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直流稳压电源技术——并联稳压电源
第三章 并联稳压电源
    经整流滤波后输出直流电压, 即使平滑程度很好, 但其稳定性仍比较差。其原因关键有以下多个方面:
    1、 因为输入电压不稳定（通常交流电网许可有±10％波动）, 而造成整流滤波电路输出直流电压不稳定;
    2、 因为整流滤波电路存在内阻, 当负载改变时, 引发负载电流发生改变, 使输出直流电压发生改变;
    3、 因为电子元件（尤其是导体器件）参数与温度相关, 当环境温度发生改变时, 引发电路元件参数发生改变, 造成输出电压发生改变;
    4、 整流滤波后得到直流电压中仍然会有少许纹波成份, 不能直接供给那些对电源质量要求较高电路。
    所以, 经整流滤波后直流电压必需采取一定稳压方法才能适合电子设备需要。常见直流稳压电路有并联型和串联型稳压电路两种类型。
一、 硅稳压管并联稳压电源
1、 电路原理分析
    图3－1－1是硅稳压管稳压电源。其中D1是稳压二极管, R1是限流电阻, R2是负载。因为D1与R2是并联, 所以称并联稳压电路。此电路必需接在整流滤波电路以后, 上端为正下端为负。因为稳压管D1反向导通时两端电压总保持固定值, 所以在一定条件下R2两端电压值也能够保持稳定。

    下面我们来分析一下具体工作原理:
    假设设输入电压为UI, 当某种原因造成UI升高时, UD1对应升高, 有稳压管特征可知UD1上升很小都会造成ID1急剧增大, 这么流过R1上IR1电流也增大, R1两端电压UR1会上升, R1就分担了极大一部分UI升高值, UD1就能够保持稳定, 达成负载上电压UR2 保持稳定目。这个过程可用下面改变关系图表示:
    UI↑→UD1↑→ID1↑→IR1↑→UR1↑→UD1↓
    相反, 假如UI下降时, 可用下面改变关系图表示:
    UI↓→UD1↓→ID1↓→IR1↓→UR1↓→UD1↑
    经过前面分析能够看出, 硅稳压管稳压电路中, D1负责控制电路总电流, R1负责控制电路输出电压, 整个稳压过程由D1和R1共同作用完成。
2、 元件选择
    下面我们来看看已知负载电压UR1和负载电流IR1时怎样设计硅稳压管稳压电源。
（1）初选稳压管D1
    通常情况下, 能够根据UD1＝UR2和ID1≈（IR2）max来初步选定稳压管D1, 假如负载有可能开路则应选择（ID1）max≈（2－3）（IR2）max, 这是因为当负载时全部电流全部都会流过D1, 所以ID1应该合适选择大一点。。
（2）选定输入电压
    通常可选择UI＝（2－3）UR2
（3）选定限流电阻R1
    R1＝（UI－UR2）/（ID1＋IR2）
    不过需要考虑两种极限情况:
    当UI最大, 且负载开路时（即IR2＝0）, 流过D1电流最大。为了不超出D1最大许可电流（ID1）max, 需要有足够大电流电阻, 不然会烧坏D1。则R1需要满足:
    R1>（（UI）max－UR2）/ ID1）max
    当UI最小, 且负载电流最大时, 流过D1电流最小。为了确保此时D1能够工作在击穿区起到稳压作用, 要有一定电流流过D1, 通常取5mA－10mA。则R1需要满足:
    R1<（（UI）min－UR2）/（ID1＋（IR2）max）
    限流电阻R1值应该在上面两个公式范围内选择。
（4）检验电路稳定度
    电路稳定度需要依据实际电路要求来确定, 假如稳定度不够, 能够合适增加R1和UI, 还能够选择动态电阻r比较小稳压管。
二、 晶体管并联稳压电源
1、 电路原理分析
    图3－1－2是晶体管并联稳压电源。其中T1是调整管、 D1是基准稳压管, R1是D1限流电阻, R2是限流电阻, R3是负载。这个稳压电路输出电压约等于稳压管D1稳压值（实际上要加上T1发射结电压, 通常锗管取0.3V, 硅管取0.7V）。这是因为电源在工作时, T1发射结导通, 发射极电压与基极电压保持一致, 而基极电压被D1稳定在一个固定值。这个电路能够看作T1将D1稳压作用放大了β倍, 相当于接入一个稳压值为D1稳压值, 稳压效果为β倍D1稳压效果稳压管。

    电路工作原理是:
    UI↑→UD1↑→（UT1）EC↑→（IT1）EC↑→IR2↑→UR2↑→（UT1）EC↓
    UI↓→UD1↓→（UT1）EC↓→（IT1）EC↓→IR2↓→UR2↓→（UT1）EC↑
2、 元件选择
    这个电路选择元件步骤与硅稳压管并联稳压电路类似, 关键从下面多个方面考虑。
（1）初选调整管T1和稳压管D1
    选择调整管T1时, 关键考虑其额定电流ICM要大于输出电流IO, 以确保负载开路时调整管不会因为电流过大而损坏。另外, 为了确保调整管有良好调整作用, 还要求β值大、 漏电流小选择稳压管D1时, 关键考虑其稳定电压与T1发射结电压之和要等于输出电压。
（2）选定输入电压
    为确保稳压电源效率, 输入电压通常不要选择过高, 以不超出2 UI为宜。
（3）选定限流电阻R2
    对于并联稳压电路而言, 限流电阻R2是整个电路工作好坏关键。R2选择大, 稳压效果很好, 但功耗大（因为电阻功耗P＝I2R）, 同时要求输入电压增大, 电源效率就比较低。具体计算方法可参考硅稳压管并联稳压电路元件选择第三步。
（4）检验电路稳定度
    整个电路稳定度需要依据实际电路要求来确定, 假如稳定度不够, 能够合适增加R1和UI, 还能够选择β值较大、 漏电流较小调整管。
3、 使用复合调整管并联稳压电源
    图3－1－3是一个使用复合调整管并联稳压电源, 与图3－1－2电路最大区分是将调整管改为符合管结构, 这么既能够得到较大β值, 又能够有较大ICM。元件选择时可采取与图3－1－2类似方法, 不过因为这个电路电流较大, 要注意限流电阻R1选择时除考虑阻值外还要考虑其功率。以免负载断路时烧坏限流电阻。

4、 并联稳压电源优缺点
    并联稳压电源优点:
    ·有过载自保护性能, 输出断路时调整管不会损坏。
    ·在负载改变小时, 稳压性能比很好。
    ·对瞬时改变适应性很好。
    并联稳压电路缺点:
    ·效率较低, 尤其是轻负载时, 电能几乎全部消耗在限流电阻和调整管上。
    ·输出电压调整范围很小。
    ·稳定度不易做得很高。
    其实并联稳压电源这些优点对于串联稳压电源而言, 都能够经过采取部分特殊电路实现。不过并联稳压电源这些固有缺点却极难改善, 所以现在普遍使用都是串联稳压电源。下一章我们将关键介绍一下串联稳压电源原理、 设计方法和部分实用电路。