模擬電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源

項(xiàng)目五直流穩(wěn)壓電源目錄Xiaogonglvzhengliulvpodianlu小功率整流濾波電路Wengyadianlu穩(wěn)壓電路Jichengwenyaqi集成穩(wěn)壓器2023/3/30學(xué)習(xí)要點(diǎn)了解電子電路采用直流穩(wěn)壓電源地原因,理解整流,濾波以及穩(wěn)壓地概念,掌握單相橋式整流濾波電路地計(jì)算。了解串聯(lián)型,并聯(lián)型與開關(guān)型穩(wěn)壓電路地結(jié)構(gòu)組成,理解電路工作原理及分析方法;了解三端集成穩(wěn)壓器地引腳功能及其應(yīng)用。2023/3/305.1小功率整流濾波電路電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)檫m合負(fù)載地交流電壓u2。整流電路:將正弦交流電壓u2變?yōu)閱畏较虻孛}動(dòng)直流電壓u3。濾波電路:將u3地高次諧波濾除后得到平滑性較好地紋波電壓u4。穩(wěn)壓電路:使輸出電壓基本不受電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化地影響,從而保持輸出直流電壓Uo具有較高地穩(wěn)定。2023/3/305.1.1整流電路將交流電壓變換成脈動(dòng)地直流電壓?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐穟2正半周,二極管VD導(dǎo)通,忽略管壓降時(shí),輸出電壓UO等于u2。VDIOTRLUOu2u1u2ωt0uoωt0u2u2負(fù)半周,二極管VD反偏截止,UO等于0。電路實(shí)現(xiàn)了半波整流。2023/3/305.1.1整流電路——單相半波整流電路流過整流二極管地平均電流:二極管承受地反向峰值電為:常用于整流電流較小,對(duì)脈動(dòng)要求不高地電子儀器與家用電器。電路特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,輸出電流適;輸出電壓脈動(dòng)較大,整流效率低。輸出電壓平均值:2023/3/305.1.1整流電路——單相橋式整流電路由四個(gè)二極管構(gòu)成地單相橋式整流電路VD3VD1VD2VD4RLTuiuituo tuo實(shí)際工程應(yīng)用通常采用簡(jiǎn)化地單相整流橋電路圖u2uo2023/3/305.1.1整流電路——單相橋式整流電路流過整流二極管地平均電流:二極管承受地反向峰值電為:廣泛應(yīng)用于機(jī)床控制電路,自動(dòng)控制電路與各種家用電器。電路特點(diǎn):輸出電壓較高;脈動(dòng)成分減小,電路地整流效率提高。輸出電壓平均值:流過負(fù)載地平均電流:2023/3/305.1.1整流電路——半橋堆兩個(gè)二極管可構(gòu)成一個(gè)集成地半橋堆電路連接要點(diǎn):半橋堆地一對(duì)交流引腳1與2分別與變壓器地兩個(gè)二次側(cè)非心抽頭相連,一個(gè)直流引腳3需要通過負(fù)載與變壓器心抽頭相連后組成輸出電路。2023/3/305.1.1整流電路——全橋堆整流橋密封在管芯可構(gòu)成一個(gè)集成全橋堆電路連接要點(diǎn):集成全橋堆間兩根交流輸入端子AC要與電源變壓器地二次側(cè)相連接;兩側(cè)有+,?標(biāo)志地直流引線須與負(fù)載相連接,這4根外引線不能接錯(cuò)。特點(diǎn):全橋堆具有體積小,使用方便,裝配簡(jiǎn)單地優(yōu)點(diǎn);但其地器件有個(gè)別損壞時(shí)難以更換。2023/3/305.1.1整流電路選用整流二極管時(shí),主要應(yīng)考慮其最大整流電流,最大反向工作電壓,截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。1432二極管選擇原則對(duì)于串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路地整流二極管,應(yīng)按其最大整流,反向工作電壓地條件進(jìn)行選擇。對(duì)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源地整流管,應(yīng)選擇使用工作頻率較高,反向恢復(fù)時(shí)間短地快恢復(fù)型整流二極管。對(duì)于低電壓整流電路應(yīng)選擇正向壓降較小地整流二極管。5A以下地整流電路,可選擇一般整流管或半橋堆,全橋堆?；蛘呤褂檬珍洐C(jī)電源等低電壓整流電路。2023/3/305.1.1整流電路——舉例單相橋式整流電路如圖示。已知220V交流電源地頻率為50Hz,要求輸出電壓Uo(AV)=30V,負(fù)載電流Io(AV)=50mA,試求電源變壓器副邊電壓有效值U2,并選擇二極管。例（2）選擇二極管流經(jīng)二極管地平均電流二極管承受地最大反向電壓選擇整流二極管時(shí),應(yīng)考慮到二極管可能流過較大地沖擊尖峰電流,因此選擇整流二極管地額定電流IF≥（2～3）ID(AV);最高反向電壓一般選擇二極管承受地最大反向電壓地2倍。故本例可選擇IN4002整流二極管,其參數(shù):IF＝1A,URM=100V。（1）變壓器副邊電壓由可得解2023/3/305.1.2濾波電路——橋式整流電容濾波電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):較大電解電容與負(fù)載RL相并聯(lián)。輸出電壓地平均值UO(AV)≈1.2U2。2023/3/305.1.2濾波電路——橋式整流電容濾波電路工作原理u2上升且大于電容地極間電壓uc時(shí),u2對(duì)電容C進(jìn)行充電,uo=ucu2u2下降且小于電容電壓時(shí),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。

為使濾波效果良好,一般取電路地時(shí)間常數(shù):T是u2地周期,即:此時(shí):2023/3/30圖示電路,已知U2=20V,交流電源地頻率為50Hz,RL=1kΩ,C=2000μF,試求輸出電壓地平均值UO(AV)與二極管承受地最大反向電壓URM;若電容發(fā)生虛焊,UO(AV)與URM又為多少？例所以輸出電壓地平均值:二極管承受地最大反向電壓若電容發(fā)生虛焊,則電路成為單相橋式整流電路,此時(shí)時(shí)間常數(shù):滿足解C5.1.2濾波電路——橋式整流電容濾波電路2023/3/305.1.2濾波電路——橋式整流電容濾波電路當(dāng)負(fù)載開路時(shí),時(shí)間常數(shù)τ趨近無(wú)窮大,輸出:3.二極管承受地反向峰值電壓:2.流過二極管地瞬時(shí)電流很大。RLC越大UO(AV)越大負(fù)載電流IO(AV)越大;整流二極管對(duì)電流呈現(xiàn)地動(dòng)態(tài)電阻越小通過二極管地峰值電流就越大。正常情況下:電路特點(diǎn):1.輸出電壓平均值UO(AV)地大小取決于時(shí)間常數(shù)RLC。RLC值愈大電容器放電愈慢UO(AV)值愈大。取RLC≥(3~5)T/2時(shí),通常用于負(fù)載電壓較高,負(fù)載變動(dòng)不大地場(chǎng)合。2023/3/305.1.2濾波電路——橋式整流電感濾波電路電路特點(diǎn):峰值電流很小,輸出比較平坦,但是由于線圈鐵心地存在,體積大而笨重。適用于低電壓,大電流地場(chǎng)合。對(duì)諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在XL上。Uo≈0.9U2忽略電感線圈地直流電阻時(shí),輸出電壓地平均值:對(duì)直流分量:XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上;2023/3/305.1.2濾波電路——橋式整流π型濾波電路π型LC橋式整流濾波電路,由于電容對(duì)交流呈現(xiàn)地阻抗很小,電感對(duì)交流呈現(xiàn)地阻抗很大,因此負(fù)載上得到地諧波電壓較小。π型RC橋式整流濾波電路由于電阻要消耗一定地有功功率,所以致使電源消耗功率較大,電路效率較低。實(shí)用采用較少。2023/3/305.1.2濾波電路整流地作用主要是什么？主要采用什么元件實(shí)現(xiàn)？最常用地整流電路是哪一種？思考與練習(xí)濾波電路地主要作用是什么？濾波電路地最重要元件是什么？什么是直流穩(wěn)壓電源,由哪幾部分組成？2023/3/305.2穩(wěn)壓電路電路功能:進(jìn)一步穩(wěn)定濾波后地電壓,使輸出電壓基本上不受電網(wǎng)電壓地波動(dòng)與負(fù)載變化地影響,讓電路地輸出具有足夠高地穩(wěn)定性。小功率地并聯(lián)型,串聯(lián)型穩(wěn)壓電路與效率較高地開關(guān)型穩(wěn)壓電路。1.電壓調(diào)整率(穩(wěn)壓系數(shù)):主要性能指標(biāo)電壓調(diào)整率Sγ越小,直流穩(wěn)壓電源地輸出電壓穩(wěn)定性越好。一般直流穩(wěn)壓電源地電壓調(diào)整率Sγ為10－2～10－4。1.輸出電阻:輸出電阻用來(lái)反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化地影響,數(shù)值越小越好。2023/3/305.2.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路電路組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn):電路因二極管與負(fù)載并聯(lián)而稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路,也稱為硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。圖電阻R為限流電阻,用來(lái)限制通過穩(wěn)壓二極管VZ地電流,起限流保護(hù)作用。2023/3/305.2.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路①Ui不變,RL減?、赗L不變,Ui升高保證了輸出基本不變！結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用元件少,但穩(wěn)壓值不可調(diào)節(jié)。只適用于電壓固定,負(fù)載電流小地電路。工作原理保證了輸出基本不變！電路特點(diǎn):2023/3/305.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路取樣電路:取出輸出地部分回送至誤差放大器與基準(zhǔn)電壓比較;各部分功能結(jié)構(gòu)組成:基準(zhǔn)電壓:誤差放大器與基準(zhǔn)電壓比較后形成一個(gè)差值輸入;誤差放大器:將反饋誤差輸入量放大后送到調(diào)整管VT地基極。調(diào)整管:隨誤差信號(hào)地變化進(jìn)行調(diào)整,維持輸出地穩(wěn)定。2023/3/305.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路取樣電路由R1,R2與電位器RW組成,當(dāng)輸出電壓UO發(fā)生變化時(shí),取樣電路取UO變化量地一部分回送到誤差放大電路地反相輸入端與同相輸入端地基準(zhǔn)電壓之間形成一個(gè)誤差輸入。工作原理電路組成:2023/3/305.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路反饋信號(hào)增大（或減小）時(shí),UF與基準(zhǔn)電壓UZ之間地差值信號(hào)減?。ɑ蛟龃螅?經(jīng)誤差放大電路放大后送到調(diào)整管地基極,使VB1隨之減小（或增大）;工作原理電路組成:2023/3/305.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理電路組成:隨著調(diào)整管基極電位地減?。ɑ蛟龃螅?調(diào)整管地集電極電流IC隨之減小（或增大）,而管壓降UCE隨之增大（或減?。?由UO=Ui－UCE可知,UO增加（或減?。┑刳厔?shì)受到控制,從而調(diào)整與穩(wěn)定了輸出電壓UO。2023/3/305.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路輸出電壓地調(diào)節(jié)范圍假設(shè)調(diào)整前放大器:有:則:U+=U-由公式可得,當(dāng)RW地滑動(dòng)端調(diào)至最上端時(shí),RW2=RW,UO為最小值:RW地滑動(dòng)端調(diào)至最下端RW2=0時(shí),UO為最大值:優(yōu)點(diǎn):低噪聲,低紋波,負(fù)載調(diào)整率良好,高穩(wěn)定度,高準(zhǔn)確度。缺點(diǎn):調(diào)壓范圍有限,效率低。2023/3/305.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路電路如圖示。如果不考慮集成運(yùn)放與三極管極限參數(shù)地限制,設(shè)UZ=5V,RW=5kΩ,R1=2kΩ,R2=3kΩ,輸入電壓U1足夠大,求輸出電壓調(diào)節(jié)范圍。例對(duì)公式整理:代入數(shù)據(jù)可得:集成運(yùn)放地同相端電位:輸出電壓地調(diào)節(jié)范圍為7.1～25V。解根據(jù)線性運(yùn)算"虛短"地概念:2023/3/305.2穩(wěn)壓電路地應(yīng)用可以在此處插入視頻2023/3/305.2.4開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):開關(guān)穩(wěn)壓電路地調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài),依靠調(diào)節(jié)其導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓,具有管耗低,效率高(一般可達(dá)80%~90%),穩(wěn)壓范圍較寬地突出特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī),電視機(jī)以及對(duì)穩(wěn)壓精度要求不太高地場(chǎng)合做為直流供電電源。2023/3/305.2.4開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓電路分有開關(guān)調(diào)整管VT,續(xù)流二極管VD,LC濾波電路,R1,R2構(gòu)成地采樣電路以及由誤差放大器,電壓比較器及信號(hào)發(fā)生器等組成地控制電路幾部分。控制電路主要控制調(diào)整管VT地開關(guān)狀態(tài),將輸入到調(diào)整管地電壓變成矩形波,由于續(xù)流二極管VD地續(xù)流作用與LC濾波電路地濾波作用,將矩形波變換成平穩(wěn)地直流電壓輸出。輸出電壓通過取樣電路反饋到控制電路,控制調(diào)整管地導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間,從而自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓地大小,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。結(jié)構(gòu)原理2023/3/30穩(wěn)壓電路地LC作為濾波器用來(lái)平滑輸出電壓UO,取樣電路則將輸出電壓UO地變化取樣UF回送到誤差放大器與基準(zhǔn)電壓比較,二者之間地差值電壓作為誤差放大器地輸入被放大,放大后地輸出電壓UA作為電壓比較器地閾值電壓,當(dāng)三角函數(shù)發(fā)生器輸出地三角波從小到大或從大到小變化并達(dá)到UA時(shí),比較器輸出UB狀態(tài)可跳變至±UOM,使調(diào)整管處于開或關(guān)地狀態(tài)。5.2.4開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路工作原理2023/3/30由電路地波形圖可以看出:只要輸出發(fā)生變化,取樣電路地UF也相應(yīng)發(fā)生變化,誤差放大器地輸入差值電壓隨之發(fā)生變化,從而改變了基準(zhǔn)電壓UA地大小。當(dāng)UA變大時(shí),比較器輸出地方波電壓占空比增大,電容充電時(shí)間增長(zhǎng);當(dāng)UA變小時(shí),比較器輸出地方波電壓占空比減小,電容充電時(shí)間減小,從而改變了調(diào)整管地開通與關(guān)斷時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了輸出電壓地自動(dòng)調(diào)節(jié)。5.2.4開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路工作原理2023/3/30開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源地原理及應(yīng)用說(shuō)明可以在此處插入視頻2023/3/305.2.5調(diào)整管地選擇——主要考慮三個(gè)參數(shù)集電極最大允許電流I調(diào)整管通常采用大功率三極管,為了安全使用,應(yīng)使其集電極最大允許電流大于負(fù)載上通過地最大電流與電阻R上通過地電流之與。即:I≥ILmax+IR集射間最大允許反向電壓U(BR)CEO考慮到電網(wǎng)上近±10％地電壓波動(dòng),調(diào)整管有可能承受最大反向電壓,因此調(diào)整管地集－射極之間地最大允許反向擊穿電壓應(yīng)大于空載時(shí)整流濾波電路地最大輸出電壓。即:U(BR)CEO≥1.1×1.414U2集電極最大耗散功率P當(dāng)電網(wǎng)電壓達(dá)到最大值,輸出電壓達(dá)到最小值,同時(shí)負(fù)載電流也達(dá)到最大值時(shí),調(diào)整管地功耗最大,所以:P≈(1.1×1.2U2－Uomax)×IEmax2023/3/305.2.6穩(wěn)壓電路地過載保護(hù)穩(wěn)壓電路為什么要采取過載保護(hù)？如果穩(wěn)壓電路沒有適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)措施,當(dāng)輸出端過載甚至發(fā)生短路時(shí),通過調(diào)整管地電流將急劇增大,必定造成調(diào)整管地?fù)p壞,所以需要采取過載與短路保護(hù)措施,才能保證穩(wěn)壓電路安全可靠地工作。保護(hù)方法分有限流保護(hù)（過載保護(hù)）與截流保護(hù)（短路保護(hù)）兩種。保護(hù)原理:當(dāng)輸出電流超過某一數(shù)值或電流發(fā)生短路時(shí),起保護(hù)作用地二極管或三極管動(dòng)作,把電路地電流限制在某一數(shù)值或是使調(diào)整管處于反向截止?fàn)顟B(tài),將短路電流自動(dòng)切斷。2023/3/305.2.6穩(wěn)壓電路地過載保護(hù)限流保護(hù)電路保護(hù)電路電路地二極管VD與電阻RO組成二極管保護(hù)電路。正常工作時(shí),二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)負(fù)載電流增大,且達(dá)到一定數(shù)值時(shí),電阻RO上地壓降增大,使二極管導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管地管壓降UD＝Ube1＋ROIE數(shù)值一定,RO上地壓降增大將迫使Ube1減小,從而使IE限制到一定值,從而達(dá)到保護(hù)調(diào)整管地目地。保護(hù)原理2023/3/305.2.6穩(wěn)壓電路地過載保護(hù)截流保護(hù)電路保護(hù)環(huán)節(jié)由三極管VT2與分壓電阻R4,R5組成。電路正常工作時(shí),通過R4與R5地分壓作用,使得VT2地VB<VE,VT2處于反偏截止?fàn)顟B(tài)對(duì)電路無(wú)影響;當(dāng)輸出電壓為零,電路出現(xiàn)短路時(shí),VT2地發(fā)射極相當(dāng)于接地,則VT2處于正向飽與導(dǎo)通狀態(tài),迫使調(diào)整管VT1地基極與發(fā)射極近于短路而處于截止?fàn)顟B(tài),切斷短路電流,從而達(dá)到保護(hù)穩(wěn)壓電路地目地。保護(hù)原理2023/3/30試述串聯(lián)型穩(wěn)壓電路地特點(diǎn)？它通常運(yùn)用于哪些場(chǎng)合？在選擇調(diào)整管地型號(hào)時(shí),應(yīng)主要考慮調(diào)整管地哪些主要參數(shù)？？穩(wěn)壓電路地主要作用是什么？穩(wěn)壓電路地主要性能指標(biāo)是哪兩個(gè)？試述開關(guān)型穩(wěn)壓電路地主要特點(diǎn)？開關(guān)型穩(wěn)壓電源地輸出電壓是平滑波嗎？試述關(guān)聯(lián)型穩(wěn)壓電路地特點(diǎn)？它通常應(yīng)用于哪種場(chǎng)合？二極管與三極管地限流保護(hù)與截流保護(hù)有何不同？思考與練習(xí)5.2穩(wěn)壓電路2023/3/305.3集成穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn):集成穩(wěn)壓器硅片內(nèi)部包括串聯(lián)型穩(wěn)壓電路與保護(hù)電路,具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。W7800系列—穩(wěn)定正電壓W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12VW7815輸出+15VW7900系列—穩(wěn)定負(fù)電壓W7905輸出-5VW7909輸出-9VW7912輸出-12VW7915輸出-15V2023/3/305.3.1固定輸出地集成三端穩(wěn)壓器兩表所示為固定輸出地集成三端穩(wěn)壓器地常用規(guī)格。2023/3/305.3.1固定輸出地集成三端穩(wěn)壓器產(chǎn)品外形:連接時(shí)芯片引腳不能接錯(cuò)！2023/3/305.3集成穩(wěn)壓器可以在此處插入視頻2023/3/305.3.1固定輸出地集成三端穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路集成穩(wěn)壓器輸入端并聯(lián)地C1,作用是防止自激振蕩;輸出端并聯(lián)地C2,作用是濾除噪聲信號(hào);VD是續(xù)流保護(hù)二極管,用來(lái)防止輸入短路時(shí)輸出電容C3存儲(chǔ)地電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。2023/3/30可以在此處插入視頻5.3.1固定輸出地集成三端穩(wěn)壓器2023/3/305.3.2可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品外形示意圖2023/3/305.3.2可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器集成三端可調(diào)穩(wěn)壓器可以彌