第二十九講穩(wěn)壓電路

1、第二十九講 穩(wěn)壓電路第二十九講 穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路四、集成穩(wěn)壓器五、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路河南科技大學(xué)一、穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)一、穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)1. 輸出電壓輸出電壓2. 輸出電流輸出電流3. 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) 表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。 在負(fù)載電流不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓變?cè)谪?fù)載電流不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓變化量之比?；恐?。LLOIIOIIOOrRRUUUUUUUUS4. 輸出電阻輸出電阻 表明負(fù)載電流變化時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。表明負(fù)載電流變化時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。 在電網(wǎng)電壓不變時(shí)，負(fù)載

2、變化引起的輸出電壓的變化量在電網(wǎng)電壓不變時(shí)，負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。與輸出電流的變化量之比。IOOoUIUR5. 紋波電壓紋波電壓 測(cè)試出輸出電壓的交流分量。測(cè)試出輸出電壓的交流分量。二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ：穩(wěn)壓管的擊穿電壓：穩(wěn)壓管的擊穿電壓穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ：使穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)的最小電流：使穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)的最小電流最大耗散功率最大耗散功率 PZM：允許的最大功率，：允許的最大功率， PZM= IZM UZ動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 rz：工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，：工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，rzU / I1. 穩(wěn)壓管的伏安特性和主要參數(shù)穩(wěn)

3、壓管的伏安特性和主要參數(shù)伏安特性伏安特性符號(hào)符號(hào)等效電路等效電路2. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理LDOIZIIIUUURRODZOIZ)(UUIIUUURR電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。上的電壓變化補(bǔ)償基本不變。利用，則若IOI URUUURRRIIRIIUURLLDZOLZ)(的變化。的變化來(lái)補(bǔ)償利用也就基本不變?；静蛔?，則若LDOLDZZIIUUIIR3. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)（1）輸出電壓）輸出電壓 UOUZ（2）輸出電流）輸出電流 IZmax IZmin IZM IZ（3）穩(wěn)壓系數(shù)）穩(wěn)壓系數(shù)OIzOILzLzOIIOrLUURrUURrRRrUUU

4、USR（4）輸出電阻）輸出電阻zzorRrR 簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出電簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出電流變化范圍較小的場(chǎng)合。流變化范圍較小的場(chǎng)合。4. 特點(diǎn)特點(diǎn)5. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)（1）UI的的選擇選擇 UI（23）UZ（2）穩(wěn)壓管的選擇）穩(wěn)壓管的選擇 UZUO IZMIZ ILmax ILmin（3）限流電阻的選擇）限流電阻的選擇 保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。OIzrUURrS ZMmaxDZminDZZIIII且ZLmaxZinImminDZIIRUUI電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。

5、電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。LmaxZZinImIIUUR電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。ZMLminZaxImmaxDZIIRUUILminZMZaxImIIUUR為減小為減小Sr,取取值矛盾值矛盾!若求得若求得RminRmax，怎么辦？，怎么辦？討論一討論一：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)依次選擇穩(wěn)壓管、依次選擇穩(wěn)壓管、 UI、 R、 C、U2、二極管、二極管1. 輸出電壓、負(fù)載電流輸出電壓、負(fù)載電流穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管2. 輸出電壓輸出電壓UI3. 輸出電壓、負(fù)載電流、穩(wěn)壓管電流、輸出電壓、負(fù)載電流、穩(wěn)

6、壓管電流、 UI R4. UI 、 R 濾波電路的等效負(fù)載電阻濾波電路的等效負(fù)載電阻C5. UI U26. U2、 R中電流中電流整流二極管整流二極管 已知輸出電壓為已知輸出電壓為6V，負(fù)載電流為，負(fù)載電流為030mA。試。試求圖示電求圖示電路的參數(shù)。路的參數(shù)。三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1. 基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。穩(wěn)壓原理：電路引入穩(wěn)壓原理：電路引入，穩(wěn)定輸出電壓。，穩(wěn)定輸出電壓。OL)1 (IIBEZOUUU調(diào)整管的作用及如何提高穩(wěn)壓性能調(diào)整管的作用及如何提高穩(wěn)壓性能

7、不管什么原因引起不管什么原因引起UO變化，都將通過(guò)變化，都將通過(guò)UCE的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)使使UO穩(wěn)定，故稱晶體管為調(diào)整管。穩(wěn)定，故稱晶體管為調(diào)整管。 若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應(yīng)加深電路的負(fù)反若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應(yīng)加深電路的負(fù)反饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。CEIOUUU2. 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（1）穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使）穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大增大（2）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍Z3321OZ32321URRRRUURRRRR同相比例同相比例運(yùn)算電路運(yùn)算電路則則 UO UN UB UO（3 3）串

8、聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用的基本組成及其作用調(diào)整管調(diào)整管取樣電阻取樣電阻：是電路的核：是電路的核心，心，UCE隨隨UI和負(fù)載和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大比較放大基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓：是：是UO的的參考電壓。參考電壓。： 對(duì)對(duì)UO 的取樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定的取樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定UO 。：將：將UO 的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。電路的穩(wěn)壓性能。（4 4）串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)

9、CEO PTmax IEmax UCEmax PCM根據(jù)極限參數(shù)根據(jù)極限參數(shù)ICM、 U(BR)CEO、PCM 選擇調(diào)整管！選擇調(diào)整管！應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化！應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化！討論二：討論二：對(duì)于基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論對(duì)于基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論3. 若電網(wǎng)電壓波動(dòng)若電網(wǎng)電壓波動(dòng)10， UI為為28V ， UO為為10V20V ；晶體管的電流放大系數(shù)為晶體管的電流放大系數(shù)為50，PCM5W，ICM1A；集成；集成運(yùn)放最大輸出電流為運(yùn)放最大輸出電流為10mA，則最大負(fù)載電流約為多少？，則最大負(fù)載電流約為多少？1. 若若UO為為10V20V，R1R31k，則，

10、則R3和和UZ各為多各為多少？少？2. 若電網(wǎng)電壓波動(dòng)若電網(wǎng)電壓波動(dòng)10， UO為為10V20V，UCES3V，UI至少選取多少伏？至少選取多少伏？討論三討論三：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論0BEmaxERUI1. 標(biāo)出集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端；標(biāo)出集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端；2. 電路由哪些部分組成？電路由哪些部分組成？3. UI21V，R1 R2 R3300，UZ6V， UCES3V， UO？4. 如何選取如何選取R和和R？限流型過(guò)流限流型過(guò)流保護(hù)電路保護(hù)電路輸出電流輸出電流取樣電阻取樣電阻討論三討論三：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)

11、型穩(wěn)壓電源的討論5. 取取樣電阻的取值應(yīng)大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？樣電阻的取值應(yīng)大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？6. 若電路輸出紋波電壓很大，則其原因最大的可能性是什么？若電路輸出紋波電壓很大，則其原因最大的可能性是什么？7. 根據(jù)圖中過(guò)流保護(hù)電路的原理組成一種限流型過(guò)流保護(hù)電路。根據(jù)圖中過(guò)流保護(hù)電路的原理組成一種限流型過(guò)流保護(hù)電路。四、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）（三端穩(wěn)壓器）輸出電壓：輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：輸出電流：1.5A（W7800）、）、0.5A （W78M00）、）、0.1A（W78L00）1. W7800系列系列（1）簡(jiǎn)

12、介）簡(jiǎn)介（2）基本應(yīng)用）基本應(yīng)用消除高頻噪聲消除高頻噪聲使使Co不通過(guò)不通過(guò)穩(wěn)壓器放電穩(wěn)壓器放電抵銷長(zhǎng)線電感效應(yīng)，抵銷長(zhǎng)線電感效應(yīng)，消除自激振蕩消除自激振蕩 將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負(fù)將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負(fù)載電阻，構(gòu)成串類型穩(wěn)壓電路。載電阻，構(gòu)成串類型穩(wěn)壓電路。（3）輸出電流擴(kuò)展電路）輸出電流擴(kuò)展電路 為使負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出電流，可采為使負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出電流，可采用射極輸出器進(jìn)行電流放大。用射極輸出器進(jìn)行電流放大。)(1 (ROLIII很小很小BEDOOUUUU三端穩(wěn)壓器的輸出電壓三端穩(wěn)壓器的輸出電壓若若UBE= UD，則，則OOUU二

13、極管的作用：消除二極管的作用：消除UBE對(duì)對(duì)UO的影響。的影響。（4）輸出電壓擴(kuò)展電路）輸出電壓擴(kuò)展電路2WO12O)1 (RIURRUIW為幾為幾mA，UO與三端與三端穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān)。穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān)。隔離作用隔離作用O1321OO21321URRRRUURRRRR基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓電路復(fù)雜電路復(fù)雜2. 基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器 W117W117 輸出電壓輸出電壓UREF1.25V，調(diào)整端電流只有幾微安。，調(diào)整端電流只有幾微安。REF12O)1 (URRU減小紋波電壓減小紋波電壓保護(hù)保護(hù)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器討論四：討論四：W117的應(yīng)用的應(yīng)用A5 . 1mA3V40V3OOIIUU 1.

14、 R1的上限值為多少？的上限值為多少？2. UO可能的最大值為多少？可能的最大值為多少？3. 輸出電壓最小值為多少？輸出電壓最小值為多少？4. UOmax30V，選取，選取R1、 R2；5. 已知電網(wǎng)電壓波動(dòng)已知電網(wǎng)電壓波動(dòng)10，輸出電壓最大值為，輸出電壓最大值為30V， UI至少取多少伏？至少取多少伏？決定于決定于IOmin兩種情況：兩種情況：1.已知已知UI 2.自己選取自己選取UI決定于決定于W117的輸出的輸出輸入電壓最低、輸出電壓最高時(shí)，輸入電壓最低、輸出電壓最高時(shí)，UIUO3V。根據(jù)輸出電壓表達(dá)式根據(jù)輸出電壓表達(dá)式討論五：集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用：集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用 UO=? W7900與與

15、W7800不同不同之處是輸出為負(fù)電壓。之處是輸出為負(fù)電壓。1. 基準(zhǔn)電壓為多少？基準(zhǔn)電壓為多少？2. UO的表達(dá)式？的表達(dá)式？3. 為使為使W7812不因輸入不因輸入端和輸出端之間電壓太端和輸出端之間電壓太大而損壞，可采用什么大而損壞，可采用什么方法？方法？五、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 1. 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn) 線性穩(wěn)壓電源：線性穩(wěn)壓電源：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，輸出電壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)，紋波電壓小。缺點(diǎn)是調(diào)整管工作在甲類狀態(tài)，穩(wěn)定性強(qiáng)，紋波電壓小。缺點(diǎn)是調(diào)整管工作在甲類狀態(tài)，因而功耗大，效率低（因而功耗大，效率低（2049）；需加散熱器，因而）；需加散熱器，因而設(shè)

16、備體積大，笨重，成本高。設(shè)備體積大，笨重，成本高。 若調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，則勢(shì)必大大減小功耗，提高若調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，則勢(shì)必大大減小功耗，提高效率，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)效率，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)7095。體積小，。體積小，重量輕。適于固定的大負(fù)載電流、輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的重量輕。適于固定的大負(fù)載電流、輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。場(chǎng)合。構(gòu)成開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本思路構(gòu)成開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本思路 將交流電經(jīng)變壓器、整流濾波將交流電經(jīng)變壓器、整流濾波 得到直流電壓得到直流電壓 控制調(diào)整管按一定頻率開(kāi)關(guān)，得到矩形波控制調(diào)整管按一定頻率開(kāi)關(guān)，得到矩形波 濾波，得到直流電壓濾波，得到直流電壓引入

17、負(fù)反饋，控制占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。引入負(fù)反饋，控制占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。2. 串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 （1）基本電路）基本電路 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 T截止，截止， D導(dǎo)通，導(dǎo)通， uE UD ；L 釋放能量，釋放能量，C 放電。放電。調(diào)整管二極管續(xù)流 濾波電路T、D 均工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。均工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 T飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通， D截止，截止，uE UI；L 儲(chǔ)能，儲(chǔ)能，C 充電。充電。uBUH時(shí)時(shí)uBUL時(shí)時(shí) 波形分析及輸出電壓平均值波形分析及輸出電壓平均值IDoffIonO )(UUTTUTTU調(diào)整管二極管續(xù)流 濾波電路關(guān)鍵技術(shù)：大功率高頻管，高質(zhì)量磁性材

18、料關(guān)鍵技術(shù)：大功率高頻管，高質(zhì)量磁性材料穩(wěn)壓原理：若某種原因使輸出電壓升高，則應(yīng)減小占空比。穩(wěn)壓原理：若某種原因使輸出電壓升高，則應(yīng)減小占空比。 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理脈沖寬度調(diào)制式：脈沖寬度調(diào)制式：PWM電路作用：電路作用： UO Ton UO 其它控制方式：其它控制方式：脈沖頻率調(diào)制式：脈沖頻率調(diào)制式： UO T（脈寬不變）（脈寬不變） UO 混合調(diào)制式：混合調(diào)制式： UO T Ton UO 在串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路中在串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路中 UO UI，故為降壓型電路。，故為降壓型電路。 脈寬調(diào)制電路的基本原理脈寬調(diào)制電路的基本原理比較放大電路比較放大電路電壓電壓比較器比較器調(diào)整管調(diào)整管UO UN1 UO1 (UP2)uB1的占空比的占空比 UOUO UN1 UO1 (UP2)uB1的占空比的占空比UOuP2與與uB1占空比占空比的關(guān)系的關(guān)系UP2穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓原理：3. 并聯(lián)并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路（升壓型）開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路（升壓型） （1）工作原理工作原理 T截止，截止，L產(chǎn)生感生電產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，動(dòng)勢(shì)， D導(dǎo)通；導(dǎo)通；UI與與L所所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)相加產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)相加對(duì)對(duì)C 充電充