維修電工第三章3.1直流穩(wěn)壓電源課件

1、 直流穩(wěn)壓電源 主講：袁占舵一般環(huán)境下機(jī)床常用工作區(qū)安全照明電壓有幾種？說(shuō)出三種異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法 24V，36V變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（變阻調(diào)速，變壓調(diào)速）、變頻調(diào)速。 請(qǐng)列舉出你所知道的五種繼電器。時(shí)間繼電器，中間繼電器，電流繼電器（欠，過(guò)），電壓繼電器（欠，過(guò)，零），速度繼電器，熱繼電器，壓力繼電器，功率繼電器，固態(tài)繼電器。熔斷器的安裝與使用有哪些規(guī)則答：1、用于安裝使用的熔斷器應(yīng)完整無(wú)損。2.熔斷器安裝時(shí)應(yīng)保證熔體與夾頭、夾頭與夾座接觸良好。3.熔斷器內(nèi)要安裝合格的熔體。4.更換熔體或熔管時(shí)，必須切斷電源。5.對(duì)RM10系列熔斷器，在切斷過(guò)三次相當(dāng)于分?jǐn)嗄芰Φ碾娏骱?，必須更換熔斷管

2、。6.熔體熔斷后，應(yīng)分析原因排除故障后，再更換新的熔體。7.熔斷器兼作隔離器件使用時(shí)，應(yīng)安裝在控制開(kāi)關(guān)的電源進(jìn)線端。論述萬(wàn)用表的使用及注意事項(xiàng)要點(diǎn)五條1、使用之前調(diào)零2、正確接線3、正確選用測(cè)量檔位4、正確讀數(shù)5、注意操作安全另外，用完之后，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于空檔或交流電壓罪高檔。如長(zhǎng)期不用，應(yīng)取出電池。 直流穩(wěn)壓電源7.4 串聯(lián)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源7.3 集成穩(wěn)壓器7.1 整流濾波電路7.2 穩(wěn)壓電路第7章 直流穩(wěn)壓電源1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計(jì)算;2. 了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3. 了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。4.了解開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。本章要求：7

3、.1 整流濾波電路電源變壓器: 將交流電源電壓u1變?yōu)樗枰慕涣麟?壓u2。整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓uR。濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓uR轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷?電壓uF。穩(wěn)壓電路: 當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化時(shí),維持輸出Uo的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能交流電源電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負(fù)載u1u2uRuFUootu1otu2otuRotuFotUoRL7.1.1 單相整流電路1. 單相半波整流電路o tuo o uDtu1TriDbaiouoDu2RLo t iDio2u2 t3o u2 0 時(shí)，D導(dǎo)通uD= 0 。U2 0 ub 0時(shí)，D1導(dǎo)通D2截止Ua 0 ub 0

4、時(shí)，D2導(dǎo)通D1截止 uo=ua uo=ub輸出平均電壓 Uo=0.9U2二極管上的平均電流：二極管上承受的最高電壓：輸出平均電流3 .單相橋式整流電路u2正半周時(shí)電流通路 分析 設(shè)：+-u1u2TrD4D2D1D3RLuoabto+-ioD1 D2共陰極，對(duì)應(yīng)uo的“+”極； D3 D4共陽(yáng)極，對(duì)應(yīng)uo的“-”極。D1 D3在u2的正半周導(dǎo)通； D2 D4在u2的負(fù)半周導(dǎo)通。-+u2負(fù)半周時(shí)電流通路uou1u2TrD4D2D1D3RLabto+-iou20 時(shí) a+ b-D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由a+經(jīng)D1RLD3b-u20 時(shí)b(+) a(-)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流

5、通路:由b(+)經(jīng)D2RLD4a(-)輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形uou2D4D2D1D3RLu0+-ab(+)(-) 輸出平均電壓Uo輸出平均電流 二極管的選擇二極管上的平均電流：二極管上的最高反向電壓：u1u2TrD4D2D1D3RLuoabto+-io問(wèn)題與討論單相橋式整流電路中，若D2發(fā)生開(kāi)路，短路，或反接三種情況，電路中將會(huì)發(fā)生什么問(wèn)題？ D2開(kāi)路：相當(dāng)于半波整流， Uo=0.45U2 D2短路：Uo=0，將變壓器副邊短路，燒壞繞組和管子 D2反接：Uo=0，將變壓器副邊短路，燒壞繞組和管子問(wèn)題與討論u1u12TrD4D2D1D3RL1uo1abu22RL2uo2電

6、路如圖所示。試標(biāo)出輸出電壓uo1、uo2的極性，畫出輸出電壓的波形。并求出Uo1、Uo2的平均值。設(shè)：2u12 t3o u22 o tuo1 o tuo2 u1 0 時(shí)u12 0 D1導(dǎo)通，uo1=u12u220 D3導(dǎo)通， uo2=u22u1 0 時(shí)U22 0 D2導(dǎo)通，uo1=u22U12 0 D4導(dǎo)通，uo2=u12Uo1= 0.9U2Uo2= -0.9U2整流橋?qū)嵨镎掌?.1.2 濾波電路1. 電容濾波電路u1Tr+uoDu2CRLuoD截止D導(dǎo)通tbao 分析 設(shè)： 并入電容C后，在u2 uC時(shí)，D導(dǎo)通，C充電, 充電很快，輸出電壓uo隨u2上升。當(dāng)uC = 后，u2開(kāi)始下降u2 u

7、C時(shí)C又被充電uo = u2又上升。直到u21時(shí)，可得 當(dāng)反饋越深時(shí)，調(diào)整作用越強(qiáng)，輸出電壓Uo也越穩(wěn)定 AUBTUREFUFR1取樣R2UoRL調(diào)整基準(zhǔn)電壓比較放大UiUCEUBE7.1.4 簡(jiǎn)單分立元件組成的穩(wěn)壓電路 TrT12N2222AD21N4736R1680C1100FC2100FRL5kD1220VD2D3D4 典型的串聯(lián)穩(wěn)壓電源，其中變壓器用于將220V市電降成需要的電壓后，進(jìn)行橋式整流和濾波，將交流電變成直流電并濾去紋波，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的串聯(lián)穩(wěn)壓電路，輸出端得到穩(wěn)定的直流電壓。1. 穩(wěn)壓過(guò)程UoUFUCE2Uo當(dāng)Ui增加或輸出電流減?。?RL增大）使Uo升高時(shí)IB2IC2UBE1U

8、CE17.1.5 實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUFIB2IC2UBE1UCE2UCE1UBE2 =（UF UZ）當(dāng)Ui減小或輸出電流增加（ RL減小）使Uo降低時(shí)R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUFIB2IC2UBE1UCE2UCE1UCE2UoIC2UBE1UCE1UoUFIB2UBE2 =（UF UZ）2. RW 的調(diào)壓作用R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUFIB2IC2UBE1UCE2UCE1UCE2UoUBE1UCE1RW 下調(diào)UFUBE2UZ不變UCE2UoUBE1UCE

9、1RW 上調(diào)UFUBE2UZ不變3. 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUF例 電路如圖所示。已知UZ =6V，R1 = R2=RP，試估算穩(wěn)壓電路輸出電壓Uo的調(diào)節(jié)范圍。AUBTUREFUFR1R2UoRLUiUZDZRRP解：由 “虛短”，知道UF=UREF=UZ=6V，可估算出該穩(wěn)壓電路的輸出電壓能在9V18V之間調(diào)節(jié)。 作業(yè)：7-10 7-12 7.3 集成穩(wěn)壓電源7.3.1 三端固定集成穩(wěn)壓器單片集成穩(wěn)壓電源:體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉。有輸入，輸出和公共端, 稱三端集成穩(wěn)壓器。W7800系列和W7900系列其內(nèi)部就是串聯(lián)型晶體

10、管穩(wěn)壓電路。電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。三端集成穩(wěn)壓器實(shí)物照片三端集成穩(wěn)壓器管腳排列78系列輸出正電壓79系列輸出負(fù)電壓78055V78066V78088V78099V781010V781212V781515V781818V782424V79055V79066V79088V79099V791010V791212V791515V791818V792424V輸入輸出輸入輸出地地如： W7805+5V， W791515V5V10V、12V 、 15V、 18V、 20V、 24V等 共11個(gè)檔次型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值W79 XX系列(輸出負(fù)電壓)W78 XX系列(輸出正電壓)輸出額定電

11、壓值:輸出額定電流值: 有5個(gè)檔次W7800系列的W78001.5A W78M000.5A W78L000.1A W78T003A W78H005A CW7800 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動(dòng)電路+UO基本應(yīng)用電路抵消輸入長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止自激改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲防止輸入端短路時(shí) C3反向放電損壞穩(wěn)壓器Uo = 12VW7812123C2+UiC1C30.33 F0.1 F100 FRL+1. 輸出固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓差不得低于3VW7805 穩(wěn)壓器基本接線圖C2CW7805C1UIUO1320.33F1F+L

12、M7805W7905 穩(wěn)壓器基本接線圖C2CW7905C1UIUO2310.33F1F+LM7905電容C1防止自激振蕩。 0.1F 0.33F電容C2減小高頻干擾，改善瞬態(tài)特性。1F正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路2. 輸出正負(fù)電壓的電路W78XXC1UI132C1W79XX13C2C22 +_ +UOUORL1RL20.33F0.33F1F1FC2W78XXC1UI+_+_UO132UXXUZRDZ輸出電壓： UO = UXX+UZ3. 提高輸出電壓的電路UXX: 為W78XX固定輸出電壓提高輸出電壓的電路 電壓跟隨器的電源借助于穩(wěn)壓器的輸入直流電壓UI。電壓跟隨器其輸入電阻很高 ,輸出電阻抗很低，可

13、以克服穩(wěn)壓器輸出電流變化的影響。4. 輸出電壓可調(diào)式電路用W7805組成的730V可調(diào)式穩(wěn)壓電源。W7805132R1C1C2UI76234UOR2F0070.33F33V10k1F(UXX=5V)W7805132R1C1C2UI76234UOR2F0070.33F33V10k1FUXX7.3.2 三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器1.型號(hào)正電壓輸出LM117、LM217和LM317系列 負(fù)電壓輸出LM137、LM237和LM337系列 LM117123調(diào)節(jié)輸出輸入LM137123調(diào)節(jié)輸出輸入LM117的引腳排列圖 LM137的引腳排列圖 外形引腳CW117、CW217和CW317系列 CW137、CW237

14、和CW337系列 工作溫度CW117(137) -55 150CCW217(237) -25 150CCW317(337) 0 125C基準(zhǔn)電壓1.25 V輸出電流L 型 輸出電流 100 mAM 型 輸出電流 500 mACWL117(137) CWM117(137) 2 . 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤差放大啟動(dòng)電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 AD1 防止輸入端短路時(shí)C4 反向放電損壞穩(wěn)壓器D2 防止輸出端短路時(shí)C2 通過(guò)調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路Uo CW3171

15、23C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4IOIQII REF0.1 FD1D2UREF = 1.25 V使 UREF 很穩(wěn)定125 I REF 50 A2.2 k R1 = UREF/ IQ = 125 靜態(tài)電流 IQ(約10 mA)從輸出端流出， RL 開(kāi)路時(shí)流過(guò) R1R2 = 0 2.2 k 時(shí)，UO = 1.25 24 VUo CW317123C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4IOIQII REF0.1 FD1D2UREF = 1.25 V使 UREF 很穩(wěn)定125 I REF 50 A2.2 k 0 30 V 連續(xù)可調(diào)電路Uo CW317123

16、+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FDC2R3+ 3 k120 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V當(dāng) R2 = 0 時(shí)，UO= 0 V LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器，輸出電流1.5A。圖示典型應(yīng)用的電路， C2濾去R2兩端的紋波電壓，接入R1和R2使輸出電壓可調(diào)，電壓可調(diào)范圍為1.25 37V。3. 應(yīng)用IN3OUT2ADJ1LM317C2C1R1電壓調(diào)節(jié)UiUo100F240R2100FUREFI2I1其中 UREF=1.25V。如果R1=240，R2=2.4k，則輸出電壓可調(diào)范圍為1.25 V 13.75VIN1OUT3ADJ2LM317C2C1R1電壓調(diào)節(jié)UiUo

17、100F240R2100FUREFI2I1若取R1=240,R2=6.8k,則Uo為1.25V 37V 。所以輸出電壓：7.3.3 低壓差三端集成穩(wěn)壓器 前述三端輸入輸出的壓差必須大于3V的才能正常的工作，這樣的壓差在電池供電的裝置中是不能使用的。另外，自身功耗大（4.5 W），需加散熱器。 低壓差三端穩(wěn)壓器MIC29150，具有3.3V、5V和12V三種電壓，輸出電流1.5A，與7805封裝相同，可以互換使用。主要特點(diǎn)：壓差低，典型值為350mV，最大值為600mV；功耗?。?.9W），不用散熱片。 7.3.4 基準(zhǔn)電壓源 基準(zhǔn)電壓源一般可以用穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓源來(lái)承擔(dān)，但目前有很多基準(zhǔn)電壓集

18、成電路，被廣泛用作高性能穩(wěn)壓電源的基準(zhǔn)電源。 TL431主要應(yīng)用于穩(wěn)壓電源、儀器儀表、可調(diào)電源和開(kāi)關(guān)電源中，是穩(wěn)壓二極管的良好替代品。 基準(zhǔn)集成電路TL431及其應(yīng)用電路陽(yáng)極陰極參考UiUoR1R2Rp123TL431T1D+24V2.524VT2C3856D261I1I2（a）（b）REFCATHODANODE10k2317.4 串聯(lián)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源7.4.1 概念1. 線性穩(wěn)壓電源缺點(diǎn)：調(diào)整管管耗大電源效率低(40% 60%)裝散熱器體積大改進(jìn)思路：使調(diào)整管截止(電流小) IC0飽和(管壓降小) UCES0 調(diào)整管工作在放大區(qū)（線性區(qū)）優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓穩(wěn)定度高電壓紋波小線路簡(jiǎn)單，工作可靠2.

19、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 調(diào)整管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)（飽和:UCES0，截止：IC0。）開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)：效率高(80% 90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)：電路復(fù)雜對(duì)電網(wǎng)要求不高對(duì)電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波7.4.2 開(kāi)關(guān)電源的組成調(diào)整管取樣電路脈寬調(diào)制電路開(kāi)關(guān)調(diào)整管控制濾波頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流iLUIuBT比較放大器比較器uE A CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器uTiLUIuBT比較放大器比較器uE A CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路原理脈寬調(diào)制電路基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器uT1. 取樣環(huán)節(jié)： R1 、R2 分

20、壓提取取樣電壓uF（反饋電壓）2. 基準(zhǔn)電壓環(huán)節(jié)：提供穩(wěn)壓的基準(zhǔn)電壓UREF3. 放大環(huán)節(jié)：比較放大器A，放大差值（ UREF uF）4. 調(diào)整環(huán)節(jié)：調(diào)整管T由開(kāi)關(guān)信號(hào)控制通斷，穩(wěn)定輸出電壓UO。iLUIuBT比較放大器比較器uE A CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器uT脈寬調(diào)制電路5. LC濾波器及續(xù)流二極管D：濾波和續(xù)流得到平穩(wěn)的直流電壓。6. 脈寬調(diào)制比較器C ：反相端接uT （三角波發(fā)生器的輸出），同相端接uA （比較放大器輸出），輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)uB驅(qū)動(dòng)調(diào)整管。三角波發(fā)生器與比較器組成的電路稱為脈寬調(diào)制電路(PWM)7.3.3 開(kāi)關(guān)電源的工作原理1.

21、分析當(dāng)uB為高電平T飽和、D截止，uE=UI ,經(jīng)LC濾波到負(fù)載RL同時(shí)iL L和C儲(chǔ)存能量當(dāng)uB為低電平T截止、D導(dǎo)通， uEUD0，iLUIuBT比較放大器比較器uE A CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器uTeLD續(xù)流 LC泄放能量給RL供電， 輸出較平穩(wěn)的直流電壓ioio 雖然T處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，但由于D的續(xù)流和L、C的濾波作用，輸出電壓UO是比較平穩(wěn)的。2. 輸出平均電壓及占空比調(diào)整管通斷時(shí)uE的波形為矩形波touE (uD)tontoff- uDUIT輸出平均電壓（忽略濾波電感L的直流壓降）：占空比：可見(jiàn)，對(duì)于一定的UI值，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比即可調(diào)節(jié)輸出電

22、壓UO。uE (uD) 、 iL 、 uO的波形touOUO- uDtouE (uD)IOtoiLtontoffImaxIminUI7.4.4 開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓原理iLUIuBT比較放大器比較器uE A CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器uTUIUOuFuA占空比UOD = 50 %當(dāng) uF = UREF ，uA = 0，UO 為預(yù)定標(biāo)稱值1. UO 標(biāo)準(zhǔn)值（ USET），q50%時(shí)的情況運(yùn)放A：uF UREF、 其輸出UA =0運(yùn)放C：為過(guò)零電壓比較器，其輸出UB 對(duì)稱，ton= toffUA= 0 -UDuTUIuB(a)uT , uBtuEottontof

23、f2. UO 標(biāo)準(zhǔn)值（ USET），q50%時(shí)的情況運(yùn)放A：uF UREF、 其輸出UA 0運(yùn)放C：為負(fù)電壓比較器，當(dāng)uT UA時(shí)UB 0，UA-UDUI(b)otuT, uBuTuBotuE tontoffton toff，調(diào)整管時(shí)間ton占空比q 輸出電壓UO 3. UO 標(biāo)準(zhǔn)值（ USET），q50%時(shí)的情況運(yùn)放A：uF UREF、 其輸出UA 0運(yùn)放C：為正電壓比較器，當(dāng)uT UA時(shí)UB 0，ton toff，調(diào)整管時(shí)間ton占空比q 輸出電壓UO UA-UD(c)otuT, uBuTuBotuE tontoffUI 總之，當(dāng)UI或RL變化使UO變化時(shí)，可自動(dòng)調(diào)整脈沖波形的占空比使輸出

24、電壓維持恒定。 最低開(kāi)關(guān)頻率fT一般在10100kHz之間。fT越高，所需的L、C越小。這樣，系統(tǒng)的尺寸和重量將會(huì)減小，成本將隨之降低。 另一方面，開(kāi)關(guān)頻率的增加將使開(kāi)關(guān)調(diào)整管單位時(shí)間轉(zhuǎn)換的次數(shù)增加，使開(kāi)關(guān)調(diào)整管的管耗增加，而效率將降低。注意：截止7.4.5 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路簡(jiǎn)介+UI+UoRLT1R1R2LC+UREFuFuB控 制電 路D2+UI+UoRLT1LC+uBD2+UI+UoRLT1LC+uBD2iL高電平iO低電平uBtofftonT 截止iL飽和導(dǎo)通單片脈寬調(diào)制式(外接開(kāi)關(guān)功率管)7.4.6 集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器類型單片集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器CW1524CW4960/49621. CW1

25、524/2524/3524(區(qū)別在于溫度范圍)組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、振蕩器、觸發(fā)器、 2 只輸出功率管、過(guò)熱保護(hù)最大輸入電壓：40 V最高工作頻率：100 kHz每路輸出電流：100 mA內(nèi)部基準(zhǔn)電壓：5 V(承受 50 mA電流)取樣電壓基準(zhǔn)電壓輸出方波定時(shí)電容定時(shí)電阻關(guān)閉,控制脈寬接擴(kuò)流晶體管 C、E 極輸入電壓振蕩/同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF (+ 5 V)EBCBCAEARTCTGND限流+限流斷路補(bǔ)償CW1524 系列引腳排列防止寄生振蕩外接復(fù)合管擴(kuò)流產(chǎn)生振蕩1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4D3T2T15 k3 k5 k5 k5 k2 k50 k180 68 0.1 UIUOR00.1F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)CW15