直流稳压电源课件

1、第 7 章 直流稳压电源,太原理工大学电工基础教学部,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,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：,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

2、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,7.1.1 单相整流电路,1. 单相半波整流电路,u2 0 时，D导通uD= 0 。,U2 0 ub 0时，D1导通D2截止,Ua 0 ub 0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,3 .单相桥式整流电路,u2正半周时电流通路, 分析 设：,D1 D2共阴极，对应uo的“+”极； D3 D4共阳极，对应uo的“-”极。,D1 D3在u2的正半周导通； D2 D4在u2的负半周导通。,u2负半周时电流通路,u20 时 a+ b-,D

3、1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: 由a+经D1 RLD3b-,u20 时 b(+) a(-),D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路:由b(+)经D2 RLD4a(-),输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形, 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：,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,u1 0 时 u12 0 D1

4、导通，uo1=u12 u220 D3导通， uo2=u22,u1 0 时 U22 0 D2导通，uo1=u22 U12 0 D4导通，uo2=u12,Uo1= 0.9U2 Uo2= -0.9U2,整流桥实物照片,7.1.2 滤波电路,1. 电容滤波电路, 分析 设：,并入电容C后，在u2 uC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u2 uC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,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

5、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。,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,当Ui减小或输出电流增加（ RL减小）使Uo降低时,2. RW 的调压作用,UCE2,Uo,UBE1,UCE1,RW 下调,UF,UBE2,UZ不变,3. 输出电压的调节范围,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： 7-10

6、7-12,7.3 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。,三端集成稳压器实物照片,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,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,W7

7、8M000.5A,W78L000.1A,W78T003A,W78H005A,CW7800 的内部结构和基本应用电路,内部 结构,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,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。 0.1F 0.33F,电容C2减小高频干扰，改善瞬态特性。1F,正负电压同时输出电路,2. 输出正负电压的电路,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,电压跟随器的电源借助于稳压

8、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。,(UXX=5V),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,工作温度,CW117(137) -55 150C,CW217(237) -25 150C,CW317(337) 0 125C

9、,基准电压,1.25 V,输出电流,L 型 输出电流 100 mA,M 型 输出电流 500 mA,CWL117(137),CWM117(137),2 . 内部结构和基本应用电路,内 部 结 构,外 形 引 脚, 50 A,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 = 1.25 V,使 UREF 很稳定,125 ,I REF 50 A,2.2 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 R1,R2 = 0 2.2 k 时，,UO = 1.25

10、 24 V,UREF = 1.25 V,使 UREF 很稳定,125 ,I REF 50 A,2.2 k,0 30 V 连续可调电路,UA = 1.25 V,当 R2 = 0 时，UO= 0 V,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1.25 37V。,3. 应用,其中 UREF=1.25V。如果R1=240，R2=2.4k，则输出电压可调范围为1.25 V 13.75V,若取R1=240,R2=6.8k,则Uo为1.25V 37V 。,所以输出电压：,7.3.3 低压差三端集成稳压器,前述三端

11、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（4.5 W），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。,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。,7.4 串联开关式稳压电源

12、,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,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,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

13、率固定的三角波,误差放大,续流,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（ UREF uF）,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。,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),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

14、=UI ,经LC滤波到负载RL,同时iL L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,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。,uE (uD) 、 iL 、 uO的波形,UI,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,1.

15、UO 标准值（ USET），q50%时的情况,运放A：uF UREF、 其输出UA =0,运放C：为过零电压比较器，其输出UB 对称，ton= toff,2. UO 标准值（ USET），q50%时的情况,运放A：uF UREF、 其输出UA 0,运放C：为负电压比较器，当uT UA时UB 0，,ton toff，调整管时间ton占空比q 输出电压UO ,3. UO 标准值（ USET），q50%时的情况,运放A：uF UREF、 其输出UA 0,运放C：为正电压比较器，当uT UA时UB 0，,ton toff，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

16、自动调整脉冲波形的占空比使输出电压维持恒定。,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：,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,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

17、、 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 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,CW1524 系列引脚排列,外接复合管扩流,f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz,+ 5 V,2.5 V,2.5 V,+ 5 V,限流取样电阻(1 A),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(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 4 5 6 7,CW4960,IN,反馈,补偿,GND,RT/CT,