電源技術第1章

1.1穩(wěn)壓電源的組成及主要技術指標1.1.2直流穩(wěn)壓電源的組成電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。1.1.3直流穩(wěn)壓電源的主要技術指標1.電壓調整率意義及測試方法，擬訂測試方案（畫圖、步驟）輸出電流不變（即負載不變），輸入電網(wǎng)電壓變化引起的輸出電壓的變化率。步驟：1.調節(jié)調壓器輸出為220V（交流），測量輸出電壓UO（直流）。2.調節(jié)調壓器輸出為242V（交流），測量輸出電壓UO1（直流）。3.按公式計算：電壓調整率測試方案2.電流調整率意義及測試方法，擬訂測試方案（畫圖、步驟）輸入電網(wǎng)電壓不變，輸出電流變化（即負載變化）引起的輸出電壓的變化率。電流調整率測試方案步驟：1.調節(jié)調壓器輸出為220V（交流），調節(jié)輸出電流為最小值，測量輸出電壓UO（直流）。2.調節(jié)調壓器輸出為220V（交流），調節(jié)輸出電流為最大值，測量輸出電壓UO1（直流）。3.按公式計算：3.內(nèi)阻意義及測試方法輸入電網(wǎng)電壓不變，輸出電壓變化量與輸出電流變化量的比值。與電流調整率表示電源相同的技術特性。4.紋波系數(shù)意義及測試方法輸出電壓中交流分量基波最大值與直流分量的比值。測試方法同電流調整率。測試方法1：用示波器測得交流分量基波最大值，用直流電壓表測得直流分量，計算紋波系數(shù)。5.溫度系數(shù)意義測試方法2：用電子電壓表測得交流分量有效值，計算最大值（參考電子測量第4章），用直流電壓表測得直流分量，計算紋波系數(shù)。輸入電網(wǎng)電壓和輸出電流都不變，環(huán)境溫度引起輸出電壓的變化量。1.1.4穩(wěn)壓電源的分類1.交流2.直流（1）線性①參數(shù)型穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電源。畫實用電路。②反饋型晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源，集成穩(wěn)壓器。畫實用電路。（2）非線性①激勵方式自激，他激②控制方式PWM，PFM，混合③輸出電流開關，諧振④開關元件晶體管，晶閘管1.2整流濾波電路1.2.1整流電路1.單相半波2.單相全波3.橋式整流電路（1）電路（能畫）（2）輸出輸入電壓關系（3）二極管最高反向電壓（4）二極管正向導通電流名稱電路輸出平均電壓二極管反向電壓輸出平均電流IO二極管正向平均電流IV半波0.45U2=IO全波0.9U2橋式0.9U24.倍壓整流（1）二倍壓整流電路1）倍壓原理分析2）倍壓整流輸出（2）多倍壓整流電路1）倍壓原理分析2）倍壓整流輸出1.2.2濾波電路1.濾波意義2.電容濾波電路（1）電路（2）原理（3）特性①優(yōu)點：體積小，提高輸出電壓。②缺點：二極管導通角減小，最大反向電壓升高，電流呈脈沖形式，峰值電流大。因此，相同的電流輸出，需選用正向導通較大和反向電壓高的整流二極管。③適用于3A以下小電流負載的電源電路。（4）電容量選擇半波：RLC≥（3～5）T

全波：RLC≥（3～5）T/2輸出與輸入電壓關系半波：全波：當RC=1.75T時：紋波系數(shù)：3.電感濾波（1）電路（2）原理（3）特性輸出平均電壓低，UO=0.9U2；二極管導通角大，輸出特性平坦，適用于大電流負載；體積大、笨重、成本高。4.倒L型濾波電路濾波效果好5.π型濾波電路RC和LC濾波效果好作業(yè)：1.擬訂電壓調整率和電流調整率的測試方案。2.說明紋波系數(shù)的測試方法。3.寫出單相半波整流和全波整流輸出平均值電壓的表達式。4.說明電容濾波的特點及電容量的選擇。小結：1.直流穩(wěn)壓電源組成。2.直流穩(wěn)壓電源的主要指標。了解特性指標，掌握技術指標。3.單相整流電路類型、電路、特性、參數(shù)。4.濾波電路的類型、電路，電容濾波的特點及電容量的選擇。1.3晶體管直流穩(wěn)壓電源1.3.1參數(shù)型——穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓二極管伏安特性反向擊穿區(qū)電壓UZ幾乎不隨電流IZ變化的特性實現(xiàn)穩(wěn)壓，UZ稱為穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓二極管與負載并聯(lián)，在與輸入電源之間串聯(lián)限流電阻R。注意：如果R=0，則不能穩(wěn)壓；輸入電壓UI≤UZ，穩(wěn)壓二極管不能工作在擊穿區(qū)，也不能穩(wěn)壓。穩(wěn)壓性能取決于穩(wěn)壓管的動態(tài)內(nèi)阻RZ=△UZ/△IZ，內(nèi)阻越小越好。應用：穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電路適應于小電流負載電路，有時為了提高穩(wěn)壓性能可采用兩級串聯(lián)，如國產(chǎn)XCZ-102熱電阻溫度測量儀表的穩(wěn)壓電路。

穩(wěn)壓原理：無論何種原因使負載上電壓升高，IZ增大，R上壓降增大，輸出電壓降低，UO↑→IZ↓→UR↓→UO↓；反之，UO↓→IZ↓→UR↓→UO↑。從而實現(xiàn)輸出電壓的自動調整作用。限流電阻R的選擇：1.3.2反饋型——晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路如圖所示，串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路由取樣電路R1、RP和R2、基準電壓UZ、比較放大（V2）和調整電路（V1）四個部分組成。無論是輸入電壓或負載變化引起輸出直流電壓UO變化時，都可使輸出電壓自動穩(wěn)定在一定范圍。例如，當輸出電壓升高，經(jīng)R1、RP、R2分壓取樣，使UB2升高，UC2和UB1降低，根據(jù)射極跟隨，則輸出電壓UO降低。反之，可自行分析。電路的輸出電壓為式中，UZ為基準電壓，即穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值；R/P為電位器分配在R2段的電阻值，因此，調節(jié)RP可調節(jié)輸出電壓。1.3.3集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器：分為固定輸出和可調輸出兩類。固定輸出：CW7800和CW7900系列，其外形和管腳排列如圖4-23所示。CW7800系列為正電壓輸出，CW7900系列為負電壓輸出。低位表示輸出電壓值，分為5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。如CW7805、CW7809、CW7812等。CW7800系列的典型應用電路如圖1-37所示。圖中，C1的作用是抵消輸入線較長時的電感效應，以防止自激和抑制電源干擾；C2的的作用是削弱電路的高頻噪聲。它們的取值范圍為0.1～1μF。型號中的M、L意義。

37可調輸出集成穩(wěn)壓器有CW117/217/317和CW137/237/337系列，其外形和管腳排列見4.2節(jié)圖4-24所示。CW117系列輸出正電壓，CW137系列輸出負電壓。38典型應用電路如圖1-38所示。圖中，CW317的基本工作特性是IREF≈50μA，輸出端到調整端的電壓U21=UREF=1.25V。多端集成穩(wěn)壓器，如五端穩(wěn)壓器CW200?？烧{式集成穩(wěn)壓器其輸出電壓可通過外接元件在較大范圍內(nèi)進行調整，固定式穩(wěn)壓器輸出電壓是固定的。按功能特點還可分為低壓差穩(wěn)壓器（CW2930），正、負跟蹤可調穩(wěn)壓器（CW4194），開關式穩(wěn)壓器（CW1524/2524/3524）、CMOS集成穩(wěn)壓器等。用萬用表測量CW7800系列管腳之間的正、反向電阻，可初步判斷其好壞。若紅表筆接1腳，黑表筆接2腳或3腳，其電阻值為10kΩ左右；反之，電阻值應在幾百kΩ以上。3腳和2腳之間正、反向電阻值應為5kΩ左右。若上述測量電阻值為無窮大或為零，均說明電路已壞。參考文獻：王煜東主編《電子儀器儀表裝配工》高教出版社作業(yè)：1.畫出晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本電路，寫出輸出電壓表達式，說明穩(wěn)壓原理。2.說明固定電壓輸出集成穩(wěn)壓器的類型、型號及應用電路中C1、C2的作用。小結：1.線性直流穩(wěn)壓電源類型2.參數(shù)型直流穩(wěn)壓電源電路、原理、特性3.反饋型直流穩(wěn)壓電路組成，晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本電路、原理、特性。4.集成穩(wěn)壓器的類型，型號、應用電路及電路中C1、C2的作用。1.4串聯(lián)開關穩(wěn)壓電源電路1.4.1開關穩(wěn)壓電源的組成原理交流濾波，一次整流濾波電路，DC/DC變換器，二次整流濾波電路。3.DC/DC變換器（1）逆變器直流變交流，由開關管、開關脈沖形成電路組成。（2）高頻變壓器電壓變換，輸入輸出隔離。（3）二次整流濾波電路半波或全波整流，LC濾波。1.交流濾波電路一般形式2.一次整流濾波電路AC220V/DC300V。采用橋式整流、電容濾波，輸入AC220V，輸出DC300V。開關電源工作在脈沖狀態(tài)，為避免高頻雜波的干擾，與電網(wǎng)間必須接入交流濾波電路。4.控制電路（1）取樣電路接在電源輸出端的電阻分壓器，線性和開關穩(wěn)壓電源都是。（2）基準電源穩(wěn)壓二極管和串聯(lián)限流電阻組成，都是。（3）比較放大單管共射放大，差分放大，運算放大器。（4）脈沖發(fā)生器占空比可調的多諧振蕩器。5.保護電路（1）過壓保護（2）過流保護（3）過熱保護（4）彩色電視機中顯象管束流保護1.4.2串聯(lián)開關穩(wěn)壓電源的工作原理1.串聯(lián)開關變換器的工作原理（1）組成開關管，儲能電感，濾波電容，續(xù)流二極管。（2）類型發(fā)射極輸出型，正輸出。集電極輸出型，負輸出。（3）工作原理ON：電感儲能，電容充電；OFF：向負載釋放能量（供電）；輸出平均電壓：UO=δUI控制δ2.控制電路原理（1）PFM（圖1-21）改變振蕩管基極偏置。①變換器電路組成：開關管、儲能電感、濾波電容、續(xù)流二極管②控制電路組成：取樣電路、基準電壓、比較放大、脈沖振蕩T1=0.7RB2C1，V1飽和，輸出低電平；T2=0.7RB1C2，V1截止，輸出高電平。T=0.7(T1+T2)穩(wěn)壓過程：設UO↑→IC3↓→R8C3放電加速→頻率升高→UO↑。（×）電路改為V2輸出：設UO↑→IC2↑→R8C3放電減弱→頻率降低→UO↓。V5輸出高電平即脈沖寬度由R9C2放電時間決定，固定不變；輸出低電平即脈沖間隔由R8C1放電時間決定，隨輸出電壓而變化。為PFM型。（2）PWM（圖1-22）改變斬波幅值?？刂泼}沖由固定頻率的正弦波經(jīng)變壓器后由V3斬波而得，因此脈沖頻率不變。隨著Ub3-減小，即Ub3+升高，V3導通時間變長，輸出負脈沖寬度變寬，V1截止時間變長，輸出電壓降低。UO↑-→UC3↓-→δ↓→UO↓。（3）混合（圖1-23）改變時間常數(shù)。①變換器電路②取樣電路③基準電源④比較放大⑤脈沖發(fā)生器⑥工作原理脈沖寬度和間隔都受到控制，因此是PWM和PFM混合型。與圖1-21比，本圖控制信號反相。作業(yè)：1-5補：1.說明開關穩(wěn)壓電源變換器電路的組成元件名稱極其作用。2.指出圖1-21、1-22、1-23中的取樣電路、基準電源電路和比較放大電路的元器件。小結：1.開關穩(wěn)壓電源特點與組成2.串聯(lián)開關變換器類型與組成。3.控制電路組成。4.圖1-21、1-22、1-23電路控制類型和工作原理，能指出圖中的取樣電路、基準電源電路和比較放大電路的元器件。1.5并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源串聯(lián)開關穩(wěn)壓電源為降壓型，輸出電壓低于輸入電壓。并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源為升壓型，輸出電壓高于輸入電壓，用于輸入電壓較低而又要求輸出電壓較高的場合。并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源較串聯(lián)開關穩(wěn)壓電源有較小的射頻干擾和較低的雜音，可采用較小的射頻濾波器。一、并聯(lián)開關變換器1.電路圖1-242.波形圖1-243.濾波電容4.輸出電壓

V導通，L儲能，C放電；V截止，電源及L供電，C補充充電。二、并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源圖1-25并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源的組成變換器電路+控制電路變換器電路：開關、儲能、濾波、續(xù)流控制電路：取樣、基準、放大、脈沖1.6直流變換器式并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源圖1-26框圖變換器：直流→直流。逆變器+整流濾波電路逆變器：直流→交流。振蕩器+開關管+高頻變壓器一、單端變換器1.單端反激式變換器圖1-27示V導通，VD截止；V截止，VD導通，變壓器儲能供電。實現(xiàn)輸出與輸入隔離，干擾小。2.單端正激式變換器圖1-28VD1整流，VD2續(xù)流。在V截止期間，變壓器剩余儲能經(jīng)N3、VD3返回電源，因VD3箝位作用，將變壓器繞組感應反電動勢限定在電源電壓UI上，開關管V的反向電壓限制在2UI上。二、推挽式1.基本電路圖1-292.多電壓輸出雙管，功率大。可構成多電壓輸出的直流穩(wěn)壓電源。開關管反向電壓為2倍的電源電壓，安全設計為3.3倍，在由交流電網(wǎng)直接整流濾波供電時，最高電壓為3.3×220×1.4=1016V，故很少采用。三、橋式圖1-30開關管承受反向電壓比推挽式減半，但增加了成本。四、半橋式圖1-31電容器中點電壓為UI/2，橋路電流值由初級電流和工作頻率計算。若與濾波電容分別設置，則濾波電容常取100μF，橋路電容常取幾μF。小結：1.并聯(lián)開關變換器的原理與特點2.并聯(lián)開關穩(wěn)壓電源的工作原理3.直流變換器式開關穩(wěn)壓電源的電路與特點4.單端式變換器的電路原理5.橋式變換器的電路與特點6.推挽式變換器的電路與特點7.半橋式變換器的電路與特點作業(yè)：1.6,1.71.7開關穩(wěn)壓電源的控制電路和驅動電路一、控制電路圖1-23框圖頻率放大器改為振蕩器1.TL494脈寬調制型控制電路（1）電路名稱（功能）（2）電路組成原理。圖1-33。（3）1、2、4、5、6、8、11、12、13、14腳功能控制，8調寬脈沖輸出，12電源，16反饋控制（4）工作原理。說明鋸齒波與直流電平比較產(chǎn)生PWM脈沖的原理。（5）典型應用。圖1-34，各腳連接元件和信號。引腳功能引腳功能引腳功能引腳功能1取樣輸入5外接電容9地13輸出相位控制2UREF=2.5V6外接電阻10調寬脈沖輸出14UREF=5V3補償電壓7地11地15反饋控制4死區(qū)控制8調寬脈沖輸出12電源16反饋控制鋸齒波與直流電平比較產(chǎn)生PWM脈沖的原理。同相比較，鋸齒波輸入同相端，直流電平加反相端，直流電平高，脈寬窄；直流電平低，脈寬寬。反相比較則相反。2.MC3520/3420脈寬調制型控制電路（1）電路名稱（功能）①脈寬調制功能：6腳控制電壓6～2.4V，占空比0～100%。②反比控制功能：7腳外加直流電平與鋸齒波比較產(chǎn)生固定寬度方波脈沖，經(jīng)與非門G3、G4限制脈沖最大寬度，以控制死區(qū)的大小。③主從控制功能：腳輸出三角波驅動另一塊電路，兩塊電路同步工作，可增加電源功率。④對稱校正功能：16腳加脈沖，一般與4腳相連，校正13腳輸出脈沖寬度，克服兩開關管不對稱引起變壓器工作不對稱造成的不良后果。⑤禁止功能：15腳電壓低于0.7V，強制開關管截止，同時14腳無輸出，用來限制電源的開機浪涌電流。⑥基準電源：UREF=7.8V（9腳輸出）⑦輸入電壓：電壓范圍：10～30V，電流10～22mA。（2）電路組成原理。圖1-35。（3）1、2、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16腳功能引腳功能引腳功能引腳功能引腳功能1外接電阻5鋸齒波輸入9UREF=7.8V13調寬脈沖輸出2外接電容6取樣輸入10電源14振蕩器輸出3觸發(fā)輸出7死區(qū)控制11調寬脈沖輸出15禁止控制4脈寬調制輸出8鋸齒波輸出12地16禁止同步控制（4）典型應用。圖1-36，MC3520/MC3420的區(qū)別。3.SG1524/2524/3524脈寬調制型控制電路（1）電路名稱（功能）（2）電路組成原理。圖1-35。結構功能：①基準電源：UREF=5V（16腳輸出）②鋸齒波振蕩：6、7腳外接RC，加至兩或非門控制死區(qū)時間；作為觸發(fā)器FF的觸發(fā)脈沖。③誤差放大器：輸入端為1、2、4、5、10腳。9腳對地接RC網(wǎng)絡，誤差放大輸出限制9腳電平數(shù)值來控制死區(qū)。④控制關閉端：10腳外接電路控制三極管導通與截止，以控制輸出脈沖關閉與工作。可用于電源的軟啟動及保護等。⑤電流限制電路：4、5腳輸入電流取樣電壓大于200mV，9腳電壓下降，控制電路單管放大工作。⑥比較器PWM：輸出高電平，或非門輸出低電平，輸出三極管截止，反之導通。⑦輸入電壓：電壓范圍：10～30V，電流10～22mA。⑧輸出三極管：100mA。（3）1、2、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16腳功能引腳功能引腳功能引腳功能引腳功能1取樣輸入5電流檢測輸入9補償13調寬脈沖輸出2基準電壓6外接電阻10關閉14地3振蕩器輸出7外接電容11地15電源4電流檢測輸入8地12調寬脈沖輸出16UREF=5V（4）典型應用。圖1-38，C1、C2加速電容。R2、R3限流。小結：熟悉開關穩(wěn)壓電源的控制電路的基本原理和常用集成電路的工作原理，掌握TL494的工作原理和典型應用。1.原理框圖，TL494工作原理、典型應用。2.MC3520/MC3420工作原理、典型應用。3.SG1524/2524/3524工作原理。4.應用SG3524的推挽驅動電路。作業(yè)：1.8補：1.用波形圖說明鋸齒波和直流電平比較產(chǎn)生寬度可調脈沖的原理。2.說明開關穩(wěn)壓電源的理想驅動波形。3.說明單極性脈沖變壓器驅動和互補驅動電路的應用場合。二、驅動電路SG3524的推挽驅動電路。理想驅動波形，單極性脈沖變壓器驅動，比例驅動，互補驅動電路。對驅動電路的要求，驅動電路的形式、原理、特點。1.理想的驅動波形提高開關電源的效率，主要在于開關管飽和和截止的速度和深度