提高串联稳压电源效率的途径

提高串联稳压电源效率的途径2007年第10期（总第107期）胡绍忠（新余高等专科学校，江西新余338031）【摘要】相比之下，使用最广泛的一般串联稳压直流电源的效率则是比较低的。提高这些稳压电源的效率，不仅能降低功耗，提高经济效益，而且有利于提高电子设备，整机的可靠性。【关键词】稳压电源；效率；功耗在目前种类繁多的直流稳压电源中，开关型串联稳压电源及硅可控制式稳压电源的效率是比较高的。相比之下，使用最广泛的一般串联稳压直流电源的效率则是比较低的。提高这些稳压电源的效率，不仅能降低功耗，提高经济效益，而且有利于提高电子设备，整机的可靠性。一般来说，串联反馈式稳压电源可用图1所示的简化形式来表示。其中，T为调整系统，集成运放部分为比较放大环节，Uz表示基准电压，集成运放反向输入端上下偏电阻组成分压取样电路，输出接直流负载。另外，r表示整流滤波部分的内阻，Ui为稳压电源系统的直流输入电压，U0表示电路的输出电压。在忽略了电路的其他损耗的情况下，电路最大效率可表示为：ηmax≈UO/Ui=UO/（Ur+UT+UO）式中，Ur为整流滤波部分的直流压降（如变压器次级绕组的下降、整流管正向压降）UT为调整管集一射极间的压降Uce(即Uce=Ucb+Ube)。由上式不难看出，要提高效率ηmax可有三条途径，一是提高输出电压；二是降低整流滤波部分的压降，三是降低调整管的压降。１尽可能高的选择输出电压对于一个固定的整流电路来说，通常Ur是基本不变的，UT也相对是固定的。因此，输出电压U。选择的越高，则它的效率也就越高，图2是一般电子设备稳压电源电路。图中若采用硅二极管桥式整流，则整流部分的压降约为2V左右，若忽略了变压器次级的内阻，则Ur≈2V，为便于计算，我们就设Ur=2V调整管的压降通常要大于1v（对锗管而言），我们也设Ut=1v。在这种情况下，若输出电压U0为4.5V，则可计算出ηmax=UO/（Ur+UT+UO）=4.5/（2+1+4.5）=60%，若UO为6V，则效率就为66.7%，若选择UO为9V，则效率可达到75%。当然输出的电压U0的提高到负载电路的限制，例如负载电路中的电解电容及晶体管耐压的限制等，但在负载电路允许的条件下，尽可能提高电源电压，对电源本身效率的提高无疑是有利的。２降低整流内阻的电压降这里所说的整流内阻r，包括变压器次级绕组的直流电阻，及整流二极管的正向电阻，通常在小电流情况下，绕组的直流电阻可以忽略不计。降低整流管的电压降可采取两个措施，其一是改桥式整流为全波整流，这样压降可以降低一半，若再将全波整流二极管采用锗元件，则因锗二极管的压降比硅管低，而低压降进一步降低一半，仍以图2为例，假定UT为IV，UO为4.5V，采用硅全桥整流时，Ur为2V，则此时ηmxa=4.5/（1+2+4.5）=60%；若将电路改为锗管全波整流，此时Ur为0.5V，则ηmxa=0.5/（1+2+4.5）=75%。当然，锗整流元件的反向电流比硅元件的要大一些，但问题不大，因在低电压的情况下，反向损耗可以忽略不计。３降低调整系统的电压降UT调整管的管压降受限于管子的输出功率及线性工作范围，也就是说，它必须大于管子的饱和压降才能使它工作在线性范围内，另一方面则要小于管子的击穿电压。如果单纯从提高效率来考虑，UT应取下限，即大于管子的饱和压降即可。对锗管来说，一般选UT为1～2V，而硅调整管则要先UT为2～4V左右。故在低输出电压的情况下，若用锗调整管代替硅调整管，则会对提高效率有利。我们仍以图2为例，假定Ur选最低值0.5V，UO为4.5V，若调整管为硅管UT为2V，则ηmax=64.3%，如将调整管改为锗管，则UT为1V，此时ηmax=75%。上面讨论的是调整管为单一管的情况，然而在一般情况下，调整环节均采用复合管的形式，见图3。图3所示电路为串联负反馈稳压电源的最一般形式，由于它是用电压源控制调整管起作用，故称之为电压控制型稳压电源。由于图中的调整管采用了复合管（两只晶体管复合成达林顿）形式，UT就要增加0.7V，即UT=Ube1+Uce2=0.7+2=2.7V。若Ur为2V，UO选12V，则此时ηmax=12/（2+2.7+12）=72%如果将调整管基极的控制形式由电压控制改为电流控制（即调整管的基极是由电流源激励的），那么它的效率会大大提高，其电路如图4所示。由图可见，比较放大器的输出端没有直接在调整管的基极，而是经BG2转换成电流信号（比较放大器输出电压U的变化，引起BG2的集电流的变化）后再接至调整管的基极。因调整管基极与BG2的集电极串接，故Ib1=Ic2，电压U的变化导致Ib1的变化，从而调节了UCEO在这里起调整作用提是调整管的基极电流，若BG1的直流放大倍数为β，则电路的输出电流IO=βIb1，电路的输出电压为UO=IORL=Ib1β·RL。当因某种因素引起输电压UO降低时，会使比较放大器输出电压U上升，BG2集电极电流随之增大，Ib1也增大，IO（=βIb1）增大，使UO升高，最后使得输出电压保持不变。当然，反之也是一样。在这个电路中，调整管提集一射之间电压UCE为0.5V，电路即可正常工作，若选Ur为0.5V，U0为12V，则ηmax=12/(0.5+0.5+12)=92.3%。对于一般如图3所示的串联稳压电源，为了提高其精度，UT往往选用比较大，UT的增大与效率的提高相矛盾。为了解决这个矛盾，常常采用辅助稳压电源。即除主调整管外，其他管子的供电是采用另外辅助电源，由于辅助电源的电压可提高,可以提高电源的精度,而主调整的输入电压相对偏低，以提高电源的效率。因辅助电源负载电流较少，故可用主绕组进行倍压整流来获得，一方面提高其精度，同时倍压整流经过整流以后直接送调整管。这样电源的精度和效率便得到较大提高。参考文献[1]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社,2001.[2]谢嘉奎.电子线路线性部分（第四版）[M].高等教育出版社,2002.[3]秦曾煌.电子技术（第五版）[M].高等教育出版社,2001.提高串联型开关稳压电源效率的途径评论推荐下载全文收藏本文赵东明张华锋齐齐呈尔市政财政信息站《齐齐哈尔大学学报：自然科学版》1999年第15卷第1期核心期刊论文速发快发（点击进入）国家级期刊论文快速发表（点击进入）摘要:本文从理论上分析了影响开关电源效率的各种因素，并给出了提高效率的途径和方法。页数:共4页页码范围:15-18页关键词:串联型开关稳压电源效率开关率开关电源学科分类:TM564[工业技术电工技术电器开关电器、断路器各种开关]相关文章:主题相关参考文献(4篇)耦合文献(1篇)参考文献+更多[1]E．C格列伊维尔.直流开关稳压器[M].北京:国防工业出版社,1974.35.[2]周新伦.一种线性调宽式形状稳压器的分析[J].武汉：华中工学院学报,1975:74.[3]乔可君.脉宽调制开关稳压器.电源技术年会文集[M].,1978..[4]全弘林.如何减少开关管瞬态损耗的再分析.电源技术年会文集[M].,1978..相关文章+更多软开关变频电源在照明设备中的应用谈谈开关电源效率及开关噪声光电开关3KY—1压力开关的可靠性设计探讨IEEE发起制定4项新的电力开关标准工作涡流接近开关输出波形质量影响研究限流开关在LED驱动电路上的应用基于ARM9嵌入式系统的矿用组合开关研究无线开关传感网络研究封闭式开关设备误操作统计分析要关注直流稳压电源的效率问题下载PDF阅读器在使用、维修直流稳压电源的工作中,我们经常遇到调整管被烧坏的问题.经长期的观察、分析、测量,我们认为,调整管被烧的原因有不少是设计制作中的问题,即忽略了直流稳压电源的效率设计.作者：王栋才孔德杰作者单位：刊名：电气时代英文刊名：ELECTRICAGE年，卷(期)：2001(4)分类号：关键词：机标分类号：TN8TN7机标关键词：直流稳压电源调整管设计制作效率维修测量基金项目：关于可调直流稳压电源的“效率”问题可调直流稳压电源2008-10-1311:24:38阅读34评论0字号：大中小订阅本文关键字:可调直流稳压电源关于可调直流稳压电源的“效率”问题数十年来，在可调直流稳压电源的技术指标里没有“效率”这个概念，其原因有两点：1.开关型可调直流稳压电源的效率很高，线性可调式直流稳压电源的效率很低，很难确定一个统一的效率标准。2.可调直流稳压电源从最低电压、电流、功率一直要能调到最高电压、电流、功率，其间功率消耗各不相同，相差很大，很难找出一个能正确表征产品效率的输出功率点。在当今世界效率是衡量一个电子产品品质最重要的指标之一，电源是耗能最大的电子产品，具备效率指标对可调直流稳压电源尤为重要。更多相关链接:可调直流稳压电源3V/4A高效率开关稳压电源编辑：B2B99商业服务站文章来源：网络我们无意侵犯您的权益,如有侵犯请[联系我们]3V/4A高效率开关稳压电源这个低压大电流宽输入电压开关电源传为智能快速电池充电机而配套，它可为四节AA电池每节提供1A的最大充电电流。该电源采用了工作稳定可靠，外围元件极少，基本无须调试的TOP系列专用开关电源电路TOP243Y,这个电路的详细资料可参考其数据手册。图1是TOP243Y的基本应用电路，TOP243Y在密封的的环境中使用，在85—265V的交流电压下，可输出15W左右的最大功率，而在开放的条件使用输出功率可达30W,我们这里使用的超小型的电源适配器，工作环境是完全密封的，所以选用TOP243是合适的，但在塑壳内也必须给TOP243加上足够大面积的铝质散热器。图2是TOP243Y的内部电路框图。下面我们对这个电源的工作原理简述如下。交流电AC(范围为120V—265V)由两个AC接点输入，经C1和L1组成的EMI滤波器抑制电磁噪声，进入整流电路。由于TOP243Y具有频率抖动特性，可有效抑制噪声干扰，因而在小功率开关电源中，只需简单的EMI滤波器，并采用合理的接地技术，即可符合有关电磁兼容性要求。BR1为整流电路，这里选用快恢复特性的整流桥2KBP06M,整流后的脉动直流电经C1滤波，提供给TOP243开关调制电路。TOP243及外围元件组成脉宽调制电路，R2为欠压或过压检测电阻，并为线路提供电压前馈，以减少开关频率的波动。这里取2=1.8MΩ。D1,D2构成漏极钳位电路，以吸收在MOSFET关断时由高频器初级漏感产生的尖峰电压，保护MOSFET不受损坏。高频变压器的次极绕组有两个，一个是主绕组，它提供电源的主能量，高频电压经快速二极管SB540整流后由滤波电容C4,C5滤波，再经L2组成低通滤波器向负载输出。L2主要是抑制高频噪声向负载输出，以防止负载受其干扰。输出端的电解电容C6是为了降低输出的交流纹波系数而加的，它主要是降低输出直流电压的交流纹波。另一个次级绕组组成反馈电压绕组，由二极管整流后加在光敏管两端，输出的反馈电压加在光耦的二极管正极上，电阻R5和稳压管D5组成基准电压源，为光耦提供基准电压，这样光耦中的二极管的发光强度是由输出电压控制的，经光耦耦合到TOP243的控制端，从而实现脉宽的可控，达到稳压目的。电阻R6和C2是控制环路的补偿元件。该电源的输入电压范围可达120—265VAC,输出电压为3V,可提供4A的电流输出。负载调整率为±4%,电源效率约为84%,输出纹波电压小于120mV。电路使用了最简的设计，作为充电机的适配电源，完全可以满足要求。-相关文章隧道视频检测系统解决方案雅特也有不妥协部件简约音响改装不简单集中供暖及中央空调系统用热量计的研究集中空调系统冷却水泵的性能调整(2)集中空调系统冷却水泵的性能调整集中空调通风系统的卫生状况与净化设备(2)集中空调通风系统的卫生状况与净化设备集成PLC与DCS的新型过程控制系统集成功放LM386与TDA1521.TDA1556的应用集成功放应用于BTL的控讨引用网址：