模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)孫肖子第八章功率電路及電源管理第八章功率電路及電源管理8.1常用功率電子器件及特性

第八章功率電路及電源管理

第八章功率電路及電源管理第八章功率電路及電源管理8.2整流及線性穩(wěn)壓電源變壓器:將電網(wǎng)電壓(220V、50Hz)變換為所需的交流電壓；整流:將變壓器次級(jí)交流轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)直流；濾波:將整流后的波紋濾除。穩(wěn)壓:將不穩(wěn)定的直流電壓變成穩(wěn)定的直流電壓第八章功率電路及電源管理8.2.1整流及濾波電路

1.整流電路

2.濾波電路

第八章功率電路及電源管理[例]橋式整流,電容濾波第八章功率電路及電源管理8.2.2線性穩(wěn)壓電源的基本結(jié)構(gòu)和指標(biāo)（LinearRegulator）

8.2.3線性穩(wěn)壓電源原理與分析Uo=UREF×(1+R1/R2)

引入很強(qiáng)的串聯(lián)電壓負(fù)反饋,只要基準(zhǔn)電壓UREF穩(wěn)定,那么即使輸入電壓Ui變化,或負(fù)載電阻RL變化時(shí),輸出電壓UO可始終保持穩(wěn)定.第八章功率電路及電源管理第八章功率電路及電源管理2．串聯(lián)穩(wěn)壓電源的耗散功率與效率PC=(Ui-Uo)IL

調(diào)整管消耗功率串聯(lián)穩(wěn)壓電源的效率由于必須保證調(diào)整管工作在線性放大區(qū),,一般要差2--3伏以上,故串聯(lián)穩(wěn)壓電源的效率很低第八章功率電路及電源管理8.2.4低壓差穩(wěn)壓電路（LDO）提高效率的線性穩(wěn)壓電源第八章功率電路及電源管理LDO特別適合采用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品，例如手機(jī)、音樂(lè)播放器、數(shù)碼相機(jī)、便攜式儀表、醫(yī)療設(shè)備、汽車(chē)電子設(shè)備等領(lǐng)域。第八章功率電路及電源管理8.3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路“開(kāi)關(guān)電源”（SwitchModePowerSupply,SMPS）第八章功率電路及電源管理PON=UCE(sat)IL

第八章功率電路及電源管理2.MOS開(kāi)關(guān)電路第八章功率電路及電源管理8.3.2脈寬調(diào)制第八章功率電路及電源管理8.3.3開(kāi)關(guān)電源的原理和基本組成用損耗很小的開(kāi)關(guān)變換器和PWM代替損耗大的調(diào)整管穩(wěn)定輸出電壓:第八章功率電路及電源管理1．降壓型（Buck）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Uo=DUi

第八章功率電路及電源管理2．升壓型（Boost）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第八章功率電路及電源管理3．負(fù)壓型（Inverting）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第八章功率電路及電源管理8.3.5*PWM發(fā)生器與反饋控制模式1．門(mén)控振蕩器控制模式（GatedOscilatorControl）2．電壓控制模式（Voltage-ModeControl）第八章功率電路及電源管理3．電流控制模式（Current-ModeControl）第八章功率電路及電源管理第八章功率電路及電源管理二、特點(diǎn)(1)大信號(hào)工作。(2)分析方法以圖解法為主。(3)非線性失真矛盾突出。(4)提高效率成為重要的關(guān)注點(diǎn)。(5)功率器件的安全問(wèn)題必須考慮。

(過(guò)壓、過(guò)流、散熱等)一、功能：不失真的傳給負(fù)載足夠大的功率第八章功率電路及電源管理8.4低頻功率放大電路第八章功率電路及電源管理8.4低頻功率放大電路8.4.1低頻功率放大電路的組成與原理8.4.2功率級(jí)電路及其工作狀態(tài)分類(lèi)A類(lèi)工作狀態(tài)B類(lèi)工作狀態(tài)AB類(lèi)工作狀態(tài)

第八章功率電路及電源管理1.單端（Single-Ended）功率級(jí)電路>

單端A類(lèi)放大器的損耗極大，效率很低。失真很小，所以該電路通常用在對(duì)非線性失真要求極端嚴(yán)格且無(wú)需考慮效率的場(chǎng)合，例如頂級(jí)的高保真音響、監(jiān)聽(tīng)級(jí)的耳機(jī)放大器等。

第八章功率電路及電源管理2.推挽（Push-Pull）功率級(jí)電路（1）B類(lèi)狀態(tài)--偏置電壓UB=0,存在交越失真（2）AB類(lèi)狀態(tài)--偏置電壓UB>0,不存在交越失真（3）A類(lèi)推挽狀態(tài)兩管均線性工作第八章功率電路及電源管理綜合失真小,效率又較高,一般采用AB類(lèi)推挽工作狀態(tài)【例8.4.2】

第八章功率電路及電源管理【例8.4.3】

推挽AB類(lèi)功放電路推挽AB類(lèi)功放電路圖解法

1)輸出交流功率PL

令稱(chēng)之為電壓利用系數(shù)，那么式可改寫(xiě)為信號(hào)越大，Uo增大，電壓利用率也增大。若忽略集電極飽和電壓，則最大ξ=1，故最大輸出功率PLm為

T1、T2為半周工作，但負(fù)載電流卻是完整的正弦波。

第八章功率電路及電源管理

2)電源提供的功率

當(dāng)信號(hào)最大時(shí)，Uom≈UCC，電源輸出最大功率:

當(dāng)信號(hào)為零時(shí)，工作點(diǎn)接近于截止點(diǎn)，ICQ=0，電源不提供功率；而隨著信號(hào)的增大，iC1增大，電源提供的功率也將隨之增大。這點(diǎn)與A類(lèi)功放有本質(zhì)的差別。PE=UCC·(iC1的直流分量)+|UEE|·(iC2的直流分量)第八章功率電路及電源管理

3)每管轉(zhuǎn)換能量的效率η當(dāng)信號(hào)最大，ξ=1時(shí)，效率達(dá)到最高：

第八章功率電路及電源管理4)每個(gè)管子損耗PC可見(jiàn)，每個(gè)管子的損耗PC是輸出信號(hào)振幅的函數(shù)。將PC對(duì)Uo求導(dǎo)，可得出最大管耗PCm。令得出，當(dāng)時(shí)，每管的損耗最大：第八章功率電路及電源管理

那么，我們可以得出一個(gè)重要結(jié)論，即PCm與最大輸出功率的關(guān)系為

該式提供了選擇功率管功耗的依據(jù)。例如，負(fù)載要求的最大功率PLm=10W，那么只要選一個(gè)功耗PCm大于0.2PLm=2W的功率管就行了。第八章功率電路及電源管理

3.選擇功率管

(2)已知PLm，選擇管子允許的最大功耗PCM。管子允許的最大功耗為保證晶體功率管的安全和輸出功率的要求，電源及輸出功率管參數(shù)的選擇原則如下：(1)已知PLm及RL，選UCC，則第八章功率電路及電源管理

(3)管子的擊穿電壓U(BR)CEO。

(4)管子允許的最大電流ICM。當(dāng)信號(hào)最大時(shí)，一管趨于飽和，而另一管趨于截止，截止管承受的最大反壓為UCC+|UEE|=2UCC，所以第八章功率電路及電源管理

單電源互補(bǔ)跟隨乙類(lèi)功率放大器

DC:V1導(dǎo)通、V2截止時(shí)，V1給負(fù)載RL提供電流；

當(dāng)V1截止、V2導(dǎo)通時(shí)，電容C充當(dāng)V2的電源，只要C足夠大，在信號(hào)變化一周內(nèi)，電容電壓可以保持基本恒定UCC/2。負(fù)載得到的交流電壓振幅的最大值為:

故，該電路負(fù)載得到的最大交流功率PLm為:

為保證功率放大器良好的低頻響應(yīng)，電容C必須滿足

fL為放大器下限頻率第八章功率電路及電源管理非線性失真（總諧波失真THD）

一般的功率放大器至少要求THD<1%，高保真音響通常會(huì)要求失真度低至0.02%以下。第八章功率