直流稳压电源设计学习课件

为什么这些直流的电池可以直接为什么这些直流的电池可以直接在在220V220V的交流电上充电？的交流电上充电？小小的充电器，如何实现小小的充电器，如何实现220V220V的的交流电到交流电到直流电直流电的转换？的转换？充电器的内部构造充电器的内部构造01020304单相整流电路滤波电路稳压电路直流电源的组成01直流电源的组成（1 1）电源变压器）电源变压器电网提供的交流电一般为电网提供的交流电一般为220V220V（或（或380V380V），而各种电子设），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换后的二次电压再电网电压先经过电源变压器，然后将变换后的二次电压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需的直流电压幅值去整流、滤波和稳压，最后得到所需的直流电压幅值。（2 2）整流电路）整流电路整流电路的作用是利用具有单向导电性的整流元件，将正整流电路的作用是利用具有单向导电性的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是，负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。的直流电压还差得很远。稳压电源结构稳压电源结构（3 3）滤波器）滤波器滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。他的作用是尽可滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。他的作用是尽可能地将单相脉动电压中的脉动成分去掉，使输出电压成为比能地将单相脉动电压中的脉动成分去掉，使输出电压成为比较平滑的电压较平滑的电压。（4 4）稳压电路）稳压电路稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。电压或负载电流发生变化时保持稳定。稳压电源结构稳压电源结构02单相整流电路单相整流电路这些美丽这些美丽的霓虹灯都是的霓虹灯都是由二极管组成由二极管组成不同的二极不同的二极管有不同的管有不同的功能功能。这是用于整流的二极管这是用于整流的二极管单相半波整流电路 单相半波整流电路单相半波整流电路导电作用，使变压器二次交流电压变换成为负载两端的单向脉动电压，达到了整流的目的。因为这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为单相半波整流电路。半波整流电路的优点是结构简单，使用的元件少。但是也有明显的缺点：输出波形脉动大；直流成分比较大；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压流含有直流成分，容易饱和。所以只能用在输出电流较小，要求不高的场合。单相桥式整流电路 针对半波整流电路的缺点，提出了单相桥式整流电路，如下图所示。电路中采用了四个二极管，接成电桥形式，故称为桥式整流电路。桥式整流电路的四种画法:单相桥式整流电路03滤波电路滤波电路由于整流电路的输出电压都含有较大的脉动成分，因此极少直接用作电子电路的直流电源。通常在整流电路后面还要加上一定的滤波电路。对滤波电路的要求是，一方面尽量降低输出电压的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压。电容电感都是基本的滤波元件，利用它们的储能作用，在二极管导电时将一部分能量储存在电场或磁场中，然后逐渐释放出来，从而在负载上得到比较滤波电路平滑的波形。从另一个角度看，电容和电感对于交流成分和直流成分呈现的阻抗是不同的，如果把它们合理的安排在电路中，可以降低交流成分，保留直流成分的目的，实现滤波作用。下面介绍几种常用的滤波电路。滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电容电感滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路半波整流电容滤波电路电容电容充电充电电容放电电容放电电电容容充充电电电容放电电容放电半波整流电容滤波电路工作原理：半波整流电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路电电容容充充电电电电容容放放电电电电容容充充电电电容滤波电路电容滤波电路特点：输出平均电压与输出平均电流的关系成为电容滤波电路的负载特性由图分析可知当输出直流电流小时（负载电阻大），输出电压大。当输出直流电流大时（负载电阻小），输出电压小。结论：电容滤波电路的输出电压在负载变化时影响波动较大,所以它带负载能力差,只适用于负载较轻且变化不大的场合电感滤波电路电感滤波电路就是把电感元件与负载串联，接在整流电路后面。电感滤波特点：峰值电流小，输出特性较平坦。但是输出电压较低，铁芯笨重、体积大，易引起电磁干扰。因此电感滤波电路适用于低电压、大电流的场合。电感滤波电路电感滤波原理：当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻 碍电流的变化使负载电流和电压的脉动减小。，复式滤波电路为了改善滤波特性则需要采用多极滤波下面介绍几种复式滤波电路型滤波电路：滤波效能高，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合型滤波电路：滤波效果好，适用于负载电流较大、对直流输出稳定度要求较高的场合。型滤型滤波电路：滤波效波电路：滤波效果好，适用于负果好，适用于负载较轻，对输出载较轻，对输出电压稳定度要求电压稳定度要求不高的场合不高的场合04稳压电路稳压电路稳压电路电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的横压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻约小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。稳压电路常用稳压电路及其适用范围 一、稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管可以构成简单的直流稳压电路，但其稳压电路，由于稳压二极管本身的参数确定，是一个固定值，而且一般小功率稳压管的最大稳定电流只有十几毫安至几十毫安，因此不能适应负载较大电流的需要。稳压二极管稳压电路的优点是电路十分简单，安装容易，也可以供要求不高的负载使用。稳压二极管构成的稳压电路，还常被用来输出基准电压。四、集成稳压电路 集成稳压电路体积小，使用方便，被广泛地用于各种电子设备中，亦可用于高质量稳压电源的前置稳压。二、三极管稳压电路（串联型直流稳压电路）二、三极管稳压电路（串联型直流稳压电路）三极管在稳压电路中用作功率管，起调整作用。三极管与负载有的是三极管在稳压电路中用作功率管，起调整作用。三极管与负载有的是串联连接，有的是并联连接。三极管在起调整作用时，工作在线性区的称串联连接，有的是并联连接。三极管在起调整作用时，工作在线性区的称为线性电源，工作在开关状态的称为开关电源。线性电源和开关电源是直为线性电源，工作在开关状态的称为开关电源。线性电源和开关电源是直流稳压电源的两大类别。流稳压电源的两大类别。串联式线性稳压电源的最主要缺点是变换效率低，一般只有串联式线性稳压电源的最主要缺点是变换效率低，一般只有35356060。开关稳压电源主要的优越性就是变换效率高，可高达。开关稳压电源主要的优越性就是变换效率高，可高达70709595，缺，缺点是纹波和噪声较大。点是纹波和噪声较大。三、晶闸管稳压电路（开关式稳压电路）三、晶闸管稳压电路（开关式稳压电路）采用晶闸管作为调整器件所构成的稳压电路，是采用晶闸管作为调整器件所构成的稳压电路，是一种开关式稳压电路，它的控制电路（触发电路与关断电一种开关式稳压电路，它的控制电路（触发电路与关断电路）和三极管的控制电路不同，采用不同的控制电路，对路）和三极管的控制电路不同，采用不同的控制电路，对电源的性能也有一些特殊的影响。电源的性能也有一些特殊的影响。晶闸管的耐压可达几千伏甚至上万伏，电流也可晶闸管的耐压可达几千伏甚至上万伏，电流也可达几百安，因此常被用来制造大容量的稳压电路。达几百安，因此常被用来制造大容量的稳压电路。稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路稳压管特性串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路开关式稳压电路串联开关控制平均输出电压 右图所示是利用右图所示是利用开关开关S S周期性地接通周期性地接通和断开来取代电阻的和断开来取代电阻的变化，当变化，当S S接通时，接通时，输入的未稳压直流输入的未稳压直流U UI I可以加到负载上，可以加到负载上，S S断断时，时，U UI I不能送到负载。开关的接通时间不能送到负载。开关的接通时间t tonon与与开关周期开关周期T T 之比称为脉冲电压的占空比之比称为脉冲电压的占空比t tonon/T T。开关占空比的改变主要有两种方式。开关占空比的改变主要有两种方式。开关电路中的开关实际上是一只二开关电路中的开关实际上是一只二三极管，利用二三极管的开关作用进行三极管，利用二三极管的开关作用进行导通和截止。加到二三极管基极的矩形导通和截止。加到二三极管基极的矩形脉冲用来控制二三极管的导通或截止，脉冲用来控制二三极管的导通或截止，二三极管以开关方式工作，饱和时，相二三极管以开关方式工作，饱和时，相当于开关接通；截止时，相当于开关断当于开关接通；截止时，相当于开关断开。这种二三极管一般称为开关调整管。开。这种二三极管一般称为开关调整管。开关式稳压电路加接滤波器使输出电压平滑 电路及波形如图所示开关式稳压电路三三、开关式串联稳压电源的基本结构、开关式串联稳压电源的基本结构 开关电源的结构框图如图所示。将稳压开关电源的结构框图如图所示。将稳压前直流电源输出的电压加到高速开关电路上，由前直流电源输出的电压加到高速开关电路上，由输出变化量的检测电路，即误差检测电路（或称输出变化量的检测电路，即误差检测电路（或称为取样电路），将电压检测信号与基准电压在比为取样电路），将电压检测信号与基准电压在比较电路中进行比较，其误差形成开关控制信号，较电路中进行比较，其误差形成开关控制信号，该开关控制信号是负反馈信号，它再控制开关电该开关控制信号是负反馈信号，它再控制开关电路，从而使开关电路的输出得到稳定路，从而使开关电路的输出得到稳定。结构框图结构框图开关式稳压电路开关式串联稳压电源的基本原理开关式串联稳压电源的基本原理 1.1.开关元件开关元件 在开关电源中三极管在开关电源中三极管充当开关元件，三极管的充当开关元件，三极管的导通和截止由占空比控制导通和截止由占空比控制电路送来的正负脉冲所控电路送来的正负脉冲所控制。制。2.2.控制电路控制电路 控制电路由基准部分、控制电路由基准部分、比较放大器、三角波发生比较放大器、三角波发生器和脉宽调制器组成器和脉宽调制器组成。3.3.滤波器滤波器 滤波器由电感和滤波器由电感和电容组成，对脉冲电压进电容组成，对脉冲电压进行滤波，得到纹波很小的行滤波，得到纹波很小的直流输出电压。输出电压直流输出电压。输出电压的大小与占空比成正比。的大小与占空比成正比。4.4.续流二极管续流二极管VD VD 在电感平滑电路中加上在电感平滑电路中加上续流二极管续流二极管VDVD，在开关调整，在开关调整管截止期间有续流的作用，管截止期间有续流的作用，在开关调整管导通时二极管在开关调整管导通时二极管VDVD截止。截止。5.5.取样电路取样电路 电阻电阻 和和 组成输组成输出电压出电压 的取样电路，的取样电路，实际上就是分压器，它实际上就是分压器，它把输出电压把输出电压 变化量的变化量的一部分送入比较放大器一部分送入比较放大器。目前有多种脉宽调制型开关电源的控制芯片，目前有多种脉宽调制型开关电源的控制芯片，有的还将开关调整管也集成于芯片中，其含有各种保有的还将开关调整管也集成于芯片中，其含有各种保护电路，因而可以得到如图所示的简化电路护电路，因而可以得到如图所示的简化电路。开关式稳压电源的原理图开关式稳压电源的原理图其原理图如图所示其原理图如图所示集成稳压电路随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。目前，集成稳压器已经成为模拟集成电路的一个重要组成部分。集成稳压器具有体积小、可，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活方便、价格低廉，被广泛应用于仪器、仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器，芯片只引出三个端子。分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件。三端集成稳压器有固定输出和可调输出两种不同类型。其中固定输出集成稳压器又分为正输出（W78XX系列）和负输出（W79XX系列）集成稳压电路三端集成稳压器（W7800系列）：W7805 输出+5VW7809输出+9VW7815输出+15V（a）三端集成稳压器金属封装(b)三端集成稳压器塑料封装集成稳压电路三端集成稳压器（W7900系列）：W7905 输出-5VW7909输出-9VW7915输出-15V固定式三端集成稳压器应用电路：固定输出电压电路：固定式三端集成稳压器应用电路：固定式三端集成稳压器应用电路：直流稳压电路实训直流稳压电路实训