直流稳压电源全.pptx
10.1 10.1 小功率整流滤波电小功率整流滤波电路路10.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路如图10.1.1(a)所示，波形图如图10.1.1(b)所示。(a)电路图 (b)波形图 图10.1.1 单相半波整流电路第1页/共41页 根据图10.1.1可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压第2页/共41页 单相全波整流电路如图10.1.2(a)所示，波形图如图10.1.2(b)所示。10.1.2 单相全波整流电路 (a)电路图 图10.1.2 单相全波整流电路 (b)波形图第3页/共41页 根据图10.1.2（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为流过负载的平均电流为 二极管所承受的最大反向电压第4页/共41页10.1.3 单相桥式整流电路(1)(1)工作原理工作原理 单单相相桥桥式式整整流流电电路路是是最最基基本本的的将将交交流流转转换换为为直直流流的的 电电 路路，其其 电电 路路 如如 图图10.1.3（a）所示。）所示。（a）桥式整流电路 （b）波形图图10.1.3 单相桥式整流电路第5页/共41页 在在分分析析整整流流电电路路工工作作原原理理时时，整整流流电电路路 中中的的二二极极管管是是作作为为开开关关运运用用，具具有有单单向向导导电电性。性。根据图根据图10.1.3(a)的电路图可知：的电路图可知：当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。电阻上得到正弦波的正半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图电路的波形图见图10.1.3(b)。当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。电阻上得到正弦波的负半周。第6页/共41页 根据图根据图10.1.3（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为（2）参数计算 流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压第7页/共41页注意：整整流流电电路路中中的的二二极极管管是是作作为为开开关关运运用用的的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值；输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值；整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值；整流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。单相桥式整流电路的变压器中只有交流电单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。之中。第8页/共41页10.1.3 滤波电路滤波电路(1)滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。第9页/共41页 （2）电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图10.1.4所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。第10页/共41页当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。(3)滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，是正弦形。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图10.1.5。在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。第11页/共41页 需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当L很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。问题：有无L即空载，此时VC=VL=？图10.1.6 电容滤波的效果第12页/共41页(4)电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VL=VOV2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC610。）第13页/共41页 （5）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图10.1.7所示。图10.1.7 整流滤波电路的外特性第14页/共41页10.2.2 电感滤波电路 利用储能元件电感器的电流不能突变的性质，把电感与整流电路的负载L相串联，也可以起到滤波的作用。图10.1.8 电感滤波电路 图10.1.9 波形图 电感滤波电路如图10.1.8所示。电感滤波的波形图如图10.1.9所示。当当v2正半周时，正半周时，D1、D3导电，导电，电感中的电流将滞后电感中的电流将滞后v2。当负半周时，。当负半周时，电感中的电流将经由电感中的电流将经由D2、D4提供。因提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导通角都是的导通角都是180。第15页/共41页*使用条件：第16页/共41页10.2.1 10.2.1 稳压电路概述稳压电路概述一、引起输出电压不稳定的原因 引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输输入电压的变化，入电压的变化，参见。参见。即负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。从而使输入电压发生变化。第17页/共41页二、稳压电路的技术指标二、稳压电路的技术指标 用用稳稳压压电电路路的的技技术术指指标标去去衡衡量量稳稳压压电电路路性性能能的高低。的高低。VI和和 IO引起的引起的 VO可用下式表示可用下式表示 (1)(1)稳压系数稳压系数Sr定义为定义为有时稳压系数也用下式定义第18页/共41页当输出电流从零变化到最大额定值时，当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。输出电压的相对变化值。（4 4）电流调整率）电流调整率SI (3)(3)输出电阻输出电阻Ro (2)(2)电压调整率电压调整率SV一般特指一般特指V Vi i/V Vi i=10%=10%时的时的Sr第19页/共41页输入电压交流纹波峰峰值与输出电压输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。交流纹波峰峰值之比的分贝数。（6 6）输出电压的温度系数）输出电压的温度系数ST 如果考虑温度对输出电压的影响,则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数（5 5）纹波抑制比）纹波抑制比Srip 第20页/共41页一、硅稳压二极管稳压电路的原理一、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所示。硅稳压二极管稳压电路的电路图如所示。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的电电压压变化。变化。图图10.2.2 10.2.2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路10.2.2 10.2.2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路第21页/共41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 输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。VIVOVZIZIRVRVO图图10.2.2 10.2.2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路第22页/共41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 负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO第23页/共41页二、稳压电阻的计算二、稳压电阻的计算 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阻有有关关，与与稳稳压压电电阻阻R的的阻阻值值大大小有关。小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大越大，稳压性能越好。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，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，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的变化就可引起足够大的的VR变化，就可达到足够的稳压效果。变化，就可达到足够的稳压效果。但但R 的数值越大，就需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损值，损耗就要加大。耗就要加大。第24页/共41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电阻应小于最大值。即压电阻应小于最大值。即 当当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由 此可计算出此可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25页/共41页 串联型稳压电路串联型稳压电路 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。串联反馈式稳压电源的工作电流较大，输能连续调节。串联反馈式稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。串联型稳压电源的缺点是损耗较大，和电子电路之中。串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。效率低。一、线性串联型稳压电路的工作原理一、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第26页/共41页 图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图 图图10.2.3 10.2.3 串串联联型型稳稳压压电电 源源示意图示意图 显然，VO=VI-VR，当VI增加时，R 受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。第27页/共41页 在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图10.2.4所示。它由调调整整管管、放放大大环环节节、比比较较环环节节、基基准准电电压压源源几个部分组成。图图10.2.4 10.2.4 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图第28页/共41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 两两种种情情况况来来加加以以讨论。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电压增加的影响。入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO第29页/共41页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，从从而而抵消因抵消因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。ILVIVOVfVO1VCEVOVfVREF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。第30页/共41页三、三端集成稳压器三、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的的引引线线只只有有三三个个：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见图图10.2.510.2.5，外外形形如如图图10.2.610.2.6所示。所示。图图10.2.5 10.2.5 集成稳压器符号集成稳压器符号要特别注意，不同型号，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。同的，要查手册确定。图图10.2.6 10.2.6 外形图外形图 照片第31页/共41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：，国标型号国标型号为为CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW117-/CW117M-/CW117L-CW 217-/CW217M-/CW217L-CW 317-/CW317M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW137-/CW137M-/CW137L-CW 237-/CW237M-CW237L-CW 337-/CW337M-/CW337L-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32页/共41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典型应用电的典型应用电路如图路如图10.2.710.2.7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 V的的参参考考源源，因因此此输出电压可通过电位器调节。输出电压可通过电位器调节。10.2.710.2.7应用电路应用电路(固定固定)三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的典型应用电路的典型应用电路如图如图10.2.810.2.8所示。所示。图图10.2.810.2.8应用电路应用电路(可调可调)第33页/共41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 图图10.2.1010.2.10可调稳压器做恒流源电路可调稳压器做恒流源电路 (a)(a)小电流恒流源小电流恒流源 (b)b)大电流恒流源大电流恒流源 三端集成稳压器可三端集成稳压器可 做做恒流源恒流源使用使用,电路见电路见 和和10.2.1010.2.10。第34页/共41页10.3.4 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。主要介绍开关型稳压电路的工作原理。第35页/共41页开关型稳压电路的工作原理 。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器生器、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。图图10.3.1 10.3.1 开关型稳压电源原理图开关型稳压电源原理图第36页/共41页 三角波发生器通过比较器产生一个方波三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。即可起到这个作用，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，对应调整管的导通时间为通时间为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，对应调整管的截止时间止时间t toffoff。输出波形中电位水平高于高电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，相平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。当方波存在的部分。输出波形中电位水平低于低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，电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。相当方波不存在的部分。为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，压增加，FVO增加，比较放大器的输出增加，比较放大器的输出Vf减小，比较减小，比较器方波输出的器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。电压下降。起到了稳压作用。第37页/共41页 各各点点波波形形见见。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，趋趋于于平平滑滑。输出则为带纹波的直流电压。输出则为带纹波的直流电压。图图10.3.2 开关电源波形图开关电源波形图 分分析析见见下下页页第38页/共41页 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）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。这种控制方式称为来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)。q q称为占空比称为占空比 方波高方波高电平的时间占整个周电平的时间占整个周期的百分比。期的百分比。在输入电压一定时，在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比。输出电压与占空比成正比。忽略电感的直流电阻，输出电压忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为即为vE的平均分的平均分量。于是有量。于是有第39页/共41页1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；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，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；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；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；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。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40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页
