電子技術(shù)5直流穩(wěn)壓電源

1、 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源1 整流電路整流電路u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 01 整流電路整流電路tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRLtu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io= id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2 ，輸出電壓uo的波形與u2相同。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極

2、管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL+u1+u2D4D3D1D2RL+uo(a) 原理電路ab+u1+u2RL+uo(b) 簡(jiǎn)化畫法u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：aD1RLD3b。 a b D3 + u1 + u2 D1 RL + uo a b u1 D4 D2 RL + uo u2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3

3、承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：bD2RLD4a。tu20234tiD10234tiD20234tuo0234整流變壓器副邊電壓有效值為：oo211. 10.9UUU整流變壓器副邊電流有效值為：o22211. 111. 1IRURUILL由以上計(jì)算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。 u2a +abcVD1VD3VD5VD6VD4VD2 u2b + u2c +uoio0t1期間，c點(diǎn)電位最高，b點(diǎn)電位最低，VD5和VD4導(dǎo)通。負(fù)載上的電壓uo就是線電壓ucb。電流通路為：cVD5RLVD4bt1t2期間，a點(diǎn)電位最高，b點(diǎn)電位仍然最低，VD1和VD4導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo為線電壓uab，電流通

4、路為：aVD1RLVD4b同理，在t2t3期間， a點(diǎn)電位最高，c點(diǎn)電位最低，于是二極管VD1和VD6導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo為線電壓uac，電流通路為：aVD1RLVD6c依此類推，共陰極連接的3個(gè)二極管VD1、VD3、VD5在t1、t3、t5等時(shí)刻導(dǎo)通；共陽極連接的3個(gè)二極管VD2、VD4、VD6在t2、t4、t6等時(shí)刻導(dǎo)通。每個(gè)二極管導(dǎo)通1/3周期。u2u2au2bu2ct0tuou2aVD5 VD1 VD1 VD3 VD3 VD5 VD5 VD1 VD1 VD3VD4 VD4 VD6 VD6 VD2 VD2 VD4 VD4 VD6 VD6二極管導(dǎo)通次序 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t

5、7 t8 t90(a)(b)(c)2 濾波電路濾波電路tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 電路 (b) 波形CRL+假設(shè)電路接通時(shí)恰恰在 u2由負(fù)到正過零的時(shí)刻，這時(shí)二極管 D 開始導(dǎo)通，電源 u2在向負(fù)載 RL供電的同時(shí)又對(duì)電容 C充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓 uC緊隨輸入電壓u2按正弦規(guī)律上升至 u2的最大值。然后 u2繼續(xù)按正弦規(guī)律下降，且C2uu ，使二極管 D 截止，而電容 C 則對(duì)負(fù)載電阻RL按指數(shù)規(guī)律放電。uC降至 u2大于 uC時(shí)，二極管又導(dǎo)通，電容 C 再次充電。這樣循環(huán)下去，u2周期性變化，電容 C周而復(fù)始地進(jìn)行充電和放電，使輸出電壓脈動(dòng)減小。

6、電容 C放電的快慢取決于時(shí)間常數(shù)（CRL）的大小，時(shí)間常數(shù)越大，電容 C 放電越慢，輸出電壓 uo就越平坦，平均值也越高。Uo1.4Uo0.9Uo0Io單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場(chǎng)合。+u1+u2RL+uoL電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)是制作復(fù)雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。LCCCLCCR(a) LC 濾波電路 (b) CLC 濾波電路 (c) CRC 濾波電路LC、CLC型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合。在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常

7、采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRC型濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很小的輸出電壓。但電阻對(duì)交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。3 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZI工作原理：輸入電壓Ui波動(dòng)時(shí)會(huì)引起輸出電壓Uo波動(dòng)。如Ui升高將引起UO=UZ隨之升高，導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速增大，從而使Uo基本上保持不變。反之，當(dāng)Ui減小時(shí)，UR相應(yīng)減小，仍可保持Uo基本不變。當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時(shí)，同樣會(huì)引起IZ的相應(yīng)變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)Io增大時(shí)，I和UR均會(huì)隨之增大使得U

8、o下降，這將導(dǎo)致IZ急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，使得Uo得到穩(wěn)定。+UiIoR1RLRaR2RbR4R3RPUBE2V1V2UBE1+UoUZ+ +UF 1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到比較放大環(huán)節(jié)。 2）基準(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。 3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準(zhǔn)電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。 4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放

9、大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時(shí)，取樣電壓UF相應(yīng)增大，使V2管的基極電流IB2和集電極電流IC2隨之增加，V2管的集電極電位UC2下降，因此Vl管的基極電流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。UoUFIB2IC2UC2IB1UCE1Uo同理，當(dāng)Ui或Io變化使Uo降低時(shí)，調(diào)整過程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過程可以看出，該電路是依靠電壓負(fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。設(shè) V2發(fā)射結(jié)電壓 UBE2可忽略，則：oba

10、bZFURRRUU或：ZURRRUbbao用電位器 RP即可調(diào)節(jié)輸出電壓 Uo的大小，但 Uo必定大于或等于 UZ。如UZ=6V，R1=R2=RP=100，則Ra+Rb=R1+R2+RP=300， Rb最大為200，最小為100。由此可知輸出電壓Uo在918V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。+UiIoR1RLR2R3RPV+UoUZ+ +UF + +其電路組成部分、工作原理及輸出電壓的計(jì)算與前述電路完全相同，唯一不同之處是放大環(huán)節(jié)采用集成運(yùn)算放大器而不是晶體管。 集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。 集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小

11、功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個(gè)接線端子。如W78和W79系列穩(wěn)壓器。W78系列輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，若要獲得負(fù)輸出電壓選W79系列即可。例如W7805輸出+5 V電壓，W7905則輸出5 V電壓。這類端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達(dá)1.52.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為23V，輸出電壓變化率為0.10.2。1 3 21公共端2輸出端3輸入端W791 3 21輸入端2輸出端3公共端W78W78C1C2+Ui+Uo123W79C1C

12、2Ui+Uo+3211）基本電路2）提高輸出電壓的電路W78C1C2+Ui+Uo123+UZDZ+UR輸出電壓Uo=U+UZW78C1C2+Ui+Uo123RIRICIBI1I3I2Io3）擴(kuò)大輸出電流的電路圖中 I3為穩(wěn)壓器公共端電流，其值很小，可以忽略不計(jì)，所以21II ，則可得：RUIIIIIIIIIBE2R12B2C2o)1 ()(式中為三極管的電流放大系數(shù)。設(shè)10，3 . 0BEUV，5 . 0R，12IA，則可計(jì)算出5oIA，可見 Io比 I2擴(kuò)大了。電阻 R 的作用是使功率管在輸出電流較大時(shí)才能導(dǎo)通。4）能同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路W7815123W791532124V24V+15

13、V15V220V1000F1000F0.33F0.33F1F1F1）效率高。2）體積小、重量輕。3）對(duì)電網(wǎng)電壓的要求不高。4）調(diào)整管的控制電路比較復(fù)雜。5）輸出電壓中紋波和噪聲成分較大。 按控制的方式分，有脈沖寬度調(diào)制型（PWM）、脈沖頻率調(diào)制型（PFM）和混合調(diào)制型3種。按是否使用工頻變壓器來分，有低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路和高壓開關(guān)穩(wěn)壓電路兩種。按激勵(lì)的方式分，有自激式和他激式；按所用開關(guān)調(diào)整管的種類分，有雙極型三極管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管和可控硅開關(guān)電路等。開關(guān)調(diào)整管濾波電路采樣電路脈沖調(diào)制比較放大基準(zhǔn)電壓+Ui+Uo開關(guān)調(diào)整管濾波電路采樣電路脈寬調(diào)制比較放大基準(zhǔn)電壓+Ui + + +振蕩器C+R1R2+UoRLLVDuBuAAutURuEiEVuF當(dāng)utuA時(shí)，比較器輸出高電平，uB=+UOM當(dāng)utuA時(shí)，比較器輸出低電平， uB=UOM故調(diào)整管V的基極電壓uB成為高、低電平交替的脈沖波形。uB為高電平時(shí)，調(diào)整管飽和導(dǎo)電，此時(shí)發(fā)射極電流iE流過電感和負(fù)載電阻，一方面向負(fù)載提供輸出電壓，同時(shí)將能量?jī)?chǔ)存在電感的磁場(chǎng)中。由于三極管V飽和導(dǎo)通，因此其發(fā)射極電位uE為：uE= UiUCES上式中Ui為直流輸入電壓，UCES為三極管的飽和管壓降。uE的極性為上正下負(fù)，故二極管VD被反向偏置，不能導(dǎo)通，此時(shí)二極管不起作用。當(dāng)uB為低電平時(shí)，調(diào)整管截止，。但電