第9章_直流电源

1、第 九章 直流电源9.2整流(zhngli)电路9.5串联型稳压(wn y)电路小结9.4稳压二极管稳压电路9.1概述9.3滤波电路* 9.6 开关型稳压电路第九章直流电流共五十五页9.1 概述(i sh)滤波(lb)整流稳压变压交流电源负载组成框图Otu220 VOtu合适的交流电压Otu单向脉动电压Otu滤 波Otu稳 压共五十五页9.2整流(zhngli)电路 9.2.2 单相桥式整流(zhngli)电路 9.2.1 单相半波整流电路共五十五页9.2.1 单相(dn xin)半波整流电路在分析整流电路时，为了突出重点，简化(jinhu)分析过程，一般均假定负载为纯电阻性；整流二极管为理想

2、二极管；变压器无损耗，内部压降为零等。分析整流电路，就是弄清电路的工作原理，求出主要参数，并确定整流二极管的极限参数。共五十五页D3RLD4D2D1u1u2ioRLD4D3D2D1u2u1输入(shr)正半周工作(gngzu)原理输入负半周+uo9.2.2 单相桥式整流电路+uoio共五十五页tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiO共五十五页参数(cnsh)估算totototo2323Im2233uOu2uDiO共五十五页+uoRLio+u2把四只二极管封装集成在一起称为“整流桥堆”，主要缺点是二极管的数量多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然(dng

3、rn)损耗也就较大。共五十五页io + uo= uc RLD1D4D3D2+u9.3 滤波(lb)电路一、电容(dinrng)滤波1. 电路和工作原理C电容充电电容放电滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。共五十五页2. 波形及输出(shch)电压当 RL = （空载(kn zi)） 时：OtuO2当 RL 为有限值时：通常取RLC 越大 UO 越大RL = 为获得良好滤波效果，一般取：(T 为电网电压的周期)UO = 1.2U2共五十五页共五十五页例二：电路如图所示。（1）分别标出uO1和uO2对地

4、的极性；（2） uO1、uO2分别是半波整流还是(hi shi)全波整流？（3）当U21=U22=20V时，UO1(AV)和UO2(AV)各为多少？（4）当U21=18V，U22=22V时，画出uO1、 uO2的波形；并求出UO1(AV)和UO2(AV)各为多少？+()(+)共五十五页二、其他(qt)形式滤波1. 电感(din n)滤波RLL+u2整流后的输出电压：直流分量被电感 L 短路交流分量主要降在 L 上共五十五页2. 型滤波(lb)L C1RL+u2 C2负载(fzi)电流小时共五十五页思考： 单相桥式电容滤波(lb)整流，交流电源频率 f = 50 Hz，负载电阻 RL = 40

5、，要求直流输出电压 UO（AV） = 20 V，选择整流二极管及滤波电容。 解1. 选二极管电流(dinli)平均值：承受最高反压：共五十五页选二极管应满足(mnz)：IF (2 3) ID可选：2CZ55C(IF = 1 A，URM = 100 V)或 1 A、100 V 整流桥2. 选滤波(lb)电容可选： 1 000 F，耐压 50 V 的电解电容。共五十五页9.4 稳压(wn y)二极管稳压(wn y)电路共五十五页1.稳压(wn y)原理对任何稳压电路都应从(yn cn)两个方面考察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究其输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。电网电

6、压UIUO（UZ）IDZIRURUO在电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。共五十五页2.电路参数(cnsh)的选择（1）稳压电路输入(shr)电压UI的选择（2）稳压管的选择（3）限流电阻R的选择电网电压波动负载变化共五十五页例：在电路中，已知UI=12V，电网电压(diny)允许波动范围为10%；稳压管的稳定电压(diny)UZ=5V，最小稳定电流IZ=5mA，最大稳定电流IZM=30mA，负载电阻RL=250 350。试求解：（1）限流电阻R的取值范围

7、；（2）设滤波电容足够大，变压器副边电压有效值U2约为多少？共五十五页思考：在稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ为6V，最小稳定电流IZmin为5mA，最大稳定电流IZmax为40mA；输入(shr)电压UI为15V，波动范围为10；限流电阻R为200。（1）电路是否能空载？为什么？（2）作为稳压电路的指标，负载电流IL的范围为多少？共五十五页9.5 串联(chunlin)型稳压电路常见(chn jin)画法（当电位器R2的滑动端在最上端时）（当电位器R2的滑动端在最下端时）在串联型线性稳压电路中，调整管、基准电压电路、输出电压取样电路、和比较放大电路是基本组成部分。电路中引入了深度电压负反

8、馈，从而使输出电压稳定。基准电压的稳定性和反馈深度是影响输出电压稳定性的重要因素。共五十五页稳压(wn y)原理当由于某种原因（如电网电压波动或负载电阻的变化等）使输出电压UO升高（降低）时，取样电路(dinl)将这一变化趋势送到集成运放A的反相输入端，并与同相输入端电位UZ进行比较放大；集成运放A的输出电压，即调整管的基极电位降低（升高）；因为电路采用射极输出形式，所以输出电压UO必然降低（升高），从而使UO得到稳定。UOUNUBUO共五十五页调整(tiozhng)管的选择在串联型稳压电路(dinl)中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路(dinl)正常工作的保证。调整管一般为大功率管，因

9、而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数ICM、U(BR)CEO和PCM。调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。当负载电流最大时，流过晶体管T的发射极电流最大，通常，R1上电流可忽略，所以调整管的最大集电极电流为当电网电压最高，即输入电压最高，同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，即当晶体管的集电极（发射极）电流最大，且管压降最大时，调整管的功率损耗最大，即共五十五页例：电路如图所示，已知输入电压UI的波动范围为10%，调整管的饱和管压降UCES=2V，输出(shch)电压UO的调节范

10、围为5 20V，R1=R3=200。试问：（1）稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少？（2）为使调整管正常工作，在电网电压为220V时，UI的值至少应取多少？所谓调整管正常工作，是指在输入电压(diny)波动和输出电压(diny)改变时调整管应始终工作在放大状态。研究电路的工作情况可知，在输入电压最低且输出电压最高时管压降最小，若此时管压降大于饱和管压降，则在其它情况下管子一定会工作在放大区。共五十五页三端(sn dun)稳压器在集成稳压器和实用的分立元件稳压电路中，还常包含过流、过压、调整管安全区和芯片过热等保护电路。集成稳压器仅有输入端、输出端和公共(gnggng)端（或调整端）三个引

11、出端（故称为三端稳压器），使用方便，稳压性能好。W7800（W7900）系列为固定式稳压器，W117/W217/W317（W137/W237/W337）为可调式稳压器。通过外接电路可扩展电流和电压。但由于调整管始终工作在线性区（即放大区），功耗较大，因而电路的效率低。W7800系列其输出电压有5V、6V9V、12V、15V、18V和24V等，其输出电流有1.5A、0.5A和0.1A等。共五十五页1.W7800基本应用(yngyng)电路电容Ci用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小，一般(ybn)小于1F。电容Co用于消除输出电压中的高频噪声，可取小于1F的电容，也

12、可取几微法甚至几十微法的电容，以便输出较大的脉冲电流。二极管D起保护作用。共五十五页2.扩大输出电流的稳压(wn y)电路若所需输出电流大于稳压器标称(bio chn)值时，可采用外接电路来扩大输出电流。+U/O共五十五页3.输出电压可调的稳压(wn y)电路+U/O共五十五页4.输出(shch)电压可调的实用稳压电路实用电路中常(zhngchng)加电压跟随器将稳压器与取样电路隔离。共五十五页5.正、负输出稳压(wn y)电路W7900系列芯片是一种输出负电压的固定式三端稳压器，输出有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V和-24V等，并且也有1.5A、0.5A和0.1A三个电

13、流(dinli)档次，使用方法与W7800系列稳压器相同，只是要特别注意输入电压和输出电压的极性。W7900与W7800相配合，可以得到正、负输出的稳压电路。共五十五页例一：电路如图所示。已知u2有效值足够(zgu)大，合理连线，构成5V的直流电源。共五十五页例二：串联型稳压电路如图所示，（1）调整管、取样电路、基准电压电路、比较放大电路和保护电路由哪些元件组成(z chn)？（2）输出电压的调节范围。共五十五页例三：直流稳压电源如图所示。（1）说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、取样电路等部分各由哪些元件组成(z chn)。（2）标出集成运放的同相输入端和反相输

14、入端。（3）写出输出电压的表达式。+共五十五页思考：电路如图所示，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，晶体管的UBE=0.7V，R1=R2=R3=300，UI=24V。判断出现(chxin)下列现象时，分别因为电路产生什么故障（即哪个元件开路或短路）。（1）UO24V；（2） UO23.3V； （3） UO12V且不可调；（4） UO6V且不可调；（5） UO可调范围变为6 12V。共五十五页9.6开关型稳压电路(dinl)(补充) 引言 9.6.1 开关稳压电源的基本(jbn)工作原理 9.6.2 集成开关稳压器及其应用共五十五页引言线性稳压电路(dinl)的缺点：调整(tiozhng)管管耗大

15、电源效率低(40% 60%)改进思路：使调整管截止(电流小) 饱和(管压降小)共五十五页开关稳压电路(dinl)的优点：效率高(80% 90%)体积小、重量轻稳压(wn y)范围宽开关稳压电路的缺点：电路复杂对电网要求不高对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波共五十五页一、 串联型开关稳压(wn y)电路9.6.1 开关稳压电源的基本(jbn)工作原理调整管取样电路开关调整管控制组成框图滤波+UI+UoRLT1AC基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定的三角波误差放大续流共五十五页工作(gngzu)波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoI

16、OtofftonUI脉宽调制式 (PWM)共五十五页+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL= DUI 占空比共五十五页+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压(wn y)原理UIUOuFuA占空比UOD = 50 %当 uF = UREF ，uA = 0，UO 为预定(ydng)标称值共五十五页二、 并联型开关稳压(wn y)电路+UI+UoRLV1R1R2LC+UREFuFuB控 制电 路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高电平iO低电平uBtoff

17、tonT 截止(jizh)截止iL共五十五页单片脉宽调制式(外接开关(kigun)功率管)9.6.2 集成开关(kigun)稳压器及其应用类型单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、CW1524/2524/3524(区别在于温度范围)组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、 2 只输出功率管、过热保护最大输入电压：40 V最高工作频率：100 kHz每路输出电流：100 mA内部基准电压：5 V(承受 50 mA电流)共五十五页取样(qyng)电压基准(jzhn)电压输出方波定时电容定时电阻关闭,控制脉宽接扩流晶体管 C、E 极输入电压振荡/同步1 234 5

18、678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流+限流断路补偿CW1524 系列引脚排列共五十五页防止寄生振荡外接复合管扩流产生振荡1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k3 k5 k5 k5 k2 k50 k180 68 0.1 UIUOR00.1F0.02 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(qyng)电阻(1

19、A)共五十五页二、CW4960/4962组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器 开关功率管(内接)、软启动电路、 过流限制、过热(u r)保护功能：慢起动、过流保护(boh)、过热保护(boh) 占空比可调(0 100 %)最大输入电压：50 V输出电压：5.1 40 V 连续可调最高工作频率：100 kHz额定输出电流：CW4960 2.5 A (过流保护 3.0 4.5 A)CW4960 1.5 A (过流保护 2.5 3.5 A)小散热片不用散热片共五十五页CW4960/4962 系列(xli)引脚图1 2 3 4 5 6 7CW4960IN反馈(fnku)补偿GNDRT/CT软启动输

20、出1 234 5678161514131211109NC输出NC补偿NCGNDGNDNC输入NC软启动RT/CTGNDGND反馈NCCW4962共五十五页CW4960/4962 应用(yngyng)电路 220 FR115 kL150 H4962(4960)11(3)10(2)7(1)14(5)4(4)15(6)2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k+220 F220 F / 40 VC2C34.3 k33 nF2.2 F2.2 nFV取样(qyng)电阻500 10 k工作频率控制f = 1/ RTCT106 kHz一般 RT = 1 27 k CT = 1 3.3 nF 频率补偿防寄生振荡续流二极管采用肖特基管软启动电容1 4.7 F共五十五页一、整流滤波(lb)电路的参数关系输出电压均值UO流过二极管电流均值 ID二极管最高反压 U