第8章 直流穩(wěn)壓電源

8.1直流穩(wěn)壓電源的組成及分類8.2硅穩(wěn)壓管電路8.3串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路8.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源8.5本章小結(jié)第8章直流穩(wěn)壓電源仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院本章要點(diǎn)：

本章主要介紹穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成及工作原理，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路及集成穩(wěn)壓電路的組成及穩(wěn)壓原理，最后討論開關(guān)穩(wěn)壓電源。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.1直流穩(wěn)壓電源的組成及分類8.1.1直流穩(wěn)壓電源的組成

小功率穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成的。其框圖如圖8.1所示。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖8.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖交流電源電源變壓器整流器濾波器穩(wěn)壓器ttttt負(fù)載仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院電源變壓器與整流器電源變壓器：將交流電網(wǎng)220V交流電壓變成所需的交流電壓。變壓過程通常由變壓器來完成，如收錄機(jī)、VCD、黑白電視機(jī)等設(shè)備的電源，大都是用變壓器來降低電網(wǎng)電壓的。整流器：將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。整流電路通常有半波整流電路、全波整流、橋式整流電路等，橋式整較為常用。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院濾波器與穩(wěn)壓器濾波器：將整流所得的脈動(dòng)直流電（大小發(fā)生規(guī)律性變化）中的交流成分濾除，常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波及阻容濾波等電路。穩(wěn)壓器：濾波后的電壓還會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有±１０﹪左右的波動(dòng)）和隨負(fù)載和溫度的變化而變化。穩(wěn)壓電路的作用是克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)所引起的輸出電壓的變化，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.1.2直流穩(wěn)壓電源的分類直流穩(wěn)壓電源的種類很多，常見的主要有以下四類：第一類是穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源，它的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，但功率較小，穩(wěn)壓精度低；第二類是晶體管串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源，它的主要特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)比較簡單，工作可靠，功率較大，穩(wěn)壓精度高，無電磁干擾，但效率低；

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院第三類是集成穩(wěn)壓器，它的特點(diǎn)是體積小，可靠性高以及溫度特性好，而且使用方便、價(jià)格便宜第四類是開關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的主要特點(diǎn)是效率高，溫升低，電路便于集成化，但電路較復(fù)雜，并有高頻干擾存在。小結(jié)：當(dāng)負(fù)載要求功率較大且效率高時(shí)，常采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.2硅穩(wěn)壓管電路8.2.1電路組成整流、濾波后得到的直流往往會(huì)隨時(shí)間而有些變化。因此，整流后必須加一級穩(wěn)壓電路，來獲得穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓二極管電路如圖8.2所示。穩(wěn)壓管DZ和負(fù)載RL并聯(lián)，故稱并聯(lián)型穩(wěn)壓電路，R為限流電阻，UZ為反向擊穿電壓。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖8.2硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路RLIRUiRVDZU0ILIVDZ仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.2.2工作原理1.當(dāng)Ui不變而負(fù)載RL減小時(shí)，負(fù)載上電流IL增加，電阻R上的電流IR=IVDZ+IL也有增大的趨勢。而UR=IR·R也趨于增大，這將引起輸出電壓U0=UvdzVDZ的下降。根據(jù)穩(wěn)壓管的反向伏安特性，如果Uvdz略有減小,穩(wěn)壓管電流IVDZ將顯著減小,IVDZ的減小量將補(bǔ)償IL所需要的增加量,使得IR基本不變,仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

這樣輸出電壓U0=Ui-IRR也就基本穩(wěn)定。同樣,當(dāng)負(fù)載RL增大時(shí),IL減小,IVDZ增加,保證IR基本不變，同樣穩(wěn)定了輸出電壓U0。2.當(dāng)Ui改變而RL保持不變時(shí),電路的傳輸作用使輸出電壓也就是穩(wěn)壓管兩端電壓也上升。由穩(wěn)壓管反向特性可知，IVDZ將顯著增加,于是IR=IVDZ+IL加大,UR升高,即輸出電壓的增加量基本落在Ｒ上，從而使輸出電壓U0基本沒有變化，達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的．仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院同理，Ui電壓降低時(shí)，輸出U0也達(dá)到穩(wěn)定?？梢姡€(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是依靠穩(wěn)壓管的反向特性即反向擊穿電壓有微小的變化而引起電流較大的變化，并通過限流電阻的電壓調(diào)整，來達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的的。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.2.3穩(wěn)壓電路參數(shù)選擇1.硅穩(wěn)壓管：根據(jù)條件初選：

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院２．輸入電壓的確定

高，Ｒ大，穩(wěn)定性能好，但損耗大，一般情況下

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院３.限流電阻Ｒ的選擇

主要確定阻值和功率（１）阻值。

最小和最大時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流最小，此時(shí)電流不能低于穩(wěn)壓管最小穩(wěn)定電流。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

最大和最小時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流最大，這時(shí)應(yīng)保證穩(wěn)壓管最大電流值。即：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（２）Ｒ的功率

PR應(yīng)適當(dāng)選擇大一些。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.3串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路

8.3.1、串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路1.電路構(gòu)成用三極管V代替圖8.2中的限流電阻Ｒ，就得到圖8.3所示的串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路在基極電路中，VDZ與Ｒ組成參數(shù)穩(wěn)壓器。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖8.3串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路

I0UBEVDZRLRIiIVDZUVDZVC~220V仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2.工作原理

〔實(shí)驗(yàn)〕：①按圖8.3連接電路，檢查無誤后，接通電路。②保持輸入電壓Ui不變，改變RL，觀察U0。③保持負(fù)載RL不變，改變UL，觀察U0。結(jié)論：輸出電壓U0基本保持不變。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院該電路穩(wěn)壓過程如下：（１）

當(dāng)輸入電壓不變，而負(fù)載電壓變化時(shí)，其穩(wěn)壓過程如下：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（２）當(dāng)負(fù)載不變，輸入電壓U增加時(shí)，其穩(wěn)壓過程如下：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（３）當(dāng)ＵＩ增加時(shí)，輸出電壓Ｕ０有升高趨勢，由于三極管Ｔ基極電位被穩(wěn)壓管ＤＺ固定，故Ｕ０的增加將使三極管發(fā)射結(jié)上正向偏置電壓降低，基極電流減小，從而使三極管的集射極間的電阻增大，ＵＣＥ增加，于是，抵消了Ｕ０的增加，使Ｕ０基本保持不變．上述電路雖然對輸出電壓具有穩(wěn)壓作用，但此電路控制靈敏度不高，穩(wěn)壓性能不理想。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.3.2帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1．電路組成在圖8.3電路加放大環(huán)節(jié)．如圖8.4所示?？墒馆敵鲭妷焊臃€(wěn)定。圖８．４帶放大電路的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院取樣電路與基準(zhǔn)電路取樣電路：由Ｒ1、ＲP、Ｒ2組成，當(dāng)輸出電壓變大時(shí)，取樣電阻將其變化量的一部分送到比較放大管的基極，基極電壓能反映出電壓的變化，稱為取樣電壓；取樣電壓不宜太大，也不宜太小，若太大，控制的靈敏度下降；若太小，帶負(fù)載能力減弱。基準(zhǔn)電路：由ＲZ、VDＺ組成，給V２發(fā)射極提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，ＲZ為限流電阻，保證VDＺ有一個(gè)合適的工作電流。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院比較放大管V2與調(diào)整管V１比較放大管V2：Ｒ4既是V２的集電極負(fù)載電阻，又是V１的基極偏置電阻，比較放大管的作用是將輸出電壓的變化量，先放大，然后加到調(diào)整管的基極，控制調(diào)整管工作，提高控制的靈敏度和輸出電壓的穩(wěn)定性。調(diào)整管V１：它與負(fù)載串聯(lián)，故稱此電路為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，調(diào)整管V１受比較放大管控制，集射極間相當(dāng)于一個(gè)可變電阻，用來抵消輸出電壓的波動(dòng)。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2.工作原理當(dāng)負(fù)載RL不變，輸入電壓ＵＩ減小時(shí)，輸出電壓U０有下降趨勢，通過取樣電阻的分壓使比較放大管的基極電位ＵＢ２下降，而比較放大管的發(fā)射極電壓不變（ＵＥ２＝UＺ）因此ＵBE2也下降，于是比較放大管導(dǎo)通能力減弱，ＵC2升高。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（１）

調(diào)整管導(dǎo)通能力增強(qiáng)，調(diào)整管Ｖ1集射之間的電阻ＲCE1減小，管壓降ＵCE1下降，使輸出電壓Ｕ0上升，保證了Ｕ0基本不變。其過程表示如下：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（2）當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載增大時(shí)，引起輸出電壓有增長趨勢，則電路將產(chǎn)生下列調(diào)整過程：當(dāng)負(fù)載RL減小時(shí)，穩(wěn)壓過程相反?？梢姡€(wěn)壓過程實(shí)質(zhì)上是通過負(fù)反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過程。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院3

.提高穩(wěn)壓性能的措施和保護(hù)電路為提高穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能，穩(wěn)壓電源的比較放大器可采用其它相應(yīng)的電路，如圖8.5所示電路，即具有恒流源負(fù)載的穩(wěn)壓電路。圖中穩(wěn)壓管VDZ2和R5確定V3管的靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院因?yàn)閂3的基極電位穩(wěn)定在UVDZ2上，加上R4的負(fù)反饋?zhàn)饔?，V3的集電極電流IC3恒定不變。另外，V3又是比較放大器的V2負(fù)載，所以稱恒流源負(fù)載，由于調(diào)整管V1和比較放大管V2都是PNP管，為了使恒流源電流方向與V2的負(fù)載電流方向一致，所以V3必須采用PNP管，因?yàn)楹懔髟淳哂泻芨叩妮敵鲎杩?，使得比較放大器具有很高的電壓放大倍數(shù)，從而可以提高電源的穩(wěn)定性能。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖８．５具有恒流源負(fù)載的穩(wěn)壓電源

其次，由于IC3恒定不變，輸入電壓Ui的變化不能直接加到調(diào)整管基極，從而大大削弱了Ui的變化對輸出的影響，有利于輸出電壓穩(wěn)定。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院對于串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，由于負(fù)載和調(diào)整很容易串聯(lián)，所以隨著負(fù)載電流的增加，調(diào)整管的電流也要增加，從而使管子的功耗增加；如果在使用中不慎，使輸出電路短路，則不但電流增加，且管壓降也增加，很可能引起調(diào)整管損壞。調(diào)整管的損壞可以在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，用一般保險(xiǎn)絲不能起作用。因此，通常用速度高的過載保護(hù)電路來代替保險(xiǎn)絲。過載保護(hù)電路的形式很多。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院實(shí)例1例1：如圖８．6（a），晶體管V3和電阻R5、R6組成過載保護(hù)電路。當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作時(shí)，V3發(fā)射極電位比基極電位高，發(fā)射結(jié)受反向電壓作用，使V3處于截止?fàn)顟B(tài)，對穩(wěn)壓電路的工作無影響；當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，V3因發(fā)射極電位降低而導(dǎo)通，相當(dāng)于使V1的基、射極間被V3短路，從而只有少量電流流過調(diào)整管，達(dá)到保護(hù)調(diào)整管的目的，而且可以避免整流元件因過電流而損壞。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖８．６過載保護(hù)電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院實(shí)例2例2：如圖８．6（b）由晶體管V3、二極管VD和電阻R5、RM組成過載保護(hù)電路。在二極管VD中流過電流，二極管VD的正向電壓UF基本恒定。正常負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流流過RM產(chǎn)生的壓降較小，V3的發(fā)射結(jié)處于反向偏置而截止，對穩(wěn)壓電路無影響；當(dāng)IL增大到某一值時(shí)，RM上的壓降增大，V3發(fā)射結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，V3導(dǎo)通，RC上的壓降增大，UCE3減小，即調(diào)整管的基極電位降低，調(diào)整管的UCE1增加，輸出電壓U0下降，IL被限制。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院實(shí)例2從圖可以寫出V3導(dǎo)通時(shí)的發(fā)射結(jié)電壓方程為：故：用被限制的電流IL代入上式，即可求出Rm來，Rm稱為過載信號檢測電阻或電流取樣電阻。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.3.3集成穩(wěn)壓器電路

集成穩(wěn)壓器是將調(diào)整電路、取樣電路、基準(zhǔn)電路、啟動(dòng)電路及保護(hù)電路集成在一塊硅片上構(gòu)成的芯片。它完整的功能體系、健全的保護(hù)電路、安全可靠的工作性能，給穩(wěn)壓電源的制作帶來了極大的方便。集成電路穩(wěn)壓器的型號很多，按單片的引出端子分類，有三端固定式、三端可調(diào)式多端可調(diào)式等。三端集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端子，安裝和使用都很方便。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院1．

三端固定式集成穩(wěn)壓器

（１）三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列三端固定式集成電路穩(wěn)壓器的外形和管腳排如圖８．７所示。圖８．７三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（2）

三端固定式穩(wěn)壓器的型號組成及其意義

三端固定式集成穩(wěn)壓器的型號組成及其意義如圖８．８所示。國產(chǎn)三端固定式集成穩(wěn)壓器有CW78XX系列（正電壓輸出）和CW79XX系列（負(fù)電壓輸出），其輸出電壓有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V，最大輸出電流有0.1A、0.5A、1A、1.5A、2.0A等。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖８．８三端固定式集成穩(wěn)壓器型號組成及意義

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（3）三端固定式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用

①

固定輸出穩(wěn)壓器在實(shí)際上工作中，可根據(jù)不同的需要，選取符合要求的CW78XX、CW79XX系列產(chǎn)品。電路組成如圖８．９所示。圖中C1可以防止由于輸入引線較長時(shí)產(chǎn)生的電感而引起的自激。C2用來減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾。C3是容量較大的電解電容，主要用來進(jìn)一步減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖８．９三端集成穩(wěn)壓器的典型接法

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2.擴(kuò)壓、擴(kuò)流和可調(diào)電路

如果需要輸出電壓高于三端穩(wěn)壓器輸出電壓時(shí)，可采用圖８．１０所示電路。圖8.10提高輸出電壓接線圖仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

（

８．１５）通過調(diào)整R2可得所需電壓,但它的可調(diào)范圍小。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖8.11提高輸出電流接線圖當(dāng)負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器輸出電流時(shí)，可采用圖８．１１所示電路。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（８．１６）

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院由于,且很小，可忽略不計(jì)，所以（其中）（８．１７）

式中R為V提供偏置電壓，UBE由三極管決定，鍺管為０．３V，硅管為０．７V。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院要得到可調(diào)的輸出電壓，可采用圖8.12所示的電路。其輸出電壓表達(dá)式如式（８．１５）所示。圖8.12輸出電壓可調(diào)電路圖程序

圖

8.13正負(fù)對稱的穩(wěn)壓電源

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院具有正、負(fù)電壓輸出的穩(wěn)壓電源如圖8.14所示，由圖可知，電源變壓器帶有中心抽頭并接地，輸出端得到大小相等、極性相反的電壓。2.

三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器按輸出電壓分為正電壓輸出CW317（CW117、CW217）和負(fù)電壓輸出CW337（CW137、CW237）兩大類。按輸出電流大小，每個(gè)系列又分為L型和M型等。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn)，繼承了三端固定式集成穩(wěn)壓器的諸多優(yōu)點(diǎn)。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器CW317和CW337是一種懸浮式串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器，它們的外形如圖8.14所示。圖8.14CW317和CW337外形仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院圖8.15CW317和CW337典型應(yīng)用電路典型應(yīng)用電路如圖8.15所示。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院CW317和CW337典型應(yīng)用電路為了使電路正常工作，一般輸出電流不小于5mA。輸入電壓范圍在2～40V之間，輸出電壓可在1.25～37V之間調(diào)整。負(fù)載電流可達(dá)1.5A，由于調(diào)整端的輸出電流非常小（50μA）且恒定，故可將其忽略，那么輸出電壓可用下式表示：（８．１８）仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

式中，1.25V是集成穩(wěn)壓器輸出端與調(diào)整端之間的固定參考電壓UREF；R1取值120～240Ω（此值保證穩(wěn)壓器在空載時(shí)也能正常工作），調(diào)節(jié)RP可改變輸出電壓的大?。≧P取值視RL和輸出電壓的大小而確定）。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8．4開關(guān)型穩(wěn)壓電源

開關(guān)型穩(wěn)壓電路打破了傳統(tǒng)的穩(wěn)壓模式，它的調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)，即通過調(diào)整開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。由開關(guān)型穩(wěn)壓電路構(gòu)成的電源稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源具有體積小，重量輕，功耗小、穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，在家用電器及其他設(shè)備中得到越來越多的應(yīng)用。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.4.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)及分類1．特點(diǎn)在串聯(lián)穩(wěn)壓電路中，雖然電特性優(yōu)良，但調(diào)整管串接在負(fù)載回路里是它的根本弱點(diǎn)。對于輸出低電壓大電流的場合，效率非常低，三極管的發(fā)熱和散熱便成了問題，使得電源體積變大。與串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源相比，開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

(1)允許電網(wǎng)電壓變化范圍寬：當(dāng)電網(wǎng)電壓在110～260V范圍內(nèi)變化時(shí)，開關(guān)式穩(wěn)壓電源仍能獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，其直流輸出電壓的變化率保持在2％以下，而串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源允許電壓變化范圍一般為190～240V。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

(2)功耗低,效率高:效率約為80～95％,其功耗是串聯(lián)式穩(wěn)壓電源的60％左右.例如,56mm(22in)彩色電視機(jī)采用串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源功耗為150W，而采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源時(shí),功耗僅為100W左右。

(3)體積小,重量輕:不使用工頻變壓器,濾波電容小,開關(guān)調(diào)整管工作在截止、飽和兩種狀態(tài)，其發(fā)熱量小，散熱片體積也小。開頭式穩(wěn)壓電源的體積和重量要比同功率的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源小且輕。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

（4）可靠性高：在開關(guān)電源電路中，容易加入過電流、過電壓、短路等保護(hù)電路，且保護(hù)電路靈敏、可靠。（5）容易實(shí)現(xiàn)多路電壓輸出和遙控：開關(guān)電源可借助儲(chǔ)能變壓器多個(gè)不同匝數(shù)的二次繞組以獲得不同數(shù)值的輸出電壓，而且不同的電壓之間不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。還可以通過控制調(diào)整管的開關(guān)狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)對電源的遙控。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（6）電路復(fù)雜，造價(jià)較高：由于開關(guān)電源的種類多，且具有采樣、放大、反饋電路及過電壓、過電流保護(hù)電路等，故電路復(fù)雜，維修困難。另外，開關(guān)調(diào)整管工作在高壓功率下，參數(shù)要求高，或者采用厚膜電路，價(jià)格均較貴。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2．開關(guān)電源的分類開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類方法有多種多樣，按負(fù)載與儲(chǔ)能電感的連接方式分，有串聯(lián)型與并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。按不同的控制方式分，有調(diào)寬型與調(diào)頻型開關(guān)穩(wěn)壓電源。按不同的激勵(lì)方式分，有自激式與他激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。3．開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本組成開關(guān)穩(wěn)壓電源是由整流濾波電路、變換電路、開關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通和截止控制電路、采樣比較和放大電路、保護(hù)電路、抗干擾電路、直流輸出電路等組成。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院4．開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理

圖8.17a當(dāng)K1閉合后，E對C1充電，（上正下負(fù)）；當(dāng)K1斷開后，C1放電，為后級提供電源。K1閉合時(shí)間越長，則C1上充得的電壓越高，反之，C1所充電壓則較低。實(shí)際電路中，用三極管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)代替開關(guān)K1。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

圖8.17開關(guān)電源工作原理圖圖b中，在三極管V的基極加脈沖信號電壓，當(dāng)脈沖為高電平時(shí)，V飽和導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合狀態(tài)，E通過ce對C1充電（上正下負(fù)）；當(dāng)脈沖為低電平時(shí)，V截止。這說明，改變V的基極脈沖寬度，就可以改變對C1的充電時(shí)間，從而改變輸出電壓仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院用開關(guān)穩(wěn)壓管制做的電源稱為開關(guān)穩(wěn)壓電源。調(diào)整開關(guān)以一定的頻率導(dǎo)通和斷開，則在負(fù)載上得到圖8.18所示的脈沖電壓，其輸出電壓平均值為：

（8.19）式中，T為開關(guān)工作周期，t1為開關(guān)接通的持續(xù)時(shí)間，q為開關(guān)工作的占空比。

圖8.18開關(guān)型穩(wěn)壓電源輸出波形

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院據(jù)式８．１９可知，要想改變輸出電壓，可利用改變脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)的還有兩種方式。一種是固定開關(guān)的頻率，改變脈沖的寬度t1，使輸出電壓變化，稱為脈寬調(diào)制型開關(guān)電源，用PWM表示；另一種是固定脈沖寬度而改變周期，使輸出電壓變化，稱為脈沖頻率調(diào)制型開關(guān)電源，用PFM表示。

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開關(guān)電路是用電路本身形成的反饋回路來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的。當(dāng)輸入電壓Ｕi升高而引起輸出電壓升高時(shí)，我們可以將開關(guān)接通時(shí)間減小，使輸出電壓恢復(fù)到額定值。反之，當(dāng)輸入電壓Ui降低時(shí)，我們將開關(guān)接通的時(shí)間增加。調(diào)整開關(guān)通常采用三極管、可控硅和磁開關(guān)等。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院8.4.2三種類型開關(guān)電源工作原理分析

1.串聯(lián)型開關(guān)電源串聯(lián)型開關(guān)電源如圖8.19所示圖8.19串聯(lián)型開關(guān)電源仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院220V交流經(jīng)整流、C1濾波后，在C1上得到300V直流電壓（市電220V是指有效值，實(shí)際上最大可達(dá)到220=311V，故整流可得300V直流電壓），該電壓經(jīng)L1加到開關(guān)管V的集電極。V基極加有脈沖信號，當(dāng)脈沖信號高電平加到V的基極時(shí)，V飽和導(dǎo)通，300V電壓經(jīng)L1、V的ce極對Ｃ2充電,在C2上充得上正下負(fù)的電壓，充電電流在流經(jīng)L1時(shí)，L1會(huì)產(chǎn)生左正右負(fù)電動(dòng)勢阻礙電流，L2上感應(yīng)出左正右負(fù)電動(dòng)勢（同名端原因），二極管D1截止。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

當(dāng)脈沖信號低電平加到V基極時(shí)，V截止，無電流流過L1，L1馬上產(chǎn)生左負(fù)右正電動(dòng)勢，L2上感應(yīng)出左負(fù)右正電動(dòng)勢，D1導(dǎo)通，L2上電動(dòng)勢經(jīng)D1對C2充電。充電途徑：L2右正C2地D1L2

左負(fù)，結(jié)果在C2上獲得電壓U0，供給負(fù)載RL。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院穩(wěn)壓過程：若市電電壓下降會(huì)引起300V電壓也下降，如果V基極脈沖寬度不變化，則在V導(dǎo)通時(shí)，充電電流下降（因300V電壓下降），C2充電少，C2兩端電壓下降。為了保證在市電電壓下降的情況下，C2兩端電壓仍正常，可讓脈沖信號變寬，V導(dǎo)通時(shí)間長，300V電壓經(jīng)V對C2充電時(shí)間長，C2兩端電壓回升到正常值。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2.并聯(lián)型開關(guān)電源

并聯(lián)型開關(guān)電源如圖8.20所示。開關(guān)管V基極加有脈沖信號，當(dāng)脈沖信號高電平到來時(shí)，V飽和導(dǎo)通，300V電壓產(chǎn)生電流，電流流經(jīng)V的ce極、電感Ｌ1到地。電感L1的電感量很大，電流在流經(jīng)L1時(shí)，產(chǎn)生很高的上正下負(fù)電動(dòng)勢阻礙電流，同時(shí)L1儲(chǔ)存了能量。脈沖信號低電平到V時(shí)，V截止，無電流流過L1，L1馬上產(chǎn)生上負(fù)下正電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢對C2充電。

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院充電途徑是：L1下正地C2D1L1上負(fù)，在C2上充得上負(fù)下正電壓，該電壓供給負(fù)載RL。圖8.20開聯(lián)型開關(guān)電源仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院穩(wěn)壓過程：若300V電壓上升，會(huì)導(dǎo)致C2兩端電壓U0上升。這時(shí)可讓加到V基極的脈沖信號寬度變窄，V導(dǎo)通時(shí)間短，L1流過電流時(shí)間短，儲(chǔ)能減少，在V截止時(shí)，L1產(chǎn)生的上負(fù)下正電動(dòng)勢小，對C2充電少，C2兩端電壓下降，回到正常值。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院3.

變壓器耦合型開關(guān)電源變壓器耦合型開關(guān)電源如圖8.21所示。圖8.21變壓器耦合型開關(guān)電源

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院300V電壓經(jīng)L1加到開關(guān)管V的集電極，與此同時(shí)，脈沖信號加到V的基極，當(dāng)脈沖信號高電平到來時(shí)，V飽和導(dǎo)通，有電流流過L1，L1產(chǎn)生上正下負(fù)電動(dòng)勢阻礙電流，由于同名端的原因，L2感應(yīng)出上負(fù)下正電動(dòng)勢，D1截止。當(dāng)脈沖信號低電平加到V基極時(shí)，V截止，L1馬上產(chǎn)生上負(fù)下正電動(dòng)勢，L2上感應(yīng)出上正下負(fù)電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢經(jīng)D1對C2充電，在C2上充得上正下負(fù)電壓U0，供給后級電路。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院穩(wěn)壓過程：若市電下降300V電壓下降L1儲(chǔ)能少，產(chǎn)生電動(dòng)勢低輸出電壓U0下降。這時(shí)可讓V基極脈沖變寬，V導(dǎo)通時(shí)間長，L1儲(chǔ)能多，在V截止時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢高，L2感應(yīng)電動(dòng)勢高，它對C2充電，C2兩端電壓上升到正常值。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院從圖8.21中可以看出，這種開關(guān)變壓器有兩種地，其中C1負(fù)端的地稱為熱地，因?yàn)樵摰嘏c220V市電只隔一個(gè)整流二極管，二極管還會(huì)導(dǎo)通，所以熱地帶電，在檢修時(shí)手不要接觸；C2負(fù)端的地稱為冷地，它通過變壓器與電源電路隔開，故冷地不帶電。前面分析的串聯(lián)型和并聯(lián)型開關(guān)電源只有熱地，采用這種電源電路的電視機(jī)整機(jī)都帶電。變壓器耦合開關(guān)電源有熱地和冷地，除電源電路外，其他電路都是冷地，故采用變壓器耦合型的開關(guān)電源較安全，很多電視機(jī)都采用這種類型的開關(guān)電源。仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械