模電直流穩(wěn)壓電源

1、電子技術(shù)基礎(chǔ) A（模擬部分）2 / 105小功率直流濾波電路小功率直流濾波電路10.1串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路10.2開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路*10.3SPICE仿真仿真*10.43 / 1054 / 1051. 概述概述小功率直流穩(wěn)壓電源的組成小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓交流交流電源電源負(fù)載負(fù)載變壓變壓整流整流濾波濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓t1vt2vt3vt4vtov5 / 1051. 概述概述整流電路的作用：整流電路的作用：將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓常見(jiàn)整流電路：常見(jiàn)整流電路

2、：半波、全波、半波、全波、橋式橋式和倍壓整流；單相和倍壓整流；單相和三相整流等。和三相整流等。分析方法：分析方法：把二極管當(dāng)作理想元件處理，即把二極管當(dāng)作理想元件處理，即正向?qū)娬驅(qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大阻為零，反向電阻為無(wú)窮大。整流原理：整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦? / 1052. 工作原理工作原理v2 正半周：正半周：D1、D3 導(dǎo)導(dǎo)通，通，D2、D4 截止。截止。220VAC4DLR2D1D3D2vOv1vv2 負(fù)半周：負(fù)半周：D2、D4 導(dǎo)導(dǎo)通，通，D1、D3 截止。截止。2vtOvtOit22V22V7 / 1053. 主要參數(shù)計(jì)算主要參數(shù)計(jì)算整

3、流平均電壓整流平均電壓 VO220VAC4DLR2D1D3D2vOv1vO222012sind()2 20.9VVttVV整流平均電流整流平均電流 IOO2OLL0.9VVIRR2vtOvtOit22V20.9V22V8 / 1054. 整流元件參數(shù)整流元件參數(shù)二極管平均電流：二極管平均電流：220VAC4DLR2D1D3D2vOv1vDO12II二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓：DRM22VV2vtD1/3vtD2/4it22V此二值是選擇整流二極此二值是選擇整流二極管的主要依據(jù)，一般應(yīng)管的主要依據(jù)，一般應(yīng)有有 10% 余量。余量。9 / 105思考題：思考題： 橋式整流電路如圖。橋式

4、整流電路如圖。試分析：試分析： (1) D2 或或 D4斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電壓波形。斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電壓波形。 (2)若若 D2 或或 D4 接反了，后果如何？接反了，后果如何？ (3)若若 D2 或或 D4 因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？220VAC4DLR2D1D3D2vOv1v10 / 105思考題：思考題：橋式整流電路如圖。橋式整流電路如圖。2vtOvt220VAC4DLR2D1D3D2vOv1v(1) D2 或或 D4斷開(kāi)，負(fù)斷開(kāi)，負(fù)載電壓波形如圖。載電壓波形如圖。解：解：11 / 105思考題：思考題：橋式整流電路如圖。橋式整流電路如圖。解：解：(1) D2 或

5、或 D4斷開(kāi)，負(fù)斷開(kāi)，負(fù)載電壓波形如圖。載電壓波形如圖。220VAC4DLR2D1D3D2vOv1v(2)若若 D2 或或 D4 接反，后果是：接反，后果是：正半周，正半周，D1D2或或 D3D4導(dǎo)通，電流經(jīng)導(dǎo)通，電流經(jīng) D1D2或或 D3D4造成造成電源短路，電流很大電源短路，電流很大 變壓器及變壓器及D1D2或或D3D4將被燒壞！將被燒壞！12 / 105思考題：思考題：橋式整流電路如圖。橋式整流電路如圖。解：解：(1) D2 或或 D4斷開(kāi)，負(fù)斷開(kāi)，負(fù)載電壓波形如圖。載電壓波形如圖。220VAC4DLR2D1D3D2vOv1v(2)若若 D2 或或 D4 接反，后果是：接反，后果是：(3

6、)若若 D2 或或 D4 因擊穿或燒壞而短路，后果是：因擊穿或燒壞而短路，后果是：正半周，情況同正半周，情況同(2) 變壓器及變壓器及D1D2或或D3D4將被燒壞！將被燒壞！正半周，正半周，D1D2或或 D3D4導(dǎo)通，電流經(jīng)導(dǎo)通，電流經(jīng) D1D2或或 D3D4造成造成電源短路，電流很大電源短路，電流很大 變壓器及變壓器及D1D2或或D3D4將被燒壞！將被燒壞！13 / 1051. 概述概述 交流電壓經(jīng)整流后的輸出是脈動(dòng)直流，其中既有直交流電壓經(jīng)整流后的輸出是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。流成份又有交流成份。濾波原理：濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件濾波電路利用儲(chǔ)能元件L或或/和和C構(gòu)成

7、低通構(gòu)成低通濾波電路（實(shí)質(zhì)上是根據(jù)濾波電路（實(shí)質(zhì)上是根據(jù)C兩端的電壓或兩端的電壓或L中的電流不中的電流不能突變或儲(chǔ)能特性）能突變或儲(chǔ)能特性）, 濾掉（抑制）整流輸出電壓中的濾掉（抑制）整流輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，平滑輸出電壓波形。交流成份，保留其直流成份，平滑輸出電壓波形。濾波目的：濾波目的：濾掉整流輸出電壓中的交流成份，保留濾掉整流輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。14 / 1051. 概述概述 常用濾波器結(jié)構(gòu)：常用濾波器結(jié)構(gòu)：C型、型、LC型型(倒倒L)、CRC型型(P)P)CCL2CR1C15 / 10

8、52. 電容濾波器電容濾波器(a) v2 vC : 橋堆導(dǎo)通，橋堆導(dǎo)通，電源同時(shí)給負(fù)載電源同時(shí)給負(fù)載 RL和和 C 供充電，供充電，vC= vO= v2220VAC4DLR2D1D3DC2vOv1viOiCi22VCOv v工作原理工作原理2vt充電區(qū)間充電區(qū)間 16 / 1052. 電容濾波器電容濾波器(a) v2 vC : 橋堆導(dǎo)通，橋堆導(dǎo)通，電源同時(shí)給負(fù)載電源同時(shí)給負(fù)載 RL和和 C 供充電，供充電，vC= vO= v2220VAC4DLR2D1D3DC2vOv1v22VCOv v工作原理工作原理2vt(b) v2 vC : 橋堆導(dǎo)通，橋堆導(dǎo)通，電源同時(shí)給負(fù)載電源同時(shí)給負(fù)載 RL和和 C

9、供充電，供充電，vC= vO= v2(b) v2 RL) )大部施于大部施于L 較平滑直流電壓較平滑直流電壓vO。 儲(chǔ)能視角儲(chǔ)能視角：工作時(shí)：工作時(shí)L有儲(chǔ)能，供電電有儲(chǔ)能，供電電壓壓v2，L 儲(chǔ)能對(duì)儲(chǔ)能對(duì)RL補(bǔ)電；補(bǔ)電；v2，電源，電源對(duì)對(duì)L和和 RL供電供電 連續(xù)、平穩(wěn)和穩(wěn)定連續(xù)、平穩(wěn)和穩(wěn)定vO。L 越大越好！越大越好！25 / 1053. 電感濾波器電感濾波器(a) vO的均值及其脈動(dòng)度的均值及其脈動(dòng)度 與放電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)t t = L/RL有關(guān)有關(guān)電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)220VACLRL2vOv1vOi(b) D導(dǎo)通角大，紋波可進(jìn)一步減少，接負(fù)載能力強(qiáng)：導(dǎo)通角大，紋波可進(jìn)一步減少，接

10、負(fù)載能力強(qiáng)：O20.9VV(c) 電感體積大而笨重，因而適合于電流較大、要求輸電感體積大而笨重，因而適合于電流較大、要求輸 出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，或更合適于高頻電源濾波出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，或更合適于高頻電源濾波(d) 更進(jìn)一步的改進(jìn)：更進(jìn)一步的改進(jìn)：LC濾波器濾波器26 / 105例題：例題：交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源3. 電感濾波器電感濾波器220VAC4DLR2D1D3D2C2nOv1n1CBXFU24VDC3n2CZ12A4474200050V27 / 105例題：例題：交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源3. 電感濾波器電感濾波器220VAC4DLR2D1D3D2C

11、2nOv1n1CBXFU24VDC3n2CZ12A4474200050V28 / 10529 / 105 穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。輸出電壓的一種電子設(shè)備。 穩(wěn)壓電路的輸出電壓值基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載穩(wěn)壓電路的輸出電壓值基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度變化無(wú)關(guān)。理想穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零及環(huán)境溫度變化無(wú)關(guān)。理想穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。阻越小，穩(wěn)壓性能越好。 穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可穩(wěn)壓電路是整

12、個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。30 / 1051. 輸入調(diào)整因數(shù)（電壓調(diào)整率）：輸入調(diào)整因數(shù)（電壓調(diào)整率）：ooV0i0ITVKV : 反映輸入電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響反映輸入電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響oooV0i0100%(%/ V)ITV VSV : 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率ooo0ii0100%ITV VV V : 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)反映負(fù)載電流和環(huán)溫反映負(fù)載電流和環(huán)溫不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響31 / 1052. 輸出電阻：輸出電阻：ioo0o0( )VTVRI : 反映電流反映電流 Io 變化對(duì)變化

13、對(duì) Vo 的影響的影響io0o0100%(%)IVTVSV : 電流調(diào)整率：電流調(diào)整率： Io 從從0 Max時(shí)，時(shí)， Vo 的相對(duì)變化率的相對(duì)變化率反映輸入電壓、環(huán)溫不反映輸入電壓、環(huán)溫不變，輸出電流變時(shí)輸出變，輸出電流變時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓器帶負(fù)載能力。即穩(wěn)壓器帶負(fù)載能力。32 / 1053. 溫度系數(shù)溫度系數(shù)ip-pop-p20lg(dB)VRRV4. 紋波抑制比紋波抑制比ioo00100%(mV / C)TVIVST33 / 1051. 電路組成電路組成四部分四部分：基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件iVToVL

14、R+AzDzVbVR2R1RpRfV比較放大比較放大 取樣電路取樣電路 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 調(diào)整管調(diào)整管 34 / 1052. 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理iVToVLR+AzDrefVbVR2R1RpRfV2o12VofRVVRRF V由運(yùn)放可知：由運(yùn)放可知：brefvof()VAVV當(dāng)當(dāng) Vi 或或 RL 變化時(shí)，輸出電壓變化時(shí)，輸出電壓Vo ，穩(wěn)壓過(guò)程如下：，穩(wěn)壓過(guò)程如下：Voi iVoh hVf Vnh hVbi iVceh hVbei i35 / 1053. Vo 及其調(diào)節(jié)范圍及其調(diào)節(jié)范圍 設(shè)運(yùn)放處于設(shè)運(yùn)放處于線性工線性工作狀態(tài)作狀態(tài)和和深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋狀態(tài)狀態(tài)，此時(shí)運(yùn)放的兩，此時(shí)運(yùn)放的兩輸入端的電壓

15、近似相輸入端的電壓近似相等，因此有：等，因此有：ref12oref2VVRRVVRFiVToVLR+AzDrefVbVR2R1RpRfV2oref12RVVRR12pomaxref2RRRVVR12pominref2pRRRVVRR36 / 1054. T 管的極限參數(shù)管的極限參數(shù)iVToVLR+AzDrefVbVR2R1RpRfVCMomaxII(BR)CEOCE maxi maxo minVVVVCMTC maxC maxCE maxPPIV 調(diào)整管的電流、電調(diào)整管的電流、電壓、功率受管子的極壓、功率受管子的極限參數(shù)制約：限參數(shù)制約：實(shí)際使用時(shí)應(yīng)考實(shí)際使用時(shí)應(yīng)考慮必要的余量！慮必要的余量！

16、37 / 1050. 概述概述單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入、輸出和公共引最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入、輸出和公共引出端，故稱(chēng)之為出端，故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器。輸出固定電壓輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓輸出正電壓78XX 輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓79XX （1. 25 37V 連續(xù)可調(diào)）連續(xù)可調(diào)）三端三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器分類(lèi)分類(lèi)38 / 1050. 概述概述外形外形1輸入端輸入端2 公共端公共端3 輸出端輸出端1 公共端公共端3 輸入端輸入端2

17、 輸出端輸出端TO92外觀與三極管無(wú)異外觀與三極管無(wú)異！39 / 1050. 概述概述性能性能輸出電壓額定值系列有輸出電壓額定值系列有: : 5V、6V、9V、12V 、15V、18V、24V等。等。 輸出電流超過(guò)輸出電流超過(guò) 1. 5 A（加散熱器）（加散熱器） 不需要外接元件不需要外接元件 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù) 內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù) 輸出電壓容差為輸出電壓容差為 4%40 / 1050. 概述概述參數(shù)參數(shù) 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率Sv(穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)) 電流調(diào)整率電流調(diào)整率SI oooV0i0100%(%/ V)ITV VSV 反映負(fù)載

18、電流和環(huán)溫反映負(fù)載電流和環(huán)溫不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響io0o0100%(%)IVTVSV 0.0050.02% 0.11.0%反映輸入電壓、環(huán)溫不反映輸入電壓、環(huán)溫不變，輸出電流變時(shí)輸出變，輸出電流變時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓器帶負(fù)載能力。即穩(wěn)壓器帶負(fù)載能力。41 / 1050. 概述概述參數(shù)參數(shù) 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率Sv(穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)) 電流調(diào)整率電流調(diào)整率SI 最大輸出電流最大輸出電流 IOM 輸出電壓輸出電壓 Vo 最小輸入輸出電壓差最小輸入輸出電壓差 min(Vi -Vo ) 最大輸入電壓最大輸入電壓 ViM

19、 最大功耗最大功耗 PM： MIMOOM()PVVI42 / 1051. 固定輸出三端穩(wěn)壓器固定輸出三端穩(wěn)壓器78LXX型三端穩(wěn)壓器型三端穩(wěn)壓器差放差放緩沖緩沖 取取樣樣調(diào)整管調(diào)整管基準(zhǔn)電路基準(zhǔn)電路 啟動(dòng)電路啟動(dòng)電路 控制控制電流電流 熱保護(hù)熱保護(hù) 過(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)1T2T4TiV3T5TZ1D4RZ2D3R1R2RoVZ3Z4D1D2D13T14T7T8T6T6R7R8R12R13R14R15R10R11R9R9T12T10T11T5RC5IREFVC8IB10I43 / 105基準(zhǔn)基準(zhǔn) )oref22ref1adj2refrefadj212refadj212ref111VVI RVIIRVVIRRRVIRRRVR調(diào)整管調(diào)整管 2. 可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器比較放大比較放大 取樣電路取樣電路 iVToVLR+ArefV1R2RI基準(zhǔn)基準(zhǔn)1.2V1I2IadjILM31744 / 1051. 單路固定電壓?jiǎn)温饭潭妷?104W7805123oV220VACLR2v1v104100100輸入與輸出間的輸入與輸出間的壓差需壓差需3V！改善波形：抵消改善