秋低頻電子線路穩(wěn)壓電路

《低頻電子線路》

(17)信息科學(xué)與工程學(xué)院劉志軍11/29/20231.上次課3.1電壓比較器（續(xù)）遲滯比較器3.2馳張振蕩器2.4有源濾波器11/29/20232.本次課第十章電源電路10.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖10.2整流電路10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓電路11/29/20233.穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介直流穩(wěn)壓電源的作用直流穩(wěn)壓電源是所有電子設(shè)備的重要組成部分，它的基本任務(wù)是將電力網(wǎng)交流市電變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用十分廣泛電子設(shè)備供電需要直流穩(wěn)壓電源。11/29/20234.電源的分類(lèi)根據(jù)穩(wěn)壓目標(biāo)分為兩大類(lèi)：交流穩(wěn)壓器直流穩(wěn)壓器11/29/20235.交流穩(wěn)壓器用以穩(wěn)定交流電壓一般指不間斷電源（UPS）11/29/20236.直流穩(wěn)壓器直流穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的直流電壓直流穩(wěn)壓器包括：電流源（充電器）電壓源11/29/20237.電壓源根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式分為兩大類(lèi)線性電源開(kāi)關(guān)電源11/29/20238.10.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖以下介紹直流穩(wěn)壓電源的組成結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)。11/29/20239.（1）直流穩(wěn)壓器的方框圖

變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220V50HZUO11/29/202310.各單元波形圖

圖直流穩(wěn)壓電源框圖與波形圖11/29/202311.（2）＊穩(wěn)壓電源的主要參數(shù)穩(wěn)壓電源參數(shù)很多，這里僅介紹最主要的幾個(gè)參數(shù)：穩(wěn)壓系數(shù)S輸出阻抗R0溫度系數(shù)ST11/29/202312.穩(wěn)壓系數(shù)S穩(wěn)壓系數(shù)S表示輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比，即：11/29/202313.輸出阻抗R0輸出阻抗RO表示負(fù)載變化（IL變化）對(duì)輸出電壓的的影響，即：11/29/202314.溫度系數(shù)STST表示溫度變化對(duì)輸出電壓的影響，其表達(dá)式為：11/29/202315.10.2整流電路整流電路位于穩(wěn)壓電源的前端，在變壓器降壓之后，在穩(wěn)壓電路和濾波電路之前。其主要作用是要將雙向變化（過(guò)零點(diǎn)）的交流電變成單向變化（不過(guò)零點(diǎn)）的直流電。11/29/202316.整流電路類(lèi)型整流電路主要有以下類(lèi)型：半波整流全波整流橋式整流倍壓整流11/29/202317.半波整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦阅芸蓪?shí)現(xiàn)整流。11/29/202318.全波整流電路利用兩只二極管可實(shí)現(xiàn)全波整流。11/29/202319.橋式整流電路利用四只二極管可實(shí)現(xiàn)橋式整流。11/29/202320.倍壓整流電路利用變壓器、二極管和電容器可實(shí)現(xiàn)倍壓整流。11/29/202321.10.3濾波電路交流市電經(jīng)整流后變成脈動(dòng)直流電，再經(jīng)濾波后降低紋波。濾波電路種類(lèi)很多，主要有以下類(lèi)型：電容濾波電感濾波電容電感濾波電阻電容濾波11/29/202322.電容濾波電路(a)電容濾波；(b)電感電容Γ型濾波；(c)電阻電容Π型濾波注意電容一定要和負(fù)載是并聯(lián)關(guān)系（考慮為什么？）。11/29/202323.全波整流電容濾波電路圖全波整流電容濾波電路圖11/29/202324.電路結(jié)構(gòu)全波整流的變壓器有中心抽頭，且要求次級(jí)兩繞組十分對(duì)稱，注意中間是“地電位”和同名端標(biāo)示。整流管VD1、VD2接于變壓器次級(jí)兩端和負(fù)載之間，采用簡(jiǎn)單電容濾波。11/29/202325.電路工作原理設(shè)濾波電容電壓初始值uC(0)=0,當(dāng)ui為正半周時(shí)，u’i起作用。VD1導(dǎo)通，VD２截止，u′i給C充電。由于二極管內(nèi)阻較小，充電時(shí)常數(shù)較小，uC上升快。當(dāng)uC上升到等于u′i(t1)時(shí)，VD1、VD2均截止，電容C通過(guò)負(fù)載RL放電，uo下降（到u′i(t2)時(shí)刻）。當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，u’’i起作用。VD2導(dǎo)通，VD２截止，u’’i給C充電。當(dāng)uC上升到等于u’’i(t3)時(shí)，VD1、VD2均截止，電容C通過(guò)負(fù)載RL放電，uo下降。周而復(fù)始工作。輸出為近似直流（有紋波電壓）。11/29/202326.全波整流電容濾波電路的電壓電流波形

圖管子流過(guò)的電流及輸入輸出電壓波形11/29/202327.EWB仿真情況11/29/202328.電容濾波分析不接電容時(shí)(C=0)接入電容后(C≠0)，且負(fù)載RL=∞時(shí)一般情況下(RL≠∞,C≠0)，11/29/202329.電路設(shè)計(jì)分析濾波電容估算值濾波電容的選擇要滿足下式，即此時(shí)，波紋電壓峰峰值Urpp約為式中：T為交流電網(wǎng)信號(hào)周期；IL為負(fù)載電流。11/29/202330.電路設(shè)計(jì)分析整流管的選擇全波整流時(shí)，流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流是負(fù)載電流的一半。即整流管最大允許電流

整流管反向擊穿電壓UBR＞2半波整流只有一個(gè)整流管，波紋大，所以一般用得不多。11/29/202331.電感濾波

注意電感是和負(fù)載是串聯(lián)關(guān)系（考慮為什么？）。11/29/202332.電容電感濾波

電容電感濾波是電容濾波和電感濾波兩種方式的結(jié)合。11/29/202333.電阻電容濾波電阻電容濾波是用電阻代替電感的位置。11/29/202334.10.4穩(wěn)壓電路交流市電經(jīng)過(guò)整流濾波變成平滑的直流電，但由于受到電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載變化以及環(huán)境溫度等因素的影響，都會(huì)造成直流電壓的不穩(wěn)定。故需要采用穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路種類(lèi)很多，包括穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。11/29/202335.（1）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是一種最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路。依靠限流電阻R（與負(fù)載串聯(lián)）和穩(wěn)壓管（與負(fù)載并聯(lián)）組成。11/29/202336.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路形式IR11/29/202337.電路分析穩(wěn)定輸出電壓的工作原理和穩(wěn)壓過(guò)程自行分析。設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵是R的取值范圍的確定。11/29/202338.電路特點(diǎn)主要特點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。但輸出不可調(diào)。主要用于IL不大且負(fù)載RL變化也不大的場(chǎng)合。11/29/202339.（2）串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路是一種應(yīng)用非常廣泛的電路形式。11/29/202340.①原理框圖及電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路原理框圖以及電路形式介紹如下：11/29/202341.原理框圖調(diào)整管誤差放大基準(zhǔn)部分取樣部分Ui

U0RL+－+－11/29/202342.電路形式串聯(lián)型穩(wěn)壓電源框圖11/29/202343.②工作原理穩(wěn)壓電路的工作原理如下：當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化（不穩(wěn)定）時(shí)，經(jīng)取樣電路反應(yīng)到誤差放大電路，與穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，取出誤差量放大后去控制調(diào)整管的變化，從而引起輸出電壓發(fā)生與原來(lái)變化量相反的變化。此為電壓串聯(lián)負(fù)反饋調(diào)節(jié)過(guò)程。11/29/202344.電路分析調(diào)整管為共集（CC）電路（射隨器）。發(fā)射極為總輸出電壓。A為運(yùn)放差動(dòng)放大。同相端接取樣電壓，反相端接參考電壓。參考電壓為穩(wěn)壓管電壓。閉環(huán)回路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。11/29/202345.穩(wěn)壓過(guò)程分析UO↑→U-↑→U+不變→UB↓→UE↓

UO↓-----反之亦然11/29/202346.電路分析11/29/202347.③保護(hù)電路限流保護(hù)截流保護(hù)11/29/202348.（3）集成三端穩(wěn)壓器主要介紹三端穩(wěn)壓器。此集成器件的實(shí)際應(yīng)用十分廣泛。11/29/202349.①三端穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)介和分類(lèi)按輸出方式不同分為兩大類(lèi)固定輸出穩(wěn)壓器輸出可調(diào)穩(wěn)壓器11/29/202350.固定輸出穩(wěn)壓器固定輸出三端穩(wěn)壓器分為兩類(lèi)正輸出三端穩(wěn)壓器（78系列）負(fù)輸出三端穩(wěn)壓器（79系列）11/29/202351.輸出可調(diào)穩(wěn)壓器輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器分為兩類(lèi)：正輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器（117/217/317系列）負(fù)輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器（137/237/337系列）11/29/202352.(a)固定輸出78系列按輸出電壓值分為7檔：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。最小輸入/輸出壓差2.5V11/29/202353.輸出電流輸出功率按輸出電流大小分為三類(lèi)78××輸出電流1.5A78M××輸出電流0.5A78L××輸出電流0.1A11/29/202354.器件類(lèi)型舉例7812-----固定正輸出12V，輸出電流1.5A78M05-----固定正輸出5V，輸出電流0.5A11/29/202355.(b)固定輸出79系列按輸出電壓值也分為7檔，包括：－5V、－6V、－9V、－12V、－15V、－18V、－24V。最小輸入/輸出壓差2.5V11/29/202356.輸出電流輸出功率按輸出電流大小也分為三類(lèi)79××輸出電流1.5A79M××輸出電流0.5A79L××輸出電流0.1A11/29/202357.器件類(lèi)型舉例7912-----固定負(fù)輸出12V，輸出電流1.5A78M05-----固定負(fù)輸出5V，輸出電流0.5A11/29/202358.(c)可調(diào)式正電壓三端穩(wěn)壓器型號(hào)117/217/317系列輸出電壓1.2V～37V連續(xù)可調(diào)最小負(fù)載電流10mA輸出電流能力與封裝類(lèi)型有關(guān)11/29/202359.管子封裝與外觀封裝型號(hào)與外觀TO–3(K)20W1.5ATO–220(T)15W1.5ATO–202(T)7.5W0.5ATO–39(H)2W0.5ATO–92(Z)0.6W0.1A注意以上所標(biāo)管腳均為78系列情況。11/29/202360.(d)可調(diào)式負(fù)電壓三端穩(wěn)壓器型號(hào)137/237/337系列。情況與正輸出系列相似，僅輸出為負(fù)電壓值(－1.2V～－37V)連續(xù)可調(diào)。11/29/202361.②基本應(yīng)用電路三端穩(wěn)壓器的使用非常簡(jiǎn)便，只要將三端穩(wěn)壓器的三個(gè)端子分別接到規(guī)定的位置即可正常工作。注意三端穩(wěn)壓器的管腳（輸入、輸出、接地）的標(biāo)示和管子的封裝形式有關(guān)，千萬(wàn)不要搞錯(cuò)了！11/29/202362.78××系列典型接法圖(a)11/29/202363.79××系列典型接法圖(b)

和79三端穩(wěn)壓器外形圖(c)11/29/202364.三端穩(wěn)壓器功能的擴(kuò)展

(a)擴(kuò)流電路11/29/202365.三端穩(wěn)壓器功能的擴(kuò)展

(b)擴(kuò)壓電路11/29/202366.三端穩(wěn)壓器功能的擴(kuò)展

(c)輸出電壓可調(diào)電路11/29/202367.（4）串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一種效率高，體積小的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)用非常廣泛。11/29/202368.（1）簡(jiǎn)介由以上學(xué)習(xí)內(nèi)容可知，直流穩(wěn)壓電源的基本組成包括四部分即電源變壓器，整流器，濾波器，穩(wěn)壓器。其中關(guān)鍵是穩(wěn)壓器。11/29/202369.穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓器由四部分組成：即基準(zhǔn)電壓源，誤差放大器，取樣電路，調(diào)整電路。11/29/202370.調(diào)整電路分類(lèi)如調(diào)整電路工作于線性放大狀態(tài)-------線性穩(wěn)壓器。如調(diào)整電路工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)-------開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。11/29/202371.特點(diǎn)以下將線性穩(wěn)壓器與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn)進(jìn)行比較。11/29/202372.線性穩(wěn)壓器特點(diǎn)精度高、紋波??；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易。調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，管壓降大，功耗大，效率較低(一般為40%~60%)，且需要散熱裝置。電源變壓器的工作頻率為50Hz，頻率低，變壓器體積大且重。11/29/202373.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器特點(diǎn)效率高（一般80%～90%）。體積小、重量輕，革除電源變壓器。方便、實(shí)用。11/29/202374.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器分類(lèi)按激勵(lì)方式分自激式，它激式。按調(diào)制方式分脈寬調(diào)制（PWM），脈頻調(diào)制（PFM），混合型。11/29/202375.（2）一種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的框圖11/2