开关稳压电路课件.ppt

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1、本节内容本节内容10.6.1 开关稳压电路的特点和分类开关稳压电路的特点和分类10.6.2 串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路10.6.3 并联开关型稳压电路并联开关型稳压电路10.6.4集成式脉冲调制开关稳压器电路集成式脉冲调制开关稳压器电路110.6.1 开关稳压电路的特点和分类开关稳压电路的特点和分类 开关型稳压电源就是采用功率半导体器件作为开关，通过开关型稳压电源就是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电极和发射极两端的压降接近零

2、，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达流为零，所以其功耗小，效率可高达70%95%。而功耗小，。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳

3、定性和可靠性。于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为允许电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电而开关型稳压电源在电网电压从压从110V-260V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。2开关型稳压电源的分类方式很多。开关型稳压电源的分类方式很多。按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型。按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型。按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（按稳压的控制方式可分为脉冲宽

4、度调制型（PWM）、）、脉冲频率调制型（脉冲频率调制型（PFM）和混合调制（即脉宽和混合调制（即脉宽-频率调频率调制）型。制）型。按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式。按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式。按使用开关管的类型可分为晶体管、按使用开关管的类型可分为晶体管、VMOS管和晶闸管和晶闸管型。管型。3串串联联开开关关型型稳稳压压电电路路调调整整管管与与负负载载串串联联，输输出出电电压压总总是是小小于于输输入电压，故称为降压型稳压电路。入电压，故称为降压型稳压电路。1.1.换能电路的基本原理换能电路的基本原理输入电压输入电压UI是未经稳压的直流电压；晶体管是未经稳压的直流电压；晶体

5、管T T为调整管，即开为调整管，即开关管；电感关管；电感uB为矩形波，控制开关管的工作状态；为矩形波，控制开关管的工作状态；L和电容和电容C组组成滤波电路，成滤波电路，D为续流二极管。为续流二极管。10.6.2 串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路 当当uB为高电平时，为高电平时，T饱和导通，饱和导通，D因承受反偏电压而截止，因承受反偏电压而截止，电感电感L存储能量，电容存储能量，电容C充电；发射极电位充电；发射极电位uE=UI-UCESUI。当当uB为低电平时，为低电平时，T截止，此时虽然截止，此时虽然发射极电流为零，但是发射极电流为零，但是L释放能量，其释放能量，其感生电动势使感生电动势使

6、D导通，与此同时导通，与此同时C放电，放电，负载电流方向不变，负载电流方向不变，uE=-UD0。4构成串联开关型稳压电源的结构框图如图所示。它包括调整构成串联开关型稳压电源的结构框图如图所示。它包括调整管及其开关驱动电路（电压比较器）、取样电路（电阻管及其开关驱动电路（电压比较器）、取样电路（电阻R1和和R2）、）、三角波发生电路、基准电压电路、比较放大电路、滤三角波发生电路、基准电压电路、比较放大电路、滤波电路（电感波电路（电感L、电容电容C和续流二极管和续流二极管D）等几个部分。等几个部分。经经分分析析推推导导可可得得输输入入电电压与输入电压的关系为：压与输入电压的关系为：改变占空比改变占

7、空比q q，即可即可改变输出电压的大小。改变输出电压的大小。2.串联开关型稳压电路的组成串联开关型稳压电路的组成5如如图图所所示示基基准准电电压压电电路路输输出出稳稳定定的的电电压压，取取样样电电压压UN1与与基基准准电电压压UREF之之差差，经经A1放放大大后后，作作为为由由A2组组成成的的电电压压比比较较器器的的阈阈值值电电压压UP2，三三角角波波发发生生电电路路的的输输出出电电压压与与之之相相比比较较，得得到到控控制制信信号号UB，控制调整管的工作状态。控制调整管的工作状态。在在换换能能电电路路中中，如如果果电电感感L L数数值值太太小小，在在T Tonon期期间间储储能能不不足足，那那

8、么么在在T Toffoff还还未未结结束束时时，能能量量已已经经放放尽尽，将将导导致致输输出出电电压压为为零零，出出现现台阶，这是不允许的。台阶，这是不允许的。3.工作原理工作原理6并并联联式式开开关关电电路路中中T1为为调调整整管管,控控制制电电压压Ub，T1开开关关周周期期为为T，导导通通时时间间ton=DT，截截止止时时间间toff=(1-D)T,L为为储储能能电电感感，D为限流二极管。为限流二极管。在在导导通通期期间间，开开关关管管T1导导通通，UI加加到到电电感感L两两端端，D反反向向截截止止。因因L很很大大，L中中的的电电流流近近乎乎线线性性增增加加，并并储储存存磁磁能能。导导通通

9、期间期间iL的增量：的增量：10.6.3 并联开关型稳压电路并联开关型稳压电路7即调整即调整Ub脉冲占空比，可改变脉冲占空比，可改变U0的大小的大小在电路平衡时，在电路平衡时，iL1=iL2 输出电压：输出电压：在截止期间，储能电感在截止期间，储能电感L感应出上负下正电动势，感应出上负下正电动势，使使D导通，导通，L中磁能通过二极管中磁能通过二极管D传到负载传到负载RL 上，与此上，与此同时电容同时电容C充电。充电。T1截止时，截止时，L的释放电流近似线性下的释放电流近似线性下降，电流减少量降，电流减少量iL2 为：为：8采用采用CW3524集成控制器集成控制器组组成的脉成的脉宽调宽调制式串制

10、式串联联型开关型开关稳压稳压电电源源实实用用电电路如路如图图所示，所示，该稳压电该稳压电源源输输出出电压电压U o=5V，输输出出电电流流I o=1A。10.6.4 集成式脉冲调制开关稳压器电路集成式脉冲调制开关稳压器电路1.电路结构电路结构9 CW3524 芯片共有芯片共有16只引脚，各引脚功能如图只引脚，各引脚功能如图所示，其中所示，其中P15、P8分别接输入电压分别接输入电压U i的正、负端；的正、负端；P12、P11和和P14、P13为驱动开关调整管基极的开关为驱动开关调整管基极的开关信号的两个输出端（即脉宽调制式电压比较器输出信号的两个输出端（即脉宽调制式电压比较器输出信号信号UO2

11、）；）；(1)CW3524 集成控制器集成控制器 两个输出端可单独使用，亦可并联使用，连接时一两个输出端可单独使用，亦可并联使用，连接时一端接开关调整管基极，另一端接端接开关调整管基极，另一端接P8脚（即地）；脚（即地）；P1、P2分别为比较放大器分别为比较放大器A1的反相和同相输入端；的反相和同相输入端；P16为为基准电压源输出端；基准电压源输出端；P6、P7分别为三角波振荡器外分别为三角波振荡器外接振荡元件接振荡元件RT和和CT的联结端，的联结端，P9为防止自激的相位为防止自激的相位校正元件校正元件R4和和C4的联接端。的联接端。11(2)外外电电路路 开开关关调调整整管管U1、U2均均为

12、为PNP型型硅硅功功率率管管，U1选选3CD15，U2选选3CG14；U3为为续续流流二二极极管管；L和和C组组成成型型滤滤波波电电路路，L=0.9mH,C=470F；R1和和R2组组成成采采样样分分压压器器电电路路；R3和和R4是是基基准准电电压压源源的的分分压压电电路路；R5为为限限流流电电阻阻，R6 为为过过载载保保护护取取样电样电阻。阻。RT一一 般般 在在 1.8k-100k之之 间间 选选 取取，CT一一 般般 在在 0.1F-1000F之之间间选选取取。控控制制器器的的最最高高频频率率为为300kHz，工工作作时时一一般取在般取在100kHz以下。以下。此电路中开关调整管采用的是

13、此电路中开关调整管采用的是PNP型管，因此比较放大器的型管，因此比较放大器的反相输入端和同相输入端的输入信号与框图虚框中所示的应反相输入端和同相输入端的输入信号与框图虚框中所示的应该对调；另外，该对调；另外，Uo2高电平脉宽变宽时，高电平脉宽变宽时，PNP型管导通时间反型管导通时间反而变短，分析时应予以注意。而变短，分析时应予以注意。12（1）CW3524 内内部部的的基基准准电电压压源源UR=5V，由由P16脚脚引引出出，通通过过R3和和R4（都都是是5k）分分压压，以以0.5UR=2.5V加加在在比比较较放放大大器器的的反反相相输输入入端端（P1脚脚）；输输出出电电压压Uo通通过过R1和和

14、R2（都都是是 5k）分分压压，以以0.5Uo=2.5V加加在在比比较较放放大大器器的的同同相相输输入入端端（P2脚脚），此此时时，比比较较放放大大器器因因 U+=U-，其其输输出出Uo1=0。调调整整管管在在集集成成控控制制器器作作用用下下，开开关关稳稳压压电电路路输输入入电电压压Ui=28V时时，输输出出电电压压为为稳稳定定值值5V。当输出电压因输入电压（电网波动引起）或负载变化引起变当输出电压因输入电压（电网波动引起）或负载变化引起变动时，若动时，若UoUo1为正，为正，Uo2高电平脉宽变宽（高电平脉宽变宽（P12输出高电平输出高电平脉宽变宽）脉宽变宽）开关调整管（开关调整管（PNP）导

15、通时间变短（导通时间变短（to）Uo，Uo维持不变。维持不变。2.工作原理及稳压过程工作原理及稳压过程13 在在触触发发脉脉冲冲作作用用下下，U1处处于于开开关关状状态态，当当U1基基极极电电压压为为正正时时饱饱和和导导通通，Ui对对L1进进行行充充电电，充充电电电电流流为为I1，此此时时L1储储存存能能量量；当当U1基基极极为为负负时时，U1截截止止，储储存存在在变变压压器器初初级级线线圈圈中中的的能能量量通通过过次次级级线线圈圈L2及及二二极极管管U2向向电电容容C充充电电，产产生生输输出出直直流流电电压压。当当输输入入的的交交流流电电源源电电压压波波动动或或负负载载电电流流发发生生变变化

16、化，引引起起输输出出电电压压Uo变变化化时时，通通过过取取样样比比较较电电路路组组成成的的控控制制电电路路去去改改变变开开关关调调整整管管的的导导通通与与截截止止时时间间，使使输输出出电电压压得得以以稳稳定定。开开关关管管的的导导通通时时间间to增增大大时时，输输出出电电压压升升高高；反反之之，导导通通时时间间to减减小小时时，输输出出电电压压就就降降低低。当当由由于于某某 种种原原因因使使输输出出电电压压升升高高时时，通通过过取取样样比比较较电电路路使使U1提前截止，引起提前截止，引起toUo，使使输输出出电压电压保持保持稳稳定。定。(2)稳压工作过程稳压工作过程14在在各各种种电电子子系系

17、统统中中，均均需需要要将将交交流流电电网网的的电电压压转转换换为为直直流流电电提提供供给给电电子子设设备备，为为此此，使使用用降降压压、整整流流、滤滤波波和和稳稳压压等等环环节实现交直流的转换工作。节实现交直流的转换工作。整整流流过过程程是是利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性实实现现，常常见见的的电电路路形形式式有有半半波波整整流流、全全波波整整流流和和桥桥式式整整流流；半半波波整整流流结结构构简简单单、整整流流二二极极管管承承受受的的反反压压低低，但但是是由由于于丢丢掉掉了了负负半半周周信信号号，因因此此整整流流效效率率低低，全全波波整整流流采采用用了了两两个个整整流流二二极极管管

18、利利用用了了负负半半周周信信号号，整整流流效效率率有有所所提提高高，但但是是整整流流二二极极管管承承受受的的反反压压提提高高一一倍倍；桥桥式式整整流流兼兼有有半半波波整整流流和和全全波波整整流流的的优优点点，整整流流效效率率和和全全波波一一致致，整整流流二二极极管管承承受受的的反反压压和和半半波波一一致致，只只是是要要用用到到的的整整流流二二极极管管数量增加到四只。数量增加到四只。本章小结本章小结15 为抑制整流输出中的纹波，在整流电路后接入滤波电路，为抑制整流输出中的纹波，在整流电路后接入滤波电路，常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒L型滤波、型滤波、

19、RC-型型滤波和滤波和LC-型滤波，电容滤波用于输出电流不大、负载几乎不型滤波，电容滤波用于输出电流不大、负载几乎不变的情形，而电感滤波用于输出大电流的场合。变的情形，而电感滤波用于输出大电流的场合。为为保保证证输输出出电电压压不不受受电电网网电电压压波波动动、负负载载的的变变化化而而产产生生的的波波动动，接接入入稳稳压压电电路路。小小功功率率稳稳压压电电源源一一般般采采用用串串联联反反馈馈式式稳稳压方式，功率要求较高的则采用开关稳压电路。压方式，功率要求较高的则采用开关稳压电路。串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路调调整整管管工工作作于于线线性性放放大大区区，开开关关稳稳压压电电路路的的功功率率管管则则工工作作在在开开关关状状态态，利利用用开开关关管管的的导导通通和和截截止止时时间间转转换换去去控控制制和和稳稳定定主主出出电电压压；相相对对于于串串联联反反馈馈式式稳稳压压电电路路而而言，开关电源的效率高、体积小、重量轻越来越应用广泛。言，开关电源的效率高、体积小、重量轻越来越应用广泛。本章小结本章小结16