《直流电源设计》PPT课件

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1、直 流 电 源 设 计模 拟 电 子 技 术 培 训 直 流 电 源 的 组 成一 、 直 流 电 源 的 组 成 及 各 部 分 的 作 用二 、 单 相 整 流 电 路三 、 滤 波 电 路四 、 稳 压 电 路 的 性 能 指 标五 、 稳 压 管 稳 压 电 路六 、 串 联 型 稳 压 电 路七 、 集 成 稳 压 器八 、 开 关 型 稳 压 电 路 一 、 直 流 电 源 的 组 成 及 各 部 分 的 作 用改 变 电 压 值通 常 为 降 压 交 流 变 脉动 的 直 流 减 小 脉 动 1) 负 载 变 化 输 出 电 压基 本 不 变 ；2) 电 网 电 压 变 化 输

2、出电 压 基 本 不 变 。 。 直 流 电 源 是 能 量 转 换 电 路 ， 将 220V（ 或 380V） 50Hz的交 流 电 转 换 为 直 流 电 。半 波 整 流 全 波 整 流 在 分 析 电 源 电 路 时 要 特 别 考 虑 的 两 个 问 题 ： 允 许 电 网 电压 波 动 10 ， 且 负 载 有 一 定 的 变 化 范 围 。 二 、 单 相 整 流 电 路对 整 流 电 路 要 研 究 清 楚 以 下 问 题 ：1. 电 路 的 工 作 原 理 ： 二 极 管 工 作 状 态 、 波 形 分 析2. 输 出 电 压 和 输 出 电 流 的 平 均 值 ： 输 出

3、为 脉 动 的 直 流 电 压3. 整 流 二 极 管 的 选 择 ： 二 极 管 承 受 的 最 大 整 流 平 均 电 流 和 最高 反 向 工 作 电 压 为 分 析 问 题 简 单 起 见 ， 设 二 极 管 为 理 想 二 极 管 ， 变 压 器内 阻 为 0。整 流 二 极 管 的 伏 安 特 性 ： 实 际 特 性理 想 化 特 性正 向 导 通 电 压 为 0，正 向 电 阻 为 0。 1. 单 相 半 波 整 流 电 路（ 1） 工 作 原 理u 2的 正 半 周 ， D导 通 ， ADRLB， uO= u2 。 2u 2uu2的 负 半 周 ， D截 止 ， 承 受 反 向

4、 电 压 ， 为 u2； uO=0。 （ 2） UO（ AV） 和 IL（ AV） 的 估 算 已 知 变 压 器 副 边 电 压 有 效 值 为 U2 ) (d sin221 2 0 O(AV) ttUU L 2LO(AV)L(AV) 45.0 RURUI L 2L(AV)D(AV) 45.0 RUII 2maxR 2UU 2R L 2F 21.1 45.01.1 UU RUI 22O(AV) 45.02 UUU 考 虑 到 电 网 电 压 波 动 范 围 为 10 ， 二 极 管 的 极 限 参 数 应 满足 ： （ 3） 二 极 管 的 选 择 2. 单 相 桥 式 整 流 电 路u 2

5、的 正 半 周 AD1RLD3B， uO= u2u2的 负 半 周 B D2RLD4 A， uO= -u2四 只 管 子 如 何 接 ？ 集 成 的 桥 式 整 流 电路 称 为 整 流 堆 。（ 1） 工 作 原 理 uOu2OO若 接 反 了 呢 ？ （ 2） 估 算 ) (d sin21 0 2O(AV) ttUU L 2LO(AV)L(AV) 9.0RURUI 22O(AV) 9.022 UUU （ 3） 二 极 管 的 选 择 2maxR 2UU L 2L(AV)D(AV) 45.02 RUII 2R L 2F 21.1 45.01.1 UU RUI 考 虑 到 电 网 电 压 波

6、动 范 围 为 10 ， 二 极 管 的 极 限 参 数 应 满足 ： 三 、 滤 波 电 路（ 1） 工 作 原 理 非 常 小 。， 对 电 容 充 电 ，时 ， 有 一 对 二 极 管 导 通当 充 电 2 Cuu 。放 电 ， 电 容 通 过时 ， 所 有 二 极 管 均 截 止当 放 电 CRRuu C LL2 1. 电 容 滤 波 电 路 充 电 放 电 速 度 与 正 弦波 下 降 速 度 相 似按 指 数 规 律 下 降滤 波 后 ， 输 出 电 压 平 均 值 增 大 ， 脉 动 变 小 。 （ 1） 工 作 原 理 ： 考 虑 变 压 器 和 整 流 电 路 的 内 阻 C

7、 越 大 ， R L越 大 ， 放 电 将 越 大 ， 曲 线 越 平 滑 ， 脉 动 越 小 。内 阻 使 2O uu （ 2） 二 极 管 的 导 通 角导 通 角 的 峰 值脉 动放 电 DO(AV)L iURC 无 滤 波 电 容 时 。 有 滤 波 电 容 时 ILmax ILmin（ 3） 限 流 电 阻 的 选 择 保 证 稳 压 管 既 稳 压 又 不 损 坏 。 OIzr UURrS ZMmaxDZminD ZZ IIII 且 ZLmaxZinImminDZ IIR UUI 电 网 电 压 最 低 且 负 载 电 流 最 大 时 ， 稳 压 管 的 电 流 最 小 。Lmax

8、Z ZinIm II UUR 电 网 电 压 最 高 且 负 载 电 流 最 小 时 ， 稳 压 管 的 电 流 最 大 。ZMLminZaxImmaxD Z IIR UUI LminZM ZaxIm II UUR 为 减 小 Sr,取值 矛 盾 ! 若 求 得 RminRmax， 怎 么 办 ？ 讨 论 一 ： 稳 压 管 稳 压 电 路 的 设 计依 次 选 择 稳 压 管 、 UI、 R、 C、 U2、 二 极 管1. 输 出 电 压 、 负 载 电 流 稳 压 管2. 输 出 电 压 UI3. 输 出 电 压 、 负 载 电 流 、 稳 压 管 电 流 、 U I R4. UI 、 R

9、 滤 波 电 路 的 等 效 负 载 电 阻 C5. UI U26. U2、 R中 电 流 整 流 二 极 管 已 知 输 出 电 压 为6V， 负 载 电 流 为 030mA。 试 求 图 示 电路 的 参 数 。 六 、 串 联 型 稳 压 电 路1. 基 本 调 整 管 稳 压 电 路为 了 使 稳 压 管 稳 压 电 路 输 出 大 电 流 ， 需 要 加 晶 体 管 放 大 。稳 压 原 理 ： 电 路 引 入 ， 稳 定 输 出 电 压 。 OL )1( II BEZO UUU 调 整 管 的 作 用 及 如 何 提 高 稳 压 性 能 不 管 什 么 原 因 引 起 UO变 化

10、， 都 将 通 过 UCE的 调 节使 U O稳 定 ， 故 称 晶 体 管 为 调 整 管 。 若 要 提 高 电 路 的 稳 压 性 能 ， 则 应 加 深 电 路 的 负 反馈 ， 即 提 高 放 大 电 路 的 放 大 倍 数 。CEIO UUU 2. 具 有 放 大 环 节 的 串 联 型 稳 压 电 路（ 1） 稳 压 原 理 ： 若 由 于 某 种 原 因 使 UO增 大（ 2） 输 出 电 压 的 调 节 范 围 Z3 321OZ32 321 UR RRRUURR RRR 同 相 比 例运 算 电 路 则 U O UN UB UO （ 3） 串 联 型 稳 压 电 路 的 基

11、本 组 成 及 其 作 用调 整 管 取 样 电 阻 ： 是 电 路 的 核心 ， UCE随 UI和 负 载产 生 变 化 以 稳 定 UO。比 较 放 大基 准 电 压 ： 是 UO的参 考 电 压 。： 对 U O 的 取 样 ， 与 基 准 电 压 共 同 决 定 UO 。： 将 UO 的 取 样 电 压 与 基 准 电 压 比 较 后 放 大 ， 决 定电 路 的 稳 压 性 能 。 （ 4） 串 联 型 稳 压 电 源 中 调 整 管 的 选 择I Emax IR1 ILmax ILmax ICMUCEmax UImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEm

12、ax PCM根 据 极 限 参 数 ICM、 U(BR)CEO、 PCM 选 择 调 整 管 ！应 考 虑 电 网 电 压 的 波 动 和 负 载 电 流 的 变 化 ！ 讨 论 二 ： 对 于 基 本 串 联 型 稳 压 电 源 的 讨 论3. 若 电 网 电 压 波 动 10 ， U I为 28V ， UO为 10V 20V ；晶 体 管 的 电 流 放 大 系 数 为 50， PCM 5W， ICM 1A； 集 成运 放 最 大 输 出 电 流 为 10mA， 则 最 大 负 载 电 流 约 为 多 少 ？1. 若 UO为 10V 20V， R1R3 1k， 则 R3和 UZ各 为 多少

13、 ？2. 若 电 网 电 压 波 动 10 ， UO为 10V 20V， UCES 3V，UI至 少 选 取 多 少 伏 ？ 讨 论 三 ： 关 于 实 用 串 联 型 稳 压 电 源 的 讨 论 0BEmaxE RUI 1. 标 出 集 成 运 放 的 同 相 输 入 端 和 反 相 输 入 端 ；2. 电 路 由 哪 些 部 分 组 成 ？3. UI 21V， R1 R2 R3 300， UZ 6V， UCES 3V， UO ？4. 如 何 选 取 R和 R？ 限 流 型 过 流保 护 电 路输 出 电 流取 样 电 阻 讨 论 三 ： 关 于 实 用 串 联 型 稳 压 电 源 的 讨

14、论5. 取 样 电 阻 的 取 值 应 大 些 还 是 小 些 ， 为 什 么 ？ 它 们 有 上 限 值 吗 ？6. 若 电 路 输 出 纹 波 电 压 很 大 ， 则 其 原 因 最 大 的 可 能 性 是 什 么 ？7. 根 据 图 中 过 流 保 护 电 路 的 原 理 组 成 一 种 限 流 型 过 流 保 护 电 路 。 七 、 集 成 稳 压 器 （ 三 端 稳 压 器 ）输 出 电 压 ： 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V输 出 电 流 ： 1.5A（ W7800） 、 0.5A （ W78M00） 、 0.1A（ W78L00）1. W7800系

15、列（ 1） 简 介 （ 2） 基 本 应 用 消 除 高 频 噪 声使 Co不 通 过稳 压 器 放 电抵 销 长 线 电 感 效 应 ， 消 除 自 激 振 荡 将 输 入 端 接 整 流 滤 波 电 路 的 输 出 ， 将 输 出 端 接 负载 电 阻 ， 构 成 串 类 型 稳 压 电 路 。 （ 3） 输 出 电 流 扩 展 电 路 为 使 负 载 电 流 大 于 三 端 稳 压 器 的 输 出 电 流 ， 可 采用 射 极 输 出 器 进 行 电 流 放 大 。 )(1( ROL III 很 小 BEDOO UUUU 三 端 稳 压 器 的 输 出 电 压若 UBE= UD， 则 O

16、O UU 二 极 管 的 作 用 ： 消 除UBE对 UO的 影 响 。 （ 4） 输 出 电 压 扩 展 电 路 2WO12O )1( RIURRU IW为 几 mA， UO与 三 端稳 压 器 参 数 有 关 。隔 离 作 用 O1 321 OO21 321 UR RRR UURR RRR 基 准 电 压电 路 复 杂 2. 基 准 电 压 源 三 端 稳 压 器 W117 输 出 电 压 UREF 1.25V， 调 整 端 电 流 只 有 几 微 安 。 REF12O )1( URRU 减 小 纹 波 电 压保 护稳 压 器 讨 论 四 ： W117的 应 用 A5.1mA3 V40V3

17、 O OI I UU 1. R1的 上 限 值 为 多 少 ？2. UO可 能 的 最 大 值 为 多 少 ？3. 输 出 电 压 最 小 值 为 多 少 ？4. U Omax 30V， 选 取 R1、 R2；5. 已 知 电 网 电 压 波 动 10 ， 输 出 电 压 最 大 值 为 30V， UI至 少 取 多 少 伏 ？ 决 定 于 IOmin两 种 情 况 ： 1.已 知 UI 2.自 己 选 取 UI决 定 于 W117的 输 出输 入 电 压 最 低 、 输 出 电 压 最 高 时 ，UI UO 3V。 根 据 输 出 电 压 表 达 式 讨 论 五 ： 集 成 稳 压 器 的

18、应 用 UO=? W7900与 W7800不 同之 处 是 输 出 为 负 电 压 。1. 基 准 电 压 为 多 少 ？2. UO的 表 达 式 ？3. 为 使 W7812不 因 输 入端 和 输 出 端 之 间 电 压 太大 而 损 坏 ， 可 采 用 什 么方 法 ？ 八 、 开 关 型 稳 压 电 路 1. 开 关 型 稳 压 电 源 的 特 点 线 性 稳 压 电 源 ： 结 构 简 单 ， 调 节 方 便 ， 输 出 电 压稳 定 性 强 ， 纹 波 电 压 小 。 缺 点 是 调 整 管 工 作 在 甲 类 状 态 ，因 而 功 耗 大 ， 效 率 低 （ 20 49 ） ； 需

19、 加 散 热 器 ， 因 而设 备 体 积 大 ， 笨 重 ， 成 本 高 。 若 调 整 管 工 作 在 开 关 状 态 ， 则 势 必 大 大 减 小 功 耗 ， 提 高效 率 ， 开 关 型 稳 压 电 源 的 效 率 可 达 70 95 。 体 积 小 ，重 量 轻 。 适 于 固 定 的 大 负 载 电 流 、 输 出 电 压 小 范 围 调 节 的场 合 。 构 成 开 关 型 稳 压 电 源 的 基 本 思 路 将 交 流 电 经 变 压 器 、 整 流 滤 波 得 到 直 流 电 压 控 制 调 整 管 按 一 定 频 率 开 关 ， 得 到 矩 形 波 滤 波 ， 得 到 直

20、 流 电 压引 入 负 反 馈 ， 控 制 占 空 比 ， 使 输 出 电 压 稳 定 。 2. 串 联 开 关 型 稳 压 电 路 （ 1） 基 本 电 路 电 路 组 成 及 工 作 原 理 T截 止 ， D导 通 ， u E UD ； L 释 放 能 量 ， C 放 电 。调 整 管 二 极 管续 流 滤 波 电 路 T、 D 均 工 作 在 开 关 状 态 。 T饱 和 导 通 ， D截 止 ，uE UI； L 储 能 ， C 充 电 。uB UH时uB UL时 波 形 分 析 及 输 出 电 压 平 均 值 IDoffIonO )( UUTTUTTU 调 整 管 二 极 管续 流 滤

21、 波 电 路关 键 技 术 ： 大 功 率 高 频 管 ， 高 质 量 磁 性 材 料稳 压 原 理 ： 若 某 种 原 因 使 输 出 电 压 升 高 ， 则 应 减 小 占 空 比 。 稳 压 原 理脉 冲 宽 度 调 制 式 ： PWM电 路 作 用 ： UO Ton UO 其 它 控 制 方 式 ：脉 冲 频 率 调 制 式 ： U O T（ 脉 宽 不 变 ） UO 混 合 调 制 式 ： UO T Ton UO 在 串 联 开 关 型 稳 压 电 路 中 UO UI， 故 为 降 压 型 电 路 。 脉 宽 调 制 电 路 的 基 本 原 理比 较 放 大 电 路电 压比 较 器调

22、 整 管U O UN1 UO1 (UP2)uB1的 占 空 比 UOUO UN1 UO1 (UP2)uB1的 占 空 比 UO uP2与 uB1占 空 比的 关 系 UP2稳 压 原 理 ： 3. 并 联 开 关 型 稳 压 电 路 （ 升 压 型 ） （ 1） 工 作 原 理 T截 止 ， L产 生 感 生 电动 势 ， D导 通 ； U I与 L所产 生 的 感 生 电 动 势 相 加对 C 充 电 。 T饱 和 导 通 ， L 储 能 ， D截 止 ， C 对 负 载 放 电 。uB UH时 uB UL时 要 研 究 调 整 管 在 饱 和 导 通 和截 止 状 态 下 电 路 的 工 作 情 况 。 （ 2） 输 出 电 压 只 有 L足 够 大 ， 才 能 升 压 ； 只 有 C足 够 大 ， 输 出 电 压 交流 分 量 才 足 够 小 ! 在 周 期 不 变 的 情 况 下 ，uB占 空 比 越 大 ， 输 出 电 压平 均 值 越 高 。 （ 3） 稳 压 原 理脉 宽 调 制 式 ： U O Ton（ 频 率 不 变 ） UO