稳压电源1PPT学习教案

1、会计学1稳压电源稳压电源1第2页/共59页第3页/共59页 输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为输出平均电压为2202L9 . 022dsin21VVttVV 流过负载的平均电流为流过负载的平均电流为LLRVRVRVIL2L2L9 . 022L2L2LD45. 022RVRVII流过二极管的平均电流为流过二极管的平均电流为2Rmax2VV二极管所承受的最大反向电压二极管所承受的最大反向电压第4页/共59页 滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。 电容器C对直流开路，对交流阻

2、抗小，所以C应该并联在负载两端。 电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。 经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 第5页/共59页 单相桥式电容滤波整流电路。在负载电阻上并联了一个滤波电容C。第6页/共59页当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。 电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。 在刚过9

3、0时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，二极管关断。第7页/共59页 电容滤波的效果第8页/共59页问题：有无L即空载，此时VC=VL=？ 电容滤波的效果第9页/共59页第10页/共59页第11页/共59页)41 (2L2OLCRTVVV一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC610。）第12页/共59页 整流滤波电路的外特性2OLd2O2OL1.22)53(=0.9=, 02=,=VVTCRVVCVVR

4、第13页/共59页 电感滤波电路 波形图 当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是180。第14页/共59页 稳压电源方框图稳压电源方框图 引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输入输入电压的变化。电压的变化。负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。从而使输入电压发生变化。),(=OIOIVfV第15页/共59页稳压电路的技术

5、指标稳压电路的技术指标 用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。的高低。 VI和和 IO引起的引起的 VO可用下式表示可用下式表示 (1)(1)稳压系数稳压系数Sr0=IOIOrO=IVVVVS定义为定义为OoIrOOOIIOOIRVSIIVVVVV有时稳压系数也用下式定义0=IIOOrO/=IVVVVS第16页/共59页当输出电流从零变化到最大额定值时，当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。输出电压的相对变化值。（4 4）电流调整率）电流调整率SI%100=0=OOIIVVVS (3)(3)输出电阻输出电阻Ro0=OOoI=VIV

6、R%1001=0=IOOVOIVVVS (2)(2)电压调整率电压调整率SV一般特指一般特指V Vi i/ /V Vi i= =10%10%时的时的Sr第17页/共59页输入电压交流纹波峰峰值与输出电压输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。交流纹波峰峰值之比的分贝数。（6 6）输出电压的温度系数）输出电压的温度系数ST%1001=0=0,=OOTIOVITVVS 如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数),(=OIOTIVfV（5 5）纹波抑制比）纹波抑制比Srip p-opp-iprip20lg=VVS第18页/共59页硅稳压二极管稳压

7、电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理 它是利用稳压二极管的反它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的流变化，只会引起较小的电压变化。电压变化。(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压由图可知由图可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 输入电压输入电压VI增加，必然引起增加，必然引起VO的增加，即的增加，即VZ增加，从增加，从而使而使IZ增加，增加，IR增加，使增加，使VR增加，从而使输出电压增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程概括为：减小。这一稳压过程概括为： VIV

8、OVZIZIRVRVO第19页/共59页(2) (2) 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流IL增加，必然引起增加，必然引起IR的增加，即的增加，即VR增加，从而增加，从而使使VZ=VO减小，减小，IZ减小。减小。IZ的减小必然使的减小必然使IR减小，减小，VR减小减小，从而使输出电压，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程概括为：增加。这一稳压过程概括为： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO第20页/共59页稳压电阻的计算稳压电阻的计算 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻穿特

9、性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有的阻值大小有关。关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大越大，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。 显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。变化，就可达到足够的稳压效果。 但但R 的数值越大，就需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，值，

10、损耗就要加大。损耗就要加大。第21页/共59页稳压电阻的计算稳压电阻的计算 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，流过稳压时，流过稳压二极管的电流最小。此时二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由由此可计算出此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值，实际选用的稳，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即压电阻应小于最大值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR 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，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZma

11、x，由由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1)(2)(2) 稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！第22页/共59页基准源基准源基准源基准源 一般是指击穿电压十分稳定，电压一般是指击穿电压十分稳定，电压温度系数经过补偿了的稳压二极管温度系数经过补偿了的稳压二极管。也称为参考源也称为参考源这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优良，有的这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优

12、良，有的还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个1010-6-6/。 型号型号 稳定电压稳定电压(V) 工作电流工作电流(mA) 电压温度系数电压温度系数(10 -6/ ) MC1403 2.51 1.2 10100 . LM136/236/336 2.5 10 30 5.0 10 30 . TL431 2.536 0.4100 50 . LM3999 6.955 10 5 . AD2710K/L 10.0001mV 10 2/1 . MAX676 4.0960.01 5 1 677 5.0000.01 5 1 678 10.0000.01 5 1

13、.典型的基准源典型的基准源第23页/共59页 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理 典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压、比较放大基准电压、比较放大、调整、取样、调整、取样几个部分组成。第24页/共59页1 1输入电压变化，负载电流保持不变输入电压变化，负载电流保持不变 输入电压VI增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VRE

14、F比较，获得误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。 VIVOVfVO1VCEVO第25页/共59页2 2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流负载电流IL增加，必然会使输入电压增加，必然会使输入电压VI有所减小，输有所减小，输出电压出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号号Vf与基准源电压与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因下降，从而抵消因IL增加，

15、使输入电压减小的影响。增加，使输入电压减小的影响。 ILVIVOVfVO1VCEVO3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算可知可知VfVREFREF31O1O)+(1=VRRVV显然，调节显然，调节RW可以改变输出电压。可以改变输出电压。第26页/共59页第27页/共59页当VI时：时： VOVfVB、IC0212VRRRVFVCEVO0VFV)(0VFVAVVREFVB0V第28页/共59页第29页/共59页 稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管出短路电流很

16、大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。载也会造成损坏。 保护的方法保护的方法反馈保护反馈保护型型温度保护温度保护型型截流型截流型限流限流型型利用集成电路制造工艺，利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作在调整管旁制作PN结温度传感器。结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，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。工作原理与反馈保护型相同。第30页/共59页截流型截流型限流型限流型

17、当发生短路时，通过保当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近限制了短路电流，使之接近为零。截流特性见为零。截流特性见图图16.0516.05。 是当发生短路时，通过是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，电路中取样电阻的反馈作用，输出电流得以限制。限流特输出电流得以限制。限流特性见性见图图16.0616.06。 图图16.05 16.05 截流型特性截流型特性 图图16.06 16.06 限流型特性限流型特性第31页/共59页 三端集成稳压器三端集成稳压器 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压将串联稳压电源和保护电路集成在一起

18、就是集成稳压器。器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。端集成稳压器。 集成稳压器符号集成稳压器符号 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。外形图外形图第32页/共59页210)(RIRVVVabjREFREF212)1 (RIRRVabjREF)1 (120RRVVREF1IIabj第33页/共59页 三端集成稳压器的分类三端集成稳压器的分类1 1. .三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压

19、器 国标型号国标型号:CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L- CW337-/CW337M-/CW337L-5.5.三端低压

20、差集成稳压器三端低压差集成稳压器6. 6. 大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3-为民品级为民品级。 军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150； 工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150； 民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。第34页/共59页应用电路应用电路三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。的典型应用电路如图

21、所示。 可调输出三端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的内部，在输出端和公共端之间是1.251.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。)1 (25. 1+=1PPaP1REFREFORRRIRRVVV三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。的典型应用电路如图所示。防自激震荡防高频噪声第35页/共59页利用三端集成稳压器组成恒流源利用三端集成稳压器组成恒流源 稳压器做恒流源稳压器做恒流源 可调稳压器做恒流源电路可调稳压器做恒流源电路 小电流恒流源小电流恒流源 大电流恒流源大电流恒流源 三端集

22、成稳压器可三端集成稳压器可 做做恒流源恒流源使用使用。第36页/共59页16.4 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。开关型稳压电源稳压电源。开关型稳压电源效率可达效率可达90%以上以上，造价造价低低，体积小体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广。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泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是是纹波较大纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。级稳压措施。第37页/共59页 开关

23、型稳压电源的原理可用图开关型稳压电源的原理可用图16.1316.13的电路加以说的电路加以说明明。它由。它由调整管调整管、滤波电路滤波电路、比较器比较器、三角波发生三角波发生器器、比较放大器比较放大器和和基准源基准源等部分构成。等部分构成。 图图16.13 16.13 开关型稳压电源原理图开关型稳压电源原理图第38页/共59页 三角波发生器通过比较器产生一个方波三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。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当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。放通路。

24、续流二极管续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管即可起到这个作用，有利于保护调整管。 根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出器的输出时，比较器输出高电平高电平，对应调整管的导，对应调整管的导通时间为通时间为t tonon；反之输出为反之输出为低电平低电平，对应调整管的截，对应调整管的截止时间止时间t toffoff。 输出波形中电位水平高于高电输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。当方波存在的部分。 输出波形中电位水平低于低输出波形中电位水平低于低电

25、平最大值的部分，对方波而言，电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。相当方波不存在的部分。 为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈为了稳定输出电压，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，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，增加，FVO增加，比较放大器的输出增加，比较放大器的输出Vf减小，比较减小，比较器方波输出的器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。电压下降。起到了稳压作用。第39页/共59页 各点波形见各点波形见图图16.14。由于调整管发射极输出为方波。由于调

26、整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋于为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。平滑。输出则为带纹波的直流电压。 图图16.14 开关电源波形图开关电源波形图 分析见下页分析见下页第40页/共59页qVTtVtVVTtVTtvTtvTVTttIonIonCESIoffDE0EO)(1+)(1d1d1=11 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)。q q称为占空比称为占空比 方波高电平的

27、时间占整个周期的百分比。方波高电平的时间占整个周期的百分比。在输入电压一定时，在输入电压一定时， 输出电压与占空比成正比。输出电压与占空比成正比。 忽略电感的直流电阻，输出电压忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为即为vE的平均分量的平均分量。于是有。于是有第41页/共59页1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，调整管工作在开关状态，功耗大大降低， 电源效率大为提高；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；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可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；值；4

28、在许多场合可以省去电源变压器；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由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体体 积可大大减小。积可大大减小。由以上分析可以得出如下结论由以上分析可以得出如下结论：第42页/共59页典型的开关电源控制器和开关电源见下表典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号型号 电源范围电源范围/ /V 最大输出电流最大输出电流 /A 内部参考源内部参考源 /V 输出级形式输出级形式 TL494 7TL494 740 0.2 5 40 0.2 5 推挽或单端推挽或单端 SG3524 8SG3524 835 0.1 5 35 0.1 5 推挽推挽

29、SG3525 8SG3525 835 0.5 5 35 0.5 5 推挽推挽 LM2575 3.5LM2575 3.535 1 1.23 _35 1 1.23 _ 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。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（实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。经常也用于其它脉宽调制场合。 集成开关稳压器，集成开关稳压器，一般有两大类型一般有两大类型。一类是包。一类是包括调整管在内的括调整管在内的集成开关稳压器集成开关稳压器; ;另另一类称为一类称为开关开关电源控制器电源控

30、制器，它不包括调整管。，它不包括调整管。(1)(1)开关稳压电源概述开关稳压电源概述第43页/共59页 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16.15所示。 (2)开关稳压电源控制器SG3524图16.15 SG3524的内部方框图 它的内部包括误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节。第44页/共59页 SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图16.16所示。图16.16 开关稳压电源应用电路第45页/共59页 3524从11和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，

31、其开关频率由6和7脚外接的RT和CT决定。1和2脚是内部运算放大器的输入端，R1和R2构成反馈回路。16脚是基准源，由R3和R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。 V3和V4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。 V3和V4的输出由V2、CP、Q或Q决定。因Q和Q只能有一个是高电平，T2和T1不可能同时导通。 T1和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。第46页/共59页 SG3524电路控制过程的波形如图16.17所示。 图16.17 SG3524的波形图 锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。 V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动T 触发器，CP、Q和V2 的或非是V3，决定T1的通断。CP、Q和V2 的或非是V4，决定T2的通断。由于Q和Q等宽，加上V2的存在，所以V3和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证T1和T2 管不会同时