直流穩(wěn)壓電源(內(nèi)容包括單相整流濾波電路,線性集成穩(wěn)壓器,開關(guān)集成穩(wěn)壓電源)

1、引言幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過整流變成脈穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過整流變成脈動的直流電，然后通過濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成動的直流電，然后通過濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電的儀器。它由整流電路、穩(wěn)定的直流電的儀器。它由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路濾波電路和穩(wěn)壓電路3部分組成。部分組成。 濾波濾波整流整流穩(wěn)壓穩(wěn)壓變壓變壓交流交流電源電源負負載載OtuOtuOtuOtuOtu220V單向單向脈動電壓脈動電壓合適的合適

2、的交流電壓交流電壓 平滑平滑直流電壓直流電壓 穩(wěn)定穩(wěn)定直流電壓直流電壓1.1 單相整流電路單相整流電路一、半波整流電路一、半波整流電路RL220V+ uu2iD+ uD帶有純阻負載的單相半波整流電路如圖所帶有純阻負載的單相半波整流電路如圖所示，這是一種最簡單的整流電路。它由變示，這是一種最簡單的整流電路。它由變壓器壓器Tr、整流二極管、整流二極管V及負載及負載RL三部分組三部分組成。變壓器成。變壓器Tr將將220V交流電壓變換為整流交流電壓變換為整流電路所要求的交流低壓；二極管電路所要求的交流低壓；二極管V具有正具有正向?qū)?、反向截止的開關(guān)作用，所以將交向?qū)?、反向截止的開關(guān)作用，所以將交流電

3、變成了脈動的直流電，稱為整流二極流電變成了脈動的直流電，稱為整流二極管；負載管；負載RL將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。RL220V+ uu2iD+ uDu2 0 時時:設(shè)設(shè)tUusin222二極管導(dǎo)通，忽略二二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2u2 IDO =ULO/RL=0.45 U2/RL （2）D管的最大反向工作電壓UR必須 大于二極管實際所承受的最大反 向峰值電壓URM，即 UR URM =2SQR(2)U2二極管的選擇：輸出電壓波動小，變壓需中心抽頭，繞制復(fù)雜，成本高，笨重。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234電路特點： 從前面的分析

4、可知，無論何種整流電路，從前面的分析可知，無論何種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了減少脈動，就需要采取一定的措施，為了減少脈動，就需要采取一定的措施，即濾波。濾波的作用是一方面盡量降低輸即濾波。濾波的作用是一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面又要盡量出電壓中的脈動成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。理想的直流電壓。1. 電路和工作原理電路和工作原理在整流電路中，在整流電路中， 把一個大電容把一個大電容C并接在負載電阻兩端就并接在負載電阻兩端就構(gòu)成了電容濾波電路

5、，構(gòu)成了電容濾波電路， 其電路和工作波形如圖所示。其電路和工作波形如圖所示。RLV1V4V3V2ioC + uo= uc +u V導(dǎo)通時給導(dǎo)通時給C 充電充電 V截止時截止時C 向向RL放電放電濾波后濾波后uo 的波形變得平緩的波形變得平緩,平均值提高。平均值提高。RL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時 (忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot無濾波電容無濾波電容時的波形時的波形加入濾波電容加入濾波電容時的波形時的波形u2上升上升, u2大于電容上的電壓大于電容上的電壓uc,u2對電容充電，對電容充電，uo= uc u2, ,u2下降，下降， u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電

6、壓小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容而截止。電容C通過通過RL放電，放電， uc按指數(shù)規(guī)律下降，按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)時間常數(shù) = RL Cu2tuot只有整流電路輸出電壓大于只有整流電路輸出電壓大于u uc c時，才時，才有充電電流。因此二極管中的電流是有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。脈沖波。二極管中的二極管中的電流電流22UUo 經(jīng)上述分析可知，經(jīng)上述分析可知， 由于在二極管截止期間電由于在二極管截止期間電容向負載電阻緩慢放電，容向負載電阻緩慢放電， 使得輸出電壓的脈使得輸出電壓的脈動減小，動減小， 結(jié)果平滑了許多。結(jié)果平滑了許多。 輸出電壓平均值輸出電壓平均值也得

7、到了提高。也得到了提高。 顯然顯然RLC的值越大，的值越大， 濾波效濾波效果越好，果越好， 當(dāng)負載開路時（當(dāng)負載開路時（RL=）,為了取得良好的濾波效果，為了取得良好的濾波效果， 一般取一般取253TCRL式中，式中， T為交流電源的周期。為交流電源的周期。 此時的輸出電壓此時的輸出電壓平均值為平均值為 Uo1.2 U2 例例 1.1 單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f = 50 Hz,負載負載電阻電阻RL = 40 ,要求直流輸出電壓要求直流輸出電壓UO = 20V, 選擇選擇整流二極管整流二極管及及濾濾波電容。波電容。 解解:選變壓器選變壓器V172 .

8、 1V202 . 1O2 UU2RM2UU 選二極管應(yīng)滿足選二極管應(yīng)滿足:IF (2 3) ID可選可選: 2CZ55C(IF = 1 A， URM = 100 V)或或1 A、100 V 整流橋整流橋電流平均值電流平均值: A0.25 40V 20212121LOOD RUII承受最高反壓：承受最高反壓：V 2422RM UUsfT02. 05011 s 04. 024L TCR取取F 1000 40s 0.04 C可選可選： 1000 F, 耐壓耐壓50 V 的電解電容的電解電容1. 電感濾波電感濾波RLL+u2 整流后的輸出電壓：整流后的輸出電壓：直流分量直流分量被電感被電感L 短路短路

9、交流分量交流分量主要主要降在降在L 上上電感越大，濾波效果越好電感越大，濾波效果越好2. 型濾波型濾波L C1RL+u2 C2C1、C2對交流對交流容抗小容抗小L 對交流對交流感抗感抗很很大大負載電流小時負載電流小時L8+Uo +UI RLV1+UCE 并聯(lián)型并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路調(diào)整管與負載并聯(lián)調(diào)整管與負載并聯(lián)串聯(lián)型串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路調(diào)整管與負載串聯(lián)調(diào)整管與負載串聯(lián)2.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI 取取樣樣電電路路調(diào)整管調(diào)整管比較放比較放大電路大電路基準電壓基準電壓UZUF 一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理 穩(wěn)壓的實質(zhì)：穩(wěn)壓的實質(zhì)：UCE的自動調(diào)節(jié)使輸出

10、電壓恒定的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍8+Uo +UI R2RLR1R1UFUZR2RPZp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 2.2 三端固定集成穩(wěn)壓器三端固定集成穩(wěn)壓器CW7800系列系列(正電源正電源)CW7900系列系列(負電源負電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、一、78、79系列的型號命名系列的型號命名輸出電流輸出電流78L / 79L 輸出電流輸出電流100 mA78M / 9M 輸出電流輸出電流500 mA78 / 79 輸出電流輸出電

11、流1.5 A輸出電壓輸出電壓例如例如: CW7805 輸出輸出5 V，最大電流，最大電流1.5 ACW78M05 輸出輸出5 V，最大電流，最大電流0.5 ACW78L05 輸出輸出5 V，最大電流，最大電流0.1 A封裝封裝CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符號符號CW7800+213CW790013_2_塑料封裝塑料封裝金屬封裝金屬封裝312二、二、CW7800的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)+UI +UO 基本應(yīng)基本應(yīng)用電路用電路Uo = 12VW7812123C2+UiC1C30.33 F0.1 F 100 FRL防

12、止輸入端短路時防止輸入端短路時C3反向放電損壞穩(wěn)壓器反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入抵消輸入長接線的長接線的電感效應(yīng)，電感效應(yīng)，防止自激防止自激改善負載改善負載的瞬態(tài)響的瞬態(tài)響應(yīng)應(yīng),消除高消除高頻噪聲頻噪聲提高輸出提高輸出電壓電路電壓電路W78132 Ci C2+UO +UI +U R1R2IQI1I2靜態(tài)電流靜態(tài)電流5 8 mA要求要求Q115IRUI 2Q1O)(RIIUU 2Q1)(RIRUU URR)1(12輸出電壓輸出電壓 UO U 輸出電壓可輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路調(diào)穩(wěn)壓電路W78 C1 C2+UI + U +UO R1R2R3R48 UU( (虛短虛短) )O211433URRRURRR

13、URRRRRU43312O)1(可產(chǎn)生可產(chǎn)生小于小于U 的的輸出電壓輸出電壓UO輸出正、負輸出正、負電壓的電路電壓的電路24V24V220VW7815W79151000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1000 F 0.1 F220 F 恒流源電路恒流源電路+UI = 10V W7805+UO RRLIQIO0.1 F0.33 F10 Q23OIRUI A5 . 0 2.3 三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器一、典型產(chǎn)品型號命名一、典型產(chǎn)品型號命名CW117/217/317系列（正電源）系列（正電源）CW137/237/337系列（負電源）系列（負電源）工作溫度工

14、作溫度CW117(137) - -55 150 CCW217(237) - -25 150 CCW317(337) 0 125 C基準電壓基準電壓1. 25 V輸出電流輸出電流L型型 輸出電流輸出電流100 mAM型型 輸出電流輸出電流500 mA二、二、CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準電路誤差放大啟動電路偏置電路電路保護電路電路IREFUIUOADJ外形外形引腳引腳CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 A 基本應(yīng)基本應(yīng)用電路用電路Uo CW3173C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C40

15、.1 FV1V2UREF = 1.25 V使使UREF很穩(wěn)定很穩(wěn)定2REF211REFO)(RIRRRUU )/1(25. 112RR R1 = UREF/ IQ =125 靜態(tài)電流靜態(tài)電流IQ(約約10 mA)從輸出端流出從輸出端流出, RL開路時流過開路時流過R1R2 = 0 2.2 k 時，時，I REF 50 AUO = 1.25 24 V0 30V連續(xù)連續(xù)可調(diào)電路可調(diào)電路Uo CW3173+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+3 k 120 680 +32 V10 VA當(dāng)當(dāng)R2 = 0時，時，UO= 0VUA= 1.25 V線性穩(wěn)壓電路的缺點線性穩(wěn)壓電路的缺點:

16、 調(diào)整管調(diào)整管管耗大管耗大電源電源效率低效率低(40% 60%)改進思路改進思路:使調(diào)整管使調(diào)整管截止截止(電流小電流小) 飽和飽和(管壓降小管壓降小)開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點: 效率高效率高 （80% 90%）體積小、重量輕體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點:電路電路復(fù)雜復(fù)雜對電網(wǎng)要求不高對電網(wǎng)要求不高對電子設(shè)備對電子設(shè)備干擾較大干擾較大輸出電壓含輸出電壓含較大紋波較大紋波一、一、 串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路3.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理組成框圖組成框圖+UI +Uo RLV18A8CR1R2V2LC+U

17、REFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定頻率固定的三角波的三角波誤差放大誤差放大續(xù)流續(xù)流工作波形工作波形onIOtTUU +UI V1LuEIO+Uo RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUITtDon 占空比占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式脈寬調(diào)制式 （PWM）+UI +Uo RLV18A8CR1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比占空比 UOD = 50 %當(dāng)當(dāng)uF = UREF ,uA = 0,UO為預(yù)定標(biāo)稱值為預(yù)定標(biāo)稱值二、二、 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電

18、路+UI +Uo RLV1R1R2LC+UREFuFuBV2控制控制電路電路+UI +Uo RLV1LC+uBV2+UI +Uo RLV1LC+uBV2iL高電平高電平iO低電平低電平iLuBtofftonT IoffonO)1(UttU 類型類型單片脈寬調(diào)制式單片脈寬調(diào)制式(外接開關(guān)功率管外接開關(guān)功率管)單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器CW1524CW4960/4962一、一、CW1524/2524/3524（區(qū)別在于溫度范圍）區(qū)別在于溫度范圍）組成：組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出功率管振蕩器、觸發(fā)器、輸出功率管(2)、

19、過熱保護、過熱保護最大輸入電壓最大輸入電壓：40 V最高工作頻率最高工作頻率：100 kHz每路輸出電流每路輸出電流：100 mA內(nèi)部基準電壓內(nèi)部基準電壓：5 V(承受承受50 mA電流電流)取樣電壓取樣電壓基準電壓基準電壓輸出輸出方波方波定時電容定時電容定時電阻定時電阻關(guān)閉關(guān)閉,控制脈寬控制脈寬接擴流晶體接擴流晶體管管C、E極極輸入輸入電壓電壓振蕩振蕩/ /同步同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流限流+限流限流斷路斷路補償補償CW1524系列引腳排列系列引腳排列外接復(fù)合管擴流外接復(fù)合管擴流1 234

20、5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k 3 k 5 k 5 k 5 k 2 k 50k 180 68 0.1 UIUOR00.1 F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)CW1524L0.9 mH產(chǎn)生產(chǎn)生振蕩振蕩f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz+ 5V2.5 V2.5 V+ 5 V限流取樣電阻限流取樣電阻(1 A)防止寄生振蕩防止寄生振蕩二、二、CW4960/4962組成：組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器 開關(guān)功率管開關(guān)功率管(內(nèi)接內(nèi)接)、軟啟動電路、軟啟動電路、 過