Tag: 稳压器

稳压器工作原理

稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备,其作用是将波动较大和不合用电器设备要求的电源电压稳定在它的设定值范围内,使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。所以使用稳压器,对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备来说是必不可少的。

稳压器主要有调整电路、取样电路、取样放大以及基准电路等组成,当输入电压或负载变化时,调整电路进行取样、比较、放大,然后驱动伺服电机转动,使调压器碳刷的位置改变,通过自动调整线圈匝数比,从而保持输出电压的稳定。容量较大的稳压器,还采用电压补偿的原理工作。

下图为带补偿式单相交流稳压器原理图,它主要由调压变压器T1和补偿变压器T2组成。

从上图中可以看出,补偿变压器低压侧的线圈串联在稳压器的主回路中,所以这种稳压器输出的能量主要是通过补偿变压器的低压侧线圈直接给输出负载的,只要把补偿变压器的二次线圈的线径做得足够大,稳压器的功率就可以做得很大。

调压变压器T1只要负担输入电压与输出电压的差额部分,按稳压器可允许的输入变化范围的大小不等,调压变压器T1的功率大小往往是稳压器实际容量的几分之一,这由稳压器的配比这个参数来决定调压变压器的大小.

如下图所示,为单相SVC直接调压稳压器的工作原理图,其主要工作原理如下:

A点为单相稳压器输入侧,B点为输出侧。其实这一类用调压器直接调压式的稳压器就是利用自耦变压器的原理做成的。

这种稳压器的取样电路时刻监视稳压器的输出两点间电压,输出电压升高时,控制电机朝自耦变压器降压的方向移动(A点所对应的箭头向上移动),当输出电压达到所要的电压时,停止控制电机运动。反之控制电路则控制电机朝自耦变压器升压的方向转动(A点所对应的箭头向下移动),直至达到所要的电压时停止。

各种降压稳压器的设计和工作原理

IC还可应用到各类设计中,如反相电源、双极性电源以及单个或多个独立电压输出的隔离电源。本文介绍了各种

瑞萨电子ISL8541x系列降压稳压器IC具有集成的上管和下管FET、内部启动二极管和内部补偿,可最大限度地减少外部元件数量,实现非常小尺寸的整体解决方案。此外,该系列稳压器IC具有3V~40V的宽输入电压范围,可支持多节电池和各种稳压电压输出。本文将以ISL85410降压稳压器IC为例详细解释各种应用设计。

电源设计中,当所需电压低于系统中的可用电压时,则需要使用降压转换器。例如,采用12V电池作为输入电压的系统,需要输出5V、3.3V或1.2V电压,以便为微控制器、I / O、存储器和FPGA供电。通过有效地将高电压转换为低电压,降压转换器可延长系统内的电池寿命、减少散热并提高可靠性。图1为使用ISL85410降压稳压器IC的降压转换器的简化原理图。

输出电压与输入电压具有相同的极性,连续导通模式(CCM)中的电压转换率可表示为:

(1)其中D是占空比,范围从0到1,表示输出电压(VOUT)始终小于或等于输入电压(VIN)。

虽然电子系统通常使用正电压,但有时也需要使用负电压。在这种情况下,需要反相电源用正输入生成负电压。为满足这些应用需求,比较常见的解决方案之一是使用反相降压-升压转换器。

图2比较了降压转换器与反相降压-升压转换器的功率级,表明可以通过切换FET Q2和电感L1来获得反相降压-升压转换器。这种拓扑变化会产生不同的电压转换比和输出电压的反相极性:

(2)在反相降压-升压转换器中,输出电压幅度可以高于或低于输入电压,并且输出电压相对于输入电压源的接地是负的。

反相降压-升压转换器可采用高度集成的降压稳压器IC实现。如图3所示,使用ISL85410降压稳压器的简化电路。将降压稳压器配置为反相降压-升压转换器时,需要注意两个重要区别。第一,输入电压的(VIN)返回(RTN)连接。图1所示的降压转换器,输入电压的RTN同时也是接地端(即降压调节器的AGND/PGND引脚),而在反相降压-升压转换器中输入电压的RTN和接地端不再相同。因此,在实现反相降压-升压转换器时,必须在VIN引脚和RTN(而非AGND/PGND引脚)上施加输入电压源。

第二,VIN引脚上的电压应力需参考AGND引脚。无论输出电压如何,降压转换器中的电压始终等于输入电压(VIN)。相比之下,反相降压 – 升压转换器中的VIN引脚必须能够承受输入电压和输出电压之和(V IN + V OUT)。例如,在将24V转换为-5V的设计中,VIN引脚上的电压应力为29V而不是24V。必须谨记VIN引脚上的电压应力不应超过IC数据表中规定的绝对最大额定电压。

许多应用,如运算放大器和数据采集系统,都需要双极性±5V或±12V电源。一种常见的方法是使用单个开关调节器以及耦合电感器(通常也称为变压器)来产生负电压和正电压输出。图4展示了如何使用降压转换器和反相降压-升压转换器来生成双极性电源。

如图4(a)所示,首先将ISL85410降压稳压器配置为调节正输出VOUT+的降压稳压器,然后通过增加额外的耦合绕组产生负输出VOUT-。若对正输出VOUT+就像在降压转换器中那样进行调节,则负输出VOUT-与VOUT+数值一样(简单起见,整流二极管D1的正向电压降被忽略),但具有相反的极性。

图4. 使用降压方法(a)或反相降压-升压方法(b)的双极电源简化原理图