直流穩(wěn)壓電源(內(nèi)容包括：單相整流濾波電路,線性集成穩(wěn)壓器,開關(guān)集成穩(wěn)壓電源)課件

直流穩(wěn)壓電源1單相整流濾波電路2線性集成穩(wěn)壓器3開關(guān)集成穩(wěn)壓電源引言幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過整流變成脈動(dòng)的直流電，然后通過濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電的儀器。它由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路3部分組成。整流電路

整流電路的目的是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動(dòng)電壓。這種單方向的脈動(dòng)電壓有很大的脈動(dòng)成分。濾波電路

濾波電路的功能是將整流后的單向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)成分盡可能地濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。它由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動(dòng)電壓合適的交流電壓平滑直流電壓穩(wěn)定直流電壓組成框圖1.單相整流濾波電路

整流電路的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)電壓。整流電路中基本上都包含了電源變壓器，一方面是“變壓”（大多情況下是進(jìn)行“降壓”，即將220V降為較低的交流電壓）；另一方面是“隔離”，把電子設(shè)備與電網(wǎng)隔開。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用單相半波和單相橋式整流電路。1.1單相整流電路一、半波整流電路ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–帶有純阻負(fù)載的單相半波整流電路如圖所示，這是一種最簡單的整流電路。它由變壓器Tr、整流二極管V及負(fù)載RL三部分組成。變壓器Tr將220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低壓；二極管V具有正向?qū)ā⒎聪蚪刂沟拈_關(guān)作用，所以將交流電變成了脈動(dòng)的直流電，稱為整流二極管；負(fù)載RL將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。to23u2to23uOto23iD=iOto23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–輸出平均電壓Uo指輸出電壓uo在一個(gè)周期中的平均值輸出電流平均值Io輸出電流等于流過二極管的電流，兩者的平均值也相等二極管承受的最高反向峰值電壓URMu2負(fù)半周時(shí)二極管截止，uD=u2

由圖可知，利用二極管的單向?qū)ㄟ@一特性，使變壓器副邊的交流電壓轉(zhuǎn)換成為負(fù)載兩端的單向脈動(dòng)電壓，從而達(dá)到整流的目的。由于這種電路只在交流電壓的半個(gè)周期內(nèi)才有電流流過負(fù)載，因此稱為單相半波整流電路。半波整流電路雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，輸出脈動(dòng)大，因此很少單獨(dú)用作直流電源。二、橋式整流電路單相橋式整流電路如所示。圖中，4個(gè)整流二極管V1～V4接成電橋的形式，其中一個(gè)對(duì)角線接變壓器的次級(jí)，另一個(gè)對(duì)角線接負(fù)載電阻RL，但二者不能互換。u1u2TV3V2V1V4RLuou2uo簡化畫法-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時(shí)電流通路D2、D3

導(dǎo)通，D1

、D4截止電流通路:bv2RLv4aab

橋式整流電路各參數(shù)計(jì)算如下to23to23u2to23uOto23iD=iOuD波形圖輸出平均電壓Uo。由uo波形可知，橋式整流是半波整流的2倍，即(2)流過二極管的平均電流ID。由于V1

、V3和V2、V4輪流導(dǎo)通，因此流過每個(gè)二極管的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即(3)二極管承受的最高反向峰值電壓URM。當(dāng)u2上正下負(fù)時(shí)，V1

、V3導(dǎo)通，V2、V4截止，V2

、V4相當(dāng)于并聯(lián)后跨接在u2上，因此反向最高峰值為把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~三、全波整流電路v1v2voD1Trv2D2電路圖：如圖所示，二極管D1、D2分別在V2的正、負(fù)半周導(dǎo)通，在RL上得到如圖所示電壓波形。v2vo00tt234在U2正半周：D1導(dǎo)通、D2管截止，負(fù)載中有電流流過；在U2負(fù)半周：D1截止、D2管導(dǎo)通，負(fù)載中有電流流過。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234工作原理：參數(shù)計(jì)算：（1）輸出的直流電壓值為:（2）流過負(fù)載平均電流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流過整流二極管的平均電流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二極管的最大反向電壓:UDR=2SQR(2)U2輸出電壓波動(dòng)小，變壓需中心抽頭，繞制復(fù)雜，成本高，笨重。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234電路特點(diǎn)：

從前面的分析可知，無論何種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動(dòng)成分。為了減少脈動(dòng)，就需要采取一定的措施，即濾波。濾波的作用是一方面盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。1.2濾波電路一、電容濾波1.電路和工作原理在整流電路中，把一個(gè)大電容C并接在負(fù)載電阻兩端就構(gòu)成了電容濾波電路，其電路和工作波形如圖所示。電容充電電容放電RLV1V4V3V2ioC~

+

uo=uc+uV導(dǎo)通時(shí)給C充電

V截止時(shí)C向RL放電濾波后uo的波形變得平緩,平均值提高。u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流

經(jīng)上述分析可知，由于在二極管截止期間電容Ｃ向負(fù)載電阻緩慢放電，使得輸出電壓的脈動(dòng)減小，結(jié)果平滑了許多。輸出電壓平均值也得到了提高。顯然RLC的值越大，濾波效果越好，當(dāng)負(fù)載開路時(shí)（RL=∞）,為了取得良好的濾波效果，一般取式中，T為交流電源的周期。此時(shí)的輸出電壓平均值為Uo≈1.2U2例1.1

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz,負(fù)載電阻RL=40,要求直流輸出電壓UO=20V,選擇整流二極管及濾波電容。解:選變壓器選二極管應(yīng)滿足:IF(23)

ID可選:

2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1

A、100

V整流橋電流平均值:承受最高反壓：2.選濾波電容可選：

1000F,耐壓50V的電解電容8+Uo+UIRLV1+UCE2線性集成穩(wěn)壓器并聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)2.1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一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)：UCE的自動(dòng)調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍8+Uo+UIR’2RLR’1R1UFUZR2RP2.2三端固定集成穩(wěn)壓器CW7800系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型號(hào)命名輸出電流78L××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓例如:CW7805輸出5V，最大電流1.5ACW78M05輸出5V，最大電流0.5ACW78L05輸出5V，最大電流0.1A封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號(hào)CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝312二、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+UO基本應(yīng)用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL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),消除高頻噪聲提高輸出電壓電路W78132

Ci

C2+UO+UI

+UR1R2IQI1I2靜態(tài)電流58mA要求輸出電壓UO>U

輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路W78

C1

C2+UI

+U+UOR1R2R3R48(虛短)可產(chǎn)生小于U

的輸出電壓UO輸出正、負(fù)電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F102.3三端可調(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)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C基準(zhǔn)電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA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)電路誤差放大啟動(dòng)電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ

50A

基本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1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=1.25V使UREF很穩(wěn)定R1=

UREF/

IQ=125靜態(tài)電流IQ(約10mA)從輸出端流出,RL開路時(shí)流過R1R2=

02.2k

時(shí)，120IREF

50A2.2kUO=

1.2524V030V連續(xù)可調(diào)電路Uo

CW317123++UiC10.33F10FR1R2C31FVC2R3+3k120680+32

V–10

VA當(dāng)R2=0時(shí)，UO=0VUA=–1.25V3開關(guān)集成穩(wěn)壓電源線性穩(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)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3.1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+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI—占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式（PWM）+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)稱值二、并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路+UI+UoRLV1R1R2LC+UREFuFuBV2控制電路+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高電平iO低電平iLuBtofftonT3.2集成開關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用類型單片脈寬調(diào)制式(外接開關(guān)功率管)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、輸出功率管(2)、過熱保護(hù)最大輸入電壓：40V最高工作頻率：100kHz每路輸出電流：100mA內(nèi)部基準(zhǔn)電壓：5V(承受50mA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12345678161514131211109–IN+INUINUREF(+5V)EBCBCAEARTCTGND–限流+限流斷路補(bǔ)償CW1524系列引腳排列外接復(fù)合管擴(kuò)流12345678161514131211109。。+–+–R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15k3k5k5k5k2k50k180680.1UIUOR00.1F0.02F0.01F500F(28

V)CW1524L0.9mH產(chǎn)生振蕩f0=1.15/R5C2=19.2kHz+5V2.5

V2.5

V+5V限流取樣電阻(1

A)防止寄生振蕩二、CW4960/4962組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器