第10章直流穩(wěn)壓電源

第10章直流穩(wěn)壓電源10.1單相整流電路*10.2晶閘管可控整流電路10.3濾波電路10.4直流穩(wěn)壓電路正確理解直流穩(wěn)壓電源的組成和各部分的作用。掌握單相橋式整流電路的組成、工作原理及輸出電壓及電流平均值的估算。了解可控整流電路的組成及工作原理及參數(shù)估算；了解單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的組成及工作原理。掌握濾波電路的工作原理；穩(wěn)壓電路的作用。理解串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的組成和原理，了解三端集成穩(wěn)壓器的工作特點(diǎn)及典型應(yīng)用電路。學(xué)習(xí)要求電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高,一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源。一般直流電源組成框圖如圖10-1所示。

整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電。濾波電路將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路采用負(fù)反饋技術(shù)，對整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定。

圖10-1整流濾波框圖10.1單相整流電路單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖10-2a所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖10-2a可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管VD1、VD3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管VD2、VD4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖10-2b。10.1.1單相橋式整流電路工作原理a）橋式整流電路b）波形圖圖10-2單相橋式整流電路根據(jù)圖10-2b可知，輸出電壓是單相脈動電壓，常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為(10-1)流過負(fù)載的平均電流為(10-2)流過二極管的平均電流為(10-3)二極管所承受的最大反向電壓(10-4)10.1.2參數(shù)計(jì)算(10-6)

(10-5)

流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。10.1.3單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線如圖10-3所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。圖10-3橋式整流電路的負(fù)載特性曲線整流電路既有交流量，又有直流量，通常對輸入（交流）用有效值或最大值；輸出（交直流）用平均值；整流管正向電流用平均值；整流管反向電壓用最大值。晶閘管的原理已在第7章作了介紹。由晶閘管組成的半波可控整流電路圖10-4所示，其中負(fù)載電阻為RL，工作情況如圖10-5所示。*10.2晶閘管可控整流電路

10.2.1單相半波可控整流電路圖10-4晶閘管組成的半波整流電路由圖10-5可見，在輸入交流電壓u的正半周時(shí)，晶閘管VT承受正向電壓。在負(fù)半周時(shí)，晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載上的電壓、電流均為零。在第二個(gè)正半周內(nèi)，再在相應(yīng)的ωt2時(shí)刻加入觸發(fā)脈沖，晶閘管再次導(dǎo)通，使負(fù)載RL上得到如圖10-5c所示的電壓波形。圖10-5d所示的波形為晶閘管所承受的正向和反向電壓。最高正向和反向電壓均為輸入交流電壓的幅值。圖10-5電壓電流波形圖在晶閘管承受正向電壓的時(shí)間內(nèi)，改變控制極觸發(fā)脈沖的加入時(shí)間（稱為移相），負(fù)載上得到的電壓波形隨之改變?？梢?，移相可以控制負(fù)載電壓的大小。晶閘管在加正向電壓下不導(dǎo)通的區(qū)域稱控制角α（又稱移相角），如圖10-5c所示。而導(dǎo)通區(qū)域稱為導(dǎo)通角θ，可以看出導(dǎo)通角愈大，輸出電壓愈高，可控整流電路輸出電壓和輸出電流的平均值分別為由此式可知，輸出電壓Uo的大小隨α的大小而變化。當(dāng)α=0時(shí)，Uo=0.45U，輸出最大，晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)α=π時(shí),Uo=0,晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)。以上分析說明，只要適當(dāng)改變控制角α，也就是控制觸發(fā)信號的加入時(shí)間，就可靈活地改變電路的輸出電壓Uo。10.2.2單相半控橋式整流電路單相半波可控整流電路，雖然具有電路簡單，使用元件少等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電壓脈動性大，電流小。單相半控橋式整流電路如圖10-6所示，橋中有兩個(gè)橋臂用晶閘管，另兩個(gè)橋臂用二極管。圖10-6單相半控橋式整流電路設(shè)u2=U2sinωt，當(dāng)u2為正半軸時(shí)，瞬時(shí)極性為上“正”下“負(fù)”，VT1和VT4承受正向電壓。若在t1時(shí)刻給VT1加觸發(fā)脈沖，則VT1導(dǎo)通，負(fù)載上有電壓Uo，電流通路為a→VT1→RL→VD2→b。當(dāng)u2為負(fù)半軸時(shí)，晶閘管VT2和二極管VD1承受正向電壓。在t2時(shí)刻給VT2加觸發(fā)脈沖，VT2導(dǎo)通，電流通路為b→VT2→RL→VD1→a。顯而易見，橋式整流的輸出電壓平均值要比單相半波整流大一倍，即(10-9)(10-10)10.2.3可控整流的觸發(fā)電路產(chǎn)生和控制觸發(fā)信號的電路稱為觸發(fā)電路，其工作性能的好壞對可控整流的效果有很大影響。觸發(fā)電路種類很多，在此僅介紹常用的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管原理及結(jié)構(gòu)已在第7章作了介紹。利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻效應(yīng)并配以RC充放電回路，可以組成一個(gè)非正弦波的振蕩電路，這個(gè)電路可產(chǎn)生可控整流電路中晶閘管所需要的觸發(fā)脈沖電壓。單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖電路如圖10-7a所示。1．單結(jié)晶體管觸發(fā)電路圖10-7單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖電路a）觸發(fā)脈沖電路b）觸發(fā)脈沖波形在圖10-7a所示電路中，接通電源以前UC=0，接通電源后，電源通過電阻R向C充電，當(dāng)UC上升到峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，即UC=UP，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，電容器C即通過VU管向R1放電。由于RB1的負(fù)阻特性，RB1的阻值在VU管導(dǎo)通后迅速下降，又因R1的阻值很小，故放電很快，使UC迅速下降，當(dāng)UC放電到谷點(diǎn)電壓時(shí)，即UC＜UV時(shí)，單結(jié)晶體管恢復(fù)截止。電源又通過電阻R向C充電，使UC再次等于UP，上述過程又重復(fù)進(jìn)行。這樣在電阻R1上就得到了一個(gè)又一個(gè)由電容器放電產(chǎn)生的脈沖電壓Ug，因C放電很快，故Ug為尖脈沖電壓，如圖10-7b所示。在圖10-7a所示電路中，R1上產(chǎn)生的脈沖電壓Ug不一定能觸發(fā)晶閘管，因?yàn)橛|發(fā)脈沖與被觸發(fā)的晶閘管可控整流電路還存在一個(gè)同步問題，為了解決這一問題，通常采用單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路，如圖10-8所示。圖10-8a所示電路為同步電壓觸發(fā)電路，T為同步變壓器，它的初級與主電路接在同一電源上，與之同頻率的次級電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓，得到一個(gè)幅值為Ubo的梯形電壓，如圖10-8b所示，此電壓作為單結(jié)晶體管的工作電壓。2．單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路圖10-8a)單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路當(dāng)Ubo梯形電壓由0上升時(shí)，電容器C開始充電。電容器C充電到單結(jié)晶體管峰點(diǎn)電壓Up時(shí)，單結(jié)晶體管進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，電容器C放電，在R1上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。電容器C放電到單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓UV，當(dāng)下一個(gè)Ubo梯形電壓到來時(shí)，重復(fù)上述過程。主電路交流電源的半個(gè)周期內(nèi)，可能產(chǎn)生多個(gè)觸發(fā)脈沖，但起作用的只有第一個(gè)觸發(fā)脈沖，去觸發(fā)加有正向電壓的那個(gè)晶閘管導(dǎo)通。電路中各點(diǎn)電壓的波形如圖10-8b所示。輸出電流電壓的大小，可以通過調(diào)節(jié)充電回路的電阻Rp來實(shí)現(xiàn)。改變Rp，即改變控制角α的大小，從而改變第一個(gè)實(shí)現(xiàn)脈沖輸出時(shí)間，達(dá)到觸發(fā)脈沖移相的目的。一般Rp愈小，α愈小，導(dǎo)通角θ愈大，輸出平均值電壓愈高。圖10-8b)單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路電壓波形例10-1有一純電阻負(fù)載，需要可調(diào)的直流電源，要求電壓UO=0~180V，電流IO=0~6A?，F(xiàn)采用單相半控橋式整流電路，試求交流電壓的有效值，并選擇整流元件。解：設(shè)晶閘管導(dǎo)通角q為180°(控制角a=0°)時(shí)，UO=180V，IO=6A，交流電壓有效值

考慮到電網(wǎng)電壓波動、管壓降以及導(dǎo)通角常常到不了180°等因素，交流電壓要比上述計(jì)算值適當(dāng)加大10%左右，可取220V，因此可不用整流變壓器，直接接到220V的交流電源上。晶閘管可選用KP5-7型，二極管可選用2CZ5/300型。10.3濾波電路10.3.1濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。10.3.2電容濾波電路

現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路是在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C，如圖10-9所示。圖10-9電容濾波電路1．濾波原理若u2處于正半周，二極管VD1、VD3導(dǎo)通，變壓器次端電壓u2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在u2上，所以輸出波形同u2

，是正弦波。當(dāng)u2到達(dá)t=/2時(shí)，開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過t=/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過t=/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過t=/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，UC=Uo按正弦規(guī)律變化t1到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，UC=Uo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波過程見圖10-10。

圖10-10電容濾波電路波形

圖10-11電容濾波的效果需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖10-11濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小，RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。2．電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常近似估算，即在RLC=（35）的條件下，認(rèn)為UO≈1.2U2。3．外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓UO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖10-12所示。

圖10-12電容濾波外特性曲線10.4直流穩(wěn)壓電路10.4.1引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，參見圖10-13。負(fù)載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。即圖10-13穩(wěn)壓電源框圖10.4.2穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)來衡量穩(wěn)壓電路性能的高低，衡量穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)主要有兩個(gè)1．穩(wěn)壓系數(shù)SrSr定義為在負(fù)載一定時(shí)輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比，即

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2．輸出電阻RoRo定義為穩(wěn)壓電路輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比，即(10-12)1．硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖10-14所示。它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。圖10-14硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.4.3硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓，根據(jù)電路圖可知輸入電壓UI的增加，必然引起UO的增加，即UZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使UR增加，從而使輸出電壓UO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓2．穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻R的作用是將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)R也是限流電阻。顯然，R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的UR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。但R的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓UI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下。（1）當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此計(jì)算出來穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即(10-13)

（2）當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計(jì)算出來穩(wěn)壓電阻的最小值。即

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(10-15)穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)，一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞。10.4.4線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是損耗較大、效率低。1．線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理可以用圖10-15加以說明。顯然，UO=UI-UR，當(dāng)UI增加時(shí)，R受控制而增加，使UR增加，從而在一定程度上抵消了UI增加對輸出電壓的影響。若負(fù)載電流IL增加，R受控制而減小，使UR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加，使UI減小，對輸出電壓減小的影響。圖10-15串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)晶體管來替代的，控制基極電位，從而就控制了晶體管的管壓降UCE，UCE相當(dāng)于UR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負(fù)反饋電路的模式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖10-16所示。它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成。圖10-16串聯(lián)型穩(wěn)壓電路框圖(2)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理根據(jù)圖10-40，分兩種情況來加以討論。1)輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變輸入電壓UI的增加，必然會使輸出電壓UO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號UF與基準(zhǔn)源電壓UREF比較，獲得誤差信號ΔU。誤差信號經(jīng)放大后，用UO1去控制調(diào)整管的管壓降UCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響

UI↑→UO↑→UF↑→UO1↓→UCE↑→UO↓負(fù)載電流IL的增加，必然會使輸入電壓UI有所減小，輸出電壓UO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號UF與基準(zhǔn)電壓源UREF比較，獲得的誤差信號使UO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降UCE下降，從而抵消因IL增加使輸入電壓減小的影響。IL↑→UI↓→UO↓→UF↓→UO1↑→UCE↓→UO↑(3)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算根據(jù)圖10-16可知UF≈UREF

調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。2)負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變2．穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時(shí)輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過載也會造成損壞。保護(hù)的方法有反饋保護(hù)型和溫度保護(hù)型兩種。反饋保護(hù)型又分截流型和限流型兩種，它們的保護(hù)特性如圖10-17和圖10-18所示。溫度保護(hù)型是利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。圖10-17截流型特性圖10-18限流型特性10.4.5三端集成穩(wěn)壓器1．概述將線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源和各種保護(hù)電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線：輸入端、輸出端和公共端。它的電路符號如圖10-19所示，外形如圖10-20所示。不同型號，不同封裝的集成穩(wěn)壓器,它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊確定。圖10-19集成穩(wěn)壓器符號圖10-20外形圖2．線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，型號為CW78--，負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，型號為CW79--。三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW1110--、CW2110--、CW3110--。三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為：CW137，CW237，CW337。以上CW1為軍品級；CW2為工業(yè)品級；CW3為民品級。軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。3．應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖10-21所示,三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖10-22所示。圖10-21三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路

圖10-22三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)。

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閱讀與應(yīng)用

開關(guān)電源

為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源，簡稱為開關(guān)電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá)90%以上，造價(jià)低，體積小?，F(xiàn)在開關(guān)電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是紋波較大，用于小信號放大電路時(shí)，還應(yīng)采用第二級穩(wěn)壓措施。

1．開關(guān)電源的工作原理

開關(guān)電源的原理可用圖10-23的電路加以說明。它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波uB，去控制調(diào)整管的通斷。當(dāng)調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)流二極管VD即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。圖10-23開關(guān)電源原理圖根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，（輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對方波而言，相當(dāng)方波存在的部分）。對應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為ton；反之為低電平，（輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分）。對應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間為toff。

為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)UO增加，比較放大器的輸出UF減小，比較器方波輸出toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。各點(diǎn)波形見圖10-24。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。

忽略電感的直流電阻，輸出電壓UO即為uE的平均分量。于是有

式中，q稱為占空比，方波高電平的時(shí)間占整個(gè)周期的百分比。

在輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓與占空比成正比，可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。由以上分析可以得出如下結(jié)論：調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；在許多場合可以省去電源變壓器；由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。

2．集成開關(guān)型穩(wěn)壓器

(1)開關(guān)電源概述

單片開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的單片開關(guān)穩(wěn)壓器；另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括調(diào)單片開關(guān)穩(wěn)壓器；另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括調(diào)整管。開關(guān)電源控制器實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見表10-1。型號電源范圍/V最大輸出電流/A內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出級形式TL4947～400.25推挽SG35248～350.15推挽SG35258～350.55推挽LM25753.5～3511.23表10-1典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源表中前三個(gè)是開關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。

(2)開關(guān)電源控制器SG3524

利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。SG3524是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖10-25所示。它的內(nèi)部包括誤差放大器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出晶體管等環(huán)節(jié)。

圖10-25SG3524的內(nèi)部框圖

SG3524構(gòu)成開關(guān)電源的典型電路如圖10-26所示。3524從11和14腳輸出在時(shí)間上互相錯開的兩路控制信號，其開關(guān)頻率由6和7腳外接的R5和C2決定。1和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，R1和R2構(gòu)成反饋回路。16腳是基準(zhǔn)源，由R3和R4給誤差運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號比較的給定電壓。U3和U4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。U3和U4的輸出由U2、CP、Q或決定。因Q和只能有一個(gè)是高電平，V2和V1不可能同時(shí)導(dǎo)通。V1和V2只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。

圖10-26開關(guān)電源應(yīng)用電路

SG3524電路控制過程的波形如圖10-27所示。鋸齒波由振蕩器提供，U1是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。U2是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動T‘觸發(fā)器，CP、Q和U2的或非是U3，決定V1的通斷。CP、和U2的或非是U4，決定V2的通斷。圖10-27