直流稳压电源设计学习ppt课件

1、小小的充电器，如何实现小小的充电器，如何实现220V220V的的交流电到直流电的转换？交流电到直流电的转换？充电器的内部构造充电器的内部构造01020304单相整流电路滤波电路稳压电路直流电源的组成01直流电源的组成 1 1电源变压器电源变压器 电网提供的交流电普通为电网提供的交流电普通为220V220V或或380V380V，而各种电子，而各种电子设备所需求直流电压的幅值却各不一样。因此，经常需设备所需求直流电压的幅值却各不一样。因此，经常需求将电网电压先经过电源变压器，然后将变换后的二次求将电网电压先经过电源变压器，然后将变换后的二次电压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需的直流电压电压再去整

2、流、滤波和稳压，最后得到所需的直流电压幅值。幅值。 2 2整流电路整流电路 整流电路的作用是利器具有单导游电性的整流元件，将整流电路的作用是利器具有单导游电性的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为一方向的脉动电压。正负交替的正弦交流电压整流成为一方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，间隔理想的直流电压还差得很远。间隔理想的直流电压还差得很远。稳压电源构造稳压电源构造 3 3滤波器滤波器 滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。他的作用是尽滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。他的作用是尽能够地将单相脉动电压中的脉动成

3、分去掉，使输出电压成能够地将单相脉动电压中的脉动成分去掉，使输出电压成为比较平滑的电压。为比较平滑的电压。 4 4稳压电路稳压电路 稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时坚持稳定。网电压或负载电流发生变化时坚持稳定。稳压电源构造稳压电源构造02单相整流电路单相整流电路这些美丽的霓虹灯都是这些美丽的霓虹灯都是由二极管组成由二极管组成不同的二极不同的二极管有不同的管有不同的功能。功能。这是用于整流的二极管这是用于整流的二极管单相半波整流电路在变压器二次电压的正半周，二极管导通，电流经过二极管流向负载，在上得到一

4、个极性为上正下负的电压。而在的负半周，二极管被反向偏置，电流根本上为零。所以在负载电阻两端得到的电压的极性是一方向的。整流原理：如下图是一个最简单的单相半波整流电路，有变压器整流二极管，及所需的直流电源负载。在变压器二次电压的正半周，二极管导通，电流经过二极管流向负载，在上得到一个极性为上正下负的电压。单相半波整流电路设整流二极管是理想二极管，即其正向电阻为零，反向电阻为无穷大，同时忽略整流电路中变压器等的内阻，那么正半周内流过负载的电流和二极管的电流和二极管的电流为 =负载上的电压等于变压器的二次电压，即 =，=0在负半周内，二极管截止，因此 =0此时，负载上的输出电压也为零，而二极管两端接

5、受一个反向电压，其值就是变压器二次电压，即 =0，=综上所述，整流电路中各处的波形如下图。由图可见，由于二极管的单向单相半波整流电路导电作用，使变压器二次交流电压变换成为负载两端的单向脉动电压，到达了整流的目的。由于这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为单相半波整流电路。半波整流电路的优点是构造简单，运用的元件少。但是也有明显的缺陷：输出波形脉动大；直流成分比较大；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压流含有直流成分，容易饱和。所以只能用在输出电流较小，要求不高的场所。单相桥式整流电路 针对半波整流电路的缺陷，提出了单相桥式整流电路，如以下图所示。电路中采用了四个二极管，接

6、成电桥方式，故称为桥式整流电路。桥式整流电路的四种画法:单相桥式整流电路在的正半周，二极管VV导电，VV截至，电流流过，在负载上得到的输出电压极性为上正下负。在的负半周，V、V导电，V、V截至，、流过时产生的电压极性也是上正下负，因此在负载上得到一个一方向的脉动电压03滤波电路滤波电路由于整流电路的输出电压都含有较大的脉动成分，因此极少直接用作电子电路的直流电源。通常在整流电路后面还要加上一定的滤波电路。对滤波电路的要求是，一方面尽量降低输出电压的脉动成分，另一方面又要尽量保管其中的直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压。电容电感都是根本的滤波元件，利用它们的储能作用，在二极管导电时将一部

7、分能量储存在电场或磁场中，然后逐渐释放出来，从而在负载上得到比较滤波电路平滑的波形。从另一个角度看，电容和电感对于交流成分和直流成分呈现的阻抗是不同的，假设把它们合理的安排在电路中，可以降低交流成分，保管直流成分的目的，实现滤波作用。下面引见几种常用的滤波电路。滤波电路几种滤波电路a电容滤波电路b电容电感滤波电路倒L型c型滤波电路半波整流电容滤波电路电容电容充电充电电容放电电容放电电电容容充充电电电容放电电容放电半波整流电容滤波电路任务原理：半波整流电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路任务原理：当时，电源在给负载供电的同时也给电容充电，添加=。当时，电容

8、经过负载放电，按放电曲线下降，=。电容充电电容充电电容放电电容放电电容充电电容充电电容滤波电路电容滤波电路特点：输出平均电压与输出平均电流的关系成为电容滤波电路的负载特性由图分析可知当输出直流电流小时负载电阻大，输出电压大。当输出直流电流大时负载电阻小，输出电压小。结论：电容滤波电路的输出电压在负载变化时影响动摇较大,所以它带负载才干差,只适用于负载较轻且变化不大的场所电感滤波电路电感滤波电路就是把电感元件与负载串联，接在整流电路后面 。电感滤波特点：峰值电流小，输出特性较平坦。但是输出电压较低，铁芯笨重、体积大，易引起电磁干扰。因此电感滤波电路适用于低电压、大电流的场所。电感滤波电路对直流分

9、量：，相当于短路，电压大部分降在上。对谐波分量：越高，越大，电压大部分降在上。因此，在负载上得到比较平滑的直流电压。由此一来经过电感滤波后，输出电压的波形变得平滑，脉动减小。越大滤波效果越好。电感滤波原理：当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻 碍电流的变化使负载电流和电压的脉动减小。 ，复式滤波电路为了改善滤波特性那么需求采用多极滤波下面引见几种复式滤波电路型滤波电路：滤波效能高，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场所型滤波电路：滤波效果好，适用于负载电流较大、对直流输出稳定度要求较高的场所。 型滤波型滤波电路：滤波效果电路：滤波效果好，适用于负载好，适用于负载较轻，对输出电较轻，

10、对输出电压稳定度要求不压稳定度要求不高的场所高的场所04稳压电路稳压电路整流电路把交流电变换为一方向的脉动电压，而滤波电路降低了输出电压中的脉动成分。但是，整流滤波电路的输出电压与理想的直流电源还有相当间隔，主要存在两个方面的问题：首先，当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，因此输出直流电压将随之发生变化。其次，当电网电压动摇时，因整流电路的输出电压直接与变压器二次电压有关，故也要相应地变化。为了得到更加稳定直流电源，需求在整流滤波电路的后面再加上稳压电路。稳压电路稳压器是为电路或负载提供稳定的输出电稳压电路电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小根本上与电网电压、负载及环境温度的变化

11、无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的横压源。实践上，它是内阻很小的电压源。其内阻约小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。稳压电路常用稳压电路及其适用范围 一、稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管可以构成简单的直流稳压电路，但其稳压电路，由于稳压二极管本身的参数确定，是一个固定值，而且普通小功率稳压管的最大稳定电流只需十几毫安至几十毫安，因此不能顺应负载较大电流的需求。稳压二极管稳压电路的优点是电路非常简单，安装容易，也可以供要求不高的负载运用。 稳压二极管构成的稳压电路，还常被用来输出基准电压。 四、集成稳压电路 集成稳压电路体积小，运用方便，被广泛地

12、用于各种电子设备中，亦可用于高质量稳压电源的前置稳压。 二、三极管稳压电路串联型直流稳压电路二、三极管稳压电路串联型直流稳压电路 三极管在稳压电路中用作功率管，起调整作用。三极管与负载有的是串三极管在稳压电路中用作功率管，起调整作用。三极管与负载有的是串联衔接，有的是并联衔接。三极管在起调整作用时，任务在线性区的称为联衔接，有的是并联衔接。三极管在起调整作用时，任务在线性区的称为线性电源，任务在开关形状的称为开关电源。线性电源和开关电源是直流线性电源，任务在开关形状的称为开关电源。线性电源和开关电源是直流稳压电源的两大类别。稳压电源的两大类别。 串联式线性稳压电源的最主要缺陷是变换效率低，普通

13、只需串联式线性稳压电源的最主要缺陷是变换效率低，普通只需35356060。开关稳压电源主要的优越性就是变换效率高，可高达开关稳压电源主要的优越性就是变换效率高，可高达70709595，缺陷是，缺陷是纹波和噪声较大。纹波和噪声较大。 三、晶闸管稳压电路开关式稳压电路三、晶闸管稳压电路开关式稳压电路 采用晶闸管作为调整器件所构成的稳压电路，是一种采用晶闸管作为调整器件所构成的稳压电路，是一种开关式稳压电路，它的控制电路触发电路与关断电路开关式稳压电路，它的控制电路触发电路与关断电路和三极管的控制电路不同，采用不同的控制电路，对电源和三极管的控制电路不同，采用不同的控制电路，对电源的性能也有一些特殊

14、的影响。的性能也有一些特殊的影响。 晶闸管的耐压可达几千伏甚至上万伏，电流也可达几晶闸管的耐压可达几千伏甚至上万伏，电流也可达几百安，因此常被用来制造大容量的稳压电路。百安，因此常被用来制造大容量的稳压电路。稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路的原理图如下图，整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压，稳压管与负载并联。为了保证任务在反向击穿区，稳压管作为一个二极管，要处于反向接法。限流电阻也是稳压电路必不可少的组成元件，当电网电压动摇或负载电流变化时，经过调理上的压降来坚持输出电压根本不变。稳压二极管稳压电路构造简单，元件少，本钱低，只能用于稳定电压要求不高且不可调、稳定度差的场所稳压

15、二极管稳压电路任务原理输入电压动摇时会引起输出电压动摇。假设升高将引起随之升高，导致稳压管的电流急剧增加，使得电阻上的电流和电压迅速增大，从而使根本上坚持不变。反之，当减小时，相应将小，仍可坚持根本不变。当负载电流发生变化引起输出电压发生变化时，同样会引起的相应变化，使得坚持根本稳定。如当增大时，和均会随之增大使得下降，这将导致急剧减小，使仍维持原有数值坚持不变，使得得到稳定。稳压二极管稳压电路任务原理当任何要素，例如添加，引起输出电压添加时，将发生以上自动调理过程即任何要素引起的输出电压的添加量，被电路的自动调理引起的减少量抵消，维持输出电压根本恒定。稳压管特性串联型直流稳压电路电路的组成：

16、采样电阻:由电阻、组成。当输出电压发生变化时，采样电阻对变化量进展采样，并传送到放大电路的反向输入端。放大电路:放大电路的作用是将采样电阻送来的变化量进展放大，然后传送到调整管的基极基准电压:基准电压由稳压管提供，接在放大电路的同相输入端。采样电压与基准电压进展比较，得到的差值再由放大电路进展放大。调整管:调整管接在输入直流电压与输入端负载电阻之间，当输出电压发生动摇时，调整管的集电极电压产生相应的变化，使输出电压根本坚持稳定串联型直流稳压电路任务原理：当输入电压或输出电流变化引起输出电压添加时，取样电，大使管的基极电流和集电极随之添加，管的集电极电位下降，因此管的基极电流下降，使得下降，添加

17、，使坚持根本稳定。同理，当或变化使降低时，调整过程相反，将减小，使坚持根本不变。从上述调整过程可以看出，该电路是依托电压负反响来稳定输出电压的。串联型直流稳压电路输出电压及调理范围:串联型直流稳压电路的一个优点是允许输出电压在一定范围内进展调节。这种调理可以经过改动采样电阻中电位器的滑动位置来实现。定性的看，当的滑动端向上挪动时反响电压增大，放大电路的差模输入电压减小，使调整管的减小，那么增大，于是输出电压减小。反之，假设的滑动端向下挪动，那么增大。 串联型直流稳压电路在如下图电路中，假设放大电路A是理想运放，且任务在线性区，那么可以以为其两个输入端“虚短，即=，=，故=，而且两个输入端不取电

18、流，那么：=那么=开关式稳压电路串联开关控制平均输出电压 右图所示是利用右图所示是利用开关开关S S周期性地接通周期性地接通和断开来取代电阻的和断开来取代电阻的变化，当变化，当S S接通时，接通时，输入的未稳压直流输入的未稳压直流UIUI可以加到负载上，可以加到负载上，S S断断时，时，UIUI不能送到负载。开关的接通时间不能送到负载。开关的接通时间tonton与与开关周期开关周期T T 之比称为脉冲电压的占空比之比称为脉冲电压的占空比ton/Tton/T。 开关占空比的改动主要有两种方式。开关占空比的改动主要有两种方式。 开关电路中的开关实践上是一只二三极管，开关电路中的开关实践上是一只二三

19、极管，利用二三极管的开关作用进展导通和截止。加到利用二三极管的开关作用进展导通和截止。加到二三极管基极的矩形脉冲用来控制二三极管的导二三极管基极的矩形脉冲用来控制二三极管的导通或截止，二三极管以开关方式任务，饱和时，通或截止，二三极管以开关方式任务，饱和时，相当于开关接通；截止时，相当于开关断开。这相当于开关接通；截止时，相当于开关断开。这种二三极管普通称为开关调整管。种二三极管普通称为开关调整管。开关式稳压电路加接滤波器使输出电压平滑 电路及波形如下图开关式稳压电路三、开关式串联稳压电源的根本构造三、开关式串联稳压电源的根本构造 开关电源的构造框图如下图。将稳压前直流开关电源的构造框图如下图

20、。将稳压前直流电源输出的电压加到高速开关电路上，由输出变电源输出的电压加到高速开关电路上，由输出变化量的检测电路，即误差检测电路或称为取样化量的检测电路，即误差检测电路或称为取样电路，将电压检测信号与基准电压在比较电路电路，将电压检测信号与基准电压在比较电路中进展比较，其误差构成开关控制信号，该开关中进展比较，其误差构成开关控制信号，该开关控制信号是负反响信号，它再控制开关电路，从控制信号是负反响信号，它再控制开关电路，从而使开关电路的输出得到稳定。而使开关电路的输出得到稳定。构造框图构造框图开关式稳压电路开关式串联稳压电源的根本原理开关式串联稳压电源的根本原理 1. 1. 开关元件开关元件

21、在开关电源中三极管充在开关电源中三极管充任开关元件，三极管的导任开关元件，三极管的导通和截止由占空比控制电通和截止由占空比控制电路送来的正负脉冲所控制。路送来的正负脉冲所控制。1VT 2. 2. 控制电路控制电路 控制电路由基准部分、控制电路由基准部分、比较放大器、三角波发生比较放大器、三角波发生器和脉宽调制器组成。器和脉宽调制器组成。 3. 3.滤波器滤波器 滤波器由电感和电容滤波器由电感和电容组成，对脉冲电压进展滤组成，对脉冲电压进展滤波，得到纹波很小的直流波，得到纹波很小的直流输出电压。输出电压的大输出电压。输出电压的大小与占空比成正比。小与占空比成正比。 4. 4. 续流二极管续流二极

22、管VD VD 在电感平滑电路中加上续在电感平滑电路中加上续流二极管流二极管VDVD，在开关调整管，在开关调整管截止期间有续流的作用，在截止期间有续流的作用，在开关调整管导通时二极管开关调整管导通时二极管VDVD截止。截止。 5. 5.取样电路取样电路 电阻电阻 和和 组成输出电组成输出电压压 的取样电路，实践的取样电路，实践上就是分压器，它把输上就是分压器，它把输出电压出电压 变化量的一部变化量的一部分送入比较放大器。分送入比较放大器。2ROU 目前有多种脉宽调制型开关电源的控制芯片，有目前有多种脉宽调制型开关电源的控制芯片，有的还将开关调整管也集成于芯片中，其含有各种维护的还将开关调整管也集

23、成于芯片中，其含有各种维护电路，因此可以得到如下图的简化电路。电路，因此可以得到如下图的简化电路。开关式稳压电源的原理图开关式稳压电源的原理图其原理图如下图其原理图如下图集成稳压电路随着集成技术的开展，稳压电路也迅速实现集成化。目前，集成稳压器曾经成为模拟集成电路的一个重要组成部分。集成稳压器具有体积小、可，可靠性高以及温度特性好等优点，而且运用灵敏方便、价钱低廉，被广泛运用于仪器、仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器，芯片只引出三个端子。分别接输入端、输出端和公共端，根本上不需外接元件。三端集成稳压器有固定输出和可调输出两种不同类型。其中固定输出集成稳压器又分为正输出W78XX系列和负