电子技术基础直流稳压电源电路PPT学习教案

1、会计学1电子技术基础直流稳压电源电路电子技术基础直流稳压电源电路5.1 整流电路整流电路半波整流电路组成：半波整流电路组成：电源变压器、整流二极电源变压器、整流二极管、负载管、负载二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止, uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD第1页/共48页主要参数：主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）输出电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL LU（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：245. 0u

2、第2页/共48页（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID = ILURM22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL 第3页/共48页220 V1212R2+Luuu2L1DD2全波整流电路全波整流电路+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时， D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。电路组成：电源变压器次级、两只整流二极管、负载第4页/共48页全波整流电压波形全波整流电

3、压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLR第5页/共48页uL 2 0 tIL= UL /RL =0.8 u2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：LU（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRIL第6页/共48页uD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID = IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 第7页/共48页桥式全波整流电路桥式全

4、波整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL第8页/共48页+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时： D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL第9页/共48页输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.8u2输出电流平均值输出电流平均值:IL= UL/RL =0.8 u2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2ttuL

5、（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-第10页/共48页VVUU1229 . 01109 . 002AAIILD5 . 132121VVUURM5 .172122222第11页/共48页第12页/共48页集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+ +- +第13页/共48页5.2 滤波电路滤波电路滤波原理滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件。滤波电路利用储能元件电容电

6、容两端的电压两端的电压(或通过或通过电感电感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 将将电电容容与负载与负载RL并联并联(或将或将电感电感与负载与负载RL串联串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。第14页/共48页电容滤波电容滤波5.2 滤波电路滤波电路+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C第15页/共48页（1）空载（）空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC时：时：二极

7、管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。由于由于RL=，无放电，无放电回路，所以回路，所以uC保持。保持。22uuuCL 第16页/共48页（2）接入接入RL（且（且RLC较大）时较大）时u2tiDtu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc第17页/共48页近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短整流管导电时间越短 i

8、D的峰值电流越大的峰值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(a) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较较大大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)2)53(TCRL u2tiDtuc= uL纯电阻负载时，纯电阻负载时，I2=1.52IL第18页/共48页FRTCfT，CR，TCRVVUULLLcm4002,122537 .175 .12222因此取电容器的电容量应满足可选取470 /25V的电解电容。F第19页/共48页（1）滤波原理）滤波原理:对直流分量对直流分量( f=0):XL=0 相当于短

9、路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。对谐波分量上。对谐波分量: f 越高越高,XL越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。U0=0.9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLu0有电感滤波的整流电路有电感滤波的整流电路第20页/共48页（2）电感滤波的特点）电感滤波的特点: 整流管导电角较大整流管导电角较大,峰值电流很小峰值电流很小,输出特性比输出特性比较平坦较平坦,适用于低电压大电流适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。

10、缺的场合。缺点是电感铁芯笨重点是电感铁芯笨重,体积大体积大,易引起电磁干扰。易引起电磁干扰。u2u1RLLu0第21页/共48页 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。1.LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC122.RC型滤波电路型滤波电路其他滤波电路其他滤波电路第22页/共48页5.2 稳压电路稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压第23页/共48页稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 1.

11、 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。小的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax第24页/共48页稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRU i由图知：由图知：第25页/共48页(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU

12、-+RUIZILI第26页/共48页2、限流电阻的计算、限流电阻的计算（1 1）当）当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二时，流过稳压二极管的电流最小。此时极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出，由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值。即。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI第27页/共48页 （2 2）当）当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极时，流过稳压二极管的电流最大。此时管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I I

13、ZmaxZmax，由此可计算出，由此可计算出稳压稳压电阻的最小值电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：所以：第28页/共48页5.35.3晶体管串联型稳压电路晶体管串联型稳压电路稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（1 1）提高带负载能）提高带负载能力力在输出端加一在输出端加一射极输出器射极输出器UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo第29页/共48页改进：改进：（2 2）使输出电压可调）使

14、输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR第30页/共48页Uo+UI RLT1+UCE 并联型并联型稳压电路稳压电路 调整管与负载并联调整管与负载并联串联型串联型稳压电路稳压电路 调整管与负载串联调整管与负载串联串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理+UI 取取样样电电路路调整管调整管比较放大电路比较放大电路基准

15、电压基准电压UZUF 一、结构和稳压原理一、结构和稳压原理 第31页/共48页稳压的实质：稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定的自动调节使输出电压恒定二、输出电压的调节范围二、输出电压的调节范围+Uo +UI R 2RLR 1R1UFUZR2RP第32页/共48页Zp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 第33页/共48页串联式稳压电路的串联式稳压电路的优点优点：结构简单，稳压性能好，：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。技术成熟，应用广泛。缺点：缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，它的调

16、整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有输出效率低，只有2040；输出电压总是小；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。于输入电压，两者极性也只能是相同的。晶体管开关型稳压电路晶体管开关型稳压电路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态和、截止）状态开关型稳压电路开关型稳压电路 第34页/共48页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，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率

17、可高达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，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达70%95%。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，一般串联稳压电源允许电网波动范围为。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关

18、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，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电压从，而开关型稳压电源在电网电压从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。第35页/共48页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

19、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- -频率频率调制）型。调制）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。 第36页/共48页串联开关型稳压电路调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。串联开关型稳压电路调整管与负载串联，输出电压总是小于

20、输入电压，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；晶体管T T为调整管，即开关管；电感为调整管，即开关管；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组成滤波电路，组成滤波电路，D为续流二极管。为续流二极管。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

21、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。第37页/共48页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R1和和R2）、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）、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L、电容、电

22、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。 经分析推导可得输入电压与输入电压的关系为：经分析推导可得输入电压与输入电压的关系为：IIonoqUUTTU 改变占空比改变占空比q q，即可改变输出电压的大小。，即可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第38页/共48页如图所示基准电压电路输出稳定的电压，取样电压如图所示基准电压电路输出稳定的电压，取样电压UN1与基准电压与基准电压UREF之差，经之差，经A1放大后，作为由放大后，作为由A2组成的电压比较器的阈值电压组成的电压比较器的阈值电压UP2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号

23、，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号UB，控制调整管的工作状态。，控制调整管的工作状态。在换能电路中，如果电感在换能电路中，如果电感L L数值太小，在数值太小，在T Tonon期间储能不足，那么在期间储能不足，那么在T Toffoff还未结束时，能量已经放尽，将导致输出电压为零，出现台阶，这是不允许的。还未结束时，能量已经放尽，将导致输出电压为零，出现台阶，这是不允许的。3. 工作原理工作原理第39页/共48页并联式开关电路中并联式开关电路中T1为调整管为调整管,控制电压控制电压Ub，T1开关周期为开关周期为T，导通时间，导通时间ton=DT，截止时间，截止时间toff=(1-D

24、)T, L为储能电感，为储能电感，D为限流二极管。为限流二极管。在导通期间，开关管在导通期间，开关管T1导通，导通，UI加到电感加到电感L两端，两端，D反向截止。因反向截止。因L很大，很大，L中的电流近乎线性增加，并储存磁能。导通期间中的电流近乎线性增加，并储存磁能。导通期间iL的增量：的增量：DTLUiIL 1 并联开关型稳压电路并联开关型稳压电路第40页/共48页即调整即调整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：iOUDDU 1TDLUiOL)1 (2 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

25、电动势，使感应出上负下正电动势，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：第41页/共48页CW7800 系列系列( (正电源正电源) ) CW7900 系列系列( (负电源负电源) )5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V78、79 系列的型号命名系列的型号命名输出电流输出电流78L / 79L 输出电流输出电流 100 mA78M / 9M 输出电流输出电流 500 mA78 / 79 输出电流输出电流 1.5 A输出电压输出电压三端固定式