直流稳压电源PPT课件.ppt

1 10直流稳压电源 FundamentalofElectronicTechnology CTGU 2 内容 10 1小功率整流滤波电路 10 2串联反馈式稳压电路 10 3开关式稳压电路 3 要求 单相桥式整流电路及性能参数计算 电容滤波电路的工作原理 串联反馈式稳压电路工作原理及输出电压的计算 4 10 1小功率整流滤波电路 10 1 1单相桥式整流电路 10 1 2滤波电路 10 1 3倍压整流电路 5 整流电路的任务 常见的小功率整流电路 有单相半波 全波 桥式和倍压整流等 完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用 因此二极管是构成整流电路的关键元件 把交流电压转变为直流脉动的电压 为分析简单起见 把二极管当作理想元件处理 即二极管的正向导通电阻为零 反向电阻为无穷大 6 1 单相半波整流电路 二极管导通 忽略二极管正向压降 uo u2 为分析简单起见 把二极管当作理想元件处理 即二极管的正向导通电阻为零 反向电阻为无穷大 二极管截止 uo 0 u2 0时 u2 0时 7 单相半波整流电压波形 8 输出电压平均值 Uo 输出电流平均值 Io Io Uo RL 0 45U2 RL 9 二极管上的平均电流及承受的最高反向电压 10 2 单相全波整流电路 原理 变压器副边中心抽头 感应出两个相等的电压u2 当u2正半周时 D1导通 D2截止 当u2负半周时 D2导通 D1截止 11 单相全波整流电压波形 忽略二极管正向压降 12 输出电压平均值 Uo 输出电流平均值 Io Io Uo RL 0 9U2 RL 13 二极管上的平均电流及承受的最高反向电压 二极管上的平均电流 二极管承受的最高反向电压 14 1 电路结构 10 1 1单相桥式整流电路 Tr为变压器 其作用是将交流电网电压v1变成交流电压v2 四只整流二极管D1 D4接成电桥形式 RL是要求供电的负载 15 2 工作原理 10 1 1单相桥式整流电路 利用二极管的单向导电性 16 10 1 1单相桥式整流电路 3 整流输出电压电流平均值VL和IL 17 10 1 1单相桥式整流电路 4 纹波 用傅里叶级数对vL波形进行分解后得 可以看出 除了恒定分量 直流分量 外 其它谐波分量叠加于直流分量 这些谐波分量总称为纹波 由于vL中存在一定的纹波 故需要用滤波电路来滤除纹波电压 18 10 1 1单相桥式整流电路 5 整流元件参数的计算 平均电流 ID 与反向峰值电压 VRM 是选择整流管的主要依据 1 平均电流 ID 在桥式整流电路中 每个二极管只有半周导通 因此 流过每只整流二极管的平均电流ID是负载平均电流的一半 2 反向峰值电压 VRM 二极管截止时两端承受的最大反向电压 19 10 1 1单相桥式整流电路 6 桥式整流电路的特点 优点 输出电压高 纹波较小 管子所承受的最大反向电压较低 变压器全程给负载提供电流 使用效率高 缺点 二极管用得过多 目前已有整流桥堆出售 几种常见的硅整流桥外形 20 单相半波 全波与桥式整流电路性能参数比较 21 10 1 2滤波电路 滤波电路的结构特点 电容与负载RL并联 或电感与负载RL串联 交流电压 脉动直流电压 直流电压 原理 利用储能元件电容两端的电压 或通过电感中的电流 不能突变的特性 滤掉整流电路输出电压中的交流成份 保留其直流成份 达到平滑输出电压波形的目的 22 几种滤波电路的基本形式 10 1 2滤波电路 a 电容滤波电路 C型滤波 b 电感电容滤波电路 倒L型 c 型滤波电路 类型 根据电容接在负载前还是电感接在负载前分为电容输入式和电感输入式 电容滤波电路多作于小功率电源中 而电感滤波电路多用于较大功率电源中 23 10 1 2滤波电路 1 电容滤波电路 设C两端初始电压为零 接入交流电后 当v2为正半周时 经D1 D3向C充电 v2为负半周时 经D2 D4向C充电 充电结束 1 RL未接入时 24 10 1 2滤波电路 1 RL未接入时 设C两端初始电压为零 接入交流电后 当v2为正半周时 经D1 D3向C充电 v2为负半周时 经D2 D4向C充电 充电结束 充电时间常数 Rint包括副绕组直流电阻和二极管D的正向电阻 其值很小 C很快充电到最大值并保持恒定 25 10 1 2滤波电路 2 接入负载RL后 在整流电路电压小于电容电压时 二极管截止 整流电路不为电容充电 电容通过RL放电 vL等于vC会逐渐下降 放电时间常数为 其值很大 vC慢慢下降 只有整流电路输出电压大于vC时 才有充电电流iD 因此负载上得到的是一个近似锯齿波的电压 波动大为减小 26 10 1 2滤波电路 2 接入负载RL后 负载电流iL 整流电路的输出电流iD 在整流电路电压小于电容电压时 二极管截止 整流电路不为电容充电 电容通过RL放电 vL等于vC会逐渐下降 放电时间常数为 其值很大 vC慢慢下降 只有整流电路输出电压大于vC时 才有充电电流iD 因此负载上得到的是一个近似锯齿波的电压 波动大为减小 27 10 1 2滤波电路 电容滤波电路 28 10 1 2滤波电路 电容滤波的特点 1 流过二极管瞬时电流很大 RLC越大 Uo越高 负载电流的平均值越大 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 故一般选管时 取 一般取 T 电源电压的周期 近似估算 VL 1 2V2 2 输出电压vL与放电时间常数RLC有关 RLC愈大 电容器放电愈慢 VL 平均值 愈大 2020 1 8 29 30 10 1 2滤波电路 电容滤波的特点 输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变 VL和纹波也随之改变 如 RL愈小 IL越大 Uo下降多 纹波增大 结论 电容滤波电路适用于输出电压较高 负载电流较小且负载变动不大的场合 3 输出特性 外特性 31 10 1 2滤波电路 2 电感滤波电路 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路 1 电路结构 2 滤波原理 对直流分量 XL 0相当于短路 电压大部分降在RL上 对谐波分量 f越高 XL越大 电压大部分降在XL上 因此 在输出端得到比较平滑的直流电压 Uo 0 9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时 输出平均电压约为 32 10 1 2滤波电路 2 电感滤波电路 3 滤波特点 整流管导电角较大 峰值电流很小 输出特性比较平坦 适用于低电压大电流 RL较小 的场合 缺点是电感铁芯笨重 体积大 易引起电磁干扰 33 10 1 3倍压整流电路的工作原理 一 二倍压整流电路 u2的正半周时 D1导通 D2截止 理想情况下 电容C1的电压充到 u2的负半周时 D2导通 D1截止 理想情况下 电容C2的电压充到 负载上的电压 34 二 多倍压整流电路 u2的第一个正半周 u2 C1 D1构成回路 C1充电到 u2的第一个负半周 u2 C2 D2 C1构成回路 C2充电到 35 u2的第二个正半周 u2 C1 C3 D3 C2构成回路 C1补充电荷 C3充电到 u2的第二个负半周 u2 C2 C4 D4 C3 C1构成回路 C2补充电荷 C4充电到 把电容接在相应电容组的两端 即可获得所需的多倍压直流输出 36 10 2串联反馈式稳压电路 10 2 1稳压电源质量指标 10 2 2串联反馈式稳压电路的工作原理 10 2 3三端集成稳压器 10 2 4三端集成稳压器的应用 37 10 2 2串联反馈式稳压电路的工作原理 串联式稳压电路由基准电压 比较放大 取样电路和调整元件四部分组成 1 串联反馈式稳压电路的组成 38 10 2 2串联反馈式稳压电路的工作原理 调整元件T 与负载串联 通过全部负载电流 可以是单个功率管 复合管或用几个功率管并联 比较放大器 基准电压 可由稳压管稳压电路组成 取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较 可以是单管放大电路 差动放大电路 集成运算放大器 因调整管与负载接成射极输出器形式 为深度电压串联负反馈 故称之为串联反馈式稳压电路 39 2 串联反馈式稳压电路的结构 10 2 2串联反馈式稳压电路的工作原理 图示串联反馈式稳压电路中 VI是整流滤波电路的输出电压 T为调整管 A为比较放大电路 VREF为基准电压 由稳压管DZ和限流电阻R串联所获得 R1 R2组成反馈网络 反映输出电压的变化 40 10 2 2串联反馈式稳压电路的工作原理 2 工作原理 输入电压波动 负载电流变化 输出电压变化 电压串联负反馈 输出电压 满足深度负反馈 41 10 2 2串联反馈式稳压电路的工作原理 讨论 从输出电压表达式可看出 1 输出电压VO近似与基准电压成正比 与反馈系数成反比 放大电路的参数和负载变化对VO的影响很小 2 调节反馈系数F值 可调节输出电压VO 3 影响稳定性能的主要因素 基准电压VREF的稳定度 负反馈的深度 越大越好 42 10 2 3三端集成稳压器 随着半导体工艺的发展 现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源 具有体积小 可靠性高 使用灵活 价格低廉等优点 最简单的集成稳压电源只有输入 输出和公共引出端 故称之为三端集成稳压器 常用的W7800系列三端集成稳压器的内部也是串联型晶体管稳压电路 该组件的外形如下图 稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内 电路内部附有短路和过热保护环节 43 10 2 3三端集成稳压器 1端 输入端2端 公共端3端 输出端 W7800系列稳压器外形 1端 公共端2端 输入端3端 输出端 W7900系列稳压器外形 44 10 2 3三端集成稳压器 注 型号后XX两位数字代表输出电压值 输出电压额定电压值有 5V 9V 12V 18V 24V等 三端集成稳压器 45 10 2 3三端集成稳压器 输出电压固定的三端集成稳压器 正电压78 负电压79 46 10 2 4三端集成稳压器的应用 1 固定式应用举例 正常时输入 输出电压差为2 3V C1 C2用来实现频率补偿 防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰 C3是电解电容 用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰 D是保护二极管 当输入端短路时 给输出电容器C3一个放电通路 防止C3两端的电压对调整管造成损坏 47 10 2 4三端集成稳压器的应用 2 可调式应用举例 48 10 2 4三端集成稳压器的应用 2 可调式应用举例 49 串联反馈式稳压电路的缺点 损耗 P UCE IL 大需要配备较大的散热装置 电源的效率 Po Pi UoIL UiIi 较低一般为40 60 调整管工作在线性放大区 当负载电流较大时 为了提高效率 可采用开关型稳压电源 50 10 3开关式稳压电路 为减小稳压电路中调整管的集电极损耗 提高电源效率 减小电路体积 实际应用中常采用串联开关式稳压电路 调整管工作在开关状态 要么饱和导通 要么截止 管耗只发生在状态转换过程中 电源效率可提高到80 90 51 1电路结构 与串联反馈式稳压电路相比 增加了LC滤波电路 三角波发生器和比较器C组成的控制电路 52 2工作原理 比较器的输出电压vB 控制调整管T 当vA vT时 vB为高电平 T导通 VI经T加到负载的两端 电感L储存能量 同时向C充电 输出电压vO略有增