电子技术课程模拟电路第10章直流稳压电源57张课件.ppt

1、2022-9-27变压器变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压u0的稳定的稳定。变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：2022-9-27u20时，二极管导通。时，二极管导通。i0u1u2aTbDRLu0忽略二极管正向压降：忽略二极管正向压降：tUusin222u

2、0=u2+-2022-9-27u20时，二极管截时，二极管截止止,输出电流为输出电流为0。u0=0u1u2aTbDRLu0i0=0tUusin222i0=0+-2022-9-272.2.输出电压波形与主要参数输出电压波形与主要参数t 输出电压平均值：输出电压平均值：输出电压波形输出电压波形u1u2aTbDRLu0i02022ooU45.0U2du21Ut2022-9-27二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：22UURM负载平均电流：负载平均电流：u1u2aTbDRLu0i0t 输出电压波形：输出电压波形：LLDRURUII20045.02022-9-2757.12001UUSm

3、tttUuo4cos1522cos32sin211(22用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出u0分解后可得分解后可得:t 2022-9-27单相全波整流电路单相全波整流电路D2u1aTbD1RLu2u2i0u01、工作原理、工作原理+-2022-9-272.输出电压波形与主要参数输出电压波形与主要参数输出电压平均值：输出电压平均值：U0=0.9U2输出电压波形：输出电压波形：二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：222UURMt LLRURUI2009.0u1u2aTbD1RLu0D2u2i0负载平均电流：负载平均电流：+-2022-9-27单相桥式整流电路单相桥

4、式整流电路u2正半周时电流通路正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLu01、工作原理、工作原理2022-9-27u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路负半周时电流通路2022-9-27u2ttuD4,uD2uD3,uD1tu2D4D2D1D3RLu0+-2.输出电压波形与主要参数输出电压波形与主要参数输出电压平均值：输出电压平均值：U0=0.9U2LLRURUI2009.0负载平均电流：负载平均电流：二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：22UURM2022-9-2767.0322341omoUUS整流输出电压的脉动系数整流输出电压的脉动系数S SttUu

5、4cos1542cos342(220用傅氏级数对全波的输出u0分解后可得:57.12001UUSm2022-9-27平均电流平均电流ID与反向峰值电压与反向峰值电压URM是选择整流管的主要依据。是选择整流管的主要依据。L2oDRU0.45I21I2RMU2U整流管二极管的选择整流管二极管的选择2022-9-27几种常见的硅整流桥几种常见的硅整流桥+A C -+-u2D4D2D1D3RLu0+-2022-9-27 10.3.1 10.3.1 电容滤波电容滤波u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC利用储能元件利用储能元件电容两端的电压电容两端的电压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能

6、不能突变的特性突变的特性,将电容与负载将电容与负载R RL L并联并联(或将电感与负载或将电感与负载R RL L串联串联)，滤掉滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份。整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份。10.3 10.3 滤波电路滤波电路2022-9-27u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCR RL L未接入未接入,忽略整流忽略整流电路内阻电路内阻u2tu0t设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束充电结束没有电容时的没有电容时的输出波形输出波形11eqRocu0Rui2022-9-27u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCR RL L接入（且接入（

7、且R RL LC C较大）较大）,u2tu0t忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，极管截止，u0会逐会逐渐渐下降。下降。RL未未接接入入R RL L接入接入2022-9-27u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t整流电路输整流电路输出电压大于出电压大于u0的的时间区间，才有时间区间，才有充电电流。因此充电电流。因此整流电路的输出整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流11eqRocu0Rui2022-9-27u1u2u1abD4D2D1D

8、3RLu0SCu2tu0t不忽略整流电路内不忽略整流电路内阻，充电时，电容阻，充电时，电容电压电压小于小于u u2 2。R RL LC C越小，放电越越小，放电越快快,输出电压输出电压u0越低越低11eqRocu0Rui输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变。2022-9-27如如R RL L愈小愈小(I(I0 0越大越大),U),U0 0下降多。下降多。电容滤波电路适用于输出电压较高电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小负载电流较小且负载变动不大的场合。且负载变动不大的场合。2.2.输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20Io结论结

9、论2022-9-27一般取一般取2T5)(3CRLd(T:电源电压的周期电源电压的周期)有有RL,近似估算近似估算Uo:桥式整流电容滤波桥式整流电容滤波U0=1.2U2；半波整流电容滤波半波整流电容滤波U0=U2。(2)流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大一般选管时，取一般选管时，取L00DRU213)(22I3)(2I3.3.电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(1)输出电压输出电压U0与时间常数与时间常数RLC有关有关RLC愈大愈大电容器放电愈慢电容器放电愈慢U0愈大，愈大，2022-9-27需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。倍压原理倍压原理u1u2D2C1D1C2R

10、LU0+22U当正半周时：C1充电到222U当负半周时：C2充电到在实际电路中：RL较大，电流小，U0近似为222U二极管所承受的最高反向电压：URM=222U10.3.2 10.3.2 倍压整流电路倍压整流电路1.1.二倍压整流电路二倍压整流电路2022-9-272.2.多倍压整流电路多倍压整流电路+u1+225U224U222U每个二极管所承受的最高反向电压均为u1u2D2C1D1C2RLU0+倍压倍压(高压高压)2022-9-271.滤波原理滤波原理对直流分量对直流分量(f=0)，XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量，对谐波分量，f 越高越高

11、,XL越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。U0=0.9U2u2u1RLLu010.3.3 10.3.3 电感滤波电感滤波2022-9-272.2.电感滤波的特点电感滤波的特点 峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。2022-9-27u0Ru2u1C1C2u0RL3.3.复式滤波电路复式滤波电路2022-9-27稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路串联型串联型稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路为什么要稳压为什么要稳压1、当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压要变化。2、当电网电压

12、波动时，整流滤波电路输出的直流电压不稳定。2022-9-27（3）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（4）最大允许功耗maxZZZMIUP2 2、稳压二极管的参数、稳压二极管的参数:（1）稳定电压 UZ（2）动态电阻ZZIUZr1 1、特点：、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。稳压二极管稳压二极管+IUIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。UZ稳压管稳压电路稳压管稳压电路2022-9-27+R-IR+-RL IO UO UI IZ DZ 当RL不变时：UIU0IZIRIRR U0 当UI不变时：RLI0IRU

13、0IZIRIRR U0稳压电路稳压电路基本方程：IR=IZ+I0 U0=UZ UI=IRR+UZ=IRR+U0 UZ少量的增加会使IZ增加较大。IU2022-9-27+R-IR+-RL IO UO UI IZ DZ 电路元件参数的选择电路元件参数的选择（1）选择稳压管：选稳压管时，主要满足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.53)I0max初选管子。（2）决定输入电压UI：考虑电网电压允许10%的变化，所以在通常情况下取UI=(23)U0。（3）限流电阻R的选择应使流过稳压管的电流IZ限制在IZminIzmax之间，保证管子正常工作。当电网电压最高和负载电流最小

14、时，IZ的值最大，它不能超过Izmax，即maxZmin0ZaxImIIRUUmin0maxZZaxImIIUUR解得2022-9-27+R-IR+-RL IO UO UI IZ DZ 若不满足上式，则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围。min0maxImIIUURZZaxminZmax0ZinImIIRUUmax0minZZinImIIUURmin0maxImIIUUZZaxmax0minImIIUURZZin当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即解得则R的变化范围为：2022-9-27稳压管稳压电路稳压管稳压电路Ru0u2u1C1RLDZ稳压管选择稳压管

15、选择OIOMzOZUUIIUU)32()35.1(max电路的输出电压的大小电路的输出电压的大小由稳压管的电压决定。由稳压管的电压决定。2022-9-27运算放大器恒压源电路运算放大器恒压源电路电路组成：电路组成：稳压管稳压电路稳压管稳压电路+运算放大器运算放大器_+R2R1RPUoUZ+UOZOURRU12 恒压源的输出电压U0是可调的，并引入电压负反馈使输出电压更稳定。2022-9-27T+_UI+_+_UO比较放大基 准取 样URFUO+_C2RL调整元件10.4.2 10.4.2 串联型稳压电路串联型稳压电路1 1 工作原理工作原理四个部分四个部分：2022-9-27U0UB2UBE2

16、=（UB2-UZ）UC2U0当输入电压增加或输出电流减小使当输入电压增加或输出电流减小使U0升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB211eqRocu0Rui2022-9-27输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围 BE2Z2WW21OminBE2Z2W21OmaxBE2Z2W2W21OUURRRRRUUURRRRUUURRRRRU R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB22022-9-27改进改进在运放理想条件下在运放理想条件下：R21oU)RR(1UUITR1R2UFUR+-RLUO A+-当当UI增加或输出电流减

17、小使增加或输出电流减小使U0升高升高U0稳定！稳定！2022-9-27（2 2）采用辅助电源）采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)。(3)(3)过流保护措施过流保护措施 把电流限制在允许范围内把电流限制在允许范围内,不再增大；不再增大；过流时使调整管截止或接近截止。过流时使调整管截止或接近截止。2022-9-2710.4.3 10.4.3 集成稳压电源集成稳压电源1 1、简介、简介2022-9-271端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形

18、系列稳压器外形2022-9-27分类分类:正稳压W78XX负稳压W79XX固定式可调式三端集成稳压器型号后型号后XX两位数字两位数字代表输出电压值代表输出电压值W78系列系列(输出正电压输出正电压)W79系列系列(输出负电压输出负电压)输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等等。COW7800CIUI+_+_UO1321F2022-9-27（1）输出为固定电压的电路）输出为固定电压的电路2 2、应用电路、应用电路输入与输出端之输入与输出端之间的电压不得低间的电压不得低于于3V3V！COW7800CIUI+_+_UO1321F2022-9-27（2）输出正负

19、电压的电路）输出正负电压的电路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO2022-9-27COW78XXCIUI+_+_UO132 UXXUZRDZUXX:为为W78XX固定输出电压固定输出电压UO=UXX+UZ（3）提高输出电压的电路）提高输出电压的电路2022-9-27（4）输出电压可调式电路输出电压可调式电路W7805132R1CICOUI76234UOR20.33 33V10K0.1)RR5(1U12O2022-9-27（5 5）组成恒流源）组成恒流源I0恒定！恒定！2022-9-27（6 6）稳压电路的主要性能指标）稳压电路的主要性能指标稳压系数 SII00

20、UUUUS输出电阻R02022-9-2710.4.4 10.4.4 开关型稳压电源开关型稳压电源串联型稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：1、调整管工作在放大状态，管压降大，流过的电流也大，所以功耗很大，效率较低(一般为4060)，需要庞大的散热装置。2、变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、重量重。1 1 串联型稳压电源问题串联型稳压电源问题2022-9-271、能否让调整管工作在开关状态？导通时，电流大而管压降小；截止时，管压降高而电流趋于零。因此，总功耗很小，大大提高了效率(一般可达8090)。2、能否省去低频工作的电源变压器?改用高频变压器(工作频率提高到几十kHz)

21、，从而大大减小电源的体积和重量。开关稳压电源正是基于上述改革思路而发明的新型稳压电源。已广泛应用于计算机、电视机及其它电子设备中。2 2 改进思路改进思路2022-9-273 3 工作原理工作原理1、首先，将电网电压(220V、50Hz)不经电源变压器降压而直接整流成直流高压(一次整流，ACDC，输出一般为300多伏),作为开关管的电源电压。2、开关管在控制电路作用下，时而导通时而截止，这样又将直流高压“斩波”成交流方波(这就是DCAC，即所谓的逆变器)。斩波电压经一个高频小变压器隔离、降压，并经二次整流后即可得到所需的直流电压。2022-9-274、例如，电网电压不稳使输出直流电压Uo增大，

22、经光耦合器隔离，误差放大器反相输入端电压增大，其输出减小。该电压(Uc+)与Uc-的三角波比较结果，会使其输出电压(UG)的占空比减小，如图虚线所示，从而使VMOS导通时间减小，经二次整流后取出方波的平均值(Uo)将随之减小。3、输出电压Uo分压后，经光耦合(隔离)到误差放大器反相端，与同相端基准电压比较放大后，输出至比较器C的输入端。比较器C另一输入端接三角波振荡器的输出，二者比较后得到频率相同而占空比可调的脉冲波(这一过程称脉宽调制)。该脉冲波加至功率VMOS管栅极，控制导通和截止的时间比，从而控制变压器输出交流波形的平均值，最终达到稳压的目的。2022-9-27由以上分析可以得出如下结论

23、：由以上分析可以得出如下结论：1 1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高。调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高。2 2为得到直流输出，必须在输出端加二次整流滤波器。为得到直流输出，必须在输出端加二次整流滤波器。3 3可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值。可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值。4 4可以省去电源变压器。可以省去电源变压器。5 5由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。2022-9-27一个实际的开关稳一个实际的开关稳压电源的电原理图压电源的电原理图2022-9-27 该电路

24、的一次整流电路包括电源噪声滤波器PNF(用来滤除射频干扰)、桥式整流和RC滤波电路，输出+300V直流电压(ACDC)。该电压一方面加到高频变压器Nl到功率管VMOS(IRFPG407)漏极，另一方面经电阻R2(120k)降压成+16V，给脉宽调制器UC3842提供启动电压。脉宽调制器的输出经电阻R7、R8分压送至VMOS管栅极，控制VMOS的导通或截止，完成斩波功能(DCAC，逆变)。图中，VMOS源极电阻R9为过流采样电阻。当过流时，UR9增大，经R10送至UC3842的3端，以实现过流保护的目的。C8、VD3、R11、R12、VD2和C9，构成两级吸收回路，用以吸收尖峰干扰。VD4为输出

25、整流管，采用肖特基二极管，以满足高频、大电流整流的需要。2022-9-27 高频方波经变压器耦合到N3，再经二次整流滤波(VD4、C10)得到稳定的5V直流电压。该稳压电源的输出电流最大为7A，功率为35W。该电路的负反馈与稳压过程如下：变压器绕组N2为逆变后的输出交流电压的采样绕组，其作用有两个：一是N2绕组电压经二极管VDl整流和电容C2、C3滤波后，作为脉宽调制器UC3842的正常供电电压；二是该电压经R3、R4分压，反馈到UC3842的2端作为比较信号。2端即脉宽调制器中误差放大器的反相端，该端电压与内部基准电压比较后以控制脉宽调制的占空比，从而达到稳压的目的。该电路采用自馈绕组反馈，而不是像图所示的从输出电压经光耦合反馈，一般用于固定负载的情况。2022-9-27第10章结 束2022-9-27