電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版康華光)第11章 直流穩(wěn)壓電源

1、華中科技華中科技大學(xué)大學(xué) 張林張林2華中科技大學(xué) 張林電子技術(shù)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分基礎(chǔ)模擬部分1 1 緒論緒論2 2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器3 3 二極管及其基本電路二極管及其基本電路4 4 場(chǎng)效應(yīng)三極管及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)三極管及其放大電路5 5 雙極結(jié)型三極管及其放大電路雙極結(jié)型三極管及其放大電路6 6 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)7 7 模擬集成電路模擬集成電路8 8 反饋放大電路反饋放大電路9 9 功率放大電路功率放大電路10 10 信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路11 11 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源華中科技大學(xué) 張林311 11 直流直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源11.1 11.1 小功率整流濾波

2、電路小功率整流濾波電路11.2 11.2 線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路11.3 11.3 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路華中科技大學(xué) 張林411.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路11.1.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路11.1.2 濾波電路濾波電路*11.1.3 倍壓整流電路倍壓整流電路5華中科技大學(xué) 張林 交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程變壓器：變壓器：整流：整流：濾波：濾波：穩(wěn)壓：穩(wěn)壓：降壓降壓濾除脈動(dòng)濾除脈動(dòng)交流變脈動(dòng)直流交流變脈動(dòng)直流進(jìn)一步消除紋波，提高電壓的穩(wěn)定性和帶載能力進(jìn)一步消除紋波，提高電壓的穩(wěn)定性和帶載能力 電源變壓器 v1 2

3、20V v2 50Hz 整流電路 vR 濾波電路 vF 穩(wěn)壓電路 VO t 交流電網(wǎng)電壓 v1 t v2 t vR t vF t VO 6華中科技大學(xué) 張林11.1.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦?. 工作原理工作原理7華中科技大學(xué) 張林 v2 O 2 3 4 t O iL iD1 iD3 iD2 iD4 iD1 iD3 iD2 iD4 t vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 2V2 2V2 0.9V2 VL0.9V2 11.1.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 v1 Tr v2 RL D1

4、D4 220V 50Hz + - 電網(wǎng) 電壓 v1 Tr a b v2 D1 D2 D4 D3 vL R1 220V 50Hz iL 1. 工作原理工作原理利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦?華中科技大學(xué) 張林11.1.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路3. 紋波系數(shù)紋波系數(shù)ttVV dsin2120L LLLRVI 483. 0L2L22r VVVK222V L29 . 0RV 4. 平均整流電流平均整流電流D3D1II D4D2II L2L45. 021RVI 5. 最大反向電壓最大反向電壓2RM 2VV vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 導(dǎo)通 導(dǎo)通

5、 導(dǎo)通 導(dǎo)通 2V2 0.9V2 VL0.9V2 2. VL和和IL9華中科技大學(xué) 張林11.1.2 濾波電路濾波電路幾種濾波電路幾種濾波電路（a）電容濾波電路）電容濾波電路（b）電感電容濾波電路（倒）電感電容濾波電路（倒L型）型）（c） 型濾波電路型濾波電路# 為什么不用有源濾波電路為什么不用有源濾波電路?10華中科技大學(xué) 張林11.1.2 濾波電路濾波電路電容濾波電路電容濾波電路11華中科技大學(xué) 張林11.1.2 濾波電路濾波電路電容濾波的特點(diǎn)電容濾波的特點(diǎn)A. 二極管的導(dǎo)電角二極管的導(dǎo)電角 ，流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大。很大。B. 負(fù)載直流平均電壓負(fù)載直流平均電壓 VL

6、 升高升高 d = RLC 越大，越大， VL 越高越高C. 直流電壓直流電壓 VL 隨負(fù)載電流隨負(fù)載電流增加而減少增加而減少當(dāng)當(dāng) d （3 5） 時(shí)，時(shí)，2TVL = ( 1.1 1.2 )V212華中科技大學(xué) 張林11.1.2 濾波電路濾波電路VL 隨負(fù)載電流的變化隨負(fù)載電流的變化13華中科技大學(xué) 張林11.1.2 濾波電路濾波電路電感濾波電路電感濾波電路14華中科技大學(xué) 張林*11.1.3 倍壓整流電路倍壓整流電路是變壓器副邊電壓的是變壓器副邊電壓的2倍倍正半周，正半周， D1導(dǎo)通，導(dǎo)通， D2截止，截止，C1充電達(dá)峰值電壓充電達(dá)峰值電壓 2 21VVC 當(dāng)當(dāng)C2的放電時(shí)間常數(shù)的放電時(shí)間

7、常數(shù)RLC2遠(yuǎn)大于電源電壓周期時(shí)，正半周遠(yuǎn)大于電源電壓周期時(shí)，正半周，C2放電很少，負(fù)載電壓可以基本保持不變。放電很少，負(fù)載電壓可以基本保持不變。 22 22 212VVVVCC 負(fù)半周，負(fù)半周， D1截止，截止， D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，C2充電的峰值電壓充電的峰值電壓 2L 222VVVC 15華中科技大學(xué) 張林*11.1.3 倍壓整流電路倍壓整流電路倍壓整流電路一般用于高電壓、小電流（幾毫安以下）和倍壓整流電路一般用于高電壓、小電流（幾毫安以下）和負(fù)載變化不大的直流電源中。負(fù)載變化不大的直流電源中。電路中元器件要求有較高的耐壓值，電路中元器件要求有較高的耐壓值，并能承受更大的沖擊電流并能承受更大

8、的沖擊電流增加連接的級(jí)數(shù)，可得到更增加連接的級(jí)數(shù)，可得到更高倍數(shù)的輸出電壓高倍數(shù)的輸出電壓華中科技大學(xué) 張林1610.2 線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路10.2.1 穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標(biāo)10.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路工作原理10.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器10.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用17華中科技大學(xué) 張林11.2.1 穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)壓電源質(zhì)量指標(biāo)輸出電壓輸出電壓) , , (OIOTIVfV 輸出電壓變化量輸出電壓變化量TSIRVKVT OoIVO 輸入調(diào)整因數(shù)輸入調(diào)整因數(shù)00IOVO TIVVK電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率00

9、IOOVO %100/ TIVVVS穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)00IIOOO / TIVVVV 輸出電阻輸出電阻00OOoI TVIVR溫度系數(shù)溫度系數(shù)00OI TVTTVS18華中科技大學(xué) 張林11.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)19華中科技大學(xué) 張林11.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理輸入電壓波動(dòng)輸入電壓波動(dòng)負(fù)載電流變化負(fù)載電流變化輸出電輸出電壓變化壓變化 OV)(REFF不不變變VV BV OV電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋所以輸出電壓所以輸出電壓)1(21REFORRVV 滿足深度負(fù)反饋，根據(jù)滿足深度負(fù)反饋，根據(jù)虛短

10、虛短和和虛斷虛斷有有212OFRRRVV REFFVV 將將VREF看作電路的輸入看作電路的輸入# 除了穩(wěn)壓原理來(lái)自負(fù)除了穩(wěn)壓原理來(lái)自負(fù)反饋，此電路設(shè)計(jì)還反饋，此電路設(shè)計(jì)還需要考慮哪些問(wèn)題需要考慮哪些問(wèn)題?2. 工作原理工作原理20華中科技大學(xué) 張林11.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器78 XX：正電壓正電壓 79 XX：負(fù)電壓：負(fù)電壓 21華中科技大學(xué) 張林11.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器1. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器22華中科技大學(xué) 張林11.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器2. 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（正電壓可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（正電壓L

11、M317、負(fù)電壓、負(fù)電壓LM337 ）輸出電壓輸出電壓22REFORIVV VI 調(diào)整管調(diào)整管 比較放大器比較放大器 I1 I VREF 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓 1.2V T VB VO R1 R2 I2 Iadj adj (相對(duì)于相對(duì)于adj 點(diǎn)點(diǎn)) )1(12REFRRV 2adj1REF)(RIIV 由于由于 Iabj I1所以所以21REFORIVV 21REFREFRRVV 23華中科技大學(xué) 張林11.2.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器3. 最小輸入輸出電壓差最小輸入輸出電壓差 VI 1 3 2 VO 三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器 類類 型型三端固定三端固定三端可調(diào)三端可調(diào)參參 數(shù)數(shù)符號(hào)符號(hào)單單

12、位位正壓正壓78負(fù)壓負(fù)壓79正壓正壓LM317負(fù)壓負(fù)壓LM337輸入電壓輸入電壓VIV (840) (340)輸出電壓輸出電壓VOV (524) (1.237)最?。ㄝ斎胼敵觯┳钚。ㄝ斎胼敵觯╇妷翰铍妷翰睿╒IVO）minV (2.02.5)1.22224華中科技大學(xué) 張林11.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1. 固定式應(yīng)用舉例固定式應(yīng)用舉例 VI 1 3 D 2 C1 0.33F C2 0.1F C3 10F VO 78L 25華中科技大學(xué) 張林11.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1. 固定式應(yīng)用舉例固定式應(yīng)用舉例 VI 1 3 D 2 C1 0.33F

13、C2 0.1F C3 10F VO 78L D1 D4 D3 D2 i 2 - - + + 26華中科技大學(xué) 張林11.2.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用2. 可調(diào)式應(yīng)用舉例可調(diào)式應(yīng)用舉例華中科技大學(xué) 張林2711.3 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路11.3.1 開(kāi)關(guān)試穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)試穩(wěn)壓電路的工作原理的工作原理*11.3.2 帶帶隔離變壓器的直流變換型隔離變壓器的直流變換型電源電源11.3.3 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用穩(wěn)壓電源的應(yīng)用舉例舉例28華中科技大學(xué) 張林11.3.1 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理1. 串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（

14、Buck）電路組成電路組成開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管T與負(fù)載與負(fù)載RL串聯(lián)串聯(lián)29華中科技大學(xué) 張林11.3.1 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理1. 串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（Buck）工作原理工作原理輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值IIonDoffCESIonO)()(qVVTtVTtVVTtV 式中式中qton/T 稱為脈沖波形的占空比稱為脈沖波形的占空比脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWM）式）式降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源30華中科技大學(xué) 張林11.3.1 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理1. 串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（串聯(lián)（降壓）型開(kāi)

15、關(guān)穩(wěn)壓電路（Buck）工作原理工作原理穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理VI（或（或RL）VO VF vA vB q（ton）VOIIonOqVVTtV 31華中科技大學(xué) 張林11.3.1 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理1. 串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（串聯(lián)（降壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（Buck）工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)ton不變，改變不變，改變T（或（或fk）同樣能調(diào)節(jié)）同樣能調(diào)節(jié)VO的大小，稱為脈的大小，稱為脈沖頻率調(diào)制沖頻率調(diào)制PFM控制方式?？刂品绞?。IIonOqVVTtV 32華中科技大學(xué) 張林11.3.1 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理2. 并聯(lián)（升壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（并

16、聯(lián)（升壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（Boost）主回路主回路工作原理工作原理開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管T與負(fù)載與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián) 當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓vG為高為高電平（電平（ton期間）時(shí)，期間）時(shí)，T飽和導(dǎo)通，輸入電壓飽和導(dǎo)通，輸入電壓VI直接加到直接加到L兩端，電感兩端，電感儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量 。 二極管二極管D截止，電截止，電容容C向負(fù)載提供電流向負(fù)載提供電流i放放 當(dāng)當(dāng)vG為低電平（為低電平（toff期間）時(shí)，期間）時(shí)，T截止，截止，iL不能突變。不能突變。L產(chǎn)生反電勢(shì)產(chǎn)生反電勢(shì)vL為為左負(fù)（）右正（）左負(fù)（）右正（） 若若VIvLVO，則，則D導(dǎo)通，導(dǎo)通，VIvL給負(fù)載提供電流給負(fù)載提供電流iO。顯然。顯然V

17、OVI，所以電路稱為升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路所以電路稱為升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路33華中科技大學(xué) 張林11.3.1 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理2. 并聯(lián)（升壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（并聯(lián)（升壓）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路（Boost）工作波形工作波形控制與驅(qū)動(dòng)電路可以采用電壓控制與驅(qū)動(dòng)電路可以采用電壓-脈沖寬脈沖寬度調(diào)制器（度調(diào)制器（PWM）集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)）集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)也有包括所有單元電路在內(nèi)的單片集也有包括所有單元電路在內(nèi)的單片集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源共選用成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源共選用34華中科技大學(xué) 張林*11.3.2 帶隔離變壓器的直流變換型電源帶隔離變壓器的直流變換型電源推挽式自激變換型穩(wěn)壓電路推挽式自激變

18、換型穩(wěn)壓電路 T1、T2和和Tr左側(cè)線圈等構(gòu)左側(cè)線圈等構(gòu)成振蕩電路，成振蕩電路，產(chǎn)生上千赫茲產(chǎn)生上千赫茲的振蕩波形，的振蕩波形，通過(guò)變壓器耦通過(guò)變壓器耦合到副邊，再合到副邊，再整流濾波穩(wěn)壓整流濾波穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。變換。在變壓器副邊增加幾組類似的電路，便可獲得多個(gè)要求不同的直流電壓在變壓器副邊增加幾組類似的電路，便可獲得多個(gè)要求不同的直流電壓35華中科技大學(xué) 張林*11.3.2 帶隔離變壓器的直流變換型電源帶隔離變壓器的直流變換型電源工作波形工作波形 36華中科技大學(xué) 張林11.3.3 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用舉例開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用舉例1. LM2576系列降壓式系列降壓式DC/DC電源變換器的應(yīng)用電源變換器的應(yīng)用 37華中科技大學(xué) 張林11.3.3 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用舉例開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用舉例2. 自激型推挽式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用自激型推挽式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用38華中科技大學(xué) 張林 小結(jié)小結(jié) （1）通過(guò)對(duì)共源和共射放大電路低頻響應(yīng)的分析看到，影）通過(guò)對(duì)共源和共射放大電路低頻響應(yīng)的分析看到，影響低頻響應(yīng)的主要因素是旁路電容和耦合電容。若想盡可能降響低頻響應(yīng)的主要因素是旁路電容和耦合電容。若想盡可能降低放大電路的下限截止頻率，則盡量選用容量較大