直流穩(wěn)壓電源)ppt課件

1、電子產(chǎn)品創(chuàng)新制作項(xiàng)目1 直流穩(wěn)壓電源項(xiàng)目1 直流穩(wěn)壓電源1.1 整流電路1.2 濾波電路1.3 直流穩(wěn)壓電路 u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 0項(xiàng)目1 直流穩(wěn)壓電源1.1 整流電路tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRLtu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io= id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2

2、，輸出電壓uo的波形與u2相同。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 電路 (b) 波形+uoRL單相半波整流電壓的平均值為：0222o45. 02)(sin221UUttdUU流過負(fù)載電阻 RL的電流平均值為：L2Loo45. 0RURUI流經(jīng)二極管的電流平均值與負(fù)載電流平均值相等，即：L2oD45. 0RUII二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓為 u2的最大值，即：22MRM2UUU例例 有一單相半波整流電路，如圖 5-2（a）所示。已知負(fù)載電阻 750LR，

3、變壓器副邊電壓V 202U，試求 Uo、Io，并選用二極管。解解V)( 92045.045.02oUU(mA) 12(A) 012.07509LooRUI(mA) 12oD II(V) 2 .2820222DRMUU查半導(dǎo)體手冊，二極管可選用 2AP4，其最大整流電流為16mA，最高反向工作電壓為 50V。為了使用安全，二極管的反向工作峰值電壓要選得比 UDRM大一倍左右。+u1+u2D4D3D1D2RL+uo(a) 原理電路ab+u1+u2RL+uo(b) 簡化畫法u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：aD1

4、RLD3b。abVD3+u1+u2VD1RL+uoab+u1+u2VD4VD2RL+uou2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：bD2RLD4a。tu20234tiD10234tiD20234tuo0234單相全波整流電壓的平均值為：0222o9 . 022)(sin21UUttdUU流過負(fù)載電阻 RL的電流平均值為：L2Loo9 . 0RURUI流經(jīng)每個(gè)二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半，即：L2oD45. 021RUII每個(gè)二極管在截止時(shí)承受的最高反向電壓為 u2的最大值，即：22MRM2UUU整流變壓器副邊

5、電壓有效值為：oo211. 10.9UUU整流變壓器副邊電流有效值為：o22211. 111. 1IRURUILL由以上計(jì)算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。 例：例：試設(shè)計(jì)一臺(tái)輸出電壓為 24V，輸出電流為 lA 的直流電源，電路形式可采用半波整流或全波整流，試確定兩種電路形式的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。解：解：（1）當(dāng)采用半波整流電路時(shí)，變壓器副邊繞組電壓有效值為：3 .5345. 0240.45o2UUV整流二極管承受的最高反向電壓為：2 .753 .5341. 122RMUUV流過整流二極管的平均電流為：1oD IIA因此可選用 2CZ12B整流二極管，其最大

6、整流電流為 3 A，最高反向工作電壓為 200V。（2）當(dāng)采用橋式整流電路時(shí)，變壓器副邊繞組電壓有效值為：7 .269 . 0240.9o2UUV整流二極管承受的最高反向電壓為：6 .377 .2641. 122RMUUV流過整流二極管的平均電流為：5 . 021oDIIA因此可選用四只 2CZ11A 整流二極管，其最大整流電流為 1 A，最高反向工作電壓為 100V。1.2 濾波電路tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 電路 (b) 波形CRL+假設(shè)電路接通時(shí)恰恰在 u2由負(fù)到正過零的時(shí)刻，這時(shí)二極管 D 開始導(dǎo)通，電源 u2在向負(fù)載 RL供電的同時(shí)又對電容 C充電。如果忽

7、略二極管正向壓降，電容電壓 uC緊隨輸入電壓u2按正弦規(guī)律上升至 u2的最大值。然后 u2繼續(xù)按正弦規(guī)律下降，且C2uu，使二極管 D 截止，而電容 C 則對負(fù)載電阻RL按指數(shù)規(guī)律放電。uC降至 u2大于 uC時(shí)，二極管又導(dǎo)通，電容 C 再次充電。這樣循環(huán)下去，u2周期性變化，電容 C周而復(fù)始地進(jìn)行充電和放電，使輸出電壓脈動(dòng)減小，如圖 9-4（b）所示。電容 C 放電的快慢取決于時(shí)間常數(shù)（CRL）的大小，時(shí)間常數(shù)越大，電容 C 放電越慢，輸出電壓 uo就越平坦，平均值也越高。Uo1.4Uo0.9Uo0Io單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載

8、變化時(shí)波動(dòng)較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場合。般常用如下經(jīng)驗(yàn)公式估算電容濾波時(shí)的輸出電壓平均值。 半波：2oUU 全波：2o2 . 1 UU 為了獲得較平滑的輸出電壓，一般要求CR1)1510(L，即：2)53(LTCR式中 T 為交流電壓的周期。濾波電容 C 一般選擇體積小，容量大的電解電容器。應(yīng)注意，普通電解電容器有正、負(fù)極性，使用時(shí)正極必須接高電位端，如果接反會(huì)造成電解電容器的損壞。加入濾波電容以后，二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，且在短時(shí)間內(nèi)承受較大的沖擊電流（oCii），為了保證二極管的安全，選管時(shí)應(yīng)放寬裕量。單相 半波 整流 、電 容濾 波電 路中 ，二 極管 承受

9、 的反 向電 壓 為2CDRuuu，當(dāng)負(fù)載開路時(shí)，承受的反向電壓為最高，為：2RM22UU例：例： 設(shè)計(jì)一單相橋式整流、電容濾波電路。要求輸出電壓48oUV，已知負(fù)載電阻100LR，交流電源頻率為 50Hz，試選擇整流二極管和濾波電容器。解：解：流過整流二極管的平均電流：240A24. 010048212121LooDRUIImA變壓器副邊電壓有效值：402 . 1481.2o2UUV整流二極管承受的最高反向電壓：4 .564041. 122RMUUV因此可選擇 2CZ11B作整流二極管，其最大整流電流為 1 A，最高反向工作電壓為 200V。取05. 0202. 0525LTCRs，則：50

10、0F1050010005. 06LRCF+u1+u2RL+uoL電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場合。它的缺點(diǎn)是制做復(fù)雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。LCCCLCCR(a) LC 濾波電路 (b) CLC 濾波電路 (c) CRC 濾波電路LC、CLC型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場合。在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRC型濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場合。1.3 直流穩(wěn)壓電路+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZI工作原理：輸入電壓Ui波動(dòng)時(shí)會(huì)引起輸出電壓Uo波動(dòng)。如Ui升高將

11、引起隨之升高，導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速減小，從而使Uo基本上保持不變。反之，當(dāng)Ui減小時(shí)，UR相應(yīng)減小，仍可保持Uo基本不變。當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時(shí)，同樣會(huì)引起IZ的相應(yīng)變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)Io增大時(shí)，I和UR均會(huì)隨之增大使得Uo下降，這將導(dǎo)致IZ急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，使得Uo得到穩(wěn)定。+UiIoR1RLRaR2RbR4R3RPUBE2V1V2UBE1+UoUZ+ +UF （1取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到比較放大環(huán)節(jié)。（2基準(zhǔn)電壓

12、。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。（3比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準(zhǔn)電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時(shí)，取樣電壓UF相應(yīng)增大，使V2管的基極電流IB2和集電極電流IC2隨之增加，V2管的集電極電位UC2下降，因此Vl管的基極電流IB1下降

13、，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。UoUFIB2IC2UC2IB1UCE1Uo同理，當(dāng)Ui或Io變化使Uo降低時(shí)，調(diào)整過程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過程可以看出，該電路是依靠電壓負(fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。設(shè) V2發(fā)射結(jié)電壓 UBE2可忽略，則：obabZFURRRUU或：ZURRRUbbao用電位器 RP即可調(diào)節(jié)輸出電壓 Uo的大小，但 Uo必定大于或等于 UZ。如UZ=6V，R1=R2=RP=100，則Ra+Rb=R1+R2+RP=300， Rb最大為200，最小為100。由此可知輸出電壓Uo在918V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。+UiIoR1RLR2R

14、3RPV+UoUZ+ +UF + +其電路組成部分、工作原理及輸出電壓的計(jì)算與前述電路完全相同，唯一不同之處是放大環(huán)節(jié)采用集成運(yùn)算放大器而不是晶體管。集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個(gè)接線端子。如W78和W79系列穩(wěn)壓器。W78系列輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，若要獲得負(fù)輸出電壓選W79系列即可。例如W7805輸出+5 V電壓，

15、W7905則輸出5 V電壓。這類端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達(dá)1.52.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為23V，輸出電壓變化率為0.10.2。1 3 21公共端2輸出端3輸入端W791 3 21輸入端2輸出端3公共端W78W78C1C2+Ui+Uo123W79C1C2Ui+Uo+321（1基本電路。（2提高輸出電壓的電路。W78C1C2+Ui+Uo123+UZDZ+UR輸出電壓Uo=U+UZW78C1C2+Ui+Uo123RIRICIBI1I3I2Io（3擴(kuò)大輸出電流的電路。圖中 I3為穩(wěn)壓器公共端電流，其值很小，可以忽略不計(jì)，所以21II ，則可得：RUIIIIIIIIIBE2R12B2C2o)1 ()(式中為三極管的電流放大系數(shù)。設(shè)10，3 . 0BEUV，5 . 0R，12IA，則可計(jì)算出5oIA，可見 Io比 I2擴(kuò)大了。電阻 R 的作用是使功率管在輸出電流較大時(shí)才能導(dǎo)通。（4能同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路。W7815123W791532124V24V+15V15V220V1000F1000F0.33F0.33F1F1F1.4直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)指標(biāo)：設(shè)計(jì)指標(biāo)：1輸出電壓輸出電壓UO=15V；2最大輸出電流最大輸出電流Iomax=1A；3輸出紋波峰峰值小于輸出紋波峰峰值