直流穩(wěn)壓電源設計學習

1、小小的充電器，如何實現(xiàn)小小的充電器，如何實現(xiàn)220V220V的的交流電到交流電到直流電直流電的轉換？的轉換？充電器的內(nèi)部構造充電器的內(nèi)部構造01020304單相整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路直流電源的組成01直流電源的組成 （1 1）電源變壓器）電源變壓器電網(wǎng)提供的交流電一般為電網(wǎng)提供的交流電一般為220V220V（或（或380V380V），而各種電子設），而各種電子設備所需要直流電壓的幅值卻各不相同。因此，常常需要將備所需要直流電壓的幅值卻各不相同。因此，常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器，然后將變換后的二次電壓再電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器，然后將變換后的二次電壓再去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需的

2、直流電壓幅值去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需的直流電壓幅值。 （2 2）整流電路）整流電路整流電路的作用是利用具有單向導電性的整流元件，將正整流電路的作用是利用具有單向導電性的整流元件，將正負交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。但是，負交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠。的直流電壓還差得很遠。穩(wěn)壓電源結構穩(wěn)壓電源結構 （3 3）濾波器）濾波器濾波器主要由電容、電感等儲能元件組成。他的作用是盡可濾波器主要由電容、電感等儲能元件組成。他的作用是盡可能地將單

3、相脈動電壓中的脈動成分去掉，使輸出電壓成為比能地將單相脈動電壓中的脈動成分去掉，使輸出電壓成為比較平滑的電壓較平滑的電壓。 （4 4）穩(wěn)壓電路）穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源結構穩(wěn)壓電源結構02單相整流電路單相整流電路這些美麗這些美麗的霓虹燈都是的霓虹燈都是由二極管組成由二極管組成不同的二極不同的二極管有不同的管有不同的功能功能。這是用于整流的二極管這是用于整流的二極管單相半波整流電路單相半波整流電路單相半波整流電路導電作用，使變壓器二次

4、交流電壓變換成為負載兩端的單向脈動電壓，達到了整流的目的。因為這種電路只在交流電壓的半個周期內(nèi)才有電流流過負載，所以稱為單相半波整流電路。半波整流電路的優(yōu)點是結構簡單，使用的元件少。但是也有明顯的缺點：輸出波形脈動大；直流成分比較大；變壓器有半個周期不導電，利用率低；變壓流含有直流成分，容易飽和。所以只能用在輸出電流較小，要求不高的場合。單相橋式整流電路 針對半波整流電路的缺點，提出了單相橋式整流電路，如下圖所示。電路中采用了四個二極管，接成電橋形式，故稱為橋式整流電路。橋式整流電路的四種畫法:單相橋式整流電路03濾波電路濾波電路由于整流電路的輸出電壓都含有較大的脈動成分，因此極少直接用作電子

5、電路的直流電源。通常在整流電路后面還要加上一定的濾波電路。對濾波電路的要求是，一方面盡量降低輸出電壓的脈動成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。電容電感都是基本的濾波元件，利用它們的儲能作用，在二極管導電時將一部分能量儲存在電場或磁場中，然后逐漸釋放出來，從而在負載上得到比較濾波電路平滑的波形。從另一個角度看，電容和電感對于交流成分和直流成分呈現(xiàn)的阻抗是不同的，如果把它們合理的安排在電路中，可以降低交流成分，保留直流成分的目的，實現(xiàn)濾波作用。下面介紹幾種常用的濾波電路。濾波電路幾種濾波電路（a）電容濾波電路（b）電容電感濾波電路（倒L型）（c）型濾波電路半

6、波整流電容濾波電路電容電容充電充電電容放電電容放電電電容容充充電電電容放電電容放電半波整流電容濾波電路工作原理：半波整流電容濾波電路電容濾波電路橋式整流電容濾波電路電容濾波電路橋式整流電容濾波電路電容充電電容充電電容放電電容放電電容充電電容充電電容濾波電路電容濾波電路特點：輸出平均電壓與輸出平均電流的關系成為電容濾波電路的負載特性由圖分析可知當輸出直流電流小時（負載電阻大），輸出電壓大。當輸出直流電流大時（負載電阻?。?，輸出電壓小。結論：電容濾波電路的輸出電壓在負載變化時影響波動較大,所以它帶負載能力差,只適用于負載較輕且變化不大的場合電感濾波電路電感濾波電路就是把電感元件與負載串聯(lián)，接在整流

7、電路后面 。電感濾波特點：峰值電流小，輸出特性較平坦。但是輸出電壓較低，鐵芯笨重、體積大，易引起電磁干擾。因此電感濾波電路適用于低電壓、大電流的場合。電感濾波電路電感濾波原理：當流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻 礙電流的變化使負載電流和電壓的脈動減小。 ，復式濾波電路為了改善濾波特性則需要采用多極濾波下面介紹幾種復式濾波電路型濾波電路：濾波效能高，適用于負載電流較大、要求紋波很小的場合型濾波電路：濾波效果好，適用于負載電流較大、對直流輸出穩(wěn)定度要求較高的場合。 型濾波型濾波電路：濾波效果電路：濾波效果好，適用于負載好，適用于負載較輕，對輸出電較輕，對輸出電壓穩(wěn)定度要求不壓穩(wěn)定度要

8、求不高的場合高的場合04穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路電壓的一種電子設備。穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負載及環(huán)境溫度的變化無關。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的橫壓源。實際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻約小，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路及其適用范圍 一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 利用穩(wěn)壓二極管可以構成簡單的直流穩(wěn)壓電路，但其穩(wěn)壓電路，由于穩(wěn)壓二極管本身的參數(shù)確定，是一個固定值，而且一般小功率穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流只有十幾毫安至幾十毫安，因此不能適應負載較大電流的需要。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的優(yōu)點是電路十分簡單，安裝容易，也可以供要

9、求不高的負載使用。 穩(wěn)壓二極管構成的穩(wěn)壓電路，還常被用來輸出基準電壓。 四、集成穩(wěn)壓電路 集成穩(wěn)壓電路體積小，使用方便，被廣泛地用于各種電子設備中，亦可用于高質量穩(wěn)壓電源的前置穩(wěn)壓。 二、三極管穩(wěn)壓電路（串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路）二、三極管穩(wěn)壓電路（串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路） 三極管在穩(wěn)壓電路中用作功率管，起調整作用。三極管與負載有的是串三極管在穩(wěn)壓電路中用作功率管，起調整作用。三極管與負載有的是串聯(lián)連接，有的是并聯(lián)連接。三極管在起調整作用時，工作在線性區(qū)的稱為聯(lián)連接，有的是并聯(lián)連接。三極管在起調整作用時，工作在線性區(qū)的稱為線性電源，工作在開關狀態(tài)的稱為開關電源。線性電源和開關電源是直流線性電源，工作在開

10、關狀態(tài)的稱為開關電源。線性電源和開關電源是直流穩(wěn)壓電源的兩大類別。穩(wěn)壓電源的兩大類別。 串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源的最主要缺點是變換效率低，一般只有串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源的最主要缺點是變換效率低，一般只有35356060。開關穩(wěn)壓電源主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可高達開關穩(wěn)壓電源主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可高達70709595，缺點是，缺點是紋波和噪聲較大。紋波和噪聲較大。 三、晶閘管穩(wěn)壓電路（開關式穩(wěn)壓電路）三、晶閘管穩(wěn)壓電路（開關式穩(wěn)壓電路） 采用晶閘管作為調整器件所構成的穩(wěn)壓電路，是一種采用晶閘管作為調整器件所構成的穩(wěn)壓電路，是一種開關式穩(wěn)壓電路，它的控制電路（觸發(fā)電路與關斷電路）開關式穩(wěn)壓電路，

11、它的控制電路（觸發(fā)電路與關斷電路）和三極管的控制電路不同，采用不同的控制電路，對電源和三極管的控制電路不同，采用不同的控制電路，對電源的性能也有一些特殊的影響。的性能也有一些特殊的影響。 晶閘管的耐壓可達幾千伏甚至上萬伏，電流也可達幾晶閘管的耐壓可達幾千伏甚至上萬伏，電流也可達幾百安，因此常被用來制造大容量的穩(wěn)壓電路。百安，因此常被用來制造大容量的穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管特性串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路開關式穩(wěn)壓電路串聯(lián)開關控制平均輸出電壓 右圖所示是利用右圖所示是利用開關開關S S周期性地接通周期性地接

12、通和斷開來取代電阻的和斷開來取代電阻的變化，當變化，當S S接通時，接通時，輸入的未穩(wěn)壓直流輸入的未穩(wěn)壓直流U UI I可以加到負載上，可以加到負載上，S S斷斷時，時，U UI I不能送到負載。開關的接通時間不能送到負載。開關的接通時間t tonon與與開關周期開關周期T T 之比稱為脈沖電壓的占空比之比稱為脈沖電壓的占空比t tonon/ /T T。 開關占空比的改變主要有兩種方式。開關占空比的改變主要有兩種方式。 開關電路中的開關實際上是一只二開關電路中的開關實際上是一只二三極管，利用二三極管的開關作用進行三極管，利用二三極管的開關作用進行導通和截止。加到二三極管基極的矩形導通和截止。加

13、到二三極管基極的矩形脈沖用來控制二三極管的導通或截止，脈沖用來控制二三極管的導通或截止，二三極管以開關方式工作，飽和時，相二三極管以開關方式工作，飽和時，相當于開關接通；截止時，相當于開關斷當于開關接通；截止時，相當于開關斷開。這種二三極管一般稱為開關調整管。開。這種二三極管一般稱為開關調整管。開關式穩(wěn)壓電路加接濾波器使輸出電壓平滑 電路及波形如圖所示開關式穩(wěn)壓電路三三、開關式串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本結構、開關式串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本結構 開關電源的結構框圖如圖所示。將穩(wěn)壓前直開關電源的結構框圖如圖所示。將穩(wěn)壓前直流電源輸出的電壓加到高速開關電路上，由輸出流電源輸出的電壓加到高速開關電路上，由輸出變化量

14、的檢測電路，即誤差檢測電路（或稱為取變化量的檢測電路，即誤差檢測電路（或稱為取樣電路），將電壓檢測信號與基準電壓在比較電樣電路），將電壓檢測信號與基準電壓在比較電路中進行比較，其誤差形成開關控制信號，該開路中進行比較，其誤差形成開關控制信號，該開關控制信號是負反饋信號，它再控制開關電路，關控制信號是負反饋信號，它再控制開關電路，從而使開關電路的輸出得到穩(wěn)定從而使開關電路的輸出得到穩(wěn)定。結構框圖結構框圖開關式穩(wěn)壓電路開關式串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本原理開關式串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本原理 1. 1. 開關元件開關元件 在開關電源中三極管充在開關電源中三極管充當開關元件，三極管的導當開關元件，三極管的導通和截止由

15、占空比控制電通和截止由占空比控制電路送來的正負脈沖所控制。路送來的正負脈沖所控制。1VT 2. 2. 控制電路控制電路 控制電路由基準部分、控制電路由基準部分、比較放大器、三角波發(fā)生比較放大器、三角波發(fā)生器和脈寬調制器組成器和脈寬調制器組成。 3. 3.濾波器濾波器 濾波器由電感和電容濾波器由電感和電容組成，對脈沖電壓進行濾組成，對脈沖電壓進行濾波，得到紋波很小的直流波，得到紋波很小的直流輸出電壓。輸出電壓的大輸出電壓。輸出電壓的大小與占空比成正比。小與占空比成正比。 4. 4. 續(xù)流二極管續(xù)流二極管VD VD 在電感平滑電路中加上續(xù)在電感平滑電路中加上續(xù)流二極管流二極管VDVD，在開關調整管

16、，在開關調整管截止期間有續(xù)流的作用，在截止期間有續(xù)流的作用，在開關調整管導通時二極管開關調整管導通時二極管VDVD截止。截止。 5. 5.取樣電路取樣電路 電阻電阻 和和 組成輸出電組成輸出電壓壓 的取樣電路，實際的取樣電路，實際上就是分壓器，它把輸上就是分壓器，它把輸出電壓出電壓 變化量的一部變化量的一部分送入比較放大器分送入比較放大器。2ROU 目前有多種脈寬調制型開關電源的控制芯片，有目前有多種脈寬調制型開關電源的控制芯片，有的還將開關調整管也集成于芯片中，其含有各種保護的還將開關調整管也集成于芯片中，其含有各種保護電路，因而可以得到如圖所示的簡化電路電路，因而可以得到如圖所示的簡化電路。開關式穩(wěn)壓電源的原理圖開關式穩(wěn)壓電源的原理圖其原理圖如圖所示其原理圖如圖所示集成穩(wěn)壓電路隨著集成技術的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化。目前，集成穩(wěn)壓器已經(jīng)成為模擬集成電路的一個重要組成部分。集成穩(wěn)壓器具有體積小、可，可靠性高以及溫度特性好等優(yōu)點，而且使用靈活方便、價格低廉，被廣泛應用于儀器、儀表及其它各種電子設備中，特別是三端集成穩(wěn)壓器，芯片只引出三個端子。分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件。三端集成穩(wěn)壓器有