新疆大學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)課件-第7章直流穩(wěn)壓電源

第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章 直流穩(wěn)壓電源硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器開關(guān)型穩(wěn)壓電源本章小結(jié)習(xí)題新疆大學(xué)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》第7章

直流穩(wěn)壓電源7.1.1硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)圖7.1.1所示是一種穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。7.1

硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.1.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路第7章

直流穩(wěn)壓電源1.輸出電阻Ro穩(wěn)壓電路輸出電阻定義為輸入到穩(wěn)壓電路的直流電壓Ui不變時(shí),穩(wěn)壓電路的輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比,即(7.1.1)第7章

直流穩(wěn)壓電源2．穩(wěn)壓系數(shù)SrSr定義為負(fù)載一定時(shí)，穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與其輸入電壓相對(duì)變化量之比，即(7.1.2)第7章

直流穩(wěn)壓電源7.1.2穩(wěn)壓管和限流電阻的選擇1．穩(wěn)壓管的選擇在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中,Uo=UZ,當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，穩(wěn)壓管的電流將產(chǎn)生一個(gè)與之相反的變化，即ΔIZ≈－ΔIL，所以穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓區(qū)所允許的電流變化范圍應(yīng)大于負(fù)載電流的變化范圍，即IZmax－IZmin>ILmax－ILmin。選擇穩(wěn)壓管應(yīng)滿足:(7.1.3)第7章

直流穩(wěn)壓電源若考慮到空載時(shí)穩(wěn)壓管流過的電流IZ將與R上的電流IR相等，滿載時(shí)IZ應(yīng)大于IZmin,穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流的選取應(yīng)留有充分的余量，因此還應(yīng)滿足:(7.1.4)IZM>ILmax+IZmin2．限流電阻R的選擇R的選擇必須滿足兩個(gè)條件：一是穩(wěn)壓管流過的最小電流IZmin應(yīng)大于穩(wěn)壓管的最小穩(wěn)定電流IZ；二是穩(wěn)壓管流過的最大電流IZmax應(yīng)小于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流IZM。第7章

直流穩(wěn)壓電源1.基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路如圖7.2.1所示。7.2

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖7.2.1基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路(a)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路；(b)負(fù)載電流擴(kuò)大電路；(c)圖(b)的常見畫法第7章

直流穩(wěn)壓電源根據(jù)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流的分析可知，晶體管基極的最大電流為(IZmax－IZmin)，因而圖7.2.1(b)所示的最大負(fù)載電流為ILmax=(1+β)(IZmax－IZmin)(7.2.1)這也就大大提高了負(fù)載電流的調(diào)節(jié)范圍。輸出電壓為(7.2.2)Uo=UZ－UBE2.具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路式(7.2.2)表明基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的輸出電壓仍然不可調(diào)，且輸出電壓將因UBE的變化而改變，穩(wěn)定性較差。第7章

直流穩(wěn)壓電源1)電路的構(gòu)成若同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則其輸出電壓就可調(diào)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成了具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，如圖7.2.2(a)所示。輸出電壓為(7.2.3)圖7.2.2(b)所示為其電路的常見畫法。第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.2.2具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(a)原理電路；(b)常見畫法第7章

直流穩(wěn)壓電源2)穩(wěn)壓原理當(dāng)由于某種原因(如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻的變化等)使輸出電壓Uo升高(降低)時(shí)，采樣電路將這一變化趨勢(shì)送到A的反相輸入端，并與同相輸入端電位UZ進(jìn)行比較放大；A的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低(升高);因?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式，所以輸出電壓Uo必然降低(升高)，從而使Uo得以穩(wěn)定。第7章

直流穩(wěn)壓電源上述過程可簡(jiǎn)述如下:Uo↑→UN↑→UB↓→Uo↓或Uo↓→UN↓→UB↑→Uo↑第7章

直流穩(wěn)壓電源3)輸出電壓的可調(diào)范圍在理想運(yùn)放條件下，UN=UP

=UZ，所以，當(dāng)電位器R2的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，輸出電壓最小，為(7.2.4)當(dāng)電位器R2的滑動(dòng)端在最下端時(shí)，輸出電壓最大，為(7.2.5)第7章

直流穩(wěn)壓電源三端固定式集成穩(wěn)壓器輸出電壓和輸出電流電路原理圖分析W7805的電路原理圖如圖7.3.1所示，其穩(wěn)壓電路部分如圖7.3.2所示。7.3

集成穩(wěn)壓器第7章

直流穩(wěn)壓電源基準(zhǔn)電壓(7.3.1)(7.3.2)(7.3.3)UREF=UBE4+UBE3+I2R2+UBE5+UBE6在VT3~VT6特性相同的情況下，得出UREF=4UBE+I2R2UREF=4.82

V輸出電壓為(7.3.4)第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源在圖7.3.1所示電路中，R11、R12、R13、VDZ2和VT15組成如圖7.3.3所示的安全工作區(qū)保護(hù)電路，在過流、過壓時(shí)保護(hù)電路起作用，同時(shí)避免了過損耗。VDZ1、VT14、R5

、R6和R7組成如圖7.3.4所示的芯片過熱保護(hù)電路。第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源VT13的基極電位近似為(7.3.5)電阻R5~R7的取值應(yīng)使UB13>UBE13+UBE7+UBE1≈2.1

V(7.3.6)第7章

直流穩(wěn)壓電源從而使VT13、VT7、VT1均導(dǎo)通，為VT8和VT9提供基極和集電極電流的通路，建立起穩(wěn)壓電路的工作點(diǎn)。此后，VT13的發(fā)射極電位變?yōu)閁E13≈UREF－UBE6－UBE5≈3.4

V>UB13(7.3.7)由以上分析可知，電路中的一些元件出現(xiàn)在多個(gè)功能電路中，如VDZ1

既作為啟動(dòng)電路的一部分，又作為過熱保護(hù)電路的

一部分。為使各管子的作用更清晰，畫出了W7805的原理框

圖，如圖7.3.5所示。圖中標(biāo)注出各部分電路所包含的管子。第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源3.主要參數(shù)在溫度為25℃條件下，W7805的主要參數(shù)如表7.3.1所示。表7.3.1

W7805的主要參數(shù)第7章

直流穩(wěn)壓電源7.3.2三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器

W117為三端可調(diào)式穩(wěn)壓器。

W117的原理框圖如圖7.3.6所示。第7章

直流穩(wěn)壓電源與一般串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一樣，由于W117電路中引入了深度電壓負(fù)反饋，因此輸出電壓非常穩(wěn)定。因?yàn)檎{(diào)整端的電流很小，約為50

μA，所以輸出電壓為(7.3.8)第7章

直流穩(wěn)壓電源7.3.3集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)與W7800系列產(chǎn)品一樣，W117、W117M和W117L的最

大輸出電流分別為1.5

A、0.5

A和0.1

A。W117、W217和W317具有相同的引出端、相同的基準(zhǔn)電壓和相似的內(nèi)部電路，它們的工作溫度范圍依次為－55℃~150℃，－25℃~150℃、0~125℃。它們?cè)?5℃時(shí)的主要參數(shù)如表7.3.2所示。第7章

直流穩(wěn)壓電源表7.3.2

W117/W217/W317的主要參數(shù)第7章

直流穩(wěn)壓電源7.4.1開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本工作原理1.換能電路的基本原理開關(guān)型穩(wěn)壓電源的換能電路將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，再將脈沖電壓經(jīng)LC濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓，圖7.4.1(a)所示為其基本原理圖。7.4

開關(guān)型穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.4.1換能電路的基本原理圖及其等效電路(a)基本原理圖；(b)VT飽和導(dǎo)通時(shí)的等效電路；(c)VT截止時(shí)的等效電路第7章

直流穩(wěn)壓電源根據(jù)上述分析，可以畫出uB、uE、電感上的電壓uL和電流iL以及輸出電壓uo的波形，如圖7.4.2所示。為使問題簡(jiǎn)單起見，圖中將iL折線化。在uB的一個(gè)周期T內(nèi)，Ton為調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間，Toff為調(diào)整管截止時(shí)間，占空比q=Ton/T。第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源若將uE視為直流分量和交流分量之和，則輸出電壓的平均值等于uE的直流分量，即(7.4.1)可以寫成Uo≈qUi(7.4.2)第7章

直流穩(wěn)壓電源2.串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的組成串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖7.4.3所示。與圖7.4.1所示電路相同，若所有的開關(guān)和濾波元件都是無損耗的，則根據(jù)能量守恒原理，輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系:(7.4.3)第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.4.3串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖第7章

直流穩(wěn)壓電源3.串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的工作原理圖7.4.4所示為三角波UN2和uB的波形，與圖7.4.2所示波形對(duì)照，可以進(jìn)一步理解開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理。當(dāng)采樣電壓UN1

<UREF時(shí)，占空比大于50%;當(dāng)UN1>UREF時(shí)，占空比小于50%。因而，改變R1與R2的比值，可以改變輸出電壓的數(shù)值。第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.4.4圖7.4.3所示電路中的波形第7章

直流穩(wěn)壓電源目前有多種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源的控制器芯片，有的還將開關(guān)管也集成于芯片之中，且含有各種保護(hù)電路，因而圖7.4.3所示電路可簡(jiǎn)化成圖7.4.5所示電路。第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.4.6(a)所示為并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的換能電路，輸入電壓Ui為直流供電電壓，晶體管VT為開關(guān)管，uB為矩

形波，電感L和電容C組成濾波電路，VD為續(xù)流二極管。第7章

直流穩(wěn)壓電源圖7.4.6并聯(lián)開關(guān)型換能電路的基本原理圖及其等效電路(a)基本原理圖；(b)VT飽和導(dǎo)通時(shí)的等效電路；(c)VT截止時(shí)的等效電路第7章

直流穩(wěn)壓電源將圖7.4.6所示換能電路中加上脈寬調(diào)制電路后，便可得到并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路，如圖7.4.8所示，其穩(wěn)壓原理與圖7.4.3相同，這里不再重復(fù)。第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源7.4.2三端開關(guān)型集成穩(wěn)壓電源圖7.4.9所示為采用CW3524集成控制器的單端輸出降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)用電路。該穩(wěn)壓源的Uo＝+5

V，Io＝1

A。第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源第7章

直流穩(wěn)壓電源CW3524的內(nèi)部電路包含基準(zhǔn)電源、三角波振蕩器、比較放大器、脈寬調(diào)制電壓比較器、限流保護(hù)等主要單元。振蕩器的振蕩頻率由外接元件的參數(shù)來確定。引腳說明外接電路說明工作原理及穩(wěn)壓過程第7章

直流穩(wěn)壓電源本章介紹了直流穩(wěn)壓電源的組成，各部分電路的工作原理和各種不同類型電路的結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)、性能指標(biāo)等。主要內(nèi)容可歸納如下:(1)直流穩(wěn)壓電源由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，濾波電路可減小脈動(dòng)使直流電壓平滑，穩(wěn)壓電路的作用是在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)保持輸出電壓基本不變。本章小結(jié)第7章

直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出電壓不可調(diào)，僅適用于負(fù)載電流較小且其變化范圍也較小的場(chǎng)合。電路依靠穩(wěn)壓管的電流調(diào)節(jié)作用和限流電阻的補(bǔ)償作用，使得輸出電壓穩(wěn)定。限流電阻是必不可少的組成部分，必須合理選擇阻值，才能保證穩(wěn)壓管既能工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，又不至于因功耗過大而被損壞。串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源的基本組成部分包括調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、輸出電壓采樣電路和比較放大電路。電路引入深度電壓負(fù)反饋，使輸出電壓穩(wěn)定?；鶞?zhǔn)電壓的穩(wěn)定性和反饋深度是影響輸出電壓穩(wěn)定性的重要因素。第7章

直流穩(wěn)壓電源在集成穩(wěn)壓器和實(shí)用的分立元件穩(wěn)壓電路中，還常包含過流、過壓、調(diào)整管安全區(qū)和芯片過熱等保護(hù)電路。集成穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端(或調(diào)整端)三個(gè)引出端(故稱為三端穩(wěn)壓器)，其使用方便，穩(wěn)壓性能好。W7800(W7700)系列為固定式穩(wěn)壓器，W117/W217/W317(W137/W237/W337)為可調(diào)式穩(wěn)壓器。通過外接電路可擴(kuò)展輸出電流和電壓。由于串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管始終工作在線性區(qū)(即放大區(qū))，功耗較大，因而電路的效率低。第7章

直流穩(wěn)壓電源(4)開關(guān)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，因而功耗小，電路效率高，但一般輸出的紋波電壓較大，適用于輸出電壓調(diào)節(jié)范圍小、負(fù)載對(duì)輸出紋波要求不高的場(chǎng)合。串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路是降壓型電路，并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路是升壓型電路。脈沖寬度調(diào)制式(PWM)開關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。第7章

直流穩(wěn)壓電源學(xué)習(xí)本章后應(yīng)達(dá)到下列要求:理解直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用。掌握穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理，能夠合理選擇限流電阻。理解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理，能夠計(jì)算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。了解集成穩(wěn)壓器的工作原理及使用方法。了解開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理及特點(diǎn)。第7章

直流穩(wěn)壓電源7.1判斷下列說法是否正確：一般情況下，開關(guān)型穩(wěn)壓電路比線性穩(wěn)壓電路效率高。(

)直流電源是一種將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)的波形變換電路。(

)習(xí)

題第7章

直流穩(wěn)壓電源直流電源是一種能量轉(zhuǎn)換電路，它將交流能量轉(zhuǎn)換為直流能量。(

)在變壓器副邊電壓和負(fù)載電阻相同的情況下，橋式整流電路的輸出電流是半波整流電路輸出電流的2倍。因此，它們的整流管的平均電流比值為2∶1。(

)整流電路可將正弦電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。