直流稳压电源课件.ppt
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2/8/20241目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部第第7章章直流稳压电源直流稳压电源太原理工大学电工基础教学部太原理工大学电工基础教学部2/8/20242目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部第第77章章直流稳压电源直流稳压电源7.4串联开关式稳压电源串联开关式稳压电源7.3集成稳压器集成稳压器7.1整整流滤波电路流滤波电路7.2稳压电稳压电路路2/8/20243目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部第第77章章直流稳压电源直流稳压电源1.1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算参数的计算参数的计算参数的计算;2.2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理作原理作原理作原理;3.3.了解集成稳压电路的性能及应用。
了解集成稳压电路的性能及应用。
了解集成稳压电路的性能及应用。
了解集成稳压电路的性能及应用。
4.4.了解开关稳压电源的工作原理。
了解开关稳压电源的工作原理。
了解开关稳压电源的工作原理。
了解开关稳压电源的工作原理。
本章要求:
本章要求:
2/8/20244目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.1整流滤波电路整流滤波电路电源变压器电源变压器:
将交流电源电压将交流电源电压u1变为所需要的交流电变为所需要的交流电压压u2。
整流电路整流电路:
将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压uR。
滤波电路滤波电路:
将将脉动直流电压脉动直流电压uR转转变为平滑的直流变为平滑的直流电压电压uF。
稳稳压电路压电路:
当电网波动及负载变化时当电网波动及负载变化时,维持维持输出输出Uo的稳定。
的稳定。
直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能交流电源交流电源电源变压器电源变压器整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路负载负载u1u2uRuFUootu1otu2otuRotuFotUoRL2/8/20245目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.1.1单相整流电路单相整流电路1.单相半波整流电路单相半波整流电路otuoouDtu1TriDbaiouoDu2RLotiDio2u2t3ou20时,时,D导通导通uD=0。
U20ub0时,时,D1导通导通D2截止截止Ua0ub0时,时,D2导通导通D1截止截止uo=uauo=ub输出平均电压输出平均电压Uo=0.9U2二极管上的平均电流:
二极管上的平均电流:
二极管二极管上承受的最高电压:
上承受的最高电压:
输出平均电流输出平均电流2/8/20248目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部3.单相桥式整流电路单相桥式整流电路u2正半周时电流通路正半周时电流通路分析分析设:
设:
u1u2TrD4D2D1D3RLuoabto+-ioD1D2共阴极,对应共阴极,对应uo的的“+”+”极;极;D3D4共阳极,对应共阳极,对应uo的的“-”-”极极。
D1D3在在u2的的正半周导通;正半周导通;D2D4在在u2的负半周导的负半周导通。
通。
2/8/20249目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部u2负半周时电流通路负半周时电流通路uou1u2TrD4D2D1D3RLabto+-io2/8/202410目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部u20时时a+b-D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:
由由a+经经D1RLD3b-u20时时b(+)a(-)D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:
由由b(+)经经D2RLD4a(-)输出是脉动的直流电压输出是脉动的直流电压!
u2桥式整流电路输出波形桥式整流电路输出波形u2D4D2D1D3RLu0+-ab(+)(-)2/8/202411目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部输出平均电压输出平均电压Uo输出平均电流输出平均电流二极管的选择二极管的选择二极管上的平均电流:
二极管上的平均电流:
二极管上的最高反向电压:
二极管上的最高反向电压:
2/8/202412目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部u1u2TrD4D2D1D3RLuoabto+-io问题与讨论问题与讨论单单相相桥桥式式整整流流电电路路中中,若若D2发发生生开开路路,短短路路,或或反反接接三三种种情况,电路中将会发生什么问题?
情况,电路中将会发生什么问题?
D2开路:
相当于半波整流,开路:
相当于半波整流,Uo=0.45U2D2短路:
短路:
Uo=0,将,将变压器副边短路,烧坏绕组和管子变压器副边短路,烧坏绕组和管子D2反接:
反接:
Uo=0,将,将变压器副边短路,烧坏绕组和管子变压器副边短路,烧坏绕组和管子2/8/202413目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部问题与讨论问题与讨论u1u12TrD4D2D1D3RL1uo1abu22RL2uo2电电路路如如图图所所示示。
试试标标出出输输出出电电压压uo1、uo2的的极极性,画出输出电压的波形。
并求出性,画出输出电压的波形。
并求出Uo1、Uo2的平均值。
设:
的平均值。
设:
2u12t3ou22otuo1otuo2u10时时u120D1导通,导通,uo1=u12u220D3导通,导通,uo2=u22u10时时U220D2导通,导通,uo1=u22U120D4导通,导通,uo2=u12Uo1=0.9U2Uo2=-0.9U22/8/202414目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部整流桥实物整流桥实物照片照片2/8/202415目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.1.2滤波电路滤波电路1.电容滤波电路电容滤波电路u1Tr+uoDu2CRLuoD截止截止D导通导通tbao分析分析设:
设:
并入电容并入电容C后,在后,在u2uC时,时,D导通,导通,C充电充电,充充电很快,输出电压电很快,输出电压uo随随u2上升。
当上升。
当uC=后,后,u2开开始下降始下降u2uC时时C又被充电又被充电uo=u2又上升。
直到又上升。
直到u21时,可得时,可得当反馈越深时,调整作用越强,输出电压当反馈越深时,调整作用越强,输出电压Uo也越稳定也越稳定AUBTUREFUFR1取取样样R2UoRL调整调整基准电压基准电压比较放大比较放大UiUCEUBE2/8/202434目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.1.4简单分立元件组成的稳压电路简单分立元件组成的稳压电路TrT12N2222AD21N4736R1680C1100FC2100FRL5kD1220VD2D3D4典典型型的的串串联联稳稳压压电电源源,其其中中变变压压器器用用于于将将220V市市电电降降成成需需要要的的电电压压后后,进进行行桥桥式式整整流流和和滤滤波波,将将交交流流电电变变成成直直流流电电并并滤滤去去纹纹波波,经经过过简简单单的的串串联联稳稳压压电电路,输出端得到稳定的直流电压。
路,输出端得到稳定的直流电压。
2/8/202435目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部1.稳压过程稳压过程UoUFUCE2Uo当当Ui增加或输出电流减小(增加或输出电流减小(RL增大)使增大)使Uo升高时升高时IB2IC2UBE1UCE17.1.5实际的串联式稳压电源实际的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUFIB2IC2UBE1UCE2UCE1UBE2=(UFUZ)2/8/202436目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部当当Ui减小或输出电流增加(减小或输出电流增加(RL减小)使减小)使Uo降低时降低时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUFIB2IC2UBE1UCE2UCE1UCE2UoIC2UBE1UCE1UoUFIB2UBE2=(UFUZ)2/8/202437目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部2.RW的调压作用的调压作用R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUFIB2IC2UBE1UCE2UCE1UCE2UoUBE1UCE1RW下调下调UFUBE2UZ不变不变UCE2UoUBE1UCE1RW上调上调UFUBE2UZ不变不变2/8/202438目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部3.输出电压的调节范围输出电压的调节范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UiUF2/8/202439目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部例例电电路路如如图图所所示示。
已已知知UZ=6V,R1=R2=RP,试试估估算稳压电路输出电压算稳压电路输出电压Uo的调节范围。
的调节范围。
AUBTUREFUFR1R2UoRLUiUZDZRRP解:
由解:
由“虚短虚短”,知道,知道UF=UREF=UZ=6V,可估算出可估算出该稳压电路的输出电压能在该稳压电路的输出电压能在9V18V之间调节。
之间调节。
作业:
作业:
7-107-122/8/202440目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.3集成稳压电源集成稳压电源7.3.1三端固定集成稳压器三端固定集成稳压器2/8/202441目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部三端集成稳压器实物照片三端集成稳压器实物照片2/8/202442目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部三端集成稳压器管脚排列三端集成稳压器管脚排列7878系列输出系列输出正正正正电压电压7979系列系列输出输出负负负负电压电压78055V78066V78088V78099V781010V781212V781515V781818V782424V79055V79066V79088V79099V791010V791212V791515V791818V792424V输输入入输输出出输输入入输输出出地地地地2/8/202443目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部如:
如:
W7805+5V,W791515V5V10V、12V、15V、18V、20V、24V等等共共11个档次个档次型号后型号后XX两位数字两位数字代表输出电压值代表输出电压值W79XX系列系列(输出负电压输出负电压)W78XX系列系列(输出正电压输出正电压)输出额定电压值输出额定电压值:
输出额定电流值输出额定电流值:
有有5个档次个档次W7800系列的系列的W78001.5AW78M000.5AW78L000.1AW78T003AW78H005A2/8/202444目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部CW7800的内部结构和基本应用电路的内部结构和基本应用电路内部内部结构结构+UI取取样样电电路路调整电路调整电路保护保护电路电路基基准准电电压压比比较较放放大大启启动动电电路路+UO2/8/202445目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部基本应基本应用电路用电路抵消输入长接抵消输入长接线的电感效应,线的电感效应,防止自激防止自激改善负载的瞬改善负载的瞬态响应,消除态响应,消除高频噪声高频噪声防止输入端短路时防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器Uo=12VW7812123C2+UiC1C30.33F0.1F100FRL+2/8/202446目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部1.输出固定电压的电路输出固定电压的电路输入与输出之间的电压差不得低于输入与输出之间的电压差不得低于3VW7805稳压器基本接线图稳压器基本接线图C2CW7805C1UIUO1321F+LM7805W7905稳压器基本接线图稳压器基本接线图C2CW7905C1UIUO2311F+LM7905电容电容C1防止自激振荡。
防止自激振荡。
0.1F0.33F电容电容C2减小高频干扰,改善瞬态特性。
减小高频干扰,改善瞬态特性。
1F2/8/202447目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路2.输出正负电压的电路输出正负电压的电路W78XXC1UI132C1W79XX13C2C22+_+UOUORL1RL20.33F0.33F1F1F2/8/202448目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部C2W78XXC1UI+_+_UO132UXXUZRDZ输出电压:
输出电压:
UO=UXX+UZ3.提高输出电压的电路提高输出电压的电路UXX:
为为W78XX固定输出电压固定输出电压提高输出电压的电路提高输出电压的电路2/8/202449目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部4.输出电压可调式电路输出电压可调式电路W7805132R1C1C2UI76234UOR2F0070.33F33V10k1F2/8/202450目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部(UXX=5V)W7805132R1C1C2UI76234UOR2F0070.33F33V10k1FUXX2/8/202451目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.3.2三端可调集成稳压器三端可调集成稳压器1.型号型号正电压输出正电压输出LM117、LM217和和LM317系列系列负电压输出负电压输出LM137、LM237和和LM337系列系列LM117123调调节节输输出出输输入入LM137123调调节节输输出出输输入入LM117的引脚排列图的引脚排列图LM137的引脚排列图的引脚排列图外外形形引引脚脚CW117、CW217和和CW317系列系列CW137、CW237和和CW337系列系列2/8/202452目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部工作温度工作温度CW117(137)-55150CCW217(237)-25150CCW317(337)0125C基准电压基准电压1.25V输出电流输出电流L型型输出电流输出电流100mAM型型输出电流输出电流500mACWL117(137)CWM117(137)2/8/202453目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部2.内部结构和基本应用电路内部结构和基本应用电路内内部部结结构构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路电路保护电路电路IREFUIUOADJ112233外外形形引引脚脚CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A2/8/202454目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部D1防止输入端短路时防止输入端短路时C4反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器D2防止输出端短路时防止输出端短路时C2通通过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器基本应用电路基本应用电路UoCW31711223C2+UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IIOOIIQQIIIREF0.1FD1D2UREF=1.25V使使UREF很稳定很稳定125125IREF50A2.2k2.2k2/8/202455目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部R1=UREF/IQ=125静态电流静态电流IQ(约约10mA)从输出端流出,从输出端流出,RL开开路时流过路时流过R1R2=02.2k时,时,UO=1.2524VUoCW31711223C2+UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IIOOIIQQIIIREF0.1FD1D2UREF=1.25V使使UREF很稳定很稳定125125IREF50A2.2k2.2k2/8/202456目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部030V连续可调电路连续可调电路UoCW31711223+UiC10.33F10FR1R2C31FDC2R3+3k120680+32V10VAUA=1.25V当当R2=0时时,UO=0V2/8/202457目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部LM317三三端端可可调调稳稳压压器器,输输出出电电流流1.5A。
图图示示典典型型应应用用的的电电路路,C2滤滤去去R2两两端端的的纹纹波波电电压压,接接入入R1和和R2使使输输出出电电压压可可调调,电压可调范围为电压可调范围为1.2537V。
3.应用应用IN3OUT2ADJ1LM317C2C1R1电压调节电压调节UiUo100F240R2100FUREFI2I12/8/202458目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部其其中中UREF=1.25V。
如如果果R1=240,R2=2.4k,则则输出电压可调范围为输出电压可调范围为1.25V13.75VIN1OUT3ADJ2LM317C2C1R1电压调节电压调节UiUo100F240R2100FUREFI2I1若若取取R1=240,R2=6.8k,则则Uo为为1.25V37V。
所以输出电压:
所以输出电压:
2/8/202459目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.3.3低压差三端集成稳压器低压差三端集成稳压器前述三端输入输出的前述三端输入输出的压差必须大于压差必须大于3V的才能的才能正常的工作,这样的压差在电池供电的装置中是不正常的工作,这样的压差在电池供电的装置中是不能使用的。
另外,自身能使用的。
另外,自身功耗大功耗大(4.5W),),需需加散加散热器热器。
低压差三端稳压器低压差三端稳压器MIC29150,具有具有3.3V、5V和和12V三种电压,输出电流三种电压,输出电流1.5A,与与7805封装相同,可封装相同,可以互换使用。
主要以互换使用。
主要特点特点:
压差低压差低,典型值为,典型值为350mV,最大值为最大值为600mV;功耗小功耗小(0.9W),不用散热片不用散热片。
2/8/202460目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.3.4基准电压源基准电压源基准电压源一般可以用稳压管组成的稳压源来承担,基准电压源一般可以用稳压管组成的稳压源来承担,但目前有很多基准电压集成电路,被广泛用作高性能稳压但目前有很多基准电压集成电路,被广泛用作高性能稳压电源的基准电源。
电源的基准电源。
TL431主要应用于稳压电源、仪器仪表、可调电源和主要应用于稳压电源、仪器仪表、可调电源和开关电源中,是稳压二极管的良好替代品。
开关电源中,是稳压二极管的良好替代品。
基准集成电路基准集成电路TL431及其应用电路及其应用电路阳极阳极阴极阴极参考参考UiUoR1R2Rp123TL431T1D+24V2.524VT2C3856D261I1I2(a)(b)REFCATHODANODE10k2312/8/202461目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.4串联开关式稳压电源串联开关式稳压电源7.4.1概念概念1.线性线性稳压电源稳压电源缺点:
缺点:
调整管调整管管耗大管耗大电源电源效率低效率低(40%60%)装散热器装散热器体积大体积大改进思路改进思路:
使调整管使调整管截止截止(电流小电流小)IC0饱和饱和(管压降小管压降小)UCES0调整管工作在放大区调整管工作在放大区(线性区)(线性区)优点:
优点:
输出电压稳定度高输出电压稳定度高电压纹波小电压纹波小线路简单,工作可靠线路简单,工作可靠2/8/202462目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部2.开关开关稳压电源稳压电源调整管处于开关状态调整管处于开关状态(饱和饱和:
UCES0,截止截止:
IC0。
)。
)开关稳压电开关稳压电源源的优点:
的优点:
效率高效率高(80%(80%90%)90%)体积小、重量轻体积小、重量轻稳压范围宽稳压范围宽开关稳压电开关稳压电源源的缺点:
的缺点:
电路电路复杂复杂对电网要求不高对电网要求不高对电子设备对电子设备干扰较大干扰较大输出电压含输出电压含较大纹波较大纹波2/8/202463目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.4.2开关电源的组成开关电源的组成调整管调整管取样取样电路电路脉宽调制电路脉宽调制电路开关调整管控制开关调整管控制滤波滤波频率固定频率固定的三角波的三角波误差放大误差放大续流续流iLUIuBT比较放大器比较放大器比较器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压基准电压三角波三角波发生器发生器uT2/8/202464目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部iLUIuBT比较放大器比较放大器比较器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD开关型稳压电路原理开关型稳压电路原理脉宽调制电路脉宽调制电路基准电压基准电压三角波三角波发生器发生器uT1.取样环节:
取样环节:
R1、R2分压提取分压提取取样电压取样电压uF(反馈电压)反馈电压)2.基准电压环节:
基准电压环节:
提供稳压的基准电压提供稳压的基准电压UREF3.放大环节:
放大环节:
比较放大器比较放大器A,放大差值(放大差值(UREFuF)4.调整环节:
调整环节:
调整管调整管T由开关信号控制通断,稳定输出电压由开关信号控制通断,稳定输出电压UO。
2/8/202465目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部iLUIuBT比较放大器比较放大器比较器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压基准电压三角波三角波发生器发生器uT脉宽调制电路脉宽调制电路5.LC滤波器及续流二极管滤波器及续流二极管D:
滤波和续流得到滤波和续流得到平稳的平稳的直流电压。
直流电压。
6.脉宽调制比较器脉宽调制比较器C:
反相端接反相端接uT(三角波发生器的输出),三角波发生器的输出),同相端接同相端接uA(比较放大器输出),输出开关信号比较放大器输出),输出开关信号uB驱动调整管。
驱动调整管。
三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路(PWM)2/8/202466目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部7.3.3开关电源的开关电源的工作原理工作原理1.1.分析分析当当uB为为高电平高电平T饱和、饱和、D截止,截止,uE=UI,经经LC滤波到负载滤波到负载RL同时同时iLL和和C储存能量储存能量当当uB为为低电平低电平T截止、截止、D导通,导通,uEUD0,iLUIuBT比较放大器比较放大器比较器比较器uEACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压基准电压三角波三角波发生器发生器uTeLD续流续流LC泄放能量给泄放能量给RL供电,供电,输出较平稳的输出较平稳的直流电压直流电压ioio2/8/202467目录目录电工电子技术电工电子技术电工基础教学部电工基础教学部虽然虽然T处于开关状态,但由于处于开关状态,但由于D的续流和的续流和L、C的滤波作的滤波作用,输出电压用,输出电压UO是比较平稳的。
是比较平稳的。
2.2.输出平均电压及占空比输出平均电压及占空比调整管通断时
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