ups電源當電源電壓為負半周,變壓器次級上端為負下端為正,二極管VD,截止,VD,導通,電 直流容G被充電,其充電電壓為變壓器次級電壓與電容C,電壓之和。如果電容C,的容量足夠大,則電容C,上電壓可充至2、20,為一般ups電源輸出電壓的兩倍。 線 性以上分析是不接負載的情況。如果接上負載,當負載電流較大時,變壓器次級電壓和 穩電容C.上電壓串聯起來對C。充電時,C;上的電壓就會發生顯著的變化(逐漸降低),C上 壓的充電電壓就會達不到2、/27,輸出電壓也就達不到二倍壓,且負載電流越大,這現象越嚴 源 電重。為了增加倍壓效果,所選電容的電容量應該隨負載電流的增大而加大。也可說這種ups電源適用小電流的情況。作為估算,電容與其兩端等效負載電阻的乘積(RC為時間常數),應等于交流電壓一個周期的5倍以上。如果要得到更高的電壓,可進行多次倍壓整流。圖2.7為多次倍壓ups電源。只要把更多的電容串聯起來,并按排相應的二極管分別給它們充電,就可以得到更多倍的直流輸出電壓。多次倍壓ups電源在圖2.7中,當4:為正半周時,VD,導通,4通過VD,向電容C,充電,充電電壓4a=,2U,而在4的負半周VD,截止,VD。導通,uz與ua相加后通過VD,向電容C:充電,充電電壓4a=2、20。當u,的第二個正半周來到時,VD,再次導通,并向C,再次充電,補充它在VD。導通時所泄放的電荷,同時加在VD。上的電壓為正向電壓使VD,導通,向C。充電,充電電壓ug=4+ua-4a=2/2U;第二負半周時,VD,再次導通,并向C。再次充電,補充其電荷,同時加在VD。的電壓為正向使VD。導通,向C。充電,充電電壓4a=4:+4a+ua-ua=2、2U。以后正負半周以此類推,也就是4a正半周,VD,、VD,、VD,……導通,C、C、C,……充電。而在u,的負半周VD、VD、VD?!瓕?,Cz、C、C?!潆?。最后只要負載接到有關電容組的兩端就可以得到相應的多倍直流電壓。將單相橋式ups電源的4只二極管制作在一起,封成一個器件稱為整流橋。常用的整流組合元件有半橋堆和全橋堆。半橋堆的內部是由兩個二極管組成,如圖2.8所示;而全橋堆的內部是由4個二極管組成,如圖2.9所示。
ups電源來看,無論哪種ups電源,它們的輸出電壓都會有較大的脈動成分。盡管全波ups電源的紋波系數較之半波有了很大進步,但用它去給電子設備供電,其紋波成分仍是無法接受的,它會使電子設備工作不正常,并引起很大交流聲。因此,需要進一步對脈動波形進行平滑,以便接近理想的直流電壓。這樣的措施就是濾波,實現這種措施的電路就是濾波電路。電容和電感是組成濾波電路的重要元件。這里介紹幾種常用的濾波電路。ups電源假定在t=0時接通電路,為正半周,當u,由零上升時,VD,、VD、導通,C被充電,因此u。=uc=u,在u,達到最大值時,u。也達到最大值,見圖2.10(b)中a點,然后u下降,此時uc>4z,VD,、VD,截止,電容C向負載電阻R放電,由于放電時間常數r=R、C一般較大,電容電壓uc按指數規律緩慢下降。當u。(ue)下降到圖2.10(b)中b點后,4>uc,VD、VD。導通,電容C再次被充電,輸出電壓增大,以后重復上述充、放電過程。ups電源接入濾波電容后,不僅使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減小,還使輸出電壓的平均值增大了。
ups電源自感電動勢的作用以阻礙電流的減小,同時釋放能量,使電流變化率減小。這樣一來,電流的變化率小了,電壓的脈動程度也得到了良好的抑制。所以,電感可以起到平滑電流的作用。電感量L愈大,負載R,愈小,輸出直流電壓就愈平穩,濾波效果就愈好,也就是說電感濾波較適用于輸出電流較大和負載變化大的場合。如果忽略電感線圈的電阻時,輸出電壓的平均值Uay)=0.9U,與不加電感的全波ups電源一樣。與電容速波相比較,電感濾波一個顯著的特點,就是整流管的導電角大,流過二極管的峰值電流小,平均值大,輸出特性平坦,其缺點是體積大、笨重、成本高。如果要求輸出電流較大,輸出電壓脈動很小時,可在電感濾波電路之后再加電容C,組成誠波電路,這種電路不論對小電流和大電流的負載都能起到很好的濾波效果。
ups電源在并聯調整電路的參數(R,值)變化時,只能引起電路中總的電流值的變化;而輸入的是電壓信號,因此,必須在電路中串聯一電阻R,使調整元件所引起的電流變化轉換成電壓的變化,去抵消輸入電壓U的變化。串聯的R值越大,抵消作用越強。所示的并聯調整電路,當輸人的電壓變化時,為了保證輸出電壓的穩定,必須由人適當地調節R。值。通常輸入電壓U總是有些波動的,這樣,就需要人經常調節電阻Rz。這種穩壓調節的方法很不方便。圖2.15(b)所示的穩壓電路中的Rz,若用穩壓管代替,利用了穩壓管的工作特性,就可達到自動調節的作用。如圖2.15(c)所示。需要說明的是:若限流電阻R阻值大,則對輸入電壓變化的抵消作用強;若穩壓管的動態電阻小,起調節作用的穩壓管的電流變化時,穩壓管兩端的電壓,即輸出電壓的變化??;但是當限流電阻R阻值大時,在R上要降落U,的很大部分電壓,以及消耗較多的功率,因此效率低。所以,這種穩壓電路往往用于小電流的場合。兩級穩壓管穩壓電路進行穩壓,將穩壓后的一組 圖2.16 兩級穩壓管穩壓電路+12V和一級-12V,作為運算放大器的電源。在圖2.17所示的線路中,第一級穩壓電路中采用兩個型號為2CW60的穩壓管串接,而不是選用一穩定電壓為2CW60管2倍的穩壓管,這是由于在這儀器中,所有穩壓電源的穩壓管均采用2CW60這一種型號,可以減少元件種類。穩壓管穩壓電路結構簡單,成本低,但效率低,故適用于小電流的負載。電流較大的負載,一般都采用串聯調整式穩壓電源,這種電源效率高于并聯調整式穩壓電源。
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