小功率交流稳压器的原理

在一些小功率的单相用电设备中，往往要求供电电压稳定才能很好地工作，但往往市电电压都存在着10%的波动，有时还超过此波动值。为此就需要一个交流稳压器对这些设备提供稳定的供电电压，在这里我和大家讨论一下L、C串联稳压电源的工作原理。

L、C串联型交流稳压电源电路如图WY-1。它是利用磁饱和原理来稳定电压的。我们知道铁磁材料如稳压器的线圈L的铁芯---硅钢片，都有一条磁化曲线，称B-H曲线（H是磁场强度，B是感应强度）如图WY-2，从曲线上可看出来，当H由O增加时B增加很快，当H>HM时H再增加B基本上不变，这就叫磁饱和，如果用这种磁材料做线圈L的铁芯，再给L通以不同的交流电流I，则L两端的电压U曲线将随着变化，当I大于某一个值（IM）时铁芯进入饱和状态，I的继续增大从基本上不变，因此我们如将线圈的电流选在I>2~4IM处就可获得较好的稳定的输出电压。

现在来看交流电源是如何工作的。由于电路由L和C串联而成，因C和L的阻抗是相互抵消的，所以它们的总阻抗等于Z总=LR-CR，因此，流过线圈L的电流增大，适当选配电容C和L的数值使得流过L的电流等于4IM左右且使L上的电压等于所需的电压，这时铁芯将达到一定的饱和深度，当电源电压发生变化时反映在L-C串联电路的电流也会变化，但是要U>HM（I>IM）则输出电压基本不变，此时电容C两端的电压可达400多伏左右。

这是为什么呢？这是因为C对50HZ交流电源的阻抗是一定值，其两端的电压等于流过它的电流I和容抗ZC的乘积，UC=I*ZC由于线圈L的加入，使流过C的电流增加，所以UC当然也增加了，举个例子设电容为6UF，则容抗为ZC=1/2πFC=530欧，如果直接接入220伏交流电源上，则电流IC=220/530=0.4安。由于L的加入，使流过C的电流增至0.8安，此时电容两端的电压UC=530*0.8=424伏。可见这种C-L串联式交流稳压电源C两端的电压是较高的，选用电容时要选用耐压为600V以上的电容

交流稳压器

交流稳压器通常是利用铁磁非线性特性构成，属于铁磁稳压器，它是由铁磁饱和元件再加谐振电容构成的稳压器。

一、 铁磁饱和现象

一个线圈通过电流时，线圈中便有磁场产生，描述这个磁场有两个物理量，一个是磁场强度，用H来表示，它与线圈的圈数和流过线圈的电流强度的乘积（又称安匝数）有关；另一个是磁感应强度（又称磁通密度），用B来表示，B的大少除与安匝数有关外，还与线圈中的介质有关。如果介质是空气，那么H和B数值相等，如果介质是铁磁材料时，同一线圈流过同样的电流（H相同）的条件下，在有铁磁材料的导磁率用U来表示。

在铁磁材料中，U不是固定的常数，B和H之间不是线性关系，如图1所示，在图中可见，曲线的A点附近曲线开始弯曲，再往上，B值的变化越来越平缓，H变化而B值变化很少的现象我们就称为磁饱和现象。

在讨论稳压电源时，我们关心的是电压电流的变化，在磁饱和铁芯线圈讨论中，我们可以认为线圈中H与流过线圈的电流I成正比；线圈中的B与线圈的感生电压即线圈两端的电压V成正比。图2是一个铁磁介质线圈的伏安特性图，从图中可见，曲线有一段电压变化很少，动态电阻©V/©I比V/I少（这是稳压管的概念，磁饱和线圈不常用“动态电阻”的提法）。这就是饱和区段。

图3是一个简单的磁饱和稳压电路，L1是非饱和电感，L2是饱和电感。如果输入电压Vi发生变化，那么L1和L2的电流都将变化，但由于L2在饱和状态，所以L2上的电流变化时其两端的电压变化很少，大部分电压变化都落在L1上，从而保持了L2上电压，即输出电压V0的相对稳定。当负载发生变化时，其结果也一样，这种简单型的磁饱和稳压器存在两个问题：一是稳压性能差，主要原因是B-H曲线的饱和部分不够徒。二是功耗大，因为要使L2进入饱和状态所消耗的功耗过大。

图4是一个实用型的磁饱和交流稳压器，铁芯面积较大的一边是非饱和区，铁芯面积较少的一边是饱和区，L3称为电压补偿绕组，从上面我们知道，简单型的交流稳压器的缺点是输入电压变化会引起输出电压较大的变化，为此，改进方法是将非饱和区的一部分电压与输出电压V0反向串接，将变化部分相抵消。L3和L1绕在同一不饱和铁芯上，成为线性变压器，L3与L2串联，但电压方向相反，从而补偿了输出电压V0的变化，使V0更稳定。

要使铁芯进入饱和状态，L1将要流入较大的磁励电流，由于L1是一个感性负载，所以消耗在负载上的功率不是I和电网电压V的乘积VI，而是UICOSa（COSa称为功率因数），因此流过L1的总电流将比较大，即功耗过大，稳压器的效率只有50%左右，为此我们可通过并联铁磁谐振的方法加以克服。

    我们知道电感上电流比电压相位滞后90度，电容上电流比电压相位超前90度，如果电感和电容并联，加上同一电压，电感上的电流IL和电容上的电流IC将相互抵消，因此，当IL和IC的大少接近相等时，尽管IL和IC的数值很大，但供给这个并联回路的总电流却很少，这种现象称为并联谐振。这种铁磁谐振的实用价值在于不用很大的输入电流就能使电感饱和，从而克服了稳压电路从电网吸取电流过大的缺点。