电源技术第1章

1.1稳压电源的组成及主要技术指标1.1.2直流稳压电源的组成电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路。1.1.3直流稳压电源的主要技术指标1.电压调整率意义及测试方法，拟订测试方案（画图、步骤）输出电流不变（即负载不变），输入电网电压变化引起的输出电压的变化率。步骤：1.调节调压器输出为220V（交流），测量输出电压UO（直流）。2.调节调压器输出为242V（交流），测量输出电压UO1（直流）。3.按公式计算：电压调整率测试方案2.电流调整率意义及测试方法，拟订测试方案（画图、步骤）输入电网电压不变，输出电流变化（即负载变化）引起的输出电压的变化率。电流调整率测试方案步骤：1.调节调压器输出为220V（交流），调节输出电流为最小值，测量输出电压UO（直流）。2.调节调压器输出为220V（交流），调节输出电流为最大值，测量输出电压UO1（直流）。3.按公式计算：3.内阻意义及测试方法输入电网电压不变，输出电压变化量与输出电流变化量的比值。与电流调整率表示电源相同的技术特性。4.纹波系数意义及测试方法输出电压中交流分量基波最大值与直流分量的比值。测试方法同电流调整率。测试方法1：用示波器测得交流分量基波最大值，用直流电压表测得直流分量，计算纹波系数。5.温度系数意义测试方法2：用电子电压表测得交流分量有效值，计算最大值（参考电子测量第4章），用直流电压表测得直流分量，计算纹波系数。输入电网电压和输出电流都不变，环境温度引起输出电压的变化量。1.1.4稳压电源的分类1.交流2.直流（1）线性①参数型稳压二极管并联稳压电源。画实用电路。②反馈型晶体管串联稳压电源，集成稳压器。画实用电路。（2）非线性①激励方式自激，他激②控制方式PWM，PFM，混合③输出电流开关，谐振④开关元件晶体管，晶闸管1.2整流滤波电路1.2.1整流电路1.单相半波2.单相全波3.桥式整流电路（1）电路（能画）（2）输出输入电压关系（3）二极管最高反向电压（4）二极管正向导通电流名称电路输出平均电压二极管反向电压输出平均电流IO二极管正向平均电流IV半波0.45U2=IO全波0.9U2桥式0.9U24.倍压整流（1）二倍压整流电路1）倍压原理分析2）倍压整流输出（2）多倍压整流电路1）倍压原理分析2）倍压整流输出1.2.2滤波电路1.滤波意义2.电容滤波电路（1）电路（2）原理（3）特性①优点：体积小，提高输出电压。②缺点：二极管导通角减小，最大反向电压升高，电流呈脉冲形式，峰值电流大。因此，相同的电流输出，需选用正向导通较大和反向电压高的整流二极管。③适用于3A以下小电流负载的电源电路。（4）电容量选择半波：RLC≥（3～5）T

全波：RLC≥（3～5）T/2输出与输入电压关系半波：全波：当RC=1.75T时：纹波系数：3.电感滤波（1）电路（2）原理（3）特性输出平均电压低，UO=0.9U2；二极管导通角大，输出特性平坦，适用于大电流负载；体积大、笨重、成本高。4.倒L型滤波电路滤波效果好5.π型滤波电路RC和LC滤波效果好作业：1.拟订电压调整率和电流调整率的测试方案。2.说明纹波系数的测试方法。3.写出单相半波整流和全波整流输出平均值电压的表达式。4.说明电容滤波的特点及电容量的选择。小结：1.直流稳压电源组成。2.直流稳压电源的主要指标。了解特性指标，掌握技术指标。3.单相整流电路类型、电路、特性、参数。4.滤波电路的类型、电路，电容滤波的特点及电容量的选择。1.3晶体管直流稳压电源1.3.1参数型——稳压二极管并联稳压电路利用稳压二极管伏安特性反向击穿区电压UZ几乎不随电流IZ变化的特性实现稳压，UZ称为稳定电压。稳压电路由稳压二极管与负载并联，在与输入电源之间串联限流电阻R。注意：如果R=0，则不能稳压；输入电压UI≤UZ，稳压二极管不能工作在击穿区，也不能稳压。稳压性能取决于稳压管的动态内阻RZ=△UZ/△IZ，内阻越小越好。应用：稳压二极管并联稳压电路适应于小电流负载电路，有时为了提高稳压性能可采用两级串联，如国产XCZ-102热电阻温度测量仪表的稳压电路。

稳压原理：无论何种原因使负载上电压升高，IZ增大，R上压降增大，输出电压降低，UO↑→IZ↓→UR↓→UO↓；反之，UO↓→IZ↓→UR↓→UO↑。从而实现输出电压的自动调整作用。限流电阻R的选择：1.3.2反馈型——晶体管串联稳压电路如图所示，串联型三极管稳压电路由取样电路R1、RP和R2、基准电压UZ、比较放大（V2）和调整电路（V1）四个部分组成。无论是输入电压或负载变化引起输出直流电压UO变化时，都可使输出电压自动稳定在一定范围。例如，当输出电压升高，经R1、RP、R2分压取样，使UB2升高，UC2和UB1降低，根据射极跟随，则输出电压UO降低。反之，可自行分析。电路的输出电压为式中，UZ为基准电压，即稳压二极管的稳压值；R/P为电位器分配在R2段的电阻值，因此，调节RP可调节输出电压。1.3.3集成稳压器三端集成稳压器：分为固定输出和可调输出两类。固定输出：CW7800和CW7900系列，其外形和管脚排列如图4-23所示。CW7800系列为正电压输出，CW7900系列为负电压输出。低位表示输出电压值，分为5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。如CW7805、CW7809、CW7812等。CW7800系列的典型应用电路如图1-37所示。图中，C1的作用是抵消输入线较长时的电感效应，以防止自激和抑制电源干扰；C2的的作用是削弱电路的高频噪声。它们的取值范围为0.1～1µF。型号中的M、L意义。

37可调输出集成稳压器有CW117/217/317和CW137/237/337系列，其外形和管脚排列见4.2节图4-24所示。CW117系列输出正电压，CW137系列输出负电压。38典型应用电路如图1-38所示。图中，CW317的基本工作特性是IREF≈50µA，输出端到调整端的电压U21=UREF=1.25V。多端集成稳压器，如五端稳压器CW200。可调式集成稳压器其输出电压可通过外接元件在较大范围内进行调整，固定式稳压器输出电压是固定的。按功能特点还可分为低压差稳压器（CW2930），正、负跟踪可调稳压器（CW4194），开关式稳压器（CW1524/2524/3524）、CMOS集成稳压器等。用万用表测量CW7800系列管脚之间的正、反向电阻，可初步判断其好坏。若红表笔接1脚，黑表笔接2脚或3脚，其电阻值为10kΩ左右；反之，电阻值应在几百kΩ以上。3脚和2脚之间正、反向电阻值应为5kΩ左右。若上述测量电阻值为无穷大或为零，均说明电路已坏。参考文献：王煜东主编《电子仪器仪表装配工》高教出版社作业：1.画出晶体管串联稳压电源的基本电路，写出输出电压表达式，说明稳压原理。2.说明固定电压输出集成稳压器的类型、型号及应用电路中C1、C2的作用。小结：1.线性直流稳压电源类型2.参数型直流稳压电源电路、原理、特性3.反馈型直流稳压电路组成，晶体管串联稳压电源的基本电路、原理、特性。4.集成稳压器的类型，型号、应用电路及电路中C1、C2的作用。1.4串联开关稳压电源电路1.4.1开关稳压电源的组成原理交流滤波，一次整流滤波电路，DC/DC变换器，二次整流滤波电路。3.DC/DC变换器（1）逆变器直流变交流，由开关管、开关脉冲形成电路组成。（2）高频变压器电压变换，输入输出隔离。（3）二次整流滤波电路半波或全波整流，LC滤波。1.交流滤波电路一般形式2.一次整流滤波电路AC220V/DC300V。采用桥式整流、电容滤波，输入AC220V，输出DC300V。开关电源工作在脉冲状态，为避免高频杂波的干扰，与电网间必须接入交流滤波电路。4.控制电路（1）取样电路接在电源输出端的电阻分压器，线性和开关稳压电源都是。（2）基准电源稳压二极管和串联限流电阻组成，都是。（3）比较放大单管共射放大，差分放大，运算放大器。（4）脉冲发生器占空比可调的多谐振荡器。5.保护电路（1）过压保护（2）过流保护（3）过热保护（4）彩色电视机中显象管束流保护1.4.2串联开关稳压电源的工作原理1.串联开关变换器的工作原理（1）组成开关管，储能电感，滤波电容，续流二极管。（2）类型发射极输出型，正输出。集电极输出型，负输出。（3）工作原理ON：电感储能，电容充电；OFF：向负载释放能量（供电）；输出平均电压：UO=δUI控制δ2.控制电路原理（1）PFM（图1-21）改变振荡管基极偏置。①变换器电路组成：开关管、储能电感、滤波电容、续流二极管②控制电路组成：取样电路、基准电压、比较放大、脉冲振荡T1=0.7RB2C1，V1饱和，输出低电平；T2=0.7RB1C2，V1截止，输出高电平。T=0.7(T1+T2)稳压过程：设UO↑→IC3↓→R8C3放电加速→频率升高→UO↑。（×）电路改为V2输出：设UO↑→IC2↑→R8C3放电减弱→频率降低→UO↓。V5输出高电平即脉冲宽度由R9C2放电时间决定，固定不变；输出低电平即脉冲间隔由R8C1放电时间决定，随输出电压而变化。为PFM型。（2）PWM（图1-22）改变斩波幅值。控制脉冲由固定频率的正弦波经变压器后由V3斩波而得，因此脉冲频率不变。随着Ub3-减小，即Ub3+升高，V3导通时间变长，输出负脉冲宽度变宽，V1截止时间变长，输出电压降低。UO↑-→UC3↓-→δ↓→UO↓。（3）混合（图1-23）改变时间常数。①变换器电路②取样电路③基准电源④比较放大⑤脉冲发生器⑥工作原理脉冲宽度和间隔都受到控制，因此是PWM和PFM混合型。与图1-21比，本图控制信号反相。作业：1-5补：1.说明开关稳压电源变换器电路的组成元件名称极其作用。2.指出图1-21、1-22、1-23中的取样电路、基准电源电路和比较放大电路的元器件。小结：1.开关稳压电源特点与组成2.串联开关变换器类型与组成。3.控制电路组成。4.图1-21、1-22、1-23电路控制类型和工作原理，能指出图中的取样电路、基准电源电路和比较放大电路的元器件。1.5并联开关稳压电源串联开关稳压电源为降压型，输出电压低于输入电压。并联开关稳压电源为升压型，输出电压高于输入电压，用于输入电压较低而又要求输出电压较高的场合。并联开关稳压电源较串联开关稳压电源有较小的射频干扰和较低的杂音，可采用较小的射频滤波器。一、并联开关变换器1.电路图1-242.波形图1-243.滤波电容4.输出电压

V导通，L储能，C放电；V截止，电源及L供电，C补充充电。二、并联开关稳压电源图1-25并联开关稳压电源的组成变换器电路+控制电路变换器电路：开关、储能、滤波、续流控制电路：取样、基准、放大、脉冲1.6直流变换器式并联开关稳压电源图1-26框图变换器：直流→直流。逆变器+整流滤波电路逆变器：直流→交流。振荡器+开关管+高频变压器一、单端变换器1.单端反激式变换器图1-27示V导通，VD截止；V截止，VD导通，变压器储能供电。实现输出与输入隔离，干扰小。2.单端正激式变换器图1-28VD1整流，VD2续流。在V截止期间，变压器剩余储能经N3、VD3返回电源，因VD3箝位作用，将变压器绕组感应反电动势限定在电源电压UI上，开关管V的反向电压限制在2UI上。二、推挽式1.基本电路图1-292.多电压输出双管，功率大。可构成多电压输出的直流稳压电源。开关管反向电压为2倍的电源电压，安全设计为3.3倍，在由交流电网直接整流滤波供电时，最高电压为3.3×220×1.4=1016V，故很少采用。三、桥式图1-30开关管承受反向电压比推挽式减半，但增加了成本。四、半桥式图1-31电容器中点电压为UI/2，桥路电流值由初级电流和工作频率计算。若与滤波电容分别设置，则滤波电容常取100μF，桥路电容常取几μF。小结：1.并联开关变换器的原理与特点2.并联开关稳压电源的工作原理3.直流变换器式开关稳压电源的电路与特点4.单端式变换器的电路原理5.桥式变换器的电路与特点6.推挽式变换器的电路与特点7.半桥式变换器的电路与特点作业：1.6,1.71.7开关稳压电源的控制电路和驱动电路一、控制电路图1-23框图频率放大器改为振荡器1.TL494脉宽调制型控制电路（1）电路名称（功能）（2）电路组成原理。图1-33。（3）1、2、4、5、6、8、11、12、13、14脚功能控制，8调宽脉冲输出，12电源，16反馈控制（4）工作原理。说明锯齿波与直流电平比较产生PWM脉冲的原理。（5）典型应用。图1-34，各脚连接元件和信号。引脚功能引脚功能引脚功能引脚功能1取样输入5外接电容9地13输出相位控制2UREF=2.5V6外接电阻10调宽脉冲输出14UREF=5V3补偿电压7地11地15反馈控制4死区控制8调宽脉冲输出12电源16反馈控制锯齿波与直流电平比较产生PWM脉冲的原理。同相比较，锯齿波输入同相端，直流电平加反相端，直流电平高，脉宽窄；直流电平低，脉宽宽。反相比较则相反。2.MC3520/3420脉宽调制型控制电路（1）电路名称（功能）①脉宽调制功能：6脚控制电压6～2.4V，占空比0～100%。②反比控制功能：7脚外加直流电平与锯齿波比较产生固定宽度方波脉冲，经与非门G3、G4限制脉冲最大宽度，以控制死区的大小。③主从控制功能：脚输出三角波驱动另一块电路，两块电路同步工作，可增加电源功率。④对称校正功能：16脚加脉冲，一般与4脚相连，校正13脚输出脉冲宽度，克服两开关管不对称引起变压器工作不对称造成的不良后果。⑤禁止功能：15脚电压低于0.7V，强制开关管截止，同时14脚无输出，用来限制电源的开机浪涌电流。⑥基准电源：UREF=7.8V（9脚输出）⑦输入电压：电压范围：10～30V，电流10～22mA。（2）电路组成原理。图1-35。（3）1、2、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16脚功能引脚功能引脚功能引脚功能引脚功能1外接电阻5锯齿波输入9UREF=7.8V13调宽脉冲输出2外接电容6取样输入10电源14振荡器输出3触发输出7死区控制11调宽脉冲输出15禁止控制4脉宽调制输出8锯齿波输出12地16禁止同步控制（4）典型应用。图1-36，MC3520/MC3420的区别。3.SG1524/2524/3524脉宽调制型控制电路（1）电路名称（功能）（2）电路组成原理。图1-35。结构功能：①基准电源：UREF=5V（16脚输出）②锯齿波振荡：6、7脚外接RC，加至两或非门控制死区时间；作为触发器FF的触发脉冲。③误差放大器：输入端为1、2、4、5、10脚。9脚对地接RC网络，误差放大输出限制9脚电平数值来控制死区。④控制关闭端：10脚外接电路控制三极管导通与截止，以控制输出脉冲关闭与工作。可用于电源的软启动及保护等。⑤电流限制电路：4、5脚输入电流取样电压大于200mV，9脚电压下降，控制电路单管放大工作。⑥比较器PWM：输出高电平，或非门输出低电平，输出三极管截止，反之导通。⑦输入电压：电压范围：10～30V，电流10～22mA。⑧输出三极管：100mA。（3）1、2、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16脚功能引脚功能引脚功能引脚功能引脚功能1取样输入5电流检测输入9补偿13调宽脉冲输出2基准电压6外接电阻10关闭14地3振荡器输出7外接电容11地15电源4电流检测输入8地12调宽脉冲输出16UREF=5V（4）典型应用。图1-38，C1、C2加速电容。R2、R3限流。小结：熟悉开关稳压电源的控制电路的基本原理和常用集成电路的工作原理，掌握TL494的工作原理和典型应用。1.原理框图，TL494工作原理、典型应用。2.MC3520/MC3420工作原理、典型应用。3.SG1524/2524/3524工作原理。4.应用SG3524的推挽驱动电路。作业：1.8补：1.用波形图说明锯齿波和直流电平比较产生宽度可调脉冲的原理。2.说明开关稳压电源的理想驱动波形。3.说明单极性脉冲变压器驱动和互补驱动电路的应用场合。二、驱动电路SG3524的推挽驱动电路。理想驱动波形，单极性脉冲变压器驱动，比例驱动，互补驱动电路。对驱动电路的要求，驱动电路的形式、原理、特点。1.理想的驱动波形提高开关电源的效率，主要在于开关管饱和和截止的速度和深度