模拟电路 康华光 第10章.ppt

10.1小功率整流滤波电路,10.2串联反馈式稳压电路,10.3串联开关式稳压电路,10直流稳压电源,引言,直流稳压电源的作用,将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。,组成,各部分功能,变压器：,整流：,滤波：,稳压：,降压,滤除脉动,交流变脉动直流,进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力,9.1小功率整流滤波电路,9.1.2单相桥式整流电路,9.1.4倍压整流电路,9.1.1单相半波整流电路,9.1.5滤波电路,9.1.2单相全波整流电路,整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。,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。,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。,9.1.1单相半波整流电路,u20时，二极管导通。,忽略二极管正向压降：uo=u2,u20时，二极管截止,输出电流为0。,uo=0,9.1.1单相半波整流电路,(2)输出电压平均值（Uo）：,(1)输出电压波形：,(4)二极管上承受的最高电压：,(3)二极管上的平均电流：,ID=U0/RL,U2为变压器次级电压的有效值,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。,9.1.2单相全波整流电路,工作原理,(4)uo平均值Uo：,Uo=0.9U2,(1)输出电压波形：,(2)二极管上承受的最高电压：,(3)二极管上的平均电流：,1.工作原理,9.1.3单相桥式整流电路,利用二极管的单向导电性,1.工作原理,9.1.3单相桥式整流电路,利用二极管的单向导电性,9.1.3单相桥式整流电路,3.纹波系数,2.VL和IL,4.平均整流电流,5.最大反向电压,整流电路的主要参数,1.整流输出电压平均值（Uo）,全波整流时，负载电压Uo的平均值为:,负载上的(平均)电流:,一、整流输出电压的平均值与脉动系数,整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是衡量整流电路性能的两个主要指标。,S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。,2.脉动系数,用傅氏级数对全波整流的输出uo分解后可得:,平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。,例如：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。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,二、平均电流与反向峰值电压,几种常见的硅整流桥外形：,集成硅整流桥：,在u2正半周，D1导通，C1充电至，极性如图。,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,在u2负半周，D2导通，C2充电至。,+,-,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,+,-,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,+,-,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,+,-,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,+,-,9.1.4倍压整流电路,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,由于前一级电容要向后一级电容充电，因此需下一周期补充，即整个过程要经过多个周期稳定。,9.1.4倍压整流电路,注意,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,以上分析为空载情况，当接上负载后，由于电容有了放电回路，因次电容上的电压达不到最大值。,9.1.4倍压整流电路,注意,利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。,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。,9.1.5滤波电路,几种滤波电路,9.1.4滤波电路,（a）电容滤波电路,（b）电感电容滤波电路（倒L型）,（c）型滤波电路,9.1.5滤波电路,1.电容滤波电路,无滤波电容时的波形,加入滤波电容时的波形,RLC越小，输出电压越低。,9.1.5滤波电路,电容滤波的特点,A.二极管的导电角，,流过二极管的瞬时电流很大。,C.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,B.输出电压Uo与放电时间常数RLC有关。,RLC愈大电容器放电愈慢Uo(平均值)愈大,输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,Uo和S也随之改变。,如:RL愈小(IL越大),Uo下降多,S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。,D.输出特性(外特性),电路结构: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。,2.电感滤波电路,1、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：,2、电感滤波的特点,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。,9.2串联反馈式稳压电路,9.2.1稳压电源质量指标,9.2.2工作原理,9.2.3三端集成稳压器,9.2.4三端集成稳压器的应用,输出电压,9.2.1稳压电源质量指标,输出电压变化量,输入调整因数,电压调整率,稳压系数,输出电阻,温度系数,1.结构,9.2.2串联反馈式稳压电路的工作原理,T为调整管,A为比较放大电路,VR为基准电压，由稳压管与限流电阻串联构成。,R1、RP与R2组成反馈网络，用来反映输出电压的变化的取样环节。,稳压电路的主回路是起调整作用的三极管与负载串联，故称为串联式稳压电路,9.2.2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）,输出电压的调节范围,RP动端在最上面时，输出电压最小,RP动端在最下面时，输出电压最大,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。,9.2.3三端集成稳压器,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,9.2.3三端集成稳压器,1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78、负电压79）,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,9.2.3三端集成稳压器,2.可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压LM337）,输出电压,9.2.4三端集成稳压器的应用,1.固定式应用举例,注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！,9.2.4三端集成稳压器的应用,1.固定式应用举例,输出正负电压的电路,9.2.4三端集成稳压器的应用,2.可调式应用举例,9.2.4三端集成稳压器的应用,2.可调式应用举例,end,9.3开关型稳压电源,线性稳压电路的缺点:,调整管管耗大电源效率低(40%60%),改进思路:,使调整管,截止(电流小),饱和(管压降小),开关稳压电路的优点:,效率高（80%90%）,体积小、重量轻,稳压范围宽,开关稳压电路的缺点:,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,9.3.1开关稳压电源的基本工作原理,开关型稳压电路的换能电路将输入的直流电压转换为脉冲电压，再将脉冲电压转换成直流电压,输入电压UI是未经稳压的直流电压，T为调整管，即开关管；uB为矩形波，控制开关管的工作状态；电感L和电容C组成滤波电路，D为续流二极管。,基本原理图,uB为高电平时，T饱和导通，D承受反压截止，,L存储能量，C充电，发射极电位uE=UI-UCES等效电路如图,uB为低电平时，T截止，L释放能量，D导通，C放电。等效电路如图,负载电流方向不变，发射极电位uE=-UD,一、串联型开关稳压电路,9.3.1开关稳压电源的基本工作原理,调整管,取样电路,开关调整管控制,组成框图,滤波,频率固定的三角波,误差放大,续流,工作波形,=DUI,占空比,脉宽调制式（PWM）,稳压原理,占空比,D=50%,当uF=UREF,uA=0,UO为预定标称值,二、并联型开关稳压电路,高电平,低电平,9.3.2集成开关稳压器及其应用,类型,单片脉宽调制式(外接开关功率管),单片集成开关稳压器,CW1524,CW4960/4962,一、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、输出功率管(2)、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),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,f0=1.15/R5C2=19.2kHz,+5V,2.5V,2.5V,+5V,限流取样电阻(1A),二、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：5