對普通電源及開關電源的分析

張朋朋　王丹東　李斌　李志強

摘 要 電源是各種電子、電氣設備工作的動力，是自動化部件不可缺少的組成部分。電源設備廣泛應用于科學研究、經濟建設、國防設施及人民生活等各個方面，是電子設備和機電設備的基礎，它與國民經濟各個部門相關，在工農業生產中應用最為廣泛?？梢哉f，凡是涉及電子和電工技術的一切領域都要用到電源設備（或器件），它不僅僅是提供優質電能，還對科學技術的發展產生巨大的影響，從而可以看出電源技術的研究對國民經濟的發展具有重大意義。

關鍵詞 電源 線性穩定電源 開關型直流穩壓電源

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A

1 電源的分類

直流穩定電源按習慣可分為化學電源，線性穩定電源和開關型穩定電源，它們又分別具有各種不同類型：

1.1 化學電源

我們平常所用的干電池、鉛酸蓄電池、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池均屬于這一類，各有其優缺點。隨著科學技術的發展，又產生了智能化電池；在充電電池材料方面，美國研制人員發現錳的一種碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放電時間長，多次充電后仍保持性能良好的環保型充電電池。

1.2 線性穩定電源

線性穩定電源有一個共同的特點就是它的功率器件調整管工作在線性區，靠調整管之間的電壓降來穩定輸出。由于調整管靜態損耗大，需要安裝一個很大的散熱器給它散熱，而且由于變壓器工作在工頻（50Hz）上，所以重量較大。

這類電源的優點是：（1）電源穩定性及負載穩定性較高，可靠性高；（2）輸出紋波電壓??；（3）瞬態響應速度快；（4）線路結構簡單，便于輸出連續可調的成品，也便于維修；（5）沒有開關干擾。

線性穩壓電源的缺點是：（1）功耗大，效率相對較低，一般只有45%；（2）體積大、較笨重、不能微小型化；（3）必須有較大的濾波電容。

造成這些缺點的原因是：（1）調整管在電源的整個工作中，一直都工作在晶體管的線性放大區，調整管本身的功耗與輸出電流成正比，這樣調制管本身的功耗就會隨電源的輸出功率的增大而增大，使調制管急劇發熱。為了保證管子能正常工作，除選用功率大的管子外，還必須給管子加上較大的散熱片。（2）線性穩壓電源使用了50HZ工頻變壓器，通常，這種變壓器的效率只有80%～90%。這樣不但增加了電源的體積和重量，而且也大大降低了電源的效率。（3）由于線性穩壓電源的工作頻率較低，僅為50HZ，所以要降低輸出電壓中紋波電壓的峰峰值，就必須增大濾波電容的容量。

這類穩定電源又有很多種，從輸出性質可分為穩壓電源和穩流電源及集穩壓、穩流于一身的穩壓穩流（雙穩）電源。從輸出值來看可分定點輸出電源、波段開關調整式和電位器連續可調式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數字顯示式型等等。

1.3 開關型直流穩壓電源

與線性穩壓電源不同的一類穩電源就是開關型直流穩壓電源，它的電路型式主要有單端反激式，單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區別在于它變壓器不工作在工頻而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲。功能管不是工作在飽和及截止區即開關狀態；開關電源因此而得名。

開關電源的優點是：（1）體積小，重量輕；（2）功耗小，效率高；（3）穩壓范圍寬；（4）濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減?。唬?）電路形式靈活多樣，能設計出滿足應用于不同場合的穩壓電源。開關電源相對于線性電源來說紋波較大（一般≤1%VO（P-P），功率調整管工作在開關狀態，它產生的交流電壓和電流會通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振干擾。

2 電壓的相關數值

2.1 負載變化對輸出電壓影響

（1）負載調整率（也稱電流調整率）

在交流電源額定電壓條件下，負載電流從零變化到最大時，輸出電壓的最大相對變化，用百分數表示：

= ？100 / 100

（2）輸出電阻（也稱內阻）

在額定輸出電壓條件下，負載電流變化引起輸出電壓的變化，則輸出電阻為：

= | |

2.2 穩壓系數

穩壓系數有絕對穩壓系數和相對穩壓系數兩種。絕對穩壓系數表示負載不變而輸入交流電壓變化時，穩壓電源輸出直流電壓變化量與輸入交流電壓變化量之比，即：

=

它表示輸入交流電壓變化時，引起的輸出電壓變化量。絕對穩壓系數值越小越好。越小說明同一引起的越小，輸出電壓就越穩定。這種表示方法在工程中常常用到。相對穩壓系數表示負載不變時，穩壓電源輸出直流電壓的相對變化量 / 與輸入交流電壓的相對變化量/之比：

=

電壓調整率表示負載電流為額定值時輸入交流電壓在額定值上下變化 ？10%時，穩壓電源輸出電壓的相對變化量（百分數）：

= ？100 / 100

一般直流穩壓電源的電壓調整率為1%、0.1%、0.01%等。有時也可用絕對值表示。

2.3 電壓調整率

輸入電壓相對變化為？0%時的輸出電壓相對變化量，穩壓系數和電壓調整率均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響，因此只需測試其中之一即可。

2.4 輸出電阻及電流調整率

輸出電阻與放大器的輸出電阻相同，其值為當輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比的絕對值。電流調整率：輸出電流從0變到最大值時所產生的輸出電壓相對變化值。

2.5 紋波電壓

（1）最大紋波電壓。在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波電壓的絕對值大小，通常以峰值或有效值表示。

（2）紋波系數。在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波電壓的有效值Urma與輸出直流電壓之比，即：

= ？100 / 100

總結：電源廣泛應用于科學研究、經濟建設、國防設施等各個方面，與人們生活息息相關。因此，基于電源的重要性，對其進行的分析是具有現實意義的。

參考文獻

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