第十章直流稳压电源.ppt

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1、 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 10.0 引言引言引言引言直流稳压电源的作用直流稳压电源的作用 将将交交流流电电网网电电压压转转换换为为直直流流电电压压，为为放放大大电电路路提提供供直直流流工工作电源。作电源。组成组成各部分功能各部分功能变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：end降压降压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路10.1.

2、2 滤波滤波电路电路单相半波整流电路单相半波整流电路二极管正向平均电流二极管正向平均电流最大反向电压最大反向电压纹波系数纹波系数单相半波整流电路单相半波整流电路优点：结构简单，使用二极管数量少优点：结构简单，使用二极管数量少缺点：输出电压低，纹波大，效率低缺点：输出电压低，纹波大，效率低1.工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性1.工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路3.纹波系数纹波系数2.VL和和IL4.平均整

3、流电流平均整流电流5.最大反向电压最大反向电压三相整流电路三相整流电路整流相数越多整流相数越多 纹波频率越高纹波频率越高 纹波系数越小纹波系数越小几种滤波电路几种滤波电路10.1.2 滤波滤波电路电路（a）电容滤波电路电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒电感电容滤波电路（倒L型）型）（c）型滤波电路型滤波电路10.1.2 滤波滤波电路电路电容滤波电路电容滤波电路10.1.2 滤波滤波电路电路电容滤波的特点电容滤波的特点A.二极管的导电角二极管的导电角 ，流流过过二二极极管管的的瞬瞬时时电电流流很大。很大。B.负载直流平均电压负载直流平均电压 VL 升高升高 d=RLC 越大，越大，VL 越高

4、越高C.直直流流电电压压 VL 随随负负载载电电流流增加而减少增加而减少一般取一般取 d （3 5）VL=(1.1 1.2)V210.1.2 滤波滤波电路电路VL 随负载电流的变化随负载电流的变化电电容容滤滤波波电电路路，结结构构简简单单，负负载载直直流流电电压压VL较较高高，纹纹波波较较小小，但但输输出出特特性性较较差差，适适用用于于负负载载电电压压较较高高，负负载载变变动不大的场合。动不大的场合。例例10.1.1 单单相相桥桥式式整整流流、电电容容滤滤波波电电路路如如图图所所示示。已已知知交交流流电电源源电电压压为为220V，交交流流电电源源频频率率f=50Hz，要要求求直直流流电电压压V

5、L=30V，负负载载电电流流IL=50mA。试试求求电电源源变变压压器器二二次次电电压压V2的的有效值；选择整流二极管及滤波电容器。有效值；选择整流二极管及滤波电容器。10.1.2 滤波滤波电路电路电感滤波电路电感滤波电路 电电感感滤滤波波电电路路中中整整流流管管导导通通角角大大，无无峰峰值值电电流流，输输出出特特性性平平坦坦。但但由由于于存存在在铁铁心心，使使得得体体积积增增大大、笨笨重重，易易引引起电磁干扰，一般只适用于低电压、大电流场合。起电磁干扰，一般只适用于低电压、大电流场合。10.1.3 倍压整流倍压整流电路电路10.1.1 变变压压器器二二次次侧侧有有中中心心抽抽头头的的全全波波

6、整整流流电电路路如如图图所所示示，二二次次侧侧电电源源电电压压为为 ,假假定定忽忽略略二二极极管管的的正正向向压降和变压器内阻：压降和变压器内阻：（1）试试画画出出v2a,v2b,iD1,iD2,iL,vL及及二二极极管管承承受受的的反反向向电电压压vR的的波波形形（2）已知）已知V2（有效值），求（有效值），求VL、IL（平均值）（平均值）（3）计算整流二极管的平均电流）计算整流二极管的平均电流ID、最大反向电压、最大反向电压VRM（4）若已知）若已知VL=30V，IL=80mA，试计算试计算v2a,v2b的值的值10.1.2 电电路路参参数数如如题题图图所所示示，途途中中标标出出了了变变压

7、压器器二二次次电电压压（有有效效值值）和和负负载载电电阻阻值值，若若忽忽略略二二极极管管的的正正向向压压降降和和变变压压器器内内阻阻，试求：试求：（1）RL1、RL2两端的电压两端的电压VL1、VL2和电流和电流IL1、IL2（平均值）（平均值）（2）通通过过整整流流二二极极管管D1、D2、D3的的平平均均电电流流和和二二极极管管承承受受的的最最大反向电压大反向电压10.1.5 如如题题图图所所示示一一高高输输入入阻阻抗抗交交流流电电压压表表电电路路，设设A、D都都为为理想器件，被测电压理想器件，被测电压（1）当当vi瞬瞬时时极极性性为为正正时时，标标出出流流过过表表头头M的的电电流流方方向向

8、，说说明明哪几个二极管导通哪几个二极管导通（2）写出流过表头）写出流过表头M电流的平均值的表达式电流的平均值的表达式（3）表表头头的的满满刻刻度度电电流流为为100uA，要要求求当当Vi=1V时时，表表头头的的指指针为满刻度，试求满足此要求的电阻针为满刻度，试求满足此要求的电阻R值值（4）若将）若将1V的交流电压表改为的交流电压表改为1V的直的直流电压表，表头指针为满刻度时，电路流电压表，表头指针为满刻度时，电路参数参数R应如何改变？应如何改变？10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标10.2.2 串联反馈式稳压电路工作原理串联反馈式稳压电路

9、工作原理10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器10.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用输出电压输出电压10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标输出电压变化量输出电压变化量输入调整因数输入调整因数电压调整率电压调整率稳压系数稳压系数输出电阻输出电阻温度系数温度系数稳压管稳压电路稳压管稳压电路10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路原理图串联反馈式稳压电路原理图1.结构结构10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理2.工作原理工作

10、原理输入电压波动输入电压波动负载电流变化负载电流变化输输出出电电压变化压变化电压串联负反馈电压串联负反馈所以输出电压所以输出电压满足深度负反馈，根据满足深度负反馈，根据虚短虚短和和虚断虚断有有(+)(+)(+)(+)调整管参数选取调整管参数选取 带隙基准电压源电路带隙基准电压源电路 （1）设设变变压压器器副副边边电电压压的的有有效效值值V220 V，求求VI？说说明明电电路路中中T1、R1、DZ2的作用；的作用；（2）当当VZ16 V，VBE0.7 V，电电位位器器RP箭箭头头在在中中间间位位置置，不不接接负负载载电电阻阻RL时，试计算时，试计算A、B、C、D、E点的电位和点的电位和VCE3的

11、值；的值；（3）计算输出电压的调节范围。）计算输出电压的调节范围。（4）当）当VO12 V、RL150，R2510时，计算调整管时，计算调整管T3的功耗的功耗PC3。例例10.2.1（1）设设变变压压器器副副边边电电压压的的有有效效值值V220 V，求求VI？说说明明电电路路中中T1、R1、DZ2的作用；的作用；例例解：解：VI1.2V2则则 VI1.2V21.22024V T1、R1和和DZ2为启动电路为启动电路（2）当当VZ16 V，VBE0.7 V，电电位位器器RP箭箭头头在在中中间间位位置置，不不接接负负载载电阻电阻RL时，试计算时，试计算A、B、C、D、E点的电位和点的电位和VCE3

12、的值；的值；例例解：解：VAVI 24 VVEVO2VBE12 V1.4 V13.4VVCE3VAVO24 V12 V12 VVCVDVZ16 V12 VVBVOR2R1VREF（3）计算输出电压的调节范围。）计算输出电压的调节范围。例例解：解：R2R1VREFVO=9V=18V（4）当）当VO12 V、RL150，R2510时，计算调整管时，计算调整管T3的功耗的功耗PC3。例例解：解：所以所以IC3ILIR3IR2 105mAPC3VCE3IC3 （VA-VO）IC3 1.26W10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器1.输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压

13、（正电压 78 、负电压负电压 79 ）10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器1.输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压（正电压 78 、负电压负电压 79 ）（b）金属封装外形图）金属封装外形图 （c）塑料封装外形图）塑料封装外形图 （d）方框图）方框图 10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器2.可调式三端集成稳压器（正电压可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压负电压LM337）输出电压输出电压10.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用1.固定式应用举例固定式应用举例10.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用2.可调式应用举

14、例可调式应用举例结束结束10.3 开关型稳压电源 为为解解决决线线性性稳稳压压电电源源功功耗耗较较大大的的缺缺点点，研研制制了了开开关关型型稳稳压压电电源源。开开关关型型稳稳压压电电源源效效率率可可达达90%以以上上，造造价价低低，体体积积小小。现现在在开开关关型型稳稳压压电电源源已已经经比比较较成成熟熟，广广泛泛应应用用于于各各种种电电子子电电路路之之中中。开开关关型型稳稳压压电电源源的的缺缺点点是是纹纹波波较较大大，用用于于小小信信号号放放大大电电路路时时，还还应应采采用用第第二级稳压措施。二级稳压措施。10.3.1 开关型稳压电路的工作原理10.3.2 集成开关型稳压器10.3.1 开关

15、型稳压电路的工作原理 开开关关型型稳稳压压电电源源的的原原理理可可用用图图10.2310.23的的电电路路加加以以说说明明。它它由由调调整整管管、滤滤波波电电路路、比比较较器器、三三角角波波发发生器生器、比较放大器比较放大器和和基准源基准源等部分构成。等部分构成。图图10.23 10.23 开关型稳压电源原理图开关型稳压电源原理图 三角波发生器通过比较器产生一个方波三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通

16、路。续流续流二极管二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。即可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出放大器的输出时，比较器输出高电平高电平，对应调整管的，对应调整管的导通时间为导通时间为t tonon；反之输出为反之输出为低电平低电平，对应调整管的，对应调整管的截止时间截止时间t toffoff。输出波形中电位水平高于高电输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。当方波存在的部分。输出波形中电位水平低于低输出波形中电位水平低于低电

17、平最大值的部分，对方波而言，电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。相当方波不存在的部分。为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，压增加，FVO增加，比较放大器的输出增加，比较放大器的输出Vf减小，比较减小，比较器方波输出的器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。电压下降。起到了稳压作用。各各点点波波形形见见图图10.24。由由于于调调整整管管发发射射极极输输出出为为方方波波，有

18、有滤滤波波电电感感的的存存在在，使使输输出出电电流流iL为为锯锯齿齿波波，趋趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。于平滑。输出则为带纹波的直流电压。图图10.24 开关电源波形图开关电源波形图 分分析析见见下下页页 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)。q q称为占空比称为占空比 方波高电平的时方波高电平的时间占整个周期的间占整个周期的百分比。百分比。在输入电压一定时，在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比。输出电压与占空比成正比。忽略电感的直流

19、电阻，输出电压忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为即为vE的平均分的平均分量。于是有量。于是有1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；电源效率大为提高；2调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；必须在输出端加滤波器；3可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4在许多场合可以省去电源变压器；在许多场合可以省去电源变压器；5由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体 积可大大减小。积可大大减小。由以上分析

20、可以得出如下结论：由以上分析可以得出如下结论：10.3.2 集成开关型稳压器典型的开关电源控制器和开关电源见下表典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号型号 电源范围电源范围/V 最大输出电流最大输出电流/A 内部参考源内部参考源/V 输出级形式输出级形式 TL494 7TL494 740 0.2 5 40 0.2 5 推挽或单端推挽或单端 SG3524 8SG3524 835 0.1 5 35 0.1 5 推挽推挽 SG3525 8SG3525 835 0.5 5 35 0.5 5 推挽推挽 LM2575 3.5LM2575 3.535 1 1.23 _35 1 1.23 _ 表中前三个是

21、开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。实际上就是一个脉冲宽度调制（实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。经常也用于其它脉宽调制场合。集成开关稳压器，集成开关稳压器，一般有两大类型一般有两大类型。一类是包。一类是包括调整管在内的括调整管在内的集成开关稳压器集成开关稳压器;另另一类称为一类称为开关电开关电源控制器源控制器，它不包括调整管。，它不包括调整管。(1)(1)开关稳压电源概述开关稳压电源概述 利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。SG3524

22、是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图如图10.25所示。所示。(2)2)开关稳压电源控制器开关稳压电源控制器SG3524图图10.25 SG3524的内部方框图的内部方框图 它的内部它的内部包括误差放大包括误差放大器、限流保护器、限流保护环节、比较器、环节、比较器、振荡器、触发振荡器、触发器、输出逻辑器、输出逻辑控制电路和输控制电路和输出三极管等环出三极管等环节。节。SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图构成开关稳压电源的典型电路如图10.26所示。所示。图图10.26 开关稳压电源应用电路开关稳压电源应用电路 3

23、524从从11和和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由其开关频率由6和和7脚外接的脚外接的RT和和CT决定。决定。1和和2脚是内部运算放脚是内部运算放大器的输入端，大器的输入端，R1和和R2构成反馈回路。构成反馈回路。16脚是基准源，由脚是基准源，由R3和和R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。V3和和V4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。平，它的输出即为低电平。V3和和V4的输出由的输出由V2、CP、Q

24、或或Q决定。因决定。因Q和和Q只能有一个是高电平，只能有一个是高电平，T2和和T1不可能同时导不可能同时导通。通。T1和和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。只能按推挽方式工作，轮流交替导通。SG3524电路控制过程的波形如图电路控制过程的波形如图10.27所示。所示。图图10.27 SG3524的波形图的波形图 锯齿波由振荡器提供，锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一起是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。加到比较器上。V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动T 触发器，触发器，CP、Q和和V2 的或非是的或非是V3，决定决定T1的通断

25、。的通断。CP、Q和和V2 的或非是的或非是V4，决定决定T2的通断。由于的通断。由于Q和和Q等宽，加上等宽，加上V2的存的存在，所以在，所以V3和和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证这两路信号之间有一定的死区，以保证T1和和T2 管不会同时导通。管不会同时导通。当当V1降低时，降低时，V2加宽，加宽，T1和和T2的宽度变窄，导通时间减的宽度变窄，导通时间减小。反之，当小。反之，当V1增加时，增加时，T1和和T2 的导通时间增加。的导通时间增加。图图16.16 开关稳压电源应用电路开关稳压电源应用电路 设负载电流加大，设负载电流加大，VO下降，反馈电压减小，误差放大器的下降，反馈电压减小，

26、误差放大器的输出输出V1增加，增加，T1和和T2的导通时间增加，输出电压的导通时间增加，输出电压VO增加增加。(3)3)SG3524构成的构成的开关稳压电源开关稳压电源 现在来讨论现在来讨论3524构成的开关稳压电源的工作原理。构成的开关稳压电源的工作原理。图图10.25 SG3524的内部方框图的内部方框图反之，当反之，当VO增加时，反增加时，反馈电压增加，馈电压增加，V输出减小，输出减小，T1和和T2的导的导通时间减小，通时间减小，输出电压输出电压VO 减小。减小。SG3524的的10脚也有保护功能，当脚也有保护功能，当10脚加高电平时，可脚加高电平时，可以强迫以强迫V1下降，下降，T1和和T2关断。关断。10脚与脚与4脚可实现双重保护。脚可实现双重保护。当三极管的电流过大时，电阻当三极管的电流过大时，电阻R9上的压降增加到使限流上的压降增加到使限流运算放大器的输出为低，即运算放大器的输出为低，即V1在大大下降，在大大下降，使使T1和和T2 关断。关断。由于由于SG3524可在较高的频率下工作，可在较高的频率下工作，T1和和T2 应选用高频应选用高频开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都可以选用较小的数值。可以选用较小的数值。