直流稳压电源设计与制作 电子系统设计

1、1324 电源变压器电源变压器vo0tvF0tvR0tv10tv20t 整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路一、直流稳压电源的组成一、直流稳压电源的组成 直流稳压电源由直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路电路、稳压电路四部分组成。四部分组成。 V VO O V VI I功能功能作用作用二、直流稳压电源各部分原理二、直流稳压电源各部分原理电源变压器电源变压器+-U1N1N2+-U2ZLnNNUU11212电源变压器电源变压器整流电路整流电路v2vo00tt234Trv1v2DRLvo1、电路图：如图所示，利用二极管的单向导电性，在负载电阻R

2、L上得到单向脉动电压V VO O整流电路1半波整流电路：整流：利用二极管的单向导电性，把交流变成脉动的直流v2vo00tt234Trv1v2DRLvo2、电路特点：电路结构简单，输出电压波动较大、效率低输出的直流电压值为:2220OV45. 0V2td tsinV221V 整流电路整流电路1半波整流电路：v2vo00tt234Trv1v2DRLvo3、工作原理：U2为正半周：D管导通，有输出电压；U2为负半周：D管截止，无输出电压输出的直流电压值为:2220OV45. 0V2td tsinV221V 整流电路整流电路1半波整流电路：（1）输出的直流电压值为:（2）流过负载平均电流:IDO= U

3、O /RL=0.45U2/ RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF= IDO =0.45U2/ RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR=SQR（2）U22220OV45. 0V2td tsinV221V 整流电路整流电路1半波整流电路：5、二极管的选择：（1）D管的最大整流电流IF必须大于 实际流过二极管的平均电流IDO ： IF IDO =ULO/RL=0.45 U2/RL（2）D管的最大反向工作电压UR必须 大于二极管实际所承受的最大反 向峰值电压URM UR URM =SQR（2） U2整流电路整流电路1半波整流电路：1、电路图：如图所示，二极管D D1 1、 D D2 2分别在V

4、 V2 2的正、负半周导通，在RL上得到如图所示电压波形。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流电路整流电路2全波整流电路：2、电路特点：是输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流电路整流电路2全波整流电路：3、工作原理：在U2正半周：D1导通、D2管截止，负载中有电流流过；在U2负半周：D1截止、D2管导通，负载中有电流流过。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流电路整流电路2全波整流电路：整流电路（1）输出的直流电压值为:2220OV9 . 0V22td tsinV21V （2）流过负载平均

5、电流:IDO= UO /RL=0.9U2/ RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF= IDO /2=0.45U2/ RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR=2SQR(2)U2整流电路整流电路2全波整流电路：整流电路整流电路2全波整流电路：1、电路图：如图所示，二极管D D1 1、 D D2 2 、D D3 3、 D D4 4四只二极管接成电桥的形式，名称由此而来。v1D1 D4v2Tr简化画法简化画法RL整流电路整流电路3桥式整流电路：2、工作原理：在V V2 2的正半周， D D1 1、 D D3 3导通， D D2 2、 D D4 4截止， 通过D D1 1、 D D3 3给R RL

6、 L提供电流，方向由上向下（图中虚线)；在V V2 2的负半周， D D2 2、 D D4 4导通， D D1 1、 D D3 3截止，通过D D2 2、 D D4 4给R RL L提供电流，方向仍然是由上向下（图中虚线）由此得到图示的整流波形v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)ab电网电网电压电压 整流电路 3、波形图00tt234VL0tD3D1D2D4D3D1D2D4V2iLiD1iD3iD2iD4iD2iD4iD1iD3导导通通导导通通导导通通导导通通22OV9 . 0V22V V Vo o的大小与全波整流电路相同，即:整流电路整流电路3桥式整流电路：整流电

7、路（1）输出的直流电压值为:2220OV9 . 0V22td tsinV21V （2）流过负载平均电流:IDO= UO /RL=0.9U2/ RL（3）流过整流二极管的平均电流:IF= IDO /2=0.45U2/ RL（4）整流二极管的最大反向电压:UDR= U22整流电路整流电路3桥式整流电路：整流电路整流电路3桥式整流电路：滤波电路滤波电路（1）电容滤波电路尽管整流后的电压为直流电压，但波动较大，仍然不能直接作为电源使用，还需进一步滤波，将其中的交流成份滤掉。滤波通常是采用电容或电感的能量存储作用来实现的常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒L型滤波、型滤波等几种。在小功率整流滤波电路中

8、，电容滤波是最常用的一种，其特点是结构简单，效果较好。本节中只介绍电容滤波电路。电感滤波电路主要用于大电路中，其他滤波电路自行分析。滤波电路电容滤波电路（1）桥式整流、电容滤波电路如图所示1电路组成：v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)+CSab滤波电路电容滤波电路1电路组成：滤波电路 （1 1）负载未接入（开关负载未接入（开关S S断开）时：设电容断开）时：设电容两端初始电压为零，接入交流电源后，当两端初始电压为零，接入交流电源后，当V V2 2为为正半周时，正半周时， V V2 2通过通过D D1 1、 D D3 3向电容向电容C C充电；充电； V V2 2为

9、为负半周时，经负半周时，经D D2 2、 D D4 4向电容向电容C C充电。充电时间常充电。充电时间常数为：数为： C C=R=RintintC Ctv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路 （1 1）其中其中R Rintint包括变压器副绕组的直流电阻包括变压器副绕组的直流电阻和二极管的正向电阻。由于和二极管的正向电阻。由于R Rintint一般很小，电一般很小，电容器很快就充电到交流电压容器很快就充电到交流电压V V2 2的最大值的最大值V V2 2 ，由，由于电容无放电回路，故输出电压（电容于电容无放电回路，故输出电压（电容C C两端的两端的电压电压) )保持在保持在V V2

10、2不变。不变。tv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路tv20234vc电容滤波电路2工作原理：（2 2）.1 .1 接入负载接入负载R RL L（开关（开关S S合上）时：设变压合上）时：设变压器副边电压器副边电压V V2 2从从0 0开始上升时接入开始上升时接入R RL L，由于电容，由于电容已到已到V V2 2 ，故刚接入负载时，故刚接入负载时， V V2 2 V VC C，二极管在二极管在反向电压作用下而截止，电容反向电压作用下而截止，电容C C经经R RL L放电，放电放电，放电时间常数为：时间常数为： d d=R=RL LC C。因。因 d d一般较大，故电容一般较大，故

11、电容两端电压两端电压V Vc c( (即即V Vo o) )按指数规律慢下降（图中按指数规律慢下降（图中a,ba,b段）段）滤波电路tv20234vc电容滤波电路2工作原理：（2 2）.2.2 当当V V2 2升至升至V V2 2V VC C时，二极管时，二极管D D1 1、 D D3 3在正在正向电压作用下而导通，此时向电压作用下而导通，此时V V2 2经经D D1 1、 D D3 3一方面一方面向向R RL L提供电流，一方面向提供电流，一方面向C C充电（接入充电（接入R RL L后充电后充电时间常数变为时间常数变为 C C=R=RL L/R/RintintCRCRintintC C ）

12、。）。V VC C将如将如图中图中b b、 c c段所示段所示滤波电路（2 2）.3.3 当当V V2 2又降至又降至V V2 2V VC C时，二极管又截止，时，二极管又截止，电容电容C C又向又向R RL L放电，如图中放电，如图中c c 、d d段所示段所示. .电容如电容如此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的此周而复始充放电，就得到了一个如图所示的锯齿波电压锯齿波电压V Vo = o = V VC C ，由此可见输出电压的波动，由此可见输出电压的波动大大减小。大大减小。tv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路（2 2）.4.4 为了得到平滑的负载电压，一般取为了得到平滑的

13、负载电压，一般取 d d=R=RL LC(3C(3 5)T/25)T/2 (T (T为交流电周期为交流电周期20ms) 20ms) 此时：此时：V Vo = o = (1.1(1.1 1.2)1.2) V V2 2tv20234vc电容滤波电路2工作原理：滤波电路t02340tC放电放电C充电充电RL接入后RL未接入D1D3导导电电D2D4导导电电D2D4导导电电D1D3导导电电abcdevC=vL2Cv2v tsinv2vi2 LLLRvi iDiDiCvZ, vL, vC 滤波电路滤波电路电容滤波电路3电容滤波的特点1、RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成份越小，负载平均电压越

14、高。为了得到平滑的输出电压，一般取： RLC（35）T/2 (T交流电源电压周期)滤波电路滤波电路v1Dvov2Tr滤波电路（2）电感滤波电路1、电路图电感滤波电路2、电感滤波的原理：电感滤波是利用电感的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时，自电感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍电位增加的同时，也将能量储存起来，使电流的变化减小；反之，当电感中电流减少时，自感电动势的作用阻碍电流的减少，同时释放能量，使电流变化减小，因此，电流的变化小，电压的纹波得到抑制。滤波电路电感滤波电路滤波电路其它滤波电路滤波电路其它滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路稳压电路稳压电源性能指标稳压电源性能

15、指标第一节第一节第三节第三节第二节第二节一、电路组成串联线性稳压电路如图所示，它由四部分组成：调整电路、比较放大电路、基准电压和取样电路。根据比较放大电路的不同，它可分两种基本电路。一种是三极管组成比较放大器的稳压电路，另一种是由运放组成比较放大器的稳压电路。尽管电路不同，但工作原理是相同的。下面以运放为例分析其工作原理。 一、一、 电路组成电路组成比较放大比较放大vivo+_调整调整基准电压基准电压取样取样+_集成运放作比较放大电路集成运放作比较放大电路vIvo+_R1RLR2ADZvREFvFRvBTbce比较放大比较放大调整调整基基准准电电压压取取样样二、工作原理V VO O V VF

16、F V VB B V VO O V VCE CE I IC C集成运放作比较放大电路：V VO O V VF F V VB B V VO O V VCE CE I IC C 三、输出电压的计算运放作比较放大电路：Z32321OminZ3321OmaxZ23321OO32123FZREFFVRRRRRV VRRRRV VRRRRRVVRRRRRVVVV 所所以以和和由由于于单片集成稳压器是把稳压电路的调整管、误差放大器、取样电路、启动电路、保护电路等集成在一个芯片上的专用集成电路。 单片集成稳压器品种繁多，我们只介绍应用最多、最简单的一种：固定输出的三端集成稳压器。 固定输出的三端稳压器有输出正

17、压和输出负压两在系列，分别用CW78CW78和CW79CW79表示它又分为CW78CW78、CW78MCW78M和CW78LCW78L三类。 CW78CW78表示输出电流为1.5A1.5A； CW78MCW78M表示输出电流为0.5A0.5A； CW78LCW78L表示输出电流仅为0.1A0.1A。其中表示输出的电压值，实际有0.50.5、 0.60.6、0.80.8、1212、1515、2020、2424几种规格，分别表示输出电压为5V5V、 6V6V、 8V8V、 12V12V、 15V15V、 20V20V和24V24V。其外型封装及接线图如图所示。1CW78CW78系列(输出正压)：

18、1、 CW78CW78系列(输出正压)：ININ1 2 3OUTOUTGNDGNDW7800ViVi0.330.33 F F0.10.1 F FVoVo1 12 23 3 CW79CW79系列与CW78CW78系列意义完全相同。所不同的是输出为负电压。其外型封装及接线图如图所示。要求：输入电压V VI I比输出电压V VO O高2 2 3V3V2CW79CW79系列(输出负压)： 2、 CW79CW79系列(输出负压)：GNDGND1 2 3OUTOUTININW7800-Vi-Vi0.330.33 F F0.10.1 F F-Vo-Vo1 12 23 3开关电源的结构结构和基本原理开关电源工

19、作原理 通过高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC)转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压(DC) 开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和重量的目的。采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率，典型的PC电源效率为70%-75%，而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。 输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现，这就叫做脉宽调制PWM。开关电源工作流程 当市电进入电源后，先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。 接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。 然后滤

20、除高频交流部分，这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。EMI器件功率输出PWM主变压器整流滤波驱动变压器开关管AC输入SB器件辅助变压器SB输出取样供电VCC 开关电源原理示意图12345678ABCD87654321DCBACHIYUAN INDUSTRIAL CO,LTDREV: 1XM-300HD2SCALEUNIT: mmSHEET: OFTextTextPREPAREDCHECKEDAPPROVEDFILE NO.朱国昭李青云叶贵荣F16.3A,250VacR11M 1206C1102 250VacC2472 250Vac1234BR1KBU806C17100u,35VR43B

21、?R43A?R432 1206R442 1206D12FR107D11FR107D14FR107D13FR107C1822u,50VC3A102 250VacC40.1u,250vACC1922u,50VC7820u,200VC8820u,200VMYV107271MYV207271R4,R5430K,1206R6,R7430K,1206R3710K 1206R42100 1206C15223,50VR8-21680,1206C10332 1KVL1BL1BD9FR104D10FR104L136*8C1110uF/50VQ1KSE13009D1FR105D2FR105Q2KSE13009C12

22、10uF/50VD31N4148 SMDD41N4148 SMDR22,232, 1206R282K7 0805D51N4148 SMDD61N4148 SMDR290.5R 1/2WR342K7 0805R24-270.5R1/2WR30-332 ,1206PSON1VCC20V332RI19V53SS18OPP4IN17UVAC5COMP16NVP6GND15V127FB114OP28VREF113OP19VREF212PG10FB211U3SG6105BD351N4148 SMDD341N4148 SMDD28FR104 D27FR104Q41616AQ31616AC3910uF,50V

23、D30FR104R1151K 1206R1122.7K 1206R1132.7K 1206D29FR104 D311N4148 R1141.5K 1206C36104,50VR10939K 0603R11068K 0603D7HER107R38100K,2WC13222 1KV18273645U1FSD5L0165R3510K 1206R391 1206D8FR104R15839K 0805R3610K 1206Z115V 1WC16?C1447u,50VR97100 1/4WR13530K 0805C444.7u,50VR1002K 0805R123?R124750 0805C5747u,1

24、6VR992K 0805R55-5820 1206C23472,50VD15FR104D24FR104L3-1L3-2D16IN5819BR2,320CT100 20A/100VL3-3D17FR104D18FR104C20103,500VT1TRANS5_1L5M1205D19FR104Q5A928LBR4S40D40CBR5,62045D22FR104R167100 1/8WR164 R16582 1206C283300u/6.3VL4L3-4R1362.4K 1206L66*8L85*20R82-85300 1206R77-8012 1206-12VC30220u,16VR137100K

25、 0805L95*20+12V2R53,542K 1206+12V1C212200u,16VC222200u,16VL76*8R67, 6810 1206C27472 50V R13875K 0805-5VC31220u,16VD231N4148 SMDL104*20C242200u,10V+5VR59-66220 1206R11630K 0603R12710K 0805R119560K 0603C43472,50V312VR1RES2_1R10210 1206R1011K 0805C47471 50VR12630K 0805R1183.3K 0805R117?PGR1255.6K 0603R

26、14130K 0805C41103,50VL114*20+3.3VC293300u,6.3VC47CAPC45473,08053.3VST3EE19LC3247u,35VD32FR104R90?D251N5822C33102 50V 0805T2EE19LR91 100,1/2WC341000u,10VL125*20+5VSBC351000u,10VR13311K 0805R122240 0805Q93906 SMDQ83906 SMDR1031K,0805R1701K 0805C3710u,50VZ45.6VC38104,0805C48223 0805R140100K 08051out1ou

27、t3142out2out413Vcc3GND122in-44in+112in+54in-101in-63in+91in+73in-8LM 339R1631K 0805C55104,0805R1591K 0805C522.2u,50VD361N4148R1601K 0805C53104 1206C512.2u,50VR14810K 0805C5447u,35VR162? 060312V1R1343.9K 0603R14610K 0805C562.2u,50VR1611K 0603R14310K 0805R14410K 0805R156330 0805R153390 0805R157?C502.2

28、u,50VR1551K 0603R1501K 0805R1521K 0603R1511K 0805R147470 0805R15427K 0805U4Q7PM MT2907R21M 1206R31M 1206L1AL1CLNU2LTV817CR16610 1/8WR69-76100 1206R12110 0805R4920 1WR13010K 0805C42104,50VR12924K 0805R13110K 0805C49104,50VR131120K 0805-12V-5V5V3.3VPSUVUV5VI3VIQ10A73312V112V212VID33FR104C252200u,10V12

29、VI5VI3.3VIR45-4882 1206R811.2K 1206R93 1K 1206R96?R95?R13947 0603R10447 0805R10547K 0805R106100K 0603R107?R10847K 0603R1451K 0805R173470 0805R1722.2K 0805R1712.4K 0805Q6C3203TH2TTC103Z57.5V 1W+-+12V2FANC93.3u 100VC40?R13475 1/4WC3A0.47UF/250VC3C102M/250VC3B102M/250VC6472M/250134-56129-107-811L1AL1A抗

30、干扰电路（EMI）由一个线圈和两个电容组成，通常有两级EMI。功能：滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。抗干扰电路（EMI）整流滤波电路开关电路PFC电路保护电路电路结构PFC电路PFC（Power Factor Correction）即“功率因数校正”，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。通过CCC认证的电脑电源，都必须增加PFC电路。 PC电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。

31、PFC有两种，一种是无源PFC（也称被动式PFC），一种是有源PFC（也称主动式PFC）。无源PFC无源PFC一般采用电感补偿方法，通过使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.70.8。位置在第二层滤波之后，全桥整流电路之前。有源PFC输入电压可以从90V到270V；高于0.99的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点；有源PFC电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变压器；输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；有源PFC输出DC电压纹波很小，且呈100Hz/120Hz（工频2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。整流滤波电路高压整流滤波电路由一个全桥（由四个二极管组成）和两个高压电解电容组成。把220V交