模擬電路第九章課件

1、模 擬 電 子 技 術集成直流穩(wěn)壓電源集成直流穩(wěn)壓電源第第 九九章章9.1單相整流濾波電路單相整流濾波電路9.3開關開關集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源小結小結9.2線性集成穩(wěn)壓器線性集成穩(wěn)壓器模 擬 電 子 技 術 9.1.2 濾波電路濾波電路 引言引言 9.1.1 單相整流電路單相整流電路模 擬 電 子 技 術濾波濾波整流整流穩(wěn)壓穩(wěn)壓變壓變壓交交流流電電源源負負載載組成框圖組成框圖模 擬 電 子 技 術OtuOtuOtuOtuOtu220 V單向單向脈動電壓脈動電壓合適的合適的交流電壓交流電壓濾濾 波波穩(wěn)穩(wěn) 壓壓模 擬 電 子 技 術9.1.1 單相整流電路單相整流電路一、半波整流一、半波整流)s

2、in(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U 0 2O)(d)sin(221ttUU 245. 0U tO 2 3 iD= iO tO 2 3 uD22U 2RM2UU L2OD45. 0RUII RL220 V+ uu2iD+ uD模 擬 電 子 技 術V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uo u2u1二、橋式整流二、橋式整流輸入正半周輸入正半周1. 1. 工作原理工作原理輸入負半周輸入負半周+uo 模 擬 電 子 技 術2. 波形波形 tO tO tO tO 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD= iO22U22UU2模 擬 電

3、 子 技 術3. 參數估算參數估算1) ) 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值)(d)sin(21 0 OttUU 229 . 022UU 2) ) 二極管平均電流二極管平均電流LOOD221RUII L245. 0RU 3) ) 二極管最大反向壓二極管最大反向壓2RM2UU to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD = iO22U22UU2模 擬 電 子 技 術4. 簡化畫法簡化畫法+uo RLio+u2 5. 整流橋整流橋把四只二極管封裝把四只二極管封裝在一起稱為整流橋在一起稱為整流橋 模 擬 電 子 技 術io + uo= uc RLV1V4V3V

4、2+u 9.1.2 濾波電路濾波電路一、電容濾波一、電容濾波1. 電路和工作原理電路和工作原理C模 擬 電 子 技 術io + uo= uc RLV1V4V3V2+u V 導通時給導通時給 C 充電，充電，V 截止時截止時 C 向向 RL 放電放電；濾波后濾波后 uo 的波形變得平緩，平均值提高。的波形變得平緩，平均值提高。電容電容充電充電電容電容放電放電C模 擬 電 子 技 術2. 波形及輸出電壓波形及輸出電壓2O2U U 當當 RL = 時：時：O tuO 2 22U當當 RL 為有限值時：為有限值時：2O229 . 0UUU 通常取通常取RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR

5、RL = 為獲得良好濾波效果，一般?。簽楂@得良好濾波效果，一般?。? (T 為輸入交流電壓的周期為輸入交流電壓的周期) )UO = 1.2U2模 擬 電 子 技 術 例例 9.1.1 單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率 f = 50 Hz，負載電阻負載電阻 RL = 40 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓 UO = 20 V，選擇，選擇整流二極管整流二極管及及濾波電容。濾波電容。 解解 1. 選二極管選二極管V 172 . 1202 . 1O2 UU電流平均值：電流平均值： A0.2540 20212121LOOD RUII承受最高反壓承受最高反壓：V 2

6、422RM UU模 擬 電 子 技 術2RM2UU 選二極管應滿足：選二極管應滿足：IF (2 3) ID可選：可選：2CZ55C( (IF = 1 A，URM = 100 V) )或或 1 A、100 V 整流橋整流橋2. 選濾波電容選濾波電容s 02. 05011 fTs 04. 024 L TCR取取F 0001 40s 0.04 C可選可選： 1 000 F，耐壓，耐壓 50 V 的電解電容。的電解電容。模 擬 電 子 技 術二、其他形式濾波二、其他形式濾波1. 電感濾波電感濾波RLL+u2 整流后的輸出電壓：整流后的輸出電壓：直流分量直流分量被電感被電感 L 短路短路交流分量交流分量

7、主要主要降在降在 L 上上 電感越大，濾波效果越好電感越大，濾波效果越好模 擬 電 子 技 術2. 型濾波型濾波L C1RL+u2 C2C1、C2 對交流對交流容抗小容抗小L 對交流對交流感抗感抗很很大大負載電流小時負載電流小時模 擬 電 子 技 術9.2線性集成穩(wěn)壓線性集成穩(wěn)壓器器三端固定集成穩(wěn)壓器三端固定集成穩(wěn)壓器串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理三端可調輸出集成穩(wěn)壓器三端可調輸出集成穩(wěn)壓器模 擬 電 子 技 術8Uo+UI RLV1+UCE 并聯(lián)型并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 調整管與負載并聯(lián)調整管與負載并聯(lián)串聯(lián)型串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 調整管與負載串聯(lián)調整管與負載串聯(lián)9.2.1

8、 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI 取取樣樣電電路路調整管調整管比較放比較放大電路大電路基準電壓基準電壓UZUF 一、結構和穩(wěn)壓原理一、結構和穩(wěn)壓原理 模 擬 電 子 技 術穩(wěn)壓的實質：穩(wěn)壓的實質： UCE 的自動調節(jié)使輸出電壓恒定的自動調節(jié)使輸出電壓恒定二、輸出電壓的調節(jié)范圍二、輸出電壓的調節(jié)范圍8+Uo +UI R 2RLR 1R1UFUZR2RP模 擬 電 子 技 術Zp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 模 擬 電 子 技 術9.2.2 三端固定集成穩(wěn)壓器三端固定集成穩(wěn)壓器CW78

9、00 系列系列( (正電源正電源) ) CW7900 系列系列( (負電源負電源) )5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V一、一、78、79 系列的型號命名系列的型號命名輸出電流輸出電流78L / 79L 輸出電流輸出電流 100 mA78M / 9M 輸出電流輸出電流 500 mA78 / 79 輸出電流輸出電流 1.5 A輸出電壓輸出電壓模 擬 電 子 技 術例如：例如：CW7805 輸出輸出 5 V，最大電流，最大電流 1.5 ACW78M05 輸出輸出 5 V，最大電流，最大電流 0.5 ACW78L05 輸出輸出 5 V，最大電流，最大電流 0.

10、1 A模 擬 電 子 技 術封裝封裝CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符號符號CW7800+213CW790013_2_塑料封裝塑料封裝金屬封裝金屬封裝模 擬 電 子 技 術二、二、CW7800 的內部結構和基本應用電路的內部結構和基本應用電路內部內部結構結構+UI 取樣電路調整電路保護電路電路基準電壓比較放大啟動電路+UO 模 擬 電 子 技 術基本應基本應用電路用電路Uo = 12VW7812123C2+UiC1C30.33 F0.1 F 100 FRL防止輸入端短路時防止輸入端短路時 C3反向放電損壞穩(wěn)壓器反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入抵消輸入長接線的長

11、接線的電感效應，電感效應，防止自激防止自激改善負載改善負載的瞬態(tài)響的瞬態(tài)響應，消除應，消除高頻噪聲高頻噪聲模 擬 電 子 技 術提高輸出提高輸出電壓電路電壓電路W78132 Ci C2+UO +UI +U R1R2IQI1I2靜態(tài)電流靜態(tài)電流5 8 mA要求要求Q115IRUI 2Q1O)(RIIUU 2Q1)(RIRUU URR)1(12輸出電壓輸出電壓 UO U 模 擬 電 子 技 術輸出電壓可輸出電壓可調穩(wěn)壓電路調穩(wěn)壓電路W78 C1 C2+UI + U +UO R1R2R3R48 UU( (虛短虛短) )O211433URRRURRR URRRRRU43312O)1(可產生可產生小于小

12、于 U 的的輸出電壓輸出電壓 UO模 擬 電 子 技 術輸出正、負輸出正、負電壓的電路電壓的電路24V24V220VW7815W79151 000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1 000 F 0.1 F220 F 模 擬 電 子 技 術恒流源電路恒流源電路+UI = 10V W7805+UO RRLIQIO0.1 F0.33 F10 Q23OIRUI A5 . 0 模 擬 電 子 技 術9.2.3 三端可調輸出集成穩(wěn)壓器三端可調輸出集成穩(wěn)壓器一、典型產品型號命名一、典型產品型號命名CW117/217/317系列系列( (正電源正電源) )CW137/237/337系列系

13、列( (負電源負電源) )工作溫度工作溫度CW117( (137) ) - -55 150 CCW217( (237) ) - -25 150 CCW317( (337) ) 0 125 C模 擬 電 子 技 術基準電壓基準電壓1.25 V輸出電流輸出電流L 型型 輸出電流輸出電流 100 mAM 型型 輸出電流輸出電流 500 mA模 擬 電 子 技 術二、二、CW117 內部結構和基本應用電路內部結構和基本應用電路內內部部結結構構調整電路基準電路誤差放大啟動電路偏置電路電路保護電路電路IREFUIUOADJ外外形形引引腳腳CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ

14、 50 A模 擬 電 子 技 術基本應用電路基本應用電路Uo CW3173C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I REF0.1 FV1V2V1 防止輸入端短路時防止輸入端短路時C4 反向放電損壞穩(wěn)壓器反向放電損壞穩(wěn)壓器V2 防止輸出端短路時防止輸出端短路時C2 通通過調整端放電損壞穩(wěn)壓器過調整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF = 1.25 V使使 UREF 很穩(wěn)定很穩(wěn)定I REF 50 A模 擬 電 子 技 術2REF211REFO)(RIRRRUU )/1(25. 112RR R1 = UREF/ IQ = 125 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 IQ( (約約10 mA) )從輸出端流出，從

15、輸出端流出， RL 開路時流過開路時流過 R1R2 = 0 2.2 k 時，時，UO = 1.25 24 V模 擬 電 子 技 術0 30 V 連續(xù)可調電路連續(xù)可調電路Uo CW3173+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+ 3 k 120 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V當當 R2 = 0 時，時，UO= 0 V模 擬 電 子 技 術9.3開關集成穩(wěn)壓電源開關集成穩(wěn)壓電源 引言引言 9.3.1 開關穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關穩(wěn)壓電源的基本工作原理 9.3.2 集成開關穩(wěn)壓器及其應用集成開關穩(wěn)壓器及其應用模 擬 電 子 技 術線性穩(wěn)壓電路的缺點：線性穩(wěn)壓

16、電路的缺點：調整管調整管管耗大管耗大電源電源效率低效率低( (40% 60%) )改進思路：改進思路：使調整管使調整管截止截止( (電流小電流小) ) 飽和飽和( (管壓降小管壓降小) )模 擬 電 子 技 術開關穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：開關穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：效率高效率高( (80% 90%) )體積小、重量輕體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬穩(wěn)壓范圍寬開關穩(wěn)壓電路的缺點：開關穩(wěn)壓電路的缺點：電路電路復雜復雜對電網要求不高對電網要求不高對電子設備對電子設備干擾較大干擾較大輸出電壓含輸出電壓含較大紋波較大紋波模 擬 電 子 技 術一、一、 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路9.3.1 開關穩(wěn)壓電源的基本工作原理開

17、關穩(wěn)壓電源的基本工作原理調整管調整管取樣取樣電路電路開關調整管控制開關調整管控制組成框圖組成框圖濾波濾波+UI +Uo RLV18A8C基準電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定頻率固定的三角波的三角波誤差放大誤差放大續(xù)流續(xù)流模 擬 電 子 技 術工作波形工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調制式脈寬調制式 ( (PWM) )模 擬 電 子 技 術onIOtTUU +UI V1LuEIO+Uo RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL= DUITtDon 占空比占空比模 擬 電 子 技 術+UI +U

18、o RLV18A8CR1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比占空比 UOD = 50 %當當 uF = UREF ， uA = 0，UO 為預定標稱值為預定標稱值模 擬 電 子 技 術二、二、 并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路+UI +Uo RLV1R1R2LC+UREFuFuB控控 制制電電 路路V2+UI +Uo RLV1LC+uBV2+UI +Uo RLV1LC+uBV2iL高電平高電平iO低電平低電平uBtofftonT IoffonO)1(UttU 截止截止截截止止iL模 擬 電 子 技 術單片脈寬調制式單片脈寬調制式( (外接

19、開關功率管外接開關功率管) )9.3.2 集成開關穩(wěn)壓器及其應用集成開關穩(wěn)壓器及其應用類型類型單片集成開關穩(wěn)壓器單片集成開關穩(wěn)壓器CW1524CW4960/4962一、一、CW1524/2524/3524( (區(qū)別在于溫度范圍區(qū)別在于溫度范圍) )組成：組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調制器、基準電壓源、誤差放大器、脈寬調制器、振蕩器、觸發(fā)器、振蕩器、觸發(fā)器、 2 只輸出功率管、過熱保護只輸出功率管、過熱保護最大輸入電壓最大輸入電壓：40 V最高工作頻率最高工作頻率：100 kHz每路輸出電流每路輸出電流：100 mA內部基準電壓內部基準電壓：5 V( (承受承受 50 mA電流電流) )模

20、 擬 電 子 技 術取樣電壓取樣電壓基準電壓基準電壓輸出輸出方波方波定時電容定時電容定時電阻定時電阻關閉關閉,控制脈寬控制脈寬接擴流晶體接擴流晶體管管 C、E 極極輸入輸入電壓電壓振蕩振蕩/ /同步同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流限流+限流限流斷路斷路補償補償CW1524 系列引腳排列系列引腳排列模 擬 電 子 技 術防止寄生振蕩防止寄生振蕩外接復合管擴流外接復合管擴流產生產生振蕩振蕩1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V

21、2V15 k 3 k 5 k 5 k 5 k 2 k 50 k 180 68 0.1 UIUOR00.1 F0.02 F0.01 F 500 F( (28 V) )CW1524L0.9 mHf0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz+ 5 V2.5 V2.5 V+ 5 V限流取樣電阻限流取樣電阻( (1 A) )模 擬 電 子 技 術二、二、CW4960/4962組成：組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調制器基準電壓源、誤差放大器、脈寬調制器 開關功率管開關功率管( (內接內接) )、軟啟動電路、軟啟動電路、 過流限制、過熱保護過流限制、過熱保護功能：功能：慢起動、過流保護、過熱保

22、護慢起動、過流保護、過熱保護 占空比可調占空比可調( (0 100 %) )最大輸入電壓：最大輸入電壓：50 V輸出電壓：輸出電壓：5.1 40 V 連續(xù)可調連續(xù)可調最高工作頻率：最高工作頻率：100 kHz額定輸出電流：額定輸出電流： 2.5 A ( (過流保護過流保護 3.0 4.5 A) ) 1.5 A ( (過流保護過流保護 2.5 3.5 A) )小散熱片小散熱片不用散熱片不用散熱片模 擬 電 子 技 術CW4960/4962 系列引腳圖系列引腳圖1 2 3 4 5 6 7CW4960IN反饋反饋補償補償GNDRT/CT軟啟動軟啟動輸出輸出1 234 5678161514131211

23、109NC輸出輸出NC補償補償NCGNDGNDNC輸入輸入NC軟啟動軟啟動RT/CTGNDGND反饋反饋NCCW4962模 擬 電 子 技 術CW4960/4962 應用電路應用電路 220 FR115 k L150 H4962( (4960) )11(3)10(2)7(1)14( (5) )4( (4) )15( (6) )2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k +220 F220 F / 40 VC2C34.3 k 33 nF2.2 F2.2 nFV取樣電阻取樣電阻500 10 k )1( 1 . 512RR 工作頻率控制工作頻率控制f = 1/ RTCT106 kHz一般一般 RT = 1 27 k CT = 1 3.3 nF 頻率補償頻率補償防寄生振蕩防寄生振蕩續(xù)流二