12模擬電子技術(shù)教案第9章直流穩(wěn)壓電源

1、第9章 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 圖9.1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：9.1 概述 圖9.1 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(shè)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?fù)交替變化的正弦交流電壓變換成單方向的脈動(dòng)直流電壓。 濾波電路： 盡可能地將單向脈動(dòng)直流電壓中的脈動(dòng)部分(交流分量)減小，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。 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(dòng)或負(fù)載變化時(shí)保持穩(wěn)定。 回顧：1、常見的幾種整流電路UUoIoUUoIoUU

2、oUIo整流電壓平均值t0uot0uot0uo電 路整流電壓波形二極管平均電流二極管反向電壓 TrDRLabuC =uoCt0ut0uD截止D導(dǎo)通D導(dǎo)通D截止D導(dǎo)通2、半波整流電容濾波電路輸出電壓的平均值近似為：UO U23、橋式整流電容濾波電路 輸出電壓的平均值近似為：UO1.2U2形LC濾波電路形LC濾波器的效果很好，但整流二極管的沖擊電流較大。RLuC2LC1形RC濾波器用電阻代替電感線圈以減小體積 。R愈大濾波效果愈好，但將使輸出電壓下降，所以適用于負(fù)載電流較小、電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。形RC濾波電路RLuC2RC14、形濾波電路9.2 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 1、 穩(wěn)壓管的伏安特性：U(V)0

3、I (mA)反向正向UZIZIZmaxIZUZR LRRLUiDZRCUoIZIo 如圖采用橋式整流和電容濾波，得到直流電壓Ui，再經(jīng)過限流電阻R和穩(wěn)壓管DZ ，使負(fù)載得到一個(gè)比較穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路u2、工作原理選擇穩(wěn)壓管的選型： UZ=Uo IZmax=(1.53)Iomax Ui=(23)Uou Ui Uo IZ UR UO 保持負(fù)載電壓Uo近似不變。當(dāng)電源電壓升高時(shí)RLUiDZRCUoIZIou3、特點(diǎn)： （1）電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（2）穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵是限定穩(wěn)壓管中的電流。工作電 流太小，穩(wěn)壓效果差；工作電流太大，將損壞穩(wěn)壓管。（3）輸出電壓不能調(diào)節(jié)，負(fù)載電流變化范圍小，輸出電阻較

4、大，適用于輸出電壓固定和要求不太高的場(chǎng)合。RLUiDZRCUoIZIo9.3 串聯(lián)反饋式穩(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9.3(a)所示，它由調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓和比較放大電路等部分組成。圖9.3(b)所示為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的原理電路圖。圖9.3 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 (1)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; (2)R3和穩(wěn)壓管VD組成基準(zhǔn)電壓源，為集成運(yùn)放A的同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓; (3)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(yùn)放A的反相輸入端； (4)集成運(yùn)放A構(gòu)成比較放大電路，用來對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值

5、進(jìn)行放大。 8Uo+UIRLV1+UCE 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián) 1、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI取樣電路調(diào)整管比較放大電路基準(zhǔn)電壓UZUF穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)： UCE 的自動(dòng)調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定2、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP9.4 穩(wěn)壓電路主要技術(shù)指標(biāo) 通常用以下幾個(gè)主要指標(biāo)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.紋波抑制比:9.5 三端集成穩(wěn)壓器 三端式穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有應(yīng)用時(shí)外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固

6、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。 9.5.1 三端固定集成穩(wěn)壓器CW7800 系列(正電源)CW7900 系列(負(fù)電源)5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V一、78、79 系列的型號(hào)命名輸出電流78L / 79L 輸出電流 100 mA78M / 9M 輸出電流 500 mA78 / 79 輸出電流 1.5 A輸出電壓例如：CW7805 輸出 5 V，最大電流 1.5 ACW78M05 輸出 5 V，最大電流 0.5 ACW79L05 輸出 - 5 V，最大

7、電流 0.1 A封裝CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符號(hào)CW7800213CW7900132塑料封裝金屬封裝二、CW7800 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動(dòng)電路+UO1、基本應(yīng)用電路Uo = 12VW7812123C2+UiC1C30.33 F0.1 F100 FRL防止輸入端短路時(shí) C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止自激改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲 實(shí)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(shí)，可外接一些元件提高輸出電壓，圖9.6所示電路能使輸出電壓高于固定電壓，圖

8、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 2、提高輸出電壓的電路圖9.6 提高輸出電壓電路一 UO=UXX+UZ 也可采用圖9.7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9.7 提高輸出電壓電路二 圖9.8所示為采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成的具有同時(shí)輸出+15V-15V電壓的穩(wěn)壓電路。 3、輸出正、負(fù)電壓的電路圖9.8 輸出正、負(fù)電壓的電路 集成穩(wěn)壓器輸出端串入阻值合適的電阻

9、，就可構(gòu)成輸出恒定電流的電源，如圖9.9所示。 4、恒流源電路 圖9.9 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(dāng)U23/RIQ時(shí)，輸出電流IO才比較穩(wěn)定。 9.5.2 三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器一、典型產(chǎn)品型號(hào)命名CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負(fù)電源)工作溫度CW117(137) -55 150CCW217(237) -25 150CCW317(337) 0 125C基準(zhǔn)電壓1.25 V輸出電流L 型 輸出電流 100 mAM 型 輸出電流 500 mA二、CW117 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤

10、差放大啟動(dòng)電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 A基本應(yīng)用電路Uo CW317123C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4IOIQII REF0.1 FV1V2V1 防止輸入端短路時(shí)C4 反向放電損壞穩(wěn)壓器V2 防止輸出端短路時(shí)C2 通過調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF = 1.25 V使 UREF 很穩(wěn)定120 I REF 50 A2.2 k R1 = UREF/ IQ = 125 靜態(tài)電流 IQ(約10 mA)從輸出端流出， RL 開路時(shí)流過 R1R2 = 0 2.2 k 時(shí)，UO

11、= 1.25 24 V0 30 V 連續(xù)可調(diào)電路Uo CW317123+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+ 3 k120 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V當(dāng) R2 = 0 時(shí)，UO= 0 V線性穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：調(diào)整管管耗大電源效率低(40% 60%)改進(jìn)思路：使調(diào)整管截止(電流小) 飽和(管壓降小)9.6 開關(guān)型穩(wěn)壓 電 源 開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：效率高(80% 90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：電路復(fù)雜對(duì)電網(wǎng)要求不高對(duì)電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波一、 串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路9.6.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理調(diào)整管取樣電路開關(guān)調(diào)整

12、管控制組成框圖濾波+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式 (PWM)+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL= DUI 占空比+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比UOD = 50 %當(dāng) uF = UREF ，uA = 0，UO 為預(yù)定標(biāo)稱值 雖然調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，但由于二極管VD的續(xù)流

13、作用和L、C的濾波作用，仍可獲得平穩(wěn)的直流電壓輸出。二、 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路+UI+UoRLV1R1R2LC+UREFuFuB控 制電 路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高電平iO低電平uBtofftonT 截止截止iL單片脈寬調(diào)制式(外接開關(guān)功率管)9.6.2 集成開關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用類型單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器CW1524CW4960/4962一、CW1524/2524/3524(區(qū)別在于溫度范圍)組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、振蕩器、觸發(fā)器、 2 只輸出功率管、過熱保護(hù)最大輸入電壓：40 V最高工作頻率：100 kHz每路輸出電流：100

14、mA內(nèi)部基準(zhǔn)電壓：5 V(承受 50 mA電流)取樣電壓基準(zhǔn)電壓輸出方波定時(shí)電容定時(shí)電阻關(guān)閉,控制脈寬接擴(kuò)流晶體管 C、E 極輸入電壓振蕩/同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流+限流斷路補(bǔ)償CW1524 系列引腳排列防止寄生振蕩外接復(fù)合管擴(kuò)流產(chǎn)生振蕩1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k3 k5 k5 k5 k2 k50 k180 68 0.1 UIUOR00.1F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)C

15、W1524L0.9 mHf0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz+ 5 V2.5 V2.5 V+ 5 V限流取樣電阻(1 A)二、CW4960/4962組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器 開關(guān)功率管(內(nèi)接)、軟啟動(dòng)電路、 過流限制、過熱保護(hù)功能：慢起動(dòng)、過流保護(hù)、過熱保護(hù) 占空比可調(diào)(0 100 %)最大輸入電壓：50 V輸出電壓：5.1 40 V 連續(xù)可調(diào)最高工作頻率：100 kHz額定輸出電流：CW4960 2.5 A (過流保護(hù) 3.0 4.5 A)CW4960 1.5 A (過流保護(hù) 2.5 3.5 A)小散熱片不用散熱片CW4960/4962 系列引腳圖1 2 3

16、 4 5 6 7CW4960IN反饋補(bǔ)償GNDRT/CT軟啟動(dòng)輸出1 234 5678161514131211109NC輸出NC補(bǔ)償NCGNDGNDNC輸入NC軟啟動(dòng)RT/CTGNDGND反饋NCCW4962CW4960/4962 應(yīng)用電路 220 FR115 kL150 H4962(4960)11(3)10(2)7(1)14(5)4(4)15(6)2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k+220 F220 F / 40 VC2C34.3 k33 nF2.2 F2.2 nFV取樣電阻500 10 k工作頻率控制f = 1/ RTCT106 kHz一般 RT = 1 27 k CT

17、= 1 3.3 nF 頻率補(bǔ)償防寄生振蕩續(xù)流二極管采用肖特基管軟啟動(dòng)電容1 4.7 F9.6.3 直流直流（DC-DC）電壓變換電路 將一個(gè)恒定的直流電壓通過電子器件的開關(guān)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(shù)中的脈寬調(diào)制技術(shù)。 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(hào)很多，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)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(hào)產(chǎn)生電

18、路組成及原理。 圖9.13表示了PWM信號(hào)產(chǎn)生電路框圖及其波形 。圖9.13 PWM信號(hào)產(chǎn)生電路及波形2. SGl525SGl527系列集成PWM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(chǔ)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(jí)的最佳設(shè)計(jì)等，是一種性能優(yōu)良、功能完善、通用性強(qiáng)的集成PWM控制器。 SGl525與SGl524的電路結(jié)構(gòu)相同，僅輸出級(jí)不同。SGl525輸出正脈沖，適用于驅(qū)動(dòng)NPN功率管或N溝道功率MOSFET管。SGl527輸出負(fù)脈沖，適用于驅(qū)動(dòng)PNP功率管或P溝道功率MOSFET管。SG2525和SG3525也屬這個(gè)系列，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能相同，僅工作電壓及工作溫度有些差異。 9.7 實(shí)際應(yīng)用電路舉例1.電阻限流電池充電電路 如圖9.14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9.14 電阻限流電池充電電路2.場(chǎng)效應(yīng)管恒流電池充電電路 如圖9.15所示，四只場(chǎng)效應(yīng)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(shí)，可以增加場(chǎng)效應(yīng)管的個(gè)數(shù)。圖9.15 場(chǎng)效應(yīng)管恒流電池充電電路3.