直流穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計.ppt

1、直流穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計,直流電源的組成及各部分的作用,純電阻負(fù)載半波整流電壓波形,整流與濾波電路-半波整流,純電阻負(fù)載半波整流參數(shù),直流電壓,反向電壓,直流電流,有效值電流,二極管電流,單相全波整流電壓波形,+,整流與濾波電路-全波整流,單相全波整流主要參數(shù),橋式整流電路波形,整流與濾波電路-橋式整流,正半周D1、D4 導(dǎo)通， D2 、D3截止,負(fù)半周D2、D3 導(dǎo)通， D1 、D4截止,橋式整流電路參數(shù),S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。,脈動系數(shù),用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出 uo 分解后可得:,整流電路性能的簡單對比,二、濾波電路,濾波電路的結(jié)構(gòu)特點:,

2、交流 電壓,脈動 直流電壓,直流 電壓,只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。,二極管中的電流,1. 電容濾波電路,當(dāng)u2上升到 大于電容上的電壓uc， u2對電容充電，充電時間常數(shù) = rd C很小,每次都能充滿 uo= uc,當(dāng)u2下降到 小于電容上的電壓時。 二極管承受反向電壓而截止。電 容C通過RL放電， uc按指數(shù)規(guī)律 下降，時間常數(shù) = RL C比較大, 放電慢.,電容充電時，電容電壓滯后于u2。,RLC越小，輸出電壓越低。,RL接入（且RLC較大）時 (考慮整流電路內(nèi)阻),近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL,(b) 流過二極管瞬時

3、電流很大,RLC 越大 Uo越高負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時間越短 iD的峰值電流越大,(2)電容濾波電路的特點,(a) 輸出電壓 平均值Uo與時間常數(shù) RLC 有關(guān),RLC 愈大 電容器放電愈慢 Uo(平均值)愈大,(c) 二極管承受的最高反向電壓,串聯(lián)式穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓電路的作用:,穩(wěn)壓電源類型:,以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。,電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。,效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時有限，這里不做介紹。,一. 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。 由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。,硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)

4、壓電路,1. 穩(wěn)壓原理,(1) 當(dāng)輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓,根據(jù)電路圖可知,輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：,VIVOVZIZIRVRVO,硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,2.穩(wěn)壓電阻的計算,穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大， 穩(wěn)壓性能越好。,穩(wěn)壓電阻R 的作用,將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化， 從而起到調(diào)節(jié)作用，同時R也是限流電阻。,顯然R 的

5、數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。,但R 的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。,穩(wěn)壓電阻的計算如下,當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即,(1),穩(wěn)壓二極管在使用時 一定要串入限流電阻，不 能使它的功耗超過規(guī)定值， 否則會造成損壞！,當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時，流過 穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應(yīng)超過IZmax，由 此可計算

6、出穩(wěn)壓電阻的最小值。即,(2),三. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源,1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成,VO =VI-VR， 當(dāng)VIR VR在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。 若負(fù)載電流ILRVR在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。,在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于VR。,串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖,串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成： 調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源,2.工作原理,1輸入電壓變化時,VIVOVfVO1VCEVO,實質(zhì)：電壓負(fù)反饋,2負(fù)載電流變化時,ILVIVOVfVO1VCEVO,3.輸出電壓調(diào)節(jié)

7、范圍的計算,可見，調(diào)節(jié)R2可以改變輸出電壓。,根據(jù)“虛短”,VfVREF,穩(wěn)壓原理,當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使 Uo升高時,(3) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。,10.3 三端集成穩(wěn)壓器,一. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 （正電壓 78 、負(fù)電壓 79 ）,1端: 公共端 2端: 輸入端 3端: 輸出端,W7900系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖,-10V,-5V,1端: 輸入端 2端: 公共端 3端: 輸出端,W7800系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖,+10V,+5V,注意：輸入與輸出端 之間的電壓不 得低于3V！,1

8、0.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用,1. 固定式應(yīng)用舉例,10.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用,2. 可調(diào)式應(yīng)用舉例,10.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用,2. 可調(diào)式應(yīng)用舉例,四. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo),輸出電壓變化量,穩(wěn)壓系數(shù),輸出電阻,溫度系數(shù),直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法,直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計的依據(jù)是技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計的內(nèi)容包括： 電路結(jié)構(gòu)選擇、參數(shù)計算、器件選擇、具體電路 設(shè)計步驟包括： 根據(jù)市場、技術(shù)潮流、主要指標(biāo)選擇電源類型和電路結(jié)構(gòu) 根據(jù)電壓關(guān)系計算各部分的電壓 根據(jù)電流關(guān)系計算各部分的電流 根據(jù)功率關(guān)系計算各部分的功率 根據(jù)電壓、電流、功率選擇器件 設(shè)計結(jié)果包括： 具體電路圖，設(shè)計到電路、器

9、件型號、管腳,電路結(jié)構(gòu)的選擇,穩(wěn)壓類型: 線性串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)式穩(wěn)壓電源; 穩(wěn)壓器件: 三端穩(wěn)壓器,晶體管穩(wěn)壓,其他集成穩(wěn)壓器; 濾波電路: 電容濾波,電感濾波,電感電容濾波; 整流電路: 橋式整流,全波整流,半波整流; 工頻變壓器降壓. 得到如下電路:,電路參數(shù)的計算電壓的計算,U2,Ui, U,U0,電路參數(shù)的計算電流的計算,I0,Ii,I2,ID ID0,電路元件參數(shù)的選取,1、穩(wěn)壓器件: 三端穩(wěn)壓器, 正穩(wěn)壓系列 78LXX：100mA 78MXX：500mA 78XX ：1A 78HXX： 5A XX=05，06，08，09，12，15，24 負(fù)穩(wěn)壓系列：79LXX；79MXX

10、；79XX； 正可調(diào)穩(wěn)壓系列：LM117；LM217；LM317 Uo=1.25-25V Iomax=1.5A 負(fù)可調(diào)穩(wěn)壓系列：LM137；LM237；LM337 Uo=-（1.25-25）V Iomax=1.5A,2、輸出濾波電容,3、穩(wěn)壓器前后小濾波電容,作用：是輸出電壓波形更平滑，減少負(fù)載對電源的影響，提高動態(tài)響應(yīng)。 取值范圍：取值太小時，起不到應(yīng)有的作用；太大時會造成沖擊太大；反饋相移大，甚至自激。參考輸出電流取值： 耐壓：=50%的裕量,主要目的是濾除高頻干擾，電解電容的高頻特性較差，小容量的無極性電容高頻特性好，起到互補(bǔ)作用。也有利于改善動態(tài)特性。 取值在0.01F0.33F,4、

11、瀉放電阻,5、濾波電容,6、整流二極管:、保護(hù)二極管,濾波電容越大紋波越小，但整流沖擊大，電流有效值大，要求變壓器和整流管的功率和電流都要大。,給穩(wěn)壓器的漏電流提供瀉放回路，防止空載電壓高于正常輸出電壓。 RU0/Is Is一般在微安數(shù)量級。,7、變壓器,鐵芯與磁導(dǎo)率,表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量,三、 功率損耗,銅損耗Pcu,鐵損耗PFe,鐵損由磁滯和渦流產(chǎn)生。,PCu線圈電阻R上的損耗,PFe 處于交變磁化下的鐵心的損耗,（1）磁滯損耗 （Ph）,由磁滯所產(chǎn)生的能量損耗稱為磁滯損耗（Ph）。,單位體積內(nèi)的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場交變的頻率 f。,(2)渦流損耗（Pe）,渦流損耗:

12、 由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。,渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。,渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少磁滯損耗的措施： 選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。,設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)選擇值以減小鐵心飽和程度。,磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,N1,變壓器的基本結(jié)構(gòu),一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,磁芯形狀及特點,C型變壓器,EI變壓器,產(chǎn)器特點：EI型鐵芯變壓器制造工藝簡單，成本相對較低。由于鐵芯片及與其相配套的線圈骨架均已形成系列并大量生產(chǎn)，所以應(yīng)用十分廣泛。?EI型鐵芯變壓器全部采取冷軋

13、取向硅鋼帶沖制的鐵芯，比采用其他材質(zhì)的變壓器損耗小、效率高，溫升低。功率大小根據(jù)要求訂制單相，三相（1VA100KVA）。,R型變壓器,采用取向性高磁導(dǎo)率硅鋼帶制成的，無切割環(huán)形截面的R鐵芯是變壓器的一個革命性突破。R變壓器具有體積小，重量輕和漏磁小等特點，與E-I型、C型和環(huán)形變壓器相比有著更高的性能和可靠性。體積小，重量輕R變壓器具有無切割卷繞鐵芯，使用高品質(zhì)的材料，因而體積小，重量輕，使用這種變壓器，你就可以將產(chǎn)品重新設(shè)計成更新穎的形狀，并且降低成本。高效率由于鐵芯無切割，損失就很小，使用高品質(zhì)的材料和緊湊結(jié)構(gòu)，把鐵芯與繞組之間的距離降到最小， 這樣，R變壓器的效率通?？蛇_(dá)90%以上。漏

14、磁最小R變壓器的鐵芯沒有磁隙而且繞線極勻衡，因而漏磁非常小，這樣，就無需采取任何防范措施來防止影響漏磁。產(chǎn)熱量最小，無噪音由于R變壓器是用高品質(zhì)低損耗的材料制成，具有均勻圓形截面和連續(xù)的繞線，電阻損耗和產(chǎn)熱都非常低，且由于沒有切割，磁致伸縮應(yīng)力就很易被吸收，因而保證了實際應(yīng)用無噪音。勵磁電流小R變壓器設(shè)計合理，因而具有鐵損低，產(chǎn)熱少，勵磁電流小和能耗省的特點。符合安全標(biāo)準(zhǔn) 由于它的獨特設(shè)計，將初級與次級的骨架分開，絕緣性能優(yōu)良，由阻燃材料制成的互相分離的骨架可以滿足任何國家的安全標(biāo)準(zhǔn)，還可以接受附件例如溫度保險絲和電子一靜電屏蔽 規(guī)格型號：可根據(jù)客戶要求設(shè)計制造絕緣等級：B(130)，F(xiàn)(15

15、5)，H(180)R型變壓器比EI變壓器小30%，薄40%，輕40%。 R型變壓器漏磁最小，比EI型變壓器小10倍。 R型鐵芯變壓器產(chǎn)生的熱量最少比EI型變壓器小50%。 R型變壓器不會產(chǎn)生噪音，這一特點遠(yuǎn)勝EI型變壓器或鐵芯有間隙的切形鐵芯變壓器。 R型變壓器與環(huán)形變壓器相比，工作性能更強(qiáng)，可靠性更高，絕緣性能強(qiáng)，安裝簡便。 R型變壓器的構(gòu)造比EI和C型變壓簡單但可靠性和品質(zhì)都比它們高。 R型變壓器容許你有細(xì)密的設(shè)計和減低成本提高效益。 R型變壓器的設(shè)計基本上滿足全球一切安全標(biāo)準(zhǔn)。R型變壓器我公司已生產(chǎn)多年，而產(chǎn)量每年增加。采用R型變壓器的公司現(xiàn)急劇上升。R型變壓器主要應(yīng)用于顯示器、打印機(jī)、電腦終端機(jī)、復(fù)印機(jī)、圖文傳真機(jī)、衛(wèi)星廣播接收器、高保真音響擴(kuò)音器、測量和測試設(shè)