1、幾乎所有的電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量.便攜式低功率系統(tǒng)可以使用電池,但對于大功率電子設(shè)備,使用電池的費(fèi)用太高,所以都采用直流電源供電.,第五章 直流穩(wěn)壓電源,電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。,整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。,濾波電路: 將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。,穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的 穩(wěn)定。,整 流 電 路,濾 波 電 路,穩(wěn) 壓 電 路,5.1 直流穩(wěn)壓電源的基本組成,5.1 整流電路,半波整流電路組成：電源變壓器、整流二極管、負(fù)載,二極管導(dǎo)通，uL=u2,二極管截止, uL=0,

2、u2 0 時(shí):,u20時(shí):,可見，交流電變化一周，有半周二極管導(dǎo)通，而另外半周截止，負(fù)載RL上輸出的電壓波形為方向不隨時(shí)間變化，大小隨時(shí)間變化的脈動直流電。因?yàn)檩斎腚妷鹤兓恢芏?fù)載上僅有半周輸出，故稱為半波整流,主要參數(shù)：,IL= UL /RL =0.45 u2 / RL,（2）輸出電流平均值Io ：,（1）輸出電壓平均值UL：,（3）流過二極管的平均電流：,IF = IL,URM URm=,（4）二極管承受的最高反向電壓：,整流二極管的選擇：實(shí)際選擇二極管時(shí)， IFMIF URM URm,全波整流電路,變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個相等的電壓u2,當(dāng)u2正半周時(shí)， D1導(dǎo)通，D2截止。,當(dāng)

3、u2負(fù)半周時(shí)， D2導(dǎo)通，D1截止。,電路組成：電源變壓器次級、 兩只整流二極管、負(fù)載,全波整流電壓波形,IL= UL /RL =0.8 u2 / RL,主要參數(shù)：,（2）輸出電流平均值IL ：,（1）輸出電壓平均值UL：,（3）流過二極管的平均電流：,ID = IL/2,（4）二極管承受的最高反向電壓：,橋式全波整流電路,（1）組成：由四個二極管組成橋路,u2正半周時(shí):,D1 、D3導(dǎo)通， D2、D4截止,（2）工作原理：,u2負(fù)半周時(shí)：,D2、D4 導(dǎo)通， D1 、D3截止,輸出電壓平均值：UL=0.8u2,輸出電流平均值:IL= UL/RL =0.8 u2 / RL,流過二極管的平均電流

4、：ID=IL/2,（3）主要參數(shù)：,例：某電阻性負(fù)載，它需要一個直流電壓為110V，直流電流為3A的供電電源，現(xiàn)采用橋式整流電路，試求變壓器次級電壓的有效值U2，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇整流二極管型號。 解：由公式可知，變壓器次級電壓的有效值為 流過每一只整流二極管的平均電流為： 每一只整流二極管承受的最高反向電壓為：,例：一個純電阻負(fù)載單相橋式整流電路接好以后，通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一接通電源，二極管馬上冒煙了，試分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。 分析：二極管冒煙說明流過二極端管電流太大。從電源變壓器次級與二極管負(fù)載構(gòu)成的回路看，出現(xiàn)大電流的主要原因有兩方面： 1、首先看負(fù)載有沒有短路。如果負(fù)載短路，變壓器次級電

5、壓U2經(jīng)過二極管構(gòu)成通路，二極管因過流燒壞。 2、如果負(fù)載確實(shí)沒有短路，那就要看四臂橋路中整流管是否接反。,集成硅整流橋：,+-,5.2 濾波電路,濾波原理:,交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲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, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。,電容濾波,5.2 濾波電路,（1）空載（RL=）時(shí)：,uc=uL,u2 uC時(shí)： 二極管導(dǎo)通，C充電,u2 uC時(shí)： 二極管截止，C放電。 由于RL=，無放電回路，所

6、以uC保持。,（2）接入RL（且RLC較大）時(shí),u2 uC時(shí)： 二極管導(dǎo)通，C充電,u2 uC時(shí)： 二極管截止，C放電。,二極管中 的電流,uc= uL,近似估算: UL=1.2U2,(b) 流過二極管瞬時(shí)電流很大,整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大,電容濾波電路的特點(diǎn)：,(a) UL與RLC的 關(guān)系：,RLC 愈大 C放電愈慢 UL(平均值)愈大,純電阻負(fù)載時(shí)，I2=1.52IL,例：單相橋式整流電容濾波電路如圖所示，已知輸出電壓U0=15V，RL=100 ，電源頻率f=50HZ.試計(jì)算： 1、變壓器次級電壓的有效值U2； 2、濾波電容C的耐壓值和電容量。 解：（1）橋式整流電容濾波電路

7、的輸出電壓為U0=1.2U2 則U2=12.5V （2）當(dāng)負(fù)載空載時(shí)，電容器承受最大電壓，所以電容器的耐壓值為,可選取470 /25V的電解電容。,（1）濾波原理:,對直流分量( f=0):XL=0 相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量: f 越高,XL越大,電壓大部分降在XL上。因此,在輸出端得到比較平滑的直流電壓。,U0=0.9U2,當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：,有電感濾波的整流電路,（2）電感濾波的特點(diǎn):,整流管導(dǎo)電角較大,峰值電流很小,輸出特性比較平坦,適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。,為進(jìn)一步改善濾波特性，可

8、將上述濾波電路組合起來使用。,1.LC濾波電路,2.RC型濾波電路,其他濾波電路,5.2 穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓電路的作用:,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,1. 穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。,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。,穩(wěn)壓原理：,(1) 當(dāng)輸入電壓變化時(shí),由圖知：,(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí),穩(wěn)壓過程：,2、限流電阻的計(jì)算,（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，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值。即,（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)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即,所以：,

9、5.3晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)： （1）帶負(fù)載能力差 （2）輸出電壓不可調(diào),改進(jìn)： （1）提高帶負(fù)載能力在輸出端加一射極輸出器,UO=UZ-0.7V,改進(jìn)： （2）使輸出電壓可調(diào)在射極輸出器前加一帶有負(fù)反饋的放大器。 調(diào)節(jié)反饋系數(shù)即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù),UO=AUFUZ-0.7V,為了進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。,Uo,+ UI ,RL,T1,+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),串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理,UZ,UF,一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理,穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)： UCE 的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定,二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍,+ Uo ,+ U

10、I ,R2,RL,R1,R1,UF,UZ,R2,RP,串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)壓性能好，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。 缺點(diǎn)：它的調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，功耗大，輸出效率低，只有2040；輸出電壓總是小于輸入電壓，兩者極性也只能是相同的。,晶體管開關(guān)型穩(wěn)壓電路,為了提高效率，讓調(diào)整管工作在開關(guān)（飽和、截止）狀態(tài)開關(guān)型穩(wěn)壓電路,開關(guān)穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)和分類,開關(guān)型穩(wěn)壓電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零，在開關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零，所以其功耗小，效率可高達(dá)70%95%。而功耗小，散熱器也隨之減小，同時(shí)開關(guān)型穩(wěn)

11、壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流濾波調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器；此外，開關(guān)工作頻率在幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此開關(guān)電源具有重量輕，體積小等特點(diǎn)。另外，由于功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，從而提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為220V+10%，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓從110V-260V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。,開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類方式很多。 按調(diào)整管與負(fù)載的連接方式可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。 按穩(wěn)壓的控制方式可分為脈沖寬度調(diào)制型（PWM）、脈沖頻率調(diào)制型（PFM）和混合調(diào)制（即脈寬-頻率調(diào)制）型

12、。 按調(diào)整管是否參與振蕩可分為自激式和他激式。 按使用開關(guān)管的類型可分為晶體管、VMOS管和晶閘管型。,串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，輸出電壓總是小于輸入電壓，故稱為降壓型穩(wěn)壓電路。 1.換能電路的基本原理 輸入電壓UI是未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓；晶體管T為調(diào)整管，即開關(guān)管；電感uB為矩形波，控制開關(guān)管的工作狀態(tài)；L和電容C組成濾波電路，D為續(xù)流二極管。,串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路,當(dāng)uB為高電平時(shí)，T飽和導(dǎo)通，D因承受反偏電壓而截止，電感L存儲能量，電容C充電；發(fā)射極電位uE=UI-UCESUI。,當(dāng)uB為低電平時(shí)，T截止，此時(shí)雖然發(fā)射極電流為零，但是L釋放能量，其感生電動勢使D導(dǎo)通，與此同時(shí)C放電

13、，負(fù)載電流方向不變，uE=-UD0。,構(gòu)成串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。它包括調(diào)整管及其開關(guān)驅(qū)動電路（電壓比較器）、取樣電路（電阻R1和R2）、三角波發(fā)生電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路、濾波電路（電感L、電容C和續(xù)流二極管D）等幾個部分。,經(jīng)分析推導(dǎo)可得輸入電壓與輸入電壓的關(guān)系為：,改變占空比q，即可改變輸出電壓的大小。,2. 串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成,如圖所示基準(zhǔn)電壓電路輸出穩(wěn)定的電壓，取樣電壓UN1與基準(zhǔn)電壓UREF之差，經(jīng)A1放大后，作為由A2組成的電壓比較器的閾值電壓UP2，三角波發(fā)生電路的輸出電壓與之相比較，得到控制信號UB，控制調(diào)整管的工作狀態(tài)。 在換能電路中，如果電感L

14、數(shù)值太小，在Ton期間儲能不足，那么在Toff還未結(jié)束時(shí)，能量已經(jīng)放盡，將導(dǎo)致輸出電壓為零，出現(xiàn)臺階，這是不允許的。,3. 工作原理,并聯(lián)式開關(guān)電路中T1為調(diào)整管,控制電壓Ub，T1開關(guān)周期為T，導(dǎo)通時(shí)間ton=DT，截止時(shí)間toff=(1-D)T, L為儲能電感，D為限流二極管。 在導(dǎo)通期間，開關(guān)管T1導(dǎo)通，UI加到電感L兩端，D反向截止。因L很大，L中的電流近乎線性增加，并儲存磁能。導(dǎo)通期間iL的增量：,并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路,即調(diào)整Ub脈沖占空比，可改變U0的大小,在電路平衡時(shí)，iL1=iL2 輸出電壓：,在截止期間，儲能電感L感應(yīng)出上負(fù)下正電動勢，使D導(dǎo)通，L中磁能通過二極管D傳到負(fù)載RL

15、 上，與此同時(shí)電容C充電。T1截止時(shí)，L的釋放電流近似線性下降，電流減少量iL2 為：,CW7800 系列(正電源),CW7900 系列(負(fù)電源),5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V,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,三端固定式集成穩(wěn)壓器,例如：,CW7805 輸出 5 V，最大電流 1.5 A,CW78M05 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,+20V,+15V,注意：輸入電壓Ui一般應(yīng)比輸出電壓端Uo高3V以上。,三端固定式集成穩(wěn)壓器的使用,C1、C2的作用：防止自激振蕩，減小高頻噪聲、改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。