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直流高壓電源的工作原理、應用及前景

2016年04月17日

 一、直流高壓電源的工作原理

  直流穩壓電源是一種將220V工頻交流電轉換成穩壓輸出的直流電壓的裝置,它需要經過變壓、整流、濾波、穩壓四個環節才能完成。

  四個環節的工作原理如下:

  (1)直流高壓電源變壓器:是降壓變壓器,它將電網220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓,并送給整流電路,變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。

  (2)直流電源整流濾波電路:整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經濾波電路濾除較大的紋波成分,輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。

  (3)直流電源濾波電路:可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電壓各濾波電容C滿足RL-C=(3~5)T/2,或中T為輸入交流信號周期,RL為整流濾波電路的等效負載電阻。

  (4)直流電源穩壓電路:穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定,不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。常用的集成穩壓器有固定式三端穩壓器與可調式三端穩壓器。常用可調式正壓集成穩壓器有CW317(LM317)系列,它們的輸出電壓從1.25V-37伏可調,最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內有過渡、過熱和安全工作區保護,最大輸出電流為1.5A。其典型電路如下圖,其中電阻R1與電位器R2組成輸出電壓調節器,輸出電壓Uo的表達式為:Uo=1.25(1+R2/R1)式中R1一般取120-240歐姆,輸出端與調整端的壓差為穩壓器的基準電壓(典型值為1.25V)。

  二、直流穩壓電源的應用

  直流穩壓電源是電子技術領域不可缺少的設備,常見的直流穩壓電源,大都采用串聯式反饋式穩壓原理,通過調整輸出端取樣電阻支路中的電位器來調整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調整范圍窄,使普通直流穩壓電源難以實現輸出電壓的精確調整。

  三、直流穩壓電源的前景

  近幾年隨著科技的發展,直流穩壓電源的工作頻率有原來的幾十千赫發展到現在的幾百千,但是和西方的發達國家還是有一定的差距;以美國為首的幾個發達國家在這方面的研究已經轉向高頻下電源的拓撲理論、工作原理、建模分析等等方面技術領先;因此,直流穩壓電源的研制及應用在此方面與之也從在很大的差距。量值上近似地等于電源兩極間的電位差或電壓。
 
  為了取得較高的直流電壓,常將直流電源串聯使用,這時總電動勢為各電源的電動勢之和,總內阻也為各電源內電阻之和。由于內阻增大,一般只能用于所需電流強度較小的電路。為了取得較大的電流強度,可以將等電動勢的直流電源并聯使用,這時總電動勢即為單個電源的電動勢,總內阻為各電源內電阻的并聯值。
 
  直流電源的類型很多,不同類型的直流電源中,非靜電力的性質不同,能量轉換的過程也不同。在化學電池(例如干電池、蓄電池等)中,非靜電力是與離子的溶解和沉積過程相聯系的化學作用,化學電池放電時,化學能轉化為電能和焦耳熱在溫差電源(例如金屬溫差電偶、半導體溫差電偶)中,非靜電力是與溫度差和電子的濃度差相聯系的擴散作用,溫差電源向外電路提供功率時,熱能部分地轉化為電能。在直流發電機中,非靜電力是電磁感應作用,直流發電機供電時,機械能轉化為電能與焦耳熱。在光電池中,非靜電力是光生伏打效應的作用,光電池供電時,光能轉化為電能和焦耳熱。