第10章直流电源课件

10.2 滤波电路滤波电路 10.3 稳压电路稳压电路 10.1 整流电路整流电路 10.4 开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.5直流稳压电源的仿真举例直流稳压电源的仿真举例组成组成 直流稳压电源由直流稳压电源由变压器变压器、整流电路整流电路、滤波电路滤波电路和和稳压电路稳压电路四四部分构成。部分构成。直流稳压电源的作用直流稳压电源的作用 将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。10.1 10.1整流电路整流电路 10.1.1 工作原理工作原理 单相桥式整流电路在 的正半周，二极管D1、D3导通，D2、D4 截止，电流从A点流出，流入B点。实际流向如图中虚线所示，在 的负半周，二极管D2、D4导通，D1、D3 截止，电流从B点流出，流入A点。实际流向如图中实线所示 10.1 10.1整流电路整流电路 10.1.1 工作原理工作原理 单相桥式整流电路单相桥式整流电路波形单相桥式整流电路的输出电压波形为脉动的直流电压，在变压器副边电压的整个周期内，均有电流流过负载且电流方向相同，输出电压 10.1 10.1整流电路整流电路 10.1.1 工作原理工作原理 单相桥式整流电路的习惯画法与简易画法 整流桥符号及实物照片整流桥符号及实物照片整流桥符号及实物照片整流桥符号及实物照片v2vL+10.1 10.1整流电路整流电路 10.1.2 主要参数主要参数(1)输出电压平均值(2)输出电流平均值(3)输出电压脉动系数 基波峰值 10.1 10.1整流电路整流电路 10.1.3 二极管选择二极管选择 整流电路中二极管的选择主要依据流过二极管电流 的平均值和它所承受的最大反向电压 在单相桥式整流电路中，整流二极管D1、D3和D2、D4轮流导通 考虑电网电压波动范围为10，因此，选择二极管时应该使二极管最大整流平均电流最高反向工作电压例例 题题 试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或或D4 断开时负断开时负载电压的波形。载电压的波形。如果如果D2 或或D4 接反，后果如何？接反，后果如何？如果如果D2 或或D4因因击穿或烧坏而短路，后果又如何？击穿或烧坏而短路，后果又如何？vo+_v+_RLD2D4 D1D3解：解：解：解：当当D2或或D4断开后断开后 试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或或D4 断开时负断开时负载电压的波形。载电压的波形。如果如果D2 或或D4 接反，后果如何？接反，后果如何？如果如果D2 或或D4因因击穿或烧坏而短路，后果又如何？击穿或烧坏而短路，后果又如何？voD4解：当解：当D2或或D4断开后断开后 vo v 2 34twtw234oo 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导通，导通，负载中有电流过，负载电压负载中有电流过，负载电压vo=v；负半周时，；负半周时，D1和和D3截截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，止，负载中无电流通过，负载两端无电压，vo=0。例例 题题+_v+_RLD2 D1D3D4 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D2、D3导通，电流经导通，电流经D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D2、D3将将被烧坏。被烧坏。vo+_v+_RLD2D4 D1 D3如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4接反（以接反（以接反（以接反（以D D2 2为例）为例）为例）为例）vo+_v+_RLD2D4 D1 D3例例 题题 如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1或或D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。vo+_v+_RLD2D4 D1 D3例例 题题几种滤波电路几种滤波电路10.210.2滤波电路滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L型）型）（c）型滤波电路型滤波电路 10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路 1工作原理桥式整流、电容滤波电路 桥式整流、电容滤波电路输出电压波形 先假设变压器和整流二极管是理想的，经过电容滤波之后的输出电压脉动进一步减小，平均值升高。10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路 实际上，由于整流电路内阻（包含变压器内阻和二极管导通电阻）的存在，在有二极管导通的时候，整流电路内阻上会有压降产生。此时输出电压 的波形如图所示，阴影部分为整流电路内阻上的压降。桥式整流、电容滤波电路考虑电路内阻时的输出电压波形 2主要特点(1)二极管的导通角随着输出平均电流的增加而减小，这就意味着二极管将在短暂的时间内流过很大的电流为电容充电，受到的电流冲击很大。10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路 电容滤波电路波形及二极管导通角(2)为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，滤波电容的容量应满足：10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路(3)考虑电网电压波动范围为 10，电解电容的耐压值应该大于等于 并且要注意电容正负极性的正确连接。电容滤波电路的输出特性(4)外特性曲线(5)在整流电路内阻不太大，且放电时间常数满足 时，若单相半波整流加电容滤波，则 。10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路(6)脉动系数若放电时间常数满足 则脉动系数的取值范围为 11%20%(7)一般情况下，在桥式整流无电容滤波时，变压器二次电流的有效值 有电容滤波时 电容滤波电路结构简单，输出电压平均值高，脉动较小，输出特性较差，适用于负载较大且取值变化较小的场合。10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.2 其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路 1电感滤波电路在整流电路和负载之间串入电感L，就构成电感滤波电路 输出电流变化时，电感L中将感应出一个阻止电流发生变化的反电势。利用电感的储能作用可以减小输出电压和输出电流的脉动，从而得到比较平滑的直流信号输出。10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.2其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路 2复合滤波电路为了进一步减小滤波输出的脉动成分，可以采用复合滤波电路 LC滤波电路 型滤波电路 型滤波电路 10.2 10.2滤波电路滤波电路 10.2.3倍压整流电路倍压整流电路 由于滤波电容具有电荷存储的作用，可以利用多个二极管和多个电容获得比变压器副边电压峰值高几倍的输出电压，此类电路称为倍压整流电路。二倍压整流电路 多倍压整流电路 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.1直流稳压电路的技术指标直流稳压电路的技术指标1输出电压 是指正常工作的稳压电路的额定输出电压，对于输出可调的直流稳压电路，我们通常关注的是输出电压可调范围 2最大输出电流 是指直流稳压电路在负载取允许的最小值情况下的输出电流的最大值。3稳压系数 环境温度和输出电流不变（即负载不变）时，直流稳压电路输出电压和输入电压的相对变化量之比 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.1直流稳压电路的技术指标直流稳压电路的技术指标4输出电阻 指输入电压和环境温度不变时，输出电流变化对输出电压变化的影响，即5纹波抑制比 纹波电压是指电压信号中的交流分量，纹波抑制比Srip是指输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比，通常用分贝表示，即 6温度系数 输入电压和输出电流恒定时，环境温度变化对输出电压变化的影响，即 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.2串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 1电路组成和工作原理 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.2串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 2输出电压的调节范围利用深度负反馈条件下运放的虚短虚断特性 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.2串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 3调整管的选择(1)集电极最大允许电流 保证集电极最大允许电流(2)集电极和发射极之间的反向击穿电压(3)集电极最大允许耗散功率 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.2串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 4常用的基准电压电路齐纳基准源 零温度系数基准电压电路 带隙基准电压电路 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用1.输出电压固定的三端集成稳压器三端集成稳压器的外形图和框图 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用W7800系列三端集成稳压器的内部电路如图所示。它由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成 W7800系列三端集成稳压器的内部电路 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用2.输出电压可调的三端集成稳压器W117系列外形图和框图 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用 所示为W117的原理框图。不难看出，W117以复合管作为调整管，需要外接取样电阻，且调整端接在两个电阻的交点处。W117的基准电压电路采用带隙基准电压电路，接在比较放大电路的同相端和调整端之间；保护电路包括调整管的过流保护、过热保护和安全工作区保护；A为比较放大环节；W117本身无接地端。10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用3三端稳压器的应用(1)输出固定的三端集成稳压器的应用 基本应用电路用来抵消输入引线的电感效应，防止自激。用来消除输出电压中的高频噪声。两个电容应直接接在稳压器的引脚处，并选用片状无感电容。10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用 输出电流扩展电路在负载所需输出电流大于集成稳压器的标称值时，一般要采取外接电路的方法增大输出电流，如图。所示为一种扩展输出电流的电路。10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用 输出电压可调的稳压电路所以输出电压的调节范围为 10.3 10.3稳压电路稳压电路 10.3.3三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用 输出正、负电压的稳压电路(2)输出可调的三端集成稳压器的应用 10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.1开关稳压电源概述开关稳压电源概述 其中DC-DC变换器用来实现功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动电路是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大或其它处理，以适应DC-DC变换器中开关管的驱动要求；信号源产生开关信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率和波形，通过驱动电路控制开关管，达到稳定输出电压值的目的。10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.2DC-DC变换器基本电路及其工作原理变换器基本电路及其工作原理1.降压式（Buck）开关稳压电路 降压式DC-DC变换器 降压式DC-DC变换器波形 10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.2DC-DC变换器基本电路及其工作原理变换器基本电路及其工作原理 串联开关型稳压电路的原理框图 阈值电压不同时三角波和控制信号波形 10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.2DC-DC变换器基本电路及其工作原理变换器基本电路及其工作原理2.升压式（Boost）开关稳压电路 由于开关管和负载并联，此电路也称为并联型开关稳压电路。它通过电感的储能作用，将感生电动势和输入电压相加后作用于负载，因此输出电压 所以此电路称为升压型开关稳压电路 升压式DC-DC变换器波形 常见的开关稳压电源还有升压(Boost)-降压(Buck)式变换器、单端反激隔离式DC-DC变换器(FLYBACK REGULATOR)、半桥隔离式DC-DC变换器、全桥隔离式DC-DC变换器和互补推挽式DC-DC变换器等 10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.3常用降压式常用降压式DC-DC变换器控制芯片变换器控制芯片1.LM2596特征3.3V、5V、12V的固定电压输出和可调电压输出 可调输出电压范围1.2V37V，4%封装形式：TO-220（T）和TO-263（S）保证输出负载电流3A 输入电压可高达40V仅需4个外接元件很好的线性和负载调节特性150KHz固定频率的内部振荡器TTL关断能力低功耗待机模式，IQ的典型值为80A 高转换效率使用容易购买的标准电感具有过热保护和限流保护功能 10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.3常用降压式常用降压式DC-DC变换器控制芯片变换器控制芯片2.极限参数最大供电电压 45VON/OFF 管脚输入电压 -0.3V25V反馈脚电压 -0.3V25V输出电压到地（稳态）-1V功率消耗 内部限定储存温度 ESD易感性（人体模式）2KV焊接温度 T封装(锡焊，10秒)260C最大结温 150C3.运行条件温度范围 供电电压 4.5VV40V 10.4 10.4开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 10.4.3常用降压式常用降压式DC-DC变换器控制芯片变换器控制芯片 LM2596输出固定电压电路 例：串联型稳压电路如下图所示，例：串联型稳压电路如下图所示，V2=18v，稳压管，稳压管DZ的稳定电压的稳定电压VZ=6v，R1=270，R2=R3=470。求：。求：当当C足够大时，估算整流滤波电路的输出电压足够大时，估算整流滤波电路的输出电压Vd；求求VO的最大值的最大值VOmax和最小值和最小值VOmin。重点掌握电路重点掌握电路 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日