《直流电源设计》PPT课件.ppt

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,u2的正半周，D导通，ADRLB，uO=u2。,u2的负半周，D截止，承受反向电压，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,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,u2的正半周 AD1RLD3B，uO=u2,u2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,若接反了呢？,（2）估算,（3）二极管的选择,考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：,三、滤波电路,（1）工作原理,1.电容滤波电路,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 越大，RL越大，放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。,内阻使,（2）二极管的导通角,导通角,无滤波电容时。有滤波电容时，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！,小到一定程度，难于选择二极管！,简单易行，UO（AV）高，C 足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。,（3）电容的选择及UO（AV）的估算,若负载开路UO（AV）？,（4）优缺点,2.电感滤波电路,当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为L。,适于大电流负载！,3.复式滤波电路,为获得更好的滤波效果，可采用复式滤波电路。,电感应与负载串联，电容应与负载并联。,4.倍压整流电路,分析时的两个要点：设负载开路，电路进入稳态。,u2负半周，u2加C1上电压对C2充电：PD2C2A，最终,u2正半周C1充电：AD1C1B，最终,P,讨论一,已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）？1.正常工作；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路。,讨论二,整流电路如图所示，分别求解下列两种情况下输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大整流电流和最高反向工作电压。1.变压器副边电压有效值U21U2220V；2.U2122V、U2222V。,四、稳压电路的性能指标,1.输出电压2.输出电流3.稳压系数 表明电网电压波动时电路的稳压性能。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。,4.输出电阻 表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。,5.纹波电压 测试出输出电压的交流分量。,五、稳压管稳压电路,稳定电压 UZ：稳压管的击穿电压稳定电流 IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率 PZM：允许的最大功率，PZM=IZM UZ动态电阻 rz：工作在稳压状态时，rzU/I,1.稳压管的伏安特性和主要参数,2.稳压管稳压电路的工作原理,3.稳压管稳压电路的主要指标,（1）输出电压 UOUZ（2）输出电流 IZmax IZmin IZM IZ（3）稳压系数,（4）输出电阻,简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。,4.特点,5.稳压管稳压电路的设计,（1）UI的选择 UI（23）UZ（2）稳压管的选择 UZUO IZMIZ ILmax ILmin（3）限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。,电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。,电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。,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、UI R4.UI、R 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：电路引入电压负反馈，稳定输出电压。,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，都将通过UCE的调节使UO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。,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,同相比例运算电路,则 UO UN UB UO,（3）串联型稳压电路的基本组成及其作用,调整管,取样电阻,调整管：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,基准电压：是UO的参考电压。,取样电阻：对UO 的取样，与基准电压共同决定UO。,比较放大：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,IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax 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，UI为28V，UO为10V20V；晶体管的电流放大系数为50，PCM5W，ICM1A；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10V20V，R1R31k，则R3和UZ各为多少？2.若电网电压波动10，UO为10V20V，UCES3V，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,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.UI21V，R1 R2 R3300，UZ6V，UCES3V，UO？4.如何选取R和R？,输出电流取样电阻,讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论,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。,很小,三端稳压器的输出电压,若UBE=UD，则,二极管的作用：消除UBE对UO的影响。,（4）输出电压扩展电路,IW为几mA，UO与三端稳压器参数有关。,隔离作用,基准电压,电路复杂,2.基准电压源三端稳压器 W117,输出电压UREF1.25V，调整端电流只有几微安。,减小纹波电压,讨论四：W117的应用,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.UOmax30V，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，UIUO3V。,根据输出电压表达式,讨论五：集成稳压器的应用,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（2049）；需加散热器，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7095。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，uE UD；L 释放能量，C 放电。,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。,uBUH时,uBUL时,波形分析及输出电压平均值,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：UO 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,调整管,UO UN1 UO1(UP2)uB1的占空比 UO,UO 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；UI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。,uBUH时,uBUL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：UO Ton（频率不变）UO,