直流穩(wěn)壓電源精品課件

直流穩(wěn)壓電源橋式整流電路及電容濾波電路的輸出電壓與變壓器副邊電壓的關(guān)系。橋式整流電路、電容濾波電路及串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。3端集成穩(wěn)壓器的使用方法。學(xué)習(xí)要點一、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)壓電路一、直流穩(wěn)壓電源利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。1.1整流電路1.1.1單相半波整流電路當(dāng)u2為正半周時，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負載，并且和二極管上的電流相等，即io=id。忽略二極管的電壓降，則負載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2，輸出電壓uo的波形與u2相同。1.1.2單相橋式整流電路u2為負半周時，b點電位高于a點電位，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。此時電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。1.2濾波電路整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲功能來實現(xiàn)的。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載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較差，只適用于負載較輕且變化不大的場合。1.2.2電感濾波電路電感濾波適用于負載電流較大的場合。它的缺點是制做復(fù)雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。1.2.3復(fù)合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用于負載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的場合。在負載較輕時，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRCπ型濾波電路，同樣可以獲得脈動很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負載電流較小的場合。1.3直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路兩大類。前者使用起來簡單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；后者體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關(guān)電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431

TL431是TL、ST公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準。由于其封裝簡單（型如三極管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價比高，近年來在國外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。TL431外形如圖7,典型應(yīng)用電路如圖8，在典型應(yīng)用電路中,R1、R2和TL431組成了高精度并聯(lián)穩(wěn)壓電源，如要改變輸出電壓VKA，可通過調(diào)整R1和R2的阻值，輸出電壓VKA便可在Vref（標稱2.5V）至36伏之間任意設(shè)定。輸出電壓VKA=Vref(1+R1/R2)+Iref*R1在實際應(yīng)用中Iref很小一般忽略不計，所以穩(wěn)壓電路的輸出電壓可以寫成VKA=Vref(1+R1/R2)。并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431

1.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（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）基準電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標準。（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，從而達到自動調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。1、電路的組成及各部分的作用2、電路工作原理當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時，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，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。同理，當(dāng)Ui或Io變化使Uo降低時，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反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。3、電路的輸出電壓如UZ=6V，R1=R2=RP=100Ω，則Ra+Rb=R1+R2+RP=300Ω，Rb最大為200Ω，最小為100Ω。由此可知輸出電壓Uo在9~18V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。4、采用集成運算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路其電路組成部分、工作原理及輸出電壓的計算與前述電路完全相同，唯一不同之處是放大環(huán)節(jié)采用集成運算放大器而不是晶體管。1.3.3集成穩(wěn)壓器集成穩(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。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，若要獲得負輸出電壓選W79××系列即可。例如W7805輸出+5V電壓，W7905則輸出－5V電壓。這類３端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達1.5～2.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為2～3V，輸出電壓變化率為0.1％～0.2％。1、外形和管腳排列2、典型應(yīng)用電路（1）基本電路。（2）提高輸出電壓的電路。輸出電壓Uo=U××+UZ（3）擴大輸出電流的電路。（4）能同時輸出正、負電壓的電路。二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路原理降壓電路橋式整流電路濾波電路濾波電路限流保護電路取樣電路比較放大電路調(diào)整電路電路原理框圖組成下圖是串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源的組成框圖，由變壓器、整流濾波、穩(wěn)壓電路、保護電路四個環(huán)節(jié)。整流濾波調(diào)整管變壓器220V取樣比較放大基準電壓限流保護1．電路的組成及各部分的作用

1）取樣環(huán)節(jié)由R6、RP、R7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）基準電壓由穩(wěn)壓二極管D5和電阻R5構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標準。1．電路的組成及各部分的作用

（3）比較放大環(huán)節(jié)由V4和R1構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1、V2。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl、V2組成，V2的基極電流IB2受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC2和集、射電壓UCE2改變，從而V1的基極電流IB1變化V1集、射電壓UCE1改變，達到自動調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。電路中各元器件的作用C1為濾波電容，濾除整流輸出的脈動成份R1為調(diào)整管V1、V2基極偏流電阻和比較放大管集電極負載電阻C2對調(diào)整管基極濾波（電子濾波）R2為調(diào)整管V1基極偏置電阻V1、V2為復(fù)合三極管，通過改變V2的管壓降大小來調(diào)整輸出電壓高低。電路中各元器件的作用R5為穩(wěn)壓管D5提供反向電流的限流電阻D5反向?qū)ê蠓€(wěn)壓值為

V4提供射極基準電壓R6R7RP為取樣電阻。當(dāng)輸出電壓UO發(fā)生變化時，V9的基極電位隨之發(fā)生變化。

C4為濾波電容，濾除整流輸出的脈動成份工作原理當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時：

U0↑→UL↑→V4(Ube)↑→V4(Ｉb)↑→

V4(Ｉc)↑→V4(Uce)↓→V2(Ube)↓→V1(Ube)↓→

V1(Ｉb)↓→V1(Ｉc)↓→V1(Uce)↑→UL↓整流濾波電路整流電路的任務(wù)是利用二極管的單向?qū)щ娦裕颜?、負交變?0Hz電網(wǎng)電壓變成單方向脈動的直流電壓。整流電路只是將交流電變換為單方向的脈動電壓和電流，通常還需在整流電路的輸出端接入濾波電路，以濾除交流分量，從而得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的保護措施一、限流型保護電路１．電路圖：由取樣電阻RS和保護管TS組成保護電路穩(wěn)壓電路的保護措施２．工作原理：當(dāng)負載電流IO<IOM時，URS=IO·RS小于TS管b,e極的閾值電壓UOn，TS截止，不影響穩(wěn)壓電路的正常工作．當(dāng)IO≥IOM或負載短路時，使URS增加而大于UOn，TS導(dǎo)通，TS管的ICS對調(diào)整管Ｔ的基極電流IB進行分流，使IO和調(diào)整管上電流受到限制.穩(wěn)壓電路的保護措施二.截流型保護電路１．該電路的特點：當(dāng)輸出電流過載或負載短路時，使輸出電壓和輸出電流都下降到接近零，調(diào)整管功耗大為減?。玻娐穲D穩(wěn)壓電路的保護措施三、限流型保護電路１．電路圖：由取樣電阻RS和保護管TS組成保護電路穩(wěn)壓電路的保護措施２．工作原理：當(dāng)負載電流IO<IOM時，URS=IO·RS小于TS管b,e極的閾值電壓UOn，TS截止，不影響穩(wěn)壓電路的正常工作．當(dāng)IO≥IOM或負載短路時，使URS增加而大于UOn，TS進入淺飽和，TS管的UCE對調(diào)整管Ｔ的基極電位下降，調(diào)整管Ｔ截止，輸出電壓UO下降，使IO和調(diào)整管上電流受到限制。作業(yè)1、設(shè)計一個LED的恒流源電路，輸入電壓為30V，單個LED的工作電壓為3.2V，電流為20mA，設(shè)計一個由5個LED組成的恒流源。2、設(shè)計一個穩(wěn)壓電源，在輸入電壓220V、50Hz，電壓變化范圍+15%～20%條件下：a.輸出電壓可調(diào)范圍：＋5V；b.最大輸出電流：1A;c.電壓調(diào)整率≤0.5%（輸入電壓～220V，變化范圍＋15%～－20%下，滿載）；d．負載調(diào)整率≤1%（最低輸入電壓下，空載到滿載）；e.紋波電壓（峰一峰值）≤5mV(最低輸入電壓下，滿載）；f.效率>40%（輸出電壓＋5V、輸入電壓～220V下，滿載