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稳压电路设计第1页，共32页，编辑于2022年，星期一第二十九讲 稳压电路一、稳压电路的性能指标二、稳压管稳压电路三、串联型稳压电路四、集成稳压器五、开关型稳压电路第2页，共32页，编辑于2022年，星期一一、稳压电路的性能指标一、稳压电路的性能指标1.输出电压输出电压2.输出电流输出电流3.稳压系数稳压系数 表明电网电压波动时电路的稳压性能。表明电网电压波动时电路的稳压性能。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。4.输出电阻输出电阻 表明负载电流变化时电路的稳压性能。表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。的变化量之比。5.纹波电压纹波电压 测试出输出电压的交流分量。测试出输出电压的交流分量。第3页，共32页，编辑于2022年，星期一二、稳压管稳压电路二、稳压管稳压电路稳定电压稳定电压 UZ：稳压管的击穿电压：稳压管的击穿电压稳定电流稳定电流 IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率最大耗散功率 PZM：允许的最大功率，：允许的最大功率，PZM=IZM UZ动态电阻动态电阻 rz：工作在稳压状态时，：工作在稳压状态时，rzU/I1.稳压管的伏安特性和主要参数稳压管的伏安特性和主要参数伏安特性伏安特性符号符号等效电路等效电路第4页，共32页，编辑于2022年，星期一2.稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理第5页，共32页，编辑于2022年，星期一3.稳压管稳压电路的主要指标稳压管稳压电路的主要指标（1）输出电压）输出电压 UOUZ（2）输出电流）输出电流 IZmax IZmin IZM IZ（3）稳压系数）稳压系数（4）输出电阻）输出电阻 简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。化范围较小的场合。4.特点特点第6页，共32页，编辑于2022年，星期一5.稳压管稳压电路的设计稳压管稳压电路的设计（1）UI的选择的选择 UI（23）UZ（2）稳压管的选择）稳压管的选择 UZUO IZMIZ ILmax ILmin（3）限流电阻的选择）限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。为减小为减小Sr,取取值矛盾值矛盾!若求得若求得RminRmax，怎么办？，怎么办？第7页，共32页，编辑于2022年，星期一讨论一讨论一：稳压管稳压电路的设计稳压管稳压电路的设计依次选择稳压管、依次选择稳压管、UI、R、C、U2、二极管、二极管1.输出电压、负载电流输出电压、负载电流稳压管稳压管2.输出电压输出电压UI3.输出电压、负载电流、稳压管电流、输出电压、负载电流、稳压管电流、UI R4.UI、R 滤波电路的等效负载电阻滤波电路的等效负载电阻C5.UI U26.U2、R中电流中电流整流二极管整流二极管 已知输出电压为已知输出电压为6V，负载电流为，负载电流为030mA。试求图示电路的参数。试求图示电路的参数。第8页，共32页，编辑于2022年，星期一三、串联型稳压电路三、串联型稳压电路1.基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入稳压原理：电路引入电压负反馈电压负反馈电压负反馈电压负反馈，稳定输出电压。，稳定输出电压。第9页，共32页，编辑于2022年，星期一调整管的作用及如何提高稳压性能调整管的作用及如何提高稳压性能 不管什么原因引起不管什么原因引起UO变化，都将通过变化，都将通过UCE的调节使的调节使UO稳稳定，故称晶体管为调整管。定，故称晶体管为调整管。若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。高放大电路的放大倍数。第10页，共32页，编辑于2022年，星期一2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路（1）稳压原理：若由于某种原因使）稳压原理：若由于某种原因使UO增大增大（2）输出电压的调节范围）输出电压的调节范围同相比例同相比例运算电路运算电路则则 UO UN UB UO第11页，共32页，编辑于2022年，星期一（3 3）串联型稳压电路的基本组成及其作用）串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻调整管调整管调整管调整管：是电路的核心，：是电路的核心，UCE随随UI和负载产生变和负载产生变化以稳定化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压：是：是UO的参的参考电压。考电压。取样电阻取样电阻取样电阻取样电阻：对对UO 的取样，与基准电压共同决定的取样，与基准电压共同决定UO。比较放大比较放大比较放大比较放大：将：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。稳压性能。第12页，共32页，编辑于2022年，星期一（4 4）串联型稳压电源中调整管的选择）串联型稳压电源中调整管的选择IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax PCM根据极限参数根据极限参数ICM、U(BR)CEO、PCM 选择调整管！选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！第13页，共32页，编辑于2022年，星期一讨论二：讨论二：对于基本串联型稳压电源的讨论对于基本串联型稳压电源的讨论3.若电网电压波动若电网电压波动10，UI为为28V，UO为为10V20V；晶体管的；晶体管的电流放大系数为电流放大系数为50，PCM5W，ICM1A；集成运放最大输出；集成运放最大输出电流为电流为10mA，则最大负载电流约为多少？，则最大负载电流约为多少？1.若若UO为为10V20V，R1R31k，则，则R3和和UZ各为多少？各为多少？2.若电网电压波动若电网电压波动10，UO为为10V20V，UCES3V，UI至少选取多少伏？至少选取多少伏？第14页，共32页，编辑于2022年，星期一讨论三讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论：关于实用串联型稳压电源的讨论1.标出集成运放的同相输入端和反相输入端；标出集成运放的同相输入端和反相输入端；2.电路由哪些部分组成？电路由哪些部分组成？3.UI21V，R1 R2 R3300，UZ6V，UCES3V，UO？4.如何选取如何选取R和和R？限流型过流限流型过流保护电路保护电路输出电流取输出电流取样电阻样电阻第15页，共32页，编辑于2022年，星期一讨论三讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论：关于实用串联型稳压电源的讨论5.取样电阻的取值应大些还是小些，为什么？它们有上限值吗？取样电阻的取值应大些还是小些，为什么？它们有上限值吗？6.若电路输出纹波电压很大，则其原因最大的可能性是什么？若电路输出纹波电压很大，则其原因最大的可能性是什么？7.根据图中过流保护电路的原理组成一种限流型过流保护电路。根据图中过流保护电路的原理组成一种限流型过流保护电路。第16页，共32页，编辑于2022年，星期一四、集成稳压器（三端稳压器）（三端稳压器）输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：输出电流：1.5A（W7800）、）、0.5A（W78M00）、）、0.1A（W78L00）1.W7800系列系列（1）简介）简介第17页，共32页，编辑于2022年，星期一（2）基本应用）基本应用消除高频噪声消除高频噪声使使Co不通过稳不通过稳压器放电压器放电抵销长线电感效应，消抵销长线电感效应，消除自激振荡除自激振荡 将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串类型稳压电路。电阻，构成串类型稳压电路。第18页，共32页，编辑于2022年，星期一（3）输出电流扩展电路）输出电流扩展电路 为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用射极输出器进行电流放大。射极输出器进行电流放大。很小很小三端稳压器的输出电压三端稳压器的输出电压若若UBE=UD，则，则二极管的作用：消除二极管的作用：消除UBE对对UO的影响。的影响。第19页，共32页，编辑于2022年，星期一（4）输出电压扩展电路）输出电压扩展电路IW为几为几mA，UO与三端稳与三端稳压器参数有关。压器参数有关。隔离作用隔离作用基准电压基准电压电路复杂电路复杂第20页，共32页，编辑于2022年，星期一2.基准电压源三端稳压器基准电压源三端稳压器 W117 W117 输出电压输出电压UREF1.25V，调整端电流只有几微安。，调整端电流只有几微安。减小纹波电压减小纹波电压保护保护稳压器稳压器第21页，共32页，编辑于2022年，星期一讨论四：讨论四：W117的应用的应用1.R1的上限值为多少？的上限值为多少？2.UO可能的最大值为多少？可能的最大值为多少？3.输出电压最小值为多少？输出电压最小值为多少？4.UOmax30V，选取，选取R1、R2；5.已知电网电压波动已知电网电压波动10，输出电压最大值为，输出电压最大值为30V，UI至少取至少取多少伏？多少伏？决定于决定于IOmin两种情况：两种情况：1.已知已知UI 2.自己选取自己选取UI决定于决定于W117的输出的输出输入电压最低、输出电压最高时，输入电压最低、输出电压最高时，UIUO3V。根据输出电压表达式根据输出电压表达式第22页，共32页，编辑于2022年，星期一讨论五：集成稳压器的应用：集成稳压器的应用 UO=?W7900与与W7800不同不同之处是输出为负电压。之处是输出为负电压。1.基准电压为多少？基准电压为多少？2.UO的表达式？的表达式？3.为使为使W7812不因输入不因输入端和输出端之间电压太端和输出端之间电压太大而损坏，可采用什么大而损坏，可采用什么方法？方法？第23页，共32页，编辑于2022年，星期一五、开关型稳压电路 1.开关型稳压电源的特点开关型稳压电源的特点 线性稳压电源：线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（功耗大，效率低（2049）；需加散热器，因而设备体积）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。大，笨重，成本高。若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关型稳压电源的效率可达率，开关型稳压电源的效率可达7095。体积小，重量。体积小，重量轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。第24页，共32页，编辑于2022年，星期一构成开关型稳压电源的基本思路构成开关型稳压电源的基本思路 将交流电经变压器、整流滤波将交流电经变压器、整流滤波 得到直流电压得到直流电压 控制调整管按一定频率开关，得到矩形波控制调整管按一定频率开关，得到矩形波 滤波，得到直流电压滤波，得到直流电压引入负反馈，控制占空比，使输出电压稳定。引入负反馈，控制占空比，使输出电压稳定。第25页，共32页，编辑于2022年，星期一2.串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路 （1）基本电路）基本电路 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 T截止，截止，D导通，导通，uE UD；L 释放能量，释放能量，C 放电。放电。T、D 均工作在开关状态。均工作在开关状态。T饱和导通，饱和导通，D截止，截止，uE UI；L 储能，储能，C 充电。充电。uBUH时时uBUL时时第26页，共32页，编辑于2022年，星期一 波形分析及输出电压平均值波形分析及输出电压平均值关键技术：大功率高频管，高质量磁性材料关键技术：大功率高频管，高质量磁性材料稳压原理：若某种原因使输出电压升高，则应减小占空比。稳压原理：若某种原因使输出电压升高，则应减小占空比。第27页，共32页，编辑于2022年，星期一 稳压原理稳压原理脉冲宽度调制式：脉冲宽度调制式：PWM电路作用：电路作用：UO Ton UO 其它控制方式：其它控制方式：脉冲频率调制式：脉冲频率调制式：UO T（脉宽不变）（脉宽不变）UO 混合调制式：混合调制式：UO T Ton UO 在串联开关型稳压电路中在串联开关型稳压电路中 UO UI，故为降压型电路。，故为降压型电路。第28页，共32页，编辑于2022年，星期一 脉宽调制电路的基本原理脉宽调制电路的基本原理比较放大电路比较放大电路电压电压比较器比较器调整管调整管UO UN1 UO1(UP2)uB1的占空比的占空比 UOUO UN1 UO1(UP2)uB1的占空比的占空比UOuP2与与uB1占空比的占空比的关系关系UP2稳压原理：稳压原理：第29页，共32页，编辑于2022年，星期一3.并联开关型稳压电路（升压型）并联开关型稳压电路（升压型）（1）工作原理工作原理 T截止，截止，L产生感生电动产生感生电动势，势，D导通；导通；UI与与L所产生所产生的感生电动势相加对的感生电动势相加对C 充电。充电。T饱和导通，饱和导通，L 储能，储能，D截止，截止，C 对负载放电。对负载放电。uBUH时时uBUL时时 要研究调整管在饱和导通和截止要研究调整管在饱和导通和截止状态下电路的工作情况。状态下电路的工作情况。第30页，共32页，编辑于2022年，星期一（2 2）输出电压）输出电压 只有只有L足够大，才能升压；只有足够大，才能升压；只有C足够大，输出电压交流分足够大，输出电压交流分量才足够小量才足够小!在周期不变的情况下，在周期不变的情况下，uB占空比越大，输出电压平均占空比越大，输出电压平均值越高。值越高。第31页，共32页，编辑于2022年，星期一清华大学 华成英 （3 3）稳压原理）稳压原理脉宽调制式：脉宽调制式：UO Ton（频率不变）（频率不变）UO 第32页，共32页，编辑于2022年，星期一