直流稳压电源剖析课件

直流稳压电源概述直流稳压电源概述单相整流电路单相整流电路 电源滤波电路电源滤波电路集成线性稳压器集成线性稳压器 直流稳压电源设计直流稳压电源设计实做训练实做训练1 5V直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源的作用和组成框图直流稳压电源的作用和组成框图直流稳压电源概述直流稳压电源概述 1 1、变压器：变压器：变压器：变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2 2、整流电路：、整流电路：、整流电路：、整流电路：将交流电源电压变换为单向脉动电压。将交流电源电压变换为单向脉动电压。将交流电源电压变换为单向脉动电压。将交流电源电压变换为单向脉动电压。3 3、滤波器：、滤波器：、滤波器：、滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。4 4、稳压环节：稳压环节：稳压环节：稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流在交流电源电压波动或负载变动时，使直流在交流电源电压波动或负载变动时，使直流在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。输出电压稳定。输出电压稳定。输出电压稳定。整整流流滤滤波波220V50Hz直流直流电压电压图图12.1.1 直流稳压电源框图直流稳压电源框图vacvpVAVVOIO稳稳压压直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源概述直流稳压电源概述1特性指标特性指标输入电压及其变化范围；输入电压及其变化范围；输出电压及调节范围；输出电压及调节范围；额定输出电流以及过流保护电流。额定输出电流以及过流保护电流。输输出出电压电压是是输输入入电压电压、输输出出电电流和温度（流和温度（调节调节元件等的特性与温度有关）元件等的特性与温度有关）等的函数，即：等的函数，即：VI可以是可以是电电网网电压电压的有效的有效值值Vac或者是或者是滤滤波波输输出出电压电压VAV。定定义义：1）电压调电压调整率：整率：2）输输出出电电阻：阻：3）温度系数：）温度系数：因此，因此，电压调电压调整率、整率、输输出出电组电组和温度系数越小，直流和温度系数越小，直流稳压电稳压电源的源的质质量越好。量越好。2质量指标质量指标直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的主要技术指标由于由于输入是交流入是交流电压，在，在输出端将不可避免地含有交流分量。出端将不可避免地含有交流分量。在交流在交流电压有有效效值、输出出电流和温度不流和温度不变的情况下，的情况下，纹波波电压是指直流是指直流稳压电源源输出出电压的的交流分量交流分量，即即纹波波电压v：vO是是输出出电压的瞬的瞬时值，VO是是输出出电压的直流分量（即的直流分量（即输出直流出直流电压）。则纹波波电压的有效的有效值V：纹波系数波系数通常定通常定义为纹波波电压有效有效值与直流分量的与直流分量的绝对值之比，即：之比，即：同同样，纹波系数越小，波系数越小，直流直流稳压电源的源的质量越好。量越好。4）纹波系数）纹波系数单相整流电路单相整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路输出直流电压输出直流电压:输出电压有效值输出电压有效值:纹波电压有效值纹波电压有效值:纹波系数纹波系数:为了提高整流电路的性能，抑制变压器的直流偏磁，减小为了提高整流电路的性能，抑制变压器的直流偏磁，减小对电网的不利影响，常采用桥式整流电路。对电网的不利影响，常采用桥式整流电路。aTrRLu2uLu1RLu2uLbRLu2uLRLuLu2 桥式整流电路的四种画法：桥式整流电路的四种画法：单相桥式整流电路输出直流电压和纹波电压输出直流电压和纹波电压输出电压有效值：输出电压有效值：纹波电压有效值：纹波电压有效值：纹波系数：纹波系数：说明明纹波波电压小于直流小于直流输出出电压。输出直流电压：输出直流电压：单相桥式整流电路流过整流二极管的平均整流过整流二极管的平均整流电流等于负载直流电流的一流电流等于负载直流电流的一半，即：半，即：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：桥式整流电路的特点：输出直流电压较大，纹波电压较小，特性较好。桥式整流电路的特点：输出直流电压较大，纹波电压较小，特性较好。此外，变压器连续工作，流入变压器和电网的电流是正弦波，变压器没有直流此外，变压器连续工作，流入变压器和电网的电流是正弦波，变压器没有直流偏磁，对电网造成的谐波污染较小。偏磁，对电网造成的谐波污染较小。整流二极管的选择整流二极管的选择通常用整流桥替代分立元件，其通常用整流桥替代分立元件，其体积减小，成本降低，可靠性高。体积减小，成本降低，可靠性高。单相桥式整流电路圆桥圆桥2W06 2W06 排桥排桥KBP306 KBP306 桥式整流电路的外观和内部结构桥式整流电路的外观和内部结构桥式整流电路的外观和内部结构桥式整流电路的外观和内部结构 一体化硅桥一体化硅桥SQLF2000整流桥整流桥硅整流二极管硅整流二极管硅整流二极管硅整流二极管整流管模块整流管模块整流管模块整流管模块机车整流柜机车整流柜机车整流柜机车整流柜青铜峡电解整流所青铜峡电解整流所青铜峡电解整流所青铜峡电解整流所u2uLIou2uLIou2uLu2Io整流电压整流电压整流电压整流电压平均值平均值平均值平均值t0uLt0uLt0uL电电电电 路路路路整流电整流电整流电整流电压波形压波形压波形压波形二极管平二极管平二极管平二极管平均电流均电流均电流均电流二极管反向二极管反向二极管反向二极管反向峰值电压峰值电压峰值电压峰值电压常见的几种整流电路整流类型整流类型整流类型整流类型半波半波 全波全波 桥式桥式 电容器电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联应该并联在负载两端在负载两端;电感器电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此此L 应与负载串联。应与负载串联。对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。电压接近于理想的直流电压。电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的电流不能突变的特性，用电流不能突变的特性，用电容器与负载电阻并联电容器与负载电阻并联或或电感器电感器与负载电阻串联与负载电阻串联构成各种滤波电路。构成各种滤波电路。滤波器的基本组成元件是电容或电感。滤波器的基本组成元件是电容或电感。滤波器的基本组成元件是电容或电感。滤波器的基本组成元件是电容或电感。滤波原理滤波原理滤波原理滤波原理2 2 2 2：频率响应：频率响应：频率响应：频率响应滤波原理滤波原理滤波原理滤波原理1 1 1 1：暂态效应：暂态效应：暂态效应：暂态效应滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。电源滤波电路电源滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（）电感电容滤波电路（型）型）（c）型滤波电路型滤波电路电源滤波电路电源滤波电路设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为电整流电路为电容充电容充电充电结束充电结束桥式整流桥式整流输出波形输出波形有电容滤波、空载有电容滤波、空载时时v2tvot电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路负载状态下：负载状态下：v2tvot电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路特点：特点：A.二极管的导电角二极管的导电角 ，流流过过二二极极管管的的瞬瞬时时电电流流很大。很大。B.负载直流平均电压负载直流平均电压 VL 升高升高 d=RLC 越大，越大，VL 越高越高C.直直流流电电压压 VL 随随负负载载电电流流增加而减少增加而减少当当 d （3 5）时，时，VL=(1.1 1.2)V2 可见：采用电容滤波器之后，输出电压的脉动程可见：采用电容滤波器之后，输出电压的脉动程可见：采用电容滤波器之后，输出电压的脉动程可见：采用电容滤波器之后，输出电压的脉动程度有所改善，但带负载能力较差。度有所改善，但带负载能力较差。度有所改善，但带负载能力较差。度有所改善，但带负载能力较差。电容滤波电路电容滤波电路输出直流电压和纹波电压输出直流电压和纹波电压输出平均出平均电压:输出出电压有效有效值:输出出纹波波电压:纹波系数波系数:在在实际应用中，通常用中，通常选择得得实际估算公式估算公式:输出平均电压与输出平均电流的关系称为电容滤输出平均电压与输出平均电流的关系称为电容滤波电路的负载特性。波电路的负载特性。电容滤波的负载特性电容滤波的负载特性分析知，分析知，输出直流出直流电压在在0.9V2和之和之间。可可见，电容容滤波波带负载能力能力较差。差。当当输出直流出直流电流小（流小（负载电阻大）阻大）时，输出出电压大；大；当当输出直流出直流电流大（流大（负载电阻小）阻小）时，输出出电压小。小。二极管承受的最大反向电压仍为变压器付边交流电压二极管承受的最大反向电压仍为变压器付边交流电压的峰值，即：的峰值，即：电电容容对对直流分量相当于开路，所以，直流分量相当于开路，所以，流过整流二极管的平均流过整流二极管的平均整流电流仍然等于负载直流电流的一半，即：整流电流仍然等于负载直流电流的一半，即：二极管的二极管的导通角通角远小于小于1800，并且必，并且必须维持一定的持一定的负载平均平均电流，故二极管的流，故二极管的导通通电流大。因此，流大。因此，计算二极管的最大平均整计算二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数的公式修正为：流电流和最高反向工作电压参数的公式修正为：IDFmax和和VDRmax是二极管工作时的最大平均电流和最高反向电压，是二极管工作时的最大平均电流和最高反向电压，可根据变压器的最大付边电压电压有效值和负载电阻确定。可根据变压器的最大付边电压电压有效值和负载电阻确定。二极管的选择二极管的选择例例有一单相桥式滤波电路，电源频率有一单相桥式滤波电路，电源频率f=50HZ，负载电阻为，负载电阻为 200，要求，要求Uo=24V，试选择整流二极管及滤波电容。，试选择整流二极管及滤波电容。查二极管参数，为了使用安全此项参数选择应比计算值大查二极管参数，为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。选用一倍左右。选用2CP11(Iom=100mA，URM=50V)。解：解：（1）选择整流二极管选择整流二极管 变压器副边电压有效值变压器副边电压有效值故故(2)(2)选择滤波电容选择滤波电容故电容可选用故电容可选用250uF250uF、耐压、耐压50V50V的电解电容器的电解电容器 串联稳压电路适合单片集成电路制造，相应的集成电路产品称串联稳压电路适合单片集成电路制造，相应的集成电路产品称为单片集成线性稳压器，简称集成稳压器。为单片集成线性稳压器，简称集成稳压器。集成线性稳压器集成线性稳压器 只有只有3个引出端的集成稳压器称为三端稳压器，个引出端的集成稳压器称为三端稳压器，3个引出端分别个引出端分别是输入电压端、输出电压端和公共端或调整端。是输入电压端、输出电压端和公共端或调整端。输出电压固定的是三端固定稳压器，输出电压可调的是三端可输出电压固定的是三端固定稳压器，输出电压可调的是三端可调稳压器。调稳压器。图图12.5.1 三端稳压器封装和框图三端稳压器封装和框图 三端集成稳压器的分类三端集成稳压器的分类集成线性稳压器1.三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/CW217M-/CW217L CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6.大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 型号中型号中代表输出电压的绝对值，代表输出电压的绝对值，一般为：一般为：5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24VW78W79Io 1.5AW78MW79MIo 0.5AW78LW79LIo 0.1AW78HW79HIo 5A集成线性稳压器 三端集成稳压器的参数三端集成稳压器的参数1.输输出出电电压压固固定定的的三三端端集集成成稳稳压压器器 （正正电电压压 78 、负负电电压压 79 ）集成线性稳压器集成线性稳压器电路由基准电压电路、取样电路、比较放大电路、调整电路由基准电压电路、取样电路、比较放大电路、调整电路、保护电路和启动电路组成。电路、保护电路和启动电路组成。型号：型号：W7800 1.工作原理工作原理由由D1、D2、R1、R2、R3、T3、DZ2、T4和和R4组成。组成。T4输出输出恒定电流使稳压管工作在恒流恒定电流使稳压管工作在恒流稳压状态，输出较稳定的电压稳压状态，输出较稳定的电压VZ2，基本不受输入电压，基本不受输入电压VI变化变化的影响。的影响。VZ2具有正温度系数，而具有正温度系数，而VBE具有负温度系数。具有负温度系数。基准电压：基准电压：由由R12和和R13组成，反馈电压为组成，反馈电压为1)基准电压电路基准电压电路2)取样电路取样电路由由T4T11等元件组成。等元件组成。T6T8组成恒流源差分放大电组成恒流源差分放大电路，路，T4和和T5是其恒流源负载，是其恒流源负载，T10将双端输出电压转换调整管将双端输出电压转换调整管驱动电流。驱动电流。T10和和T11组成复合调整管。为组成复合调整管。为保证调整管工作在放大状态，保证调整管工作在放大状态，要求要求VI-VO大于大于3V左右。左右。3)比较放大和调整电路比较放大和调整电路1.工作原理工作原理取样、比较和调整电路形成负反馈，所以，输出电压为取样、比较和调整电路形成负反馈，所以，输出电压为:能隙基准电压能隙基准电压VREF=1.25V输出电压输出电压2.三端可调稳压器三端可调稳压器 除取样电路置于集成电除取样电路置于集成电路外部以外，三端可调稳压器路外部以外，三端可调稳压器的内部电路同样由基准电压电的内部电路同样由基准电压电路、比较放大电路、调整电路、路、比较放大电路、调整电路、保护电路和启动电路组成（图保护电路和启动电路组成（图中未绘出保护电路和启动电路）中未绘出保护电路和启动电路）。基准电压电路采用能隙基准电压电路采用能隙基准电压源，恒流源是能隙基基准电压源，恒流源是能隙基准电压源的电流激励。准电压源的电流激励。式中，式中，Iadj是调整端的输出电流（通过能隙电压源的电流），等于是调整端的输出电流（通过能隙电压源的电流），等于50A；VREF是是能隙基准电压，等于能隙基准电压，等于1.25V。集成线性稳压器集成线性稳压器输出正电压的三端可调稳压器是输出正电压的三端可调稳压器是W117，输出负电压的三端可调稳压器，输出负电压的三端可调稳压器是是W137。当。当|VI-VO|15V时，输出出电流可达流可达1.5A。V2=20V3000F1F0.1FRS2013.5k40k输输出出电压调节电压调节范范围围：例、例、15V/1.0 A可可调调直流直流稳压电稳压电源源由由W117组成的成的15V/1.0 A可可调调直流直流稳压电稳压电源如源如图图。2.三端可调稳压器三端可调稳压器为保证为保证W78M15正常工作，正常工作，要求要求VI-VO大于大于3V左右，即左右，即:稳压器的静态电流稳压器的静态电流IQ（10mA），则），则整流滤波电路的等效负载电阻近似为整流滤波电路的等效负载电阻近似为滤波电容滤波电容:1.15V/0.5A直流稳压电源直流稳压电源主要电路参数的设计计算如下：主要电路参数的设计计算如下：直流稳压电源设计直流稳压电源设计变压器付边电压有效值变压器付边电压有效值:整流桥二极管的平均电流整流桥二极管的平均电流:直流稳压电源设计直流稳压电源设计由此，选择变压器付边电压有效值为由此，选择变压器付边电压有效值为20V，整流桥为，整流桥为RS101（平均整（平均整流电流流电流1A、反向工作电压、反向工作电压50V），），1500F的电解电容。的电解电容。通常用通常用1F左右的其它介质电容（如云母电容）与电解电容并联，以消左右的其它介质电容（如云母电容）与电解电容并联，以消除电解电容的寄生电感对电路的不利影响。除电解电容的寄生电感对电路的不利影响。C3抑制稳压器输出端的残余纹波，经验值为抑制稳压器输出端的残余纹波，经验值为0.1F。V2=20V1500F1F0.1FIQ1.15V/0.5A直流稳压电源直流稳压电源整流滤波电路在整流滤波电路在2个电容上建立起绝对值相等极性相反的电压，即个电容上建立起绝对值相等极性相反的电压，即VI2=-VI1；稳压器稳压器W117输出输出+15V可调电压，而稳压器可调电压，而稳压器W137输出输出-15V可调电压。可调电压。IO1IO2V2=40V2.15V可调直流稳压电源可调直流稳压电源直流稳压电源设计直流稳压电源设计1、利用、利用PROTEL画出电路原理图，给出元器件清单。画出电路原理图，给出元器件清单。2、在电路板上实际制作、调试，完成后给出测试报告。、在电路板上实际制作、调试，完成后给出测试报告。要求要求:实做训练实做训练1 5V直流稳压电源直流稳压电源