12模拟电子技术教案第9章直流稳压电源

1、第9章 直 流 稳 压 电 源 图9.1所示为把正弦交流电转换成直流电的直流稳压电源的原理框图，它一般由四部分组成，各部分功能如下：9.1 概述 图9.1 直流稳压电源的组成原理框图 变压器： 将正弦工频交流电源电压变换为符合用电设备所需要的正弦工频交流电压。 整流电路： 利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替变化的正弦交流电压变换成单方向的脉动直流电压。 滤波电路： 尽可能地将单向脉动直流电压中的脉动部分(交流分量)减小，使输出电压成为比较平滑的直流电压。 稳压电路： 采用某些措施，使输出的直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定。 回顾：1、常见的几种整流电路UUoIoUUoIoUU

2、oUIo整流电压平均值t0uot0uot0uo电 路整流电压波形二极管平均电流二极管反向电压 TrDRLabuC =uoCt0ut0uD截止D导通D导通D截止D导通2、半波整流电容滤波电路输出电压的平均值近似为：UO U23、桥式整流电容滤波电路 输出电压的平均值近似为：UO1.2U2形LC滤波电路形LC滤波器的效果很好，但整流二极管的冲击电流较大。RLuC2LC1形RC滤波器用电阻代替电感线圈以减小体积 。R愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。形RC滤波电路RLuC2RC14、形滤波电路9.2 硅稳压管稳压电路 1、 稳压管的伏安特性：U(V)0

3、I (mA)反向正向UZIZIZmaxIZUZR LRRLUiDZRCUoIZIo 如图采用桥式整流和电容滤波，得到直流电压Ui，再经过限流电阻R和稳压管DZ ，使负载得到一个比较稳定的直流电压。稳压管稳压电路u2、工作原理选择稳压管的选型： UZ=Uo IZmax=(1.53)Iomax Ui=(23)Uou Ui Uo IZ UR UO 保持负载电压Uo近似不变。当电源电压升高时RLUiDZRCUoIZIou3、特点： （1）电路结构简单。（2）稳压电路的关键是限定稳压管中的电流。工作电 流太小，稳压效果差；工作电流太大，将损坏稳压管。（3）输出电压不能调节，负载电流变化范围小，输出电阻较

4、大，适用于输出电压固定和要求不太高的场合。RLUiDZRCUoIZIo9.3 串联反馈式稳压电路 三极管被称为调整管。串联型稳压电路组成框图如图9.3(a)所示，它由调整管、取样电路、基准电压和比较放大电路等部分组成。图9.3(b)所示为串联反馈式稳压电路的原理电路图。图9.3 串联反馈式稳压电路 (1)VT为调整管，它工作在线性放大区，故又称为线性稳压电路; (2)R3和稳压管VD组成基准电压源，为集成运放A的同相输入端提供基准电压; (3)R1、R2和Rp组成取样电路，它将稳压电路的输出电压分压后送到集成运放A的反相输入端； (4)集成运放A构成比较放大电路，用来对取样电压与基准电压的差值

5、进行放大。 8Uo+UIRLV1+UCE 串联型稳压电路 调整管与负载串联 1、串联型稳压电路的工作原理+UI取样电路调整管比较放大电路基准电压UZUF稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定2、输出电压的调节范围8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP9.4 稳压电路主要技术指标 通常用以下几个主要指标来衡量稳压电路的质量。1.内阻R0: 2.稳压系数: 3.纹波抑制比:9.5 三端集成稳压器 三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固

6、定的，称为固定输出三端稳压器；另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串联型稳压电路。 9.5.1 三端固定集成稳压器CW7800 系列(正电源)CW7900 系列(负电源)5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V一、78、79 系列的型号命名输出电流78L / 79L 输出电流 100 mA78M / 9M 输出电流 500 mA78 / 79 输出电流 1.5 A输出电压例如：CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 ACW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 ACW79L05 输出 - 5 V，最大

7、电流 0.1 A封装CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符号CW7800213CW7900132塑料封装金属封装二、CW7800 的内部结构和基本应用电路内部结构+UI取样电路调整电路保护电路基准电压比较放大启动电路+UO1、基本应用电路Uo = 12VW7812123C2+UiC1C30.33 F0.1 F100 FRL防止输入端短路时 C3反向放电损坏稳压器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 实际需要的直流稳压电源，如果超过集成稳压器的输出电压数值时，可外接一些元件提高输出电压，图9.6所示电路能使输出电压高于固定电压，图

8、中的UXX为CW78系列稳压器的固定输出电压数值，显然有：UO=UXX+UZ 2、提高输出电压的电路图9.6 提高输出电压电路一 UO=UXX+UZ 也可采用图9.7所示的电路提高输出电压。图中R1、R2为外接电阻，R1两端的电压为三端集成稳压器的额定输出电压UXX，R1上流过的电流为IR1= UXXR1，三端集成稳压器的静态电流为IQ，则有：IR2=IR1+IQ 图9.7 提高输出电压电路二 图9.8所示为采用CW7815和CW7915三端稳压器各一块组成的具有同时输出+15V-15V电压的稳压电路。 3、输出正、负电压的电路图9.8 输出正、负电压的电路 集成稳压器输出端串入阻值合适的电阻

9、，就可构成输出恒定电流的电源，如图9.9所示。 4、恒流源电路 图9.9 恒流源电路 IQ为稳压器静态工作电流，由于它受UI及温度变化的影响，所以只有当U23/RIQ时，输出电流IO才比较稳定。 9.5.2 三端可调输出集成稳压器一、典型产品型号命名CW117/217/317系列(正电源)CW137/237/337系列(负电源)工作温度CW117(137) -55 150CCW217(237) -25 150CCW317(337) 0 125C基准电压1.25 V输出电流L 型 输出电流 100 mAM 型 输出电流 500 mA二、CW117 内部结构和基本应用电路内部结构调整电路基准电路误

10、差放大启动电路偏置电路保护电路IREFUIUOADJ123外形引脚CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 A基本应用电路Uo CW317123C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4IOIQII REF0.1 FV1V2V1 防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器V2 防止输出端短路时C2 通过调整端放电损坏稳压器UREF = 1.25 V使 UREF 很稳定120 I REF 50 A2.2 k R1 = UREF/ IQ = 125 静态电流 IQ(约10 mA)从输出端流出， RL 开路时流过 R1R2 = 0 2.2 k 时，UO

11、= 1.25 24 V0 30 V 连续可调电路Uo CW317123+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+ 3 k120 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V当 R2 = 0 时，UO= 0 V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)9.6 开关型稳压 电 源 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一、 串联型开关稳压电路9.6.1 开关稳压电源的基本工作原理调整管取样电路开关调整

12、管控制组成框图滤波+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定的三角波误差放大续流工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式 (PWM)+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL= DUI 占空比+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理UIUOuFuA占空比UOD = 50 %当 uF = UREF ，uA = 0，UO 为预定标称值 虽然调整管工作在开关状态，但由于二极管VD的续流

13、作用和L、C的滤波作用，仍可获得平稳的直流电压输出。二、 并联型开关稳压电路+UI+UoRLV1R1R2LC+UREFuFuB控 制电 路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高电平iO低电平uBtofftonT 截止截止iL单片脉宽调制式(外接开关功率管)9.6.2 集成开关稳压器及其应用类型单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、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、 2 只输出功率管、过热保护最大输入电压：40 V最高工作频率：100 kHz每路输出电流：100

14、mA内部基准电压：5 V(承受 50 mA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 极输入电压振荡/同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流+限流断路补偿CW1524 系列引脚排列防止寄生振荡外接复合管扩流产生振荡1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k3 k5 k5 k5 k2 k50 k180 68 0.1 UIUOR00.1F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)C

15、W1524L0.9 mHf0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz+ 5 V2.5 V2.5 V+ 5 V限流取样电阻(1 A)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(0 100 %)最大输入电压：50 V输出电压：5.1 40 V 连续可调最高工作频率：100 kHz额定输出电流：CW4960 2.5 A (过流保护 3.0 4.5 A)CW4960 1.5 A (过流保护 2.5 3.5 A)小散热片不用散热片CW4960/4962 系列引脚图1 2 3

16、 4 5 6 7CW4960IN反馈补偿GNDRT/CT软启动输出1 234 5678161514131211109NC输出NC补偿NCGNDGNDNC输入NC软启动RT/CTGNDGND反馈NCCW4962CW4960/4962 应用电路 220 FR115 kL150 H4962(4960)11(3)10(2)7(1)14(5)4(4)15(6)2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k+220 F220 F / 40 VC2C34.3 k33 nF2.2 F2.2 nFV取样电阻500 10 k工作频率控制f = 1/ RTCT106 kHz一般 RT = 1 27 k CT

17、= 1 3.3 nF 频率补偿防寄生振荡续流二极管采用肖特基管软启动电容1 4.7 F9.6.3 直流直流（DC-DC）电压变换电路 将一个恒定的直流电压通过电子器件的开关作用变换成为可变的直流电压的过程，称为直流直流变换，即DC-DC变换。 PWM是为保持变换器的输出电压稳定，所采用占空比控制技术中的脉宽调制技术。 1.集成PWM控制器的组成和原理 目前，常见的单片集成PWM控制器产品有SG3524、TL494、MC34060、SGl525SGl529等，功能大同小异。由于型号很多，在实际应用中应参考各厂家的产品说明，以便选择适合的集成PWM控制器。下面介绍集成PWM控制器的PWM信号产生电

18、路组成及原理。 图9.13表示了PWM信号产生电路框图及其波形 。图9.13 PWM信号产生电路及波形2. SGl525SGl527系列集成PWM控制器 SGl525SGl527系列集成PWM控制器是美国硅通用公司的第二代产品，我国的集成电路制造厂家已生产出国产此种系列的PWM控制器。SGl525在SG1524基础上增加了振荡器外同步、死区调节、PWM锁存器以及输出级的最佳设计等，是一种性能优良、功能完善、通用性强的集成PWM控制器。 SGl525与SGl524的电路结构相同，仅输出级不同。SGl525输出正脉冲，适用于驱动NPN功率管或N沟道功率MOSFET管。SGl527输出负脉冲，适用于驱动PNP功率管或P沟道功率MOSFET管。SG2525和SG3525也属这个系列，内部结构及功能相同，仅工作电压及工作温度有些差异。 9.7 实际应用电路举例1.电阻限流电池充电电路 如图9.14所示,稳压管保证电池两端电压不超过最大规定电压，电阻R限制充电电流。此电路电流一般小于200mA。图9.14 电阻限流电池充电电路2.场效应管恒流电池充电电路 如图9.15所示，四只场效应管接成恒流二极管，并联后以足够电流给4节镍镉电池充电，电流一般不超过500mA。需要电流较大时，可以增加场效应管的个数。图9.15 场效应管恒流电池充电电路3.