第8章_直流穩(wěn)壓電源資料.docVIP

1、第8章 直流穩(wěn)壓電源8.1 單相整流濾波電路教學(xué)要求:1.掌握單相橋式整流電路的工作原理;2.掌握電容濾波電路的工作原理;3.了解電感濾波電路型濾波電路的結(jié)構(gòu)及原理引言直流穩(wěn)壓電源是將交流電變換成功率較小的直流電,一般由變壓整流濾波和穩(wěn)壓等幾部分組成整流電路用來(lái)將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓;濾波電路用來(lái)濾除整流后單向脈動(dòng)電壓中的交流成分,使之成為平滑的直流電壓;穩(wěn)壓電路的作用是輸入交流電源電壓波動(dòng)負(fù)載和溫度變化時(shí),維持輸出直流電壓的穩(wěn)定一單相整流電路(一)半波整流電路單相半波整流電路如下圖(a)所示,圖中Tr為電源變壓器,用來(lái)將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓,同時(shí)保

2、證直流電源與市電電源有良好的隔離設(shè)V為整流二極管,令它為理想二極管,RL為要求直流供電的負(fù)載等效電阻由圖可見(jiàn),負(fù)載上得到單方向的脈動(dòng)電壓,由于電路只在u2的正半周有輸出,所以稱(chēng)為半波整流電路半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用元件少,但整流效率低,輸出電壓脈動(dòng)大,因此,它只使用于要求不高的場(chǎng)合(二)橋式整流電路為了克服半波整流的缺點(diǎn),常采用橋式整流電路,如下圖所示,圖中V1V2V3V4四只整流二極管接成電橋形式,故稱(chēng)為橋式整流1.工作原理和輸出波形設(shè)變壓器二次電壓u2=21/2U2sint,波形如電壓電流波形圖(a)所示在u2的正半周,即a點(diǎn)為正,b點(diǎn)為負(fù)時(shí),V1V3承受正向電壓而導(dǎo)通,此時(shí)有電流流過(guò)R

3、L,電流路徑為aV1RLV3b,此時(shí)V2V4因反偏而截止,負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓,如電壓電流波形圖(b)中的0段所示若略去二極管的正向壓降,則uOu2電壓電流波形在u2的負(fù)半周,即a點(diǎn)為負(fù)b點(diǎn)為正時(shí),V1V3因反偏而截止,V2V4正偏而導(dǎo)通,此時(shí)有電流流過(guò)RL,電流路徑為bV2RLV4a這時(shí)RL上得到一個(gè)與0段相同的半波電壓如電壓電流波形圖(b)中的2段所示,若略去二極管的正向壓降,uO-u2由此可見(jiàn),在交流電壓u2的整個(gè)周期始終有同方向的電流流過(guò)負(fù)載電阻RL,故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓可見(jiàn),橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍,所以橋式整流電路輸出電壓平均值為uO=

4、2×0.45U2=0.9U2橋式整流電路中,由于每?jī)芍欢O管只導(dǎo)通半個(gè)周期,故流過(guò)每只二極管的平均電流僅為負(fù)載電流的一半,在u2的正半周,V1V3導(dǎo)通時(shí),可將它們看成短路,這樣V2V4就并聯(lián)在u2上,其承受的反向峰值電壓為URM=21/2U2同理,V2V4導(dǎo)通時(shí),V1V3截止,其承受的反向峰值電壓也為URM=21/2U2二極管承受電壓的波形如電壓電流波形圖(d)所示由上圖可見(jiàn),在交流電壓u2的整個(gè)周期始終有同方向的電流流過(guò)負(fù)載電阻RL,故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓可見(jiàn),橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍橋式整流電路與半波整流電路相比較,其輸出電壓UO提高,脈動(dòng)成

5、分減小了2.參數(shù)估算       二濾波電路整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電,但其中含有大量的交流成分(稱(chēng)為紋波電壓)應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路,濾去交流成分(一)電容濾波1.電路和工作原理設(shè)電容兩端初始電壓為零,并假定t=0時(shí)接通電路,u2為正半周,當(dāng)u2由零上升時(shí),V1V3導(dǎo)通,C被充電,同時(shí)電流經(jīng)V1V3向負(fù)載電阻供電忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻,電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零,因此uo=ucu2,在u2達(dá)到最大值時(shí),uc也達(dá)到最大值,然后u2下降,此時(shí),uc>u2,V1V3截止,電容C向負(fù)載電阻RL放電,由于放電時(shí)間常數(shù)=

6、RLC一般較大,電容電壓uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降,當(dāng)下降到|u2|>uc時(shí),V2V4導(dǎo)通,電容C再次被充電,輸出電壓增大,以后重復(fù)上述充放電過(guò)程其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓2.波形及輸出電壓  (二)其他形式濾波電路1.電感濾波電路電路如下圖所示,電感L起著阻止負(fù)載電流變化使之趨于平直的作用直流分量被電感L 短路,交流分 量主要降在L 上  ,電感越大,濾波效果越好一般電感濾波電路只使用于低電壓大電流的場(chǎng)合2.p 型濾波為了進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋波可采用p 型LC濾波電路由于C1C2對(duì)交流容抗小,而電 感對(duì)交流阻抗很大,因此,負(fù)載RL上的紋波電壓很小

7、8.2 線性集成穩(wěn)壓器教學(xué)要求: 1.掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;2.掌握集成三端可調(diào)穩(wěn)壓器的型號(hào)及特性;3.熟悉集成三端固定輸出穩(wěn)壓器的型號(hào)參數(shù)及應(yīng)用一串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理穩(wěn)壓電路用來(lái)在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定直流輸出電壓采用三極管作為調(diào)整管并與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電路,稱(chēng)為串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路;調(diào)整管并與負(fù)載并聯(lián)的穩(wěn)壓電路,稱(chēng)為并聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路;當(dāng)調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)則稱(chēng)為線性穩(wěn)壓器(一)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理當(dāng)輸入電壓UI增大(或負(fù)載電流IO減小)引起輸出電壓UO增加時(shí),取樣電壓UF隨之增大,UZ與UF的差值減小,經(jīng)A放大后使調(diào)整管的基極電壓UBI減小,集電極

8、IC1減小,管壓降UCE增大,輸出電壓UO減小,從而使穩(wěn)壓電路的輸出電壓上升趨勢(shì)受到抑制,穩(wěn)定了輸出電壓同例,當(dāng)輸入電壓UI減小(或負(fù)載電流IO增大)引起輸出電壓UO減小時(shí),電路將產(chǎn)生與上述相反的穩(wěn)壓過(guò)程,維持電壓基本不變可見(jiàn)穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)是UCE的自動(dòng)調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定(二)輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍二三端固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7800 系列(正電源),CW7900 系列(負(fù)電源)輸出電壓:5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V輸出電流:78L ×× / 79L ×× 輸出電流 100 mA;78M×× /

9、9M×× 輸出電流 500 mA ;78 ×× / 79 ×× 輸出電流 1.5 A 如CW7805 輸出 5 V,最大電流 1.5 A;CW78M05 輸出 5 V,最大電流 0.5 A;CW78L05 輸出 5 V,最大電流 0.1 A 封裝和符號(hào):              (二)CW7800 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)啟動(dòng)電路幫助穩(wěn)壓器快速建立輸出電壓UO;調(diào)整電路由復(fù)合管構(gòu)成;取樣電路輸出固定的電壓CW7800系列穩(wěn)壓器具

10、有過(guò)熱過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)功能(三)應(yīng)用電路1.基本應(yīng)用電路和基本應(yīng)用電路如下圖所示由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器,所以輸出電壓為12V,最大輸出電流為1.5A為使電路正常工作,要求輸入電壓U1比輸出電壓UO至少大2.53V輸入端電容C1用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng),以防止自激振蕩,還可抑制電源的高頻脈沖干擾一般取0.11F輸出端電容C2C3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),消除電路的高頻噪聲,同時(shí)也具有消振作用V是保護(hù)二極管,用來(lái)防止在輸入端短路時(shí)輸出電容C3所存儲(chǔ)電荷通過(guò)穩(wěn)壓器放電而損壞器件CW7900系列的接線與CW7800系列基本相同2.提高輸出電壓的電路   

11、0;               提高電阻R2與R1的比值,可提高輸出電壓UO缺點(diǎn)是當(dāng)輸入電壓變化時(shí),IQ也變化,這使穩(wěn)壓器的精度降低     3.輸出正負(fù)電壓的電路此電路采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成的具有同時(shí)輸出+15V-15V電壓的穩(wěn)壓電路4.恒流源電路三三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器是在三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,集成片的輸入電流幾乎全部流到輸出端,流到公共端的電流非常小

12、,因此可以用少量的外部元件方便地組成精密可調(diào)的穩(wěn)壓電路,應(yīng)用更為靈活(一)典型產(chǎn)品型號(hào)命名CW117/217/317系列(正電源) ;CW137/237/337系列(負(fù)電源)工作溫度:CW117(137) -55 150°C ;CW217(237) -25 150°C;CW317(337)0 125°C .        基準(zhǔn)電壓:1.25V 輸出電流:L 型 輸出電流 100 mA ;M 型 輸出電流 500 mA (二)CW117 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路   &

13、#160; 圖中ADJ稱(chēng)為電壓調(diào)整端,因所有偏置電路和放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)電流都流到穩(wěn)壓器的輸出端,所以沒(méi)有單獨(dú)引出接地端基本應(yīng)用電路:靜態(tài)電流IQ(約10 mA)從輸出端流出,RL開(kāi)路時(shí)流過(guò)R1,R1 =UREF/IQ= 125 W ,R2=0 2.2 kW時(shí),UO = 1.25 24 VV1防止輸入端短路時(shí)C4反向放電損壞穩(wěn)壓器  ;V2防止輸出端短路時(shí)C2通過(guò)調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器C2用于減小輸出紋波電壓R1RP構(gòu)成取樣電路,這樣,實(shí)質(zhì)電路構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,調(diào)節(jié)RP,可改變?nèi)颖?即可調(diào)節(jié)輸出電壓UO的大小0 30V連續(xù)可調(diào)電路:圖中R3V組成穩(wěn)壓電路,使A點(diǎn)電位為-1.25V,

14、這樣當(dāng)R2=0時(shí),UA電位與UREF相抵消,便可使UO=0V8.3 開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓電源教學(xué)要求:1.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理;2.CW1524系列的各管腳功能及外部電路的連接特點(diǎn);3.CW4960/4962的典型應(yīng)用電路引言線性集成穩(wěn)壓器有很多優(yōu)點(diǎn),但調(diào)整管必須工作在線性放大區(qū),管壓降比較大,同時(shí)要通過(guò)全部負(fù)載電流,所以管耗大,電源效率低,一般為40%60%特別在輸入電壓升高負(fù)載電流很大時(shí),管耗更大,不但電源效率低,同時(shí)使調(diào)整管的工作可靠性降低開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),依靠調(diào)節(jié)調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓由于調(diào)整管主要工作在截止和飽和兩種狀態(tài),管耗小,故使穩(wěn)壓電源有的效率明提顯高,可達(dá)8

15、0%90%,而且這一效率幾乎不受輸入電壓大小的影響,即開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源很寬的穩(wěn)壓范圍由于效率高使得電源的主要缺點(diǎn)是輸出電壓中含有較大的紋波但由于開(kāi)關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)顯著,故發(fā)展非常迅速,使用也越來(lái)越廣泛一開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理(一)串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的基本組成框圖如下圖所示圖中,V1為開(kāi)關(guān)調(diào)整管,它與負(fù)載RL串聯(lián);V2為續(xù)流二極管,LC構(gòu)成濾波器;R1和R2組成取樣電路A為誤差放大器C為電壓比較器,它們與基準(zhǔn)電壓源三角波發(fā)生器組成開(kāi)關(guān)調(diào)整管的控制電路誤差放大器對(duì)來(lái)自輸出端的取樣電壓uF與基準(zhǔn)電壓UREF的差值進(jìn)行放大,其輸出電壓uA送到電壓比較器C的同相輸入端三角波發(fā)生器產(chǎn)生一頻率固定的

16、三角波電壓uT,它決定了電源的開(kāi)關(guān)頻率uT送至電壓比較器C的反相輸入端與uA進(jìn)行比較,當(dāng)uA>uT時(shí),電壓比較器C輸出電壓uB為高電平,當(dāng)uA<uT時(shí),電壓比較器C輸出電壓uB為低電平,uB控制開(kāi)關(guān)調(diào)整管V1的導(dǎo)通和截止 1.工作波形(脈寬調(diào)制式PWM)2.穩(wěn)壓原理開(kāi)關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為ton,截止時(shí)間為toff,開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換周期為T(mén),T=ton+toff,它取決于三角波電壓uT的頻率D=ton/T稱(chēng)為脈沖波形的占空比UO正比于脈沖占空比D,調(diào)節(jié)D就可以改變輸出電壓的大小,因此,這種電路稱(chēng)為脈寬調(diào)制(PWM)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路在閉環(huán)條件下,電路能根據(jù)輸出電壓的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)整管

17、的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,維持輸出電壓的穩(wěn)定當(dāng)輸出電壓UO升高時(shí),取樣電壓uF增大,誤差放大器的輸出電壓uA下降,調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間ton減小,占空比D減小,使輸出電壓減小,恢復(fù)到原大小反之,輸出電壓UO下降,uF下降,uA上升,調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間ton增大,占空比D增大,使輸出電壓增大,恢復(fù)到原大小從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的必須指出,當(dāng)uF=UREF時(shí),uA=0,脈沖占空比D=50%,此時(shí)穩(wěn)壓電路的輸出電壓UO等于預(yù)定的標(biāo)稱(chēng)值所以,穩(wěn)壓電源取樣電路的分壓比可根據(jù)uF=UREF求得二集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器分為兩大類(lèi):單片脈寬調(diào)制式(外接開(kāi)關(guān)功率管) 如CW1524系列和單片集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器如CW49

18、60/4962 (一)CW1524/2524/3524(區(qū)別在于溫度范圍不同) 組成:基準(zhǔn)電壓源誤差放大器脈寬調(diào)制器振蕩器觸發(fā)器 2 只輸出功率管過(guò)熱保護(hù)最大輸入電壓:40 V;最高工作頻率:100 kHz;每路輸出電流:100 mA;內(nèi)部基準(zhǔn)電壓:5 V(承受 50 mA 電流) ;        CW1524降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源(二)CW4960/4962組成:基準(zhǔn)電壓源誤差放大器脈寬調(diào)制器開(kāi)關(guān)功率管(內(nèi)接)軟啟動(dòng)電路過(guò)流限制過(guò)熱保護(hù) ;功能:慢起動(dòng)過(guò)流保護(hù)過(guò)熱保護(hù)占空比可調(diào)(0 100 %); 最大輸入電壓:50 V ; 輸出電壓:5.1 40 V 連續(xù)可調(diào);最高工作頻率:100 kHz ;額定輸出電流:CW4960 2.5 A (過(guò)流保護(hù) 3.0    4.5 A) ,小散熱片;CW4960 1.5 A(過(guò)流保護(hù) 2.5 3.5 A) ,不用散熱片CW4960/4962內(nèi)部電路完全相同,主要由基準(zhǔn)電壓源誤