JRX-13F小型功率繼電器,VT1為3DG12,VT2為3CG21。