電子技術(shù)基礎-第五章直流穩(wěn)壓電源電路

電子技術(shù)基礎-第五章直流穩(wěn)壓電源電路第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo5.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日5.1整流電路半波整流電路組成：

電源變壓器、整流二極管、負載二極管導通，uL=u2二極管截止,uL=0+–io+–u2>0時:u2<0時:u2uLuDt2340第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日主要參數(shù)：IL=UL/RL=0.45u2

/RL

uL20t（2）輸出電流平均值Io：IL

（1）輸出電壓平均值UL：第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日（3）流過二極管的平均電流：uD20tURMID

=ILURM≧22u（4）二極管承受的最高反向電壓：IL

第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日全波整流電路+–+–+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應出兩個相等的電壓u2當u2正半周時，D1導通，D2截止。當u2負半周時，D2導通，D1截止。電路組成：電源變壓器次級、兩只整流二極管、負載第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日全波整流電壓波形u2uLuD1t2340uD2第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日uL20tIL=UL/RL=0.8u2

/RL

主要參數(shù)：（2）輸出電流平均值IL：（1）輸出電壓平均值UL：IL第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日uD20t（3）流過二極管的平均電流：ID

=IL/2（4）二極管承受的最高反向電壓：第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日橋式全波整流電路（1）組成：由四個二極管組成橋路u2正半周時:D1

、D3導通，D2、D4截止+–（2）工作原理：u2uL第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日-+u2負半周時：D2、D4

導通，D1

、D3截止u2uL第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日輸出電壓平均值：UL=0.8u2輸出電流平均值:IL=UL/RL=0.8u2

/RL

流過二極管的平均電流：ID=IL/2u2uL（3）主要參數(shù)：二極管承受的最大反向電壓：URM=22u第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日例：某電阻性負載，它需要一個直流電壓為110V，直流電流為3A的供電電源，現(xiàn)采用橋式整流電路，試求變壓器次級電壓的有效值U2，并根據(jù)計算結(jié)果選擇整流二極管型號。解：由公式可知，變壓器次級電壓的有效值為流過每一只整流二極管的平均電流為：每一只整流二極管承受的最高反向電壓為：

第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日例：一個純電阻負載單相橋式整流電路接好以后，通電進行實驗，一接通電源，二極管馬上冒煙了，試分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。分析：二極管冒煙說明流過二極端管電流太大。從電源變壓器次級與二極管負載構(gòu)成的回路看，出現(xiàn)大電流的主要原因有兩方面：1、首先看負載有沒有短路。如果負載短路，變壓器次級電壓U2經(jīng)過二極管構(gòu)成通路，二極管因過流燒壞。2、如果負載確實沒有短路，那就要看四臂橋路中整流管是否接反。第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日集成硅整流橋：u2uL+

–

~+~-

+–第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日5.2濾波電路濾波原理:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,將電容與負載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負載RL串聯(lián))，濾掉整流電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。第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日電容濾波5.2濾波電路第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日（1）空載（RL=∞）時：u2tuLtuc=uLu2＞uC時：二極管導通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。由于RL=∞，無放電回路，所以uC保持。第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日（2）接入RL（且RLC較大）時u2tiDtu2＞uC時：二極管導通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。二極管中的電流uc=uL第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日近似估算:UL=1.2U2(b)流過二極管瞬時電流很大整流管導電時間越短iD的峰值電流越大電容濾波電路的特點：(a)UL與RLC的

關(guān)系：RLC愈大C放電愈慢UL(平均值)愈大RLC較大一般?。?T:電源電壓的周期)u2tiDtuc=uL純電阻負載時，I2=1.52IL第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日例：單相橋式整流電容濾波電路如圖所示，已知輸出電壓U0=15V，RL=100，電源頻率f=50HZ.試計算：1、變壓器次級電壓的有效值U2；2、濾波電容C的耐壓值和電容量。解：（1）橋式整流電容濾波電路的輸出電壓為U0=1.2U2

則U2=12.5V（2）當負載空載時，電容器承受最大電壓，所以電容器的耐壓值為可選取470/25V的電解電容。第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日（1）濾波原理:對直流分量(f=0):XL=0相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在XL上。因此,在輸出端得到比較平滑的直流電壓。U0=0.9U2

當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：u2u1RLLu0有電感濾波的整流電路第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日（2）電感濾波的特點:

整流管導電角較大,峰值電流很小,輸出特性比較平坦,適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。缺點是電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。u2u1RLLu0第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日

為進一步改善濾波特性，可將上述濾波電路組合起來使用。1.LC濾波電路2.RCπ型濾波電路其他濾波電路第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日5.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓原理——利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。

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。第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓原理：(1)當輸入電壓變化時UiUZUoUoURIIZ由圖知：第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日(2)當負載電流變化時穩(wěn)壓過程：

ILUoURUoIZIR第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日2、限流電阻的計算（1）當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值。即第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日

（2）當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即

所以：第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日5.3晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點：（1）帶負載能力差（2）輸出電壓不可調(diào)改進：（1）提高帶負載能力——在輸出端加一射極輸出器UO=UZ-0.7V第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日改進：（2）使輸出電壓可調(diào)——在射極輸出器前加一帶有負反饋的放大器。調(diào)節(jié)反饋系數(shù)即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)UO=AUFUZ-0.7V為了進一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。

第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日Uo+UIRLT1+UCE并聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負載串聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI取樣電路調(diào)整管比較放大電路基準電壓UZUF一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓的實質(zhì)：

UCE

的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)壓性能好，技術(shù)成熟，應用廣泛。缺點：它的調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，功耗大，輸出效率低，只有20％～40％；輸出電壓總是小于輸入電壓，兩者極性也只能是相同的。晶體管開關(guān)型穩(wěn)壓電路

為了提高效率，讓調(diào)整管工作在開關(guān)（飽和、截止）狀態(tài)——開關(guān)型穩(wěn)壓電路

第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日開關(guān)穩(wěn)壓電路的特點和分類

開關(guān)型穩(wěn)壓電源就是采用功率半導體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。當開關(guān)管飽和導通時，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零，在開關(guān)管截止時，其集電極電流為零，所以其功耗小，效率可高達70%~95%。而功耗小，散熱器也隨之減小，同時開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進行整流濾波調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器；此外，開關(guān)工作頻率在幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此開關(guān)電源具有重量輕，體積小等特點。另外，由于功耗小，機內(nèi)溫升低，從而提高了整機的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為220V+10%，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓從110V--260V范圍內(nèi)變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類方式很多。按調(diào)整管與負載的連接方式可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。

按穩(wěn)壓的控制方式可分為脈沖寬度調(diào)制型（PWM）、脈沖頻率調(diào)制型（PFM）和混合調(diào)制（即脈寬-頻率調(diào)制）型。

按調(diào)整管是否參與振蕩可分為自激式和他激式。

按使用開關(guān)管的類型可分為晶體管、VMOS管和晶閘管型。

第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管與負載串聯(lián)，輸出電壓總是小于輸入電壓，故稱為降壓型穩(wěn)壓電路。1.換能電路的基本原理輸入電壓UI是未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓；晶體管T為調(diào)整管，即開關(guān)管；電感uB為矩形波，控制開關(guān)管的工作狀態(tài)；L和電容C組成濾波電路，D為續(xù)流二極管。串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路

當uB為高電平時，T飽和導通，D因承受反偏電壓而截止，電感L存儲能量，電容C充電；發(fā)射極電位uE=UI-UCES≈UI。

當uB為低電平時，T截止，此時雖然發(fā)射極電流為零，但是L釋放能量，其感生電動勢使D導通，與此同時C放電，負載電流方向不變，uE=-UD≈0。第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日構(gòu)成串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。它包括調(diào)整管及其開關(guān)驅(qū)動電路（電壓比較器）、取樣電路（電阻R1和R2）、三角波發(fā)生電路、基準電壓電路、比較放大電路、濾波電路（電感L、電容C和續(xù)流二極管D）等幾個部分。

經(jīng)分析推導可得輸入電壓與輸入電壓的關(guān)系為：

改變占空比q，即可改變輸出電壓的大小。2.串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日如圖所示基準電壓電路輸出穩(wěn)定的電壓，取樣電壓UN1與基準電壓UREF之差，經(jīng)A1放大后，作為由A2組成的電壓比較器的閾值電壓UP2，三角波發(fā)生電路的輸出電壓與之相比較，得到控制信號UB，控制調(diào)整管的工作狀態(tài)。在換能電路中，如果電感L數(shù)值太小，在Ton期間儲能不足，那么在Toff還未結(jié)束時，能量已經(jīng)放盡，將導致輸出電壓為零，出現(xiàn)臺階，這是不允許的。3.工作原理第四十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日并聯(lián)式開關(guān)電路中T1為調(diào)整管,控制電壓Ub，T1開關(guān)周期為T，導通時間ton=DT，截止時間toff=(1-D)T,L為儲能電感，D為限流二極管。在導通期間，開關(guān)管T1導通，UI加到電感L兩端，D反向截止。因L很大，L中的電流近乎線性增加，并儲存磁能。導通期間iL的增量：并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路第四十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日即調(diào)整Ub脈沖占空比，可改變U0的大小在電路平衡時，ΔiL1=ΔiL2輸出電壓：

在截止期間，儲能電感L感應出上負下正電動勢，使D導通，L中磁能通過二極管D傳到負載RL

上，與此同時電容C充電。T1截止時，L的釋放電流近似線性下降，電流減少量ΔiL2

為：第四十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V78、79系列的型號命名輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓三端固定式集成穩(wěn)壓器第四十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日例如：CW7805

輸出

5V，最大電流

1.5ACW78M05