直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作20150518

1、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 1.1.直流電源的組成直流電源的組成 小功率直流電源一般由交流電源、變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路幾部分組成，如圖7.1所示。在電路中，變壓器將常規(guī)的交流電壓（220V、380V）變換成所需要的交流電壓；整流電路將交流電壓變換成單方向脈動的直流電；濾波電路再將單方向脈動的直流電中所含的大部分交流成分濾掉，得到一個較平滑的直流電；穩(wěn)壓電路用來消除由于電網(wǎng)電壓波動、負載改變對其產(chǎn)生的影響，從而使輸出電壓穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作u1變壓器u2整 電流 路u3濾 電波 路u4穩(wěn) 電壓 路Uo圖7.1 直流電源電路的組成框圖

2、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 2.2.直流電源演示直流電源演示 演示電路如圖7.2所示,在圖7.2(a)電路中,變壓器的初級接220V交流電源,用示波器觀察ab間的波形如圖7.3(a)所示,觀察10間的波形如圖7.3(b)所示，合上開關(guān)S,再用示波器觀察10間的波形如圖7.3(c)所示,如果加上穩(wěn)壓部分,如圖7.2(b)所示,用示波器觀察20間的波形如圖7.3(d)所示。通過各點波形的測量，我們看到穩(wěn)壓電源是將交流電逐步改變成一個平滑的直流電。那么，直流電源各部分電路是如何工作的呢？下面將分析其工作原理。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作220 V15 VabIN40014S1000 FRL470 (a)C

3、10.33 FW7809220 V15 VCo0.1 FUo(b)10IN4001420 圖7.2直流電源演示 （a）簡易直流電源；（b）直流電源 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作Ot(a)Otu1(b)OtUoOtu2(c)(d) 圖7.3 各點電壓波形 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作1整流及濾波電路整流及濾波電路 2 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作一、一、 整流及濾波電路整流及濾波電路 1.1 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 圖7.4是單相半波整流電路，它由整流變壓器T、整流二極管V及負載RL組成。 單相半波整流電路及電壓、電流的波形如圖7.5所示,即 )2(0)0(sin22

4、tuttUuoo直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作ab+u2u1uViVuoRLTV 圖7.4 單相半波整流電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作Otu2OtuoOtiVOtuVU22圖圖7.5單相半波整流電路電壓與單相半波整流電路電壓與 電流的波形電流的波形直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作1.2 整流電路的主要技術(shù)指標整流電路的主要技術(shù)指標 1. 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 在圖7.5所示波形電路中，負載上得到的整流電壓是單方向的，但其大小是變化的，是一個單向脈動的電壓，由此可求出其平均電壓值為222045. 02)(sin221UUttdUUo (72) 2.流過二極管的平均電流流過二極管的平均電流iV 由于流過

5、負載的電流就等于流過二極管的電流，所以直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 3. 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓URM 在二極管不導(dǎo)通期間，承受反壓的最大值就是變在二極管不導(dǎo)通期間，承受反壓的最大值就是變壓器次級電壓壓器次級電壓u2的最大值，即的最大值，即 LLooVRURUIi245. 0（73） 22UURM （74） 2.流過二極管的平均電流流過二極管的平均電流iV 由于流過負載的電流就等于流過二極管的電流，所以由于流過負載的電流就等于流過二極管的電流，所以直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 4.脈動系數(shù)脈動系數(shù)S 脈動系數(shù)脈動系數(shù)S是衡量整流電路輸出電壓平滑程度的指是衡量整流電路輸出電壓平

6、滑程度的指標。由于負載上得到的電壓標。由于負載上得到的電壓Uo是一個非正弦周期信號，是一個非正弦周期信號，可用付氏級數(shù)展開為可用付氏級數(shù)展開為)cos32sin211(22 ttUUo 脈動系數(shù)的定義為最低次諧波的峰值與輸出電壓脈動系數(shù)的定義為最低次諧波的峰值與輸出電壓 平均值之比，即平均值之比，即57. 122222UUUUSooiM（75）(76) 單相半波整流電路的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電壓單相半波整流電路的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電壓的平均值低、脈動系數(shù)大。的平均值低、脈動系數(shù)大。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作1.3 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 為了克服半波整流電路電源利用率低，整為了

7、克服半波整流電路電源利用率低，整流電壓脈動程度大的缺點，常采用全波整流電流電壓脈動程度大的缺點，常采用全波整流電路，最常用形式是橋式整流電路。它由四個二路，最常用形式是橋式整流電路。它由四個二極管接成電橋形式，極管接成電橋形式，如右圖所示。如右圖所示。 b+u2uoRLTV1V2V3V4(a)ai1i2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 在圖在圖7.6（a）所示電路中，當變壓器次級電壓）所示電路中，當變壓器次級電壓u2為為上正下負時，二極管上正下負時，二極管V1和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2和和V4截止，電流截止，電流i1的通路為的通路為aV1RLV3b，這時負載電

8、阻，這時負載電阻RL上得到上得到一個正弦半波電壓如圖一個正弦半波電壓如圖7.7中（中（0）段所示。當變壓器）段所示。當變壓器次級電壓次級電壓u2為上負下正時，二極管為上負下正時，二極管V1和和V3反向截止，反向截止，V2和和V4導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流i2的通路為的通路為bV2RLV4a，同樣，同樣，在負載電阻上得到一個正弦半波電壓，如圖在負載電阻上得到一個正弦半波電壓，如圖7.7中中（2）段所示。）段所示。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作圖7.6 單相橋式整流電路組成 b+u2uoRLTV1V2V3V4(a)ai1i2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作圖7.6 單相橋式整流電路組成 TRLV1V2V4V3(b)

9、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作圖7.6 單相橋式整流電路組成 T(c)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作圖7.6 單相橋式整流電路組成 T(d)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作Otu2OtuoOtiVtuV(V1、 V2)O圖7.7 單相橋式整流電路 電壓與電流波形 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 2.技術(shù)指標計算及分析技術(shù)指標計算及分析 （1）輸出電壓平均值Uo。由以上分析可知，橋式整流電路的整流電壓平均值Uo比半波整流時增加一倍，即 229 . 045. 02UUUo（77） （2）直流電流Io。橋式整流電路通過負載電阻的直 流電流也增加一倍，即 LLooRURUI29 . 0（78） 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 （3）

10、二極管的平均電流iV。因為每兩個二極管串聯(lián)輪換導(dǎo)通半個周期，因此，每個二極管中流過的平均電流只有負載電流的一半，即 LooVRUIi45. 021（79） （4）二極管承受的最高反向電壓URM。由圖7.6（a）可以看出，當V1和V3導(dǎo)通時，如果忽略二極管正向壓降，此時，V2和V4的陰極接近于a點，陽極接近于b點，二極管由于承受反壓而截止，其最高反壓為u2的峰值，即 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 (5)脈動系數(shù)脈動系數(shù)S。全波橋式整流輸出電壓。全波橋式整流輸出電壓uo的付氏的付氏級數(shù)展開式為級數(shù)展開式為67. 022324)4cos1542cos342(2222 UUUUStUUooiMo（710）

11、 即 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 由以上分析可知，單相橋式整流電路，在由以上分析可知，單相橋式整流電路，在變壓器次級電壓相同的情況下，輸出電壓平均變壓器次級電壓相同的情況下，輸出電壓平均值高、脈動系數(shù)小，管子承受的反向電壓和半值高、脈動系數(shù)小，管子承受的反向電壓和半波整流電路一樣。雖然二極管用了四只，但小波整流電路一樣。雖然二極管用了四只，但小功率二極管體積小，價格低廉，因此全波橋式功率二極管體積小，價格低廉，因此全波橋式整流電路得到了廣泛的應(yīng)用。整流電路得到了廣泛的應(yīng)用。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作1.4 濾波電路濾波電路 整流輸出的電壓是一個單方向脈動電壓，雖然是整流輸出的電壓是一個單方向脈動

12、電壓，雖然是直流，但脈動較大，在有些設(shè)備中不能適應(yīng)（如電鍍直流，但脈動較大，在有些設(shè)備中不能適應(yīng)（如電鍍和蓄電池充電等設(shè)備）。為了改善電壓的脈動程度，和蓄電池充電等設(shè)備）。為了改善電壓的脈動程度，需在整流后再加入濾波電路。常用的濾波電路有電容需在整流后再加入濾波電路。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 1.電容濾波電路電容濾波電路 圖圖7.8所示為一單相半波整流電容濾波電路，由于所示為一單相半波整流電容濾波電路，由于電容兩端電壓不能突變，因而負載兩端的電壓也不會電容兩端電壓不能突變，因而負載兩端的電壓也不會突變，使輸出電壓得以

13、平滑，達到濾波目的。突變，使輸出電壓得以平滑，達到濾波目的。;濾波過濾波過程及波形如圖程及波形如圖7.9所示。所示。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作Tu1u2i充CUCRLi放uoVio圖7.8 單相半波整流電容濾波電路直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作u1u2RLuoLIo 圖7.9 電容濾波原理及輸出波形 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 在u2的正半周時，二極管V導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，則uo=u2，這個電壓一方面給電容充電，一方面產(chǎn)生負載電流Io，電容C上的電壓與u2同步增長，當u2達到峰值后，開始下降，UCu2，二極管截止，如圖7.9中的A點。之后，電容C以指數(shù)規(guī)律經(jīng)RL放電，UC下降。當放電到B點時，u2

14、經(jīng)負半周后又開始上升，當u2UC時，電容再次被充電到峰值。UC降到C點以后，電容C再次經(jīng)RL放電，通過這種周期性充放電，以達到濾波效果。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 由于電容的不斷充放電，使得輸出電壓的脈動性減小，而且輸出電壓的平均值有所提高。輸出電壓平均值Uo的大小，顯然與RL、C的大小有關(guān)，RL愈大，C愈大，電容放電愈慢，Uo愈高。在極限情況下，當RL=時，Uo=UC= U2，不再放電。當RL很小時，C放電很快，甚至與u2同步下降，則Uo=0.9U2，RL、C對輸出電壓的影響如圖7.9中虛線所示?？梢婋娙轂V波電路適用于負載較小的場合。當滿足RLC（35）T/2時，則輸出電壓的平均值為 2全波）

15、半波）(2 . 1(22UUUUoo（712）（711）其中T為交流電源電壓的周期。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 利用電容濾波時應(yīng)注意下列問題： (1)濾波電容容量較大，一般用電解電容，應(yīng)注意電容的正極性接高電位，負極性接低電位。如果接反則容易擊穿、爆裂。 （2）開始時，電容C上的電壓為零，通電后電源經(jīng)整流二極管給C充電。通電瞬間二極管流過短路電流，稱浪涌電流。一般是正常工作電流Io的（57）倍，所以選二極管參數(shù)時，正向平均電流的參數(shù)應(yīng)選大一些。同時在整流電路的輸出端應(yīng)串一個阻值約為（0.020.01）R的電阻，以保護整流二極管。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 2.電感濾波及復(fù)式濾波電路電感濾波及復(fù)式

16、濾波電路 （1）電感濾波電路。由于通過電感的電流不能突變，用一個大電感與負載串聯(lián),流過負載的電流也就不能突變，電流平滑，輸出電壓的波形也就平穩(wěn)了。其實質(zhì)是因為電感對交流呈現(xiàn)很大的阻抗，頻率愈高，感抗越大，則交流成分絕大部分降到了電感上,若忽略導(dǎo)線電阻，電感對直流沒有壓降，即直流均落在負載上，達到了濾波目的。電感濾波電路如圖7.10所示。在這種電路中，輸出電壓的交流成分是整流電路輸出電壓的交流成分經(jīng)XL和RL分壓的結(jié)果，只有LRL時，濾波效果才好。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作u1u2RLuoLIo圖7.10 帶電感濾波器的橋式整流電路圖 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 （2）輸出電壓平均值Uo。一般小于全

17、波整流電路輸出電壓的平均值，如果忽略電感線圈的銅阻，則Uo0.9U2。雖然電感濾波電路對整流二極管沒有電流沖擊，但為了使L值大，多用鐵芯電感，但體積大、笨重，且輸出電壓的平均值Uo較低。 （3）復(fù)式濾波電路。為了進一步減小輸出電壓的脈動程度，可以用電容和鐵芯電感組成各種形式的復(fù)式濾波電路。電感型LC濾波電路如圖7.11所示。整流輸出電壓中的交流成分絕大部分降落在電感上，電容C又對交流接近于短路，故輸出電壓中交流成分很少，幾乎是一個平滑直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作u1u2RLuoLC圖 7.11 橋式整流電感型LC濾波電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 的直流電壓。由于整流后先經(jīng)電感L濾波，總特性與電感

18、濾波電路相近，故稱為電感型LC濾波電路，若將電容C平移到電感L之前，則為電容型LC濾波電路。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 （4）型濾波電路。圖7.12所示為LC型濾波電路。整流輸出電壓先經(jīng)電容C1，濾除了交流成分后，再經(jīng)電感L上濾波電容C2上的交流成分極少，因此輸出電路幾乎是平直的直流電壓。但由于鐵芯電感體積大、笨重、成本高、使用不便。因此，在負載電流不太大而要求輸出脈動很小的場合，可將鐵芯電感換成電阻，即RC型濾波電路。電阻R對交流和直流成分均產(chǎn)生壓降，故會使輸出電壓下降，但只要RL1/(C2)，電容C1濾波后的輸出電壓絕大多數(shù)降在電阻RL上。RL愈大，C2愈大，濾波效果愈好。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

19、與制作u1u2RLuoLC2(a)C1 圖7.12 型濾波電路 （a）LC型濾波電路;（b）RC型濾波電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.12 型濾波電路 （a）LC型濾波電路;（b）RC型濾波電路 C1C2RLR(b)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作二、二、 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路 通過整流濾波電路所獲得的直流電源電壓是比較穩(wěn)定的，當電網(wǎng)電壓波動或負載電流變化時，輸出電壓會隨之改變。電子設(shè)備一般都需要穩(wěn)定的電源電壓。如果電源電壓不穩(wěn)定，將會引起直流放大器的零點漂移，交流噪聲增大，測量儀表的測量精度降低等。因此必須進行穩(wěn)壓，目前中小功率設(shè)備中廣泛采用的穩(wěn)壓電源有并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、集成

20、穩(wěn)壓電路及開關(guān)型穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作2.1 硅穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 硅穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.13所示，經(jīng)整流濾波后得到的直流電壓作為穩(wěn)壓電路的輸入電壓Ui，限流電阻R和穩(wěn)壓管V組成穩(wěn)壓電路，輸出電壓Uo=UZ。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.13 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的直流電源電路 u1u2RLUoIRCUiVIZILUZR直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 在這種電路中，不論是電網(wǎng)電壓波動還是負載電阻RL的變化，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路都能起到穩(wěn)壓作用，因為UZ基本恒定，而Uo=UZ。下面從兩個方面來分析其穩(wěn)壓原理：

21、（1）設(shè)RL不變，電網(wǎng)電壓升高使Ui升高，導(dǎo)致Uo升高，而Uo=UZ。根據(jù)穩(wěn)壓管的特性，當UZ升高一點時，IZ將會顯著增加，這樣必然使電阻R上的壓降增大，吸收了Ui的增加部分，從而保持Uo不變。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作RRIIIZZoUUUiUIIUUUZLRRio反之亦然。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 （2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當負載電阻）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當負載電阻RL阻值增大時，阻值增大時，IL減小，限流電阻減小，限流電阻R上壓降上壓降UR將會減小。由于將會減小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以導(dǎo)致，所以導(dǎo)致Uo升高，即升高，即UZ升高，這樣必升高，這樣必然使然使IZ顯著增加。由于流過限流電阻

22、顯著增加。由于流過限流電阻R的電流為的電流為IR=IZ+IL，這樣可以使流過，這樣可以使流過R上的電流基本不變，導(dǎo)致上的電流基本不變，導(dǎo)致壓降壓降UR基本不變，則基本不變，則Uo也就保持不變。也就保持不變。 ZoZUUURIIIRLLIUUUIIRRiZZLR)(反之亦然。反之亦然。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 在實際使用中在實際使用中,這兩個過程是同時存在的，而兩種這兩個過程是同時存在的，而兩種調(diào)整也同樣存在。因而無論電網(wǎng)電壓波動或負載變化，調(diào)整也同樣存在。因而無論電網(wǎng)電壓波動或負載變化，都能起到穩(wěn)壓作用。都能起到穩(wěn)壓作用。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 2.穩(wěn)壓電路參數(shù)確定穩(wěn)壓電路參數(shù)確定 （1）

23、限流電阻的計算。穩(wěn)壓電路要輸出穩(wěn)定電壓，）限流電阻的計算。穩(wěn)壓電路要輸出穩(wěn)定電壓，必須保證穩(wěn)壓管正常工作。因此必須根據(jù)電網(wǎng)電壓和必須保證穩(wěn)壓管正常工作。因此必須根據(jù)電網(wǎng)電壓和負載電阻負載電阻RL的變化范圍的變化范圍,正確地選擇限流電阻正確地選擇限流電阻R的大小。的大小。從兩個極限情況考慮，則有從兩個極限情況考慮，則有 當當Ui為最小值，為最小值，Io達到最大值時，即達到最大值時，即 Ui=Uimin，Io=Iomax,這時這時IR=(Uimin-UZ)/R。 則則IZ=IR-Iomax為最小值。為了讓穩(wěn)壓管進入穩(wěn)壓區(qū)，此為最小值。為了讓穩(wěn)壓管進入穩(wěn)壓區(qū)，此時時IZ值應(yīng)大于值應(yīng)大于IZmin，

24、即即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,則則 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 當當Ui達最大值，達最大值，Io達最小值時，達最小值時，Ui=Uimax， Io=Iomin,這時這時IR=(Uimax-UZ)/R，則，則IZ=IR-Iomin為最大值。為最大值。為了保證穩(wěn)壓管安全工作，此時為了保證穩(wěn)壓管安全工作，此時IZ值應(yīng)小于值應(yīng)小于IZmax，即，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，則，則maxminoZZiIIUURomixZZimanIIUUR所以限流電阻所以限流電阻R的取值范圍為的取值范圍為 omixZZimanoZZiIIUURIIUUmaxmin(7

25、13)在此范圍內(nèi)選一個電阻標準系列中的規(guī)格電阻。在此范圍內(nèi)選一個電阻標準系列中的規(guī)格電阻。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 （2）確立穩(wěn)壓管參數(shù)。一般取oioZoZUUIIUU) 32() 35 . 1 (maxmax（714） 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作2.2 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路可以使輸出電壓穩(wěn)定，但穩(wěn)壓值并聯(lián)型穩(wěn)壓電路可以使輸出電壓穩(wěn)定，但穩(wěn)壓值不能隨意調(diào)節(jié)，而且輸出電流很小，由式不能隨意調(diào)節(jié)，而且輸出電流很小，由式7.14可知，可知， Iomax=（1/32/3）IZmax，而，而IZmax一般只有一般只有2040mA。為了加大輸出電流，使輸出電壓可調(diào)節(jié)，常

26、用串聯(lián)型為了加大輸出電流，使輸出電壓可調(diào)節(jié)，常用串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路晶體管穩(wěn)壓電路,如圖如圖7.14所示。所示。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作R4V1V2R3UZV3UiR1RpR2R pRLUo(a)R p 圖7.14 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 （a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.14 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 （a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 1 kUiUZ=5 VA10 kUo10 kRwV1(b)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.14 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 （a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 直

27、流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖圖7.14（a）是由分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，）是由分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，可能使輸出電壓當電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，可能使輸出電壓Uo上升上升或下降。為了使輸出電壓或下降。為了使輸出電壓Uo不變，可以利用負反饋原理不變，可以利用負反饋原理使其穩(wěn)定。假設(shè)因某種原因使輸出電壓使其穩(wěn)定。假設(shè)因某種原因使輸出電壓Uo上升，其穩(wěn)壓上升，其穩(wěn)壓過程為過程為UoUb2Ub1（Uc2）Uo。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓可由串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓可由Rp進行調(diào)節(jié)。進行調(diào)節(jié)。pZppZoRRURRRRRUU2221（715） 式中，式中，R=R1+

28、Rp+R2, Rp是是RP的下半部分阻值。的下半部分阻值。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 如果將圖如果將圖7.14（a）中的放大元件改成集成）中的放大元件改成集成運放，不但可以提高放大倍數(shù)，而且能提高靈運放，不但可以提高放大倍數(shù)，而且能提高靈敏度，這樣就構(gòu)成了由運算放大器組成的串聯(lián)敏度，這樣就構(gòu)成了由運算放大器組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，電路如圖型穩(wěn)壓電路，電路如圖7.14（b）所示。假設(shè)）所示。假設(shè)因某種原因使輸出電壓因某種原因使輸出電壓Uo下降，其穩(wěn)壓過程為下降，其穩(wěn)壓過程為UoU-Ub1Uo。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路包括四大部分，其組成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路包括四大部分，其組成框圖如圖框圖如圖7.15所示。所示。

29、 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作調(diào)整Ui比較放大基準電壓取樣Uo 圖7.15 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作2.3集成穩(wěn)壓器及應(yīng)用集成穩(wěn)壓器及應(yīng)用 集成穩(wěn)壓器將取樣、基準、比較放大、調(diào)整及保集成穩(wěn)壓器將取樣、基準、比較放大、調(diào)整及保護環(huán)節(jié)集成于一個芯片，按引出端不同可分為三端固護環(huán)節(jié)集成于一個芯片，按引出端不同可分為三端固定式、三端可調(diào)式和多端可調(diào)式等。三端穩(wěn)壓器有輸定式、三端可調(diào)式和多端可調(diào)式等。三端穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端和公共端（接地）三個接線端點，由于入端、輸出端和公共端（接地）三個接線端點，由于它所需外接元件較少，便于安裝調(diào)試，工作可靠，因它所需外接元件較少，便于安裝調(diào)試，

30、工作可靠，因此在實際使用中得到廣泛應(yīng)用。其外形如圖此在實際使用中得到廣泛應(yīng)用。其外形如圖7.16所示。所示。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作312INOUTGNDTO-3封裝7800312IN GND OUTTO-220封裝 圖7.16三端穩(wěn)壓器外形圖 （a）三端固定式；（b）三端可調(diào)式 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作312GNDOUTINTO-3封裝7900312INGNDOUTTO-220封裝 圖7.16三端穩(wěn)壓器外形圖 （a）三端固定式；（b）三端可調(diào)式 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.16三端穩(wěn)壓器外形圖 （a）三端固定式；（b）三端可調(diào)式 312INADJOUTTO-3封裝317312ADJ O

31、UT INTO-220封裝直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.16三端穩(wěn)壓器外形圖 （a）三端固定式；（b）三端可調(diào)式 312ADJOUTINTO-3封裝337312INADJOUTTO-220封裝直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 1. 固定輸出的三端穩(wěn)壓器固定輸出的三端穩(wěn)壓器 常用的三端固定穩(wěn)壓器有常用的三端固定穩(wěn)壓器有7800系列、系列、7900系列，其外系列，其外型如圖型如圖7.16（a）所示。型號中）所示。型號中78表示輸出為正電壓值，表示輸出為正電壓值，79表示輸出為負電壓值，表示輸出為負電壓值，00表示輸出電壓的穩(wěn)定值。根據(jù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值。根據(jù)輸出電流的大小不同，又分為輸出電流的大小不同

32、，又分為CW78系列，最大輸出電流系列，最大輸出電流11.5A；CW78M00系列，最大輸出電流系列，最大輸出電流0.5A；CW78L00系列，最大輸出電流系列，最大輸出電流100mA左右，左右，7800系列輸出電壓等級系列輸出電壓等級有有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，7900系列有系列有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V。如。如CW7815，表明輸出，表明輸出+15V電壓，輸出電流可達電壓，輸出電流可達1.5A，CW79M12，表明輸出，表明輸出-12V電壓，輸出電流為電壓，輸出電流為-0.5A直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 2.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器三

33、端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器 前面介紹前面介紹78、79系列集成穩(wěn)壓器，只能輸出固定系列集成穩(wěn)壓器，只能輸出固定電壓值，在實際應(yīng)用中不太方便。電壓值，在實際應(yīng)用中不太方便。CW117、CW217、CW317、CW337和和CW337L系列為可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，系列為可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，其外型如圖其外型如圖7.16（b）所示。）所示。 在圖在圖7.16所示電路中所示電路中CW317是三端可調(diào)式正電壓是三端可調(diào)式正電壓輸出穩(wěn)壓器，而輸出穩(wěn)壓器，而CW337是三端可調(diào)式負電壓輸出穩(wěn)壓是三端可調(diào)式負電壓輸出穩(wěn)壓器。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器輸出電壓為器。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器輸出電壓為1.2537V，輸出，輸出電流可達電流可達1.5

34、A。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 CW317的基本應(yīng)用電路如圖7.17所示，它只需外接兩個電阻(R1和RP)來確定輸出電壓。為了使電路正常工作，它的輸出電流不應(yīng)小于5mA，調(diào)節(jié)端的電流約為50A，輸出電壓的表達式為)1 (25. 11050)1 (25. 1161RRURRRUPoPPo（716） （717） 在上式中RP阻值很小,可忽略，由此可得 圖7.17所示電路中C1為預(yù)防自激振蕩產(chǎn)生,C2用來改善輸出電壓波形。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作CW317R1240 外殼VD1 Uo Ui(28 V)(控制輸出)RP5k VD2(1.25 V25 V)C21 FC310 FC10.1 F 圖7.1

35、7 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 3.三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用 1）輸出固定電壓應(yīng)用電路）輸出固定電壓應(yīng)用電路 輸出固定電壓的應(yīng)用電路如圖輸出固定電壓的應(yīng)用電路如圖7.18所示，其中圖所示，其中圖（a）為輸出固定正電壓，圖（）為輸出固定正電壓，圖（b）為輸出固定負電壓，）為輸出固定負電壓，圖中圖中Ci用以抵消輸入端因接線較長而產(chǎn)生的電感效應(yīng)。用以抵消輸入端因接線較長而產(chǎn)生的電感效應(yīng)。為防止自激振蕩，其取值范圍在為防止自激振蕩，其取值范圍在0.11F之間（若接線之間（若接線不長時可不用），不長時可不用），Co用以改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般用以改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取

36、取1F左右，其作用是減少高頻噪聲左右，其作用是減少高頻噪聲。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作W7800123CiCoUiUo0.33 F1 F(a) 圖7.18固定輸出的穩(wěn)壓電路（a）輸出固定正電壓; （b）輸出固定負電壓 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 圖7.18固定輸出的穩(wěn)壓電路（a）輸出固定正電壓; （b）輸出固定負電壓 W7900321CiCoUiUo0.33 F1 F(b)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 2）輸出正、負電壓穩(wěn)壓電路）輸出正、負電壓穩(wěn)壓電路 當需要正、負兩組電源輸出時，可采用當需要正、負兩組電源輸出時，可采用W7800系系列和列和W7900系列各一塊，按圖系列各一塊，按圖7.19接線，即

37、可得到正接線，即可得到正負對稱的兩組電源。負對稱的兩組電源。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作220 V24 V24 VC1000 F1000 FCi0.33 F0.33 F78151279153132Co1 F1 F15 V15 VCoCiCo 圖7.19 正負對稱輸出穩(wěn)壓電路 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作2.4開關(guān)型穩(wěn)壓電路簡介開關(guān)型穩(wěn)壓電路簡介 串聯(lián)型穩(wěn)壓器中的調(diào)整管工作在放大區(qū)，由于負串聯(lián)型穩(wěn)壓器中的調(diào)整管工作在放大區(qū)，由于負載電流連續(xù)通過調(diào)整管，因此管子功率損耗大，電源載電流連續(xù)通過調(diào)整管，因此管子功率損耗大，電源效率低，一般只有效率低，一般只有20%24%。若用開關(guān)型穩(wěn)壓電路，。若用開關(guān)型穩(wěn)壓

38、電路，它可使調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子損耗很小，效率它可使調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子損耗很小，效率可提高到可提高到60%80%，甚至可高達，甚至可高達90%以上。開關(guān)型穩(wěn)以上。開關(guān)型穩(wěn)壓電路如圖壓電路如圖7.20所示。所示。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作方波發(fā)生器UiAUo(a)uAUiOUo(AV)tonTntV(b)toff 圖7.20 開關(guān)型穩(wěn)壓電路及波形 （a）開關(guān)型穩(wěn)壓電路; （b）波形 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 1.開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理 開關(guān)型穩(wěn)壓電路就是把串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管，開關(guān)型穩(wěn)壓電路就是把串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管，由線性工作狀態(tài)改成開關(guān)工作狀態(tài)，如圖

39、由線性工作狀態(tài)改成開關(guān)工作狀態(tài)，如圖7.20（a）所）所示。方波發(fā)生器為一開關(guān)信號發(fā)生器，當它輸出高電示。方波發(fā)生器為一開關(guān)信號發(fā)生器，當它輸出高電平時，平時，V管飽合導(dǎo)通；當它輸出低電平時，管飽合導(dǎo)通；當它輸出低電平時，V管截止。管截止。輸出電壓波形如圖輸出電壓波形如圖7.20（b）所示。其中導(dǎo)通時間）所示。其中導(dǎo)通時間ton與與開關(guān)周期開關(guān)周期Tn之比定義為占空比之比定義為占空比D，即，即 nonoffononTttttD（718）輸出電壓平均值為輸出電壓平均值為 ioDUU （719) 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 式中，式中，ton為調(diào)整管的導(dǎo)通時間，為調(diào)整管的導(dǎo)通時間，toff為調(diào)整管的

40、截止時為調(diào)整管的截止時間，間，Tn為調(diào)整管的開關(guān)周期，為調(diào)整管的開關(guān)周期，D為調(diào)整管的占空比。為調(diào)整管的占空比。 對于一定的輸入電壓對于一定的輸入電壓Ui，通過調(diào)節(jié)占空比，即可調(diào)，通過調(diào)節(jié)占空比，即可調(diào)節(jié)輸出電壓節(jié)輸出電壓Uo。調(diào)節(jié)占空比的方法有兩種：一種是固。調(diào)節(jié)占空比的方法有兩種：一種是固定開關(guān)的頻率來改變脈沖的寬度定開關(guān)的頻率來改變脈沖的寬度ton，稱為脈寬調(diào)制型，稱為脈寬調(diào)制型開關(guān)電源，用開關(guān)電源，用PWM表示；另一種是固定脈沖寬度而改表示；另一種是固定脈沖寬度而改變開關(guān)周期，稱為脈沖頻率調(diào)制型開關(guān)電源，用變開關(guān)周期，稱為脈沖頻率調(diào)制型開關(guān)電源，用PFM表示。表示。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與

41、制作 2.開關(guān)型穩(wěn)壓電路應(yīng)用實例開關(guān)型穩(wěn)壓電路應(yīng)用實例 圖圖7.21所示為一所示為一PWM型開關(guān)電源，該電路用反饋型開關(guān)電源，該電路用反饋環(huán)路來實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，在取樣、比較放大環(huán)節(jié)后，再環(huán)路來實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，在取樣、比較放大環(huán)節(jié)后，再加入一個脈寬調(diào)節(jié)器加入一個脈寬調(diào)節(jié)器PWM。它可將比較放大后的輸出。它可將比較放大后的輸出電壓量轉(zhuǎn)換成與固定頻率相應(yīng)脈寬的脈沖序列，而產(chǎn)電壓量轉(zhuǎn)換成與固定頻率相應(yīng)脈寬的脈沖序列，而產(chǎn)生一個固定頻率的脈沖，其脈沖寬度根據(jù)比較放大器生一個固定頻率的脈沖，其脈沖寬度根據(jù)比較放大器的輸出電壓量而改變。的輸出電壓量而改變。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作 脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一串矩形脈沖，當

42、脈沖是低電平時，脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一串矩形脈沖，當脈沖是低電平時，V2截止，截止，Ii全部流過全部流過V1而飽和導(dǎo)通；當脈沖是高電平時，而飽和導(dǎo)通；當脈沖是高電平時，V2飽和導(dǎo)通，使開關(guān)管飽和導(dǎo)通，使開關(guān)管V1截止。這樣開關(guān)電源向負載提截止。這樣開關(guān)電源向負載提供的能量是斷續(xù)的。為了使負載得到連續(xù)的能量供給，供的能量是斷續(xù)的。為了使負載得到連續(xù)的能量供給，開關(guān)型穩(wěn)壓電源還必須有一套平波裝置。當開關(guān)型穩(wěn)壓電源還必須有一套平波裝置。當V1飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通時，續(xù)流二極管截止，此時時，續(xù)流二極管截止，此時A點的電位近似等于輸入電點的電位近似等于輸入電壓，即壓，即UAUi，這時電感，這時電感L儲能，電容儲能

43、，電容C充電，同時給負充電，同時給負載提供能量輸出。當載提供能量輸出。當V截止時，電感釋放能量，電容放截止時，電感釋放能量，電容放電。適當選擇電。適當選擇C和和L值，可在值，可在V1關(guān)斷期間保證負載電流關(guān)斷期間保證負載電流連續(xù)。圖連續(xù)。圖7.22所示為開關(guān)型電源的組成框圖。所示為開關(guān)型電源的組成框圖。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作AV1IsUiURAuUoffPWMR3V2VDACLR2R1UoIi 圖7.21 脈寬調(diào)制型開關(guān)電源圖 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作整流器輸出濾波器50 Hz濾波器開 關(guān)調(diào)整管采樣電路比 較放大器開關(guān)控制電路負載基準電壓 圖7.22 開關(guān)電源的組成框圖 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作MC34063 DC/DC變換器特點及典型應(yīng)用變換器特點及典型應(yīng)用 MC34