直流稳压电源及其制作

,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,*,第16章 直流稳压电源及其制作,16.1 直流稳压电源的组成,16.2 桥式整流电路,16.3 滤波电路,16.4 稳压电路,16.5 直流稳压电源设计,16.6 其他直流稳压电源电路,16.1 直流稳压电源的组成,直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电的电路，一般由降压、整流、滤波和稳压等几部分组成（见图16-1）。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。,返回,16.2 桥式整流电路,图16-2为桥式整流电路，图中V,1,、V,2,、V,3,、V,4,四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。,1工作原理和输出波形,设变压器二次电压 ，波形如电压、电流波形图(a)所示。在,u,2,的正半周，即a点为正，b点为负时，V,1,、V,3,承受正向电压而导通，此时有电流流过R,L,，电流路径为aV,1,R,L,V,3,b，此时V,2,、V,4,因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0段所示。若略去二极管的正向压降，则,u,O,u,2,。,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,电压、电流波形在,u,2,的负半周，即a点为负b点为正时，V,1,、V,3,因反偏而截止，V,2,、V,4,正偏而导通，此时有电流流过R,L,，电流路径为bV,2,R,L,V,4,a。这时R,L,上得到一个与0段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的2段所示，若略去二极管的正向压降，,u,-,u,2,。,由此可见，在交流电压,u,2,的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻R,L,，故R,L,上得到单方向全波脉动的直流电压。,上一页,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为,u,=20.45U,2,=0.9,U,2,。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在,u,2,的正半周，V,1,、V,3,导通时，可将它们看成短路，这样V,2,、V,4,就并联在,u,2,上，其承受的反向峰值电压为 。同理，V,2,、V,4,导通时，V,1,、V,3,截止，其承受的反向峰值电压也为 。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。,上一页,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,由上图可见，在交流电压u,2,的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻R,L,，故R,L,上得到单方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压U,O,提高，脉动成分减小了。,上一页,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,2参数估算,输出电压的平均值,流过二极管的平均电流,二极管承受的反向峰值电压,上一页,返回,16.3 滤波电路,整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流电路的后面加接滤波电路，滤去交流成分。,1电容滤波,（1）电路和工作原理,设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，,u,2,为正半周，当,u,2,由零上升时，V,1,、V,3,导 通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此u,o,=,u,c,u,2,，在,u,2,达到最大值时，,u,c也达到最大值，然后,u,2,下降，此时，,u,c,u,2,，V,1,、V,3,截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数=R,L,C一般较大，电容电压u,c,按 指数规律缓慢下降，当下降到|,u,2,|,u,c,时，V,2,、V,4,导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。,下一页,返回,16.3 滤波电路,（2）波形及输出电压,空载时即负载电阻为无穷大：；带负载时 ：通常取 ，RC越大U,0,越大，为了获得良好的滤波效果。,2其他形式滤波电路,（1）电感滤波电路,电路如图16-5所示，电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。直流分量被电感,L,短路，交流分量主要降在,L,上，电感越大，滤波效果越好。一般电感滤波电路只使用于低电压、大电流的场合。,上一页,下一页,返回,16.3 滤波电路,（2）型滤波,为了进一步减小负载电压中的纹波可采用型LC滤波电路(见图16-6)。由于,C,1,、,C,2,对交流容抗小，而电 感对交流阻抗很大，因此，负载R,L,上的纹波电压很小。,上一页,返回,16.4 稳压电路,16.4.1 并联稳压电路,调整管并与负载并联的稳压电路，称为并联型晶体管稳压电路。硅稳压二极管稳压电路的电路图如图16-7所示。,它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。,1当输入电压变化时如何稳压,根据电路图16-7可知：,输入电压V,I,的增加，必然引起V,O,的增加，即VZ增加，从而使I,Z,增加，I,R,增加，使V,R,增加，从而使输出电压V,O,减小。这一稳压过程可概括如：,V,I,V,O,V,Z,I,Z,I,R,V,R,V,O,下一页,返回,16.4 稳压电路,这里V,O,减小应理解为，由于输入电压V,I,的增加，在稳压二极管的调节下，使V,O,的增加没有那么大而已。V,O,还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。,2当负载电流变化时如何稳压,负载电流I,L,的增加，必然引起I,R,的增加，稳压电路,即V,R,增加，从而使V,Z,=V,O,减小，I,Z,减小。I,Z,的减小必然使I,R,减小，V,R,减小，从而使输出电压V,O,增加。这一稳压过程可概括如下：,I,L,I,R,V,R,V,Z,（,V,O,）,I,Z,I,R,V,R,V,O,稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,16.4.2 线性串联型稳压电路,1线性串联稳压电源原理,采用三极管作为调整管 并与负载串联的稳压电路，称为串联型晶体管稳压电路；当调整管工作在线性放大状态则称为线性稳压器。线性串联稳压电源的工作原理可用图16-8来说明。显然，V,O,=V,I,-V,R,，当V,I,增加时，R受控制而增加，使V,R,增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流I,L,增加，R受控制而减小，使V,R,减小，从而在一定程度上抵消了因I,L,增加，使V,I,减小，对输出电压减小的影响。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,2实际串联稳压电路组成,在实际电路中，可变电阻,R,是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降,V,CE,，,V,CE,相当于,V,R,。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。,3典型的串联型稳压电路,典型的串联型稳压电路如图16-9所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源，采样电路几个部分组成。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,(1)输入电压变化，负载电流保持不变,输入电压,V,I,的增加，必然会使输出电压,V,O,有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号,V,f,与基准源电压,V,REF比较，获得误差信号,V,。误差信号经放大后，用,V,O1,去控制调整管的管压降,V,CE,增加，从而抵消输入电压增加的影响。,V,I,V,O,V,f,V,O1,V,CE,V,O,(2)负载电流变化，输入电压保持不变,负载电流,I,L,的增加，必然会使输入电压,V,I,有所减小，输出电压,V,O,必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号,V,f,与基准源电压,V,REF,比较，获得的误差信号使,V,O1,增加，从而使调整管的管压降,V,CE,下降，从而抵消因,I,L,增加，使输入电压减小的影响。,I,L,V,I,V,O,V,f,V,O1,V,CE,V,O,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,(3)输出电压调节范围的计算,根据图16-9可知,V,f,V,REF,，调节,R,2,显然可以改变输出电压。,图16-10为实际的串联型稳压电源电路，分别由整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分组成。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,其中：整流电路：D,1,D,4,；滤波电路：,C,1,；调整管：T,1,、T,2,；基准电压电路：、,R,、D,Z,；比较放大电路：A；取样电路：,R,1,、,R,2,、,R,3,。为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“-”下为“”。输出电压的表达式为：,线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,16.4.3 三端集成稳压电路,1线性三端集成稳压器的分类,线性三端集成稳压器主要有以下几种类型：,三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78、CW78M、CW78L,三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79、CW79M、CW79L,三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117、CW117M、CW117L、CW217、CW217M、CW217L、CW317、CW317M、CW317L。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137、CW137M、CW137L、CW237、CW237M、CW237L、CW337、CW337M、CW337L,2CW7800 系列(正电源)，CW7900 系列(负电源),输出电压：5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V,输出电流：78L /79L 输出电流 100 mA；78M/9M 输出电流 500 mA；78 /79 输出电流 1.5 A。如CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A；CW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 A；CW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A。,封装和符号如图16-11所示。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,3三端可调输出集成稳压器,三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。图16-12 为可调输出集成稳压器封装。图中ADJ称为电压调整端，因所有偏置电路和放大器的静态工作点电流都流到稳压器的输出端，所以没有单独引出接地端。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,CW117、CW217、CW317中CW后第一个数字1、2、3意义如下：,1-为军品级；2-为工业品级；3-为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55150；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150;民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。,4应用电路,(1)三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图16-13所示。,(2)三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图16-14所示。,可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。,上一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,16.5.1 电路设计要求,为超温告警电路（见18.3）设计固定输出9V直流稳压电源。,16.5.2 电路设计及电路原理,直流电源主要由降压，整流，滤波、稳压、指示、保护等电路组成，根据超温告警电路元器件的组成，设计了如图16-15所示电路。由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为