直流稳压电源设计制作方法.pptx
第一节第一节第三节第三节第四节第四节第五节第五节第二节第二节直流稳压电源的组成及工作原理直流稳压电源的组成及工作原理串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路开关式直流稳压电路开关式直流稳压电路第1页/共75页第一节第一节 直流稳压电源直流稳压电源 的基本组成及工作原的基本组成及工作原理理一、直流稳压电源的组成二、直流电源各部分原理三、直流稳压电源的性能指标第2页/共75页 电源变压器电源变压器vo0tvF0tvR0tv10tv20t 整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路一、直流稳压电源的组成一、直流稳压电源的组成 直流稳压电源由直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路电路、稳压电路四部分组成。四部分组成。V VO O V VI I第3页/共75页功能功能作用作用交流电压变换部分交流电压变换部分将电网电压变为所需将电网电压变为所需的交流电压的交流电压1、电源变压、电源变压器器将直流电源与交流电将直流电源与交流电网隔离网隔离二、直流稳压电源各部分原理二、直流稳压电源各部分原理电源变压器第4页/共75页电源变压器电源变压器第5页/共75页仿真一：电源变压器的基本特性1、要求：电源变压器：10：1，200V/50Hz 负载电阻：100欧，示波器2、仿真电路：电源变压器第6页/共75页3、回答问题：变压器初级输出电压幅值约为 V 变压器次级输出电压幅值约为 V初级绕组输入电压与次级绕组输出电压之比 约为 ：。注：理想变压器满足：I1/I2=U2/U1=N2/N1 （P1=P2）电源变压器第7页/共75页 问题变压器是否可以进行直流变压？是否可以用电位器来变压？变压器的输出功率与输入功率关系是怎样？电源变压器第8页/共75页2、整流部分、整流部分作用：将变换后的交流电压转换为单 方向的脉动电压。(ACDC)说明：1、单方向的脉动电压存在很大脉动成 份，不能直接提供给负载。2、脉动谐波成份纹波整流电路第9页/共75页v2vo00tt234Trv1v2DRLvo整整流流电电路路1、电路图：如图所示，利用二极管的单向导电性，在负载电阻RL上得到单向脉动电压V VO O整流电路1半波整流电路：整流：利用二极管的单向导电性，把交流变成脉动的直流第10页/共75页v2vo00tt234Trv1v2DRLvo2、电路特点：电路结构简单，输出电压波动较大、效率低输出的直流电压值为:整流电路整流电路1半波整流电路：第11页/共75页v2vo00tt234Trv1v2DRLvo3、工作原理：U2为正半周：D管导通，有输出电压；U2为负半周：D管截止，无输出电压输出的直流电压值为:整流电路整流电路1半波整流电路：第12页/共75页整整流流电电路路仿真二：半波整流电路1、要求：二极管（理想）1只2、仿真电路：第13页/共75页整整流流电电路路3、观察并回答问题：v二极管输入电压是 （双极性/单极性）v电路输出电压是 （双极性/单极性）v输出电压的波形是 （全波/半波）v输出电压与输入电压的幅值相比（基本相等/相差很大）第14页/共75页4、参数计算（1）输出的直流电压值为:（2）流过负载平均电流:IDO=UO/RL=0.45U2/RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF=IDO=0.45U2/RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR=SQR（2）U2整流电路整流电路1半波整流电路：第15页/共75页5、二极管的选择：（1）D管的最大整流电流IF必须大于 实际流过二极管的平均电流IDO：IF IDO=ULO/RL=0.45 U2/RL（2）D管的最大反向工作电压UR必须 大于二极管实际所承受的最大反 向峰值电压URM UR URM=SQR（2）U2整流电路整流电路1半波整流电路：第16页/共75页1、电路图：如图所示，二极管D D1 1、D D2 2分别在V V2 2的正、负半周导通，在RL上得到如图所示电压波形。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流电路整流电路2全波整流电路：第17页/共75页2、电路特点：是输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流电路整流电路2全波整流电路：第18页/共75页3、工作原理：在U2正半周：D1导通、D2管截止，负载中有电流流过；在U2负半周：D1截止、D2管导通，负载中有电流流过。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流电路整流电路2全波整流电路：第19页/共75页仿真三：单相全波整流电路1、要求：二极管（理想）2只2、仿真电路：整流电路第20页/共75页3、观察并回答问题：v全波整流电路的输出电压波形并记录。v输出电压是 （双极性/单极性）v输出电压是 （全波/半波）v输出电压与输入电压的幅值相比是 （基本相等/相差很大）整流电路第21页/共75页4、参数计算：（1）输出的直流电压值为:（2）流过负载平均电流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR=2SQR(2)U2整流电路整流电路2全波整流电路：第22页/共75页 5、二极管的选择：（1）D管的最大整流电流IF必须大于 实际流过二极管的平均电流IDO：IF IDO=ULO/RL=0.45 U2/RL（2）D管的最大反向工作电压UR必须 大于二极管实际所承受的最大反 向峰值电压URM UR URM=2SQR(2)U2整流电路整流电路2全波整流电路：第23页/共75页1、电路图：如图所示，二极管D D1 1、D D2 2、D D3 3、D D4 4四只二极管接成电桥的形式，名称由此而来。v1D1 D4v2Tr简化画法简化画法RL整流电路整流电路3桥式整流电路：第24页/共75页2、工作原理：在V V2 2的正半周，D D1 1、D D3 3导通，D D2 2、D D4 4截止，通过D D1 1、D D3 3给R RL L提供电流，方向由上向下（图中虚线)；在V V2 2的负半周，D D2 2、D D4 4导通，D D1 1、D D3 3截止，通过D D2 2、D D4 4给R RL L提供电流，方向仍然是由上向下（图中虚线）由此得到图示的整流波形v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)ab电网电网电压电压 整流电路第25页/共75页 3、波形图00tt234VL0tD3D1D2D4D3D1D2D4V2iLiD1iD3iD2iD4iD2iD4iD1iD3导导通通导导通通导导通通导导通通V Vo o的大小与全波整流电路相同，即:整流电路整流电路3桥式整流电路：第26页/共75页仿真四：桥式整流电路1、要求：整流桥（理想）1只。2、仿真电路：整流电路第27页/共75页3、观察并回答问题：v桥式整流电路的输出电压波形并记录。v输出电压是 （双极性/单极性）v输出电压是 （全波/半波）v输出电压与输入电压的幅值相比是 （基本相等/相差很大）v如何用次级带中心抽头变压器输出正、负两种极性的电压？整流电路第28页/共75页 4、参数计算：（1）输出的直流电压值为:（2）流过负载平均电流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR=U2整流电路整流电路3桥式整流电路：第29页/共75页 5、整流二极管的选择：（1）D管的最大整流电流IF必须大于 实际流过二极管的平均电流IDO：IF IDO=ULO/RL=0.45 U2/RL（2）D管的最大反向工作电压UR必须 大于二极管实际所承受的最大反 向峰值电压URM UR URM=SQR（2）U2整流电路整流电路3桥式整流电路：第30页/共75页3 3、滤波电路、滤波电路作用：对整流电路输出的脉动直流进 行平滑，使之成为含交变成份 很小的直流电压。说明：1、滤波电路实际上是一个低通滤波器。2、截止频率低于整流输出电压的基波 频率滤波电路第31页/共75页电路形式：电路形式：一、电容滤波二、电感滤波 三、L型滤波电路 四、型滤波电路滤波电路第32页/共75页（1）电容滤波电路尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。滤波通常是采用电容或电感的能量存储作用来实现的常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒L型滤波、型滤波等几种。在小功率整流滤波电路中，电容滤波是最常用的一种，其特点是结构简单，效果较好。本节中只介绍电容滤波电路。电感滤波电路主要用于大电路中，其他滤波电路自行分析。滤波电路第33页/共75页电容滤波电路（1）桥式整流、电容滤波电路如图所示1电路组成：v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)+CSab滤波电路第34页/共75页（2）电容滤波的原理：电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量。电容滤波电路1电路组成：滤波电路第35页/共75页 （1 1）负载未接入（开关负载未接入（开关S断开）时：设电容断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当两端初始电压为零，接入交流电源后，当V V2 2为为正半周时，正半周时，V V2 2通过通过D D1 1、D D3 3向电容向电容C充电；充电；V V2 2为为负半周时，经负半周时，经D D2 2、D D4 4向电容向电容C充电。充电时间常充电。充电时间常数为：数为：C=RintCtv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路第36页/共75页 （1 1）其中其中Rint包括变压器副绕组的直流电阻包括变压器副绕组的直流电阻和二极管的正向电阻。由于和二极管的正向电阻。由于Rint一般很小，电一般很小，电容器很快就充电到交流电压容器很快就充电到交流电压V V2 2的最大值的最大值V V2 2，由，由于电容无放电回路，故输出电压（电容于电容无放电回路，故输出电压（电容C两端两端的电压的电压)保持在保持在V V2 2不变。不变。tv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路第37页/共75页tv20234vc电容滤波电路2工作原理：（2 2）.1.1 接入负载接入负载R RL L（开关（开关S合上）时：设变压合上）时：设变压器副边电压器副边电压V V2 2从从0开始上升时接入开始上升时接入R RL L，由于电容，由于电容已到已到V V2 2，故刚接入负载时，故刚接入负载时，V V2 2 V VC C，二极管在二极管在反向电压作用下而截止，电容反向电压作用下而截止，电容C经经R RL L放电，放电放电，放电时间常数为：时间常数为：d=RLC。因。因 d一般较大，故电容一般较大，故电容两端电压两端电压V Vc c(即即V Vo o)按指数规律慢下降（图中按指数规律慢下降（图中a,b段）段）滤波电路第38页/共75页tv20234vc电容滤波电路2工作原理：（2 2）.2.2 当当V V2 2升至升至V V2 2V VC C时，二极管时，二极管D D1 1、D D3 3在正在正向电压作用下而导通，此时向电压作用下而导通，此时V V2 2经经D D1 1、D D3 3一方面向一方面向R RL L提供电流，一方面向提供电流，一方面向C充电（接入充电（接入R RL L后充电时后充电时间常数变为间常数变为 C=RL/RintCRintC）。）。V VC C将如图将如图中中b、c段所示段所示滤波电路第39页/共75页（2 2）.3.3 当当V V2 2又降至又降至V V2 2V VC C时，二极管又截止，时，二极管又截止，电容电容C又向又向R RL L放电，如图中放电，如图中c、d段所示段所示.电容如电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压锯齿波电压V Vo=o=V VC C，由此可见输出电压的波动，由此可见输出电压的波动大大减小。大大减小。tv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路第40页/共75页（2 2）.4.4 为了得到平滑的负载电压，一般取为了得到平滑的负载电压，一般取 d=RLC(3 5)T/2(T为交流电周期为交流电周期20ms)此时：此时：V Vo=o=(1.1 1.2)V V2 2tv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路第41页/共75页t02340tC放电C充电RL接入后RL未接入D1D3导导电电D2D4导导电电D2D4导导电电D1D3导导电电abcdevC=vLiDiDiCvZ,vL,vC 滤波电路第42页/共75页仿真五：电容滤波1、要求：电容1000F 1只2、仿真电路：滤波电路第43页/共75页3、观察并回答问题：v观察电容滤波电路的输出电压波形并记录。v输出电压直流分量为 V，纹波分量峰峰值（用AC输入档测量）为 mV。滤波电路第44页/共75页v输出电压纹波 （已消失/仍存在），滤波后的纹波要比滤波前 （大得多/小得多）v滤波后的输出电压的直流分量 （大于/等于/小于）滤波前的输出电压的直流分量。v电容是不是越大滤波效果越好？滤波电路第45页/共75页电容滤波电路3电容滤波的特点1、RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成份越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的输出电压，一般取：RLC（35）T/2 (T交流电源电压周期)滤波电路第46页/共75页2、RL越小，输出电压越小。（1）当C一定时，RL时，即空载：ULO=1.4U2（2）当C=0时，即无电容时：ULO=0.9U2（3）一般情况下，ULO=（1.11.2)U23、电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场合。滤波电路第47页/共75页v1Dvov2TrR RL LL L滤波电路（2）电感滤波电路1、电路图第48页/共75页电感滤波电路2、电感滤波的原理：电感滤波是利用电感的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时，自电感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍电位增加的同时，也将能量储存起来，使电流的变化减小；反之，当电感中电流减少时，自感电动势的作用阻碍电流的减少，同时释放能量，使电流变化减小，因此，电流的变化小，电压的纹波得到抑制。滤波电路第49页/共75页滤波电路电感滤波电路电感滤波电路 的仿真分析的仿真分析请按课本进行。请按课本进行。（P119）第50页/共75页3 3、电感滤波电路的几点说明：、电感滤波电路的几点说明：、电感滤波电路的几点说明：、电感滤波电路的几点说明：1 1、L L越大、越大、越大、越大、R RL L越小，输出电压纹波越小；越小，输出电压纹波越小；越小，输出电压纹波越小；越小，输出电压纹波越小；2 2、忽略电感内阻，、忽略电感内阻，、忽略电感内阻，、忽略电感内阻，ULO=0.9U2 （理论值）（理论值）（理论值）（理论值）3 3、电感滤波适用于低电压，大电流的场合、电感滤波适用于低电压，大电流的场合、电感滤波适用于低电压，大电流的场合、电感滤波适用于低电压，大电流的场合电感滤波电路滤波电路第51页/共75页1、L型滤波电路型滤波电路其它滤波电路滤波电路第52页/共75页2、型滤波电路型滤波电路其它滤波电路滤波电路第53页/共75页4 4、稳压部分、稳压部分作用：维持输出直流电压的基本稳定。说明：1、经过滤波电路后的电压的稳定性比 较差。2、电压受温度、负载、电网电压波动 等因素的影响较大稳压电路第54页/共75页一、稳压管电路组成（并联稳压电路）：1、电路图：2、说明：R限流电阻 Dz稳压二极管稳压电路第55页/共75页二、稳压管稳压原理：利用稳压管在反向击穿时电流可在较大范围内变动但击穿电压却基本不变的特点而实现的。三、工作原理：UOIZ IR UR UO 稳压电路第56页/共75页仿真一：稳压管稳压电路1、要求：稳压二极管（1N4740A，Uz=10V）1只 电阻R=100欧，电阻RL=1K2、仿真电路：第57页/共75页3、观察并回答问题：v按下表要求改变输入电压并记录仿真结果：UI/V30252015951UO/VRL/欧5000 1000 200 502010UO/V稳压电路v按下表要求改变负载电阻并记录仿真结果：第58页/共75页v当输入电源电压和负载变化时，稳压二极管稳压电路 （可以/不可以）实现稳压作用。v当稳压电路实现稳压作用时，对输入电源电压和负载变化的范围 （有/没有）限制。稳压电路第59页/共75页四、四、R R的取值范围：的取值范围：（UImax-UZ)/IZmaxR(UImin-UZ)/(IZmin+UZ/RLmin)注：一般情况下，在稳压管安全工作条件注：一般情况下，在稳压管安全工作条件下，下，R R应尽可能小，从而使输出电流范围应尽可能小，从而使输出电流范围增大。增大。稳压电路第60页/共75页直流稳压电源的性能指标：直流稳压电源的性能指标：1、最大输出电流IOmax：2、输出电压UO和电压调节范围：3、保护特性：4、效率：5、过冲幅度：稳压电源性能指标第61页/共75页二、质量指标二、质量指标1、输入电压调整因数Su和稳压系 数Sr：2、输出电阻Ro：3、温度系数ST：稳压电源性能指标第62页/共75页第一节第一节第三节第三节第四节第四节第五节第五节第二节第二节串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路直流稳压电源的组成及工作原理直流稳压电源的组成及工作原理开关式直流稳压电路开关式直流稳压电路第63页/共75页一、电路组成串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路串联线性稳压电路如图所示，它由四部分组成：调整电路、比较放大电路、基准电压和取样电路。根据比较放大电路的不同，它可分两种基本电路。一种是三极管组成比较放大器的稳压电路，另一种是由运放组成比较放大器的稳压电路。尽管电路不同，但工作原理是相同的。下面以运放为例分析其工作原理。第64页/共75页 一、一、电路组成电路组成串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路比较放大比较放大vivo+_调整调整基准电压基准电压取样取样+_第65页/共75页集成运放作比较放大电路集成运放作比较放大电路串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路vIvo+_R1RLR2ADZvREFvFRvBTbce比较放大比较放大调整调整基基准准电电压压取取样样第66页/共75页二、工作原理串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路V VO O V VF F V VB B V VO O V VCE CE I IC C集成运放作比较放大电路：V VO O V VF F V VB B V VO O V VCE CE I IC C 第67页/共75页三、输出电压的计算串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路运放作比较放大电路：第68页/共75页单单片片集集成成稳稳压压器器单片集成稳压器是把稳压电路的调整管、误差放大器、取样电路、启动电路、保护电路等集成在一个芯片上的专用集成电路。单片集成稳压器品种繁多，我们只介绍应用最多、最简单的一种：固定输出的三端集成稳压器。固定输出的三端稳压器有输出正压和输出负压两在系列，分别用CW78CW78和CW79CW79表示第69页/共75页单单片片集集成成稳稳压压器器它又分为CW78CW78、CW78MCW78M和CW78LCW78L三类。CW78CW78表示输出电流为1.5A1.5A；CW78MCW78M表示输出电流为0.5A0.5A；CW78LCW78L表示输出电流仅为0.1A0.1A。其中表示输出的电压值，实际有0.50.5、0.60.6、0.80.8、1212、1515、2020、2424几种规格，分别表示输出电压为5V5V、6V6V、8V8V、12V12V、15V15V、20V20V和24V24V。其外型封装及接线图如图所示。1CW78CW78系列(输出正压)：第70页/共75页 1、CW78CW78系列(输出正压)：ININ1 2 3OUTOUTGNDGNDW7800ViVi0.330.33 F F0.10.1 F FVoVo1 12 23 3单单片片集集成成稳稳压压器器第71页/共75页单单片片集集成成稳稳压压器器 CW79CW79系列与CW78CW78系列意义完全相同。所不同的是输出为负电压。其外型封装及接线图如图所示。要求：输入电压V VI I比输出电压V VO O高2 2 3V3V2CW79CW79系列(输出负压)：第72页/共75页 2、CW79CW79系列(输出负压)：GNDGND1 2 3OUTOUTININW7800-Vi-Vi0.330.33 F F0.10.1 F F-Vo-Vo1 12 23 3单单片片集集成成稳稳压压器器第73页/共75页第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页
