《模拟电子技术基础》直流稳压电源

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,12.1 直流稳压电源概述,12.3 电源滤波电路,12.5 集成线性稳压器,12.7 开关集成稳压器,12.8 Multisim 仿真三端固定稳压器W7805的特性,第12章 直流稳压电源,1,第12章 直流稳压电源,学习本章后，读者将了解：,直流稳压电源的组成框图，直流稳压电源的性能指标：电压调整率、输出电阻、温度系数和纹波系数；,单相整流：半波整流、桥式整流和倍压整流；,电容滤波、电感滤波和复式滤波；,线性稳压电路：并联稳压电路（稳压管稳压电路）和串联稳压电路；,线性集成稳压器：三端固定式稳压器W7800和三端可调稳压器W117；,开关稳压电路：串联稳压电路（降压型）、并联稳压电路（升压型）和反激式稳压电路,2,12.1.1 直流稳压电源的作用和组成框图,12.1 直流稳压电源概述,1、,变压器：,将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。,2、整流电路：,将交流电源电压变换为单向脉动电压。,3、滤波器：,减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。,4、,稳压环节：,在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。,整流,滤波,220V,50Hz,直流,电压,图12.1.1 直流稳压电源框图,v,ac,v,p,V,AV,V,O,I,O,稳压,3,12.1.2 直流稳压电源的主要技术指标,12.1 直流稳压电源概述,1特性指标,输入电压及其变化范围；,输出电压及调节范围；,额定输出电流以及过流保护电流。,4,输出电压是输入电压、输出电流和温度（调节元件等的特性与温度有关）等的函数，即：,V,I,可以是电网电压的有效值V,ac,或者是滤波输出电压,V,AV,。,定义：,1）电压调整率：,2）输出电阻：,3）温度系数：,因此，电压调整率、输出电组和温度系数越小，直流稳压电源的质量越好。,2质量指标,12.1.2 直流稳压电源的主要技术指标,5,由于输入是交流电压,，在输出端将不可避免地含有交流分量。,在交流电压有效值、输出电流和温度不变的情况下，纹波电压是指直流稳压电源输出电压的交流分量,，,即纹波电压,v,：,v,O,是输出电压的瞬时值，,V,O,是输出电压的直流分量（即输出直流电压）,。则纹波电压的有效值,V,：,纹波系数,通常定义为纹波电压有效值与直流分量的绝对值之比，即：,同样，纹波系数越小，,直流稳压电源的质量越好。,4）纹波系数,6,一体化硅桥SQLF2000,整流桥,硅整流二极管,整流管模块,机车整流柜,青铜峡电解整流所,7,1电路组成和工作原理,设变压器副绕组的电压为,V,2,是副绕组的电压有效值，,f,是电源频率（50Hz），,V,on,是二极管的导通电压。,在,v,2,的负半周内(,v,2,0,)，二极管D导通。有：,8,根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端有输出电压；,而在加反向电压时二极管截止，负载得不到输出电压。,1电路组成和工作原理,（b）,v,2,0的等效电路,9,输出直流电压:,输出电压有效值:,纹波电压有效值:,纹波系数:,说明纹波电压大于直流输出电压。,1电路组成和工作原理,10,流过整流二极管的平均整流电流等于负载的直流电流，即:,二极管承受的最大反向电压:,根据上述参数选择整流二极管，即:,式中，,I,F,和,V,R,是二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数。,1电路组成和工作原理,整流二极管的选择,半波整流电路的输出直流电压小，纹波电压大，特性差。此外，变压器仅工作半周，流入变压器和电网的电流是正弦半波，变压器具有直流偏磁（铁芯易磁饱和），对电网造成较大的谐波污染。,11,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。,a,Tr,R,L,u,2,u,L,u,1,R,L,u,2,u,L,b,R,L,u,2,u,L,R,L,u,L,u,2,桥式整流电路的四种画法：,单相桥式整流电路,12,圆桥2W06,排桥KBP306,桥式整流电路的外观和内部结构,13,在变压器副边电压,u,2,为正半周时，二极管D,1,、D,3,导通，而二极管D,2,、D,4,截止。,t,0,u,L,T,当副边电压,u,2,为负半周时，二极管D,2,、D,4,导通，而二极管D,1,、D,3,截止。,t,0,u,2,D,2,、D,4,通,D,1,、D,3,通,D,1,、D,3,通,D,2,、D,4,通,u,L,a,u,1,Tr,R,L,b,u,2,D,1,D,2,D,3,D,4,u,L,a,u,1,Tr,R,L,b,u,2,D,2,D,4,单相桥式整流电路,14,2输出直流电压和纹波电压,输出电压有效值：,纹波电压有效值：,纹波系数：,说明纹波电压小于直流输出电压。,单相桥式整流电路,输出直流电压：,15,流过整流二极管的平均整流电流等于负载直流电流的一半，即：,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。,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。,3整流二极管的选择,单相桥式整流电路,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。,16,u,2,u,L,I,L,u,2,u,L,I,L,u,2,u,L,u,2,I,L,整流电压平均值,t,0,u,L,t,0,u,L,t,0,u,L,电 路,整流电压波形,二极管平均电流,二极管反向峰值电压,常见的几种整流电路,整流类型,半波 全波 桥式,17,补充： 三相整流电路,D,3,R,L,T,A,D,5,D,6,D,4,u,0,+,-,i,0,D,1,D,2,B,C,整流电压的输出波形为线电压的包络线，脉动程度大大减小。,18,三相桥式整流电路的工作波形,相比单相桥式整流电路，三相桥式整流电路输出电压的脉动程度大大减小。,由于在一个周期中，每个二极管导通时间为T/3,每个二极管承受的最高反向电压为变压器副边线电压的幅值。,输出直流电压和电流：,U,O(AV2,D,3,R,L,T,A,D,5,D,6,D,4,u,0,+,-,i,0,D,1,D,2,B,C,19,D,1,T,a,b,u,1,+,-,C,1,D,2,C,2,D,3,C,3,当,u,2,0-T/4,时，仅D,1,导通， C,1,会充电到,u,2,最大值：,U,2m,u,2,+,-,+ U,2m,-,当,u,2,T/4-3T/4,时，仅D,2,导通，C,1,放电，C,2,充电2,U,2m,；,+,2,U,2m,-,当,u,2,3T/4-5T/4：D,1,、 D,3,导通， D,2,截止；,最终，C,1,电压恒定为,U,2m,； C,2,、 C,3,。电压恒定为2,U,2m,。,u,2,+,-,+ U,2m,-,+,2,U,2m,-,C,1,充电到,U,2m,； C,2,放电， C,3,充电到2,U,2m,。,20,倍压整流：利用二极管的单向导电性为电容提供单极性电压，将电容存储的电压（电荷存储效应）累加，形成等于若干倍交流电压峰值的直流输出电压。,(a) 2倍压整流电路,(b) 6倍压整流电路,对2倍压整流电路，有：,C,1,的耐压大于,，,C,2,的耐压应大于 。倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安以下）的直流电源中。,21, 电容器,C,对直流开路，对交流阻抗小，所以,C,应该并联在负载两端; 电感器,L,对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此,L,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,电容器与负载电阻并联,或,电感器与负载电阻串联,构成各种滤波电路。,滤波器的基本组成元件是电容或电感。,滤波原理2：频率响应,滤波原理1：暂态效应,滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。,12.3 电源滤波电路,22,几种滤波电路,（,a,）电容滤波电路,（,b,）电感电容滤波电路（,型）,（,c,）,型滤波电路,12.3 电源滤波电路,23,设t,1,时刻接通电源,t,1,整流电路为电容充电,充电结束,桥式整流输出波形,有电容滤波、空载时,v,2,t,v,o,t,桥式整流电容滤波电路,1.工作原理：,24,负载状态下：,在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，电容通过R,L,放电，u,0,逐渐下降。,v,2,t,v,o,t,桥式整流电容滤波电路,1.工作原理：,25,只有整流电路输出电压大于u,0,的时间区间，才有充电电流。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出电流,R,L,C较大时,v,2,t,v,o,t,桥式整流电容滤波电路,1.工作原理：,26,27,在,t,=0时合上开关S，接入负载,R,L,。电容初始电压,二极管截止，电容器C经,R,L,放电，放电时间常数:,电容电压:,（交流电源周期）,显然，,负载电压的脉动程度与时间常数,有关。,电容器C周而复始地进行充放电，负载上输出一个近似锯齿波的电压,v,O,，负载电压脉动程度大为减小，实现了输出电压的平滑。,28,特点：,A. 二极管的导电角, ，,流过二极管的瞬时电流很大。,B. 负载直流平均电压,V,L,升高,d,=,R,L,C,越大，,V,L,越高,C. 直流电压,V,L,随负载电流增加而减少,当,d,（3 5） 时，,V,L,= ( 1.1 1.2 ),V,2,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。,29,2输出直流电压和纹波电压,输出平均电压:,输出电压有效值:,输出纹波电压:,纹波系数:,在实际应用中，通常选择,得实际估算公式:,30,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。,3电容滤波的负载特性,分析知，输出直流电压在0.9,V,2,和之间。,可见，电容滤波带负载能力较差。,当输出直流电流小（负载电阻大）时，输出电压大；,当输出直流电流大（负载电阻小）时，输出电压小。,31,二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：,电容对直流分量相当于开路，所以，,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：,二极管的导通角远小于180,0,，并且必须维持一定的负载平均电流，故二极管的导通电流大。因此，,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：,I,DFmax,和V,DRmax,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。,4二极管的选择,32,例,有一单相桥式滤波电路，电源频率,f=50,HZ，负载电阻为 200,，要求Uo=24V，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一倍左右。选用2CP11(,I,om,=100mA，,U,RM,= 50V)。,解：,（1）,选择整流二极管,变压器副边电压有效值,故,33,(2)选择滤波电容,故电容可选用250uF、耐压50V的电解电容器,34,实际电源举例,-24V,N,2,C,1,N,3,N,1,3A,2000,F,50V,FU,2,C,2,1A,.047,F,FU,1,2CZ12,4,直流,交流,24V,220V,变压器副绕组N,3,的电压约为20V，电源输出电压为-24V，电流为1.8A。,C,2：,抑制高频干扰；,副绕组N,2,的电压为5.5V，供照明指示灯用。,直流24V电池的极性可任意接入。,35,12.4.2 线性串联稳压电路,36,稳压电路将变化的直流电压转换成稳定的直流电压，满足高性能电子电路对直流电源的要求。因此，稳压电路是决定直流稳压电源质量的关键电路。,分类：,按稳压电路中调节元件与负载的连接方式分，有并联稳压电路和串联稳压电路。,按稳压电路中调节元件的工作状态分，有线性稳压电路和开关稳压稳压电路。,在线性稳压电路中，调节元件工作在线性状态；而在开关稳压电路中，调节元件工作在开关状态（饱和或截止）。,37,1电路组成和工作原理,当任何因素，例如V,I,增加，引起输出电压V,O,增加时，将发生下述自动调节过程：,V,O,V,O,=V,I,- V,R,即任何因素引起的输出电压的增加量，被电路的自动调节引起的减少量抵消，维持输出电压基本恒定。,调节元件稳压管是通过自身的特性调节电流实现稳压的。,38,2主要技术指标,1）特性指标,另外，输入电压的最小值必须保证稳压管击穿稳压，故输入电压范围是：,输出电压不能调节，等于稳压管的稳定电压，即：,所以，最大输出电流是：,由此可以计算整流滤波电路的参数。,又,输出端开路是直流稳压电源经常出现的工况，此时，稳压管的电流达到最大值，故,输入电压的最大值是,：,稳压管稳压电路的自动调节能力主要取决于稳压管的电流调节范围I,Zmin,，I,Zmax,，I,Zmin,是稳定电流，I,Zmax,是稳压管允许的最大电流，等于额定功耗P,Z,除以稳定电压V,Z,。限流电阻R的取值，必须保证稳压管工作在电流调节范围内。,39,r,Z,稳压电路的质量指标是衡量输出电压变化量大小的指标。可以根据交流等效电路计算。如图12.4.2 ，r,Z,是稳压管的动态电阻，通常远小于限流电阻R。,输出电阻：,温度系数：,设滤波电路的纹波系数为,I,，则稳压电路输出电压的最大纹波系数（负载开路）的计算如下：,式中，,V,I,和,V,I,分别是滤波电路输出的纹波电压和直流分量（直流输出电压）。,可见，限流电阻R越大、稳压管的动态电阻r,Z,及温度系数,Z,越小，稳压电路的质量越好。,2）质量指标,电压调整率：,Z,是稳压管的温度系数。,40,稳压管稳压电路的转换效率为：,输出电流越大，转换效率越高。当输出最大电流时，功率转换效率最大。,因为,3) 功率转换效率,稳压电路的输出功率与输入功率之比即是转换效率。,最大转换效率为：,r,Z,41,例题：,电路如图所示。设整流滤波电路的最大输出直流电压为12V，纹波系数为0.1；稳压管的稳定电压是6V，稳定电流是5mA，额定功率是250mW，动态电阻是15，温度系数是5mV/,0,C。试选择限流电阻，求直流输出电压、最大输出电流和电路的各项质量指标。,解：稳压管的最大稳定电流为,得：,最大输出电流：,电压调整率：,如果电网电压有效值变化,10%，则整流滤波输出电压亦变化10%，引起的输出直流电压变化量如下：,输出电阻：,可选择R=150,。,42,续解：,输出电流变化引起的直流电压变化量为:,温度系数为,如果环境温度变化50,0,C，则最大输出电压变化为,:,直流输出电压总变化量为,:,纹波系数为:,综上所述，稳压管稳压电路输出电压固定，不能调节；受稳压管额定功率的限制，输出电流小，输出功率小；质量不够高。但电路简单，可作为小功率电子电路的电源。,43,1电路组成和工作原理,12.4.2 线性串联稳压电路,调整管T工作在放大区，并且与负载RL串联，故称为线性串联稳压电路。,44,1电路组成和工作原理,12.4.2 线性串联稳压电路,输入电压V,I,增加引起输出电压V,O,增加，电路将发生下述自动调整过程（负反馈过程）:,V,O,V,I,增加引起输出直流电压,V,O,的增加量，被电路的自动调节引起的减少量抵消，维持输出电压,V,O,基本恒定。,45,12.4.2 线性串联稳压电路,取样电路对运放引入深度负反馈,输出电压与基准电压成正比，与取样电阻的分压系数成反比。调整电位器R,P,，可调整输出直流电压。,当R,P2,=0时，输出直流电压最大；当R,P2,=R,P,时，输出直流电压最小。,2输出直流电压和调节范围,输出电压的调节范围是:,46,3最大输出电流,式中，I,CM,是调整管的最大集电极允许电流。,12.4.2 线性串联稳压电路,调整管的集射电压为:,一方面，调整管T的集射电压最大值必须小于反向击穿电压，即,式中，,V,(BR)CEO,是调整管集电极与发射极之间的反向击穿电压。,4输入电压范围,47,调整管T的集射电压最小值必须大于饱和压降（放大状态）,任何情况下输出电流都应该小于调整管的,最大集电极允许电流。必须增加过流保护电路。,12.4.2 线性串联稳压电路,式中，,V,CES,是整管集电极与发射极之间的饱和电压。,求出,I,CM,和,V,(BR)CEO,在考虑一定的安全系数 (如乘1.5倍) 后，可以选择调整管。,5过流保护电路,48,图(a) 串联稳压电源的限流保护,图(b) 串联稳压电源的截流保护,12.4.2 线性串联稳压电路,5过流保护电路,图a是具有限流保护的串联稳压电路，晶体管T,2,和电阻R,0,组成限流保护电路。,图b是具有截流保护的串联稳压电路，晶体管T,2,和电阻R,0,、R,3,、R,4,组成截流保护电路。,49,基准电压源是提供准确电压的电路，要求其输出直流电压非常稳定，但输出电流却很小。获得准确基准电压的主要途径是采用温度补偿稳压二极管基准电压和能隙基准电压。,在深度负反馈的情况下，基准电压的性能对输出电压影响最大。因为基准电压不在串联稳压电路的反馈环内，反馈对基准电压没有任何影响，所以，必须采用高性能的基准电压源。,温度补偿稳压二极管,V,O,V,I,I,O,1温度补偿稳压二极管基准源,在稳压管稳压电路中，如果输出电流很小，则同时采取以下2条措施可获得稳定的基准电压：,1）输入电压V,I,基本不变，或稳压管通过恒定的电流；,2）对稳压管进行温度补偿。,50,由温度补偿稳压二极管D,Z,反向击穿稳压，提供稳定的6.3V基准电压。,通过外接电位器R,W,可微调输出电压，使输出电压等于10V。电路中还包含2个精密分压电阻R,A,和R,B,，可分压输出5V基准电压。,R,W,R,1,D,Z,1温度补偿稳压二极管基准源,REF101是基于温度补偿稳压二极管的单片集成电压基准器件，提供10V的精密基准电压。,在0,70,0,C范围内，REF101输出基准电压的最大变化仅为0.7mV。,5端的输出基准电压为：,51,温度补偿稳压二极管的稳定电压通常大于5V。如果需要较低的基准电压，则需采用能隙基准电压源。,V,G0,是半导体材料在绝对零度时的能带间隙电压，,是PN结的电压温度系数。硅材料的能带间隙电压,V,G0,=1.205V，,-2.1mV/K。,_,+,R,1,T,1,V,REF,_,R,3,+,R,2,T,2,T,3,V,I,I,I,3,I,2,I,1,+,_,V,K,能隙基准电压源,V,REF,1.205V,I,图中，晶体管的发射结电压为：,得：,可见，输出基准电压等于硅材料的能隙电压，故称为能隙基准电压源。,由,52,12.5 集成线性稳压器,只有3个引出端的集成稳压器称为三端稳压器，3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。,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。,图12.5.1 三端稳压器封装和框图,53,三端集成稳压器的分类,12.5 集成线性稳压器,1.三端固定正输出集成稳压器,国标型号:CW78-/CW78M-/CW78L-,国标型号:CW79-/CW79M-/CW79L-,国标型号:CW117-/CW117M-/CW117L-,CW217-/CW217M-/CW217L,CW317-/CW317M-/CW317L-,国标型号:CW137-/CW137M-/CW137L-,CW237-/CW237M-CW237L-,CW337-/CW337M-/CW337L-,6. 大电流三端集成稳压器,54,型号中代表输出电压的绝对值，,一般为：5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V,W78,W79,Io 1.5A,W78M,W79M,Io 0.5A,W78L,W79L,Io 0.1A,W78H,W79H,Io 5A,12.5 集成线性稳压器,三端集成稳压器的参数,55,1. 输出电压固定的三端集成稳压器,（正电压 78, ,、负电压 79,）,12.5 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、保护电路和启动电路组成。,型号：,W7800,56,由D,1,、D,2,、R,1,、R,2,、R,3,、T,3,、D,Z2,、T,4,和R,4,组成。T,4,输出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V,Z2,，基本不受输入电压V,I,变化的影响。,V,Z2,具有正温度系数，而,V,BE,具有负温度系数。,基准电压：,由R,12,和R,13,组成，反馈电压为,1)基准电压电路,2)取样电路,57,由T,4,T,11,等元件组成。,T,6,T,8,组成恒流源差分放大电路，T,4,和T,5,是其恒流源负载，T,10,将双端输出电压转换调整管驱动电流。,T,10,和T,11,组成复合调整管。为保证调整管工作在放大状态，要求V,I,-V,O,大于3V左右。,3)比较放大和调整电路,取样、比较和调整电路形成负反馈，所以，输出电压为:,58,为保证W78M15正常工作，要求V,I,-V,O,大于3V左右，即:,稳压器的静态电流I,Q,（10mA），则等效负载电阻：,滤波电容:,59,变压器付边电压有效值:,整流桥二极管的平均电流:,选择变压器付边电压有效值为20V ，整流桥为RS101（平均整流电流1A、反向工作电压50V），1500F的电解电容。,V,2,=20V,1500,F,1,F,0.1,F,I,Q,60,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V,I2,=-V,I1,；,稳压器W78M15输出+15V电压和0.5A电流；而稳压器W79M15输出-15V电压和-0.5A电流。,I,O1,I,O2,V,2,=40V,61,能隙基准电压,V,REF,=1.25V,输出电压,除取样电路置于集成电路外部以外，三端可调稳压器的内部电路同样由基准电压电路、比较放大电路、调整电路、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）。,基准电压电路采用能隙基准电压源，恒流源是能隙基准电压源的电流激励。,式中，I,adj,是调整端的输出电流（通过能隙电压源的电流），等于50A；V,REF,是能隙基准电压，等于1.25V。,62,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是W137。当|V,I,-V,O,|,15V时，输出电流可达1.5A。,V,2,=20V,3000F,1F,0.1F,RS201,3.5k,40k,输出电压调节范围：,2应用电路,1）,15V/1.0 A可调直流稳压电源,63,2应用电路,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V,I2,=-V,I1,；,稳压器W117输出+15V可调电压，而稳压器W137输出-15V可调电压。,I,O1,I,O2,V,2,=40V,2）15V可调直流稳压电源,64,12.6 开关稳压电路,线性稳压电路和开关稳压电路的比较：,线性稳压电路,开关稳压电路,输出噪声,小,大,响应速度,快,慢,效率,较低,较高,变压器,工频（50Hz）变压器，体积较大,高频脉冲变压器，体积很小,射频干扰,不产生,较强,65,12.6 开关稳压电路,12.6.3 开关集成稳压器,66,输入直流电压,V,I,通常是整流滤波电路的输出电压；调整管T（可以是场效应管）与负载R,L,串联，基极脉冲电压,v,B,驱动调整管工作在开关状态；电感电容组成低通滤波器，开关二极管D用于保证电感电流连续，故亦称为续流二极管。,1主电路的工作原理,+,v,O,T,C,D,R,L,-,+,-,V,I,i,L,v,B,k,c,e,+,-,v,O1,L,a,当基极电压,v,B,为高电平时，晶体管T饱和导通，二极管D截止。输入电压,V,I,使电感和负载电流增加，电容充电。,当基极电压,v,B,为低电平时，晶体管T截止，电感产生的反电势使二极管D导通，电感电流形成回路。电感释放磁场能量，电流逐渐减小。,67,O,O,t,t,t,v,B,v,O1,V,I,-V,D,O,图(b)开关串联稳压电路的工作波形,T,on,T,i,L,O,t,V,O,v,O,D,L,C,R,+,-,+,-,v,O,V,I,i,L,a,k,c,e,+,-,v,O1,(a) T饱和导通,D,L,C,R,L,+,-,+,-,v,O,V,I,i,L,a,k,c,e,+,-,v,O1,图(a) 工作等效电路,(b) T截止,电路的工作波形如图：,1主电路的工作原理,68,输出电压的调节方式称为开关稳压电路的控制方式。,输出电压的调节有3种控制方式：,1）开关周期T不变，调节开关导通时间Ton，这种方式称为脉冲宽度调制（Pulse Wide Modulation，PWM）；,2）开关导通时间Ton不变，调节开关周期T，这种方式称为脉冲频率调制（Pulse Frenquency Modulation，PFM）；,3）既调节开关周期T，又调节开关导通时间Ton，这种方式称为混合调制。,2控制方式,69,+,T,D,L,C,R,+,-,+,-,v,O,V,I,i,L,a,k,c,e,+,-,v,O1,图12.6.5 开关串联稳压电路,基准,电压,三角波,发生器,+,A,2,A,1,V,P,V,REF,V,F,v,S,v,B,PWM 电路,R,R,O,O,t,t,t,v,B,v,S,v,O,O,V,P,v,t,v,O1,V,I,-V,D,O,(b) T截止,图12.6.4 开关串联稳压电路,T,on,T,（a）,(b),(c),(d),V,O,3PWM开关串联稳压电路,控制电路的作用是采用适当的调制方式，产生调整管的开关驱动信号，维持输出直流电压稳定。为此，开关稳压电路形成负反馈系统。,70,3PWM开关串联稳压电路,V,O,维持输出直流恒定。,当任何因素引起输出直流电压变化时，负反馈将自动调整导通时间,T,on,，维持输出直流电压恒定。例如，负载电流减小引起输出电压增大，将启动下述自动调节过程：,PWM控制电路由取样电路、基准电压电路、比较放大电路（A,1,）、三角波发生电路和电压比较器（A,2,）组成。,71,主电路由电感、并联调整管、续流二极管、电容和负载组成。,1PWM并联开关稳压电路,T,D,L,C,R,+,-,+,-,v,O,V,I,i,L,a,k,c,e,v,B,PWM,电路,+,-,v,L,当基极电压,v,B,为低电平时，晶体管T截止，电感电流减小；电感产生的反电势和输入电压,V,I,使二极管D导通，向电容和负载提供电流，电感释放磁场能量。,当基极电压,v,B,为高电平时，晶体管T饱和导通，二极管D截止，电容向负载放电。输入电压,V,I,使电感电流增加，补充磁场能。,72,O,t,t,v,B,i,L,O,t,v,L,V,I,V,I,-V,O,O,T,D,L,C,R,-,+,-,v,O,V,I,i,L,a,k,c,e,+,T,D,L,C,R,-,+,-,v,O,V,I,i,L,a,k,c,e,+,v,L,v,L,(a) T饱和导通,(b) T截止,图12.6.7 图12.6.6主电路工作等效电路,图12.6.8 开关并联稳压电路的波形,T,on,T,+,+,电感电流的增加量为：,电感电流的减少量为,1PWM并联开关稳压电路,在一个开关周期内，电感补充的能量和释放的能量相等，即电感电流的增加量和减少量的绝对值相等。所以，,输出电压：,73,在升压式开关稳压电路中，将电感用高频脉冲变压器替换，并将续流二极管、电容和负载连接在变压器的付边，可构成具有脉冲变压器的开关稳压电路。,注意：变压器的同名端使原、付边电压的相位相反，故称为反激式开关稳压电路。,2反激式开关稳压电路,T,D,L,1,C,R,+,-,+,-,v,O,V,I,i,L2,a,k,c,e,图12.6.9 反激式开关稳压电路,v,B,PWM,电路,+,-,v,L1,L,2,*,*,+,-,v,L2,i,L1,O,t,t,v,B,O,t,O,T,on,T,i,L2,i,L,1,(b) T截止,图12.6.10 反激式开关稳压电路的波形,74,设变压器原边和付边的等效电感分别是L,1,和L,2,。可知，原边,电感电流的增加量为：,电感电流的减少量为：,在一个开关周期内，变压器补充的能量和释放的能量相等，即原边电感电流的增加量和付边电感电流的减少量的绝对值相等。所以,电感与线圈匝数的平方成正比，调整原边匝数,N,1,或付边匝数,N,2,，可调节输出电压。,2反激式开关稳压电路,T,D,L,1,C,R,+,-,+,-,v,O,V,I,i,L2,a,k,c,e,图12.6.9 反激式开关稳压电路,v,B,PWM,电路,+,-,v,L1,L,2,*,*,+,-,v,L2,i,L1,75,图12.7.1,内部含有开关管，适用于降压型开关稳压电路(串联开关稳压电路)。输入电压范围是4.75V到40V。固定输出电压有3.3V、5.0V、12V、15V品种。,V,37,V。每个品种都能保证输出,3.0A的负载电流。,图12.7.1 开关集成稳压器LM2576原理框图和封装,12.7 开关集成稳压器,12.7.1 LM2576开关集成稳压器,76,图中二极管是肖特基开关二极管。,图12.7.2 LM2576 固定输出电压器件应用电路,12.7 开关集成稳压器,12.7.2 LM2576应用电路,77,图中，取样电阻R,1,，输出电压为：,调节R,2,可调整输出电压，输出电压的调节范围是1.23V37V。,图12.7.3 LM2576可调输出电压器件的应用电路,12.7 开关集成稳压器,12.7.2 LM2576应用电路,78,