电子技术基础模拟部分ch11.pptx

1华中科技大学 张林ch1111 直流电源电路如何为放大电路提供直流工作电源？干电池可充电电池（锂电池、镍氢电池、其它蓄电池）太阳能电池电网电源？2华中科技大学 张林ch1111 直流电源电路电网电源如何变为直流供电电源？变压器：整流：滤波：稳压：降压 滤除脉动 交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力3华中科技大学 张林ch1111 直流电源电路电网电源如何变为直流供电电源？线性电源开关电源4华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路11.2 线性稳压电路11.3 开关稳压电路11 直流电源电路5华中科技大学 张林ch111）工作原理利用二极管的单向导电性1.单相桥式整流电路11.1 小功率整流滤波电路6华中科技大学 张林ch111）工作原理1.单相桥式整流电路11.1 小功率整流滤波电路7华中科技大学 张林ch111.单相桥式整流电路11.1 小功率整流滤波电路3）纹波系数4）平均整流电流5）最大反向电压（忽略二极管正向压降）2）负载输出电压和输出电流的平均值8华中科技大学 张林ch11（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）#为什么不用有源滤波电路?2.滤波电路11.1 小功率整流滤波电路9华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路2.滤波电路电容滤波电路10华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路2.滤波电路电容滤波的特点A.二极管的导电角，流过二极管的瞬时电流很大。选择二极管的整流电流应满足：C.负载直流平均电压 VL 升高d=RLC 越大，VL 越高B.C与RL并联作为变压器的负载，阻抗变小，所以变压器二次绕组电流的有效值应满足：I2=(1.52)IL ID=(23)IL 11华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路2.滤波电路电容滤波的特点D.直流电压 VL 随负载电流增加而减少当 d（3 5）时，VL=(1.1 1.2)V2E.输出文波电压12华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路2.滤波电路电感滤波电路 特点：整流二极管的导电角增大，没有峰值电流，输出特性变得平滑。缺点：由于电感存在铁芯，体积大，笨重且容易引起电磁干扰。一般只适用于小电压、大电流的场合。13华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路11.2 线性稳压电路11.3 开关稳压电路11 直流电源电路14华中科技大学 张林ch1111.2.1 线性串联反馈式稳压电路1.输出电压固定的稳压电路(+)(+)(+)(+)(+)电压串联负反馈将VREF看作电路的输入可以稳定输出电压输出电压变化输入电压波动负载电流变化稳压原理15华中科技大学 张林ch11所以输出电压满足深度负反馈，根据虚短和虚断有#除了稳压原理来自负反馈，此电路设计还需要考虑哪些问题?11.2.1 线性串联反馈式稳压电路1.输出电压固定的稳压电路对 基 准 电 压VREF的稳定性要求很高16华中科技大学 张林ch11输出电压电阻参数设计满足 Iabj I1 时 有11.2.1 线性串联反馈式稳压电路2.输出电压可调的稳压电路外接电阻17华中科技大学 张林ch1111.2.1 线性串联反馈式稳压电路2.输出电压可调的稳压电路RPk在01之间取值，RP动端调制底部时k=018华中科技大学 张林ch113.低压差稳压电路（LDO）11.2.1 线性串联反馈式稳压电路19华中科技大学 张林ch113.低压差稳压电路（LDO）11.2.1 线性串联反馈式稳压电路PMOS管仍然是电压串联负反馈(+)(-)(+)(+)(+)20华中科技大学 张林ch113.低压差稳压电路（LDO）|VDS|可以很小 即 使 MOS管 工 作在可变电阻区，负反馈仍然有效。如，当VO设计为2.5V时，输 入 电 压 VI可以低至3.3V，甚至更低。LDO比普通线性稳压电路工作效率更高。低电压情况下，LDO更具优势。11.2.1 线性串联反馈式稳压电路21华中科技大学 张林ch1178 XX：正电压 79 XX：负电压 11.2.2 线性集成稳压器及其应用举例1.集成稳压器简介输出电压固定的线性三端集成稳压器22华中科技大学 张林ch1111.2.2 线性集成稳压器及其应用举例1.集成稳压器简介输出电压可调的线性集成三端稳压器如LM317：正电压 LM337：负电压 23华中科技大学 张林ch1111.2.2 线性集成稳压器及其应用举例24华中科技大学 张林ch11典型应用电路 保护二极管11.2.2 线性集成稳压器及其应用举例2.应用举例#为什么要两个电容并联?25华中科技大学 张林ch11典型应用电路 11.2.2 线性集成稳压器及其应用举例2.应用举例26华中科技大学 张林ch11典型应用电路 11.2.2 线性集成稳压器及其应用举例2.应用举例27华中科技大学 张林ch11典型应用电路 11.2.2 线性集成稳压器及其应用举例2.应用举例28华中科技大学 张林ch11典型应用电路 11.2.2 线性集成稳压器及其应用举例2.应用举例在输出 200mA 电流时输入输出压差最小值为 0.1VTPS79901输出电压：VO=(R1+R2)/R2 1.193可调范围：1.26.4V固定输出：如TPS79915、TPS79918、TPS79925、TPS79933等固定输出电压分别为1.5V、1.8V、2.5V和3.3V。关断使能控制端29华中科技大学 张林ch1111.1 小功率整流滤波电路11.2 线性稳压电路11.3 开关稳压电路11 直流电源电路30华中科技大学 张林ch1111.3 开关稳压电路（1）效率高 在开关稳压电源中，调整管工作于开关状态，通过控制调整管的导通时间实现稳压。由于调整管工作于开关状态，管耗很小，电源效率明显提高，可达7595。特点31华中科技大学 张林ch1111.3 开关稳压电路特点（2）体积小，重量轻 开关稳压电源省去了笨重的工频变压器和线性稳压中调整管的散热装置，所以相对于线性稳压电源，其体积更小，重量更轻。32华中科技大学 张林ch1111.3 开关稳压电路特点（3）稳压范围宽 开关稳压电路的效率与输入电压的大小基本无关，对交流电网的要求不高，因此稳压范围较宽。（4）调整管（开关管）的控制比较复杂 由于开关稳压电路的调整管工作在截止和饱和两种状态，控制电路较为复杂。（5）输出电压纹波较大33华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路开关DC/DC变换器基本电路反馈控制实现稳压DC DCDC/DC 稳压器或变换器34华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路1.开关DC/DC 变换器基本电路串联型(降压型或Buck型)vG=高电平：T导通，D截止，L充电，iL开始增加，增大到一定程度时C由放电转为充电，VO开始上升。vG=低电平：T截止，L放电，D导通。由于iL不能突变，所以iO无突变，VO也无突变。随着L的放电，iL逐渐减小，C由充电逐渐变为放电，VO开始下降。T 工作在开关状态下，如何输出直流电压？35华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路串联型(降压型或Buck型)依据一个周期内电感电压的平均值为零的伏秒平衡原理，有(VI-VO)ton=VO toffVO与占空比成比例T 与负载RL串联VO总是小于VIqton/T 称为脉冲波形的占空比1.开关DC/DC 变换器基本电路36华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路并联型(升压型或Boost型)vG为高电平时T导通，D截止 vLVIvG为低电平时T截止，D导通 VO vX=VI+vL显然 VOVI升压型T 与负载RL并联改变占空比可以改变输出电压1.开关DC/DC 变换器基本电路VO37华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路极性反转型vG为高电平时T导通，D截止，L充电vG为低电平时T截止，D导通，L放电 VO极性与VI相反1.开关DC/DC 变换器基本电路iLiL38华中科技大学 张林ch11串联型（降压，Buck）2.稳压原理11.3.1 无变压器的开关稳压电路脉宽调制（PWM）波形产生39华中科技大学 张林ch11串联型（降压，Buck）11.3.1 无变压器的开关稳压电路反馈控制总是使vF无限趋近于VREF，则2.稳压原理40华中科技大学 张林ch113.集成开关稳压器及其应用举例11.3.1 无变压器的开关稳压电路集成DC/DC 变换器 也有包括续流二极管、取样电路等在内的单片集成DC/DC变换器供选用。41华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路输入范围+7.0V+40V，5V输出三角波振荡频率为150kHz（1）固定输出降压型DC/DC变换器LM2596-5.03.集成开关稳压器及其应用举例42华中科技大学 张林ch11LM2576-ADJ11.3.1 无变压器的开关稳压电路（2）可调降压型DC/DC变换器3.集成开关稳压器及其应用举例43华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路（2）可调降压型DC/DC变换器5VVO=0.76(1+R1/R2)代替续流二极管TPS5642013.集成开关稳压器及其应用举例44华中科技大学 张林ch1111.3.1 无变压器的开关稳压电路（3）极性反转型DC/DC变换器MAX7643.集成开关稳压器及其应用举例45华中科技大学 张林ch111.基本电路及工作原理11.3.2 带变压器的开关稳压电路反激式T1导通时N2储能通过开关管T1将高压直流变为高频方波电压，再通过高频变压器降压，然后滤波变为直流。效率高，体积小VI：高压直流T1：功率开关管Tr：高频变压器D1：续流二极管46华中科技大学 张林ch1111.3.2 带变压器的开关稳压电路稳压通过反馈控制实现稳压，但需要隔离电路。1.基本电路及工作原理47华中科技大学 张林ch112.集成控制器及开关稳压电源11.3.2 带变压器的开关稳压电路含开关管的集成控制器应用包含T1的集成控制器高、低压电路隔离48华中科技大学 张林ch1111.3.2 带变压器的开关稳压电路集成控制器2.集成控制器及开关稳压电源end