电子线路基础第7章ppt课件

1、第7章 直流稳压电源7.1 整流与滤波整流与滤波7.2 单向可控整流电路单向可控整流电路7.3 线性集成稳压器线性集成稳压器7.4 开关型稳压电源开关型稳压电源第第 7 章章 直流稳压电源直流稳压电源返回主目录第7章 直流稳压电源7.1.1 半波整流电路半波整流电路7.1.2 全波整流电路全波整流电路7.1.3 桥式整流电路桥式整流电路7.1.4 倍压整流电路倍压整流电路7.1.5 平滑滤波器平滑滤波器7.1.6 整流电路设计举例整流电路设计举例7.1.7 稳压电源的主要性能指标稳压电源的主要性能指标 7.1 整流与滤波整流与滤波第7章 直流稳压电源第第 7章章 直流稳压电源直流稳压电源7.1

2、整整 流流 与与 滤滤 波波 所谓整流，就是利用二极管的单向导电特性，所谓整流，就是利用二极管的单向导电特性，将具有正负两个极性的交流电能变换成只有一个极将具有正负两个极性的交流电能变换成只有一个极性的电能。整流后的单极性电能不仅包含有用的直性的电能。整流后的单极性电能不仅包含有用的直流分量，还有有害的交流分量，通常称为波纹。我流分量，还有有害的交流分量，通常称为波纹。我们利用滤波电路滤去交流分量，取出直流分量，就们利用滤波电路滤去交流分量，取出直流分量，就得到比较平滑的直流电。得到比较平滑的直流电。 由于采用滤波器的目的只是为了得到一个平滑由于采用滤波器的目的只是为了得到一个平滑的直流，的直

3、流， 故滤波器又称平滑滤波器。中小型电源一故滤波器又称平滑滤波器。中小型电源一般以单相交流电能为能源，因此本节只讨论单相整般以单相交流电能为能源，因此本节只讨论单相整流电路。整流电路可分为半波、流电路。整流电路可分为半波、 全波、桥式和倍压全波、桥式和倍压整流电路整流电路4种。种。 第7章 直流稳压电源 7.1.1 半波整流电路半波整流电路 半波整流电路如图半波整流电路如图7 - 1(a)所示。图中电源变压器所示。图中电源变压器T的作用是将电网的交流电压变换成整流电路所需的的作用是将电网的交流电压变换成整流电路所需的数值，数值， 它的初级和交流电网相连。它的初级和交流电网相连。VD为整流二极管

4、，为整流二极管，RL为负载。为负载。 由图由图7 - 1(a)可知，可知， 变压器次级的感应电压为变压器次级的感应电压为u2U2msint U2sint。由二极管的特性，在。由二极管的特性，在RL两端可以得到单向脉动电压，如图两端可以得到单向脉动电压，如图7 - 1(b)所示。所示。根据傅立叶分析可知根据傅立叶分析可知:2.)4cos1522cos32sin211(2wtwtwtUumo第7章 直流稳压电源图 7 1 半波整流电路220 Vu21VD2uDRLiLuoT(a)u200iL240uoU2muD0(b)U2mtttt244223 4第7章 直流稳压电源 从式(7 - 1)可以看出，

5、基波分量振幅(U2m2)比直流分量(U2m/)还要大。因而，必须加接低通滤波器，如图7 - 2(a)所示。 在交流电刚接上时，电容中本来没有电荷， 电容上电压从零开始上升，充电速度取决于充电电路的时间常数(rdRL)C。由于rdIG1)时的晶闸管的伏安特性。 第7章 直流稳压电源图 7- 12 晶闸管伏安特性 iA0uAK反向区截止区导通区IHUBRUGO击穿区IG2IG1IG 0第7章 直流稳压电源 对于已经导通的晶闸管，逐渐减小其阳极电压，使阳极电流iA逐渐减小到刚好小于维持电流IH时，晶闸管就从导通状态转为截止状态。 晶闸管的反向特性与一般二极管相似。在反向漏电流急剧增大时，所对应的电压

6、为反向击穿电压UBR。 第7章 直流稳压电源 7.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻负载单相半波可控整流电路如图电阻负载单相半波可控整流电路如图7- 13(a)所所示，交流输入电压示，交流输入电压ui、触发电压、触发电压ug的波形分别如图的波形分别如图1- 13(b)和和(c)所示。所示。 在在ui正半周内，晶闸管承受正向电正半周内，晶闸管承受正向电压。但是，在压。但是，在0之间，之间， 由于控制极未加入触发电由于控制极未加入触发电压压ug，所以晶闸管处于正向阻断状态。，所以晶闸管处于正向阻断状态。 如果忽略晶如果忽略晶闸管的正向漏电流，流过负载闸管的正向漏电流，流过负载R

7、L的电流的电流iL就等于零，就等于零，负载两端的电压负载两端的电压uL也为零。负载电压也为零。负载电压uL的波形如图的波形如图7- 13(d)所示。所示。 当当t时，晶闸管时，晶闸管V因得到触发电压而导通。因得到触发电压而导通。如果忽略晶闸管的正向压降，负载电压的瞬时值如果忽略晶闸管的正向压降，负载电压的瞬时值uL就等于交流输入电压的瞬时值就等于交流输入电压的瞬时值ui。负载电流。负载电流iL的波的波形与负载电压的波形相似。形与负载电压的波形相似。 第7章 直流稳压电源图 7- 13 电阻负载单相半波可控整流电路及其波形ui0(a)uiiLuTRLuL(b)uT0(e)uL0(d)iLuLiL

8、uG0(c)VGtttt第7章 直流稳压电源 当t时，输入交流电压ui下降到零，负载电流iL也下降到零。晶闸管因流过它的电流为零而关断。 在正向阳极电压作用下，晶闸管不导通的电角度称为控制角，通常用来表示。晶闸管导通的电角度称为导通角，用表示。显然，在这种半波可控整流电路中，导通角。 在2之间，晶闸管承受反向电压，无论控制极有无触发电压，晶闸管均处于反向阻断状态。输入电压ui全部加在晶闸管两端，如图7- 13(e)所示。此时，负载电压和电流均等于零， 一直到ui的下一个正半周并且触发脉冲加到控制极时，晶闸管才重新导通。 第7章 直流稳压电源 改变控制角，负载电压的波形将改变，从而使输出负载电压

9、的平均值改变。在晶闸管导通期间()，忽略晶闸管的正向压降，输出负载电压uL就等于输入电压ui。因而，在一个周期内，负载电压平均值UL为 2cos145. 0| )cos(22)()sin2(21aUwtUwtdwtUUiaiiaL 由式(7- 9)可以看出，在交流输入电压有效值Ui保持不变的情况下，负载电压平均值随着控制角的减小而增加。当0, 该电路与不可控整流电路的工作过程完全相同。这时负载电压平均值UL等于0.45Ui，晶闸管的这种工作状态称为全导通状态。 第7章 直流稳压电源 当180时，负载电压平均值UL0。该电路触发脉冲的相移范围为180。 由式(7- 9)可以得到负载电流平均值IL

10、为2cos145. 0aRURUILiLLL 为了避免晶闸管过热，选择晶闸管时，必须考虑流过晶闸管的负载电流的有效值。 根据图7- 13(d)所示的波形可知， 负载电压有效值U应为22sin41)()cos2(212aaUwtdwtUUiai第7章 直流稳压电源于是负载电流的有效值I为 22sin41aaRURUILiL 从波形图7- 13(e)可以看出，当在0之间变化时， 晶闸管承受的正向(或反向)电压的最大值UTm为交流输入电压的最大值Uim，即 UTmUim 应当指出，在实际应用中，为了避免晶闸管因电源瞬时过压而损坏，晶闸管的额定电压必须为(1.52)UTm。 iU2第7章 直流稳压电源

11、 7.2.3 单相桥式可控整流电路 单相桥式可控整流电路如图7- 14 所示。其中，图 7- 14(a)所示电路由 4 只晶闸管组成，通常称为单相桥式全控整流电路。图 7- 14(b)所示电路由两只晶闸管和两只整流二极管组成, 通常称为单相桥式半控整流电路。由于全控整流电路需用 4 只晶闸管，所以触发电路比较复杂，因而，在通信整流设备中一般都采用桥式半控整流电路。下面只介绍单相桥式半控整流电路。 假设输入电压ui如图7- 15(a)所示，在t处给晶闸管V1加入触发脉冲，在t 处给晶闸管V2加入触发脉冲，如图(b)所示。在输入电源电压正半周内，桥式电路中A端电位高于B端电位，晶闸管V1和整流管V

12、D2承受正向电压，VD2导通。 第7章 直流稳压电源图 7- 14单相桥式可控整流电路 （a） 全控； （b） 半控RLuiABV1V2V4V3(a)RLuiABV1V2VD2VD1(b)UoCD第7章 直流稳压电源图 7- 15电阻负载单相桥式半控整流电路的波形uiO(a)uGO(b)iLO(c)uLO(d)uV1O(e) ttttt第7章 直流稳压电源 但在0之间，晶闸管V1因未得到触发电压而不能导通， 因而， 输出负载电流iL与输出负载电压uL均等于零，如图 7- 15(c)和(d)所示。在此期间，由于整流管VD2的导通压降接近于零，所以晶闸管V1承受的电压基本上等于输入电源电压ui，如

13、图 7- 15(e)所示。 在之间， 晶闸管V1和整流管VD2均处于导通状态， 忽略V1和VD2的正向电压降，A点与C点同电位，B点与D点同电位， 因此负载电压uL就等于输入电源电压ui。 第7章 直流稳压电源 在输入电源电压ui负半周内，B点电位高于A点电位，V2和VD1承受正向电压，VD1导通。但是在期间，V2因未得到触发电压而不能导通，因而，负载电流iL和负载电压uL均等于零。 在+2期间，V2和VD1都处于导通状态，输出电压uL等于输入电源电压ui。在此期间，由于V2处于导通状态，B点与C点同电位，所以VD2承受的反向电压等于ui。 从输出电压uL的波形可以看出， 在一个周期内，负载电

14、压平均值UL为2cos19 . 0)(sin21awtwtdUUiaL第7章 直流稳压电源 将式(7- 14)与式(7- 9)加以比较可以看出， 当输入电压和控制角都相等时， 桥式整流电路的整流电压平均值为半波整流电路的两倍。当0时，晶闸管全导通，UL0.9Ui。该值与不可控桥式整流电路输出电压平均值完全相等。当180时，负载电压等于零。因而，触发脉冲的移相范围为180。 负载电流平均值为 2cos19 . 0aRURUILiLLL 由晶闸管和二极管两端电压的波形可以看出， 晶闸管承受的最大正、反向电压UTm和二极管承受的最大反向电压Udrmax均为输入电源电压的最大值，即 idrTmUUU2

15、max第7章 直流稳压电源 7.2.4 单结管触发电路 晶闸管导通并能正常工作的条件是：除在阳极与阴极之间加上正向电压外，还必须在控制极与阴极之间加上适当的触发信号。产生和控制触发信号的电路称为晶闸管触发电路。 为了保证晶闸管的可靠工作，对触发信号有以下几点要求： (1) 触发时能够提供足够的触发脉冲电压和电流， 通常要求触发电压幅度为410V。 (2) 为使触发时间准确, 触发脉冲的前沿要陡, 一般要求前沿时间小于10 s。 (3) 触发脉冲要有足够的宽度， 实践证明, 触发脉冲的宽度最好取2050 s。 第7章 直流稳压电源 (4) 触发信号必须与主电路的交流电源同步。 只有主电路中的晶闸

16、管在每个周期的导通角相等时， 整流电路才能正常工作。 (5) 为了均匀地调整晶闸管的导通角，触发信号的相位应能连续可调，并要求有足够宽的移相范围。对于单相可控整流电路， 移相范围要求接近或大于150。 (6) 晶闸管不应导通时，触发电路输出的漏电电压不应超过0.25V，以免发生误导通。 同时满足上述要求才能使可控整流电路可靠而稳定地工作。触发电路的种类很多，这里只介绍目前应用较为普遍的单结管触发电路。 第7章 直流稳压电源图 7- 16 单结管结构及符号P区PN结EB2B1N型硅片B2B1EA第7章 直流稳压电源 1. 单结管的结构及特性 单结管是单结晶体管(UJT)的简称，又称为双基极晶体管

17、。它的内部结构和符号如图7- 16所示。 在一个N型硅片上下两端各引出一个电极：下边的称为第一基极B1，上边的称为第二基极B2(故称双基极晶体管)，在硅片的另一侧靠近B2的部位掺入P型杂质，引出电极，称为发射极E, 发射极与N型硅片间构成一个PN结， 故称单结管。 单结管的等效电路如图7- 17(a)虚线框内所示， 外接实验用电源EB及EE。图 7- 17(b)是单结管的特性曲线。自PN结A点至两个基极B1、B2之间的等效电阻分别为rB1、rB2。当接上电源EB后，A点与B1之间的电压为第7章 直流稳压电源图 7- 17单结管等效电路及特性曲线(a) 等效电路； (b) 特性曲线(未按比例)U

18、DrB2(a)rB1RuEB1iEUAUBBEBEE(b)uEB1截止区负阻区饱和区0AIPIVUPPVBiEUAArEB1第7章 直流稳压电源BBBBBBBAUUrrrU211 式中rB1/(rB1rB2)称为单结管的分压比，其数值主要与管子的结构有关，一般在0.50.8之间。EE为加在发射极回路的可调电源。当uEB1从零开始增加且低于UA时，PN结处于反向偏置，仅有反向电流流过PN结，rB1呈现很大的电阻，单结管处于截止状态，见特性曲线AP段。 当uEB1UDUA(UD为PN结的死区电压)，PN结承受正向电压，从P区向N型硅片注入的空穴与电子复合，使rB1急剧减小，iE迅速增加，发射极电压

19、uEB1随着iE的增加而减小，呈现出负阻特性，见特性曲线PV段。第7章 直流稳压电源 对应峰点的电流称为峰点电流IP。曲线中V点称为谷点， 对应V点的电压电流值分别称为谷点电压UV和谷点电流IV。 2. 单结管触发电路工作原理 单结管振荡电路如图7- 18(a)所示，这是一种应用广泛的自激振荡电路。通常R1和R2的阻值远小于单结管两基极间的电阻r BB，所以单结管两基极间的电压UBBEB。当单结管截止时，电源EB经R对C充电，电容器C两端的电压uC(等于uE)按指数规律升高，如图 7- 18(b)所示。 第7章 直流稳压电源图 7- 18 单结管振荡电路R2(a)RUBBEBi充(b)iE0I

20、NPVuER1i放CuC uEEB2B1iEiB2NIVIPUVUPt0uCUVUPUBB放电充电t0t1t2TuR1t0iB2 R1IMR1IVR1第7章 直流稳压电源 当uC上升到单结管的峰点电压UP时，单结管突然导通， 电容C经R1和单结管放电，uR1突然升高。因为uC不能突变，所以放电开始时，uE不变，但iE由IP突增至IN，如图 7- 18(c)所示。随着C不断放电，uC(uE)逐渐降至谷点电压UV， iE也由IN逐渐减小到谷点电流IV，UR1也逐渐减小到IVR1。 当uC(uE) UV时，iE由谷点电流IV突然减至反向饱和电流IS，uR1也由IVR1突然降至最低限度iB2R1。iB

21、2为单结管截止时流过基极B2、B1的电流。以后，重复上述过程。这样在R1两端就得到一系列前沿很陡的周期性尖顶脉冲，如图7- 18(b)所示。 第7章 直流稳压电源 改变R的阻值，即可改变uC上升到UP所需的时间，因此可以调整输出脉冲的周期T或频率f。 3. 同步和移相方法 上述的单结管振荡电路还不能直接用于晶闸管整流电路中， 因为可控整流电路还要求触发脉冲与主电路的电源电压同步。 单结管同步触发电路如图7- 19(a)所示。它是采用变压器实现同步的。它的初级绕组与主电路由同一个交流电源供电，电源u1经变压器T降压后进行整流，得到图 7- 19(b)中ui波形；再经电阻R3和稳压管VZ削波，得到

22、uZ波形。它是个梯形波，用它作为单结管振荡电路的同步电源。 第7章 直流稳压电源 当交流电源电压u2过零时，uZ也过零，即单结管的uBB=0于是uP也近似为零，单结管E、B1之间导通。所以电容C将迅速放完所存电荷，uC迅速降为零值。当u2再次过零变为正时， uC又从零值开始升高，重复上述过程。这样就保证了触发电路与主电路之间严格的同步关系，结果，在各个周期中， 晶闸管的导通角相同。各点波形如图 7- 19(b)所示。 在图7- 19(a)所示的电路中，人工调整R，即可改变第一个触发脉冲的相位。R减小，产生脉冲的数目增多，则第一个脉冲发出的时刻往前移，uo波形上的角减小，增大，整流电压平均值uo

23、升高，达到调节uo的目的。其移相范围主要取决于经削波后梯形波平顶段的电压，而且电容C充电也必须占有一定的时间， 所以小于180，移相范围约为140。 第7章 直流稳压电源图 7- 19 单结管同步触发电路RLV1V2VD1(a)uoVD2uiR1uGRVZuZCuCR2V3R3u2T0uu1u20uuiuZuR3uCuG0UVUPuo0UoUo(b)u1tttt第7章 直流稳压电源7.3.1 三端固定电压式集成稳压器三端固定电压式集成稳压器7.3.2 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器7.3.3 正、负跟踪可调集成稳压器正、负跟踪可调集成稳压器 7.3 线性集成稳压器线性集成稳压器第7章

24、 直流稳压电源7.3 线性集成稳压器线性集成稳压器 集成稳压器与一般分立元件的稳压器比较，具有稳压性能好，可靠性高，组装和调试方便等优点，因此获得了广泛的应用。目前集成稳压器已发展到数百个品种，常用的有下列几种： (1) 三端固定电压式集成稳压器。这类稳压器有输入、 输出和公共端这3个端子。输出电压由制造厂家预先调整好， 使用时不能调节。采用F-1，F-2型等标准晶体管外壳，或S-7型功率塑料外壳，常用的有 W78XX系列和W79XX系列等。 (2) 三端电压可调式集成稳压器。 这种稳压器有万能通用电源之称，外接少量元件就可以得到较大范围内的输出电压， 使用十分方便，并能获得高的稳压精度。常用

25、的有LM11/217/317和LM137/237/337等。 第7章 直流稳压电源 (3) 跟踪稳压器(正、 负电源集成稳压器)。在要求正负电源对称的场合(如运算放大器等)， 就需采用跟踪稳压器。 跟踪稳压器能保证正、负输出电压始终是平衡的，中点始终为地电位，具有自动跟踪能力。常用的有MC1568MC1468等。 (4) 浮置稳压器。如果要求输出电压的最大值超过40 V，可采用MC1466MC1566型浮置稳压器。虽然一般线性集成稳压器也可用扩展电压的方法提高输出电压，但其输出电压的调节范围不可能做到浮置稳压器那么宽。 第7章 直流稳压电源 7.3.1 三端固定电压式集成稳压器 1 基本原理

26、W78MXX系列、W78XX系列和W78LXX系列是三端固定正压集成稳压器。3 个系列的区别是输出电流不同，W78MXX为0.5 ， 78XX为1.5 ， 78LXX为0.1 。W79MXX系列、W79XX系列和79LXX系列是三端固定负压集成稳压器， 与W78MXX系列、 W78XX系列和W78LXX系列相对应。XX表示输出电压的大小，例如XX为05，则表示输出电压为5V，如果XX为12，则表示输出电压为12 V。输出电压主要有： 第7章 直流稳压电源 5 V、6 V、9 V、 12 V、15 V及24 V。 W78MXX系列、 W78XX系列和W78LXX系列的引脚图如图7- 20所示，

27、W79MXX系列、W79XX系列和79LXX系列的引脚图如图7- 21所示。三端固定电压式集成稳压器原理框图和芯片内部电路分别如图7- 22(a)、 (b)所示。可以看出，它由基准电压源、 比较放大器、 调整电路和取样电路等组成。 1) 基准电压源 基准电压源的电压值是决定集成稳压器输出电压的重要部分，要求其内阻小，稳定性高， 图 7- 22(b)中的Z1、12和电阻4、5、6、R18构成基准电压源。 由图可知 第7章 直流稳压电源第7章 直流稳压电源第7章 直流稳压电源图 7- 22 三端固定电压式集成稳定器 比较放大器取样电路基准电压源调整电路UoRLUI(a)R18R4V12R5R6VZ

28、1V14R7V13V10V5V6R15V7V1V2R3R10R8V8V9R9V11R16R2CV3V4R14R20R19公共输出输入R17R11R12V15V16V17R13VZ2(b)R1UR第7章 直流稳压电源)(76765121RRRRRUUUBEZR 当Z、BE12具有相同的温度系数时，基准电压UR就具有零温漂的特性。 ) 比较放大器 比较放大器将取样电压与基准电压的差值放大后， 去控制调整电路的输出电压，要求具有高增益、低温漂和低噪声性能， 图 7- 22(b)中虚线内所示即为比较放大器，其基本结构与F007的输入级和中间级相同。 第7章 直流稳压电源 ) 调整电路 调整电路受比较器

29、控制来调整输出电压，要求有足够的电流和承受较大的耗散功率，图中的16、17构成复合电路。 ) 取样电路 取样电路取出输出电压的一部分送至比较放大器， 由图中的R19、R20组成。稳压器输出电压可按下式计算: Uo ) 保护电路 保护电路是为了保证集成稳压器安全工作所必需的附加电路，包含过流保护、芯片过热保护和调整管安全工作区域保护电路。 192319RRRUR第7章 直流稳压电源 过流保护电路由R11和15组成，R11接在调整管17的发射极与输出端之间。当输出电流超过规定值时，R11两端的压降超过0.7，16、V17基极电位下降， 从而限制了输出电流的最大值。 R12、R13、 VZ2和V15

30、组成调整管安全工作区保护电路。 当输出电流小于容许电流时，17的集射极电压被限制在一定的范围内(约V)。 超过这个范围时， 稳压管VZ2导通，R13、 VZ2支路内的部分电流注入到V15基极，使V15导通，从而限制V17的电流。 第7章 直流稳压电源 V17上的集射极电压越高，V15的基极电流就越大，V17的集电极电流也就减少越多，因而，V17的工作电压和电流都可保护在安全工作区域内，这样就能防止二次击穿现象。 芯片过热保护电路由R7及V14组成。R7是正温度系数的扩散电阻，V14的EB结具有负的温度系数，V14的集电极与V16的基极相连。当温度较低时，R7两端的压降不能使V14导通，V14对

31、输出管V16没有影响。当芯片温度达到临界值时，R7两端的压降升高，V14导通，它的集电极电位降低，V16、V17输出电流减小，因此芯片的功耗减小，芯片的温度降低。 第7章 直流稳压电源 2. 典型应用 各种三端固定电压集成稳压器无论采用何种电路， 应用方法都是相同的，图7- 23(a)和(b)分别是W78M05和W79M15集成稳压器的实际应用电路。输入端电容C1用来减小输入电压中的波纹。输出端电容C2 用来改善瞬态负载响应特性。应该按要求的输出电压和输出电流选用适当的型号。 3 扩展应用 1) 提高输出电压的方法 三端固定电压集成稳压器的最高输出电压为24V。当需要提高输出电压时，可以采用图

32、7- 24(a)所示的升压电路，电阻R1两端电压为稳压器的标称输出电压。 整个稳压电源的输出电压Uo由下式决定: 第7章 直流稳压电源图 7- 23 集成稳压器的应用电路(a)W 78M05132UoU2 10 V C10.33 F C20.1 F(b)W 79M15321Ui( 23 V) C10.33 FC20.1 FUo( 15 V)第7章 直流稳压电源图 7- 24 提高输出电压的方法(a)W 78132UoUiR1R2UXXIQ(b)W 79213UoUiR2R1UXXIQ第7章 直流稳压电源21221)1 ()(RIURRRIRUUUQXXQXXXXO 式中，UXX为三端稳压器W7

33、8XX的标称输出电压；IQ为三端稳压器W78XX的静态工作电流。一般三端稳压器的IQ约为几个毫安。当R1、R2的阻值较小时，静态电流IQ在电阻R2两端的电压降IQR2可以忽略。这样式(7- 28)就可近似为 Uo(1 从式(7- 22)可以看出，输出电压仅与R2/R1的比值和UXX有关。这种接法的缺点是，当输入电压变化时， 稳压器的静态电流IQ也变化，IQ的变化将降低稳压器的稳压精度。 XXURR)12第7章 直流稳压电源 对于输出负电压的集成稳压器， 可以采用图 7- 22(b)所示的升压电路。 2) 扩展输出电流的电路 三端稳压器可以通过外接功率管来扩展输出电流， 如图7- 25所示。图

34、7- 25(a)中外接的PNP管与W78MXX中的NPN调整管组成复合管，使用时应根据所需的负载电流选用适当的外接晶体管。 由于通过R1的电流流有W78MXX的空载电流和部分负载电流， 故阻值不宜大，一般约几欧姆。为了避免外接调整管因过流而损坏， 应增加如图7- 25(b)所示的限流保护电路。该稳压电源输出的最大电流由下式决定：第7章 直流稳压电源图 7- 25 扩展输出电流电路(a)W78M132UoUi0.33 F0.1 F(b)3R1V13AD30IoW78M132UoUi0.33 F0.1 F3 R1V13AD30R3AX62V2Io第7章 直流稳压电源RVRIIEBcm3 . 02

35、3) 跟踪稳压电源 图7- 26所示的稳压器使用W78MXX做正电源，用运算放大器和功率管做成跟踪正电源变化的负电源。跟踪原理如下： 当+Uo和-Uo绝对值相等时，007反相输入端的电位就为零。 当Ui或负载变化而使+Uo升高时, 则运算放大器007反相输入端的电位就大于零，007的输出(即V基极电位)就变得更负。 和1组成射极跟随器，其输出电压(-Uo)就要跟随基极电位的变负而更负。反之亦然。从而实现了二者的跟踪关系。 第7章 直流稳压电源图 7- 26 跟踪稳压电源电路 3UiR1W78M217 F0075.1 kR2236V23AX62Ui Uo Uo5.1 k43AD30V1第7章 直

36、流稳压电源 4) 高输入电压电路 当实际输入电压超过指标中规定的最高输入电压时， 可以在三端稳压器输入端加一级简单的稳压电路，降去一部分电压， 如图7- 27所示。图 7- 27a中的集成稳压器的输入电压为Ui=Ui-(UZ+UBE)， 图 7- 27b中的集成稳压器的输入电压为Ui=UZ-UBE。 第7章 直流稳压电源图 7- 27 高输入电压电路(a)78UoUI0.33 F0.1 FRVZVUI(b)78UoUI0.33 F0.1 FRVZVUI第7章 直流稳压电源 7.3.2 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 1. 117217317系列系列 117系列是输出电压为系列是输出电

37、压为1.2 37V的可调式三端线的可调式三端线性集成稳压器。性集成稳压器。117系列的引脚图和原理图如图系列的引脚图和原理图如图7- 28所示。所示。 使用时，只要稳压器输入与输出的电压差在使用时，只要稳压器输入与输出的电压差在340V之间，之间， 117系列的稳压器就能正常工作。其典型系列的稳压器就能正常工作。其典型应用电路如图应用电路如图7- 29(a)所示。工作时，所示。工作时，LM117的输出的输出和调节端之间形成和调节端之间形成1.25V的基准电压的基准电压UREF，该基准，该基准电压加在设定电阻电压加在设定电阻R1上，产生恒定电流。上，产生恒定电流。 该电流再该电流再流过输出设定电

38、阻流过输出设定电阻R2。因而输出电压为。因而输出电压为 第7章 直流稳压电源图 7- 28 117系列的引脚图和原理图INADJOUT123213OUTINADJINADJOUT213(a)UiADJ保护电路Uo0.2 500 50 mA比较放大(b)第7章 直流稳压电源图 7- 29 117系列稳压器应用电路VD1(b)UILM117UIR1R2ADJ(a)LM117UoUiUoUoADJR1R2VD2C3C2C15 k240 LM117UIR1R2ADJ(c)UoVZR3第7章 直流稳压电源112)1 (RIRRUUADJREFO 117系列稳压器本身具有较高的稳压精度，但调整端通过电阻R

39、2接地，这样输出电压的精度会受到R2和调整端电流变化的影响。为消除R2的影响，可以采用高精度稳压管代替电阻R2，其电路如图7- 29c所示，R3用以微调输出电压。输出电压为 )1)(23RRUUUZREFO第7章 直流稳压电源 2. LM137237337系列 LM137237337系列是输出电压为-1.2-37的可调式三端线性集成稳压器。同117系列类似，LM137系列稳压器需要外接两个电阻来决定输出电压，其典型应用电路如图7 - 30所示。 输出电压连续可调，可正、可负的稳压电源可以用LM117和LM137来实现。其电路如图7- 31所示。该电路的输出电压为1220 。 3.LM19639

40、6 LM196/396大电流可调稳压器可以在1.2515输出电压范围内提供大于10 A的输出电流，芯片的耗散功率可达70W。 第7章 直流稳压电源图 7- 30 137系列应用电路 OUTADJIN123213OUTINADJ(a)(b)UILM137 UoUiUoADJR1R2C1C2120 1 F1 F第7章 直流稳压电源图 7- 31 正、负可调输出稳压电源1 FUoUi(25 V)(1.220 V)LM117Ui(25 V)Uo(1.220 V)LM137ADJ1 F2 k2 k120 1120 110 F10 F0.1 F0.1 FADJ第7章 直流稳压电源 LM196的引脚和典型应

41、用电路如图7- 32所示。其输出电压为 VRRUO)1 (25. 112 电阻R1和R2需选用温度系数小的电阻如金属膜电阻，其误差应小于1%。 C3是用于改善纹波抑制比和噪声(也可以不用该电容)。 如果采用C3，C2必须选用1F以上的电容，并靠近稳压器输出端连接。C3和C2均应为钽电容。当电源的滤波电容距离稳压器较远时才采用C1，并且要用较粗的引线，在尽量靠近稳压器输入端的地方连接。 第7章 直流稳压电源图 7- 32LM196引脚和典型应用电路(a) LM196引脚; (b) LM196典型应用电路IN123(a)(b)UiR2C1C2OUTADJLM196ADJUoUiUoRLC3R1第7

42、章 直流稳压电源 7.3.3 正、负跟踪可调集成稳压器正、负跟踪可调集成稳压器 在需要正、负极性电压源，同时要求这种电源在需要正、负极性电压源，同时要求这种电源能够在外界电网电压波动及负载电流发生变化时有能够在外界电网电压波动及负载电流发生变化时有较好的正、负跟踪特性和优良的稳定性时，可以采较好的正、负跟踪特性和优良的稳定性时，可以采用用CW4194正负跟踪可调集成稳压器。正负跟踪可调集成稳压器。 CW4194由基准电压及高稳定度恒流源电路、误由基准电压及高稳定度恒流源电路、误差信号放大电路、正负电压跟踪电路及其他电路差信号放大电路、正负电压跟踪电路及其他电路(快快速启动电路、内部偏置电路、芯

43、片过热关闭电路、速启动电路、内部偏置电路、芯片过热关闭电路、输出过流及短路保护电路输出过流及短路保护电路)组成，内部框图如图组成，内部框图如图7- 33所示。所示。 第7章 直流稳压电源图 7- 33CW4194的内部框图1234567141312111098 Ui Uo Uo UiNCCBALCNCNCNCGNRSETRo20 k热保护3R100A电流源20 kR第7章 直流稳压电源 CW4194典型应用电路如图7- 34(a)所示。 当外接电阻0在016.8变化时，输出电压变化范围为0.0542， 外接电容C0用于补偿和消除振荡。 在需要较大输出电流的场合(如功率放大器BTL、OCL电路中

44、)，在CW4194典型应用电路上加扩流电路即可满足要求， 如图7- 34(b)所示。 第7章 直流稳压电源图 7- 34CW4194应用电路(a) 典型应用电路; (b)扩流应用电路 RC(a)0.001 F UI UI0.001 F71.5 kRoRARB4.7 FCo4.7 FCo Uo Uo14731411125108CW4194147311112510 8 UI UI47 Rs71.5 kC0.1 FV2RscV1V4 3DG123DD(ICM5A , VCE60 V)Ro Uo UoCo100 FCo100 FC0.1 FRscV33DG123CD(ICM5A , VCE60 V)(

45、b)47 第7章 直流稳压电源7.4.1 开关稳压电源的基本原理开关稳压电源的基本原理7.4.2 集成开关稳压器集成开关稳压器 7.4 开关型稳压电源开关型稳压电源第7章 直流稳压电源7.4 开关型稳压电源开关型稳压电源 线性稳压电源具有稳定性好、波纹小，瞬态响应快、线路简单、工作可靠等优点，然而由于功率调整器件串联在负载回路里，而且工作在线性区，因此功率转换效率比较低。为了提高效率，降低稳压电源的重量和体积，从20世纪60年代中期开始，开关稳压电源在国内外得到迅速的发展和广泛的应用。 开关稳压器中调整管处于开关工作状态，即由截止到饱和及由饱和到截止两种状态，大大地减小了功耗。另外，开关稳压器

46、还可以将低电压变换成稳定的高电压，或转换极性等。它的主要缺点是输出电压纹波较大， 电路比较复杂。 第7章 直流稳压电源 7.4.1 开关稳压电源的基本原理 开关稳压电源的方框图如图7- 35所示。图中50Hz市电通过输入回路中的整流器和滤波器转换成直流电压输入高频变换器。高频变换器把输入的直流电压转变为高频(20kHz)脉冲方波电压，该脉冲方波电压通过输出回路中的高频整流器和滤波器变成直流电压供给负载。高频变换器是开关稳压电源的核心。它和输出回路一起组成开关稳压电源的主回路。稳定输出电压的任务是由控制电路来完成的。控制电路内部包含有基准电源，振荡频率由外接电阻RT和电容CT决定的振荡器，比较放

47、大器，脉宽调制器(或脉频调制器)等。 第7章 直流稳压电源图 7- 35 开关稳压电源方框图高频整流器和滤波器高频变换器输入整流器和滤波器电源5060 HzDC20500 kHzDC脉宽或脉频调制器振荡器基准电源比较放大器输出负载控制电路第7章 直流稳压电源 控制电路稳定输出电压的原理为：当负载RL的阻值增大或输入电网电压升高而引起开关稳压电源的输出电压轻微上升时，控制电路就能使高频变换器输出的脉冲方波的宽度变窄(或开关频率降低)，从而使开关稳压电源的输出电压下降， 起到稳定输出电压的作用；反之，当电网电压下降引起输出电压下降时，控制电路使高频变换器输出的脉冲方波的宽度展宽(或开关频率升高)，

48、从而使输出电压上升。 1. 串联型脉宽调制式开关稳压电路 串联型脉宽调制式开关稳压电路的主要回路如图7- 36所示。 图中功率开关管、输入电压、输出电压三者串联，故称串联型。 第7章 直流稳压电源图 7- 36 串联型脉宽调制式开关稳压电路UIVLuLUIVDCUoRL(a)0tTTonToffUI UI0tUI Uo UouL0tIDiLILmILmtiC00tUouo(b)iCiL第7章 直流稳压电源 在、L、C、D均为理想元件的情况下，当开关管基极上加有正脉冲电压时，导通，此时电感L两端的电压为Ui-Uo，电压极性是左正右负，D处于反偏截止，L上流过一个线性增长的电流，将从最小值ILm开

49、始增加。此电流先向负载RL输送电流(此时电感上的电流低于负载电流，故C向RL放电)。当电感上电流大于RL上电流时，电感上电流一方面向C充电，另一方面向RL输送，在此期间， 电感上逐步积累磁能。 当开关管基极上无脉冲电压或加有负脉冲电压时，截止， L上的电压极性发生反转，即变为左负右正，导通，先前储存在L中的磁能开始转换成电流而释放。 第7章 直流稳压电源 此电流一方面向RL提供电流以维持RL中电流的连续性； 另一方面先向电容C充电(当电感中的电流大于负载电流时)， 继而向RL放电(当电感中的电流小于负载电流时)，此期间电感L上的电压被钳位于Uo。电感L及电容C上的电压、电流波形如图7- 36(

50、b)所示。由uL波形得到 (Ui-Uo)Ton=UoToff即ionioffononioUKTTUTTTUU第7章 直流稳压电源 式中，k=Ton/T称为时间比例系数。 改变k就能改变输出直流电压Uo。由式(7- 27)可以看出，改变脉冲宽度Ton稳定输出电压。例如因负载电流增大或电网电压降低, 而使输出电压Uo下降时，通过控制电路使Ton增加，就可以使Uo上升到原来的稳定值。续流二极管D电感释放储能量提供通路，使截止时负载中仍有电流流过。 2. 并联型脉宽调制式开关稳压电路 并联型脉宽调制式开关稳压电路的主要回路如图7- 37所示。图中功率开关管、输入电压、输出电压三者并联，故称并联型。当开

51、关管基极上加有正脉冲电压时，导通，集电极电位近似为零，使D反偏截止。 第7章 直流稳压电源图 7- 37 并联型脉宽调制式开关稳压电路 UIVDC(a)RLUoLVDC(b)RLUoLUIiiVDC(c)RLUoLUI第7章 直流稳压电源 输入电压Ui通过电流ic向电感L储能。这时负载电流由前几个周期已充了电的电容C的放电电流供给， 电流方向如图 7- 37(b)所示。当开关管基极上没有正向脉冲电压或所加的是负脉冲电压时，截止。由于电感中电流不能突变， 这时在L两端产生自感电势并通过续流二极管D向电容C充电，以补充放电时所消耗的电能，同时向负载RL供电，电流方向如图 7- 37(c)。 当开关

52、管再次加有正脉冲电压时，将再次重复Ui向L输送能量的过程， 如此循环下去。 第7章 直流稳压电源 7.4.2 集成开关稳压器 常用的集成开关稳压器通常分为两类。一类是单片的脉宽调制器，其代表产品有SG1524、 TL494等。 这类脉宽调制器需要外接开关功率调整管，其电路复杂，但应用灵活。另一类把脉宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，构成单片集成开关稳压器， 其代表产品有LH1605、A78S40等。这类集成开关稳压器集成度更高，使用方便。 1.SG152425243524 SG1524系列是采用双极型工艺制作的模拟、数字混合集成电路， 其原理框图及管脚图如图7- 38所示。第7章 直流稳压

53、电源图 7- 38SG152425243524原理框图和管脚图(a) 152425243524原理框图; (b) 管脚图812345679101112131415161516电压基准误差放大器12945CL101 k10 k振荡器768TQQ5V提供所有内部电源V1V2121113143(a)(b) CL检测3524 CL检测RTCTGND振荡器输出同相输入反相输入UrefUIN发射极输出B控制B控制A发射极输出A关闭控制校正VRVINEBCBCAEASDCOMPCTRT CL CLOSCNIINV比较器第7章 直流稳压电源 外接电容C及电阻决定振温频率f(f1.15/(RC)。开关管1和2交

54、替通/断。误差放大器根据输出电压控制开关管的导通时间，以保持输出电压恒定。 +CL与-CL之间接一电阻，其电压为0.2 以上时就可以限制输出电流。 SG1524部分内部电路的波形如图7- 39所示。图中只画出了触发器Q和1管的基极波形。 由该图可以看出，由于某种原因使输出电压Uo升高时，取样电阻取得的电压将增大，误差放大器的输出降低如图中误差放大器输出2），导致比较器输出的正脉冲变宽，基极正电压脉冲宽度变窄，输出电压降低，从而达到调整输出电压Uo的目的。 图7- 40示出了SG1524的几种应用电路。 第7章 直流稳压电源图 7- 39SG1524部分内部波形误差放大器输出1误差放大器输出2锯

55、齿波矩形波Q比较器 输出V1驱动管的基极波形第7章 直流稳压电源 图 7- 40SG1524应用电路(a) 降压输出正电压; (b) 升压扩流输出; (c) 倒换极性(a)5 kR1输入5 kR3 CL CL SG1524INVNIOSC CL CLRTCTGNDVRVINEBCBCAEASDCOMPC1CTRTRCL接 CL端接 CL端输出C0LVD1RF(c)5 kCTRTC0LVDUi5 k5 kGNDUoGNDR1R2Io SG1524INVNIOSC CL CLRTCTGNDVRVINEBCBCAEASDCOMP SG1524INVNIRTCTEBCBCAEACOMPVrefVING

56、NDVV1V2UiUoIo15 V 0.5 A5 VR2 12 kL11 k2 k240 C5C6 500 F0.1 FGNDC46 F50 k0.001 FR42.4 kR32.4 kR12.4 kRT3 kCT0.02 FC15 F0.1 FC2(b)R25 kR450 k1000 pFVD3VD2C3VD1第7章 直流稳压电源 图7- 40(a)为降压输出正电压开关稳压电源，电阻R1和R2对基准电压5分压，取出电压2.5送至误差放大器的同相输入端， 取样电阻F和R3取出输出电压的一部分送至误差放大器的反相输入端，C1和R4为相位补偿电路，L和C0为滤波电路， 用于减小输出的纹波电压。 图7- 40(b)为升压扩流正电压开关稳压电源。该电路输入电压为5，输出电压为15，最