电子设备所需的直流电源

《电子设备所需的直流电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子设备所需的直流电源（32页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 电 子 设 备 所 需 的 直 流 电 源 ， 一 般 都 是 采 用 由 交 流 电网 供 电 ， 经 “ 整 流 ” 、 “ 滤 波 ” 、 “ 稳 压 ” 后 获 得 。l 整 流 ： 指 把 大 小 、 方 向 都 变 化 的 交 流 电 变 成 单 向 脉 动 的直 流 电 ， 能 完 成 整 流 任 务 的 设 备 称 为 整 流 器 。l 滤 波 ： 指 滤 除 脉 动 直 流 电 中 的 交 流 成 分 ， 使 得 输 出 波 形平 滑 ， 能 完 成 滤 波 任 务 的 设 备 称 为 滤 波 器 。l 稳 压 ： 指 输 入 电 压 波 动 或 负 载 变 化 引 起 输

2、 出 电 压 变 化 时 ，能 自 动 调 整 使 输 出 电 压 维 持 在 原 值 。 第 七 章 直 流 稳 压 电 源 本 章 将 介 绍 串 联 型 稳 压 电 路 、 开 关 型 稳 压 电路 的 原 理 和 应 用 。 7.1.1整 流 电 路1. 电路组成 单 相 桥 式 整 流 电 路 如 图 7.1（ a） 所 示 ， 图 7.1（ b） 是其 简 化 电 路 。 （ a） 电 路 原 理 图 （ b） 电 路 简 化 图 图 7.1 单 相 桥 式 整 流 电 路 7.1 整 流 和 滤 波 电 路 图 7.2 单 相 桥 式 整 流 电 路 输 出 波 形 3参数估算

3、sintdt 因 此 ， 二 极 管 最 大 整 流 应 电 流 满 足 I F IL ； 最 高 反向 工 作 电 压 应 满 足 URM U2 。 220 22 UTU TL 22 9.022 UU LLLL RURUI 29.0 LV II 21 22UU DRM 滤 波 电 路 的 主 要 元 件 是 电 容 和 电 感 ， 以 电 容 滤 波 电 路 最常 用 ， 如 图 7.3所 示 。 （ a） 原 理 图 （ b） 波 形 图 图 7.3 电 容 滤 波 电 路 7.1.2 滤 波 电 路 2. 电容滤波的特点 (1) 滤 波 后 的 输 出 电 压 中 直 流 分 量 提 高

4、 了 ， 交 流 分 量 降 低了 。 (2) 电 容 滤 波 适 用 于 负 载 电 流 较 小 的 场 合 。 (3) 存 在 浪 涌 电 流 。 可 在 整 流 二 极 管 两 端 并 接 一 只 0.01F的电 容 器 来 防 止 浪 涌 电 流 烧 坏 整 流 二 极 管 。 (4) RLC值 的 改 变 可 以 影 响 输 出 直 流 电 压 的 大 小 。 RL开 路 时 ，输 出 UL约 为 1.4U2； C开 路 时 ， 输 出 UL约 为 0.9U2； 若 C的容 量 减 小 ， 则 输 出 U L小 于 1.2U2。 7.2.1 并 联 型 稳 压 电 路 并 联 型 稳

5、 压 电 路 如 图 7.4所 示 。 图 7.4 并 联 型 直 流 稳 压 电 路 7.2 稳 压 电 路 其 稳 压 过 程 分 述 如 下 ： 当 交 流 电 网 波 动 而 RL未 变 动 时 ， 若 电 网 电 压 上 升 ， 则 UiULIZIURUL 当 电 网 未 波 动 而 负 载 RL变 动 时 ， 若 RL 减 小 ， 则 ILIURULIZIURUL 并 联 型 稳 压 电 路 结 构 简 单 ， 但 受 稳 压 管 最 大 电 流 限制 ， 又 不 能 任 意 调 节 输 出 电 压 ， 所 以 只 适 用 于 输 出电 压 不 需 调 节 ， 负 载 电 流 小

6、， 要 求 不 甚 高 的 场 合 。 1. 电路组成 串 联 型 稳 压 电 路 如 图 7.5所 示 。 电 路 由 四 部 分 组 成 。 图 7.5 串 联 型 稳 压 电 路 7.2.2 串 联 型 稳 压 电 路T1 T2T3 (1) 采 样 单 元 采 样 单 元 有 R1、 R2、 和 RP组 成 ， 与 负 载 RL并 联 ，通 过 它 可 以 反 映 输 出 电 压 Uo的 变 化 。 (2) 基 准 单 元 基 准 单 元 由 限 流 电 阻 R3与 稳 压 管 T3组 成 。 （ 3） 放 大 单 元 放 大 单 元 由 三 极 管 T2组 成 。 （ 4） 调 整 单

7、 元 调 整 单 元 由 三 极 管 T 1组 成 ， 它 是 串 联 型 稳 压 电 路 的 核心 元 件 。 T1必 须 选 择 大 功 率 三 极 管 。 2. 工作原理 串 联 型 稳 压 电 路 的 自 动 稳 压 过 程 按 电 网 波 动 和 负 载电 阻 变 动 两 种 情 况 分 述 如 下 ： UiUoUfUBE2IB2IC2UCE2 UBE1IB1UCE1Uo RLUoUfUBE2IB2IC2UCE2 UBE1IB1UCE1Uo 当 Ui或 RL 时 的 调 整 过 程 与 上 述 相 反 。 由 上 分 析 可 知 ， 这 是 一 个 负 反 馈 系 统 。 正 因 为

8、 电 路内 有 深 度 电 压 串 联 负 反 馈 ， 所 以 才 能 使 输 出 电 压 稳 定 。 串 联 型 稳 压 电 路 的 输 出 电 压 Uo， 由 采 样 单 元 的 分压 比 和 基 准 电 压 的 乘 积 决 定 。 因 此 调 节 电 位 器 RP的 滑动 端 子 ， 可 调 节 输 出 电 压 Uo的 大 小 。 Uo的 调 节 范 围 为 Uomax= Uomin= ZUR RPRR 221 ZURPR RPRR 2 21 例 在 图 7.5中 ， 设 稳 压 管 工 作 电 压 UZ=6V， 采 样单 元 中 R1=R2=RP， 试 估 算 输 出 电 压 的 调

9、节 范 围 。 解 ： Uomax= = 3 6 = 18V Uomin= = = 9V 故 ： 该 串 联 型 稳 压 电 路 的 输 出 电 压 可 在 9V18V之间 调 节 。 ZUR RPRR 221 ZURPR RPRR 2 21 623 3. 稳压电源的主要电参数4. 基准电路 目 前 ， 集 成 稳 压 器 已 达 百 余 种 ， 并 且 成 为 模 拟 集 成 电路 的 一 个 重 要 分 支 。 它 具 有 输 出 电 流 大 ， 输 出 电 压 高 ， 体积 小 ， 安 装 调 试 方 便 ， 可 靠 性 高 等 优 点 ， 在 电 子 电 路 中 应用 十 分 广 泛

10、。 集 成 稳 压 器 有 三 端 及 多 端 两 种 外 部 结 构 形 式 。 输 出 电压 有 可 调 和 固 定 两 种 形 式 ： 固 定 式 输 出 电 压 为 标 准 值 ， 使用 时 不 能 再 调 节 ； 可 调 式 可 通 过 外 接 元 件 ， 在 较 大 范 围 内调 节 输 出 电 压 。 此 外 ， 还 有 输 出 正 电 压 和 输 出 负 电 压 的 集成 稳 压 器 。 稳 压 电 源 以 小 功 率 三 端 集 成 稳 压 器 应 用 最 为 普 遍 。 常用 的 型 号 有 W78 系 列 、 W79 系 列 、 W317系 列 、W337系 列 。 7.

11、2.3 三 端 集 成 稳 压 器 1. 固定输出的三端集成稳压器 固 定 输 出 的 三 端 集 成 稳 压 器 的 三 端 指 输 入 端 、 输 出 端 及公 共 端 三 个 引 出 端 ， 其 外 形 及 符 号 如 图 9.9所 示 。 固 定 输 出的 三 端 集 成 稳 压 器 W78 系 列 和 W79 系 列 各 有 七 个 品种 ， 输 出 电 压 分 别 为 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V； 最 大 输 出 电 流 可 达 1.5A； 公 共 端 的 静 态 电流 为 8mA。 型 号 后 两 位 数 字 为 输 出 电 压 值 。 在 根

12、据 稳 定 电 压 值 选 择 稳 压 器 的 型 号 时 ， 要 求 经 整 流 滤波 后 的 电 压 要 高 于 三 端 集 成 稳 压 器 的 输 出 电 压 23V（ 输 出负 电 压 时 要 低 23V） ， 但 不 宜 过 大 。 (a) 外 形 （ b） 符 号 图 7.6 固 定 输 出 三 端 集 成 稳 压 器 的 外 形 及 符 号 (1) 基 本 应 用 电 路 固 定 输 出 的 三 端 集 成 稳 压 器 的 基 本 应 用 电 路 如 图 7.7所 示 。 图中 ： C1用 以 抑 制 过 电 压 ， 抵 消 因 输 入 线 过 长 产 生 的 电 感 效 应 并

13、 消除 自 激 振 荡 ； C2用 以 改 善 负 载 的 瞬 态 响 应 ， 即 瞬 时 增 减 负 载 电 流时 不 致 引 起 输 出 电 压 有 较 大 的 波 动 。 C1， C2一 般 选 涤 纶 电 容 ， 容量 为 0.1F至 几 个 F。 安 装 时 ， 两 电 容 应 直 接 与 三 端 集 成 稳 压 器的 引 脚 根 部 相 连 。 图 7.7 固 定 输 出 三 端 集 成 稳 压 器 基 本 应 用 电 路 (2) 扩 展 输 出 电 压 的 应 用 电 路 如 果 需 要 高 于 三 端 集 成 稳 压 器 的 输 出 电 压 ， 可 采 用如 图 7.8所 示

14、的 升 压 电 路 。 图 7.8 提 高 输 出 电 压 电 路 图 中 三 端 集 成 稳 压 器 工 作 在 悬 浮 状 态 ， 稳 压 电 路 的输 出 电 压 为 Uo= UXX +IQR2 若 R1、 R2阻 值 较 小 ， 则 可 忽 略 IQ R2， 于 是 Uo UXX 图 7.8所 示 电 路 的 缺 点 是 ： 当 稳 压 电 路 输 入 电 压 Ui变 化时 ， IQ也 发 生 变 化 ， 这 将 影 响 稳 压 电 路 的 稳 压 精 度 ，特 别 是 R 2较 大 时 这 种 影 响 更 明 显 。 )1( 12RR )1( 12RR 图 7.9所 示 电 路 是

15、用 W78XX和 A741组 成 的 输 出 电 压可 调 的 稳 压 电 路 。 图 中 集 成 运 放 作 为 电 压 跟 随 器 使 用 ，它 的 电 源 借 助 于 三 端 集 成 稳 压 器 的 输 入 直 流 电 压 。 图 7.9 输 出 电 压 可 调 电 路 由 图 7.9可 知 当 电 位 器 滑 动 端 在 最 上 端 时 ， 可 得 最 大 输 出 电 压 Uomax= 当 电 位 器 滑 动 端 在 最 下 端 时 ， 可 得 最 小 输 出 电 压 Uomin= 故 输 出 电 压 调 节 范 围 为 U o XXUR RPRR 121 XXURPR RPRR 1

16、21 XXURPR RPRR 1 21 XXUR RPRR 121 (3) 扩 展 输 出 电 流 的 应 用 电 路 扩 展 输 出 电 流 的 应 用 电 路 如 图 7.10所 示 。 图 7.10 扩 大 输 出 电 流 电 路 2. 可 调 输 出 的 三 端 集 成 稳 压 器 可 调 输 出 的 三 端 集 成 稳 压 器 W317（ 正 输 出 ） 、W337（ 负 输 出 ） 是 近 几 年 较 新 的 产 品 ， 其 最 大 输 入 、输 出 电 压 差 极 限 为 40V， 输 出 电 压 1.235V（ 或 1.2V 35V） 连 续 可 调 ， 输 出 电 流 0.5

17、1.5A， 最 小 负 载 电 流为 5mA， 输 出 端 与 调 整 端 之 间 基 准 电 压 为 1.25V， 调 整端 静 态 电 流 为 50A。 其 外 形 及 符 号 如 图 7.12所 示 。 图 7.12 可 调 输 出 三 端 集 成 稳 压 器 开 关 型 稳 压 电 路 种 类 ：l 按 开 关 信 号 产 生 的 方 式 划 分 有 自 激 式 和 他 激 式 稳 压 电 路 。l 按 开 关 电 路 与 负 载 的 连 接 方 式 划 分 有 串 联 型 和 并 联 型 。 串 联 型 开 关 稳 压 电 路 中 开 关 调 整 管 与 负 载 串 联 连 接 ，

18、输 出 端 通调 整 管 及 整 流 二 极 管 与 电 网 相 连 ， 电 网 隔 离 性 差 ， 且 只 有 一 路电 压 输 出 。 并 联 型 开 关 稳 压 电 路 中 输 出 端 与 电 网 间 由 开 关 变 压 器 进 行 电 气上 的 隔 离 ， 安 全 性 好 ， 通 过 开 关 变 压 器 的 次 级 可 以 做 到 多 路 电压 输 出 ， 但 电 路 复 杂 ， 对 开 关 调 整 管 要 求 高 ； 按 控 制 方 式 划 分有 脉 宽 调 制 （ PWM） 和 脉 频 调 制 （ PFM） 。 由 于 开 关 稳 压 电 路 输 出 功 率 一 般 较 大 ， 尽

19、 管 开 关 调 整 管 相对 功 耗 较 小 ， 但 绝 对 功 耗 仍 较 大 ， 因 此 实 用 中 ， 必 须 加 装 散 热 片 。 7.3 开 关 稳 压 电 路 1. 脉宽调制式串联型开关稳压电路简 化 原 理 电 路 如 图 脉 宽 调 制 式 串 联 型 开 关 稳 压 电 路 的 基 本 电 路 如 图 7.13所 示 。 图 7.13 脉 宽 调 制 式 串 联 型 开 关 稳 压 电 路 (1) 工 作 过 程 由 电 压 比 较 器 的 特 点 可 知 ， 当 uo1 uT时 ， u+ u ， uo2为高 电 平 ， 反 之 ， uo2为 低 电 平 。 当 uo2为

20、 高 电 平 时 ， V1饱 和 导 通 ， 输 入 电 压 Ui经 滤 波 电感 L加 在 滤 波 电 容 C和 负 载 RL两 端 ， 在 此 期 间 ， iL增 长 ， L和C储 存 能 量 ， V2因 反 偏 而 截 止 。 当 uo2为 低 电 平 时 ， V1由 饱 和导 通 转 换 为 截 止 ， 由 于 电 感 电 流 iL不 能 突 变 ， iL经 RL和 续 流二 极 管 衰 减 而 释 放 能 量 ， 此 时 滤 波 电 容 C也 向 RL放 电 ， 因 而R L两 端 仍 能 获 得 连 续 的 输 出 电 压 。 当 开 关 调 整 管 在 uo2的 作用 下 又 进

21、 入 饱 和 导 通 ， L、 C再 一 次 充 电 ， 以 后 V1又 截 止 ， L、C又 放 电 ， 如 此 循 环 不 已 。 (2) 稳 压 原 理 当 输 入 的 交 流 电 源 电 压 波 动 或 负 载 电 流 发 生 改 变 时 ， 都 将引 起 输 出 电 压 Uo的 改 变 ， 由 于 负 反 馈 作 用 ， 电 路 能 自 动 调 整而 使 Uo基 本 上 维 持 稳 定 不 变 。 稳 压 过 程 如 下 ： 若 UoUF (UF UR )uo1 为 负 值 uo2 输 出 高 电 平变 窄 （ to） Uo 从 而 使 输 出 电 压 基 本 不 变 。 反 之 ，

22、 若 Uo UF (UR UF )uo1 为 正 值 uo2 输 出高 电 平 变 宽 （ t o） Uo 同 样 使 输 出 电 压 基 本 不 变 。 2. 脉宽调制式并联型开关稳压电路 脉 宽 调 制 式 并 联 型 开 关 稳 压 电 路 的 基 本 原 理 图 脉 宽 调 制 式 并 联 型 开 关 稳 压 电 路 的 基 本 电 路 如 图7.14所 示 。 图 7.14 脉 宽 调 制 式 并 联 型 开 关 稳 压 电 路 1.直 流 稳 压 电 源 应 包 含 整 流 、 滤 波 和 稳 压 三 个 部 分 。 整 流元 件 为 二 极 管 ， 滤 波 元 件 有 电 容 和

23、 电 感 ， 滤 波 电 容 应 与 负 载 并联 ， 滤 波 电 感 应 与 负 载 串 联 。 滤 波 后 的 直 流 电 压 仍 受 到 电 网 波动 及 负 载 变 化 的 影 响 ， 为 此 要 采 取 稳 压 措 施 。 2.稳 压 电 路 主 要 有 线 性 稳 压 电 路 和 开 关 型 稳 压 电 路 两 种 。小 功 率 电 源 多 用 线 性 调 整 型 稳 压 电 路 ， 其 中 三 端 集 成 稳 压 器 由于 使 用 方 便 ， 应 用 越 来 越 广 泛 。 大 功 率 电 源 多 采 用 开 关 型 稳 压电 路 ， 一 般 采 用 脉 宽 调 制 实 现 稳 压 。 开 关 型 稳 压 电 路 又 分 串 联型 和 并 联 型 ， 由 于 并 联 型 开 关 稳 压 电 路 易 实 现 多 组 电 压 输 出 和电 源 与 负 载 间 电 气 隔 离 ， 因 而 应 用 较 广 泛 。 本 章 小 结