直流稳压电源的制作课件.ppt

项目五 直流稳压电源的制作,本项目教学内容,一、滤波电路二、串联型稳压电路工作原理三、并联型稳压电路工作原理四、开关电源五、直流稳压电源的制作（实验）,教学知识点,教学要求：,理解电容滤波电路的工作原理； 了解直流稳压电源的组成和主要性能指标； 掌握稳压管稳压电路的结构及工作原理； 掌握串联型晶体管稳压电路的结构、工作原理、输出电压的调节范围； 掌握带有放大环节串联型稳压电路的组成和工作原理； 了解开关电源。,电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,直流稳压电源的组成和功能,整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。,单相整流电路,常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,1 单相半波整流电路的工作原理,u2 0 时，二极管导通。,忽略二极管正向压降： uo=u2,u20时，二极管截止,输出电流为0。,uo=0,(4) 输出电压平均值（Uo）：,(1) 输出电压波形：,(3) 二极管上承受的最高电压：,(2) 二极管上的平均电流：,ID = IL,2 单相全波整流电路的工作原理,(4) uo平均值Uo：,Uo=0.9U2,(1) 输出电压波形：,(2) 二极管上承受的最高电压：,(3) 二极管上的平均电流：,3 单相桥式整流电路的工作原理,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,桥式整流电路,u0,u2负半周时电流通路,u20 时,D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A D1RLD3B,u20 时,D2,D4导通D1,D3截止电流通路:B D2RLD4A,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,几种常见的硅整流桥外形：,滤波电路,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流电压,脉动直流电压,直流电压,原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,1 电容滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,1. RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,2. RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。,只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出电流iD,可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。,电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,3. RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻),(2) 流过二极管瞬时电流很大。,RLC 越大 Uo越高 负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大,故一般选管时，取,二、电容滤波电路的特点,(1) 输出电压 Uo与放电时间常数 RLC 有关。,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和S 也随之改变。,如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多, S 增大。,结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,(3) 输出特性(外特性),3 其他形式的滤波电路,改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：,L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。,RC 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤波电路。,性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。,LC 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型滤波电路。,1) 电感滤波,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。,一、滤波原理,对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,Uo=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,二、电感滤波的特点,整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。,2) RC 型滤波电路,设uo1的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值为UO1m，则：,uo的直流分量：,uo的交流分量的基波的幅值：,通常选择滤波元件的参数使得：,uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S的关系：,3) L-C 型滤波电路,设uo1的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值为UO1m，：,通常选择滤波元件的参数使得：,uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S的关系：,4) LC 型滤波电路,显然， LC 型滤波电路输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，提高了输出电压。,串联型稳压电路,稳压管,稳压电路,开关型,稳压电路,线性,稳压电路,常用稳压电路,(小功率设备),以下主要讨论线性稳压电路。,电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,1 串联反馈式稳压电路,一、电路结构的一般形式,1. 串联式直流稳压电路的基本形式,负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+）倍。,实际上是射极输出器，Uo=UZ-UBE 。但带负载的能力比稳压管强。,两个主要缺点：,(1) 稳压效果不好。,Uo=UZ UBE,(2) 输出电压不可调。,改进的方法：在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。,串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,2. 具有放大环节的串联型稳压电路,调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。,比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。,基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。,因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。,一种实际的串联式稳压电源,二 、稳压原理,当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时,三 、输出电压的确定和调节范围,四 、影响稳压特性的主要因素,2. 流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定，降低了稳压精度。,1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2 Uo ,3. 温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，时输出电压的稳定度变差。,五、改进措施,在运放理想条件下:,1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。,采用辅助电源(比较放大部分的电源)。用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。,六、串联反馈式稳压电路缺点,损耗 (P=UCE IL) 大电源的效率 ( =Po/Pi=UoIL/UiIi) 较低,为了提高效率，可采用开关型稳压电源。,调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:,2 集成稳压电源,随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。,1端: 输入端2端: 公共端3端: 输出端,W7800系列稳压器外形,1端: 公共端2端: 输入端3端: 输出端,W7900系列稳压器外形,注：型号后XX两位数字代表输出电压值,输出电压额定电压值有:,5V、9V、12V 、18V、 24V等 。,三端集成稳压器,1) 集成稳压电源的分类,一、输出为固定电压的电路,2) 应用电路,输出为固定正压时的接法如图所示。,注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！,二 、输出正负电压的电路,UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ,三、提高输出电压的电路,四、输出电压可调式电路,用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的730V可调式稳压电源。,W7805,(UXX=5V),运算放大器作为电压跟随器使用, 它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。,Uo1,