模擬電子線路直流穩(wěn)壓電源

1、2009.9.9星期三 9.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路 9.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路9.3串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電路串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電路9.4 直流變換型電源直流變換型電源 9.0 引言引言2009.9.9星期三引言引言直流穩(wěn)壓電源的作用直流穩(wěn)壓電源的作用 將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為放大電路提供直流工將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為放大電路提供直流工作電源。作電源。組成組成各部分功能各部分功能變壓器：變壓器：整流：整流：濾波：濾波：穩(wěn)壓：穩(wěn)壓：降壓降壓濾除脈動濾除脈動交流變脈動直流交流變脈動直流進一步消除紋波，提高電壓的穩(wěn)定性和帶載能力進一步消除紋波，提高電壓的穩(wěn)定性

2、和帶載能力2009.9.9星期三9.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路9.1.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路9.1.3 濾波濾波電路電路9.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路2009.9.9星期三整流電路的任務(wù)：整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大

3、。2009.9.9星期三u2 0 時，二極管時，二極管導(dǎo)通。導(dǎo)通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正忽略二極管正向壓降：向壓降： uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20時，二極時，二極管截止管截止,輸出電輸出電流流為為0。uo=09.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路2009.9.9星期三tuo(2) 輸出電壓平均值（輸出電壓平均值（Uo）：）：(1) 輸出電壓波形：輸出電壓波形：u1u2aTbDRLuoiL202245. 02d21UUtuUoo(4) 二極管上承受的最高電壓：二極管上承受的最高電壓：22UURM(3) 二極管上的平均電流：二極管上的平均電流：ID =

4、U0/RLtUusin2002tt02U2為變壓器次級電壓的有效值為變壓器次級電壓的有效值2009.9.9星期三u1u2aTbD1RLuoD2u2io+原理：原理：+變壓器副邊中心抽頭，變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個相等的電壓感應(yīng)出兩個相等的電壓u2當當u2正半周時，正半周時， D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止。截止。當當u2負半周時，負半周時， D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1截止。截止。9.1.2 單相全波整流電路單相全波整流電路2009.9.9星期三工作原理工作原理u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(4) uo平均值平均值Uo：Uo=0.9U2(1) 輸出電壓波形輸出電壓波形：(2) 二極管上承受的二極

5、管上承受的最高電壓：最高電壓：222UURMtuo(3) 二極管上的平均電流：二極管上的平均電流：LDII212009.9.9星期三1. 工作原理工作原理9.1.3 單相橋式整流電路單相橋式整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦?009.9.9星期三1. 工作原理工作原理9.1.3 單相橋式整流電路單相橋式整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦?009.9.9星期三9.1.3 單相橋式整流電路單相橋式整流電路3. 紋波系數(shù)紋波系數(shù)tdtVV sin2120L2. VL和和ILLLLRVI 483. 0L2L22 VVVKr222V 29 . 0 V L29 . 0R

6、V 2009.9.9星期三4. 平均整流電流平均整流電流D3D1II D4D2II L2L45. 021RVI 5. 最大反向電壓最大反向電壓2RM 2VV 2009.9.9星期三整流電路的主要參數(shù)整流電路的主要參數(shù) 1. 整流輸出電壓平均值（整流輸出電壓平均值（Uo）全波整流時，負載電壓全波整流時，負載電壓 Uo的平均值為的平均值為:20290d21U.tuUoo負載上的負載上的(平均平均)電流電流:LLRU.I290一、整流輸出電壓的平均值與脈動系數(shù)一、整流輸出電壓的平均值與脈動系數(shù)整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值Uo和輸出電壓的脈動系數(shù)和輸出電壓的脈動系數(shù)S是是衡量整流電路性能的

7、兩個主要指標衡量整流電路性能的兩個主要指標。2009.9.9星期三S定義：定義：整流輸出電壓的基波峰值整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值與平均值Uo之比。之比。2. 脈動系數(shù)脈動系數(shù)67032U22324221.UUUSomo用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo2009.9.9星期三平均電流平均電流( (I ID D) )與反向峰值電壓與反向峰值電壓( (U URMRM) )是選擇整流管是選擇整流管的主要依據(jù)。的主要依據(jù)。LoDRU.II24502122UURM例如：例如： 在橋式整

8、流電路中，每個二極管只有半周在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流流 ID是負載平均電流的一半。是負載平均電流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：二、平均電流與反向峰值電壓二、平均電流與反向峰值電壓2009.9.9星期三幾種常見的硅整流橋外形：幾種常見的硅整流橋外形：+ A C -+-+ - 2009.9.9星期三集成硅整流橋：集成硅整流橋：u2uo+ +- +2009.9.9星期三濾波電路的結(jié)構(gòu)特點濾波電路的結(jié)構(gòu)特點: 電容與負載電容與負載 RL 并聯(lián)，或并聯(lián)，或電感與負載

9、電感與負載RL串聯(lián)。串聯(lián)。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓原理：原理：利用儲能元件利用儲能元件電容兩端的電壓電容兩端的電壓(或通過或通過電電感感中的電流中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流電濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。份，達到平滑輸出電壓波形的目的。9.1.4 濾波濾波電路電路 2009.9.9星期三幾種濾波電路幾種濾波電路9.1.4 濾波濾波電路電路（a）電容濾波電路）電容濾波電路（b）電感電容濾波電路（倒）電感電容濾波電路（倒L型）型）（c） 型濾波電

10、路型濾波電路2009.9.9星期三9.1.4 濾波濾波電路電路 1. 電容濾波電路電容濾波電路u2t無濾波電容無濾波電容時的波形時的波形加入濾波電容加入濾波電容時的波形時的波形uotRLC越小，輸越小，輸出電壓越低。出電壓越低。2009.9.9星期三9.1.4 濾波濾波電路電路電容濾波的特點電容濾波的特點A. 二極管的導(dǎo)電角二極管的導(dǎo)電角 ，流過二極管的瞬時電流很大。流過二極管的瞬時電流很大。一般取一般取2)53(TCRLd(T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。C. 流過二極管瞬時電流很大。流過二極管瞬時電流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高負載電流的平均值

11、越大負載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)整流管導(dǎo)電時間越短電時間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大故一般選管時，取故一般選管時，取LoLDFRUII21)32(2)32(B. 輸出電壓輸出電壓 Uo與放電時間常數(shù)與放電時間常數(shù) RLC 有關(guān)。有關(guān)。RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大2009.9.9星期三輸出波形隨負載電阻輸出波形隨負載電阻 RL 或或 C 的變化而改變的變化而改變, Uo 和和S 也隨之改變。也隨之改變。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。結(jié)論：結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負載電

12、流電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負載電流較小且負載變動不大的場合。較小且負載變動不大的場合。D. 輸出特性輸出特性(外特性外特性)uo電容電容濾波濾波純電阻負載純電阻負載1.4U20.9U20IL2009.9.9星期三電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負載間串入一電感在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。電感濾波電路電感濾波電路u2u1RLLuo 2. 電感濾波電路電感濾波電路2009.9.9星期三1、濾波原理、濾波原理對直流分量對直流分量: XL=0 相當于短路相當于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。上。對諧波分量對諧波分量: f 越高，越

13、高，XL 越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。 因此，因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：約為：u2u1RLLuo2009.9.9星期三2、電感濾波的特點、電感濾波的特點整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小較小)的場的場合。缺點是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁合。缺點是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。干擾。u2u1RLLuo200

14、9.9.9星期三9.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路9.2.1 穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標9.2.2 工作原理工作原理9.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器9.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用2009.9.9星期三輸出電壓輸出電壓9.2.1 穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標) , , (OIOTIVfV 輸出電壓變化量輸出電壓變化量TSIRVKVT OoIVO 輸入調(diào)整因數(shù)輸入調(diào)整因數(shù)00IOVO TIVVK電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率00IOOVO %100/ TIVVVS穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)00IIOOO / TIVVVV 輸出電阻輸出電阻00OOoI TVIVR溫度系

15、數(shù)溫度系數(shù)00OI TVTTVS2009.9.9星期三1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)9.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理2009.9.9星期三9.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理2. 工作原理工作原理(+)(+)(+)(+)輸入電壓波動輸入電壓波動負載電流變化負載電流變化輸輸出出電電壓壓變變化化 OV)(REFF不不變變VV BV CI CEV OV電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋輸出電壓輸出電壓)1(21REFORRVV （滿足深度負反饋（滿足深度負反饋 ）212OFRRRVVFV QvCE/ViC/mAQ2009.9.9星期三隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展

16、，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。9.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器注：注：型號后型號后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V 、18V、 24V等等 。三端集成三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器固定式固定式可調(diào)式可調(diào)式正穩(wěn)壓正

17、穩(wěn)壓W78XX負穩(wěn)壓負穩(wěn)壓W79XX2009.9.9星期三9.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器1. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 （正電壓（正電壓 78 、負電壓、負電壓 79 ）恒流源恒流源基準電壓電路基準電壓電路調(diào)整電路調(diào)整電路比較放大比較放大減流保護減流保護過熱保護過熱保護啟動電路啟動電路取取樣樣電電路路R4T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO2009.9.9星期三1端端: 輸入端輸入端2端端: 公

18、共端公共端3端端: 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 輸入端輸入端3端端: 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1232009.9.9星期三9.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器2. 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（正電壓可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（正電壓LM317、負電壓、負電壓LM337 ）輸出電壓輸出電壓)1(12REFORRVV 2009.9.9星期三9.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1. 固定式應(yīng)用舉例固定式應(yīng)用舉例注意：注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！2009.9.9星期

19、三9.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1. 固定式應(yīng)用舉例固定式應(yīng)用舉例2009.9.9星期三 輸出正負電壓的電路輸出正負電壓的電路正負電壓同時輸出電路正負電壓同時輸出電路W78XXCIUI+ _UO132+ _CIW79XX13COCO2UO2009.9.9星期三9.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用2. 可調(diào)式應(yīng)用舉例可調(diào)式應(yīng)用舉例2009.9.9星期三9.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用2. 可調(diào)式應(yīng)用舉例可調(diào)式應(yīng)用舉例end2009.9.9星期三9.3 9.3 開關(guān)型穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電路的缺點線性穩(wěn)壓電路的缺點: 調(diào)整管調(diào)整管

20、管耗大管耗大電源電源效率低效率低(40% 60%)改進思路改進思路:使調(diào)整管使調(diào)整管截止截止(電流小電流小) 飽和飽和(管壓降小管壓降小)開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點: 效率高效率高 （80% 90%）體積小、重量輕體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點:電路電路復(fù)雜復(fù)雜對電網(wǎng)要求不高對電網(wǎng)要求不高對電子設(shè)備對電子設(shè)備干擾較大干擾較大輸出電壓含輸出電壓含較大紋波較大紋波2009.9.9星期三一、一、 串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路9.3.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理組成框圖組成框圖+UI +Uo RLV18A8CR1R2

21、V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定頻率固定的三角波的三角波誤差放大誤差放大續(xù)流續(xù)流2009.9.9星期三工作波形工作波形onIOtTUU +UI V1LuEIO+Uo RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUITtDon 占空比占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOt toffofft tononUI脈寬調(diào)制式脈寬調(diào)制式 （PWM）2009.9.9星期三+UI +Uo RLV18A8CR1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比占空比 UOD = 50 %當當uF = UREF ,uA = 0

22、,UO為預(yù)定標稱值為預(yù)定標稱值2009.9.9星期三二、二、 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路+UI +Uo RLV1R1R2LC+UREFuFuBV2控制控制電路電路+UI +Uo RLV1LC+uBV2+UI +Uo RLV1LC+uBV2iL高電平高電平iO低電平低電平iLuBt tofoff ft tononT T IoffonO)1(UttU 2009.9.9星期三類型類型單片脈寬調(diào)制式單片脈寬調(diào)制式(外接開關(guān)功率管外接開關(guān)功率管)單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器CW1524CW4960/4962一、一、CW1524/2524/3524（區(qū)別在于溫度范圍）區(qū)別在于溫度范圍）組

23、成：組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出功率管振蕩器、觸發(fā)器、輸出功率管(2)、過熱保護、過熱保護最大輸入電壓最大輸入電壓：40 V最高工作頻率最高工作頻率：100 kHz每路輸出電流每路輸出電流：100 mA內(nèi)部基準電壓內(nèi)部基準電壓：5 V(承受承受50 mA電流電流)2009.9.9星期三取樣電壓取樣電壓基準電壓基準電壓輸出輸出方波方波定時電容定時電容定時電阻定時電阻關(guān)閉關(guān)閉,控制脈寬控制脈寬接擴流晶體接擴流晶體管管C、E極極輸入輸入電壓電壓振蕩振蕩/ /同步同步1 234 5678161514131211109IN+INUIN

24、UREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流限流+限限流流斷路斷路補償補償CW1524系列引腳排列系列引腳排列2009.9.9星期三外接復(fù)合管擴流外接復(fù)合管擴流1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k 3 k 5 k 5 k 5 k 2 k 50k 180 68 0.1 UIUOR00.1 F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)CW1524L0.9 mH產(chǎn)生產(chǎn)生振蕩振蕩f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz+ 5V2.5 V2.5 V+ 5 V限流取樣電阻限流取樣電阻(1 A)