穩(wěn)壓電路原理及設(shè)計課件

7集成穩(wěn)壓電路17集成穩(wěn)壓電路1§7.1集成穩(wěn)壓電源的組成及工作原理組成由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分組成。變壓電路是將輸入電壓進(jìn)行降壓整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。220V2§7.1集成穩(wěn)壓電源的組成及工作原理組成由變壓、整流、濾整流電路整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄绷麟姵煞值拿}動直流電。由于二極管具有單向?qū)щ娦?，故利用二極管可進(jìn)行整流。(c)橋式整流(a)半波整流(b)全波整流常用整流電路3整流電路整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄绷麟姵煞值拿}動直流半波整流電路圖波形圖缺點：輸出電壓波動太大優(yōu)點：電路簡單二極管D導(dǎo)通二極管D截止4半波整流電路圖波形圖缺點：輸出電壓波動太大優(yōu)點：電路簡單二極全波整流電路圖波形圖優(yōu)點：輸出電壓波動減小缺點：變壓器繞線太多二極管D1導(dǎo)通二極管D2導(dǎo)通5全波整流電路圖波形圖優(yōu)點：輸出電壓波動減小缺點：變壓器繞線太橋式整流電路圖波形圖工作原理當(dāng)vi為正半周時，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)vi為負(fù)半周時，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。6橋式整流電路圖波形圖工作原理當(dāng)vi為正半周時，二極管D1、D參數(shù)計算輸出電壓中的直流分量根據(jù)橋式整流的波形圖可知，輸出電壓是單相脈動電壓。將輸出電壓用付立葉級數(shù)展開：流過負(fù)載的直流電流由此可得直流分量：7參數(shù)計算輸出電壓中的直流分量根據(jù)橋式整流的波形圖可知，輸出電參數(shù)計算流過二極管的平均電流二極管所承受的最大反向電壓8參數(shù)計算流過二極管的平均電流二極管所承受的最大反向電壓8濾波電路濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，可實現(xiàn)濾波。常用濾波電路電容濾波LC濾波阻容型濾波電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。9濾波電路濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，電容濾波工作原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。當(dāng)v2到達(dá)最高點時，v2開始下降。此時二極管D1兩端反偏，二極管截止，電容C向負(fù)載ＲL放電。當(dāng)放電的時間常數(shù)較大時，電容兩端的電壓下降較慢。當(dāng)電路處于負(fù)半周時，二極管D2的P端電壓開始上升，當(dāng)上升到大于電容兩端的電壓時，D2開始導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2再次給電容器C充電，負(fù)載兩端的電壓重新增大。當(dāng)電容兩端的電壓增大到大于變壓器付邊的電壓時，二極管D2截止，電容又開始通過負(fù)載電阻放電，重復(fù)前述的過程。10電容濾波工作原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓電容濾波當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加，見曲線2。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好；反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，電容濾波的效果好，所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。11電容濾波當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通電容濾波的計算電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：VL=1.2V2使用條件近似公式12電容濾波的計算電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素*使用條件小結(jié)13*使用條件小結(jié)13穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管：T比較放大器：A取樣電路T電路組成14穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管：T比較放大器：AVI↑→VO↑→Vf↑VO1↓→→VE↓VO↓T穩(wěn)壓原理15VI↑→VO↑→Vf↑VO1↓→→VE↓VO↓T穩(wěn)壓原理1輸出電壓的調(diào)整范圍T利用深度負(fù)反饋條件下，集成運(yùn)放輸入端滿足“虛短”的條件得：16輸出電壓的調(diào)整范圍T利用深度負(fù)反饋條件下，集成運(yùn)放輸入端滿足串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：輸出電壓穩(wěn)定度高，紋波電壓小，響應(yīng)速度快，電路簡單，維護(hù)方便。缺點：調(diào)整管T一直處于線性放大狀態(tài)，輸入輸出的電壓差一直加在T的C-E之間，因此，當(dāng)負(fù)載電流較大時，T的功耗很大，不但管子發(fā)熱，而且電源的效率也較低17串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：輸出電壓穩(wěn)定度高，紋波電壓小，開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。調(diào)整管比較器濾波電路比較放大器取樣電路18開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角開關(guān)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理輸出電壓的變化通過取樣電阻輸入到比較放大器的輸入端，通過與基準(zhǔn)電壓的比較后放大輸出。當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出高電平，調(diào)整管導(dǎo)通，向電感充電；反之輸出為低電平，調(diào)整管截止，電感通過二極管D進(jìn)行放電。穩(wěn)壓過程：VI↑→VO↑→FVO↑Vf↓→→Ton↓VO↓19開關(guān)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理輸出電壓的變化通過取樣電阻輸入到比較開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出波形開關(guān)電源波形圖20開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出波形開關(guān)電源波形圖20開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓

忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。q稱為占空比方波高電平的時間占整個周期的百分比。在輸入電壓一定時，輸出電壓與占空比成正比。

可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。21開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。22開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源§7.2直流穩(wěn)壓電源的性能參數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)電壓調(diào)整率一般特指ΔVi/Vi=±10%時的Sr輸出電阻輸出電壓的溫度系數(shù)紋波電壓：輸出直流電壓中的交流分量23§7.2直流穩(wěn)壓電源的性能參數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)電壓調(diào)整率一般特指§7.3常用集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路主要有兩種：線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路。下面主要介紹線性穩(wěn)壓電路中的三端穩(wěn)壓器。三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：A.三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW78--/CW78M--/CW78L--B.三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW79--/CW79M--/CW79L--C.三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW117-/CW117M--/CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--/CW317--/CW317M--/CW317L--以上1---為軍品級；2---為工業(yè)品級；3---為民品級。軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。24§7.3常用集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路主要有兩種：線性穩(wěn)壓三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路應(yīng)用電路(固定)應(yīng)用電路(可調(diào))25三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路利用三端集成穩(wěn)壓器可組成恒流源：可調(diào)穩(wěn)壓器做恒流源電路

(a)小電流恒流源

(b)大電流恒流源固定穩(wěn)壓器做恒流源電路26三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路利用三端集成穩(wěn)壓器可組成恒流源：可調(diào)7集成穩(wěn)壓電路277集成穩(wěn)壓電路1§7.1集成穩(wěn)壓電源的組成及工作原理組成由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分組成。變壓電路是將輸入電壓進(jìn)行降壓整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。220V28§7.1集成穩(wěn)壓電源的組成及工作原理組成由變壓、整流、濾整流電路整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄绷麟姵煞值拿}動直流電。由于二極管具有單向?qū)щ娦裕世枚O管可進(jìn)行整流。(c)橋式整流(a)半波整流(b)全波整流常用整流電路29整流電路整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄绷麟姵煞值拿}動直流半波整流電路圖波形圖缺點：輸出電壓波動太大優(yōu)點：電路簡單二極管D導(dǎo)通二極管D截止30半波整流電路圖波形圖缺點：輸出電壓波動太大優(yōu)點：電路簡單二極全波整流電路圖波形圖優(yōu)點：輸出電壓波動減小缺點：變壓器繞線太多二極管D1導(dǎo)通二極管D2導(dǎo)通31全波整流電路圖波形圖優(yōu)點：輸出電壓波動減小缺點：變壓器繞線太橋式整流電路圖波形圖工作原理當(dāng)vi為正半周時，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)vi為負(fù)半周時，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。32橋式整流電路圖波形圖工作原理當(dāng)vi為正半周時，二極管D1、D參數(shù)計算輸出電壓中的直流分量根據(jù)橋式整流的波形圖可知，輸出電壓是單相脈動電壓。將輸出電壓用付立葉級數(shù)展開：流過負(fù)載的直流電流由此可得直流分量：33參數(shù)計算輸出電壓中的直流分量根據(jù)橋式整流的波形圖可知，輸出電參數(shù)計算流過二極管的平均電流二極管所承受的最大反向電壓34參數(shù)計算流過二極管的平均電流二極管所承受的最大反向電壓8濾波電路濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，可實現(xiàn)濾波。常用濾波電路電容濾波LC濾波阻容型濾波電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。35濾波電路濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，電容濾波工作原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。當(dāng)v2到達(dá)最高點時，v2開始下降。此時二極管D1兩端反偏，二極管截止，電容C向負(fù)載ＲL放電。當(dāng)放電的時間常數(shù)較大時，電容兩端的電壓下降較慢。當(dāng)電路處于負(fù)半周時，二極管D2的P端電壓開始上升，當(dāng)上升到大于電容兩端的電壓時，D2開始導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2再次給電容器C充電，負(fù)載兩端的電壓重新增大。當(dāng)電容兩端的電壓增大到大于變壓器付邊的電壓時，二極管D2截止，電容又開始通過負(fù)載電阻放電，重復(fù)前述的過程。36電容濾波工作原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓電容濾波當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加，見曲線2。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好；反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，電容濾波的效果好，所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。37電容濾波當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通電容濾波的計算電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：VL=1.2V2使用條件近似公式38電容濾波的計算電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素*使用條件小結(jié)39*使用條件小結(jié)13穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管：T比較放大器：A取樣電路T電路組成40穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管：T比較放大器：AVI↑→VO↑→Vf↑VO1↓→→VE↓VO↓T穩(wěn)壓原理41VI↑→VO↑→Vf↑VO1↓→→VE↓VO↓T穩(wěn)壓原理1輸出電壓的調(diào)整范圍T利用深度負(fù)反饋條件下，集成運(yùn)放輸入端滿足“虛短”的條件得：42輸出電壓的調(diào)整范圍T利用深度負(fù)反饋條件下，集成運(yùn)放輸入端滿足串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：輸出電壓穩(wěn)定度高，紋波電壓小，響應(yīng)速度快，電路簡單，維護(hù)方便。缺點：調(diào)整管T一直處于線性放大狀態(tài)，輸入輸出的電壓差一直加在T的C-E之間，因此，當(dāng)負(fù)載電流較大時，T的功耗很大，不但管子發(fā)熱，而且電源的效率也較低43串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：輸出電壓穩(wěn)定度高，紋波電壓小，開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。調(diào)整管比較器濾波電路比較放大器取樣電路44開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角開關(guān)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理輸出電壓的變化通過取樣電阻輸入到比較放大器的輸入端，通過與基準(zhǔn)電壓的比較后放大輸出。當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出高電平，調(diào)整管導(dǎo)通，向電感充電；反之輸出為低電平，調(diào)整管截止，電感通過二極管D進(jìn)行放電。穩(wěn)壓過程：VI↑→VO↑→FVO↑Vf↓→→Ton↓VO↓45開關(guān)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理輸出電壓的變化通過取樣電阻輸入到比較開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出波形開關(guān)電源波形圖46開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出波形開關(guān)電源波形圖20開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓

忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。q稱為占空比方波高電平的時間占整個周期的百分比。在輸入電壓一定時，輸出電壓與占空比成正比。

可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。47開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。48開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源§7.2直流穩(wěn)壓電源的性能參數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)電壓調(diào)整率一般特指ΔVi/Vi=±10%時的Sr輸出電阻輸出電壓的溫度系數(shù)紋波電壓：輸出直流