第 五 章 直 流 穩(wěn) 壓 電 源

第五章

直流穩(wěn)壓電源421§５－２集成穩(wěn)壓器§５－１分立元件直流穩(wěn)壓電路§５－３開關(guān)型穩(wěn)壓電路學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟悉穩(wěn)壓管的工作特性，掌握穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成、穩(wěn)壓原理及電路特點。2.掌握串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的組成及穩(wěn)壓原理，能計算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍，會裝配和調(diào)試串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。3.熟悉三端集成穩(wěn)壓器的工作原理及其應(yīng)用。4.理解開關(guān)型穩(wěn)壓電源的工作原理，會裝配和調(diào)試串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路。423電子設(shè)備需要的直流電源通常都是將電網(wǎng)提供的50Hz交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后得到的。各部分電路及其波形如圖所示。424直流穩(wěn)壓電路原理框圖及其輸出波形a)電路框圖

b)輸出波形電源變壓器的作用是將220V的電網(wǎng)電壓值變換成整流電路所要求的交流電壓值。整流電路的作用是將交流電壓變換為脈動直流電壓。濾波電路的作用是將脈動的直流電變換為平滑的直流電。穩(wěn)壓電路的作用是使直流電源的輸出電壓穩(wěn)定，基本不受電網(wǎng)電壓或負(fù)載變動的影響。直流穩(wěn)壓電源可以是獨立的一臺設(shè)備，也可以是電子電路系統(tǒng)中的一個組成部分。如圖所示為幾種不同的直流穩(wěn)壓電源。425426直流穩(wěn)壓電源實物圖a)實驗室用直流電源

b)計算機(jī)中一體化開關(guān)電源

c)充電器§5-1分立元件直流穩(wěn)壓電路427一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1.電路組成在第一章已經(jīng)介紹了穩(wěn)壓二極管，當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)時，反向電流在較大的范圍內(nèi)變化，而穩(wěn)壓二極管兩端電壓幾乎不變。利用這一特性可以組成一個簡單的直流穩(wěn)壓電路，如圖所示。圖中穩(wěn)壓二極管與負(fù)載并聯(lián)，因此，也稱并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的輸入電壓來自整流濾波電路的輸出電壓。428429穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路圖2.穩(wěn)壓原理電阻R起著限流和調(diào)壓的雙重作用。如果R=0，則uo=ui，電路沒有穩(wěn)壓作用，同時由于整流濾波電路的輸出電壓直接加到穩(wěn)壓管兩端，有可能引起過大的反向電流而使穩(wěn)壓管燒壞。R大則電壓調(diào)節(jié)性能好，但R太大，電流過小，穩(wěn)壓管可能會失去穩(wěn)壓作用?？梢?，要使電路正常穩(wěn)壓，電阻R必須選擇適當(dāng)?shù)淖柚怠７€(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計制作容易。但由于受到穩(wěn)壓管自身參數(shù)的限制，其輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)節(jié)，因此，只適用于輸出電壓固定且電流變化范圍不大的小功率負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電流較大且要求穩(wěn)壓性能較好時，可采用串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。430二、帶放大環(huán)節(jié)的直流穩(wěn)壓電路1.電路組成如圖所示為帶放大環(huán)節(jié)的直流穩(wěn)壓電路。電路由基準(zhǔn)電路、取樣電路、比較放大電路和調(diào)整管四部分組成。三極管VT1（調(diào)整管）接成射極輸出形式，因為它與負(fù)載相串聯(lián)，所以又稱串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。431432帶放大環(huán)節(jié)的直流穩(wěn)壓電路a)電路圖

b)框圖2.穩(wěn)壓原理假設(shè)由于某種原因使輸出電壓uo上升，取樣電路將這一變化趨勢送到比較放大管VT2的基極,與發(fā)射極基準(zhǔn)電位uZ進(jìn)行比較，并將二者的差值進(jìn)行放大，VT2管集電極電位uC2降低。由于調(diào)整管采用射極輸出形式，所以輸出電壓uo必然降低，從而保證uo基本穩(wěn)定。其穩(wěn)定過程可用簡式表示如下：同理，若輸出電壓降低，則有如下穩(wěn)壓過程：分析上述穩(wěn)壓過程可知，電路實質(zhì)上是靠引入深度負(fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。4333.輸出電壓的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RP可以調(diào)節(jié)輸出電壓uo的大小，使其在一定的范圍內(nèi)變化。忽略三極管VT2的基極電流，當(dāng)RP滑動觸點移至最上端時，有這時輸出電壓最小，為當(dāng)RP滑動觸點移至最下端時，輸出電壓最大，為434§5-2

集成穩(wěn)壓器435分立元件穩(wěn)壓電路存在組裝麻煩、可靠性差、體積大等缺點，隨著半導(dǎo)體集成電路工藝的發(fā)展，集成穩(wěn)壓器得到廣泛應(yīng)用。集成穩(wěn)壓器有多種類型。按穩(wěn)壓原理不同，可分為串聯(lián)調(diào)整式、并聯(lián)調(diào)整式、開關(guān)調(diào)整式；按引出端數(shù)目不同，可分為三端集成穩(wěn)壓器和多端集成穩(wěn)壓器；按封裝形式不同，可分為金屬封裝和塑料封裝。常見的三端集成穩(wěn)壓器外形如圖所示。436437集成穩(wěn)壓器外形a)金屬封裝

b)塑料封裝一、三端固定式集成穩(wěn)壓器1.型號說明三端固定式穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端和公共端三個引出端。此類穩(wěn)壓器屬串聯(lián)調(diào)整式，除了基準(zhǔn)、取樣、比較放大和調(diào)整等環(huán)節(jié)外，還有較完整的保護(hù)電路。常用的CW78××系列三端固定式集成穩(wěn)壓器是正電壓輸出，CW79××系列是負(fù)電壓輸出。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，其型號意義如下：4382.基本應(yīng)用電路如圖所示為三端固定式集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。439三端固定式集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路a)正電壓輸出b)負(fù)電壓輸出3.擴(kuò)大輸入電壓的電路CW78××系列集成穩(wěn)壓器最大輸入電壓一般不能超過40V，如果遇到輸入電壓大于40V的情況，可采用如圖所示的連接方法。440擴(kuò)大輸入電壓的電路4.提高輸出電壓的電路電路如圖所示，它能使輸出電壓高于集成穩(wěn)壓器的固定輸出電壓。441提高輸出電壓的電路5.擴(kuò)大輸出電流的電路當(dāng)負(fù)載電流需要大于集成穩(wěn)壓器的最大輸出電流時，可采用如圖所示的電路擴(kuò)大輸出電流。442擴(kuò)大輸出電流的電路a)外接大功率三極管b)集成穩(wěn)壓器并聯(lián)6.輸出正、負(fù)電壓的電路電路如圖所示。要求電源變壓器帶中心抽頭，該抽頭作為參考點，以便輸出一對幅度相等、相位相反的電壓。443輸出正、負(fù)電壓的電路二、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器不僅輸出電壓可調(diào)，且穩(wěn)壓性能優(yōu)于固定式。它的三個引出端為輸入端、輸出端和調(diào)整端。444如圖所示為三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路。它的輸出端與調(diào)整端之間具有很強(qiáng)的維持1.25V電壓不變的能力，所以R1上電流值基本恒定。又由于調(diào)整端輸出電流極?。?0μA），故可忽略，則輸出電壓為445446三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路由于C3容量較大，一旦輸出端斷開，C3將會向穩(wěn)壓器放電，則易使穩(wěn)壓器損壞。在穩(wěn)壓器輸入端和輸出端之間跨接二極管VD1可起到保護(hù)作用。二極管VD2則用于當(dāng)輸出端短路時為C2提供放電回路，防止C2向穩(wěn)壓器調(diào)整端放電。電容C2的作用是減小RP兩端的紋波電壓。如圖所示為正、負(fù)可調(diào)穩(wěn)壓電路。447448正、負(fù)可調(diào)穩(wěn)壓電路§5-3

開關(guān)型穩(wěn)壓電路449前面介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路屬于線性穩(wěn)壓電路，調(diào)整管始終工作于線性放大區(qū)，因此，本身功率消耗大、效率低。為了解決調(diào)整管的散熱問題，還要安裝散熱器，這必然會增大電源設(shè)備的體積和重量。在開關(guān)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)其截止時，電流很小，因而管耗很??；當(dāng)其飽和時，管壓降很小，因而管耗也很小。這樣就提高了效率，同時還可減輕電源設(shè)備的體積和重量。此外，開關(guān)型穩(wěn)壓電路更易于實現(xiàn)自動保護(hù)，因此，在許多電子設(shè)備（如電視機(jī)、計算機(jī)、航天儀器等）中得到廣泛應(yīng)用。450一、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路如圖所示為串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成框圖，開關(guān)調(diào)整管VT與負(fù)載RL串聯(lián)。451串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成框圖452工作波形圖a)uA—t曲線

b)uB—t曲線

c)uE—t曲線

d)iL—t曲線二、并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的簡化電路如圖a所示，開關(guān)調(diào)整管VT與負(fù)載RL并聯(lián)。453并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路a)簡化電路圖

b)調(diào)整管飽和導(dǎo)通時的等效電路

c)調(diào)整管截止時的等效電路三、開關(guān)型集成穩(wěn)壓器TOP224P三端集成穩(wěn)壓器是目前使用較多的開關(guān)型集成穩(wěn)壓器