直流稳压电源20960

1Chapter8直流电源•概述•单相整流滤波电路•稳压电路•开关型稳压电路28.1概述在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如下图所示。变压器整流滤波稳压它由电源变压器，整流电路,滤波电路，稳压电路等四部分组成。3电源变压器由于所需的直流电压比电网的交流电压相差较大，因此常利用电源变压器降压得到合适的交流电压进行转换。变压器4整流整流电路利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压5滤波滤波电路利用储能元件，将脉动电压变为比较平滑的直流电压6稳压稳压电路使输出电压在电网电压波动或负载电流变化时，仍保持稳定。78.2单相整流滤波电路整流电路的作用：利用二极管的单相导电性将交流电转换成直流电。常见的整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流几种。在分析整流电路的性能时，主要考察3个参数：输出直流电压平均值Uo(AV)整流二极管正向平均电流ID(AV)最大反向峰值电压URM：二极管截止时承受的最大反向电压。20o)AV(o)(d21tuU88.2.1单相整流电路1、单相半波整流电路)d(sin22102OtUUπL2L2LD45.02RURUIIπ流过负载和二极管的平均电流为2RM2UU二极管所承受的最大反向电压2245.02UUπ输出平均电压为92、单相桥式整流电路(1)工作原理ui负半周，D2、D4导通，D1、D3截止。uo=-uiui正半周，D1、D3导通，D2、D4截止。uo=uiui正、负半周均有电流流过负载电阻RL，且电流反向一致。uo为单相脉动电压。10（2）参数计算输出平均电压为02Lo(AV))d(sin2π1tUUU229.022UUπ流过负载的平均电流为L2L2L9.022RURUIπL2L2LD(AV)45.022RURUIIπ流过二极管的平均电流为112RM2UU二极管所承受的最大反向电压12桥式整流电路的优点：1）输出电压高2）纹波电压小3）管子承受的反向压降小4）电源变压器的利用率高缺点：使用较多的二极管输入（交流）—用有效值或最大值；U2、U2m输出（交直流）—用平均值；Uo(AV)整流管正向电流—用平均值；ID(AV)整流管反向电压—用最大值。URM注意：整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:138.2.1滤波电路整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。•电容滤波•电感滤波•复合滤波141、电容滤波利用电容器两端的电压不能突变的特点，将电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形平滑的目的。从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并联的电容器C在电源电压升高时，把部分能量存储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压平滑。（1）电容滤波电路15(2)滤波原理负载RL未接入：ui0，经D1、3向C充电；ui0，经D2、4向C充电；τ充电=RintC很小，电容很快充到u2最大值。负载RL接入：u2uC，D受反向电压截止，C经RL放电，因τ放电=RLC一般较大，故uC按指数规律缓慢下降。u2uC，D导通，C经D充电，因τ充电较小，故uC按指数规律快速上升。如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。16结论1结论2滤波电路中二极管的导电角θ180,导电时间缩短。因此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，这对管子是不利的，必须选择较大容量的二极管。由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。17结论3τ放电=RLC越大,放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取：τ放电≥（3～5）T/2，T为电源交流电压的周期。当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合τ放电增大t2点要右移，t3点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3。18整流滤波电路中，输出直流电压Uo随负载电流Io的变化关系曲线称外特性。2)53(=LdTCR～2O1.2UU2O2=UU2O0.9=UU（3）外特性输出直流电压Uo随负载电流Io增加而减小。C值一定，当RL=（空载）时，当C=0（无电容）时，当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足192、电感滤波利用电感Ｌ的电流不能突变的性质，把Ｌ与负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。当u2正半周时，D1、D3导电，L中的电流将滞后u2。因电感中电流的连续性，D1~4的导通角都是180°。当u2负半周时，L中的电流将由D2、D4提供。203、复合滤波RC-Π型滤波LC-Π型滤波LC滤波为进一步改善滤波效果，降低负载电压uo中的纹波，可采用复合滤波。218.3稳压电路•稳压管稳压电路•串联反馈稳压电路•稳压电路的保护环节•集成稳压电路交流电经过整流滤波可得到平滑的直流电压。然而当电网电压波动和负载变化时输出电压将随之变化。稳压电路的作用就是在这两种情况下，将输出电压稳定在一个固定的数值上。228.3.1稳压电路的主要性能指标1、稳压系数稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。00TIUUoio2、输出电阻R0输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。231电路组成和工作原理组成：采样电路基准电压和放大电路调整管8.3.2串联反馈稳压电路24稳压过程UI或ILUoUFUidUBICUCEUo串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。252输出电压的调节范围Uo的调节通过采样电路R2的滑动端位置来实现。oouREFuB)(UUFUAUuuuREFo1FAAUU深度负反馈下，uREFoFUU)1(2321REFRRRRU注意：调整管T的调整作用是靠UF和UREF的偏差来实现的，该系统为闭环有差调整系统。基准电压直接影响稳压电源的性能。26保护方法反馈保护型温度保护型截流型限流型8.3.3稳压电路的保护环节在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故IC≈IL当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。27电阻R检测调整管的电流，当电流在额定范围内时UR不足以使T2导通；而当电流超过额定值后，T2导通，将T1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。限流型保护电路调整管当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下电流也不会太大。281）当正常工作时，T2处于截止状态，即：若UIUoU+Ub1IC（Io）Uo2）当Io超过额定值时，保护管T2导通：引起U+上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负反馈回路。U+上升引起的一系列变化如下：U+Ub1Uc1（Uo）Ub2Ic2U+这样最终导致Uo接近于零，实现了截流作用。截流型保护电路29集成稳压器符号外形图1、概述将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。8.3.4三端集成稳压器301端:公共端3端:输入端2端:输出端W7900系列稳压器外形13221端:输入端3端:公共端2端:输出端W7800系列稳压器外形13223312、线性三端集成稳压器的分类1）三端固定输出集成稳压器国标型号为CW117、CW217、CW317(正压)国标型号为CW78(正压)，CW79(负压)，2）三端可调输出集成稳压器国标型号为CW137、CW237、CW337(负压)1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。---输出电压值：5V，9V、12V、15V、18V、24V输出电流：1A、0.5A(M)、0.1A(L)323、三端固定式输出应用电路三端固定输出集成稳压器1）固定输出电路UI-UO=3～5VUI最大可以达到35V332）、输出正负电压的电路W78XXCIUI+_UO123+_CIW79XX12COCO3UO343）输出可调电路W11RRUIR）（2W1o1RRRIUR）（W12W1RRRRUW12W1RRRRRU354）扩大输出电流的稳压电路IO=I2+IC=I2+βIB=I2+β（I1–IR)=I2+β（I2+UBE/R)=I2(1+β)+βUBE/R365）恒流源电路I2=0IO=UXX/R373、可调式输出应用电路三端可调输出集成稳压器可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。)1(25.1+=1PPaP1REFREFORRRIRRUUU388.4开关型稳压电源为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达90%以上，造价低，体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。8.4.1开关型稳压电路的工作原理8.4.2集成开关型稳压器398.4.1开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电源的原理可用图8.4.1的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。图8.4.1开关型稳压电源原理图40三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三角波的瞬时值小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管的导通时间为ton；反之输出为低电平，对应调整管的截止时间toff。为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器的输出Vf减小，比较器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。4142qVTtVtVVTtVTtvTtvTVTttIonIonCESIoffDE0EO)(1+)(1d1d1=11431．调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4．在许多场合可以省去电源变压器；5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。由以上分析可以得出如下结论：448.4.2集成开关型稳压器典型的开关电源控制器和开关电源见下表型号电源范围/V最大输出电流/A内部参考源/V输出级形式TL4947～400.25推挽或单端SG35248～350.15推挽SG35258～350.55推挽LM25753.5～3511.23_表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包括调整管在内的集成开关稳压器;另一类称为开关电源控制器，它不包括调整管。(1)开关稳压电源概述45利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。SG3524是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图8.4.3所示。(2)开