直流稳压电源PPT课件

.,1,第7章直流稳压电源,太原理工大学电工基础教学部,.,2,第7章直流稳压电源,7.4串联开关式稳压电源,7.3集成稳压器,7.1整流滤波电路,7.2稳压电路,.,3,第7章直流稳压电源,1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.了解集成稳压电路的性能及应用。4.了解开关稳压电源的工作原理。,本章要求：,.,4,7.1整流滤波电路,电源变压器:将交流电源电压u1变为所需要的交流电压u2。,整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压uR。,滤波电路:将脉动直流电压uR转变为平滑的直流电压uF。,稳压电路:当电网波动及负载变化时,维持输出Uo的稳定。,直流稳压电源的组成和功能,.,5,7.1.1单相整流电路,1.单相半波整流电路,u20时，D导通uD=0。,U20ub0时，D1导通D2截止,Ua0ub0时，D2导通D1截止,uo=ua,uo=ub,输出平均电压Uo=0.9U2,二极管上的平均电流：,二极管上承受的最高电压：,输出平均电流,.,8,3.单相桥式整流电路,u2正半周时电流通路,分析设：,D1D2共阴极，对应uo的“+”极；D3D4共阳极，对应uo的“-”极。,D1D3在u2的正半周导通；D2D4在u2的负半周导通。,.,9,u2负半周时电流通路,.,10,u20时a+b-,D1,D3导通D2,D4截止电流通路:由a+经D1RLD3b-,u20时b(+)a(-),D2,D4导通D1,D3截止电流通路:由b(+)经D2RLD4a(-),输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形,.,11,输出平均电压Uo,输出平均电流,二极管的选择,二极管上的平均电流：,二极管上的最高反向电压：,.,12,单相桥式整流电路中，若D2发生开路，短路，或反接三种情况，电路中将会发生什么问题？,D2开路：相当于半波整流，Uo=0.45U2,D2短路：Uo=0，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子,D2反接：Uo=0，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子,.,13,u10时u120D1导通，uo1=u12u220D3导通，uo2=u22,u10时U220D2导通，uo1=u22U120D4导通，uo2=u12,Uo1=0.9U2Uo2=-0.9U2,.,14,整流桥实物照片,.,15,7.1.2滤波电路,1.电容滤波电路,分析设：,并入电容C后，在u2uC时，D导通，C充电,充电很快，输出电压uo随u2上升。当uC=后，u2开始下降u2uC时C又被充电uo=u2又上升。直到u21时，可得,当反馈越深时，调整作用越强，输出电压Uo也越稳定,.,34,7.1.4简单分立元件组成的稳压电路,典型的串联稳压电源，其中变压器用于将220V市电降成需要的电压后，进行桥式整流和滤波，将交流电变成直流电并滤去纹波，经过简单的串联稳压电路，输出端得到稳定的直流电压。,.,35,1.稳压过程,当Ui增加或输出电流减小（RL增大）使Uo升高时,7.1.5实际的串联式稳压电源,.,36,当Ui减小或输出电流增加（RL减小）使Uo降低时,.,37,2.RW的调压作用,UCE2,Uo,UBE1,UCE1,RW下调,UF,UBE2,UZ不变,.,38,3.输出电压的调节范围,.,39,例电路如图所示。已知UZ=6V，R1=R2=RP，试估算稳压电路输出电压Uo的调节范围。,解：由“虚短”，知道UF=UREF=UZ=6V，可估算出,该稳压电路的输出电压能在9V18V之间调节。,作业：7-107-12,.,40,7.3集成稳压电源,7.3.1三端固定集成稳压器,单片集成稳压电源:体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉。有输入，输出和公共端,称三端集成稳压器。W7800系列和W7900系列其内部就是串联型晶体管稳压电路。电路内部附有短路和过热保护环节。,.,41,三端集成稳压器实物照片,.,42,三端集成稳压器管脚排列,78系列输出正电压,79系列输出负电压,输入,输出,输入,输出,地,地,.,43,如：W7805+5V，W791515V,5V10V、12V、15V、18V、20V、24V等共11个档次,输出额定电压值:,输出额定电流值:有5个档次,W7800系列的,W78001.5A,W78M000.5A,W78L000.1A,W78T003A,W78H005A,.,44,CW7800的内部结构和基本应用电路,内部结构,.,45,基本应用电路,抵消输入长接线的电感效应，防止自激,改善负载的瞬态响应，消除高频噪声,防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器,.,46,1.输出固定电压的电路,输入与输出之间的电压差不得低于3V,电容C1防止自激振荡。0.1F0.33F,电容C2减小高频干扰，改善瞬态特性。1F,.,47,正负电压同时输出电路,2.输出正负电压的电路,.,48,输出电压：UO=UXX+UZ,3.提高输出电压的电路,UXX:为W78XX固定输出电压,提高输出电压的电路,.,49,电压跟随器的电源借助于稳压器的输入直流电压UI。电压跟随器其输入电阻很高,输出电阻抗很低，可以克服稳压器输出电流变化的影响。,4.输出电压可调式电路,用W7805组成的730V可调式稳压电源。,.,50,(UXX=5V),.,51,7.3.2三端可调集成稳压器,1.型号,正电压输出LM117、LM217和LM317系列,负电压输出LM137、LM237和LM337系列,LM117的引脚排列图,LM137的引脚排列图,外形引脚,CW117、CW217和CW317系列,CW137、CW237和CW337系列,.,52,工作温度,CW117(137)-55150C,CW217(237)-25150C,CW317(337)0125C,基准电压,1.25V,输出电流,L型输出电流100mA,M型输出电流500mA,CWL117(137),CWM117(137),.,53,2.内部结构和基本应用电路,内部结构,外形引脚,50A,.,54,D1防止输入端短路时C4反向放电损坏稳压器,D2防止输出端短路时C2通过调整端放电损坏稳压器,基本应用电路,UREF=1.25V,使UREF很稳定,125,IREF50A,2.2k,.,55,R1=UREF/IQ=125,静态电流IQ(约10mA)从输出端流出，RL开路时流过R1,R2=02.2k时，,UO=1.2524V,UREF=1.25V,使UREF很稳定,125,IREF50A,2.2k,.,56,030V连续可调电路,UA=1.25V,当R2=0时，UO=0V,.,57,LM317三端可调稳压器，输出电流1.5A。图示典型应用的电路，C2滤去R2两端的纹波电压，接入R1和R2使输出电压可调，电压可调范围为1.2537V。,3.应用,.,58,其中UREF=1.25V。如果R1=240，R2=2.4k，则输出电压可调范围为1.25V13.75V,若取R1=240,R2=6.8k,则Uo为1.25V37V。,所以输出电压：,.,59,7.3.3低压差三端集成稳压器,前述三端输入输出的压差必须大于3V的才能正常的工作，这样的压差在电池供电的装置中是不能使用的。另外，自身功耗大（4.5W），需加散热器。,低压差三端稳压器MIC29150，具有3.3V、5V和12V三种电压，输出电流1.5A，与7805封装相同，可以互换使用。主要特点：压差低，典型值为350mV，最大值为600mV；功耗小（0.9W），不用散热片。,.,60,7.3.4基准电压源,基准电压源一般可以用稳压管组成的稳压源来承担，但目前有很多基准电压集成电路，被广泛用作高性能稳压电源的基准电源。,TL431主要应用于稳压电源、仪器仪表、可调电源和开关电源中，是稳压二极管的良好替代品。,.,61,7.4串联开关式稳压电源,7.4.1概念,1.线性稳压电源,缺点：,调整管管耗大电源效率低(40%60%)装散热器体积大,改进思路：,使调整管,截止(电流小)IC0,饱和(管压降小)UCES0,调整管工作在放大区（线性区）,优点：,输出电压稳定度高电压纹波小线路简单，工作可靠,.,62,2.开关稳压电源,调整管处于开关状态（饱和:UCES0，截止：IC0。）,开关稳压电源的优点：,效率高(80%90%),体积小、重量轻,稳压范围宽,开关稳压电源的缺点：,电路复杂,对电网要求不高,对电子设备干扰较大,输出电压含较大纹波,.,63,7.4.2开关电源的组成,调整管,取样电路,脉宽调制电路开关调整管控制,滤波,频率固定的三角波,误差放大,续流,.,64,1.取样环节：R1、R2分压提取取样电压uF（反馈电压）,2.基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF,3.放大环节：比较放大器A，放大差值（UREFuF）,4.调整环节：调整管T由开关信号控制通断，稳定输出电压UO。,.,65,5.LC滤波器及续流二极管D：滤波和续流得到平稳的直流电压。,6.脉宽调制比较器C：反相端接uT（三角波发生器的输出），,同相端接uA（比较放大器输出），输出开关信号uB驱动调整管。,三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路(PWM),.,66,7.3.3开关电源的工作原理,1.分析,当uB为高电平T饱和、D截止，uE=UI,经LC滤波到负载RL,同时iLL和C储存能量,当uB为低电平T截止、D导通，uEUD0，,D续流LC泄放能量给RL供电，输出较平稳的直流电压,.,67,虽然T处于开关状态，但由于D的续流和L、C的滤波作用，输出电压UO是比较平稳的。,2.输出平均电压及占空比,调整管通断时uE的波形为矩形波,UI,输出平均电压（忽略滤波电感L的直流压降）：,占空比：,可见，对于一定的UI值，通过调节占空比即可调节输出电压UO。,.,68,uE(uD)、iL、uO的波形,UI,.,69,7.4.4开关电源的稳压原理,占空比,D=50%,当uF=UREF，,uA=0，,UO为预定标称值,.,70,1.UO标准值（USET），q50%时的情况,运放A：uFUREF、其输出UA=0,运放C：为过零电压比较器，其输出UB对称，ton=toff,.,71,2.UO标准值（USET），q50%时的情况,运放A：uFUREF、其输出UA0,运放C：为负电压比较器，当uTUA时UB0，,tontoff，调整管时间ton占空比q输出电压UO,.,72,3.UO标准值（USET），q50%时的情况,运放A：uFUREF、其输出UA0,运放C：为正电压比较器，当uTUA时UB0，,tontoff，调整管时间ton占空比q输出电压UO,总之，当UI或RL变化使UO变化时，可自动调整脉冲波形的占空比使输出电压维持恒定。,.,73,最低开关频率fT一般在10100kHz之间。fT越高，所需的L、C越小。这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本将随之降低。另一方面，开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增加，使开关调整管的管耗增加，而效率将降低。,注意：,.,74,截止,7.4.5并联型开关稳压电路简介,高电平,低电平,截止,饱和,导通,.,75,单片脉宽调制式(外接开关功率管),7.4.6集成开关稳压器,类型,单片集成开关稳压器,CW1524,CW4960/4962,1.CW1524/2524/3524(区别在于温度范围),组成：,基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、2只输出功率管、过热保护,最大输入电压：40V,最高工作频率：100kHz,每路输出电流：100mA,内部基准电压：5V(承受50mA电流),.,76,取样电压,基准电压,输出方波,定时电容,定时电阻,关闭,控制脉宽,接扩流晶体管C、E极,输入电压,CW1524系列引脚排列,.,77,外接复合管扩流,f0=1.15/R5C2=19.2kHz,+5V,2.5V,2.5V,+5V,限流取样电阻(1A),.,78,2.CW4960/4962,组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器开关功率管(内接)、软启动电路、过流限制、过热保护,功能：慢起动、过流保护、过热保护占空比可调(0100%),最大输入电压：50V,输出电压：5.140V连续可调,最高工作频率：100kHz,额定输出电流：,CW49602.5A(过流保护3.04.5A),CW49601.5A(过流保护2.53.5A),小散热片,不用散热片,.,79,CW4960/4962系列引脚图,1234567,CW4960