模擬電子電路基礎(chǔ) 第十章 電源電路

1、第10章 電源電路 第第 10 10 章章 電源電路電源電路第10章 電源電路10.1 10.1 直流穩(wěn)壓電源組成直流穩(wěn)壓電源組成10.210.2 整流電路整流電路10.3 10.3 濾波電路濾波電路10.4 10.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路第10章 電源電路10.1 10.1 直流穩(wěn)壓電源組成直流穩(wěn)壓電源組成第10章 電源電路10.2 10.2 整流電路整流電路 利用二極管的單向?qū)щ娮饔茫瑢㈦娋W(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)變成單方向的脈動直流電，這就是整流。常用的整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流以及倍壓整流。第10章 電源電路第10章 電源電路 在U2的正半周，V1導(dǎo)通，V2截止，電容C1被充電到接近U2的峰

2、值 ；在U2的負(fù)半周，V1截止，V2導(dǎo)通，這時變壓器次級電壓U2與C1 所充電壓極性一致，二者串聯(lián)，且通過V2向C2充電使C2上充電電壓可接近 2 。當(dāng)負(fù)載 并接在C2兩端時（ 一般較大），則 上的電壓 也可接近2 。22U22U二倍壓整流電路工作原理二倍壓整流電路工作原理 適用于輸適用于輸出電壓較高，負(fù)載出電壓較高，負(fù)載電流小的場合。電流小的場合。第10章 電源電路10.3 10.3 濾波電路濾波電路(a)圖、(c)圖屬于電容性濾波，其特點是電容兩端電壓不能突變，故濾波電路與負(fù)載電阻并聯(lián)。電容濾波電路一般適用于輸出電壓較高、負(fù)載電流較小并且變化也較小的場合。(b)圖屬于電感性濾波，其特點是流

3、過電感的電流不能突變，故濾波電路與負(fù)載電阻串聯(lián)。它主要適用于負(fù)載功率較大即大電流輸出或輸出電流變化范圍較大的場合。 第10章 電源電路一、整流濾波工作原理一、整流濾波工作原理（b）圖：負(fù)載為純電阻的輸出波形圖（a）圖：電路圖 （c）圖：負(fù)載為純電容的輸出波形圖 （d）圖：負(fù)載為電容和電阻的輸出波形圖 （e）圖：整流管電流輸出波形圖 第10章 電源電路二、主要參數(shù)估算二、主要參數(shù)估算1輸出直流電壓 不接濾波電容(C=0)時： 當(dāng)接入濾波電容(C0)，且負(fù)載RL=時： 一般情況下(RL ，C0)，的估算值為： oU222 20.9oUUU22oUU21.2oUU2濾波電容估算值式中：T為交流電網(wǎng)電

4、壓的周期。(3 5)2LTR C 3整流二極管的選擇 在橋式整流電路中，流過每個二極管的平均電流是負(fù)載電流的一半，即 由于整流二極管只在電容充電時才導(dǎo)通，因此該二極管將在較短的導(dǎo)通時間內(nèi)流過一個較大的沖擊電流。為保證整流管安全可靠工作，所選二極管最大整流電流應(yīng)留有充分的裕量。 在橋式整流電路中，整流管反向擊穿電壓()()22()1.20.6222o avo avD avLLLIUUUIRRR22BRUU第10章 電源電路10.4 10.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路類型：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 集成穩(wěn)壓電路 開關(guān)型穩(wěn)壓電路對穩(wěn)壓電路的主要要求：（1）穩(wěn)壓系數(shù) 小，穩(wěn)定度高。即輸出電壓相對變化量要

5、遠(yuǎn)小于輸入電壓變化量。（2）輸出電阻 小 。表示負(fù)載電流變化時，輸出電壓穩(wěn)定。（3）溫度系數(shù) 小。表示溫度變化時，輸出電壓穩(wěn)定。第10章 電源電路10.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：（1）電路簡單。（2）在負(fù)載電流比較小時，穩(wěn)壓性能比較好。（3）對瞬時變化的適應(yīng)性較好。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點：（1）輸出電壓不能調(diào)節(jié)。（2）輸出負(fù)載電流變化范圍小，且受穩(wěn)壓管電流范圍限制。（3）電壓穩(wěn)定度不易做得很高。)(minmaxmaxZZLIII第10章 電源電路10.4.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理 它由調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓和

6、比較放大電路等部分組成。 其中調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，故又稱為線性穩(wěn)壓電路。oSBoUUUU第10章 電源電路2.2.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍輸出電壓調(diào)節(jié)范圍212WSuoWRRUFURRR下()()ouSZuREFuoUAUUAUFU 1uoREFuuAUUA F12(1)WREFoREFuWRRUUUFRR上下第10章 電源電路3.3.短路保護電路短路保護電路 正常工作時， V1管輸出電流在額定范圍內(nèi)，電阻 R上的壓降不足以使 V2管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通， V2處于截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng)輸出電流超過額定值時，電阻 R上的壓降 UR使 V2管導(dǎo)通， IC2對 I分流，進而使調(diào)整管的 IB1減小， IC1也隨之減小，由

7、此限制了 IE1的增大，從而使調(diào)整管V1的工作電流在允許范圍內(nèi)，起到了保護作用。來自比較放大電路第10章 電源電路10.4.3 集成三端穩(wěn)壓器集成三端穩(wěn)壓器 集成三端穩(wěn)壓器是集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，它是一種將功率調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓、誤差放大、啟動和保護電路等全部集成在一個芯片上的集成電路，其用途十分廣泛，且使用非常方便。1 1固定式集成三端穩(wěn)壓器固定式集成三端穩(wěn)壓器 W78系列為固定式三端正電壓輸出集成穩(wěn)壓器。(a)圖W78系列引腳（正壓） W79系列為固定式三端負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。(b)圖W79系列引腳（負(fù)壓） 后面兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)壓值，它們有5V、6V、9V、12V、15V、1

8、8V、24V、這7個檔次，輸出電流的規(guī)格有0.1A(78L00)，0.5A(78M00)，1.5A(7800)這3個檔次。 例如78M05，表示輸出電壓為5V，最大輸出電流為0.5A。第10章 電源電路2 2可調(diào)式集成三端穩(wěn)壓器可調(diào)式集成三端穩(wěn)壓器 W7系列為可調(diào)式集成三端穩(wěn)壓器。 W17系列為三端可調(diào)式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器，其產(chǎn)品有W117、W217、W317，(a)圖：可調(diào)式集成三端正壓穩(wěn)壓器W117系列引腳圖。 W37系列為三端可調(diào)式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器，其產(chǎn)品有W137、W237、W337，(b)圖：可調(diào)式集成三端負(fù)壓穩(wěn)壓器W137系列引腳圖。第10章 電源電路3.3.基本應(yīng)用電路基本

9、應(yīng)用電路（1 1）固定輸出電路）固定輸出電路第10章 電源電路（2 2）擴大輸出電流的電路）擴大輸出電流的電路第10章 電源電路（3 3）擴大輸出電壓的電路）擴大輸出電壓的電路第10章 電源電路（4 4）輸出電壓可調(diào)電路）輸出電壓可調(diào)電路第10章 電源電路10.4.4串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電路串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電路 若將調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)其截止時，因電流 很小而管耗較?。划?dāng)其飽和導(dǎo)通時，因管壓降 很小而管耗較小，這將大大提高電路的效率。由于調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，故稱其為開關(guān)式穩(wěn)壓電路，其效率可達CEOICESU75% 90%串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電源存在以下兩個問題：1調(diào)整管總工作在線性放大狀態(tài)，管壓降大

10、，流過的電流也大(大于負(fù)載電流)，所以功耗很大，效率較低(一般為40%60%)，且需要龐大的散熱裝置。2電源變壓器的工作頻率為50Hz，頻率低而使得變壓器體積大、重量重。開關(guān)式穩(wěn)壓電路按開關(guān)管的連接方式可分為：串聯(lián)開關(guān)型、并聯(lián)開關(guān)型和脈沖變壓器耦合型。 1.1.問題的提出問題的提出第10章 電源電路2.2.電路組成電路組成圖中功率開關(guān)管、輸入電壓、輸出電壓三者串聯(lián)，故稱串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路。 只是在采樣電路、比較放大器和基準(zhǔn)電壓與前述串聯(lián)型穩(wěn)壓電路相同，在此基礎(chǔ)上，增加了儲能濾波電路，三角波發(fā)生器。 第10章 電源電路3.3.工作原理工作原理 當(dāng)比較器輸出UB為高電平時，調(diào)整管VT飽和導(dǎo)通，其發(fā)

11、射極電位 UE= Ui - UCES Ui ，電感L兩端的電壓為Ui - Uo ，其電壓極性為左正右負(fù)，二極管VD反偏截止，電感L上電流從最小值iLmin開始線性增加，向電容C充電，同時向負(fù)載 RL供電，使 RL兩端有輸出電壓，在此期間電感L儲存磁能。 當(dāng)比較器輸出 為低電平時，調(diào)整管VT由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂ｋ姼蠰產(chǎn)生自感電動勢，電壓極性相反，即變?yōu)橛艺筘?fù)，它使二極管VD導(dǎo)通，并使不能突變的電感電流iL經(jīng)RL和二極管VD釋放能量，同時濾波電容C也向 RL放電，因而RL兩端仍能獲得連續(xù)的輸出電壓。第10章 電源電路()050%oFFRoAonoffonooiUuuuutttUUUDT()()off

12、ononoiCESDiitttUUUUUDUTTT 第10章 電源電路10.4.5集成開關(guān)穩(wěn)壓器集成開關(guān)穩(wěn)壓器 開關(guān)電源按其控制方式分為兩種基本形式：一種是脈沖寬度調(diào)制（PWM），其特點是固定開關(guān)的頻率，通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比，進而調(diào)控輸出電壓；另一種是頻率調(diào)制（PFM），其特點是保持開關(guān)管導(dǎo)通時間不變（固定脈沖寬度），通過改變開關(guān)頻率的方法來調(diào)控輸出電壓（調(diào)節(jié)占空比）。二者的電路不同，但都屬于時間比率控制方式（TGC），其作用效果一樣，均可達到穩(wěn)壓的目的。 目前的開關(guān)電源大多數(shù)采用PWM方式，但也有少數(shù)采用PFM方式。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的PWM型和PFM型集成控制器已達上百種,下面以PWM型集成控制器SG3524為例來說明其工作原理及其構(gòu)成開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路。第10章 電源電路SG3524是美國硅通用公司（SILiconGeneral）生產(chǎn)的雙端輸出式脈寬調(diào)制器，工作頻率高于100kHz，工作溫度為070，適宜構(gòu)成100W500W中功率推挽