電源技術(shù)第1章

1.1穩(wěn)壓電源的組成及主要技術(shù)指標(biāo)1.1.2直流穩(wěn)壓電源的組成電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。1.1.3直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)1.電壓調(diào)整率意義及測(cè)試方法，擬訂測(cè)試方案（畫圖、步驟）輸出電流不變（即負(fù)載不變），輸入電網(wǎng)電壓變化引起的輸出電壓的變化率。步驟：1.調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出為220V（交流），測(cè)量輸出電壓UO（直流）。2.調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出為242V（交流），測(cè)量輸出電壓UO1（直流）。3.按公式計(jì)算：電壓調(diào)整率測(cè)試方案2.電流調(diào)整率意義及測(cè)試方法，擬訂測(cè)試方案（畫圖、步驟）輸入電網(wǎng)電壓不變，輸出電流變化（即負(fù)載變化）引起的輸出電壓的變化率。電流調(diào)整率測(cè)試方案步驟：1.調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出為220V（交流），調(diào)節(jié)輸出電流為最小值，測(cè)量輸出電壓UO（直流）。2.調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出為220V（交流），調(diào)節(jié)輸出電流為最大值，測(cè)量輸出電壓UO1（直流）。3.按公式計(jì)算：3.內(nèi)阻意義及測(cè)試方法輸入電網(wǎng)電壓不變，輸出電壓變化量與輸出電流變化量的比值。與電流調(diào)整率表示電源相同的技術(shù)特性。4.紋波系數(shù)意義及測(cè)試方法輸出電壓中交流分量基波最大值與直流分量的比值。測(cè)試方法同電流調(diào)整率。測(cè)試方法1：用示波器測(cè)得交流分量基波最大值，用直流電壓表測(cè)得直流分量，計(jì)算紋波系數(shù)。5.溫度系數(shù)意義測(cè)試方法2：用電子電壓表測(cè)得交流分量有效值，計(jì)算最大值（參考電子測(cè)量第4章），用直流電壓表測(cè)得直流分量，計(jì)算紋波系數(shù)。輸入電網(wǎng)電壓和輸出電流都不變，環(huán)境溫度引起輸出電壓的變化量。1.1.4穩(wěn)壓電源的分類1.交流2.直流（1）線性①參數(shù)型穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電源。畫實(shí)用電路。②反饋型晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源，集成穩(wěn)壓器。畫實(shí)用電路。（2）非線性①激勵(lì)方式自激，他激②控制方式PWM，PFM，混合③輸出電流開關(guān)，諧振④開關(guān)元件晶體管，晶閘管1.2整流濾波電路1.2.1整流電路1.單相半波2.單相全波3.橋式整流電路（1）電路（能畫）（2）輸出輸入電壓關(guān)系（3）二極管最高反向電壓（4）二極管正向?qū)娏髅Q電路輸出平均電壓二極管反向電壓輸出平均電流IO二極管正向平均電流IV半波0.45U2=IO全波0.9U2橋式0.9U24.倍壓整流（1）二倍壓整流電路1）倍壓原理分析2）倍壓整流輸出（2）多倍壓整流電路1）倍壓原理分析2）倍壓整流輸出1.2.2濾波電路1.濾波意義2.電容濾波電路（1）電路（2）原理（3）特性①優(yōu)點(diǎn)：體積小，提高輸出電壓。②缺點(diǎn)：二極管導(dǎo)通角減小，最大反向電壓升高，電流呈脈沖形式，峰值電流大。因此，相同的電流輸出，需選用正向?qū)ㄝ^大和反向電壓高的整流二極管。③適用于3A以下小電流負(fù)載的電源電路。（4）電容量選擇半波：RLC≥（3～5）T

全波：RLC≥（3～5）T/2輸出與輸入電壓關(guān)系半波：全波：當(dāng)RC=1.75T時(shí)：紋波系數(shù)：3.電感濾波（1）電路（2）原理（3）特性輸出平均電壓低，UO=0.9U2；二極管導(dǎo)通角大，輸出特性平坦，適用于大電流負(fù)載；體積大、笨重、成本高。4.倒L型濾波電路濾波效果好5.π型濾波電路RC和LC濾波效果好作業(yè)：1.擬訂電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率的測(cè)試方案。2.說(shuō)明紋波系數(shù)的測(cè)試方法。3.寫出單相半波整流和全波整流輸出平均值電壓的表達(dá)式。4.說(shuō)明電容濾波的特點(diǎn)及電容量的選擇。小結(jié)：1.直流穩(wěn)壓電源組成。2.直流穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)。了解特性指標(biāo)，掌握技術(shù)指標(biāo)。3.單相整流電路類型、電路、特性、參數(shù)。4.濾波電路的類型、電路，電容濾波的特點(diǎn)及電容量的選擇。1.3晶體管直流穩(wěn)壓電源1.3.1參數(shù)型——穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓二極管伏安特性反向擊穿區(qū)電壓UZ幾乎不隨電流IZ變化的特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，UZ稱為穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓二極管與負(fù)載并聯(lián)，在與輸入電源之間串聯(lián)限流電阻R。注意：如果R=0，則不能穩(wěn)壓；輸入電壓UI≤UZ，穩(wěn)壓二極管不能工作在擊穿區(qū)，也不能穩(wěn)壓。穩(wěn)壓性能取決于穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻RZ=△UZ/△IZ，內(nèi)阻越小越好。應(yīng)用：穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電路適應(yīng)于小電流負(fù)載電路，有時(shí)為了提高穩(wěn)壓性能可采用兩級(jí)串聯(lián)，如國(guó)產(chǎn)XCZ-102熱電阻溫度測(cè)量?jī)x表的穩(wěn)壓電路。

穩(wěn)壓原理：無(wú)論何種原因使負(fù)載上電壓升高，IZ增大，R上壓降增大，輸出電壓降低，UO↑→IZ↓→UR↓→UO↓；反之，UO↓→IZ↓→UR↓→UO↑。從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的自動(dòng)調(diào)整作用。限流電阻R的選擇：1.3.2反饋型——晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路如圖所示，串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路由取樣電路R1、RP和R2、基準(zhǔn)電壓UZ、比較放大（V2）和調(diào)整電路（V1）四個(gè)部分組成。無(wú)論是輸入電壓或負(fù)載變化引起輸出直流電壓UO變化時(shí)，都可使輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)定在一定范圍。例如，當(dāng)輸出電壓升高，經(jīng)R1、RP、R2分壓取樣，使UB2升高，UC2和UB1降低，根據(jù)射極跟隨，則輸出電壓UO降低。反之，可自行分析。電路的輸出電壓為式中，UZ為基準(zhǔn)電壓，即穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值；R/P為電位器分配在R2段的電阻值，因此，調(diào)節(jié)RP可調(diào)節(jié)輸出電壓。1.3.3集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器：分為固定輸出和可調(diào)輸出兩類。固定輸出：CW7800和CW7900系列，其外形和管腳排列如圖4-23所示。CW7800系列為正電壓輸出，CW7900系列為負(fù)電壓輸出。低位表示輸出電壓值，分為5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。如CW7805、CW7809、CW7812等。CW7800系列的典型應(yīng)用電路如圖1-37所示。圖中，C1的作用是抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止自激和抑制電源干擾；C2的的作用是削弱電路的高頻噪聲。它們的取值范圍為0.1～1μF。型號(hào)中的M、L意義。

37可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器有CW117/217/317和CW137/237/337系列，其外形和管腳排列見4.2節(jié)圖4-24所示。CW117系列輸出正電壓，CW137系列輸出負(fù)電壓。38典型應(yīng)用電路如圖1-38所示。圖中，CW317的基本工作特性是IREF≈50μA，輸出端到調(diào)整端的電壓U21=UREF=1.25V。多端集成穩(wěn)壓器，如五端穩(wěn)壓器CW200。可調(diào)式集成穩(wěn)壓器其輸出電壓可通過(guò)外接元件在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，固定式穩(wěn)壓器輸出電壓是固定的。按功能特點(diǎn)還可分為低壓差穩(wěn)壓器（CW2930），正、負(fù)跟蹤可調(diào)穩(wěn)壓器（CW4194），開關(guān)式穩(wěn)壓器（CW1524/2524/3524）、CMOS集成穩(wěn)壓器等。用萬(wàn)用表測(cè)量CW7800系列管腳之間的正、反向電阻，可初步判斷其好壞。若紅表筆接1腳，黑表筆接2腳或3腳，其電阻值為10kΩ左右；反之，電阻值應(yīng)在幾百kΩ以上。3腳和2腳之間正、反向電阻值應(yīng)為5kΩ左右。若上述測(cè)量電阻值為無(wú)窮大或?yàn)榱?，均說(shuō)明電路已壞。參考文獻(xiàn)：王煜東主編《電子儀器儀表裝配工》高教出版社作業(yè)：1.畫出晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本電路，寫出輸出電壓表達(dá)式，說(shuō)明穩(wěn)壓原理。2.說(shuō)明固定電壓輸出集成穩(wěn)壓器的類型、型號(hào)及應(yīng)用電路中C1、C2的作用。小結(jié)：1.線性直流穩(wěn)壓電源類型2.參數(shù)型直流穩(wěn)壓電源電路、原理、特性3.反饋型直流穩(wěn)壓電路組成，晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本電路、原理、特性。4.集成穩(wěn)壓器的類型，型號(hào)、應(yīng)用電路及電路中C1、C2的作用。1.4串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路1.4.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成原理交流濾波，一次整流濾波電路，DC/DC變換器，二次整流濾波電路。3.DC/DC變換器（1）逆變器直流變交流，由開關(guān)管、開關(guān)脈沖形成電路組成。（2）高頻變壓器電壓變換，輸入輸出隔離。（3）二次整流濾波電路半波或全波整流，LC濾波。1.交流濾波電路一般形式2.一次整流濾波電路AC220V/DC300V。采用橋式整流、電容濾波，輸入AC220V，輸出DC300V。開關(guān)電源工作在脈沖狀態(tài)，為避免高頻雜波的干擾，與電網(wǎng)間必須接入交流濾波電路。4.控制電路（1）取樣電路接在電源輸出端的電阻分壓器，線性和開關(guān)穩(wěn)壓電源都是。（2）基準(zhǔn)電源穩(wěn)壓二極管和串聯(lián)限流電阻組成，都是。（3）比較放大單管共射放大，差分放大，運(yùn)算放大器。（4）脈沖發(fā)生器占空比可調(diào)的多諧振蕩器。5.保護(hù)電路（1）過(guò)壓保護(hù)（2）過(guò)流保護(hù)（3）過(guò)熱保護(hù)（4）彩色電視機(jī)中顯象管束流保護(hù)1.4.2串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理1.串聯(lián)開關(guān)變換器的工作原理（1）組成開關(guān)管，儲(chǔ)能電感，濾波電容，續(xù)流二極管。（2）類型發(fā)射極輸出型，正輸出。集電極輸出型，負(fù)輸出。（3）工作原理ON：電感儲(chǔ)能，電容充電；OFF：向負(fù)載釋放能量（供電）；輸出平均電壓：UO=δUI控制δ2.控制電路原理（1）PFM（圖1-21）改變振蕩管基極偏置。①變換器電路組成：開關(guān)管、儲(chǔ)能電感、濾波電容、續(xù)流二極管②控制電路組成：取樣電路、基準(zhǔn)電壓、比較放大、脈沖振蕩T1=0.7RB2C1，V1飽和，輸出低電平；T2=0.7RB1C2，V1截止，輸出高電平。T=0.7(T1+T2)穩(wěn)壓過(guò)程：設(shè)UO↑→IC3↓→R8C3放電加速→頻率升高→UO↑。（×）電路改為V2輸出：設(shè)UO↑→IC2↑→R8C3放電減弱→頻率降低→UO↓。V5輸出高電平即脈沖寬度由R9C2放電時(shí)間決定，固定不變；輸出低電平即脈沖間隔由R8C1放電時(shí)間決定，隨輸出電壓而變化。為PFM型。（2）PWM（圖1-22）改變斬波幅值。控制脈沖由固定頻率的正弦波經(jīng)變壓器后由V3斬波而得，因此脈沖頻率不變。隨著Ub3-減小，即Ub3+升高，V3導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)，輸出負(fù)脈沖寬度變寬，V1截止時(shí)間變長(zhǎng)，輸出電壓降低。UO↑-→UC3↓-→δ↓→UO↓。（3）混合（圖1-23）改變時(shí)間常數(shù)。①變換器電路②取樣電路③基準(zhǔn)電源④比較放大⑤脈沖發(fā)生器⑥工作原理脈沖寬度和間隔都受到控制，因此是PWM和PFM混合型。與圖1-21比，本圖控制信號(hào)反相。作業(yè)：1-5補(bǔ)：1.說(shuō)明開關(guān)穩(wěn)壓電源變換器電路的組成元件名稱極其作用。2.指出圖1-21、1-22、1-23中的取樣電路、基準(zhǔn)電源電路和比較放大電路的元器件。小結(jié)：1.開關(guān)穩(wěn)壓電源特點(diǎn)與組成2.串聯(lián)開關(guān)變換器類型與組成。3.控制電路組成。4.圖1-21、1-22、1-23電路控制類型和工作原理，能指出圖中的取樣電路、基準(zhǔn)電源電路和比較放大電路的元器件。1.5并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源為降壓型，輸出電壓低于輸入電壓。并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源為升壓型，輸出電壓高于輸入電壓，用于輸入電壓較低而又要求輸出電壓較高的場(chǎng)合。并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源較串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源有較小的射頻干擾和較低的雜音，可采用較小的射頻濾波器。一、并聯(lián)開關(guān)變換器1.電路圖1-242.波形圖1-243.濾波電容4.輸出電壓

V導(dǎo)通，L儲(chǔ)能，C放電；V截止，電源及L供電，C補(bǔ)充充電。二、并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源圖1-25并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成變換器電路+控制電路變換器電路：開關(guān)、儲(chǔ)能、濾波、續(xù)流控制電路：取樣、基準(zhǔn)、放大、脈沖1.6直流變換器式并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源圖1-26框圖變換器：直流→直流。逆變器+整流濾波電路逆變器：直流→交流。振蕩器+開關(guān)管+高頻變壓器一、單端變換器1.單端反激式變換器圖1-27示V導(dǎo)通，VD截止；V截止，VD導(dǎo)通，變壓器儲(chǔ)能供電。實(shí)現(xiàn)輸出與輸入隔離，干擾小。2.單端正激式變換器圖1-28VD1整流，VD2續(xù)流。在V截止期間，變壓器剩余儲(chǔ)能經(jīng)N3、VD3返回電源，因VD3箝位作用，將變壓器繞組感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)限定在電源電壓UI上，開關(guān)管V的反向電壓限制在2UI上。二、推挽式1.基本電路圖1-292.多電壓輸出雙管，功率大?？蓸?gòu)成多電壓輸出的直流穩(wěn)壓電源。開關(guān)管反向電壓為2倍的電源電壓，安全設(shè)計(jì)為3.3倍，在由交流電網(wǎng)直接整流濾波供電時(shí)，最高電壓為3.3×220×1.4=1016V，故很少采用。三、橋式圖1-30開關(guān)管承受反向電壓比推挽式減半，但增加了成本。四、半橋式圖1-31電容器中點(diǎn)電壓為UI/2，橋路電流值由初級(jí)電流和工作頻率計(jì)算。若與濾波電容分別設(shè)置，則濾波電容常取100μF，橋路電容常取幾μF。小結(jié)：1.并聯(lián)開關(guān)變換器的原理與特點(diǎn)2.并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理3.直流變換器式開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路與特點(diǎn)4.單端式變換器的電路原理5.橋式變換器的電路與特點(diǎn)6.推挽式變換器的電路與特點(diǎn)7.半橋式變換器的電路與特點(diǎn)作業(yè)：1.6,1.71.7開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制電路和驅(qū)動(dòng)電路一、控制電路圖1-23框圖頻率放大器改為振蕩器1.TL494脈寬調(diào)制型控制電路（1）電路名稱（功能）（2）電路組成原理。圖1-33。（3）1、2、4、5、6、8、11、12、13、14腳功能控制，8調(diào)寬脈沖輸出，12電源，16反饋控制（4）工作原理。說(shuō)明鋸齒波與直流電平比較產(chǎn)生PWM脈沖的原理。（5）典型應(yīng)用。圖1-34，各腳連接元件和信號(hào)。引腳功能引腳功能引腳功能引腳功能1取樣輸入5外接電容9地13輸出相位控制2UREF=2.5V6外接電阻10調(diào)寬脈沖輸出14UREF=5V3補(bǔ)償電壓7地11地15反饋控制4死區(qū)控制8調(diào)寬脈沖輸出12電源16反饋控制鋸齒波與直流電平比較產(chǎn)生PWM脈沖的原理。同相比較，鋸齒波輸入同相端，直流電平加反相端，直流電平高，脈寬窄；直流電平低，脈寬寬。反相比較則相反。2.MC3520/3420脈寬調(diào)制型控制電路（1）電路名稱（功能）①脈寬調(diào)制功能：6腳控制電壓6～2.4V，占空比0～100%。②反比控制功能：7腳外加直流電平與鋸齒波比較產(chǎn)生固定寬度方波脈沖，經(jīng)與非門G3、G4限制脈沖最大寬度，以控制死區(qū)的大小。③主從控制功能：腳輸出三角波驅(qū)動(dòng)另一塊電路，兩塊電路同步工作，可增加電源功率。④對(duì)稱校正功能：16腳加脈沖，一般與4腳相連，校正13腳輸出脈沖寬度，克服兩開關(guān)管不對(duì)稱引起變壓器工作不對(duì)稱造成的不良后果。⑤禁止功能：15腳電壓低于0.7V，強(qiáng)制開關(guān)管截止，同時(shí)14腳無(wú)輸出，用來(lái)限制電源的開機(jī)浪涌電流。⑥基準(zhǔn)電源：UREF=7.8V（9腳輸出）⑦輸入電壓：電壓范圍：10～30V，電流10～22mA。（2）電路組成原理。圖1-35。（3）1、2、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16腳功能引腳功能引腳功能引腳功能引腳功能1外接電阻5鋸齒波輸入9UREF=7.8V13調(diào)寬脈沖輸出2外接電容6取樣輸入10電源14振蕩器輸出3觸發(fā)輸出7死區(qū)控制11調(diào)寬脈沖輸出15禁止控制4脈寬調(diào)制輸出8鋸齒波輸出12地16禁止同步控制（4）典型應(yīng)用。圖1-36，MC3520/MC3420的區(qū)別。3.SG1524/2524/3524脈寬調(diào)制型控制電路（1）電路名稱（功能）（2）電路組成原理。圖1-35。結(jié)構(gòu)功能：①基準(zhǔn)電源：UREF=5V（16腳輸出）②鋸齒波振蕩：6、7腳外接RC，加至兩或非門控制死區(qū)時(shí)間；作為觸發(fā)器FF的觸發(fā)脈沖。③誤差放大器：輸入端為1、2、4、5、10腳。9腳對(duì)地接RC網(wǎng)絡(luò)，誤差放大輸出限制9腳電平數(shù)值來(lái)控制死區(qū)。④控制關(guān)閉端：10腳外接電路控制三極管導(dǎo)通與截止，以控制輸出脈沖關(guān)閉與工作?？捎糜陔娫吹能泦?dòng)及保護(hù)等。⑤電流限制電路：4、5腳輸入電流取樣電壓大于200mV，9腳電壓下降，控制電路單管放大工作。⑥比較器PWM：輸出高電平，或非門輸出低電平，輸出三極管截止，反之導(dǎo)通。⑦輸入電壓：電壓范圍：10～30V，電流10～22mA。⑧輸出三極管：100mA。（3）1、2、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16腳功能引腳功能引腳功能引腳功能引腳功能1取樣輸入5電流檢測(cè)輸入9補(bǔ)償13調(diào)寬脈沖輸出2基準(zhǔn)電壓6外接電阻10關(guān)閉14地3振蕩器輸出7外接電容11地15電源4電流檢測(cè)輸入8地12調(diào)寬脈沖輸出16UREF=5V（4）典型應(yīng)用。圖1-38，C1、C2加速電容。R2、R3限流。小結(jié)：熟悉開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制電路的基本原理和常用集成電路的工作原理，掌握TL494的工作原理和典型應(yīng)用。1.原理框圖，TL494工作原理、典型應(yīng)用。2.MC3520/MC3420工作原理、典型應(yīng)用。3.SG1524/2524/3524工作原理。4.應(yīng)用SG3524的推挽驅(qū)動(dòng)電路。作業(yè)：1.8補(bǔ)：1.用波形圖說(shuō)明鋸齒波和直流電平比較產(chǎn)生寬度可調(diào)脈沖的原理。2.說(shuō)明開關(guān)穩(wěn)壓電源的理想驅(qū)動(dòng)波形。3.說(shuō)明單極性脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)和互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用場(chǎng)合。二、驅(qū)動(dòng)電路SG3524的推挽驅(qū)動(dòng)電路。理想驅(qū)動(dòng)波形，單極性脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)，比例驅(qū)動(dòng)，互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求，驅(qū)動(dòng)電路的形式、原理、特點(diǎn)。1.理想的驅(qū)動(dòng)波形提高開關(guān)電源的效率，主要在于開關(guān)管飽和和截止的速度和深度