,模拟电路, 精品课程课件
第 10章 直流稳压电源
§ 10.1概述
§ 10.2硅稳压管稳压电路
§ 10.3具有放大环节的串联型稳压电路
§ 10.4稳压电路的质量指标
§ 10.5集成三端稳压器
§ 10.6开关型稳压电源
第 10章 直流稳压电源
§ 10.1 概述
学习重点:熟悉直流稳压电源系统的组成
学习目标:了解稳压电路的类型
整流电路,将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。
滤波电路,将脉动直流中的交流成分滤除,减少交流成分,增
加直流成分。
稳压电路,对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直
流电压。
§ 10.1 概述
一、直流稳压电源系统的组成
§ 10.1 概述
1.按调整器件的类型可分为
电子管稳压电路
三极管稳压电路
可控硅稳压电路
集成稳压电路
2.按调整器件的工作状态可分为
线性稳压电路
开关稳压电路
二、稳压电路的分类
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第 10章 直流稳压电源
§ 10.2 硅稳压管稳压电路
学习目标:熟悉硅稳压管组成电路的工
作原理及特点
学习重点,硅稳压管稳压电路的分析
§ 10.2 硅稳压管稳压电路
1.稳压电路
ZOR += III
一、稳压电路及稳压原理
2.稳压原理
利用稳压二极管的反向击穿特性稳压,因为其反向特性陡直,
较大的电流变化,只会引起较小的电压变化。
RIUUUUU RIRIZO == ???
§ 10.2 硅稳压管稳压电路
当负载不变而输入电压变化时,稳压过程为:
UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓
分析
当 负载电流变化时,稳压过程为:
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓( VO↓) →IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
§ 10.2 硅稳压管稳压电路
1,稳压管的选型 OZ UU ?
( m a x ))-3-5.1( OZM II ?
OI UU )32( ???
( m in )
( m a x )
( m a x )
( m in )
OZM
OI
OZ
OI
II
UUR
II
UU
?
???
?
?
2,输入电压的确定
3,限流电阻 R的计算
二、电路参数计算
§ 10.2 硅稳压管稳压电路
1,输出电压不能调节;负载电流变化范围小,为 IZM-IZ。稳压
性能差,有较大静态偏差;输出电阻大,约几欧姆至几
十欧姆。
2,优点:电路结构简单,负载短路时,稳压管不会损坏。因
此,仅适用于固定和要求不高的场合。
三、硅稳压管稳压电路特点
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第 10章 直流稳压电源
§ 10.3 具有放大环节的串联型稳压电路
学习目标:掌握串联型稳压电路的工作原
理和稳压电路的保护措施
学习重点,串联型稳压电路的分析
§ 10.3 具有放大环节的串联型稳压电路
1,基本电路的组成
典型的串联反馈式稳压电路,由基准电压、比较放大、
调整、取样四个部分组成
一、串联型稳压电路的组成和稳压原理
§ 10.3 具有放大环节的串联型稳压电路
2.工作原理
1) 输入电压变化, 负载电流保持不变
U I↑→UO↑→UF↑→UO’↓→UCE↑→UO↓
2)负载电流变化,输入电压保持不变
IO↑→UI↓→UO↓→UF’↓→UO1↑→UCE↓→UO↑
3.输出电压的调节
R E F
2
1
O )+(1 UR
RU ?
调节取样电路中电位器 RP滑点的位置可以改变输出直流
电压 UO的大小
§ 10.3 具有放大环节的串联型稳压电路
4.分立元件组成的串联型稳压电路
由分立元件组成的串联型稳压电源电路,仍有一定应用面,
其基本原理与运放组成的电路相似。
§ 10.3 具有放大环节的串联型稳压电路
保护的方法
反馈保护型
温度保护型截流型 限流型
当发生短路时,通过保
护电路使调整管截止,
从而限制了短路电流,
使之接近为零
当发生短路时,通过
电路中取样电阻的反
馈作用,输出电流得
以限制
二、稳压电路的保护措施
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第 10章 直流稳压电源
§ 10.4 稳压电路的质量指标
学习目标:了解稳压电路的质量指标
学习重点,稳压电路的质量指标
§ 10.4 稳压电路的质量指标
一、稳压系数 Sr
(电压调整特性)
二、负载调整特性 Si
三、输出电阻 Ro
四、纹波抑制比 SR
%100/
0
????
?? IUO
OO
I I
UUS
0???
???
IUO
O
O I
UR
%100//
0
????
?? OIII
OO
r UU
UUS
dBUUS
OP
IP
R lg20?
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第 10章 直流稳压电源
§ 10.5集成三端稳压器
学习目标,熟悉集成三端稳压电路
的使用方法
学习重点,集成三端稳压电路的应用
§ 10.5 集成三端稳压器
将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集
成稳压器有:输入端、输出端和公共端,称三端集成稳压器。
集成稳压器符号
外形图
一、概述
§ 10.5 集成三端稳压器
1,外形及使用要求
正电压( 78系列)和负电压( 79系列)输出引脚排列各不相同
二、三端固定输出集成稳压器
§ 10.5 集成三端稳压器
2,典型应用线路系统
1) 输出固定电压的稳压电路
Uo= 12V
W78121 2
3
C2
++
Ui C1 C3
0.33?F 0.1?F 100?F
RL
§ 10.5 集成三端稳压器
3.具有短路保护环节的扩大输出电流的稳压电路
电阻 R的作用是使
功率管在输出电流
较大时才能导通
21 II ?
R
UIIIIIIIII BE
2R12B2C2o )1()( ???? ??????????
10?? VU 3.0BE ?? ?? 5.0R AI 12 ?
AI 5o ?
I3为稳压器公共端电流,其值很小,可以忽略不计
假设,β为三极管的电流放大系数
可见 Io比 I2扩大了
§ 10.5 集成三端稳压器
4.正、负对称输出两组电源的稳压电路
§ 10.5 集成三端稳压器
1.概述
类型, 正电源稳压器,为 W117系列
负电压稳压器,为 W137系列
特点, 电压调整率和负载调整率指标均优于固定式集成稳压
器,具有过热、限流和安全工作区保护
输出电压可调范围,1.2~ 37V
最大输出电流,1.5A
电压调整率( ),0.01%/V
负载调整率( ),0.1%/V
输出与输入电压差允许范围,3~ 40V
0
/
???
??
OII
OO
U
UU
0
/
???
??
IUO
OO
I
UU
三、三端式可调集成稳压器
§ 10.5 集成三端稳压器
2.基本应用电路
P
P
O ARR
RU ?50125.1
1
???
?
?
???
? ??
输出电压为
调节 RP可改变输出电压大小,
电容 C2提高纹波抑制比,C3
抑制容性负载,C1消除自激振
荡,D1保护稳压器,D2保护
C2
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第 10章 直流稳压电源
§ 10.6 开关型稳压电源
学习目标:了解开关型稳压电路工作原理
学习重点,开关型稳压电路的特点、
类型和工作原理
§ 10.6 开关型稳压电源
1.开关型稳压电源的特点
一、开关型稳压电源的特点和类型
优点:
效率高( 80%~ 90%)
稳压范围宽
对电网要求不高
体积小,重量轻
缺点:
输出电压含较大纹波
对电子设备干扰较大
电路复杂
2.类型
1)按开关控制作用分:
自激开关式
他激开关式
2)按稳压控制作用的脉冲占空比分:
脉宽调制式( PWM)
频率调制式( PFM)
§ 10.6 开关型稳压电源
1.电路组成
开关型稳压电源由调整管、滤波电路、比较器、三角波发
生器、比较放大器和基准源等部分构成。
二、自激开关型稳压电路的基本工作原理
§ 10.6 开关型稳压电源
§ 10.6 开关型稳压电源
2.基本工作原理
三角波发生器通过
比较器产生一个方
波 vB,去控制调整
管的通断。
调整管导通时,
向电感充电。
续流二极管 D在调整
管截止时,给电感中
的电流提供一个泄放
通路,有利于保护调
整管。
当三角波的幅度小于比较放大器的输出
时,比较器输出高电平(输出波形中电
位水平高于高电平最小值的部分,相当
方波存在的部分),对应调整管的导通
时间为 ton;反之输出为低电平(输出波
形中电位水平低于低电平最大值的部分
,相当方波不存在的部分),对应调整
管的截止时间 toff。
为了稳定输出电压,按电压
负反馈方式引入反馈,以确
定基准源和比较放大器的连
线。设输出电压增加,FV0
增加,比较放大器的输出 Vf
减小,比较器方波输出的 toff
增加,调整管导通时间减小,
输出电压下降。起到了稳压
作用。
§ 10.6 开关型稳压电源
各点波形见下图。由于调整管发射极输出为方波,有滤波电感
的存在,使输出电流为锯齿波,趋于平滑时,输出则为带纹波的直
流电压
§ 10.6 开关型稳压电源
3.输出电压计算
忽略电感的直流电阻,输出电压 U0即为 UE的平均分量。于是

qU
T
t
U
tUU
T
tU
T
tv
T
tv
T
U
T
t
t
I
on
I
onC E SIo f fD
E
0
EO
)(
1
+)(
1
d
1
d
1
=
1
1
??
???
? ??
q称为占空比 方波高电平的时间占整个周期的百分比。
§ 10.6 开关型稳压电源
在输入电压一定时,输出电压与占空比成正。可以通过改变比较
器输出方波的宽度(占空比)来控制输出电压值。这种控制方式称为
脉冲宽度调制 (PWM)。
由以上的分析可以得出如下结论:
1.调整管工作在开关状态,功耗大大降低,电源效率大为提高;
2.调整管在开关状态下工作,为得到直流输出,须在输出端加滤波
器;
3.可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值;
4.在许多场合可以省去电源变压器;
5.由于开关频率较高,滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。
§ 10.6 开关型稳压电源
1.电路组成
SW3524是一个典型的性能优良的开关电源控制器,它的内部包括
误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控
制电路和输出三极管等环节。
三,SW3524— 集成单片脉冲调制式开关稳压电源
SW3524
§ 10.6 开关型稳压电源
2.SW3524构成开关稳压电源的典型电路
§ 10.6 开关型稳压电源
1) 1和 2脚是内部运算放大器的输入端,R1和 R2构成反馈
回路。
2) 11和 14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号,其开
关频率由 6和 7脚外接的 RT和 CT决定。
3) 16脚是基准源,由 R3和 R4给误差运算放大器提供一个
与反馈信号比较的给定电压。
4) 10脚与 4脚可实现双重保护,当 10脚加高电平时,可以
强迫 U1下降,T1和 T2关断。
5) T1和 T2 应选用高频开关管
6)变压器应采用高频变压器,滤波电感和滤波电容都可以
选用较小的数值。
7) U3和 U4是或非门的输出,只要或非门的输入端有高电
平,它的输出即为低电平。 U3和 U4的输出由 U2,CP、
Q或 Q决定。因 Q和 Q只能有一个是高电平,T2和 T1不可
能同时导通。 T1和 T2只能按推挽方式工作,轮流交替
导通。
3,电路结构
§ 10.6 开关型稳压电源
4,工作原理
锯齿波由振荡器提供,U1是误差放大器的输出,它
们一起加到比较器上。 U2是比较器的输出。振荡器输
出的时钟驱动 T 触发器,CP,Q和 U2 的或非是 U3,决
定 T1的通断。 CP,Q和 U2 的或非是 U4,决定 T2的通
断。由于 Q和 Q等宽,加上 U2的存在,所以 U3和 U4这
两路信号之间有一定的死区,以保证 T1和 T2 管不会同
时导通。
当 U1降低时,U2加宽,T1和 T2的宽度变窄,导
通时间减小。反之,当 U1增加时,T1和 T2 的导通时
间增加。
§ 10.6 开关型稳压电源
5,稳压原理
设负载电流加大,UO下降,反馈电压减小,误差放大器的
输出 U1增加,T1和 T2的导通时间增加,输出电压 UO增加。反
之,当 UO增加时,反馈电压增加,U1 输出减小,T1和 T2的导
通时间减小,输出电压 UO 减小。
6.限流保护作用
当三极管的电流过大时,电阻 R9上的压降增加到使限流运
算放大器的输出为低,即 U1在大大下降,使 T1和 T2 关断。
§ 10.6 开关型稳压电源
7.SW3524电路控制过程的波形
§ 10.6 开关型稳压电源
8.电路参数
输出电压
振荡器频率
输出电流和限流电阻
2
2
43
4
R
RR
RR
RUU F
R E PO
??
??
TT
O S C CRf ??
3.1
m a x
m a x
2
200
CO
O
S
II
I
R
?
??
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第 10章 直流稳压电源
小 结
1.了解直流稳压电源系统的组成
2.熟悉硅稳压管组成电路的工作原理及特点
1.掌握串联型稳压电路的工作原理
2.了解稳压电路的保护措施
3.熟悉稳压电路的质量指标
1.熟悉集成三端稳压电路的应用
2.掌握开关型稳压电路的分类和工作原理
1.直流稳压电源由哪几部分组成?
2.怎样选择硅稳压管稳压电路中的限流电阻?
3.串联型稳压电路的过流保护措施是什么?
4.稳压电路有哪些质量指标?
5.三端固定输出集成稳压器和三端可调集成稳压器的区别
是什么?它们又分别有哪些应用?
思考题
第 10章 直流稳压电源
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