稳压器

稳压器，是被设计为自动保持恒定的电压电平的系统。稳压器可以使用简单的前馈设计，也可以包含负反馈。它可以使用机电机制或电子组件。根据设计，它可用于调节一个或多个交流或直流电压。

在诸如计算机电源之类的设备中可以找到电子稳压器，它们可以稳定处理器和其他元件使用的直流电压。在汽车交流发电机和中央电站发电机组中，电压调节器控制着电站的输出。在配电系统中，可以在变电站或配电线路上安装调压器，以便所有用户都能获得稳定的电压，而与从线路中汲取多少功率无关。

一个简单的电压/电流调节器可以由一个与一个二极管（或多个二极管）串联的电阻制成。由于二极管VI曲线的对数形状，二极管上的电压仅因汲取电流的变化或输入的变化而略有变化。当精确的电压控制和效率不重要时，这种设计可能很好。由于二极管的正向电压很小，因此这种稳压器仅适用于低压稳压输出。当需要更高的电压输出时，可以采用齐纳二极管或一系列齐纳二极管。齐纳二极管稳压器利用了齐纳二极管的固定反向电压，该电压可能很大。

反馈稳压器通过将实际输出电压与某个固定参考电压进行比较来进行操作。任何差异都会被放大并用于控制调节元件，以减少电压误差。这形成了一个负反馈控制回路。增加开环增益往往会增加调节精度，但会降低稳定性。（稳定性是为了避免在阶跃变化过程中产生振荡或振铃。）在稳定性和对变化的响应速度之间也需要进行权衡。如果输出电压太低（可能是由于输入电压降低或负载电流增加所致），则命令调节元件直至某一点，通过降低输入电压（用于线性串联稳压器和降压开关稳压器）的电压降低或产生更长的输入电流（升压型开关稳压器）来产生更高的输出电压；如果输出电压过高，通常会要求调节元件产生较低的电压。但是，许多调节器具有过流保护，因此，如果输出电流过高，它们将完全停止提供电流（或以某种方式限制电流），并且如果输入电压超出给定值，则某些调节器也可能会关闭。

用于电站，船舶电力生产或备用电源系统的发电机将具有自动电压调节器（AVR），以随着发电机负载的变化稳定其电压。最早的发电机AVR是机电系统，但现代的AVR使用固态设备。AVR是一种反馈控制系统，可测量发电机的输出电压，将该输出与设定值进行比较，并生成一个误差信号，该误差信号用于调整发电机的励磁。随着发电机励磁绕组中励磁电流的增加，其端电压将增加。AVR将通过使用电力电子设备来控制电流；通常，发电机输出的一小部分用于为励磁绕组提供电流。发电机产生的无功功率比其终端电压大，这主要是由所连接的电力系统设定的。当多个发电机并联时，AVR系统将具有确保所有发电机以相同功率因数运行的电路。并网发电站上的AVR可能具有其他控制功能，以帮助稳定电网以防止突然的负载损失或故障引起的故障。

这是1920年代使用的较旧类型的调节器，它使用固定位置励磁线圈和第二个励磁线圈的原理，类似于可变耦合器，该第二励磁线圈可以在与固定线圈平行的轴上旋转。

当可动线圈垂直于固定线圈定位时，作用在可动线圈上的磁力相互平衡，并且电压输出不变。沿远离中心位置的一个方向或另一个方向旋转线圈将增加或减小次级可移动线圈中的电压。

这种类型的调节器可以通过伺服控制机构自动执行，以提前移动可移动线圈的位置，以提供增加或减少的电压。使用制动机构或高传动比齿轮将旋转线圈抵抗作用在移动线圈上的强大磁力固定在适当位置。

机电调节器（称为稳压器或分接开关）也已用于调节交流配电线上的电压。这些调节器通过使用伺服机构来选择具有多个抽头的自耦变压器上的适当抽头，或者通过在连续可变的自动变压器上移动抽头来进行操作。如果输出电压不在可接受的范围内，则伺服机构将切换抽头，从而改变变压器的匝数比，以将次级电压移至可接受的范围内。控件提供了一个死区，在该死区中控制器将不起作用，从而防止控制器在电压变化不大时不断调整电压（“寻线”）。

恒定电压变压器是一种类型的饱和用作电压调节器的变压器。这些变压器使用由高压谐振绕组和电容器组成的振荡电路，以在变化的输入电流或变化的负载下产生几乎恒定的平均输出电压。该电路在磁分路器的一侧具有初级，在调谐的电路线圈的一侧具有次级。该调节是由于次级附近的磁饱和。

铁氧体方法由于缺乏有源元件而具有吸引力，它依靠振荡电路的平方环路饱和特性来吸收平均输入电压的变化。饱和变压器提供了一种简单的坚固方法来稳定交流电源。

铁氧体变压器的较旧设计具有高谐波含量的输出，导致输出波形失真。现代设备用于构造完美的正弦波。铁磁效应是通量限制器，而不是电压调节器，但是在固定电源频率下，即使输入电压变化很大，它也可以保持几乎恒定的平均输出电压。

铁氧体变压器，也称为恒压变压器（CVT）或铁氧体，也是很好的电涌抑制器，因为它们提供了高隔离度和固有的短路保护。

铁磁变压器可以在输入电压范围为额定电压的±40％或更高的条件下工作。

从一半到满载，输出功率因数保持在0.96或更高的范围内。

因为它会重新生成输出电压波形，所以通常小于4％的输出失真与任何输入电压失真（包括陷波）无关。

满载时的效率通常在89％至93％的范围内。但是，在低负载下，效率可能会下降到60％以下。当CVT用于中等到高浪涌电流的应用（例如电动机，变压器或磁体）时，限流能力也会成为障碍。在这种情况下，必须确定CVT的大小以适应峰值电流，从而迫使其在低负载和低效率下运行。

由于变压器和电容器非常可靠，因此需要的维护最少。有些设备包括冗余电容器，以使多个电容器在两次检查之间不起作用，而对设备性能没有任何明显影响。

电源频率每变化1％，输出电压就会变化约1.2％。例如，发电机频率的2 Hz变化非常大，导致输出电压变化仅为4％，对大多数负载影响很小。

它可以承受100％的单相开关模式电源负载，而无需任何降额要求，包括所有零线组件。

即使为非线性负载提供超过100％电流THD的输入电流失真仍保持低于8％THD。

CVT的缺点是体积较大，发出嗡嗡声，以及饱和导致的高热量产生。

稳压器用于补偿主电源中的电压波动。大型调节器可能永久安装在配电线路上。小型便携式调节器可能会插入敏感设备和墙上插座之间。自动稳压器可用于船舶发电机组，应急电源，石油钻井平台等上，以稳定电力需求的波动。例如，当一台大型机器打开时，对电力的需求突然变得高得多。稳压器可补偿负载的变化。商用稳压器通常在一定范围的电压下工作，例如150–240 V或90–280V。

许多简单的直流电源使用串联或并联稳压器来调节电压，但是大多数使用并联稳压器来施加参考电压，例如齐纳二极管，雪崩击穿二极管或稳压器管。这些设备中的每一个都以指定的电压开始导通，并且会通过将多余的电流从非理想电源转移到地上（通常通过一个相对较低的电阻）将所需的电流导通，以将其端子电压保持在该指定电压。消散多余的能量。电源设计为仅提供xxx电流，该电流在并联调节装置的安全操作能力之内。

如果稳定器必须提供更多功率，则并联稳压器输出仅用于为电子设备提供标准电压基准，即电压稳定器。稳压器是电子设备，能够按需提供更大的电流。

有源稳压器采用至少一个有源（放大）组件，例如晶体管或运算放大器。并联稳压器通常（但并非总是）是无源且简单的，但总是效率低下，因为它们（本质上）倾倒了负载无法提供的多余电流。当必须提供更多电源时，将使用更复杂的电路。通常，这些有源稳压器可以分为几类：

• 线性串联稳压器
• 开关稳压器
• SCR调节器

线性稳压器基于在其线性区域内工作的设备（相比之下，开关稳压器基于被迫充当开/关开关的设备）。线性稳压器也分为两种类型：

1. 串联稳压器
2. 分流稳压器

过去，一个或多个真空管通常用作可变电阻。现代设计可能在集成电路中使用一个或多个晶体管来代替。线性设计的优点是输出非常“干净”，而直流输出中几乎没有噪声，但线性设计效率通常较低，并且无法像开关电源一样升压或反相输入电压。所有线性稳压器都需要比输出更高的输入。如果输入电压接近所需的输出电压，则稳压器将“掉电”。发生这种情况的输入至输出电压差称为稳压器的压差。低压差稳压器 （LDO）允许输入电压低得多（即，与传统的线性稳压器相比，它们消耗的能量更少）。

整个线性稳压器可用作集成电路。这些芯片有固定电压或可调电压两种。某些集成电路的示例是723通用稳压器和78 XX / 79 XX系列

开关稳压器可快速打开和关闭串联设备。开关的占空比设置多少电荷被转移到负载。这是由与线性稳压器类似的反馈机制控制的。由于串联元件完全导通或已关断，因此几乎不消耗功率。这就是使开关设计具有效率的原因。开关稳压器还能够产生高于输入或相反极性的输出电压，这在线性设计中是不可能的。在开关稳压器中，传输晶体管用作“受控开关”，并在截止或饱和状态下工作。因此，通过传输设备传输的功率是离散脉冲，而不是稳定的电流。由于通过设备用作低阻抗开关，因此可以实现更高的效率。当传输设备处于截止状态时，没有电流，也没有功耗。同样，当通过器件处于饱和状态时，其两端出现的压降可忽略不计，因此仅消耗少量的平均功率，从而为负载提供xxx电流。无论哪种情况，传输设备中浪费的功率都很少，几乎所有功率都传输到负载。因此，开关电源的效率在70-90％的范围内非常高。

开关模式调节器依靠脉冲宽度调制来控制输出电压的平均值。重复脉冲波形的平均值取决于波形下的面积。如果占空比变化，则电压平均值将成比例地变化。

像线性稳压器一样，几乎完整的开关稳压器也可用作集成电路。与线性稳压器不同，这些稳压器通常需要一个用作储能元件的电感器。IC稳压器将基准电压源，误差运算放大器，带有短路电流限制和热过载保护的传输晶体管结合在一起。