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調(diào)整管是穩(wěn)壓電源中的輸出功率管。它在穩(wěn)壓電源電路中相當(dāng)于可調(diào)電阻,隨輸入電壓的波動,由取樣管取樣后隨時調(diào)整該管的導(dǎo)通程度,以達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的。整流管的導(dǎo)通程度不同。
調(diào)整管CE間的電壓也不同。輸入電壓高時調(diào)整管CE間的電壓高。輸入電壓低時調(diào)整管CE間的電壓就低。比穩(wěn)壓輸出高的電壓全部加在調(diào)整管上了。調(diào)整管的功率損耗大,所以調(diào)整管都有散熱器。下圖為一只三腳調(diào)整管。
所謂串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,就是在輸入直流電壓和負(fù)載之間串入一個三極管,其作用就是當(dāng)q或RL發(fā)生變化引起輸出電壓Uo變化時,通過某種反饋形式使三極管的UcP也隨之變化,從而調(diào)整輸出電壓玩,以保持輸出電壓基本穩(wěn)定。由于串入的三極管是起調(diào)整作用的,故稱為調(diào)整管。
圖(a)所示是基本的調(diào)整管穩(wěn)壓電路.圖中三極管Ⅵ’為調(diào)整管。為了分析其穩(wěn)壓原理,我們將圖(a)所示的電路改畫成圖(b)所示的形式,這時我們可清楚地看到,它實(shí)質(zhì)上是在圖所示電路的基礎(chǔ)上再加上射極跟隨器而組成的。根據(jù)電路的特點(diǎn)可知,乩和Uz是跟隨關(guān)系,因此只要穩(wěn)壓管的電壓Uz保持穩(wěn)定,則當(dāng)?shù)\和IL在一定的范圍內(nèi)變化時,乩也能基本穩(wěn)定。加了跟髓器后的突出特點(diǎn)是帶負(fù)載的能力加強(qiáng)了。
一般認(rèn)為線性穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換效率低但輸出紋波電壓低,而開關(guān)式DC/DC變換器的轉(zhuǎn)換效率高,但它的輸出紋波電壓很高(比線性穩(wěn)壓器高1~2個數(shù)量級)。如果采用功率MOSFET作調(diào)整管,可以組成超低壓差線性穩(wěn)壓器,它不僅輸出紋波電壓小,而且其轉(zhuǎn)換效率可以與DC/DC變換器媲美。
便攜式電子產(chǎn)品希望電池壽命長(或兩次充電之間的時間間隔長),本文介紹的超低壓線性穩(wěn)壓器可滿足這種要求,并且有較好的輸出精度。
線性穩(wěn)壓器電路筆者采用Si9933功率MOSFET作調(diào)整管設(shè)計了~個由電池供電(輸入電壓6V),輸出5V電壓,輸出電流500mA的線性穩(wěn)壓器電路,如下圖所示。它與一般的線性穩(wěn)壓器電路基本相同,為了提高基準(zhǔn)電壓的精度,這里采用TL431精密可調(diào)基準(zhǔn)電壓源來代替一般的穩(wěn)壓二極管。這是因?yàn)橐话愕姆€(wěn)壓二極管在3V以下的精度差,其動態(tài)電阻Rz=30Ω左右。另外,這里設(shè)了一個微調(diào)電位器RP,可使在空載時調(diào)整RP獲得所需的初始電壓(因?yàn)門L431的基準(zhǔn)電壓典型值是2.495V.最小值是2.470V,最大值是2.520V)。
其工作原理如下:如果輸出電壓VOUT有所增加,即輸出電壓↑,VT3基極電壓↑,VT3的IC3↑,R3上的電壓降↑,VT2的VBEt,VT2的ic2↑,R2上的壓降↑,使R1上的壓降↓,即P管的-VGS↓,P管的內(nèi)阻↑.使VOUT輸出電壓↓。
電源基本用的是這個圖,MOS管直接替換成IGBT,限流取樣電阻略有變化0.3Ω左右。在2A左右保護(hù)(實(shí)測)。
如圖所示,220v電壓經(jīng)變壓器B降壓、D1-D4整流、C1濾波。此外D5、D6、C2、C3組成倍壓電路(使得Vdc=60V),Rw、R3組成分壓電路,T1431、R1組成取樣放大電路,9013、R2組成限流保護(hù)電路,場效應(yīng)管K790作調(diào)整管(可直接并聯(lián)使用)以及C5是輸出濾波器電路等。穩(wěn)壓過程是:當(dāng)輸出電壓降低時,f點(diǎn)電位降低,經(jīng)T1431內(nèi)部放大使e點(diǎn)電壓增高,經(jīng)K790調(diào)整后,b點(diǎn)電位升高;反之,當(dāng)輸出電壓增高時,f點(diǎn)電位升高,e點(diǎn)電位降低,經(jīng)K790調(diào)整后,b點(diǎn)電位降低。從而使輸出電壓穩(wěn)定。當(dāng)輸出電流大于6A時,三極管9013處于截止,使輸出電流被限制在6A以內(nèi),從而達(dá)到限流的目的。本電路除電阻R1選用2W、R2選用5W外,其它元件無特殊要求,其元件參數(shù)如圖3所示。
另外k790完全可以用K72515A500V125W的管子代替。因?yàn)槭请妷盒推骷?,不用考慮驅(qū)動問題。
在穩(wěn)壓電源中,負(fù)載電流Ifz要流過調(diào)整管,輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管,這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極,而比較放大電路供不出所需要的大電流,另一方面,調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù),才能有效地提高穩(wěn)壓性能,但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法,是給原有的調(diào)整管再配上一個或幾個“助手”,組成復(fù)合管。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖5一24所示。
用復(fù)合管做調(diào)整管時,BG2的反向電流Iceo2將被放大,尤其是采用大功率鍺管時,反向截止電流Icbo比較大,并隨溫度增高按指數(shù)增加,很容易造成高溫空載時穩(wěn)壓電源的失控,使輸出電壓Usc增大。誤差信號ΔUsc經(jīng)放大加到BG2的級基極來減少Ic人,可能迫使BG2截止。為了使調(diào)整管在不同溫度下都工作在放大區(qū),常在BG1的基極加電阻(R7)接到電源的正極(如圖5一24)或負(fù)極。在溫度或負(fù)載變化不大或全用硅管時,可不加這個電阻。
在穩(wěn)壓電路中,要采取短路保護(hù)措施,才能保證安全可靠地工作。普通保險絲熔斷較慢,用加保險絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用,而必須加裝保護(hù)電路。
保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是,當(dāng)輸出電流超過某一致值時,使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài),從而截止,自動切斷電路電流。
保護(hù)電路的形式很多。圖5-25是二極管保護(hù)電路,由二極管D和檢圖5-25二極管保護(hù)電路測電阻R0組成。正常工作時,雖然二極管兩端的電壓上低下場,但二極管仍處于反向截止?fàn)顟B(tài)。負(fù)載電流增大到一定數(shù)值時,電阻RO上的壓陷ROIe加大,使二極管導(dǎo)通。由于UD=Ube1+ROIe,而二極管的導(dǎo)通電壓UD是一定的,則Ube1被迫減小,從而使Ie限制到一定值,達(dá)到保護(hù)調(diào)整管的目的。在使用時,二極管要選用UD值大的。
圖5-26是三極管保護(hù)電路。由三極管BG2和分壓電阻R4、R5組成。電路正常工作時,通過R4與R5的壓作用,使得BG2的基極電位比發(fā)射極電位高,發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是BG2處于截止?fàn)顟B(tài)(相當(dāng)于開路),對穩(wěn)壓電路沒有影響。當(dāng)電路短路時,輸出電壓為零,BG2的發(fā)射極相當(dāng)于接地,則BG2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)(相當(dāng)于短路),從而使調(diào)整管BG1基極和發(fā)射極近于短路,而處于截止?fàn)顟B(tài),切斷電路電流,從而達(dá)到保穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求。
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