模擬電子技術08.ppt

1、第8章 直 流 穩(wěn) 壓 電 源,8.1 小功率單相整流濾波電路 8.2 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路 8.3 其 他 電 源 電 路 8.4 實際應用電路舉例,8.1 小功率單相整流濾波電路,圖8.1所示為把正弦交流電轉(zhuǎn)換成直流電的直流穩(wěn)壓電源的原理框圖，它一般由四部分組成，各部分功能如下：,圖8.1 直流穩(wěn)壓電源的組成原理框圖,變壓器： 將正弦工頻交流電源電壓變換為符合用電設備所需要的正弦工頻交流電壓。 整流電路： 利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正負交替變化的正弦交流電壓變換成單方向的脈動直流電壓。,濾波電路： 盡可能地將單向脈動直流電壓中的脈動部分(交流分量)減小，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓

2、。 穩(wěn)壓電路： 采用某些措施，使輸出的直流電壓在電源發(fā)生波動或負載變化時保持穩(wěn)定。,8.1.1 整流電路 小功率直流電源因功率比較小，通常采用單相交流供電，因此，本節(jié)只討論單相整流電路。利用二極管的單向?qū)щ娮饔?，可將交流電變?yōu)橹绷麟姡Ｓ玫亩O管整流電路有單相半波整流電路和單相橋式整流電路等。,1.單相半波整流電路 單相半波整流電路如圖8.2所示，圖中T為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時保證直流電源與市電電源有良好的隔離。,圖8.2 單相半波整流電路,圖8.3 單相半波整流電路,2. 單相橋式整流電路 為了克服單相半波整流的缺點，常采用單相橋式整流電

3、路，它由四個二極管接成電橋形式構成。圖8.4所示為橋式整流電路的幾種畫法。,圖8.4 單相橋式整流電路的幾種畫法,圖8.5 橋式整流電路電壓電流波形,3. 常用整流組合元件 將單相橋式整流電路的四只二極管制作在一起，封成一個器件稱為整流橋。常用的整流組合元件有半橋堆和全橋堆。半橋堆的內(nèi)部是由兩個二極管組成，而全橋堆的內(nèi)部是由四個二極管組成。,圖8.6 半橋堆連接方式及電路符號,圖8.7 全橋堆連接方式及電路符號,8.1.2 濾波電路 整流電路將交流電變?yōu)槊}動直流電，但其中含有大量的直流和交流成分(稱為紋波電壓)。這樣的直流電壓作為電鍍、蓄電池充電的電源還是允許的，但作為大多數(shù)電子設備的電源，將

4、會產(chǎn)生不良影響，甚至不能正常工作。在整流電路之后，需要加接濾波電路，盡量減小輸出電壓中交流分量，使之接近于理想的直流電壓。,1. 電容濾波電路 電容濾波電路如圖8.8所示。,圖8.8 橋式整流電容濾波電路,假定在t = 0時接通電路，u2為正半周，當u2由零上升時，VD1、VD3導通，C被充電，因此uO=uCu2，在u2達到最大值時，uO也達到最大值，見圖8.8(b)中a點，然后u2下降，此時uCu2，VD1、VD3截止，電容C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)=RLC一般較大，電容電壓uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當uO(uC)下降到圖8.8(b)中b點后，u2uC，VD2、VD4導通，電容C再

5、次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充、放電過程 。,整流電路接入濾波電容后，不僅使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減小，同時輸出電壓的平均值也增大了。 輸出電壓的平均值近似為： UO1.2U2,故二極管的導通時間縮短，一個周期的導通角。由于電容C充電的瞬時電流很大，形成了浪涌電流，容易損壞二極管，故在選擇二極管時，必須留有足夠電流裕量。,電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值UO較高，脈動較小，但是二極管中有較大的沖擊電流。因此，電容濾波電路一般適用于輸出電壓較高、負載電流較小并且變化也較小的場合。,2. 電感濾波電路 圖8.10所示電路是電感濾波電路，它主要適用于負載功率較大即負載電流很大的情況。,圖

6、8.10 電感濾波電路,3. 其他形式濾波電路 LC型濾波電路和型濾波電路 （1） LC型濾波電路 電感濾波電路輸出電壓平均值UO的大小一般按經(jīng)驗公式計算。 UO=0.9U2,如果要求輸出電流較大，輸出電壓脈動很小時，可在電感濾波電路之后再加電容C，組成LC濾波電路，如圖8.11所示。,圖8.11 LC電感濾波電路,（2）型濾波電路 為了進一步減小負載電壓中的紋波，可采用圖8.12所示型LC濾波電路。,圖8.12 型濾波電路,8.2 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路,8.2.1 穩(wěn)壓電路主要技術指標 通常用以下幾個主要指標來衡量穩(wěn)壓電路的質(zhì)量。 1.內(nèi)阻r0 2.穩(wěn)壓系數(shù) 3.溫度系數(shù),8.2.2 串聯(lián)反饋式

7、穩(wěn)壓電路 三極管被稱為調(diào)整管。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖如圖8.13(a)所示，它由調(diào)整管、取樣電路、基準電壓和比較放大電路等部分組成。圖8.13(b)所示為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的原理電路圖。,圖8.13 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,VT為調(diào)整管，它工作在線性放大區(qū)，故又稱為線性穩(wěn)壓電路。R3和穩(wěn)壓管VD組成基準電壓源，為集成運放A的同相輸入端提供基準電壓;R1、R2和Rp組成取樣電路，它將穩(wěn)壓電路的輸出電壓分壓后送到集成運放A的反相輸入端；集成運放A構成比較放大電路，用來對取樣電壓與基準電壓的差值進行放大。,8.2.3 三端集成穩(wěn)壓器及其應用 三端式穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有應用時外接元件少、使用方便、

8、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成及工作原理都相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。,三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列(正電源)和CW7900系列(負電源)。 圖8.14所示為CW7800和CW7900系列塑料封裝和金屬封裝三端集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列。,圖8.14 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列,1.基本應用電路 圖8.15所示為7800系列集成穩(wěn)壓器的基本應用電路。由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，所以圖8.15輸出電壓為12V，最大輸出電流

9、為1.5A。,圖8.15 7800系列基本應用電路,2.提高輸出電壓的電路 實際需要的直流穩(wěn)壓電源，如果超過集成穩(wěn)壓器的輸出電壓數(shù)值時，可外接一些元件提高輸出電壓，圖8.16所示電路能使輸出電壓高于固定電壓，圖中的UXX為CW78系列穩(wěn)壓器的固定輸出電壓數(shù)值，顯然有： UO=UXX+UZ,圖8.16 提高輸出電壓電路一,也可采用圖8.17所示的電路提高輸出電壓。圖中R1、R2為外接電阻，R1兩端的電壓為三端集成穩(wěn)壓器的額定輸出電壓UXX，R1上流過的電流為IR1= UXXR1，三端集成穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流為IQ，則有： IR2=IR1+IQ,圖8.17 提高輸出電壓電路二,3.輸出正、負電壓的電路

10、 圖8.18所示為采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成的具有同時輸出+15V-15V電壓的穩(wěn)壓電路。,圖8.18 輸出正、負電壓的電路,4.恒流源電路 集成穩(wěn)壓器輸出端串入阻值合適的電阻，就可構成輸出恒定電流的電源，如圖8.19所示。,圖8.19 恒流源電路,IQ為穩(wěn)壓器靜態(tài)工作電流，由于它受UI及溫度變化的影響，所以只有當U23/RIQ時，輸出電流IO才比較穩(wěn)定。,8.3 其 他 電 源 電 路,8.3.1 開關電源電路 1.開關電源電路的基本工作原理 圖8.20所示為串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路的基本組成框圖。,圖8.20 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路組成框圖,圖8.21 開關穩(wěn)壓電源的電壓、電

11、流波形,雖然調(diào)整管工作在開關狀態(tài)，但由于二極管VD的續(xù)流作用和L、C的濾波作用，仍可獲得平穩(wěn)的直流電壓輸出。,2.采用集成開關穩(wěn)壓器電源電路 集成開關穩(wěn)壓器有CWl52425243524、CW49604962和CW25752576等系列 。 CW25752576集成穩(wěn)壓器的特點是：外部元件少，使用方便；振蕩器的頻率固定在52kHz，因而濾波電容不大，濾波電路體積小，一般不需要散熱器。 CW25752576單列直插式塑料封裝的外形及管腳排列如圖8.22所示，兩種系列芯片的管腳含義相同。,圖8.22 CW2575/2576外形及管腳圖,8.3.2 直流直流（DC-DC）電壓變換電路 將一個恒定的直

12、流電壓通過電子器件的開關作用變換成為可變的直流電壓的過程，稱為直流直流變換，即DC-DC變換。 PWM是為保持變換器的輸出電壓穩(wěn)定，所采用占空比控制技術中的脈寬調(diào)制技術。,1.集成PWM控制器的組成和原理 目前，常見的單片集成PWM控制器產(chǎn)品有SG3524、TL494、MC34060、SGl525SGl529等，功能大同小異。由于型號很多，在實際應用中應參考各廠家的產(chǎn)品說明，以便選擇適合的集成PWM控制器。下面介紹集成PWM控制器的PWM信號產(chǎn)生電路組成及原理。 圖8.23表示了PWM信號產(chǎn)生電路框圖及其波形 。,圖8.23 PWM信號產(chǎn)生電路及波形,2. SGl525SGl527系列集成PW

13、M控制器 SGl525SGl527系列集成PWM控制器是美國硅通用公司的第二代產(chǎn)品，我國的集成電路制造廠家已生產(chǎn)出國產(chǎn)此種系列的PWM控制器。SGl525在SG1524基礎上增加了振蕩器外同步、死區(qū)調(diào)節(jié)、PWM鎖存器以及輸出級的最佳設計等，是一種性能優(yōu)良、功能完善、通用性強的集成PWM控制器。,SGl525與SGl524的電路結構相同，僅輸出級不同。SGl525輸出正脈沖，適用于驅(qū)動NPN功率管或N溝道功率MOSFET管。SGl527輸出負脈沖，適用于驅(qū)動PNP功率管或P溝道功率MOSFET管。SG2525和SG3525也屬這個系列，內(nèi)部結構及功能相同，僅工作電壓及工作溫度有些差異。,8.4 實際應用電路舉例,1.電阻限流電池充電電路 如圖8.24所示,穩(wěn)壓管保證電池兩端電壓不超過最大規(guī)定電壓，電阻R限制充電電流。此電路電流一般小于200mA。,圖8.24 電阻限流電池充電電路,2.場效應管恒流電池充電電路 如圖8.25所示，四只場效應管接成恒流二極管，并聯(lián)后以足夠電流給4節(jié)鎳鎘電池充電，電流一般不超過500mA。需要電流較大時，可以增加場效應管的個數(shù)。,圖8.25 場效應管恒流電池充電電路,3.具有反接保護的電池充電電路 如圖8.26所示，電池放置正確并且電池電壓大于