整流器和直流稳压电源课件

电子系统设计整流器和直流稳压电源92 整流器和直流稳压电源整流器和直流稳压电源流稳压电源是所有电子设备的重要组成部分，它的基本任务是将电力网交流电压变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压。直流电源的一般组成如图910所示。其中变压器是将电网电压(220V、50Hz)变换为所需的交流电压；整流是将变压器次级交流转换为单向脉动直流；滤波是将整流后的波纹滤除。图910 直流稳压电源的基本框图921整流滤波电路整流滤波电路 一、整流滤波电路一、整流滤波电路利用二极管的单向导电性能可实现整流。常用的整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流，如图911所示。图911常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流 图911常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流 图911常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流 图911常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流 图912 常用滤波电路(a)电容滤波；(b)电感电容型滤波；(c)电阻电容型滤波二、整流滤波电路的工作原理及主要性能二、整流滤波电路的工作原理及主要性能 1.工作原理工作原理 如图913所示，全波整流的变压器有中心抽头，且要求次级两绕组十分对称，整流管V1、V2接于变压器次级两端和负载之间，采用简单电容滤波。设滤波电容电压初始值uC(0)=0,当ui为正半周时，V1导通，V截止，ui给C充电。由于二极管内阻较小，充电时常数较小，uC上升快。当uC上升到等于ui(t1)时，V1、V2均截止，电容C通过负载RL放电，uo下降。图913全波整流电路及电压电流波形(a)电路；(b)管子流过的电流及输入输出电压波形 图913全波整流电路及电压电流波形(a)电路；(b)管子流过的电流及输入输出电压波形 图913全波整流电路及电压电流波形(c)计算机仿真波形(为看清输出波纹，故意将滤波电容值取得很小，实际上要加几百几千F)2.主要性能主要性能1)输出直流电压Uo不接滤波电容(C=0)时:当接入滤波电容(C0)，且负载RL=时，输出电压可充电至输入电压峰值：一般情况下(RL,C0)，Uo的估算值为(927)(928)(929)式中Ui为变压器次级单边交流电压有效值，Uim为交流振幅。根据式(928)，可以由Uo算出Ui，从而算出变压比 2)滤波电容估算值 滤波电容的选择要满足下式，即此时，波纹电压峰峰值Urpp约为(930)(931)式中：T为交流电网信号周期；IL为负载电流。3)整流管的选择(1)整流管最大允许电流(2)整流管反向击穿电压UBR2Uim。半波整流只有一个整流管，所以IMIL，且波纹大，所以一般用得不多。图914 用“硅桥”实现正、负两路直流输出的全波整流电路922串联反馈型线性稳压电源的工作原理串联反馈型线性稳压电源的工作原理 一、电路一、电路常用稳压电路有串联反馈型稳压电路和开关型稳压电路。首先，我们介绍最常用的串联型稳压电源。串联型稳压电源的框图如图915所示。图中“调整环节”就是一个射极输出器。取样环节是将输出电压的变化样品取来，加到一个误差比较放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压相比较。图915 串联型稳压电源框图二、主要参数二、主要参数 1.主要指标主要指标 1)稳压系数稳压系数SS表示输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即(932)2)输出电阻RoRo表示负载变化(IL变化)对输出电压的影响，即(933)一般稳压器的Ro为m数量级。3)温度系数STST表示温度变化对输出电压的影响，其表达式为(934)2.调整管参数调整管参数(1)调整管最大允许电流ICM必须大于负载最大电流ILM。(2)调整管最大允许功耗PCM必须大于调整管的实际最大功耗。当输入电压最大，而输出电压最小、负载电流最大时，调整管的实际功耗是最大的。(3)调整管必须工作在线性放大区，其管压降一般不能小于34V。(4)如果单管基极电流不够，则采用复合管；若单管输出电流不能满足负载电流的需要，则可使用多管并联。(5)电路必须具有过热保护、过流保护等措施，以免调整管损坏。3.电路输出电压调节电路输出电压调节(1)大波段调节依靠改变整流器变压器抽头。(2)波段内调节靠电位器RW，如图915所示。对于误差比较放大器，有(935)调节R1和R2的比例，即可调节输出电压值。三、集成三端稳压器三、集成三端稳压器集成三端稳压器是集成串联型稳压电源，用途十分广泛，而且非常方便。集成三端稳压器有78系列(输出正电压)和79系列(输出负电压)，后面两位数表示输出电压值，如7812，即表示输出直流电压为+12V。图中，C1可以防止由于输入引线较长而带来的电感效应而产生的自激。C2用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。C3为容量较大的电解电容，用来进一步减小输出脉动和低频干扰。图916三端集成稳压电源的典型接法(a)78系列典型接法；(b)79系列典型接法；(c)三端稳压器外形图图916三端集成稳压电源的典型接法(a)78系列典型接法；(b)79系列典型接法；(c)三端稳压器外形图三端稳压电源的功能可以扩展。图917给出几个功能扩展电路。图917(a)是一个扩流电路。图中V为扩流晶体管，输出总电流Io=Io+IC。图917(b)电路是一个扩大输出电压的电路，该电路输出电压。式中，IQ为稳压器静态工作电流，通常比较小；UR1是稳压器输出电压Uo。所以(936)图917(c)电路是一个输出电压可调电路。只不过在三端稳压器和可调电位器之间加了隔离运放电路。所以，输出电压表达式同式(936)。调节RW的中心抽头位置即可调节输出电压Uo值。图917三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；(b)扩压电路；(c)输出电压可调电路图917三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；(b)扩压电路；(c)输出电压可调电路图917三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；(b)扩压电路；(c)输出电压可调电路923开关型稳压电源开关型稳压电源串联型反馈式稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：(1)调整管总工作在线性放大状态，管压降大，流过的电流也大(大于负载电流)，所以功耗很大，效率较低(一般为40%60%)，且需要庞大的散热装置。(2)电源变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、重量重。开关稳压电源正是基于上述改革思路而发明的新型稳压电源。目前，开关稳压电源已广泛应用于计算机、电视机及其它电子设备中。开关稳压电源的电路形式很多，我们仅以下面的例子对其工作原理加以简要说明。开关稳压电源的一般框图如图918所示。图918 开关稳压电源框图 电网电压不稳使输出直流电压Uo增大，经光耦合器隔离，误差放大器反相输入端电压增大，其输出减小。该电压(UC+)与UC-的三角波比较结果，会使其输出电压(UG)的占空比减小，如图919虚线所示，从而使VMOS导通时间减小，截止时间增加。经二次整流后取出方波的平均值(Uo)将随之减小。这就是开关电源稳压的原理。图920给出一个实际的开关稳压电源的电原理图。图919 脉宽调制器的各点波形 图920 一个实际的开关稳压电源电路 图920中，VMOS源极电阻R9为过流采样电阻。当过流时，UR9增大，经R10送至UC3842的3端，以实现过流保护的目的。C8、VD3、R11、R12、VD2和C9构成两级吸收回路，用以吸收尖峰干扰。VD1VD3采用快恢复的二极管FR305。VD4为输出整流管，采用D80-004型肖特基二极管，以满足高频、大电流整流的需要。该电路采用自馈绕组反馈，而不是像图918所示的从输出电压经光耦合反馈，一般用于固定负载的情况。图921 脉宽调制器UC3842框图