第九章：直流穩(wěn)壓電源資料.ppt

1、第9章 直流穩(wěn)壓電源,9.1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 9.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 9.3 集成穩(wěn)壓管 9.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介,9.1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 整流、濾波后得到的直流輸出電壓往往會隨時間而有些變化， 造成這種直流輸出電壓不穩(wěn)定的原因有二：其一是當負載改變時，負載電流將隨著改變，原因是整流變壓器和整流二極管、濾波電容都有一定的等效電阻，因此當負載電流變化， 即使交流電網(wǎng)電壓不變，直流輸出電壓也會改變；其二是電網(wǎng)電壓常有變化， 在正常情況下變化10%是常見的，當電網(wǎng)電壓變化時，即使負載未變，直流輸出電壓也會改變。因此在整流濾波電路后面再加一級穩(wěn)壓電路，以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓。 ,9.1.1 硅

2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理及主要指標 1. 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖所示。 圖中穩(wěn)壓管VDZ與負載電阻RL并聯(lián)，在并聯(lián)后與整流濾波電路連接時，要串聯(lián)一個限流電阻R。由于VDZ與RL并聯(lián)，所以也稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。 以下討論穩(wěn)壓電路工作原理。 (1) 如果輸入電壓Ui不變而負載電阻RL減小，這時負載上電流IL要增加，電阻R上的電流IR=IL+IVDZ也有增大的趨勢， 則UR=IRR也趨于增大，這將引起輸出電壓UO=UVDZ的下降。 穩(wěn)壓管的反向伏安特性已經(jīng)表明，如果UVDZ略有減小，穩(wěn)壓管電流IVDZ將顯著減小，IVDZ的減少量將補償IL所需要的增加量，使得IR基本不變，這樣輸出電壓UO=UiIRR也就基

3、本穩(wěn)定下來。,當然，負載電阻RL增大時，IL減小，IVDZ增加，保證了IR基本不變，同樣穩(wěn)定了輸出電壓UO。 (2） 如果負載電阻RL保持不變，而電網(wǎng)電壓的波動引起輸入電壓Ui升高時，電路的傳輸作用使輸出電壓也就是穩(wěn)壓管兩端電壓也趨于上升。由穩(wěn)壓管反向特性知，IVDZ將顯著增加，于是電流IR=IVDZ+IL加大，所以電壓UR升高，即輸入電壓的增加量基本降落在電阻R上，從而使輸出電壓UO基本上沒有變化，達到了穩(wěn)定輸出電壓的目的，同理，電壓Ui降低時，也通過類似過程來穩(wěn)定UO。 ,9.1.2 穩(wěn)壓管和限流電阻的選擇 1. 硅穩(wěn)壓管的選擇 可根據(jù)下列條件初選管子： UVDZ=UO IVDZmax(2

4、3)ILmax (7.2.1) 當Ui增加時，都會使硅穩(wěn)壓管的IVDZ增加，所以電流選擇應適當大一些。 2. 輸入電壓Ui的確定 Ui高，R大，穩(wěn)定性能好，但損耗大。 一般 Ui=(23)UO (7.2.2),3. 限流電阻R的選擇 選擇R，主要確定阻值和功率。 (1) R的阻值。 在Ui最小和IL最大時，流過穩(wěn)壓管的電流最小，此時電流不能低于穩(wěn)壓管最小穩(wěn)定電流。 ILmaxI VDZmin 即 在Ui最高和IL最小時，流過穩(wěn)壓管的電流最大，這時應保證IVDZ不大于穩(wěn)壓管最大電流值。 ,（2） R的功率PR。 PR=(23) PR適當選擇大一些。 例7.2.1 選擇圖7.2.1穩(wěn)壓電路元件參數(shù)

5、。要求：UO=10V，IL=010mA，Ui波動范圍為10%。 解（1） 選擇穩(wěn)壓管。,UVDZ=UO=10 V IVDZmax=2ILmax=21010-3=20 mA選2CW7管。 UVDZ=910.5V, IVDZmax=23mA, IVDZmin=5 mA PRM=0.25 W (2) 確定Ui Ui=(23)UO=2.510=25V (3) 選擇R Uimax=1.1Ui=27.5 V Uimin=0.9Ui=22.5 V,取R=820 。 電阻功率,取PR=1 W。,9.2 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)壓值不能隨意調(diào)節(jié)，而且輸出電流很小，由式7.14

6、可知， Iomax=（1/32/3）IZmax，而IZmax一般只有2040mA。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,如圖7.14所示。,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,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,圖（a）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Uo上升或下降。為了使輸出電壓Uo不變，可以利用負反饋原理使其穩(wěn)定。假設因某種原因使輸出電壓Uo上升，其穩(wěn)壓過程為UoUb2Ub1（Uc2）Uo。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的

7、輸出電壓可由Rp進行調(diào)節(jié)。,（715）,式中，R=R1+Rp+R2, Rp是RP的下半部分阻值。,如果將圖（a）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（b）所示。假設因某種原因使輸出電壓Uo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，其組成框圖如圖所示。,圖7.15 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖,9.3 集成穩(wěn)壓器及應用 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，

8、由于它所需外接元件較少，便于安裝調(diào)試，工作可靠，因此在實際使用中得到廣泛應用。其外形如圖7.16所示。,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,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,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,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,9.3.1. 固定輸出的三端穩(wěn)壓器 常用的三端固定穩(wěn)壓器有7800系列、7900系列，其外型如圖（a）所示。型號中78表示輸出為正電壓值，79表示輸出為負電壓值，00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CW78系列，最大輸出

9、電流11.5A；CW78M00系列，最大輸出電流0.5A；CW78L00系列，最大輸出電流100mA左右，7800系列輸出電壓等級有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，7900系列有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V。如CW7815，表明輸出+15V電壓，輸出電流可達1.5A，CW79M12，表明輸出-12V電壓，輸出電流為-0.5A,9.3.2.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器 前面介紹78、79系列集成穩(wěn)壓器，只能輸出固定電壓值，在實際應用中不太方便。CW117、CW217、CW317、CW337和CW337L系列為可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，其外型如圖（b）所示。 在圖所

10、示電路中CW317是三端可調(diào)式正電壓輸出穩(wěn)壓器，而CW337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1.2537V，輸出電流可達1.5A。,CW317的基本應用電路如圖所示，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，它的輸出電流不應小于5mA，調(diào)節(jié)端的電流約為50A，輸出電壓的表達式為,（916）,（917）,在上式中RP阻值很小,可忽略，由此可得,圖所示電路中C1為預防自激振蕩產(chǎn)生,C2用來 改善輸出電壓波形。,圖7.17 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電源,9.3.3.三端集成穩(wěn)壓器的應用 1）輸出固定電壓應用電路 輸出固定電壓的應用電路如圖所示，其中圖（a）為輸

11、出固定正電壓，圖（b）為輸出固定負電壓，圖中Ci用以抵消輸入端因接線較長而產(chǎn)生的電感效應。為防止自激振蕩，其取值范圍在0.11F之間（若接線不長時可不用），Co用以改善負載的瞬態(tài)響應，一般取1F左右，其作用是減少高頻噪聲。,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,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,2）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W7800系列和W7900系列各一塊，按下圖接線，即可得到正負對稱的兩組電源。,圖7.19 正負對稱輸出穩(wěn)壓電路,9.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路簡介 串聯(lián)型穩(wěn)壓器中的調(diào)整

12、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，電源效率低，一般只有20%24%。若用開關(guān)型穩(wěn)壓電路，它可使調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子損耗很小，效率可提高到60%80%，甚至可高達90%以上。開關(guān)型穩(wěn)壓電路如圖7.20所示。,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,9.4.1.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，由線性工作狀態(tài)改成開關(guān)工作狀態(tài)，如圖（a）所示。方波發(fā)生器為一開關(guān)信號發(fā)生器，當它輸出高電平時，V管飽合導通；當它輸出低電平時，V管截止。輸出電壓波形如圖（b）所示。其中導通時間ton與開關(guān)周期Tn之比定義

13、為占空比D，即,（718）,輸出電壓平均值為,（719),式中，ton為調(diào)整管的導通時間，toff為調(diào)整管的截止時間，Tn為調(diào)整管的開關(guān)周期，D為調(diào)整管的占空比。 對于一定的輸入電壓Ui，通過調(diào)節(jié)占空比，即可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo。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ton，稱為脈寬調(diào)制型開關(guān)電源，用PWM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PFM表示。,9.4.2.開關(guān)型穩(wěn)壓電路應用實例 圖所示為一PWM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，再加入一個脈寬調(diào)節(jié)器PWM。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)比較放大器的輸出電壓量而改變。,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，Ii全部流過V1而飽和導通；當脈沖是高電平時，V2飽和導通，使開關(guān)管V1截止。這樣開