模电-笫十章资料优秀PPT.ppt

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1、10.1整流器和直流稳压电源整流器和直流稳压电源变压器变压器:将电网电压将电网电压(220V、50Hz)变换为所需的沟通电压；变换为所需的沟通电压；整整流流:将变压器次级沟通转换为单向脉动直流；将变压器次级沟通转换为单向脉动直流；滤滤波波:将整流后的水纹滤除。将整流后的水纹滤除。稳稳压压:将不稳定的直流电压变成稳定的直流电压将不稳定的直流电压变成稳定的直流电压笫十章笫十章电源电路电源电路10.2整流滤波电路整流滤波电路220V50Hz(a)半波整流半波整流RLV220V50HzRLV1V2(b)全波整流全波整流桥式整流桥式整流倍压整流倍压整流220V50Hz(d)U22U2 V1V2V3V4V

2、5 2U22U22U222U2222全波整流电路管子流过的电流及输入输出电压波形全波整流电路管子流过的电流及输入输出电压波形常用滤波电路常用滤波电路(a)电容滤波；电容滤波；(b)电感电容电感电容型滤波；型滤波；(c)电阻电容电阻电容型滤波型滤波设滤波电容电压初始值设滤波电容电压初始值uC(0)=0,当当ui为正半周时，为正半周时，V1导通，导通，V截止，截止，ui给给C充电。由于二极管内阻较充电。由于二极管内阻较小，小，充电时常数较小，充电时常数较小，uC上升快。上升快。当当uC上升到等于上升到等于ui(t1)时，时，V1、V2均截止，电容均截止，电容C通过负载通过负载RL放电，放电，uo下

3、降。下降。全波整流电路及电压电流波形(c)计算机仿真波形(为看清输出水纹，有意将滤波电容值取得很小，事实上要加几百几千F)2.主要性能1当接接入入滤滤波波电电容容(C0)，且且负负载载RL=时时，输输出出电压可充电至输入电压峰值：电压可充电至输入电压峰值：一般状况下一般状况下(RL,C0)，Uo的估算值为的估算值为)输出直流电压输出直流电压Uo不接滤波电容不接滤波电容(C=0)时时:式中Ui为变压器次级单边沟通电压有效值，Uim为沟通振幅。依据式(928)，可以由Uo算出Ui，从而算出变压比2)滤波电容估算值滤波电容估算值此时，水纹电压峰峰值此时，水纹电压峰峰值Urpp约为约为(930)式中：

4、式中：T为沟通电网信号周期；为沟通电网信号周期；IL为负载电流。为负载电流。滤波电容的选择要满足下式，即滤波电容的选择要满足下式，即(931)3)整流管的选择整流管的选择(1)整流管最大允许电流整流管最大允许电流(2)整流管反向击穿电压整流管反向击穿电压UBR2Uim。半波整流只有一个整流管，所以IMIL，且水纹大，所以一般用得不多。图用用“硅桥硅桥”实现正、负两路直流输出的全波整流电路实现正、负两路直流输出的全波整流电路10.2串联反馈型线性稳压电源的工作原理串联反馈型线性稳压电源的工作原理常用稳压电路有串联反馈型稳压电路和开关常用稳压电路有串联反馈型稳压电路和开关型稳压电路。首先，我们介绍

5、最常用的串联型稳型稳压电路。首先，我们介绍最常用的串联型稳压电源。压电源。一、电路串联型稳压电源的框图如图10.4.2所示。图中“调整环节”就是一个射极输出器。取样环节是将输出电压的变更样品取来，加到一个误差比较放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压相比较。二二、主要参数(932)1)稳压系数SS表示输出电压相对变更量与输入电压相对变更量之比，即1.主要指标2)输出电阻输出电阻Ro(933)一般稳压器的一般稳压器的Ro为为m数量级。数量级。3)温度系数温度系数ST(934)Ro表示负载变更表示负载变更(IL变更变更)对输出电压的影响，即对输出电压的影响，即ST表示温度变更对输出电压的影响，

6、其表达表示温度变更对输出电压的影响，其表达式为式为2.调整管参数(1)调整管最大允许电流ICM必需大于负载最大电流ILM。(2)调整管最大允许功耗PCM必需大于调整管的实际最大功耗。当输入电压最大，而输出电压最小、负载电流最大时，调整管的实际功耗是最大的。(3)调整管必需工作在线性放大区，其管压降一般不能小于34V。(4)假如单管基极电流不够，则接受复合管；若单管输出电流不能满足负载电流的须要，则可运用多管并联。(5)电路必需具有过酷爱护、过流爱护等措施，电路必需具有过酷爱护、过流爱护等措施，以免调整管损坏。以免调整管损坏。集成三端稳压器是集成串联型稳压电源，用途特别广泛，而且特别便利。集成三

7、端稳压器有78系列(输出正电压)和79系列(输出负电压)，后面两位数表示输出电压值，如7812，即表示输出直流电压为+12V。三、集成三端稳压器图中，C1可以防止由于输入引线较长而带来的电感效应而产生的自激。C2用来减小由于负载电流瞬时变更而引起的高频干扰。C3为容量较大的电解电容，用来进一步减小输出脉动和低频干扰。三端集成稳压电源的典型接法三端集成稳压电源的典型接法(a)78系列典型接法；系列典型接法；(b)79系列典型接法；系列典型接法；(c)三端稳压器外形图三端稳压器外形图三端集成稳压电源的典型接法三端集成稳压电源的典型接法(a)78系列典型接法；系列典型接法；(b)79系列典型接法；系

8、列典型接法；(c)三端稳压器外形图三端稳压器外形图LM317UoUiC1R2132C2R1三三端端稳稳压压电电源源的的功功能能可可以以扩扩展展。图图917给给出出几几个个功功能能扩扩展展电电路路。图图917(a)是是一一个个扩扩流流电电路路。图中图中V为扩流晶体管，输出总电流为扩流晶体管，输出总电流Io=Io+IC。(936)图图917(b)电路是一个扩大输出电压的电路，电路是一个扩大输出电压的电路，该电路输出电压该电路输出电压。式中，。式中，IQ为稳压为稳压器静态工作电流，通常比较小；器静态工作电流，通常比较小；UR1是稳压器输出是稳压器输出电压电压Uo。所以。所以三端稳压器功能的扩展三端稳

9、压器功能的扩展(a)扩流电路；扩流电路；(b)扩压电路；扩压电路；(c)输出电压可调电路输出电压可调电路图三端稳压器功能的扩展三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；扩流电路；(b)扩压电路；扩压电路；(c)输出电压可调电路输出电压可调电路三端稳压器功能的扩展三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；扩流电路；(b)扩压电路；扩压电路；(c)输出电压可调电路输出电压可调电路(1)调整管总工作在线性放大状态，管压降大，流过的电流也大(大于负载电流)，所以功耗很大，效率较低(一般为40%60%)，且须要浩大的散热装置。10.4.4开关型稳压电源开关型稳压电源串联型反馈式稳压电源用途广泛，但存在以下两串联型反

10、馈式稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：个问题：(2)电源变压器的工作频率为电源变压器的工作频率为50Hz，频率低而使，频率低而使得变压器体积大、重量重。得变压器体积大、重量重。开关稳压电源正是基于上述改革思路而独创的新型稳压电源。目前，开关稳压电源已广泛应用于计算机、电视机及其它电子设备中。开关稳压电源的一般框图。开关稳压电源的一般框图。开关稳压电源的电路形式很多，我们仅以下面的例子对其工作原理加以简要说明。为1.为了减小调整管功耗为了减小调整管功耗,让调整管工作在让调整管工作在”开关开关”状态状态2.为了减小变压器体积及重量为了减小变压器体积及重量.提高工作频率提高工作频率.3.从从50

11、HZ变为几十变为几十KHZ.或几百或几百KHZ.开关稳压电源框图开关稳压电源框图电电网网电电压压不不稳稳使使输输出出直直流流电电压压Uo增增大大，经经光光耦耦合合器器隔隔离离，误误差差放放大大器器反反相相输输入入端端电电压压增增大大，其其输输出出减减小小。该该电电压压(UC+)与与UC-的的三三角角波波比比较较结结果果，会会使使其其输输出出电电压压(UG)的的占占空空比比减减小小，如如图图919虚虚线线所所示示，从从而而使使VMOS导通时间减小，截止时间增加。导通时间减小，截止时间增加。经二次整流后取出方波的平均值经二次整流后取出方波的平均值(Uo)将随之减小。将随之减小。这就是开关电源稳压的

12、原理。图这就是开关电源稳压的原理。图920给出一个实际的给出一个实际的开关稳压电源的电原理图。开关稳压电源的电原理图。图图919脉宽调制器的各点波形脉宽调制器的各点波形一个实际的开关稳压电源电路一个实际的开关稳压电源电路图920中，VMOS源极电阻R9为过流采样电阻。当过流时，UR9增大，经R10送至UC3842的3端，以实现过流爱护的目的。C8、VD3、R11、R12、VD2和C9构成两级吸取回路，用以吸取尖峰干扰。VD1VD3接受快复原的二极管FR305。VD4为输出整流管，接受D80-004型肖特基二极管，以满足高频、大电流整流的须要。该电路接受自馈绕组反馈，而不是像图918所示的从输出

13、电压经光耦合反馈，一般用于固定负载的状况。UC384212348765UREF输入U1输出U0地RT/CT电流检测反馈补偿(a)8参考电压1674振荡器内部基准213SRQ5(b)脉宽调制器脉宽调制器UC3842框图框图图图922散热器和热传导阻力等效通路散热器和热传导阻力等效通路(a)铝型材散热器示意图；铝型材散热器示意图；(b)热传导阻力等效通路热传导阻力等效通路(热阻计算热阻计算)图图923功率管的二次击穿现象功率管的二次击穿现象(a)二次击穿现象；二次击穿现象；(b)二次击穿临界线二次击穿临界线图图924双极型功率管的平安工作区双极型功率管的平安工作区图图925VMOS管的结构剖面图管

14、的结构剖面图933绝缘栅双极型功率管(IGBT)及功率模块一、IGBT的等效电路及符号IGBT的等效电路和符号如图926所示。图926绝缘栅双极型功率管(IGBT)(a)等效电路；(b)符号图 927(a)给 出 一 种 高 速 大 功 率 CMOS器 件(TC4420/29系列)，其脉冲峰值电流高达6A，开关速度高达25ns，运用特别便利，而且能带动大电容负载(CL1000pF)。二、功率模块二、功率模块功率模块有很多，有达林顿电路模块、各种MOS管或BiFET组件等。图927(b)是由两块TC4420组成的桥式电路，驱动电机或陀螺正、反向转动。图927高速大功率CMOS器件(a)内部电路；

15、(b)由TC4420组成的桥式功率电路目前，还出现了很多高速大功率运算放大器(PowerOperationalAmplifiers)，如OPA2544、3583等。OPA2544的最大输出电流为2A，电源电压范围10V35V压摆率为8V/s其封装和引脚图如图928所示：而OPA3583的电源电压高达70V150V，输出电流为75mA压摆率达30V/sOPA2544和OPA3583的输入级为场效应管，输出级为互补跟随器。图928功率运算放大器OPA2544的外形图及管脚图(a)外形图；(b)管脚图为保证功率管的正常运行，要附加一些爱护电路，包括平安区爱护、过流爱护、过酷爱护等等。例如，在VMOS

16、的栅极加限流、限压电阻和反接二极管，在感性负载上并联电容和二极管，以限制过压或过流。又如，在功率管的c、e间并联稳压二极管，以吸取瞬时过压等等。934功率管的爱护功率管的爱护94高精度基准电压源高精度基准电压源在集成电路或电子设备中，常须要基准电压源(UREF)。该类基准电压源要求精度高，温度稳定性好(0.210-62010-6左右)，噪声电压低，长期稳定度好等，但其输出电流并不大，一般为几毫安十几毫安。实现此类电压基准功能的电路和器件有两种，简要介绍如下。如图929所示，UBE为负温度系数，UT发生器乘以系数K为负温度系数，二者经相加器相加后得到基准电压UREF：又知，结电压又知，结电压U随

17、温度上升而下降，即有随温度上升而下降，即有(940)941能隙基准电压源能隙基准电压源一、一、能隙基准电压源的工作原理能隙基准电压源的工作原理(941a)(941b)(942)图929能隙基准电压源的工作原理能隙基准电压源的工作原理式中，Ug0为半导体材料在确定零度下(0K)的带隙(BandGap)电压，即禁带宽度。硅材料的Ug0为1.205V，锗材料的Ug0为0.72V。该值是一个固定不变的电压值。如式(942)所示，若调整K值使其次项与第三项相抵消，则(943)图930给出一个能隙基准电压源的电路例子。设运算放大器是志向的，且RA=RB因此有(944)二、能隙基准电压源电路二、能隙基准电压

18、源电路(945)图930能隙基准电压源电路能隙基准电压源电路运放输出电压即基准电压UREF为(946)式中，调节R1和R2的值，使KUT=CT，那么(947)若R4固定，则变更R3,即可得到不同的基准电压值。美国AD公司的AD580、AD581、AD584、AD680系列电压基准的原理电路与图930相同。例如，AD581的基准电压UREF=10V0.005V，温度系数ST为510-6/，长期稳定度为2510-6/1000h，输出噪声电压的峰峰值小于40V。能隙基准电压源的ST310-6/，噪声电压UNpp20V。对于高辨别率的A/D、D/A(16位以上)，仍感不足。以埋层齐纳管为参考的基准电压源的精度和稳定度有望更高。942以埋层齐纳管为参考的超高精度基准电压源以埋层齐纳管为参考的超高精度基准电压源一般齐纳管的击穿机理发生在硅晶体表面，如图931(a)所示，表面存在更多的杂质，易受机械压力和晶格错位等因素影响，导致击穿噪声大，长期稳定性不好。图931一般齐纳管和埋层齐纳管的击穿部位(a)一般齐纳管；(b)埋层齐纳管