开关稳压电路课件

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,*,*,本节内容,10.6.1,开关稳压电路的特点和分类,10.6.2 串联开关型稳压电路,10.6.3 并联开关型稳压电路,10.6.4集成式脉冲调制开关稳压器电路,1,本节内容10.6.1 开关稳压电路的特点和分类1,10.6.1,开关稳压电路的特点和分类,开关型稳压电源就是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达,70%95%,。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为,220V+10%,，而开关型稳压电源在电网电压从,110V-260V,范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。,2,10.6.1 开关稳压电路的特点和分类 开关型稳压电,开关型稳压电源的分类方式很多。,按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型。,按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（,PWM,）、脉冲频率调制型（,PFM,）和混合调制（即脉宽,-,频率调制）型。,按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式。,按使用开关管的类型可分为晶体管、,VMOS,管和晶闸管型。,3,开关型稳压电源的分类方式很多。3,串联开关型稳压电路调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。,1.,换能电路的基本原理,输入电压,U,I,是未经稳压的直流电压；晶体管T为调整管，即开关管；电感,u,B,为矩形波，控制开关管的工作状态；,L,和电容,C,组成滤波电路，,D,为续流二极管。,10.6.2,串联开关型稳压电路,当,u,B,为高电平时，T饱和导通，D因承受反偏电压而截止，电感,L,存储能量，电容,C,充电；发射极电位,u,E,=,U,I,-,U,CES,U,I,。,当,u,B,为低电平时，T截止，此时虽然发射极电流为零，但是,L,释放能量，其感生电动势使D导通，与此同时C放电，负载电流方向不变，,u,E,=-,U,D,0。,4,串联开关型稳压电路调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压,构成串联开关型稳压电源的结构框图如图所示。它包括调整管及其开关驱动电路（电压比较器）、取样电路（电阻,R,1,和,R,2,）、三角波发生电路、基准电压电路、比较放大电路、滤波电路（电感L、电容C和续流二极管D）等几个部分。,经分析推导可得输入电压与输入电压的关系为：,改变占空比,q,，即可改变输出电压的大小。,2.串联开关型稳压电路的组成,5,构成串联开关型稳压电源的结构框图如图所示。它包括调整管及其开,如图所示基准电压电路输出稳定的电压，取样电压,U,N1,与基准电压,U,REF,之差，经,A,1,放大后，作为由,A,2,组成的电压比较器的阈值电压,U,P2,，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号,U,B,，控制调整管的工作状态。,在换能电路中，如果电感L数值太小，在,T,on,期间储能不足，那么在,T,off,还未结束时，能量已经放尽，将导致输出电压为零，出现台阶，这是不允许的。,3.工作原理,6,如图所示基准电压电路输出稳定的电压，取样电压UN1与基准电压,并联式开关电路中,T,1,为调整管,控制电压,U,b,，,T,1,开关周期为,T,，导通时间,t,on,=D,T,，截止时间,t,off,=(1-D)T,L,为储能电感，,D,为限流二极管。,在导通期间，开关管,T,1,导通，,U,I,加到电感,L,两端，,D,反向截止。因,L,很大，,L,中的电流近乎线性增加，并储存磁能。导通期间,i,L,的增量：,10.6.3,并联开关型稳压电路,7,并联式开关电路中T1为调整管,控制电压Ub，T1开关周期为T,即调整,U,b,脉冲占空比，可改变,U,0,的大小,在电路平衡时，,i,L1,=,i,L2,输出电压：,在截止期间，储能电感,L,感应出上负下正电动势，使,D,导通，,L,中磁能通过二极管,D,传到负载,R,L,上，与此同时电容,C,充电。,T,1,截止时，,L,的释放电流近似线性下降，电流减少量,i,L2,为：,8,即调整Ub脉冲占空比，可改变U0的大小在电路平衡时，iL1,采用,CW3524,集成控制器组成的脉宽调制式串联型开关稳压电源实用电路如图所示，该稳压电源输出电压,U,o,=5V,，输出电流,I,o,=1A。,10.6.4,集成式脉冲调制开关稳压器电路,1.电路结构,9,采用CW3524集成控制器组成的脉宽调制式串联型开关稳压电源,CW3524 芯片共有16只引脚，各引脚功能如图所示，其中P,15,、P,8,分别接输入电压,U,i,的正、负端；P,12,、P,11,和P,14,、P,13,为驱动开关调整管基极的开关信号的两个输出端（即脉宽调制式电压比较器输出信号,U,O2,）；,(1)CW3524 集成控制器,CW3524 芯片共有16只引脚，各引脚功能如,两个输出端可单独使用，亦可并联使用，连接时一端接开关调整管基极，另一端接P,8,脚（即地）；P,1,、P,2,分别为比较放大器A1的反相和同相输入端；P,16,为基准电压源输出端；P,6,、P,7,分别为三角波振荡器外接振荡元件,R,T,和,C,T,的联结端，P,9,为防止自激的相位校正元件,R,4,和,C,4,的联接端。,11,两个输出端可单独使用，亦可并联使用，连接时一端接开关调整管基,(2),外电路,开关调整管,U,1,、U,2,均为,PNP,型硅功率管，,U,1,选3CD15，,U,2,选3CG14；,U,3,为续流二极管；,L,和,C,组成型滤波电路，,L,=0.9mH,C,=470F；,R,1,和,R,2,组成采样分压器电路；,R,3,和,R,4,是基准电压源的分压电路；,R,5,为限流电阻，,R,6,为过载保护取样电阻。,R,T,一般在,1.8k-100k,之间选取,，C,T,一般在,0.1F-1000F,之间选取。控制器的最高频率为,300kHz,，工作时一般取在,100kHz,以下。,此电路中开关调整管采用的是,PNP,型管，因此比较放大器的反相输入端和同相输入端的输入信号与框图虚框中所示的应该对调；另外，,U,o2,高电平脉宽变宽时，,PNP,型管导通时间反而变短，分析时应予以注意。,12,(2)外电路,（1）CW3524,内部的基准电压源,U,R,=5V，,由,P,16,脚引出，通过,R,3,和R,4,（都是5k）,分压，以,0.5,U,R,=2.5V,加在比较放大器的反相输入端,（,P,1,脚）；输出电压,U,o,通过,R,1,和,R,2,（都是,5k,）分压，以,0.5,U,o,=2.5V,加在比较放大器的同相输入端,（P,2,脚），此时，比较放大器因,U,+,=,U,-,，其输出,U,o1,=0。,调整管在集成控制器作用下，开关稳压电路输入电压,U,i,=28V,时，输出电压为稳定值,5V。,当输出电压因输入电压（电网波动引起）或负载变化引起变动时，若,U,o,U,o1,为正，,U,o2,高电平脉宽变宽（,P,12,输出高电平脉宽变宽）,开关调整管（,PNP,）导通时间变短（,t,o,）,U,o,，,Uo,维持不变。,2.工作原理及稳压过程,13,（1）CW3524 内部的基准电压源UR=5V，由P16脚引,在触发脉冲作用下,，,U,1,处于开关状态，当,U,1,基极电压为正时饱和导通，,U,i,对,L,1,进行充电，充电电流为,I,1,，此时,L,1,储存能量；当,U,1,基极为负时，,U,1,截止，储存在变压器初级线圈中的能量通过次级线圈,L,2,及二极管,U,2,向电容,C,充电，产生输出直流电压。当输入的交流电源电压波动或负载电流发生变化，引起输出电压,U,o,变化时，通过取样比较电路组成的控制电路去改变开关调整管的导通与截止时间，使输出电压得以稳定。开关管的导通时间,t,o,增大时，输出电压升高；反之，导通时间,t,o,减小时，输出电压就降低。当由于某 种原因使输出电压升高时，通过取样比较电路使,U,1,提前截止，引起,t,o,U,o,，使输出电压保持稳定。,(2)稳压工作过程,14,在触发脉冲作用下，U1处于开关状态，当U1基极电压为正时,在各种电子系统中，均需要将交流电网的电压转换为直流电提供给电子设备，为此，使用降压、整流、滤波和稳压等环节实现交直流的转换工作。,整流过程是利用二极管的单向导电性实现，常见的电路形式有半波整流、全波整流和桥式整流；半波整流结构简单、整流二极管承受的反压低，但是由于丢掉了负半周信号，因此整流效率低，全波整流采用了两个整流二极管利用了负半周信号，整流效率有所提高，但是整流二极管承受的反压提高一倍；桥式整流兼有半波整流和全波整流的优点，整流效率和全波一致，整流二极管承受的反压和半波一致，只是要用到的整流二极管数量增加到四只。,本章小结,15,在各种电子系统中，均需要将交流电网的电压转换为直流电提供给,为抑制整流输出中的纹波，在整流电路后接入滤波电路，常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波、倒L型滤波、RC-型滤波和LC-型滤波，电容滤波用于输出电流不大、负载几乎不变的情形，而电感滤波用于输出大电流的场合。,为保证输出电压不受电网电压波动、负载的变化而产生的波动，接入稳压电路。小功率稳压电源一般采用串联反馈式稳压方式，功率要求较高的则采用开关稳压电路。,串联反馈式稳压电路调整管工作于线性放大区，开关稳压电路的功率管则工作在开关状态，利用开关管的导通和截止时间转换去控制和稳定主出电压；相对于串联反馈式稳压电路而言，开关电源的效率高、体积小、重量轻越来越应用广泛。,本章小结,16,为抑制整流输出中的纹波，在整流电路后接入滤波电路，常,开关稳压电路课件,