直流稳压电源课件资料

18.1概述在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如下图所示。变压器整流滤波稳压它由电源变压器，整流电路,滤波电路，稳压电路等四部分组成。第1页/共52页第一页，共53页。2电源变压器

由于所需的直流电压比电网的交流电压相差较大，因此常利用电源变压器降压得到合适的交流电压进行转换。

变压器第2页/共52页第二页，共53页。3

整流整流电路

利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压第3页/共52页第三页，共53页。4

滤波滤波电路

利用储能元件，将脉动电压变为比较平滑的直流电压第4页/共52页第四页，共53页。5

稳压稳压电路

使输出电压在电网电压波动或负载电流变化时，仍保持稳定。第5页/共52页第五页，共53页。68.2单相整流滤波电路整流电路的作用：利用二极管的单相导电性将交流电转换成直流电。常见的整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流几种。在分析整流电路的性能时，主要考察3个参数：输出直流电压平均值Uo(AV)整流二极管正向平均电流ID(AV)最大反向峰值电压URM：二极管截止时承受的最大反向电压。第6页/共52页第六页，共53页。7单相整流电路1、单相半波整流电路流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压输出平均电压为第7页/共52页第七页，共53页。82、单相桥式整流电路(1)工作原理ui负半周，D2、D4

导通，D1、D3截止。uo=-uiui正半周，D1、D3导通，D2、D4截止。uo=uiui正、负半周均有电流流过负载电阻RL，且电流反向一致。uo为单相脉动电压。第8页/共52页第八页，共53页。9（2）参数计算输出平均电压为

流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为第9页/共52页第九页，共53页。10二极管所承受的最大反向电压第10页/共52页第十页，共53页。11桥式整流电路的优点：1）输出电压高2）纹波电压小3）管子承受的反向压降小4）电源变压器的利用率高缺点：使用较多的二极管

输入（交流）—用有效值或最大值；U2、U2m

输出（交直流）—用平均值；Uo(AV)

整流管正向电流—用平均值；ID(AV)

整流管反向电压—用最大值。URM注意：整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:第11页/共52页第十一页，共53页。12滤波电路

整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。电容滤波电感滤波复合滤波第12页/共52页第十二页，共53页。131、电容滤波

利用电容器两端的电压不能突变的特点，将电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形平滑的目的。

从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并联的电容器C在电源电压升高时，把部分能量存储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压平滑。（1）电容滤波电路第13页/共52页第十三页，共53页。14(2)滤波原理负载RL未接入：ui0，经D1、3向C充电；ui0，经D2、4向C充电；τ充电=RintC很小，电容很快充到u2最大值。负载RL接入：u2<uC，D受反向电压截止，C经RL放电，因τ放电=RLC一般较大，故uC按指数规律缓慢下降。

u2>uC，D导通，C经D充电，因τ充电较小，故uC按指数规律快速上升。

如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。第14页/共52页第十四页，共53页。15结论1结论2滤波电路中二极管的导电角θ180,导电时间缩短。因此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，这对管子是不利的，必须选择较大容量的二极管。

由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。第15页/共52页第十五页，共53页。16

结论3τ放电=RLC越大,放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取：

τ放电≥（3～5）T/2，T为电源交流电压的周期。

当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合τ放电增大t2点要右移，t3点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3。第16页/共52页第十六页，共53页。17

整流滤波电路中，输出直流电压Uo随负载电流Io的变化关系曲线称外特性。（3）外特性输出直流电压Uo随负载电流Io增加而减小。C值一定，当RL=（空载）时，当C=0（无电容）

时，当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足第17页/共52页第十七页，共53页。182、电感滤波

利用电感Ｌ的电流不能突变的性质，把Ｌ与负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。

当u2正半周时，D1、D3导电，L中的电流将滞后u2。

因电感中电流的连续性，D1~4的导通角都是180°。

当u2负半周时，L中的电流将由D2、D4提供。第18页/共52页第十八页，共53页。193、复合滤波RC-Π型滤波LC-Π型滤波LC滤波

为进一步改善滤波效果，降低负载电压uo中的纹波，可采用复合滤波。第19页/共52页第十九页，共53页。208.3稳压电路稳压管稳压电路串联反馈稳压电路稳压电路的保护环节集成稳压电路

交流电经过整流滤波可得到平滑的直流电压。然而当电网电压波动和负载变化时输出电压将随之变化。稳压电路的作用就是在这两种情况下，将输出电压稳定在一个固定的数值上。第20页/共52页第二十页，共53页。21稳压电路的主要性能指标1、稳压系数

稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。2、输出电阻R0

输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。第21页/共52页第二十一页，共53页。221电路组成和工作原理组成：采样电路基准电压和放大电路调整管串联反馈稳压电路第22页/共52页第二十二页，共53页。23稳压过程UI或IL

UoUFUidUBICUCEUo

串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。第23页/共52页第二十三页，共53页。242输出电压的调节范围Uo的调节通过采样电路R2的滑动端位置来实现。深度负反馈下，注意：调整管T的调整作用是靠UF和UREF的偏差来实现的，该系统为闭环有差调整系统。

基准电压直接影响稳压电源的性能。第24页/共52页第二十四页，共53页。25稳压电路的保护环节

在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故

IC≈IL

当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。第25页/共52页第二十五页，共53页。26

电阻R检测调整管的电流，当电流在额定范围内时UR不足以使T2导通；而当电流超过额定值后，T2导通，将T1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。限流型保护电路调整管

当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。

从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下电流也不会太大。第26页/共52页第二十六页，共53页。271）当正常工作时，T2处于截止状态，即：若UIUoU+Ub1IC（Io）Uo

2）当Io超过额定值时，保护管T2导通：引起U+上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负反馈回路。U+上升引起的一系列变化如下：

U+Ub1Uc1（Uo）

Ub2

Ic2U+这样最终导致Uo接近于零，实现了截流作用。截流型保护电路第27页/共52页第二十七页，共53页。28

集成稳压器符号

外形图

1、概述将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。三端集成稳压器第28页/共52页第二十八页，共53页。291端:公共端3端:输入端2端:输出端W7900系列稳压器外形13221端:输入端3端:公共端2端:输出端W7800系列稳压器外形13223第29页/共52页第二十九页，共53页。302、线性三端集成稳压器的分类1）三端固定输出集成稳压器国标型号为CW117

、CW217、

CW317(正压)国标型号为CW78(正压)，CW79(负压)，2）三端可调输出集成稳压器国标型号为CW137

、CW237

、CW337(负压)1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。---输出电压值：5V，9V、12V、15V、18V、24V

输出电流：1A、0.5A(M)、0.1A(L)第30页/共52页第三十页，共53页。313、三端固定式输出应用电路三端固定输出集成稳压器1）固定输出电路UI-UO=3～5VUI最大可以达到35V第31页/共52页第三十一页，共53页。322）、输出正负电压的电路W78XXCIUI+_UO123+_CIW79XX12COCO3UO第32页/共52页第三十二页，共53页。333）输出可调电路第33页/共52页第三十三页，共53页。344）扩大输出电流的稳压电路IO=I2+IC=I2+βIB=I2+β（I1–IR)=I2+β

（I2+UBE/R

)=I2(1+β)+βUBE/R第34页/共52页第三十四页，共53页。355）恒流源电路I2=0IO=UXX/R第35页/共52页第三十五页，共53页。363、可调式输出应用电路三端可调输出集成稳压器

可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25

V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。第36页/共52页第三十六页，共53页。378.4开关型稳压电源

为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达90%以上，造价低，体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。开关型稳压电路的工作原理集成开关型稳压器第37页/共52页第三十七页，共53页。38开关型稳压电路的工作原理

开关型稳压电源的原理可用图的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。

图开关型稳压电源原理图第38页/共52页第三十八页，共53页。39

三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。

根据电路图的接线，当三角波的瞬时值小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管的导通时间为ton；反之输出为低电平，对应调整管的截止时间toff。

为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器的输出Vf减小，比较器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。第39页/共52页第三十九页，共53页。40第40页/共52页第四十页，共53页。41第41页/共52页第四十一页，共53页。421．调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4．在许多场合可以省去电源变压器；5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。由以上分析可以得出如下结论：第42页/共52页第四十二页，共53页。43集成开关型稳压器典型的开关电源控制器和开关电源见下表

型号电源范围/V最大输出电流/A内部参考源/V输出级形式

TL4947～400.25推挽或单端

SG35248～350.15推挽

SG35258～350.55推挽

LM25753.5～3511.23_

表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包括调整管在内的集成开关稳压器;另一类称为开关电源控制器，它不包括调整管。(1)开关稳压电源概述第43页/共52页第四十三页，共53页。44

利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。SG3524是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图所示。

(2)开关稳压电源控制器SG3524图8.4.3SG3524的内部方框图

它的内部包括误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节。第44页/共52页第四十四页，共53页。45

SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图所示。图开关稳压电源应用电路第45页/共52页第四十五页，共53页。463524从11和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由6和7脚外接的RT和CT决定。1和2脚是内部运算放大器的输入端，R1和R2构成反馈回路。16脚是基准源，由R3和R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。

V3和V4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。V3和V4的输出由V2、CP、Q或Q决定。因Q和Q只能有一个是高电平，T2和T1不可能同时导通。T1和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。第46页/共52页第四十六页，共53页。47SG3524电路控制过程的波形如图所示。

图SG3524的波形图

锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动T'触发器，CP、Q和V2

的或非是V3，决定T1的通断。CP、Q和V2

的或非是V4，决定T2的通断。由于Q和Q等宽，加上V2的存在，所以V3和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证T1和T2

管不会同时导通。第47页/共52页第四十七页，共53页。48

当V1降低时，V2加宽，T1和T2的宽度变窄，导通时间减小。反之，当V1增加时，T1和T2

的导通时间增加。第48页/共52页第四十八页，共53页。