集成直流穩(wěn)壓電源

第十章集成直流穩(wěn)壓電源10.1單相整流濾波電路10.4開關(guān)型穩(wěn)壓電路10.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路引言小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小適宜的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載穩(wěn)壓濾波整流變壓整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦評(píng)DO一、單相整流電路〔2〕工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；〔3〕工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止?！?〕電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLiou

tOuoOu=1、半波整流10.1單相整流濾波電路〔4〕參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值I〔5〕整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWM

UDRM2、單相橋式整流電路〔2〕工作原理u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通?！?〕工作波形uD2uD4〔1〕電路結(jié)構(gòu)

－uouDttRLuiouo1234ab+–+–

u-uD1uD3〔4〕參數(shù)計(jì)算1)整流電壓平均值Uo2)整流電流平均值Io3)流過每管電流平均值ID4)每管承受的最高反向電壓UDRM5)變壓器副邊電流有效值ILLRURUI9.0oo==〔5〕簡(jiǎn)化畫法+uo

RLio~+u2

〔6〕整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐罚涣麟娋W(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=1.112=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo如果D2或D4接反那么正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。如果D2或D4因擊穿燒壞而短路那么正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3二、濾波電路交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保存其直流成份，到達(dá)平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。io

+

uo=uc

RLV1V4V3V2

+u

1、電容濾波〔1〕電路和工作原理Cio

+

uo=uc

RLV1V4V3V2

+u

V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。電容充電電容放電C〔2〕波形及輸出電壓當(dāng)RL=

時(shí)：OtuO

2

當(dāng)RL為有限值時(shí)：通常取RC越大UO越大RL=

UO=1.2U2io+

uo=uc

RLV1V4V3V2

+u

C〔3〕電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)1)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。RLC

越大

電容器放電越慢

輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。篣o=1.2U(橋式、全波〕Uo=1.0U〔半波〕當(dāng)負(fù)載RL開路時(shí)，UO

為了得到比較平直的輸出電壓2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結(jié)論

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。3)流過二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大

ＵO

越高，IO

越大

整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短

iD

的峰值電流越大。iDtuotOO[例]

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]1.選二極管電流平均值：承受最高反壓：選二極管應(yīng)滿足：IF

(2

3)

ID可選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或

1A、100V整流橋2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。2、其他形式濾波〔1〕電感濾波RLL~+u2

整流后的輸出電壓：直流分量被電感L

短路交流分量主要降在L上電感越大，濾波效果越好〔2〕電感電容濾波器1〕.電路結(jié)構(gòu)LuRLuo++––~+C2〕.濾波原理對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大局部降在RL上。對(duì)諧波分量:f越高,XL越大,電壓大局部降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為適宜。〔3〕形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。比形LC濾波器的體積小、本錢低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。10.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路〔穩(wěn)壓器〕是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小根本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成局部，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR

設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路1.電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUI

UZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管平安工作為保證穩(wěn)壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。[例]在圖示電路中，，RL＝100Ω,R=120Ω,穩(wěn)壓管的UZ＝6V，IZmax＝80mA。試求：〔1〕當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，整流輸出電壓Ui的平均值；〔2〕當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，Ui的平均值；〔3〕當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸出電壓Uo的平均值，并計(jì)算穩(wěn)壓管中流過的電流IZ。+–UiDZu2RLU0++––~CSR8Uo+UI

RLV1+UCE

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)+UI

取樣電路調(diào)整管比較放大電路基準(zhǔn)電壓UZUF

1.結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理一、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理10.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1一、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四局部組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UO

Uf

UB

UO

IC

UCE

由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反響，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1二、三端固定集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX〔1.25~37V連續(xù)可調(diào)〕5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V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封裝符號(hào)CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝1—輸入端3—公共端2—輸出端78xx1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx2、CW7800的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和根本應(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

根本應(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)，消除高頻噪聲提高輸出電壓電路W78

132CiC2+UO

+UI

+U

R1R2IQI1I2靜態(tài)電流5

8mA要求輸出電壓

UO>U

輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路W78

C1C2+UI

+U

+UO

R1R2R3R48(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~220VW7815W79151323211000

F220

F0.33F0.33F0.1F+15V

15V++++1000

F0.1F220

F恒流源電路12+UI=10V

W78053+UO

RRLIQIO0.1F0.33F10

三、三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器1、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500mA2、CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和根本應(yīng)用電路a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

50

A根本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1

F10

F33

FR1R2C4IOIQIIREF0.1

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=1.25V使UREF很穩(wěn)定120IREF

50

A2.2kR1=

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)，UO=

1.2524V0

30V連續(xù)可調(diào)電路Uo

CW317123++UiC10.33

F10

FR1R2C31

FVC2R3+3

k120

680+32

V–10

VAUA=–1.25V當(dāng)R2=0時(shí)，UO=0V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)10.4

開關(guān)型穩(wěn)壓電路引言開關(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1、串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路一、開關(guān)穩(wěn)壓電源的根本工作原理調(diào)整管取樣電路開關(guān)調(diào)整管控制組成框圖濾波+UI

+Uo

RLV18A8C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)+UI

V1LuEIO+Uo

RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI—占空比+UI

+Uo

RLV18A8C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2、并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路+UI

+Uo

RLV1R1R2LC+UREFuFuB控制電路V2+UI

+Uo

RLV1LC+uBV2+UI

+Uo

RLV1LC+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)二、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CW1524CW4960/49621、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：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系列引腳排列防止寄生振蕩外接復(fù)合管擴(kuò)流產(chǎn)生振蕩12345678161514131211109。。+–+–R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15k

3k

5k

5k

5k

2k

50k

180

68

0.1

UIUOR00.1

F0.