可控硅直流稳压电源和开关电源的结构原理

    关于稳压电源电路结构，究竟是晶体管线性直流电源，可控硅直流稳压电源还是开关电源更好，要根据具体场合，合理采用。这三种电路，国际国内都大量使用，各有各的特点。

    可控硅直流稳压电源，以其强大的输出功率，晶体管线性直流电源和开关电源无法取代。晶体管线性直流电源以其精度高，性能优越而被广泛应用。开关电源因省去了笨重的工频变压器而使体积和重量都有不同程度的减少，减轻，也被广泛地应用在许多输出电压、输出电流较为稳定的场合。

    可控硅直流稳压电源的电路结构如下： 

    可控硅是一个控制电压的器件，由于可控硅的导通角是可以用电路来控制的，固此随着输出电压Uo的大小变化，可控硅的导通角也随着变化。加在主变压器初级的电压Ui也随之变化。 

    也就是交流220V市电经可控硅控制后只有一部分加在主变压器的初级。当输出电压Uo较高时，可控硅导通角较大，大部分市电电压被可控硅“放过来了”（如上图所示），因而加在变压器初级的电压，即Ui较高，这当然经整流滤波后输出电压也就比较高了。

    而当输出电压Uo很低时，可控硅导通角很小，绝大部分市电电压被可控硅“卡断了”（如下图所示），只让很低的电压加在变压器初级，即Ui很低，这当然经整流滤波后输出电压也就很低了。 

    晶体管线性直流电源的主电路如下： 

    晶体管线性直流电源实际上是在可控硅直流稳压电源的输出端再串一只大功率三极管（实际是多只并联），控制电路只要输出一个小电流到三极管的基极,就能控制三极管的输出大电流，使得电源系统在可控硅电源的基础上又稳压一次，因而这种晶体管线性直流电源的稳压性能要优于开关电源或可控硅直流电源1-3个数量级。

    但功率三极管（亦称调整管）上一般要占用10伏电压，每输出1安培电流就要在电源内部多消耗10瓦功率，例如500V5A电源在功率管上的损耗为50瓦，占输出总功率的2%，因而晶体管线性直流电源的效率要比可控硅直流稳压电源稍低。

    开关电源的主电路如下： 

    由电路可以看出，市电经整流滤波后变为311V高压，经K1~K4功率开关管有序工作后，变为脉冲信号加至高频变压器的初级，脉冲的高度始终为311V。当K1,K4开通时,311V高压电流经K1正向流入主变压器初级，经K4流出，在变压器初级形成一个正向脉冲。

    同理，当K2,K3开通时,311V高压电流经K3反向流入主变压器初级，经K2流出，在变压器初级形成一个反向脉冲。这样，在变压器次级就形成一系列正反向脉冲，经整流滤波后形成直流电压。当输出电压Uo较高时，脉冲宽度就宽，当输出电压Uo较低时，脉冲宽度就窄，因此开关管实际上是一个控制脉冲宽窄的装置。

    在没有特别体积要求的情况下，一般向用户提供晶体管线性直流电源，这主要是：

    1、晶体管线性直流电源精度好(优于开关电源或可控硅电源1—3个数量级)，适用多种场合，一般用户不会提出性能、精度、技术指标方面的问题。

    2、便于维修，因为多数用户都有熟悉晶体管线性直流电源的维修人员，也有这方面的备件。维修工具，有一只万用表即可基本解决问题，较为细心的电工亦可动手。

    3、维修后一般不留后遗症，故障能彻底排除，性能可完全恢复，只要正确使用，及时维修，一台电源使用10年是完全不成问题的。

    在没有特别体积要求的情况下，不向用户特别推崇开关电源，这主要是：

    1、目前制作开关电源所采用的各种PWM集成芯片，主要是从输出电压变化范围小，输出电流较为稳定的角度来设计的。但所谓PWM芯片，是一种脉宽调制器，当输出电压较高，输出电流较大时，电源内部的开关管开通时间较长而关断时间较短：

    而当输出功率较小时，脉冲宽度就较窄：

    但这种脉冲宽度不是可以无限制的变窄的，脉冲宽度的变化范围，即调节范围仅是10%—90%。这一特点决定了这种PWM芯片，并不适用于一个从0电压起调的所谓连续可调的电源。例如一台500V5A的开关电源，当它输出达500V5A时，控制脉冲最宽，形如：

    而当输出电压降至50V5A时，控制脉冲的宽度降到最宽脉冲的10%,形如：

    这已降到最窄了。

    如果输出电压电流继续下降，要求控制脉冲继续变窄，但PWM电路已无法满足，这时电路变为间歇工作,形如：

    脉冲时有时无，一阵一阵的，电源内会发出噪音，纹波等也会变大，电性能变差，所谓“低端不稳定”，事实上已经成为不合格品。为了解决这一问题，采取新的技术措施，才能较好地解决
2、开关电源具有污染电网和幅射干扰。在大功率开关电源附近插上一台收音机，收音机是无法收音的，对电视信号也会有干扰。有些单位的仪器仪表出现莫明其妙的干扰，和这种电网污染不无关系。对这种干扰和幅射，国家标准中都有严格规定。

    3、维修较为困难，整机报废的风险大。

    开关电源由于在高频下运行，频率越高，主变压器越小，但随着频率的升高，各种分布参数负面作用也明显的显露出来。因此要求分布参数越小越好，工艺设计精湛，引线尽量短，元器件尽量靠近。由于元件密集，给维修带来一定难度。另外，由于电路与线性电源截然不同，维修人员的技术素质要求较高，万用表已无济于事，要用示波器才能观察到电路各点的工作状态。

    更为重要的是，由于开关功率管处在高压下工作，一旦损坏一般都是4只，即全部坏光，发出响亮的爆炸声，而且进一步烧坏产生控制信号的脉冲变压器，因而又波及到印制板，几乎是烧了一片，只要有一如果这样，整个电源报废的风险就大了。

    4、由于目前国内外市场上能够买到的用于开关电源的主要元器件，如开关管，整流二结管，磁芯变压器等，其输出功率都极其有限，一般制作电压在300伏以下，功率在2KW—3KW之间的开关电源尚能应付，否则对如开关管，整流二结管，磁芯变压器等就要采取多个并联的办法来解决，这就大大地降低了整机的可靠性。一些厂家试图生产1000A的开关电源，其结果是损坏率高得惊人。因此开关电源在特种电源的行业内并无多大的用武之地。■