模擬電子技術基礎第11章 直流電源.ppt

1、第11章 直流電源,11.1概述,11.2整流電路,小結,11.3濾波電路,11.4穩(wěn)壓電路,11.5三端穩(wěn)壓電路,11.6開關穩(wěn)壓電路,11.1概述,交 流 電 源,負 載,組成框圖,220 V,單向 脈動電壓,合適的 交流電壓,濾 波,穩(wěn) 壓,11.2整流電路,11.2.1 基本概念,11.2.2 單相半波整流電路,11.2.3 單相橋式整流電路,11.2.4 倍壓整流電路,11.2.1 基本概念,整流電路的任務是利用二極管的單向?qū)щ娦园颜?、負交變的電壓變成單方向脈動的直流電壓。,整流電路有單相整流，屬于小功率整流（通常指由單相交流電源供電，功率在一千瓦以內(nèi)），其中包括半波整流、全波整流、

2、橋式整流、倍壓整流等。另外還有三相整流（屬于大功率整流）及多相整流（屬于大功率整流）。,11.2.2 單相半波整流電路,1、電路原理,2、主要參數(shù),1）、輸出電壓平均值,2）、輸出電流平均值,3）、脈動系數(shù),3、二極管極限參數(shù)選擇,1）、最大整流平均電流,2）、最高反向工作電壓,【例11-1】 在單向半波整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值=30V，負載電阻=100，試問: 1、負載電阻上的電壓平均值和電流平均值各為多少? 2、電網(wǎng)電壓波動范圍是10%，二極管承受的最大反向電壓和流過的最大電流平均值各為多少?,解：,1、負載電阻上電壓平均值,0.45=0.4530V=13.5V,流過負載電阻的

3、電流平均值,2、二極管承受的最大反向電壓,二極管流過的最大平均電流,11.2.3、單相橋式整流電路,輸入正半周,1. 工作原理,輸入負半周,+ uo ,動畫演示,波形,t,O,t,O,t,O,t,O,2,3,2,3,Im,2,2,3,3,uO,u2,uD,iD= iO,2. 參數(shù)估算,1) 整流輸出電壓平均值,2) 整流輸出電流平均值,3) 脈動系數(shù),1）最大整流平均電流,2) 最高反向工作電壓,3. 二極管極限參數(shù)選擇,4. 簡化畫法,5. 整流橋,把四只二極管封裝 在一起稱為整流橋,【例11-3】 某電子裝置要求電壓值為15V的直流電源，已知負載電阻等于100 ，試問： 1、如果選用單相橋

4、式整流電路，則變壓器副邊電壓應為多大？整流二極管的正向平均電流最大反向峰值電壓等于多少？輸出電壓的脈動系數(shù)S等于多少？ 2、如果改用單相半波整流電路，則 ， ， 和S各是多少？,解：,1、由電路條件可知 ：,根據(jù)給定條件，可得輸出直流電流為：,由公式可得,此時脈動系數(shù)為：,2、 如改用單相半波整流電路，則,利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源,三相整流電路及其波形,我不太懂,11.2.4、倍壓整流電路,1二倍壓整流電路,2多倍壓整流電路,11.3濾波電路,11.3.1 電容濾波,11.3.2 其他濾波電路,11.3.1 電容濾波電路,1. 電路和工作原理,V 導通時給 C 充電，V 截止時 C 向

5、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,2. 波形及主要參數(shù),當 RL = 時：,當 RL 為有限值時：,通常取,RC 越大 UO 越大,RL = ,為獲得良好濾波效果，一般取：,(T 為輸入交流電壓的周期),UO = 1.2U2,（1）輸出電壓平均值,（2）整流二極管的導通角,加濾波電容后，只有當電容充電時，二極管才導通，因此，每只二極管的導通角都小于180o。而且，RC的值愈大，濾波效果愈好，導通角將愈小。,二極管的導通角，流過二極管的瞬時電流大，故常串入一個限流電阻(1/25)RL。,（3）脈動系數(shù),（4）電容濾波電路的輸出特性和濾波特性,(a)

6、輸出特性,（b）濾波特性,【例11-5】 一個全波整流、電容濾波電路中U2=10V，C=1000uF，當RL=20歐時，試求UO(AV)和S的值，設整流管的壓降和整流內(nèi)阻可忽略。,解：,【例11-6】 在圖11-10（a）所示電路中，要求輸出電壓平均值 負載電流平均值 。試問： (1)濾波電容的大??； (2)考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為10，濾波電容的耐壓值。,解：,(1)根據(jù) 可知，C的取值滿足 的條件。,電容的容量為,(2)變壓器副邊電壓有效值為,電容的耐壓值為,實際可選取容量為300uF、耐壓為25V的電容作本電路的濾波電容。,例11-7 單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率 f = 50

7、Hz，負載電阻 RL = 40 ，要求直流輸出電壓 UO = 20 V，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：,選二極管應滿足：,IF (2 3) ID,可選：2CZ55C(IF = 1 A，URM = 100 V)或 1 A、100 V 整流橋,2. 選濾波電容,可選： 1 000 F，耐壓 50 V 的電解電容。,11.3.2 其他濾波器電路,1.電感濾波電路,2. 型濾波電路,3.RC有源濾波電路,4. LC濾波器,5. LC-型濾波電路,11.4穩(wěn)壓電路,11.4.1 穩(wěn)壓電路的性能參數(shù),11.4.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,11.4.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,1

8、1.4.1 穩(wěn)壓電路的性能參數(shù),1. 穩(wěn)壓系數(shù),2. 輸出電阻,3. 電壓調(diào)整率,4. 電流調(diào)整率,5. 溫度系數(shù),6. 紋波電壓及紋波抑制比,11.4.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,1. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成及原理,2. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標,(1)穩(wěn)壓系數(shù),(2)內(nèi)阻,（ ）,3電路參數(shù)的選擇,（1）穩(wěn)壓電路輸入電壓的選擇,UI=(23)UO,（2）穩(wěn)壓管的選擇,（3）限流電阻及其選擇,取中間值,解：,（1）由已知條件知,可得,可取電阻R=200,（2）再由給定條件可求得,則輸出電阻為,估算穩(wěn)壓系數(shù)時，取,，則,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖所示.已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為6V,穩(wěn)定電流為10mA,額定功率為200

9、mW,限流電阻R=500, (1)當UI=20V,RL=1k 時,UO=? (2)當UI=20V,RL=100 時,UO=? (3)當UI=20V,RL開路時,電路的穩(wěn)壓性能怎么樣? (4)當UI=7V,RL變化時,電路的穩(wěn)壓性能怎么樣?,11.4.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本構成,2.工作原理,穩(wěn)壓的實質(zhì)： UCE 的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定,3.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍,當電位器R2的滑動端在最上端時,當電位器R2的滑動端在最下端時,4.調(diào)整管的選擇,(1)集電極最大允許電流 ICM,(2)集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓 U(BR)CEO,(3)集電極最大允許耗散功率 PC

10、M,【例11-8】 在圖11-24所示電路中，要求輸出電壓UO=1015V,負載電流IL=0100mA。已選定基準電壓的穩(wěn)壓管參數(shù)為UZ=7V，IZ=533mA。 （1）假設采樣電阻的阻值選定為2K，則R1，R2，R3三個電阻分別為多大？ （2）估算電源變壓器副邊電壓的有效值U2. （3）估算基準穩(wěn)壓管的限流電阻R 的阻值。 （4）給出選擇調(diào)整管的參數(shù)。,解：,（1）由公式可知,取,由于,取 (電位器)。,取,（2）穩(wěn)壓電路的直流輸入電壓應為,取,則變壓器副邊電壓的有效值為,（3）基準穩(wěn)壓管的限流電流應為,故取,(4)調(diào)整管的技術指標應為,5.保護電路,（1）過流保護電路,（a）電路圖,（b）

11、外特性,截流型保護電路,限流型保護電路,（2）調(diào)整管的安全工作區(qū)保護電路,（3）芯片過熱保護電路,11.5三端穩(wěn)壓電路,11.5.2 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器,11.5.1 固定式三端穩(wěn)壓器,CW7800 系列(正電源),CW7900 系列(負電源),5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V,一、78、79 系列的型號命名,輸出電流,78L / 79L 輸出電流 100 mA,78M / 9M 輸出電流 500 mA,78 / 79 輸出電流 1.5 A,輸出電壓,11.5.1 固定式三端穩(wěn)壓器,例如：,CW7805 輸出 5 V，最大電流 1.5 A,CW78M05

12、 輸出 5 V，最大電流 0.5 A,CW78L05 輸出 5 V，最大電流 0.1 A,封裝,CW7805,1 2 3,UI,UO,GND,UI,UO,GND,符號,塑料封裝,金屬封裝,二、CW7805 的內(nèi)部結構和基本應用電路,內(nèi)部 結構,+ UI ,取 樣 電 路,調(diào)整電路,保護 電路,基 準 電 壓,比較 放大,啟 動 電 路,+ UO ,W7805集成穩(wěn)壓器電路原理圖,（1）基本應用電路,防止輸入端短路時 C3 反向放電損壞穩(wěn)壓器,（2）輸出正、負電壓的電路,24V,24V,220V,W7815,W7915,1,3,2,3,2,1,1 000 F,220 F,0.33 F,0.33

13、F,0.1 F,+15 V,15 V,1 000 F,0.1 F,220 F,（3）提高輸出電壓電路,靜態(tài)電流 5 8 mA,要求,輸出電壓 UO U ,（4）輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路,W78,C1,C2,+ UI ,+ U ,+ UO ,R1,R2,R3,R4,8,(虛短),可產(chǎn)生小于 U 的輸出電壓 UO,（5）恒流源電路,1,2,+ UI = 10V ,W7805,3,+ UO ,R,RL,IQ,IO,0.1 F,0.33 F,10 ,一、典型產(chǎn)品型號命名,CW117/217/317系列(正電源),CW137/237/337系列(負電源),工作溫度,CW117(137) -55 150C,C

14、W217(237) -25 150C,CW317(337) 0 125C,11.5.2 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器,基準電壓,1.25 V,輸出電流,L 型 輸出電流 100 mA,M 型 輸出電流 500 mA,二、CW117 內(nèi)部結構和基本應用電路,內(nèi) 部 結 構,外 形 引 腳, 50 A,基本應用電路,V1 防止輸入端短路時 C4 反向放電損壞穩(wěn)壓器,V2 防止輸出端短路時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 A,2.2 k,R1 = UREF/ IQ = 125 ,靜態(tài)電流 IQ(約10 mA)從輸出端流出， RL 開路

15、時流過 R1,R2 = 0 2.2 k 時，,UO = 1.25 24 V,0 30 V 連續(xù)可調(diào)電路,UA = 1.25 V,當 R2 = 0 時，UO= 0 V,11.6開關穩(wěn)壓電路,引言,11.6.1 串聯(lián)開關型穩(wěn)壓電路,11.6.2 并聯(lián)開關型穩(wěn)壓電路,引言,線性穩(wěn)壓電路的缺點：,調(diào)整管管耗大 電源效率低(40% 60%),改進思路：,使調(diào)整管,截止(電流小),飽和(管壓降小),開關穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：,效率高(80% 90%),體積小、重量輕,穩(wěn)壓范圍寬,開關穩(wěn)壓電路的缺點：,電路復雜,對電網(wǎng)要求不高,對電子設備干擾較大,輸出電壓含較大紋波,調(diào)整管,取樣 電路,開關調(diào)整管控制,組成框圖,

16、濾波,頻率固定的三角波,誤差放大,續(xù)流,11.6.1 串聯(lián)開關型穩(wěn)壓電路,工作波形,脈寬調(diào)制式 (PWM),= DUI, 占空比,穩(wěn)壓原理,占空比,D = 50 %,當 uF = UREF ，,uA = 0，,UO 為預定標稱值,+ UI ,+ Uo ,RL,V1,R1,R2,L,C,+,UREF,uF,uB,控 制 電 路,V2,高電平,低電平,截止,截 止,11.6.2 并聯(lián)開關型穩(wěn)壓電路,單片脈寬調(diào)制式(外接開關功率管),補充資料 集成開關穩(wěn)壓器及其應用,類型,單片集成開關穩(wěn)壓器,CW1524,CW4960/4962,一、CW1524/2524/3524(區(qū)別在于溫度范圍),組成：,基準

17、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,最大輸入電壓：40 V,最高工作頻率：100 kHz,每路輸出電流：100 mA,內(nèi)部基準電壓：5 V(承受 50 mA電流),取樣電壓,基準電壓,輸出 方波,定時電容,定時電阻,關閉, 控制脈寬,接擴流晶體 管 C、E 極,輸入 電壓,CW1524 系列引腳排列,外接復合管擴流,f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz,+ 5 V,2.5 V,2.5 V,+ 5 V,限流取樣電阻(1 A),二、CW4960/4962,組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器 開關功率管(內(nèi)接)、軟啟動電路、 過流限

18、制、過熱保護,功能：慢起動、過流保護、過熱保護 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 3.0 4.5 A),CW4960 1.5 A (過流保護 2.5 3.5 A),小散熱片,不用散熱片,CW4960/4962 系列引腳圖,1 2 3 4 5 6 7,CW4960,IN,反饋,補償,GND,RT/CT,軟啟動,輸出,1 2 3 4 5 6 7 8,16 15 14 13 12 11 10 9,NC,輸出,NC,補償,NC,GND,GND,NC,輸入,NC,軟啟動,RT/CT,GND,