硅稳压二极管稳压电路精选课件.ppt

关于硅稳压二极管稳压电路第一页，本课件共有37页16.2 16.2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路16.2.1 16.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理16.2.2 16.2.2 稳压电阻的计算稳压电阻的计算16.2.3 16.2.3 基准源基准源第二页，本课件共有37页16.2.1 16.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的电路图如硅稳压二极管稳压电路的电路图如图图16.0216.02所示。所示。它它是是利利用用稳稳压压二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性稳稳压压的的，由由于于反反向向特特性性陡陡直直，较较大大的的电电流流变变化化，只只会会引引起起较较小小的电压变化。的电压变化。图16.02 硅稳压二极管稳压电路第三页，本课件共有37页(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知 输输入入电电压压VI的的增增加加，必必然然引引起起VO的的增增加加，即即VZ增增加加，从从而而使使IZ增增加加，IR增增加加，使使VR增增加加，从从而而使使输输出出电电压压VO减减小。这一稳压过程可概括如下：小。这一稳压过程可概括如下：这这里里VO减减小小应应理理解解为为由由于于输输入入电电压压VI的的增增加加，在在稳稳压压二二极极管管的的调调节节下下，使使VO的的增增加加没没有有那那么么大大而而已已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。VIVOVZIZIRVRVO图16.02 硅稳压二极管稳压电路第四页，本课件共有37页(2)(2)当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负负载载电电流流IL的的增增加加，必必然然引引起起IR的的增增加加，即即VR增增加加，从从而而使使VZ=VO减减小小，IZ减减小小。IZ的的减减小小必必然然使使IR减减小小，VR减小，从而使输出电压减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：增加。这一稳压过程可概括如下：ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO第五页，本课件共有37页16.2.216.2.2稳压电阻的计算稳压电阻的计算稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻 R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。但R 的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。稳稳压压二二极极管管稳稳压压电电路路的的稳稳压压性性能能与与稳稳压压二二极极管管击击穿穿特特性性的的动动态态电电阻有关，与稳压电阻阻有关，与稳压电阻R 的阻值的阻值大小大小有关。有关。第六页，本课件共有37页稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当当输输入入电电压压最最小小，负负载载电电流流最最大大时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流流最最小小。此此时时I IZ Z不不应应小小于于I IZminZmin，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻阻的的最最大大值值，实实际际选选用用的的稳稳压压电电阻阻应应小小于于最大值。即最大值。即 当当输输入入电电压压最最大大，负负载载电电流流最最小小时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流流最最大大。此此时时I IZ Z不不应应超超过过I IZmaxZmax，由由此此可可计算出计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即(1)(1)(2)(2)稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！第七页，本课件共有37页16.2.3 16.2.3 基准源基准源基准源基准源 一般是指击穿电压十分稳定，电压温度系数经过补偿了的稳压二极管。也称为参考源这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优良，有的还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个10-6/。型号 稳定电压(V)工作电流(mA)电压温度系数(10-6/)MC1403 2.51 1.2 10100 .LM136/236/336 2.5 10 30 5.0 10 30 .TL431 2.536 0.4100 50 .LM3999 6.955 10 5 .AD2710K/L 10.0001mV 10 2/1 .MAX676 4.0960.01 5 1 677 5.0000.01 5 1 678 10.0000.01 5 1 .典典型型的的基基准准源源第八页，本课件共有37页16.3 线性串联型稳压电源线性串联型稳压电源 稳稳压压二二极极管管的的缺缺点点是是工工作作电电流流较较小小，稳稳定定电电压压值值不不能能连连续续调调节节。线线性性串串联联型型稳稳压压电电源源的的工工作作电电流流较较大大，输输出出电电压压一一般般可可连连续续调调节节，稳稳压压性性能能优优越越。目目前前这这种种稳稳压压电电源源已已经经制制成成单单片片集集成成电电路路，广广泛泛应应用用在在各各种种电电子子仪仪器器和和电电子子电电路路之之中中。线线性性串串联联型型稳稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。压电源的缺点是损耗较大，效率低。16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理16.3.2 稳压电路的保护环节16.3.3 三端集成稳压器第九页，本课件共有37页16.3.1 16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理线性串联型稳压电路的工作原理(1)(1)线性串联型稳压电源的构成线性串联型稳压电源的构成线性串联稳压电源的工作原理可用图线性串联稳压电源的工作原理可用图16.0316.03来说明。来说明。显显然然，VO=VI-VR，当当VI增增加加时时，R 受受控控制制而而增增加加，使使VR增增加加，从从而而在在一一定定程程度度上上抵抵消消了了VI增增加加对对输输出出电电压压的的影影响响。若若负负载载电电流流IL增增加加，R受受控控制制而而减减小小，使使VR减减小小，从从而而在在一一定定程程度度上上抵抵消消了了因因IL增增加加，使使VI减减小小，对对输输出出电电压减小的影响。压减小的影响。图16.03 串联稳压电源 图16.03 串联稳压电源 示意图第十页，本课件共有37页 在在实实际际电电路路中中，可可变变电电阻阻R R是是用用一一个个三三极极管管来来替替代代的的，控控制制基基极极电电位位，从从而而就就控控制制了了三三极极管管的的管管压压降降VCE，VCE相相当当于于VR。要要想想输输出出电电压压稳稳定定，必必须须按按电电压压负负反反馈馈电电路路的的模模式式来来构构成成串串联联型型稳稳压压电电路路。典典型型的的串串联联型型稳稳压压电电路路如如图图 16.04 16.04 所所示示。它它由由调调整整管管、放放大大环环节节、比比较较环环节节、基基准准电电压源压源几个部分组成。几个部分组成。图16.04 串联型稳压电路方框图第十一页，本课件共有37页(2)(2)线性串联型稳压电源的工作原理线性串联型稳压电源的工作原理 根根据据图图16.0416.04分分两两种情况种情况来加以讨论。来加以讨论。1 1输入电压变化，输入电压变化，负载电流保持不变负载电流保持不变 输输入入电电压压VI的的增增加加，必必然然会会使使输输出出电电压压VO有有所所增增加加，输输出出电电压压经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号Vf与与基基准准源源电电压压VREF比比较较，获获得得误误差差信信号号V。误误差差信信号号经经放放大大后后，用用VO1去去控控制制调调整整管管的的管管压压降降VCE增增加加，从从而而抵抵消消输输入入电压增加的影响。电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO第十二页，本课件共有37页（动画16-2）2 2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负负载载电电流流IL的的增增加加，必必然然会会使使输输入入电电压压VI有有所所减减小小，输输出出电电压压VO必必然然有有所所下下降降，经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号Vf与与基基准准源源电电压压VREF比比较较，获获得得的的误误差差信信号号使使VO1增增加加，从从而而使使调调整整管管的的管管压压降降VCE下下降降，从从而而抵抵消消因因IL增加，使输入电压减小的影响。增加，使输入电压减小的影响。ILVIVOVfVO1VCEVO3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算根据图根据图16.0416.04可知可知VfVREF调节调节R2显然可以改变输出电压。显然可以改变输出电压。（动画16-1）第十三页，本课件共有37页16.3.2 稳压电路的保护环节 串串联联型型稳稳压压电电源源的的内内阻阻很很小小，如如果果输输出出端端短短路路，则则输输出出短短路路电电流流很很大大。同同时时输输入入电电压压将将全全部部降降落落在在调调整整管管上上，使使调调整整管管的的功功耗耗大大大大增增加加，调调整整管管将将因因过过损损耗耗发发热热而而损损坏坏，为为此此必必须须对对稳稳压压电电源源的的短短路路进进行行保保护护。过载也会造成损坏。过载也会造成损坏。保护的方法保护的方法反馈保护型反馈保护型温度保护型温度保护型截流型截流型限流型限流型 利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。第十四页，本课件共有37页截流型截流型限流型限流型 当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零。截流特性见图16.05。是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，输出电流得以限制。限流特性见图16.06。图16.05 截流型特性 图16.06 限流型特性第十五页，本课件共有37页16.3.3 16.3.3 三端集成稳压器三端集成稳压器(1)(1)概述概述 将将串串联联稳稳压压电电源源和和保保护护电电路路集集成成在在一一起起就就是是集集成成稳稳压压器器。早早期期的的集集成成稳稳压压器器外外引引线线较较多多，现现在在的的集集成成稳稳压压器器只只有有三三个个：输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端，称称为为三三端端集集成成稳稳压压器器。它它的的电电路路符符号号见图见图16.0716.07，外形如图，外形如图16.0816.08所示。所示。图16.07 集成稳压器符号 要要特特别别注注意意，不不同同型型号号，不不同同封封装装的的集集成成稳稳压压器器，它它们们三三个个电电极极的的位位置置是是不不同同的的，要查手册确定。要查手册确定。图图16.08 16.08 外形图外形图 照片第十六页，本课件共有37页2.外形及外形及引脚功能引脚功能W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1 输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 公共端公共端3 输入端输入端2 输出端输出端塑料封装塑料封装TO-220第十七页，本课件共有37页 (2)(2)线性三端集成稳压器的分类线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：三端集成稳压器有如下几种：1.1.固定正输出集成稳压器，固定正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW78-/CW78M-/CW78L-CW78-/CW78M-/CW78L-2.2.固定负输出集成稳压器，固定负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW79-/CW79M-/CW79L-CW79-/CW79M-/CW79L-3.3.可调正输出集成稳压器，可调正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CWCW1 117-/CW17-/CW1 117MCW17MCW1 117L-17L-CW CW2 217-/CW17-/CW2 217M-/CW17M-/CW2 217L-CW17L-CW3 317-/CW17-/CW3 317M-/CW17M-/CW3 317L-17L-4.4.可调负输出集成稳压器，可调负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CWCW1 137-/CW37-/CW1 137M37M CW CW1 137L-CW37L-CW2 237-/CW37-/CW2 237M-CW37M-CW2 237L-CW37L-CW3 337-/CW37-/CW3 337MCW37MCW3 337L-37L-5.5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6.6.大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3-为民品级为民品级。军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150；工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150；民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。第十八页，本课件共有37页(3)(3)应用电路应用电路 三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器的的典型应用电路如图典型应用电路如图16.0916.09所示。所示。可可调调输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器的的内内部部，在在输输出出端端和和公公共共端端之之间间是是1.251.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。16.09应用电路(固定)三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的的典型应用电路如图典型应用电路如图16.1016.10所示。所示。图16.10应用电路(可调)第十九页，本课件共有37页同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压电路同时输出正、负电压电路W7815CiUI+_Uo123+_CiW791512CoCo3Uo第二十页，本课件共有37页提高输出电压的电路提高输出电压的电路CoW78XXCiUI+_+_Uo123UXXUZRDZUXX:为为W78XX固定输出电压固定输出电压Uo=UXX+UZ第二十一页，本课件共有37页（4 4）利用三端集成稳压器组成恒流源）利用三端集成稳压器组成恒流源 图16.11稳压器做恒流源图16.12可调稳压器做恒流源电路 (a)小电流恒流源 (b)大电流恒流源 三三端端集集成成稳稳压压器器可可做做恒恒流流源源使使用用,电电路路见见图图16.1116.11和和16.1216.12。第二十二页，本课件共有37页16.4 开关型稳压电源 为为解解决决线线性性稳稳压压电电源源功功耗耗较较大大的的缺缺点点，研研制制了了开开关关型型稳稳压压电电源源。开开关关型型稳稳压压电电源源效效率率可可达达90%以以上上，造造价价低低，体体积积小小。现现在在开开关关型型稳稳压压电电源源已已经经比比较较成成熟熟，广广泛泛应应用用于于各各种种电电子子电电路路之之中中。开开关关型型稳稳压压电电源源的的缺缺点点是是纹纹波波较较大大，用用于于小小信信号号放放大大电电路路时时，还还应应采采用用第第二级稳压措施。二级稳压措施。16.4.1 开关型稳压电路的工作原理16.4.2 集成开关型稳压器第二十三页，本课件共有37页16.4.1 开关型稳压电路的工作原理 开开关关型型稳稳压压电电源源的的原原理理可可用用图图16.1316.13的的电电路路加加以以说说明明。它它由由调调整整管管、滤滤波波电电路路、比比较较器器、三三角角波波发发生生器器、比较放大器比较放大器和和基准源基准源等部分构成。等部分构成。图16.13 开关型稳压电源原理图第二十四页，本课件共有37页 三三角角波波发发生生器器通通过过比比较较器器产产生生一一个个方方波波，去去控控制制调调整整管管的的通通断断。调调整整管管导导通通时时，向向电电感感充充电电。当当调调整整管管截截止止时时，必必须须给给电电感感中中电电流流提提供供一一个个泄泄放放通通路路。续续流流二二极极管管D即即可可起起到到这个作用，有利于保护调整管。这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出大器的输出时，比较器输出高电平高电平，对应调整管的导通，对应调整管的导通时间为时间为t tonon；反之输出为；反之输出为低电平低电平，对应调整管的截止时，对应调整管的截止时间间t toffoff。输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。为为了了稳稳定定输输出出电电压压，应应按按电电压压负负反反馈馈方方式式引引入入反反馈馈，以以确确定定基基准准源源和和比比较较放放大大器器的的连连线线。设设输输出出电电压压增增加加，FVO增增加加，比比较较放放大大器器的的输输出出Vf减减小小，比比较较器器方方波波输输出出的的toff增增加加，调调整整管管导导通通时时间间减减小小，输输出出电电压压下下降降。起起到到了稳压作用。了稳压作用。第二十五页，本课件共有37页 各各点点波波形形见见图图16.14。由由于于调调整整管管发发射射极极输输出出为为方方波波，有有滤滤波波电电感感的的存存在在，使使输输出出电电流流iL为为锯锯齿齿波波，趋趋于于平滑。输出则为带纹波的直流电压。平滑。输出则为带纹波的直流电压。图16.14 开关电源波形图第二十六页，本课件共有37页 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制(PWM)。q称为占空比方波高电平的时间占整个周期的百分比。在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比。忽忽略略电电感感的的直直流流电电阻阻，输输出出电电压压VO即即为为vE的的平平均均分分量。于是有量。于是有第二十七页，本课件共有37页1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；2 调 整 管 在 开 关 状 态 下 工 作，为 得 到 直 流 输 出，必须在输出端加滤波器；3可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4在许多场合可以省去电源变压器；5由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。由以上分析可以得出如下结论：由以上分析可以得出如下结论：第二十八页，本课件共有37页16.4.2 集成开关型稳压器(简介）典型的开关电源控制器和开关电源见下表典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号 电源范围/V 最大输出电流/A 内部参考源/V 输出级形式 TL494 740 0.2 5 推挽或单端 SG3524 835 0.1 5 推挽 SG3525 835 0.5 5 推挽 LM2575 3.535 1 1.23 _ 表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。集集成成开开关关稳稳压压器器，一一般般有有两两大大类类型型。一一类类是是包包括括调调整整管管在在内内的的集集成成开开关关稳稳压压器器;另另一一类类称称为为开开关关电电源源控制器控制器，它不包括调整管。，它不包括调整管。(1)(1)开关稳压电源概述开关稳压电源概述第二十九页，本课件共有37页 利利用用集集成成开开关关电电源源控控制制器器可可以以方方便便地地构构成成开开关关电电源源。SG3524是是一一个个典典型型的的性性能能优优良良的的开开关关电电源源控控制制器器，其其内内部部的的结构框图如图结构框图如图16.15所示。所示。(2)2)开关稳压电源控制器开关稳压电源控制器SG3524图16.15 SG3524的内部方框图 它它的的内内部部包包括括有有误误差差放放大大器器、限限流流保保护护环环节节、比比较较器器、振振荡荡器器、触触发发器器、输输出出逻逻辑辑控控制制电电路路和和输输出出三三极极管管等环节。等环节。第三十页，本课件共有37页 SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图构成开关稳压电源的典型电路如图16.16所示。所示。图16.16 开关稳压电源应用电路第三十一页，本课件共有37页 3524从从11和和14脚脚输输出出在在时时间间上上互互相相错错开开的的两两路路控控制制信信号号，其其开开关关频频率率由由6和和7脚脚外外接接的的RT和和CT决决定定。1和和2脚脚是是内内部部运运算算放放大大器器的的输输入入端端，R1和和R2构构成成反反馈馈回回路路。16脚脚是是基基准准源源，由由R3和和R4给给误误差差运运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。V3 和和 V4 是是或或非非门门的的输输出出，只只要要或或非非门门的的输输入入端端有有高高电电平平，它它的的输输出出即即为为低低电电平平。V3和和V4的的输输出出由由V2、CP、Q或或Q决决定定。因因Q和和Q只只能能有有一一个个是是高高电电平平，T2和和T1不不可可能能同同时时导导通通。T1和和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。只能按推挽方式工作，轮流交替导通。第三十二页，本课件共有37页 SG3524电路控制过程的波形如图电路控制过程的波形如图16.17所示。所示。图16.17 SG3524的波形图 锯锯齿齿波波由由振振荡荡器器提提供供，V1是是误误差差放放大大器器的的输输出出，它它们们一一起起加加到到比比较较器器上上。V2是是比比较较器器的的输输出出。振振荡荡器器输输出出的的时时钟钟驱驱动动T 触触发发器器，CP、Q和和V2 的的或或非非是是V3，决决定定T1的的通通断断。CP、Q和和V2 的的或或非非是是V4，决决定定T2的的通通断断。由由于于Q和和Q等等宽宽，加加上上V2的的存存在在，所所以以V3和和V4这这两两路路信信号号之之间间有有一一定定的的死死区区，以以保保证证T1和和T2 管不会同时导通。管不会同时导通。图16.18 SG3524内部结构第三十三页，本课件共有37页 当当V1降降低低时时，V2加加宽宽，T1和和T2的的宽宽度度变变窄窄，导导通通时时间间减减小小。反反之之，当当V1增增加加时时，T1和和T2 的的导导通通时时间间增增加。加。第三十四页，本课件共有37页图16.16 开关稳压电源应用电路 设设负负载载电电流流加加大大，VO下下降降，反反馈馈电电压压减减小小，误误差差放放大大器器的的输输出出V1增加，增加，T1和和T2的导通时间增加，输出电压的导通时间增加，输出电压VO增加。增加。(3)3)SG3524构成的构成的开关稳压电源开关稳压电源 现在来讨论现在来讨论3524构成的开关稳压电源的工作原理。构成的开关稳压电源的工作原理。图16.15 SG3524的内部方框图 反反 之之，当当VO增增加加时时反反馈馈电电压压增增加加，V输输出出减减小小，T1和和T2的的导导通通时时间间减减小小，输输出出电电压压VO 减小。减小。第三十五页，本课件共有37页 SG3524的的10脚脚也也有有保保护护功功能能，当当10脚脚加加高高电电平平时时，可可以以强强迫迫V1下降，下降，T1和和T2关断。关断。10脚与脚与4脚可实现双重保护。脚可实现双重保护。当当三三极极管管的的电电流流过过大大时时，电电阻阻R9上上的的压压降降增增加加到到使使限限流流运运算算放放大器的输出为低，即大器的输出为低，即V1在大大下降，在大大下降，使使T1和和T2 关断。关断。由由于于SG3524可可在在较较高高的的频频率率下下工工作作，T1和和T2 应应选选用用高高频频开开关关管管。变变压压器器应应采采用用高高频频变变压压器器，滤滤波波电电感感和和滤滤波波电电容容都都可可以以选用较小的数值。选用较小的数值。第三十六页，本课件共有37页感感谢谢大大家家观观看看第三十七页，本课件共有37页