直 流 穩(wěn) 壓 電 源課件

第8章直流穩(wěn)壓電源

8.1小功率單相整流濾波電路8.2串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路8.3其他電源電路8.4實際應用電路舉例8.1小功率單相整流濾波電路圖8.1所示為把正弦交流電轉(zhuǎn)換成直流電的直流穩(wěn)壓電源的原理框圖，它一般由四部分組成，各部分功能如下：圖8.1直流穩(wěn)壓電源的組成原理框圖濾波電路：盡可能地將單向脈動直流電壓中的脈動部分(交流分量)減小，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路：采用某些措施，使輸出的直流電壓在電源發(fā)生波動或負載變化時保持穩(wěn)定。8.1.1整流電路小功率直流電源因功率比較小，通常采用單相交流供電，因此，本節(jié)只討論單相整流電路。利用二極管的單向?qū)щ娮饔?，可將交流電變?yōu)橹绷麟?，常用的二極管整流電路有單相半波整流電路和單相橋式整流電路等。1.單相半波整流電路單相半波整流電路如圖8.2所示，圖中T為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時保證直流電源與市電電源有良好的隔離。圖8.3單相半波整流電路2.單相橋式整流電路為了克服單相半波整流的缺點，常采用單相橋式整流電路，它由四個二極管接成電橋形式構(gòu)成。圖8.4所示為橋式整流電路的幾種畫法。圖8.4單相橋式整流電路的幾種畫法3.常用整流組合元件將單相橋式整流電路的四只二極管制作在一起，封成一個器件稱為整流橋。常用的整流組合元件有半橋堆和全橋堆。半橋堆的內(nèi)部是由兩個二極管組成，而全橋堆的內(nèi)部是由四個二極管組成。圖8.6半橋堆連接方式及電路符號圖8.7全橋堆連接方式及電路符號1.電容濾波電路電容濾波電路如圖8.8所示。圖8.8橋式整流電容濾波電路假定在t=0時接通電路，u2為正半周，當u2由零上升時，VD1、VD3導通，C被充電，因此uO=uC≈u2，在u2達到最大值時，uO也達到最大值，見圖8.8(b)中a點，然后u2下降，此時uC>u2，VD1、VD3截止，電容C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)τ=RLC一般較大，電容電壓uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當uO(uC)下降到圖8.8(b)中b點后，u2>uC，VD2、VD4導通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充、放電過程。故二極管的導通時間縮短，一個周期的導通角θ<π。由于電容C充電的瞬時電流很大，形成了浪涌電流，容易損壞二極管，故在選擇二極管時，必須留有足夠電流裕量。電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值UO較高，脈動較小，但是二極管中有較大的沖擊電流。因此，電容濾波電路一般適用于輸出電壓較高、負載電流較小并且變化也較小的場合。2.電感濾波電路圖8.10所示電路是電感濾波電路，它主要適用于負載功率較大即負載電流很大的情況。3.其他形式濾波電路——LC型濾波電路和π型濾波電路（1）LC型濾波電路電感濾波電路輸出電壓平均值UO的大小一般按經(jīng)驗公式計算。UO=0.9U2如果要求輸出電流較大，輸出電壓脈動很小時，可在電感濾波電路之后再加電容C，組成LC濾波電路，如圖8.11所示。圖8.11LC電感濾波電路（2）π型濾波電路為了進一步減小負載電壓中的紋波，可采用圖8.12所示π型LC濾波電路。圖8.12π型濾波電路8.2.2串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路三極管被稱為調(diào)整管。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖如圖8.13(a)所示，它由調(diào)整管、取樣電路、基準電壓和比較放大電路等部分組成。圖8.13(b)所示為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的原理電路圖。圖8.13串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路VT為調(diào)整管，它工作在線性放大區(qū)，故又稱為線性穩(wěn)壓電路。R3和穩(wěn)壓管VD組成基準電壓源，為集成運放A的同相輸入端提供基準電壓;R1、R2和Rp組成取樣電路，它將穩(wěn)壓電路的輸出電壓分壓后送到集成運放A的反相輸入端；集成運放A構(gòu)成比較放大電路，用來對取樣電壓與基準電壓的差值進行放大。8.2.3三端集成穩(wěn)壓器及其應用三端式穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有應用時外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成及工作原理都相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列(正電源)和CW7900系列(負電源)。圖8.14所示為CW7800和CW7900系列塑料封裝和金屬封裝三端集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列。圖8.14三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列

1.基本應用電路圖8.15所示為7800系列集成穩(wěn)壓器的基本應用電路。由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，所以圖8.15輸出電壓為12V，最大輸出電流為1.5A。圖8.157800系列基本應用電路2.提高輸出電壓的電路實際需要的直流穩(wěn)壓電源，如果超過集成穩(wěn)壓器的輸出電壓數(shù)值時，可外接一些元件提高輸出電壓，圖8.16所示電路能使輸出電壓高于固定電壓，圖中的UXX為CW78系列穩(wěn)壓器的固定輸出電壓數(shù)值，顯然有：UO=UXX+UZ

圖8.16提高輸出電壓電路一也可采用圖8.17所示的電路提高輸出電壓。圖中R1、R2為外接電阻，R1兩端的電壓為三端集成穩(wěn)壓器的額定輸出電壓UXX，R1上流過的電流為IR1=UXX／R1，三端集成穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流為IQ，則有：IR2=IR1+IQ

圖8.17提高輸出電壓電路二3.輸出正、負電壓的電路

圖8.18所示為采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成的具有同時輸出+15V～-15V電壓的穩(wěn)壓電路。

圖8.18輸出正、負電壓的電路4.恒流源電路

集成穩(wěn)壓器輸出端串入阻值合適的電阻，就可構(gòu)成輸出恒定電流的電源，如圖8.19所示。圖8.19恒流源電路IQ為穩(wěn)壓器靜態(tài)工作電流，由于它受UI及溫度變化的影響，所以只有當U23/R>>IQ時，輸出電流IO才比較穩(wěn)定。8.3其他電源電路8.3.1開關(guān)電源電路

1.開關(guān)電源電路的基本工作原理圖8.20所示為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的基本組成框圖。圖8.20串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路組成框圖圖8.21開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓、電流波形雖然調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，但由于二極管VD的續(xù)流作用和L、C的濾波作用，仍可獲得平穩(wěn)的直流電壓輸出。2.采用集成開關(guān)穩(wěn)壓器電源電路集成開關(guān)穩(wěn)壓器有CWl524／2524／3524、CW4960／4962和CW2575／2576等系列。CW2575／2576集成穩(wěn)壓器的特點是：外部元件少，使用方便；振蕩器的頻率固定在52kHz，因而濾波電容不大，濾波電路體積小，一般不需要散熱器。CW2575／2576單列直插式塑料封裝的外形及管腳排列如圖8.22所示，兩種系列芯片的管腳含義相同。圖8.22CW2575/2576外形及管腳圖8.3.2直流—直流（DC-DC）電壓變換電路將一個恒定的直流電壓通過電子器件的開關(guān)作用變換成為可變的直流電壓的過程，稱為直流—直流變換，即DC-DC變換。PWM是為保持變換器的輸出電壓穩(wěn)定，所采用占空比控制技術(shù)中的脈寬調(diào)制技術(shù)。1.集成PWM控制器的組成和原理目前，常見的單片集成PWM控制器產(chǎn)品有SG3524、TL494、MC34060、SGl525／SGl529等，功能大同小異。由于型號很多，在實際應用中應參考各廠家的產(chǎn)品說明，以便選擇適合的集成PWM控制器。下面介紹集成PWM控制器的PWM信號產(chǎn)生電路組成及原理。圖8.23表示了PWM信號產(chǎn)生電路框圖及其波形。圖8.23PWM信號產(chǎn)生電路及波形2.SGl525／SGl527系列集成PWM控制器SGl525／SGl527系列集成PWM控制器是美國硅通用公司的第二代產(chǎn)品，我國的集成電路制造廠家已生產(chǎn)出國產(chǎn)此種系列的PWM控制器。SGl525在SG1524基礎上增加了振蕩器外同步、死區(qū)調(diào)節(jié)、PWM鎖存器以及輸出級的最佳設計等，是一種性能優(yōu)良、功能完善、通用性強的集成PWM控制器。SGl525與SGl524的電路結(jié)構(gòu)相同，僅輸出級不同。SGl525輸出正脈沖，適用于驅(qū)動NPN功率管或N溝道功率MOSFET管。SGl527輸出負脈沖，適用于驅(qū)動PNP功率管或P溝道功率MOSFET管。SG2525和SG3525也屬這個系列，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能相同，僅工作電壓及工作溫度有些差異。8.4實際應用電路舉例1.電阻限流電池充電電路如圖8.24所示,穩(wěn)壓管保證電池兩端電壓不超過最大規(guī)定電壓，電阻R限制充電電流。此電路電流一般小于200mA。圖8.24電阻限流電池充電電路2.場效應管恒流電池充電電路如圖8.25所示，四只場效應管接成恒流二極管，并聯(lián)后以足夠電流給4節(jié)鎳鎘電池充電，電流一般不超過500mA。需要電流較大時，可以增加場效應管的個數(shù)。圖8.25場效應管恒流電池充電電路3.具有反接保護的電池充電電路如圖8.26所示，電池放置正確并且電池電壓大于0.6V時，恒流充電電流約50