第7章 直流稳压电源

1、直流稳压电源直流稳压电源第第 7 章章7.1单相整流滤波电路单相整流滤波电路7.3开关开关集成稳压电源集成稳压电源第第 7 章小结章小结7.2线性集成稳压器线性集成稳压器7.4直流直流稳压电源的调整与测试稳压电源的调整与测试 7.1.2 滤波电路滤波电路直流稳压电源直流稳压电源 引言引言 7.1.1 单相整流电路单相整流电路滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压交流交流电源电源负负载载OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向单向脉动电压脉动电压合适的合适的交流电压交流电压滤滤 波波稳稳 压压组成组成框图框图第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源7.1.1 单相整流电路单相整流电路一、半波整流一、

2、半波整流)sin(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U 0 2O)(d)sin(221ttUU 245. 0U tO 2 3 iD= iO tO 2 3 uD22U 2RM2UU L2OD45. 0RUII RL220 V+ uu2iD+ uD第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源V3RLV4V2V1u1u2+uo ioRLV4V3V2V1+uo u2u1二、桥式整流二、桥式整流输入正半周输入正半周1. 1. 工作原理工作原理2. 波形波形输入负半周输入负半周 tO tO tO tO 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD= iO22U22UU2+u

3、o 单相桥式整流电路第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源3. 参数估算参数估算1) ) 整流输出电压平均值整流输出电压平均值)(d)sin(21 0 2OttUU 229 . 022UU 2) ) 二极管平均电流二极管平均电流LOOD221RUII L245. 0RU 3) ) 二极管最大反向电压二极管最大反向电压2RM2UU to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD = iO22U22UU2第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源4. 简化画法简化画法+uo RLio+u2 5. 整流桥整流桥把四只二极管封装把四只二极管封装在一起称为整流桥在一起称为整流

4、桥 第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源io + uo= uc RLV1V4V3V2+u 7.1.2 滤波电路滤波电路一、电容滤波一、电容滤波V 导通时给导通时给 C 充电，充电，V 截止时截止时 C 向向 RL 放电放电；1. 电路和工作原理电路和工作原理滤波后滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。的波形变得平缓，平均值提高。电容电容充电充电电容电容放电放电C电容滤波电路第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源2. 波形及输出电压波形及输出电压2O2U U 当当 RL = 时：时：O tuO 2 22U当当 RL 为有限值时：为有限值时：2O229 . 0UUU 通常取通常取 UO =

5、1.2U2RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR RL = 为获得良好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：( (T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期) )第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源 例例 7.1.1 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz，负载电阻负载电阻 RL = 40 ，要求直流输出电压，要求直流输出电压 UO = 20 V，选择，选择整流整流二极管二极管及及滤波电容。滤波电容。 解解 1. 选二极管选二极管V 172 . 1202 . 1O2 UU2RM2UU 选二极管应满足：选二极管应满足：IF

6、(2 3) ID可选：可选：2CZ55C( (IF = 1 A，URM = 100 V) )或或 1 A、100 V 整流桥整流桥电流平均值：电流平均值： A0.2540 20212121LOOD RUII承受最高反压：承受最高反压：V 2422RM UU2. 选滤波电容选滤波电容s 02. 05011 fTs 04. 024 L TCR取取F 0001 40s 0.04 C可选可选： 1 000 F，耐压，耐压 50 V 的电解电容。的电解电容。第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源二、其他形式滤波二、其他形式滤波1. 电感滤波电感滤波RLL+u2 整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分

7、量直流分量被电感被电感 L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在 L 上上电感越大，滤波效果越好电感越大，滤波效果越好2. 型滤波型滤波L C1RL+u2 C2C1、C2 对交流对交流容抗小容抗小L 对交流对交流感抗感抗很很大大负载电流小时负载电流小时第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源7.2线性集成稳压器线性集成稳压器三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源可调输出集成稳压器可调输出集成稳压器8+Uo +UI RLV1+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

8、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7.2.1 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比较放大电路大电路基准电压基准电压UZUF 一、结构和稳压原理一、结构和稳压原理 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串联反馈式稳压电路第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源二、输出电压的调节范围二、输出电压的调节范围8+Uo +UI R 2RLR 1R1UFUZR2RPZp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 第第

9、 7 章直流稳压电源章直流稳压电源7.2.2 三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器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 V一、一、78、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 / 79M 输出电流输出电流 500 mA78 / 79 输出电流输出电流 1.5 A输出电压输出电压例如：例如：CW7805 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 1.5 ACW78M05 输出输出 5 V，最大电流，

10、最大电流 0.5 ACW78L05 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 0.1 A第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源封装封装CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符号符号CW7800+312CW790012_3_塑料封装塑料封装金属封装金属封装312第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源二、二、CW7800 的内部结构和基本应用电路的内部结构和基本应用电路内部内部结构结构+UI 取样电路调整电路保护电路电路基准电压比较放大启动电路+UO 基本应基本应用电路用电路Uo = 12VW7812132C2+UiC1C30.33 F0.1 F 100 FRL防止输

11、入端短路时防止输入端短路时 C3反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器抵消输入抵消输入长接线的长接线的电感效应，电感效应，防止自激防止自激改善负载改善负载的瞬态响的瞬态响应，消除应，消除高频噪声高频噪声第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源提高输出提高输出电压电路电压电路W78123 Ci C2+UO +UI +U R1R2IQI1I2静态电流静态电流5 8 mA要求要求Q115IRUI 2Q1O)(RIIUU 2Q1)(RIRUU URR)1(12输出电压输出电压 UO U 第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源输出电压可输出电压可调稳压电路调稳压电路W78 C1 C2+UI + U +UO

12、R1R2R3R48pnUU ( (虚短虚短) )O211433URRRURRR URRRRRU43312O)1(可产生可产生小于小于 U 的的输出电压输出电压 UO第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源输出正、负输出正、负电压的电路电压的电路24V24V220VW7815W79151 000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1 000 F 0.1 F220 F 电流源电路电流源电路+UI = 10V W7805+U23 RRLIQIO0.1 F0.33 F10 Q23OIRUI A5 . 0 第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源7.2.3 三端可调输出集成稳压器三端可调输

13、出集成稳压器一、典型产品型号命名一、典型产品型号命名CW117/217/317系列系列( (正电源正电源) )CW137/237/337系列系列( (负电源负电源) )工作温度工作温度CW117( (137) ) - -55 150 CCW217( (237) ) - -25 150 CCW317( (337) ) 0 125 C基准电压基准电压1.25 V输出电流输出电流L 型型 输出电流输出电流 100 mAM 型型 输出电流输出电流 500 mA未标字母未标字母 输出电流输出电流 1.5A第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源二、二、CW117 内部结构和基本应用电路内部结构和基本应用电

14、路内部内部结构结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路电路保护电路电路IREFUIUOADJ外形外形引脚引脚CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 A第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源基本应基本应用电路用电路Uo CW3173C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I REF0.1 FV1V2V1 防止输入端短路时防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器V2 防止输出端短路时防止输出端短路时C2 通通过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器UREF = 1.25 V使使 UREF 很稳定很稳定2REF211REF

15、O)(RIRRRUU )/1(25. 112RR R1 = UREF/ IQ = 125 静态电流静态电流 IQ( (约约10 mA) )从输出端流出，从输出端流出，RL 开路时流过开路时流过 R1R2 = 0 2.2 k 时，时，I REF 50 AUO = 1.25 24 V第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源0 30 V 连续连续可调电路可调电路Uo CW3173+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+ 3 k 120 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V当当 R2 = 0 时，时，UO= 0 V第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源7.3开关集成开关

16、集成 稳压电源稳压电源 引言引言 7.3.1 开关稳压电源的基本工作原理开关稳压电源的基本工作原理 7.3.2 集成开关稳压器及其应用集成开关稳压器及其应用第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源线性稳压电路的缺点：线性稳压电路的缺点：调整管调整管管耗大管耗大电源电源效率低效率低( (40% 60%) )改进思路：改进思路：使调整管使调整管截止截止( (电流小电流小) ) 饱和饱和( (管压降小管压降小) )开关稳压电路的优点：开关稳压电路的优点：效率高效率高( (80% 90%) )体积小、重量轻体积小、重量轻稳压范围宽稳压范围宽开关稳压电路的缺点：开关稳压电路的缺点：电路电路复杂复杂对电网要

17、求不高对电网要求不高对电子设备对电子设备干扰较大干扰较大输出电压含输出电压含较大纹波较大纹波第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源一、串联型开关稳压电路一、串联型开关稳压电路7.3.1 开关稳压电源的基本工作原理开关稳压电源的基本工作原理调整管调整管取样取样电路电路开关调整管控制开关调整管控制组成框图组成框图滤波滤波+UI +Uo RLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定频率固定的三角波的三角波误差放大误差放大续流续流第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源工作波形工作波形onIOtTUU +UI V1LuEIO+Uo RL8A8CV2C

18、+UREFuFuAuTuBiL= DUITtDon 占空比占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式脉宽调制式 ( (PWM) )第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源+UI +Uo RLV18A8CR1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理稳压原理UIUOuFuA占空比占空比 UOD = 50 %当当 uF = UREF ， uA = 0，UO 为预定标称值为预定标称值第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源* 二、并联型开关稳压电路二、并联型开关稳压电路+UI +Uo RLV1R1R2LC+UREFuFuB控控 制制电电 路路V

19、2+UI +Uo RLV1LC+uBV2+UI +Uo RLV1LC+uBV2iL高电平高电平iO低电平低电平uBtofftonT IoffonO)1(UttU 截止截止截截止止iL第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源单片脉宽调制式单片脉宽调制式( (外接开关功率管外接开关功率管) )7.3.2 集成开关稳压器及其应用集成开关稳压器及其应用类型类型单片集成开关稳压器单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、一、CW1524/2524/3524( (区别在于温度范围区别在于温度范围) )组成：组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触

20、发器、振荡器、触发器、 2 只输出功率管、过热保护只输出功率管、过热保护最大输入电压最大输入电压：40 V最高工作频率最高工作频率：100 kHz每路输出电流每路输出电流：100 mA内部基准电压内部基准电压：5 V( (承受承受 50 mA电流电流) )第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源取样电压取样电压基准电压基准电压输出输出方波方波定时电容定时电容定时电阻定时电阻关闭关闭,控制脉宽控制脉宽接扩流晶体接扩流晶体管管 C、E 极极输入输入电压电压振荡振荡/ /同步同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流

21、限流+限限流流断路断路补偿补偿CW1524 系列引脚排列系列引脚排列第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源防止寄生振荡防止寄生振荡外接复合管扩流外接复合管扩流产生产生振荡振荡1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k 3 k 5 k 5 k 5 k 2 k 50 k 180 68 0.1 UIUOR00.1 F0.02 F0.01 F 500 F( (28 V) )CW1524L0.9 mHf0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz+ 5 V2.5 V2.5 V+ 5 V限流取样电阻限流取样电阻(

22、 (1 A) )第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源二、二、CW4960/4962组成：组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器基准电压源、误差放大器、脉宽调制器 开关功率管开关功率管( (内接内接) )、软启动电路、软启动电路、 过流限制、过热保护过流限制、过热保护功能：功能：慢起动、过流保护、过热保护慢起动、过流保护、过热保护 占空比可调占空比可调( (0 100 %) )最大输入电压：最大输入电压：50 V输出电压：输出电压：5.1 40 V 连续可调连续可调最高工作频率：最高工作频率：100 kHz额定输出电流：额定输出电流： 2.5 A ( (过流保护过流保护 3.0 4.5 A)

23、 ) 1.5 A ( (过流保护过流保护 2.5 3.5 A) )小散热片小散热片不用散热片不用散热片第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源CW4960/4962 系列引脚图系列引脚图1 2 3 4 5 6 7CW4960IN反馈反馈补偿补偿GNDRT/CT软启动软启动输出输出1 234 5678161514131211109NC输出输出NC补偿补偿NCGNDGNDNC输入输入NC软启动软启动RT/CTGNDGND反馈反馈NCCW4962第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源CW4960/4962 应用电路应用电路 220 FR115 k L150 H4962( (4960) )11(3)10

24、(2)7(1)14( (5) )4( (4) )15( (6) )2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k +220 F220 F / 40 VC2C34.3 k 33 nF2.2 F2.2 nFV取样电阻取样电阻500 10 k )1( 1 . 512RR 工作频率控制工作频率控制f = 1/ RTCT106 kHz一般一般 RT = 1 27 k CT = 1 3.3 nF 频率补偿频率补偿防寄生振荡防寄生振荡续流二极管续流二极管采用肖特基管采用肖特基管软启动电容软启动电容1 4.7 F第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源7.4直流稳压电直流稳压电源的调整与测试源的调整与测试

25、第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源一、特性指标一、特性指标 1. 输入电压及其变化范围输入电压及其变化范围2. 输出电压及其可调范围输出电压及其可调范围3. 额定输出电流及过流保护电流额定输出电流及过流保护电流1. 稳压系数稳压系数 Sr稳压系数、电压调整率、电流调整率、稳压系数、电压调整率、电流调整率、输出电阻、温度系数、纹波电压及纹波抑输出电阻、温度系数、纹波电压及纹波抑制比制比00/ TIIIOOrOUUUUS7.4.1 直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的主要技术指标二、质量指标二、质量指标 第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源2. 电压

26、调整率电压调整率 SU00/ TIIOOUOUUUS或定义为：或定义为：负载电流和温度不变，输入电压变化负载电流和温度不变，输入电压变化 10%时输出电压的变化量，单位时输出电压的变化量，单位mV。3. 电流调整率电流调整率 SI 当输入电压和温度不变，输出电流从当输入电压和温度不变，输出电流从0变化到最大变化到最大 时时输出电压的相对输出电压的相对变化量。变化量。4. 输出电阻输出电阻 RO 当输入电压和温度不变时，输出电压变化量与负载电流当输入电压和温度不变时，输出电压变化量与负载电流变化量之比。变化量之比。00TUOOoIIUR 或定义为：恒温时，负载电流变化或定义为：恒温时，负载电流变化 10%时引起的输出时引起的输出电压变化量电压变化量，单位，单位mV。第第 7 章直流稳压电源章直流稳压电源5. 温度系数温度系数 ST00TT/ IOU