1955年美國(guó)的科學(xué)家羅那(G.H.Royer)首先研制成功了利用磁芯的飽和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后,利用這一技術(shù)的各種形式、精益求精的直流變換器不斷涌現(xiàn),從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕,因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后,不能制作出耐壓高、開(kāi)關(guān)速度較高、功率較大的晶體管,所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入,并且轉(zhuǎn)換的速度也不是太高。
60年代開(kāi)始,由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了高反壓的晶體管,從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入,不再需要工頻變壓器降壓了,從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍,并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)電源。省掉了工頻變壓器,又使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。
穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn):
1)功耗小,效率高。在圖1中的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中,晶體管V在激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)下,它交替地工作在導(dǎo)通—截止和截止—導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài),轉(zhuǎn)換速度很快,頻率一般為50kHz左右,在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家,可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開(kāi)關(guān)晶體管V的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高,其效率可達(dá)到80%。
2)體積小,重量輕。從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒(méi)有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因,所以開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小,重量輕。
3)穩(wěn)壓范圍寬。從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)的,輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò)調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償,這樣,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí),它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬,穩(wěn)壓效果很好。此外,改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多,設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求,靈活地選用各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
4)濾波的效率大為提高,使濾波電容的容量和體積大為減少。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率基本上是工作在50kHz,是線(xiàn)性穩(wěn)壓電源的1000倍,這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波,效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下,采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí),濾波電容的容量只是線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500—1/1000。
5)電路形式靈活多樣。例如,有自激式和他激式,有調(diào)寬型和調(diào)頻型,有單端式和雙端式等等,設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類(lèi)型電路的特長(zhǎng),設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
常用的交流穩(wěn)壓電源有:
①鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器。由飽和扼流圈與相應(yīng)的電容器組成,具有恒壓伏安特性。
②磁放大器式交流穩(wěn)壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)而成,利用電子線(xiàn)路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓。
③滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器。通過(guò)改變變壓器滑動(dòng)接點(diǎn)位置穩(wěn)定輸出電壓。
④感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器??扛淖冏儔浩鞔?、初級(jí)電壓的相位差,使輸出交流電壓穩(wěn)定。
⑤晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件。穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無(wú)噪聲。但對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。20世紀(jì)80年代以后,又出現(xiàn)3種新型交流穩(wěn)壓電源:補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器。數(shù)控式和步進(jìn)式交流穩(wěn)壓器。凈化式交流穩(wěn)壓器。具有良好隔離作用,可消除來(lái)自電網(wǎng)的尖峰干擾。