穩壓器

自動維持恆定電壓的裝置

穩壓器電壓調節器(英語:voltage stabilizervoltage regulator),是指電子工程中自動維持恆定電壓裝置。一個穩壓器可能是簡單的「前饋」設計或者可能包含負反饋控制迴路。穩壓器還可能使用了機電機制或電子模塊。根據不同的設計,穩壓器可以分為直流穩壓和交流穩壓。

一個LM7812三端穩壓器晶片,用於產生12伏特穩定電壓

穩壓器可以在電源變化或是負載電流變化時,提供恆定的電壓[1]。穩壓器常在電源供應系統中使用,與整流器電子濾波器等配合工作,提供穩定輸出的電壓,例如微處理器和其他元件所需的工作電壓[2]。在交流發電機乃至發電廠的大型發電機中,穩壓器控制着輸出電壓的穩定性。在一個分佈式配電系統中,穩壓器可能會安裝在一個子電站或者沿着導線延伸的方向上,以保證用戶無論功率高低都能得到穩定的電壓。

穩壓器的性能參數

穩壓器的輸出電壓只是近似定值,仍會有一些變動。穩壓器的性能主要可以用以下二種量測值表示:

  • 負載調節率英語Load regulation:是在負載電流變化時,輸出電壓變化的程度[3](例如:一般是15mV,若負載電流在5mA到1.4A之間,特定溫度及輸入電壓下,輸出電壓變化最大不超過100mV)。
  • 線調節率英語Line regulation或是輸入調節率是當輸入電壓變化時,輸出電壓變化的程度[4],會表示為輸入電壓變化的比例(例如:一般為13 mV/V)或在一定輸入電壓範圍內,輸出電壓的變化(在輸入電壓在90V至260V、50-60 Hz時,輸出電壓的變化在正負2%以內)。

電子型穩壓器

簡單的穩壓電路可以將電阻和二極管串聯而得,因為二極管的電壓-電流曲線是呈對數曲線,在輸入電流變化時,二極管上的電壓只會有微幅的變化,適用在考慮成本,電壓精確度及效率不是考量重點的應用。

有回授的穩壓器會先比較實際電壓和固定的參考電壓,誤差值放大後送到穩壓元件,設法調整輸出使誤差值變小。這樣就形成了負回授控制迴路。增加開迴路增益可以提高電壓控制精準度,但會降低其穩定性,比較容易因為步階的變化出現振盪或是振鈴,在穩定性及對變化的響應速度間需有取捨。若輸出電壓可能會因為輸入電壓下降或是負載電流增加而下降,一般會建議增加穩壓元件,以產生較高的電壓,其方式可能是將輸入電壓略降低一點之後再輸出(線性穩壓器或降壓開關電源)或是較長週期由輸入側抽電流(升壓開關電源)。若輸出電壓太高,一般會使檼壓元件輸出較低的電壓。許多穩壓器都有過電流保護,因此若輸出電流太高時,會自動停止供應電流,若輸入電壓超過一定範圍以外,有些穩壓器也會自動停止工作。

機電型穩壓器

在機電型穩壓器中,會利用感測信號產生電磁鐵來進行穩壓。用電流產生的磁場吸引一個鐵芯,材料另一端有彈簧,或是靠材料所受的重力電磁力平衡。當電壓上昇時,電流也隨之增加,電磁鐵會吸引鐵芯,鐵芯連接的機械開關會斷路,使電壓下降。當電壓下降時,電流也隨之減少,鐵芯會因彈簧或是重力回到原來位置,機械開關會閉合,使電壓上昇。

若機械型的穩壓器設計對小的電壓變動太敏感,可以用螺線管來移動開關,另一端是不同阻值的電阻,或是移動變壓器的繞阻,來慢慢的調整電壓,或是調整移動線圈交流穩壓器的位置。

機電型穩壓器常用在主電源的交流穩壓器。

自動穩壓器

 
發電機的穩壓器

為了控制發電機的輸出(例如在船舶、發電廠、石油鑽機或緊急供電系統中的應用),會使用自動穩壓器(英語:automatic voltage regulators,簡稱AVR)。自動穩壓器屬於主動式系統,其動作原理和一般穩壓器相同,但系統較複雜。自動穩壓器中包括二極管電容電阻及電位器,甚至還包括微控制器,全部都放在一片電路板上。一般會安裝在發電機附近,連接一些線路以量測及調整發電機的輸出。

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參考資料

  1. ^ 飛碟UPS. Ftups.com.tw. [2014-07-29]. (原始內容存檔於2014-08-11). 
  2. ^ LT1528 - 微处理器应用的3A低压差稳压器. Linear.com.cn. [2014-07-28]. (原始內容存檔於2014-08-10). 
  3. ^ 什麼是負載調整率與電源調整率. Autooo.net. 2013-07-22 [2014-07-29]. (原始內容存檔於2015-04-26). 
  4. ^ 电子工程术语定义:线性调节. Maximintegrated.com. [2014-07-29]. (原始內容存檔於2014-07-29). 

外部連結