第18讲 直流电源

2020/1/201电子电路基础第十八讲直流电源2主要内容10.1概述10.2整流、滤波电路10.3串联型线性稳压电源10.4串联开关型稳压电源10.5并联开关型稳压电源3一、概述交流输入～220V50Hz电源变压整流电路滤波电路稳压电路保护电路直流输出电源变压：变压、隔离整流电路：正弦电压变为单一方向的脉动电压滤波电路：平滑输出电压稳压电路：稳定输出电压4直流电源指标0100%USU输入电压ui额定输出电压Uo最大输出电流IM输出电压的稳定度纹波系数0100%UU5R＋－uoD2D1D3D4（1）桥式整流正半周负半周+-+-R＋－uoD2D1D3D46整流输出电压02sin()oUtoooAVUUduuSinUU9.022)(210＝直流分量UAVR＋－uoD2D1D3D4桥式整流（续）2oUtouAVU7（2）全波整流R＋uoD2D1次级线圈每个周期只有一半在导电，利用率次级绕组中心抽头接地，D1和D2上的电压反相较低，但屏蔽性好2oUtouAVU8（3）正负输出全波整流电路R1＋uo1D2D1D4D3R2uo2－+－由D1、D2和R1组成正向输出电压为u01，正电压由D3、D4和R2组成反向输出电压为u02，负电压原理与全波整流电路完全相同92、滤波电路R＋－u1D2D1D3D4C滤波的目的：滤去单向电路中的交流分量有RC、RL、LC、LCπ滤波电路最常用的是RC滤波电路102、RC滤波电路R＋－u1D2D1D3D4CRC滤波电路要求C比较大，一般在千微法量级，常采用电解电容u1tRC大RC小02U通过电容C充放电，来平滑输出电压二极管导电时间减小，RC越大导电时间越短11滤波电路分析222BRCooUUUUoAVUU4.1~1.1＝(3~5),2TRCT（＝为电源周期）二极管承担的最大反向电压二极管反向耐压要大于次级电压峰值的2倍输出电容较大时，输出电压的平均值UAV为一般，UAV=1.2Uo电容的选择R＋－u1D2D1D3D4C12思考u1tRC大RC小02U为什么需要稳压电路？为什么不能采用稳压管电路来稳压？输出电流不能太大动态电阻太大输出电压无法调节采用稳压管电路来提供参考电压13主要内容10.1概述10.2整流、滤波电路10.3串联型线性稳压电源10.4串联开关型稳压电源10.5并联开关型稳压电源14三、串联型线性稳压原理ZoURRU)1(21电路稳压原理：深度电压串联负反馈。调整管放大倍数运放最大输出电流调整管最大c极电流1oMMCMIII最大输出电流：UZ－+AR3R2R1u1＋－Uo＋T－RLI1Io串联型线性稳压器基准电压比较放大调整电路取样电路152、串联型线性稳压电源——常见电路调整管：复合管，可获得较大输出电流采样电路：R1、R2、W，输出电压可调电容2C在千微法以上，减少纹波系数，避免外来冲击20.1FC减少高频干扰基准电路：稳定性要求UZ+－AR3R2R1C2C1D2D1D3D4WC2＋－Uo～220V50Hz16例10-1：可变输出的直流电源，要求输出电压范围5～15V，最大输出电流3A，设(复合)调整管饱和压降3V、运放最大输出电流10mA，试确定:(1)R1和R2以及电位器W的值以及稳压管的稳压值UZ；(2)变压器输出电压值；(3)调整管放大倍数.15)1(21ZOMURWRU＝5)1(21ZoNUWRRU解:(1)先确定稳压值UZ：一般选择UZ=UON×90%＝5×0.9＝4.5V选择确定采样电阻中的最小电流IR=1mAUZ+－AR3R2R1C2C1D2D1D3D4WC2＋－Uo～220V50Hz17例10-1(续)125ONRURRWRkI1300030010oMMII125001.53RRkWk121(1)()5oNZZRRUUURWRR122(1)()15oMZZRWRUUURR15318OIUV（2）保证最大输出为15V,滤波输出1.1OIIUU取滤波电路输出电压，则变压器次级输出/1.118/1.116.4IOIUUV电压有效值16.418.20.9IUV考虑市电220V有10%波动，则（3）调整管放大倍数1oMMII1810.6，10.7，10.819主要内容10.1概述10.2整流、滤波电路10.3串联型线性稳压电源10.4串联开关型稳压电源10.5并联开关型稳压电源20比较：线性稳压电源和开关电源线性稳压电源：优点：输出电压稳定度高、纹波系数小、不产生缺点：效率低。干扰；开关电源：解决效率低的问题有串联和并联两种输出电压稳定度和纹波系数等不及线性稳压电源21开关型稳压——能量转换基本原理为了使波纹较小充电放电RL＋－UoIL1IC1ILLUL＋－＋－U1CK1K2IL1RL＋－UoIL2IC2ILLUL－+＋－U1CK2K1IL2电容在开关频率下的容抗为负载电阻的1/5~1/10电感的感抗应大于负载电阻的5~10倍22四、串联开关型稳压电路U1：整流滤波输出；T：调整管，在uB控制下工作于开关状态（K1）A1为采样放大器，A2为电压比较器二极管D:续流管（K2）；R1和R2进行输出取样T串联在输入/输出电压间——串联开关型稳压电路LU1＋－TD+－A1RLUo＋－ILCR1R2－+A2uA三角波发生器uCu1UZR3uB基准电压23串联开关型——充放电原理LU1＋－TD+－A1RLUo＋－ILCR1R2－+A2uA三角波发生器uCu1UZR3uB基准电压取样电路获得Uo的样值U1U1与UZ的比较，输出UA，作为A2的门限电平UA与uC比较输出uBuCUA时,uB为高电平，T导通，D截止，Ui对L和C充电反之uB为低电平,T截止,D导通,L和C通过RL放电,维持Uo242、稳压原理Uo的平均值1()offonAVCESDonoffonoffTTUUUUTTTT111ononAVonoffTTUUUkUTTT忽略UCES和UDk为调整管基极控制脉冲的占空比,改变k可获得相应UoTonuAuC0ttuB0tuE0-UDU1tUo0UAVToff25串联开关型—稳压原理oULU1＋－TD+－A1RLUo＋－ILCR1R2－+A2uA三角波发生器uCu1UZR3uB基准电压oU1u1ZuUAu(,)offonkTT稳压调整过程：使输出电压得以稳定由于电感和电容充电和放电过程的非线性，输出电压的稳定性较差波纹系数较大26五、并联开关型稳压电源换能原理图：电感充电、电容放电RL＋－UoIC1IL＋－U1CK2K1IL1LUL＋－电感放电、电容充电RL＋－UoIC2IL＋－U1CK2K1IL2LUL－+换能原理图：开始：受控开关K1接通,K2断开。L充电，极性左正右负；C放电，维持输出电压1、能量转换基本原理过段时间：K1断开,K2接通，L上产生反向电动势，极性左负右正，U1加上UL给C充电，并维持输出电压27并联开关型-电路构成（续）T：调整管，在uB控制下工作于开关状态（K1）；A1为采样放大器，A2为电压比较器；D（K2）T并联在输入/输出电压间——并联开关型稳压电路LU1＋－TD+－A1RLUo＋－ILCR1R2－+A2uA三角波发生器uCu1UZR3uB基准电压28并联开关型-充放电原理T导通时，二极管D两端电压左负右正，D截止，U1T截止时，D导通，L放电，U1和UL相加通过D对CLU1＋－TD+－A1RLUo＋－ILCR1R2－+A2uA三角波发生器uCu1UZR3uB基准电压充电，并向RL供电对L充电，C放电，维持Uo;29并联开关型-稳压原理推导)()()(111LLonDLoffononAVUUkUUTTUUUTTTU－11(,)oZAoffonoUuuUukTTU并联开关型稳压电路：Uo是U1加上电感L上电压UL,忽略调整管饱和压降UCES和二极管导通电压UD影响，并联开关型稳压原理与串联一样，通过调整T的导串联开关型稳压电路：Uo总小于输入电压U1降压Uo总大于U1升压型稳压电路型稳压电路且L较大时，Uo的平均值为通与截止时间来稳定输出电压30作业10.9，10.10