直流稳压电源及其制作.ppt

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1、第16章 直流稳压电源及其制作,16.1 直流稳压电源的组成16.2 桥式整流电路16.3 滤波电路16.4 稳压电路16.5 直流稳压电源设计16.6 其他直流稳压电源电路,16.1 直流稳压电源的组成,直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电的电路，一般由降压、整流、滤波和稳压等几部分组成（见图16-1）。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。,返回,16.2 桥式整流电路,图16-2为桥式整流电路，图中V1、V2、V3、V4

2、四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。1工作原理和输出波形设变压器二次电压，波形如电压、电流波形图(a)所示。在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为aV1RLV3b，此时V2、V4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0段所示。若略去二极管的正向压降，则uOu2。,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为bV2RLV4a。这时RL上得到一个与0段相同的半波电压如电压、电流

3、波形图(b)中的2段所示，若略去二极管的正向压降，u-u2。由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。,上一页,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为u=20.45U2=0.9U2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为。同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为

4、。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。,上一页,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,由上图可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压UO提高，脉动成分减小了。,上一页,下一页,返回,16.2 桥式整流电路,2参数估算输出电压的平均值 流过二极管的平均电流 二极管承受的反向峰值电压,上一页,返回,16.3 滤波电路,整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流电路的后面加接滤波电路

5、，滤去交流成分。1电容滤波（1）电路和工作原理设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，u2为正半周，当u2由零上升时，V1、V3导 通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此uo=ucu2，在u2达到最大值时，uc也达到最大值，然后u2下降，此时，ucu2，V1、V3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数=RLC一般较大，电容电压uc按 指数规律缓慢下降，当下降到|u2|uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。,下一页,返回,16

6、.3 滤波电路,（2）波形及输出电压空载时即负载电阻为无穷大：；带负载时：通常取，RC越大U0越大，为了获得良好的滤波效果。2其他形式滤波电路（1）电感滤波电路电路如图16-5所示，电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。直流分量被电感 L 短路，交流分量主要降在L 上，电感越大，滤波效果越好。一般电感滤波电路只使用于低电压、大电流的场合。,上一页,下一页,返回,16.3 滤波电路,（2）型滤波为了进一步减小负载电压中的纹波可采用型LC滤波电路(见图16-6)。由于C1、C2 对交流容抗小，而电 感对交流阻抗很大，因此，负载RL上的纹波电压很小。,上一页,返回,16.4 稳压电路,16.

7、4.1 并联稳压电路调整管并与负载并联的稳压电路，称为并联型晶体管稳压电路。硅稳压二极管稳压电路的电路图如图16-7所示。它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。1当输入电压变化时如何稳压根据电路图16-7可知：输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如：VIVOVZIZIRVRVO,下一页,返回,16.4 稳压电路,这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差

8、调节系统。2当负载电流变化时如何稳压负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，稳压电路即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,16.4.2 线性串联型稳压电路1线性串联稳压电源原理采用三极管作为调整管 并与负载串联的稳压电路，称为串联型晶体管稳压电路；当调整管工作在线性放大状态则称为线性稳压器。线性串联稳压电源的工作原理可用图16-8来说明。显然，VO=VI-VR，当VI

9、增加时，R受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,2实际串联稳压电路组成 在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。3典型的串联型稳压电路典型的串联型稳压电路如图16-9所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源，采样电路几个部分组成。,上一页,下一页,返回,1

10、6.4 稳压电路,(1)输入电压变化，负载电流保持不变输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO(2)负载电流变化，输入电压保持不变负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。ILVIVOVfVO1VCEVO

11、,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,(3)输出电压调节范围的计算根据图16-9可知Vf VREF，调节R2显然可以改变输出电压。图16-10为实际的串联型稳压电源电路，分别由整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分组成。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,其中：整流电路：D1D4；滤波电路：C1；调整管：T1、T2；基准电压电路：、R、DZ；比较放大电路：A；取样电路：R1、R2、R3。为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“-”下为“”。输出电压的表达式为：线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电

12、源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,16.4.3 三端集成稳压电路1线性三端集成稳压器的分类线性三端集成稳压器主要有以下几种类型：三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78、CW78M、CW78L三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79、CW79M、CW79L三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117、CW117M、CW117L、CW217、CW217M、CW217L、CW317、CW317M、CW317L。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,三端可调负输出集成稳

13、压器，国标型号为CW137、CW137M、CW137L、CW237、CW237M、CW237L、CW337、CW337M、CW337L2CW7800 系列(正电源)，CW7900 系列(负电源)输出电压：5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V 输出电流：78L/79L 输出电流 100 mA；78M/9M 输出电流 500 mA；78/79 输出电流 1.5 A。如CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A；CW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 A；CW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A。封装和符号如图16-11所示。,上一页,下一页,返回,

14、16.4 稳压电路,3三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。图16-12 为可调输出集成稳压器封装。图中ADJ称为电压调整端，因所有偏置电路和放大器的静态工作点电流都流到稳压器的输出端，所以没有单独引出接地端。,上一页,下一页,返回,16.4 稳压电路,CW117、CW217、CW317中CW后第一个数字1、2、3意义如下：1-为军品级；2-为工业品级；3-为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-5515

15、0；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150;民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。4应用电路(1)三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图16-13所示。(2)三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图16-14所示。可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。,上一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,16.5.1 电路设计要求为超温告警电路（见18.3）设计固定输出9V直流稳压电源。16.5.2 电路设计及电路原理 直流电源主要由降压，整流，滤波、稳压、指示、保护等电路组成，根据超温告警电路元器件的组成，设计了如

16、图16-15所示电路。由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为9V，最大输出电流为1.5A。为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压UO至少大2.53V。输入端电容C2用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.11F。输出端电容C3、C4用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。D2是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,16.5.3 元器件选择1电源变压器选择220/12V 6W（降压电路）选择理由：符合电压和功率要求，电压过大,

17、三端稳压器容易发热，选择过小达不到输出稳定电压的目的，功率大变压器成本过高，过小的话变压器容易损坏。区分降压变压器的原边和副边：分别测量原边和副边的电阻值，大的为原边，小的为副边，理由：原边绕组扎数假设为副边的N倍，则原边绕组铜线比副边长许多倍，根据变压器变电压、变电流原理、变阻抗原理，副边电流为原边的N倍，因此副边的绕组直径应该比原边粗很多，因此原边电阻远远大于副边。,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,变压器好坏判断：变压器原边电阻过小、无穷大或副边电阻为无穷大，则变压器为坏。一般小功率降压变压器原边电阻在几百到几千欧姆之间，副边电阻在零点几到几十欧姆之间。具体看功率和变压比

18、；测量线圈和磁铁的电阻，正常应为无穷大。2整流桥的元器件选择（整流电路）选集成整流桥 电流1A，或者使用4个IN4001整流二极管组成桥式整流电路，其电流为1A，选择理由：电流过大的话，成本过高，电流过小容易发热损坏。,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,整流桥好坏判断：整流二极管好坏判断:利用数字万用表的二极管档测量，红、黑表笔分别接整流二极管的两脚如果电压为0.7V左右则，与红表笔相连的为二极管的正极，另一脚为负极，如果电压值超过量程，则换脚测量，压降为0.7V左右，与红表笔相连的为二极管的正极，另一脚为负极，如果两次测量的电压过大则二极管被击穿，两次测量的电压都过小则二极管

19、被击穿短路，都不能用。,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,整流桥堆好坏判断：把数字万用表置二极管档测量，红表笔分别接AC（交流电源输入端），黑表笔接直流电源输出正端则两次万用表都应显示0.7V左右电压。然后用黑表笔接直流电源输出副端，黑表笔分别接AC端，两次用表都应显示0.7V左右电压，如果电压值不对则整流二极管损坏，应更换元器件（注意用指针式万用表测量用电阻档，其中黑表笔为电源）。3电容器C1、C1、C3、C4的选择（滤波电路）C4一般选用大电容，则滤波后的电压比较稳定，这里选用1000UF/25V电解电容,C3一般选用较大电容，则滤波后的电压比较稳定，这里选用47UF/16

20、V电解电容,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,C3、C4一般瓷片电容，电容值为0.1F，滤除高频信号对电路的干扰。电解电容好坏判断：以及正负引脚判断：主要依据为电容冲放电原理或外观。电解电容长脚为正短脚为负，或者标“-”为负极。用万用表测量两端阻若为无穷大和非常小均为坏。正常情况先给电解电容放电，用万用表电阻档（100或1K）测量，表笔的正极接电解电容的正极，负表笔接电解电容的负极，这是电池电源给电解电容充电，电阻较小，当电解电容充满电时不再充电，反应在电阻上开始充电时电阻小，充满电时理论上电阻为无穷大，电容为好，如果用模拟式万用表测量则表现为指针先向右偏转然后向左偏置置做大附

21、近。万用表表笔更换测量两次所测电阻均为无穷大表示电容干涸，都比较小表示漏电严重。,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,4稳压器的选择：（稳压电路）稳压器选择主要依据是根据负载电压和功率要求选择。由于18.3超温告警电路的后续电路要使用电磁继电器，多种CMOS芯片，因此选用稳压器输出电压为9伏，因此选用7809系列，而7809系列按电流分有三种分别为L7809,M7809以及7809，电流分别为100mA,500mA,1.5A考虑到后续电路负载较大因此选用7809（1.5A）。5指示、保护电路可给直流电源加电源指示灯，可以并联在C4两端，用绿色LED 作为显示灯。限流电阻选择：LE

22、D工作电压一般为1.53V左右，且LED 为电流控制型，电流正常发光时大约为10mA左右,这样的电流即保证了亮度又不至于电流过大而烧坏。因此限流电阻阻值R=（9-2）/10约为700欧姆，选择标准电阻680欧姆.,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,16.5.4 电路制作与调试1变压器检测原边，副边不要接反：接反会造成触电和烧坏元器件，因为降压变压器会变成升压变压器，电压会高达几千伏，整流桥以及后续电路均会烧坏。所以先要辨别变压器的原边、副边。要保证变压器是好的：如果变压器原边短路，会烧掉保险丝，会使配电箱空气开关跳闸，严重时会烧坏开关。电源线不要绞在一起造成短路这样会使配电箱空

23、气开关跳闸，严重时会烧坏开关。原边的接线部位不要裸露在外，否则易造成触电事故。,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,2整流桥检测负载电流不超过要整流桥允许通过的电流负载易造成整流桥的损坏。要保证整流桥各整流二极管正常，否则整流电压过低不能保证输出正常电压。要保证整流桥后续负载不能短路：测量整流桥直流输出端的电阻，不能太小。3滤波电路电解电容不要接反，接反会引起电容损坏甚至爆炸。4稳压电路三端稳压器各引脚不要接反，否则不能正常输出稳压电源。,上一页,下一页,返回,16.5 直流稳压电源设计,5负载检查 直流稳压电源负载不能短路否则易造成稳压器发热甚至烧坏。预防办法：测量稳压输出端电

24、阻，不能为零。6指示、保护电路保险丝两端不要裸露在外因为两端有220V电压，易造成触电事故。保护二极管不能接反。总之焊接上述元器件前、通电前都要对元件、电路进行检查、检测。保证元器件良好，电路连接正常。,上一页,返回,16.6 其他直流稳压电源电路,16.6.1 输出正、负电压的电路图16-16此电路采用CW7815和CW7915三端稳压器各一块组成的具有同时输出+15V、-15V电压的稳压电路。16.6.2 三端可调稳压电路基本应用电路1三端可调正输出稳压基本应用电路三端可调正输出稳压基本应用电路如图16-17所示,下一页,返回,16.6 其他直流稳压电源电路,静态电流 IQ(约10 mA)

25、从输出端流出，RL 开路时流过 R1，R1=UREF/IQ=125，R2=02.2 k 时，UO=1.2524 V。V1 防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器；V2 防止输出端短路时C2 通过调整端放电损坏稳压器。C2用于减小输出纹波电压。R1、R2构成取样电路，这样，实质电路构成串联型稳压电路，调节R2，可改变取样比，即可调节输出电压UO的大小。2电压连续可调电路 030V连续可调电路如图16-18所示。图中R3、V组成稳压电路，使A点电位为-1.25V，这样当R2=0时，UA电位与UREF相抵消，便可使UO=0V。,上一页,下一页,返回,16.6 其他直流稳压电源电路,线性集成稳压器有

26、很多优点，但调整管必须工作在线性放大区，管压降比较大，同时要通过全部负载电流，所以管耗大，电源效率低，一般为40%60%。特别在输入电压升高、负载电流很大 时，管耗更大，不但电源效率低，同时使调整管的工作可靠性降低。开关稳压电源的调整管工作在开关状态，依靠调节调整管导通时间来实现稳压。由于调整管主要工作在截止和饱和两种状态，管耗小，故使稳压电源有的效率明提显高，可达80%90%，而且这一效率几乎不受输入电压大小的影响，即开关稳压电源很宽的稳压范围。由于效率高使得电源的主要缺点是输出电压中含有较大的纹波。但由于开关电源优点显著，故发展非常迅速，使用也越来越广泛，详情请参阅其它书籍。,上一页,返回

27、,图16-1 直流稳压电源组成,返回,图16-2,返回,图16-5 电感滤波电路,返回,图16-6 型LC滤波电路,返回,图16-8 线性串联稳压电源的工作原理,返回,图16-9 串联型稳压电路,返回,图16-10 串联型稳压电源电路,返回,图16-11 CW7800 系列、CW7900 系列封装和符号,返回,图16-12 可调输出集成稳压器封装,返回,图16-13 三端固定输出集成稳压器,返回,图16-14 三端可调输出集成稳压器,返回,图16-15 整流稳压电源,返回,图16-16 输出正、负15V电压的电路,返回,图16-17 三端可调正输出稳压基本应用电路,返回,图16-18 030V连续可调电路,返回,