第 7 章 直流稳压电源
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第 7 章 直流稳压电源. 太原理工大学电工基础教学部. 第 7 章 直流稳压电源. 7.1 整流滤波电路. 7.2 稳压电路. 7.3 集成稳压器. 7.4 串联开关式稳压电源. 第 7 章 直流稳压电源. 本章要求:. 1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算 ; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工 作原理 ; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。 4. 了解开关稳压电源的工作原理。. 电源变压器. 交流电源. 整流电路. 滤波电路. 稳压电路. 负载. u 1. u R. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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电工电子技术电工电子技术
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第 7 章 直流稳压电源
太原理工大学电工基础教学部太原理工大学电工基础教学部
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第 7章 直流稳压电源
7.4 串联开关式稳压电源7.3 集成稳压器
7.1 整流滤波电路7.2 稳压电路
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第 7章 直流稳压电源
1.1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算参数的计算 ;;
2. 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理作原理 ;;
3. 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。4.4. 了解开关稳压电源的工作原理。了解开关稳压电源的工作原理。
本章要求:本章要求:
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7.1 整流滤波电路
电源变压器 : 将交流电源电压 u1 变为所需要的交流电 压 u2 。整流电路 : 将交流电压 u2变为脉动的直流电压 uR。
滤波电路 : 将脉动直流电压 uR转变为平滑的直流 电压 uF。
稳压电路 : 当电网波动及负载变化时 , 维持输出 Uo的稳定。
直流稳压电源的组成和功能交流电源 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 负载
u1 u2uR uF
Uo
o t
u1
o t
u2
o t
uR
o t
uF
o t
Uo
RL
5
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7.1.1 单相整流电路1. 单相半波整流电路
o ωt
uo
o uD
ωt
u1
Tr iD
b
aio
uo
Du2 RL
o ωt
iD io
2π
u2
ωt3ππo
22U
u2> 0 时, D 导通 uD= 0 。
U2 < 0 时, D 截止 iD= 0 。uo=0
uo=u2
⑵ 输出平均电压 Uo
22
20o
45.02
sin22
1
UU
ttdUU
⑴ 分析 设: tUu sin2 22
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2o 45.0 UU 输出平均电压
LR
UI 2
o
45.0输出平均电流
⑶ 二极管的选择二极管上的平均电流: oD II 二极管上的最高反向电压:
2DRM 2UU 例 单相半波整流电路,已知: RL=750 , U2=20V 。
求: Uo 、 Io 、 UDRM ,并选出二极管。
u1
Tr iD
b
aio
uo
Du2 RL
解: Uo=0.45U2=9V
mA12750
9
L
oo R
UI
V2.282 2DRM UU 选用 2AP4(16mA,50V)
7
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2. 单相全波整流电路
设:)sin(2 2 tUub
tUua sin2 2
u1ua
aTr
b
D1
RL
uo
D2
ub
io
to
2π
ua
ωt3ππo
22U ub
o ωt
uo
ua> 0 ub < 0 时, D1 导通 D2 截止Ua < 0 ub > 0 时, D2 导通 D1 截止
uo=ua
uo=ub
输出平均电压 Uo=0.9U2
二极管上的平均电流:
oII2
1D
二极管上承受的最高电压:
2DRM 22 UU
输出平均电流LR
UI o
o
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3 . 单相桥式整流电路
u2 正半周时电流通路
⑴ 分析 设: tUu sin2 22 +
-
u1
u2
Tr
D4
D2
D1
D3RL
uo
a
b
to
+
-
io
D1 D2 共阴极,对应 uo 的“ +”极; D3 D4 共阳极,对应 uo 的“ -”极。D1 D3 在 u2 的正半周导通; D2 D4 在 u2 的负半周导通。
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-
+u2 负半周时电流通路
uo
u1
u2
Tr
D4
D2
D1
D3RL
a
b
to
+
-
io
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u2 > 0 时 a+ b-
D1,D3 导通D2,D4 截止电流通路 :
由 a+ 经 D1RLD3b-
u2 < 0 时b(+) a(-)
D2,D4 导通D1,D3 截止电流通路 :由 b(+) 经 D2
RLD4a(-)
输出是脉动的直流电压!u2
t
桥式整流电路输出波形
t
uo
u2
D4
D2
D1
D3
RL
u0
+
-
a
b
(+)
(-)
11
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⑵ 输出平均电压 U
o2220o 9.0
22sin2
1UUttdUU
输出平均电流LL R
U
R
UI 2o
o
9.0
⑶ 二极管的选择
二极管上的平均电流: oD 2
1II
二极管上的最高反向电压:2DRM 2UU
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u1u2
TrD4
D2
D1
D3
RLuo
a
b
to
+
-
io
问题与讨论单相桥式整流电路中,若 D2 发生开路,短路,或反接三种情况,电路中将会发生什么问题?
⑴ D2 开路:相当于半波整流, Uo=0.45U2
⑵ D2 短路: Uo=0 ,将变压器副边短路,烧坏绕组和管子
⑶ D2 反接: Uo=0 ,将变压器副边短路,烧坏绕组和管子
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问题与讨论
u1
u12
TrD4
D2
D1
D3
RL1 uo1
a
b
u22RL2
uo2
电路如图所示。试标出输出电压 uo1 、 uo2 的极性,画出输出电压的波形。并求出 Uo1 、
)(; tUutUu sin2sin2 222221Uo2 的平均值。设:
2π
u12
ωt3ππo
22U u22
o ωt
uo1
o ωtuo2
u1> 0 时u12> 0 D1 导通, uo1=u12
u22 < 0 D3 导通, uo2=u
22u1 < 0 时
U22 > 0 D2 导通, uo1=u
22
U12 < 0 D4 导通, uo2=u
12
Uo1= 0.9U2
Uo2= -0.9U2
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整流桥实物整流桥实物照片照片
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7.1.2 滤波电路1. 电容滤波电
路
u1
Tr
+uo
Du2 C RL
uo
D 截止D 导通ωt
ba
o
22U
⑴ 分析 设: tUu sin2 22
并入电容 C 后,在 u2 > uC 时, D 导通,C 充电 , 充电很快,输出电压 uo 随 u2 上升。当 uC =
后, u2 开始下降 u2<uC , D 反偏截止,由 C 向RL 放电,放电较慢,输出电压 uo 随 uC 按指数规律缓慢下降。当 u2> uC 时 C 又被充电 uo = u2 又上升。直到 u2<uC , D 又截止, C 又放电,如此不断的充电、放电,使输出电压 uo 脉动程度大为减小。
22U
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⑵ 输出平均电压 Uouo
D 截止D 导通ωt
ba
o
22U当 RL = ∞ ,(即空载时) Uo= = 1.4 U222U 通常,输出平均电压可按下述工程估算取值:
(全波)半波)
2o
2o
2.1
(
UU
UU
⑶ 滤波电容 C 的确定
u1
Tr
+uo
Du2 C RL
一般要求 fC
RXR C
2
1LL ;
取 fC
R
2
1)15~10(L ;则
2)5~3(L
TCR
滤波电容一般为几十微法到几千微法的有极性电容器。
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③ 二极管导通角小,冲击电流大,容易使管子损坏
⑷ 电容滤波电路的特点
① 输出电压 Uo 高
② 带负载能力差,只适用于小电流场合
uo
D 截止D 导通ωt
ba
o
22U
uo
电容滤波1.4U2
0.45U2
o Io
无电容滤波无电容滤波 有电容滤波电路
半波桥式
二极管上的最高反向电压
22U
22U22U
222 U
DRMU
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问题与讨论
S1S2~C RL
u2 Vo
图示电路中,已知 U2=20V ,试求下列情况时,直流电压表的读数。
① S1 闭合、 S2 断开 ② S1 断开、 S2 闭合 ③ S1 闭合、 S2 闭合
④ 某二极管开路,重述 上述情况
解: ① Uo= 0.9U2=18V
② Uo≈1.4U2≈28V
③ Uo= 1.2U2=24V
④ Uo= 0.45U2=9V
Uo≈1.4U2≈28V
Uo= U2=20V
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作业:7-7 7-8
20
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2. 电感滤波电路
u2u1 RL
L
u0
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。
( 1)电感滤波电路结构
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( 2)电感滤波原理 对直流分量 (f=0): XL=0 ,L 相当于短路 , 电压大部分降在 R
L 上。
U0=0.9U2
当忽略电 感线圈的直流电阻时,输出平均电压约为:
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。
( 3)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。
22
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33 、、复式滤波器
2u1u
T
ou
LR+C
L
为了进一步改善滤波特 性,可采取多级滤波的办法 , 如在电容滤波后再接一级 RC 滤 波电路,或在电感滤波后面再接一电容。从而构成 LC 型或 RC- 、 LC- 型滤 波电路,其性能及应用场合分别与电容滤 波和电感 滤波相似 。
L-C 型滤波电路结构
23
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LC- 型滤波电路结构
2u1u
T
ou
LR+ +1C 2C
L
LC- 型滤波电路特点 滤波效果比 LC 滤波器更好,但整流二极管中的 冲击电流较大。
电 感线圈体积大而笨重、成本高。
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RC-Π 型滤波电路结构
2u1u
T
ou
LR+ +
R
1C 2C
RC-Π 型滤波电路特点 R愈大, C2愈大,滤波效果愈好。但 R 太大,将使直流压降增加。 主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。
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7.2 7.2 稳压电路稳压电路
2u1u
T
LR
ZIRI
RU
OU
oI
C
R
ZD
iU ZU
1 、电路结构7.2.17.2.1 并联型稳压电路并联型稳压电路
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2 、工作原理
( 1 ) 电网电压波动1 2 o Z R R ou u U I I U U ( 2 ) 负载波动
L o R R o Z R oR I I U U I U U
通过调节 R 上的压降来达到稳定输出电压 Uo 的目的。
2u1u
T
LR
ZIRI
RU
OU
oI
C
R
ZD
iU ZU
在稳压管的稳压区,电 流变化较大时,稳压管两端的电压变化较小。
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3 、稳 压管稳 压电路 特点优点:电路简单,元件少。缺点:稳压效果不太好,输出电压不可调。
4 、稳 压管选择办法Z oU U
5、限流电阻 R 的选择原则
OmaxZmax 3~5.1 II )(
Oi 3~2 UU )(
( 1)
maxminOmax
ZZi II
R
UU
( 2)
minmaxOmin
ZZi II
R
UU
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电压发生 ±20% 波动, RL=2K ,求 R 和 Ui 的正常值。
解:由 KVL得
I1=24mA , I2=11mA
Ui=26V , R=800
已知: UZ=12v , Izmax=18mA , IZmin= 5mA
Zi URIU 12.1
Zi URIU 28.0
L
Zz R
UII max1
L
Zz R
UII min2
例
Ui
RIZ
RL
UZI1
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7.2.2 串联型稳压电源1. 稳压电源的主要指标( 1 )电压调整率 SU
%100/
Si
oo
U
UUU
( 2 )电流调整率 SI
%100So
o
U
UI
( 3 )输出电压的温度系数 ST
%100/
S oo
T
UUT
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2. 串联反馈型稳压电路1. 电路一般结构
串联式稳压电路由取样、基准电压、放大和调整四个环节组成。
AUB
T
UREF
UFR1
取样
R2
UoRL
调整
基准电压比较放大
∞
-
+
Ui
-
+
取样环节: R1 R2 分压提取与输出 Uo 成正比的取样电压 UF
oo21
2 UFURR
RU uF
31
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基准电压环节:提供稳压的基准电压 UREF
放大环节:放大 UF 与 UREF 的差值( UREF - UF )放大输出 Uo 的变化量。
调整环节:由放大后的变化量调整晶体管的管压降 UCE ,从而达到稳定输出 Uo 的目的。
CEio UUU
AUB
T
UREF
UFR1
取样
R2
UoRL
调整
基准电压比较放大
∞
-
+
Ui
-
+
UCE
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2. 稳压原理稳压过程按电网波动和负载电阻改变两种情况分述如下:
当电网波动 Ui↑→Uo↑→UF↑→UBE↓→UCE↑→Uo↓ ; 当负载电阻 RL↓→Uo↓→UF↓→UBE↑→UCE↓→Uo↑ 。 电路为电压串联负反馈。调整管 T 连接成射极跟随器。因而可得:
ooBEB UUUU
AUB
T
UREF
UFR1
取样
R2
UoRL
调整
基准电压比较放大
∞
-
+
Ui
-
+
UCE
UBE
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ooBEB UUUU
ooREFFREFB )()( UUFUAUUAU uuu
或 uu
u
FA
AUU
1REFO
在深度负反馈条件下, |1+AuFu| >>1 时,可得 uF
UU REF
o
当反馈越深时,调整作用越强,输出电压 Uo也越稳定
AUB
T
UREF
UFR1
取样
R2
UoRL
调整
基准电压比较放大
∞
-
+
Ui
-
+
UCE
UBE
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7.1.4 简单分立元件组成的稳压电路 Tr
T1 2N2222A
D2
1N4736
R1680ΩC1
100μF
C2
100μFRL5kΩ
D1
~220VD2D3
D4
典型的串联稳压电源,其中变压器用于将220V市电降成需要的电压后,进行桥式整流和滤波,将交流电变成直流电并滤去纹波,经过简单的串联稳压电路,输出端得到稳定的直流电压。
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1. 稳压过程
Uo UF
UCE2Uo
当 Ui增加或输出电流减小( RL增大)使 Uo 升高时 IB2
IC2UBE1UCE1
7.1.5 实际的串联式稳压电源
R3
T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
Ui
UF
IB2IC2
UBE1
UCE2
UCE1
UBE2 = ( UF -UZ )
36
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当 Ui 减小或输出电流增加( RL 减小)使 Uo 降低时
R3
T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
Ui
UF
IB2IC2
UBE1
UCE2
UCE1
UCE2Uo IC2UBE1UCE1
Uo UF IB2UBE2 = ( UF -UZ )
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2. RW 的调压作用
R3
T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
Ui
UF
IB2IC2
UBE1
UCE2
UCE1
UCE2Uo UBE1UCE1
RW 下调 UF UBE2UZ 不变
UCE2Uo UBE1UCE1
RW 上调 UF UBE2
UZ 不变
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3. 输出电压的调节范围 o
W21
2W2BE2ZF U
RRR
RRUUU
R3T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
Ui
UF
BE2Z2
W21omax UU
R
RRRU
BE2Z2W
W21omin UU
RR
RRRU
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例 电路如图所示。已知 UZ =6V , R1 = R2=RP ,试估算稳压电路输出电压 Uo 的调节范围。
AUB
T
UREF
UFR1
R2
UoRL
∞
-
+
Ui
-
+
UZDZ
R
RP
解:由 “虚短”,知道 UF=UREF=UZ=6V ,可估算出
V962
3
V1863
Z2
P21omin
Z2
P21omax
URR
RRRU
UR
RRRU
P
该稳压电路的输出电压能在 9V~18V之间调节。
作业:7-10 7-12
40
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7.3 集成稳压电源7.3.1 三端固定集成稳压器单片集成稳压电源 :
体积小 , 可靠性高 , 使用灵活 ,价格低廉。有输入,输出和公共端 , 称三端集成稳压器。W7800系列和 W7900系列其内部就是串联型晶体管稳压电路。电路内部附有短路和过热保护环节。
41
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三端集成稳压器实物照片
42
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三端集成稳压器管脚排列78 系列-输出正正电压 79 系列-输出负负电压
1 32
78
1 32
79
7805 + 5V
7806 + 6V
7808 + 8V
7809 + 9V
7810 +10V
7812 +12V
7815 +15V
7818 +18V
7824 +24V
……
7905 - 5V
7906 - 6V
7908 - 8V
7909 - 9V
7910 -10V
7912 -12V
7915 -15V
7918 -18V
7924 -24V
……
输入
输出
输入
输出
地 地
43
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如: W7805→+5V , W7915→- 15V
5V~10V 、 12V 、 15V 、 18V 、 20V 、 24V等 共 11个档次
型号后 XX两位数字代表输出电压值W79 XX系列 ( 输出负电压 )
W78 XX系列 ( 输出正电压 )
输出额定电压值 :
输出额定电流值 : 有 5个档次
W7800系列的
W7800——1.5A W78M00——0.5A
W78L00——0.1A W78T00——3A
W78H00——5A
44
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CW7800 的内部结构和基本应用电路
内部结构 +
UI
取样电路
调整电路保护电路
基准电压
比较放大
启动电路
+
UO
45
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基本应用电路
抵消输入长接线的电感效应,防止自激
改善负载的瞬态响应,消除高频噪声
防止输入端短路时 C3反向放电损坏稳压器
Uo = 12V
W78121 2
3C2
++
Ui C1 C3
0.33 F 0.1 F 100 F
RL+
46
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1. 输出固定电压的电路
输入与输出之间的电压差不得低于 3V
W7805 稳压器基本接线图
C2
CW7805
C1UIUO
1 3
2
0.33F 1µF-
+
-
+
LM7805
W7905 稳压器基本接线图
C2
CW7905
C1UIUO
2 3
1
0.33F 1µF+
-
+
-
LM7905
电容 C1——防止自激振荡。 0.1F ~ 0.33F
电容 C2—— 减小高频干扰,改善瞬态特性。 1F
47
目录
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正负电压同时输出电路
2. 输出正负电压的电路
W78XXC1
UI
1 3
2
C1
W79XX
1
3
C2
C2
2
+
_
+UO
- UO
RL1
RL2
0.33F
0.33F
1F
1F
48
目录
电工电子技术电工电子技术
电工基础教学部电工基础教学部
C2
W78XX
C1UI
+
_
+
_
UO
1 3
2 UXX
UZ
R
DZ
输出电压: UO = UXX+UZ
3. 提高输出电压的电路
UXX: 为 W78XX固定输出电压
提高输出电压的电路
49
目录
电工电子技术电工电子技术
电工基础教学部电工基础教学部
电压跟随器的电源借助于稳压器的输入直流电压 UI 。电压跟随器其输入电阻很高 , 输出电阻抗很低,可以克服稳压器输出电流变化的影响。
4. 输出电压可调式电路用 W7805 组成的 7~30V 可调式稳压电源。
W78051 3
2
R1
C1 C2
UI
7
6 2
34
UO
R2F0070.33F
33V
10kΩ
1µF
50
目录
电工电子技术电工电子技术
电工基础教学部电工基础教学部
)(11
2XXO R
RUU
(UXX=5V)
W78051 3
2
R1
C1 C2
UI
7
6
2
34
UO
R2F0070.33F
33V
10kΩ
1µF
UXX
;O21
236 U
RR
RUU
OUUU 6XX
O21
2XX6XX U
RR
RUUUU
O
51
目录
电工电子技术电工电子技术
电工基础教学部电工基础教学部
7.3.2 三端可调集成稳压器1. 型号正电压输出 LM117 、 LM217 和 LM317系列 负电压输出 LM137 、 LM237 和 LM337系列
LM117
1 2 3调节
输出
输入
LM137
1 2 3调节
输出
输入
LM117 的引脚排列图 LM137 的引脚排列图
外形引脚
CW117 、 CW217 和 CW317系列 CW137 、 CW237 和 CW337系列
52
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工作温度CW117(137)— -55 150CCW217(237)— -25 150CCW317(337)— 0 125C
基准电压 1.25 V
输出电流 L 型 — 输出电流 100 mA
M 型 — 输出电流 500 mA
CWL117(137) CWM117(137)
53
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2 . 内部结构和基本应用电路
内部结构
调整电路
基准电路
误差放大启动电路
偏置电路保护电路
IREF
UI UO
ADJ
11
2233
外形引脚
CW1171 2 3
UIUOADJ
CW1371 2 3
UI UOADJ
50 A
54
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D1 防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器
D2 防止输出端短路时 C2 通过调整端放电损坏稳压器
基本应用电路
Uo
CW317
11
223
C2
++
Ui C1
C3
0.1 F
10 F
33 F
R1
R2
C4
IIOOIIQQ
II
I REF
0.1 F
D1
D2
UREF = 1.25 V
使 UREF 很稳定
125 125 I REF 50 A
2.2 k2.2 k
55
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2REF211
REFO )( RIRR
R
UU
)1(25.11
2
R
R R1 = UREF/ IQ = 125
静态电流 IQ(约 10 mA)从输出端流出, RL 开路时流过 R1
R2 = 0 2.2 k 时,UO = 1.25 24 V
Uo
CW317
11
223
C2
++
Ui C1
C3
0.1 F
10 F
33 F
R1
R2
C4
IIOOIIQQ
II
I REF
0.1 F
D1
D2
UREF = 1.25 V
使 UREF 很稳定
125 125 I REF 50 A
2.2 k2.2 k
56
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0 30 V 连续可调电路Uo
CW317
11
223 ++ Ui
C1
0.33 F
10 F
R1
R2
C3
1 F
D
C2
R3
+
3 k
120
680
+32 V
–10 VA
UA = – 1.25 V
当 R2 = 0 时, UO= 0 V
57
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LM317 三端可调稳压器,输出电流 1.5A 。图示典型应用的电路, C2 滤去 R2 两端的纹波电压,接入 R1 和 R2 使输出电压可调,电压可调范围为 1.25 ~ 37V 。
3. 应用IN3 OUT
2
ADJ1
LM317
C2
C1
R1
电压调节
UiUo
100μF
240Ω
R2
100μFUREFI2
I1
58
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)1(1
2REFO R
RUU
其中 UREF=1.25V 。如果 R1=240Ω , R2=2.4kΩ ,则输出电压可调范围为 1.25 V~ 13.75V
μA50
V25.1
21
REF1
II
UU R
且
IN1 OUT3
ADJ2
LM317
C2
C1
R1
电压调节
UiUo
100μF
240Ω
R2
100μFUREFI2
I1
REFO21
2
REFO 2
UURR
R
UUU R
若取 R1=240Ω,R2=6.8kΩ, 则 Uo 为 1.25V~ 37V 。
所以输出电压:
59
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7.3.3 低压差三端集成稳压器 前述三端输入输出的压差必须大于 3V 的才能正常的工作,这样的压差在电池供电的装置中是不能使用的。另外,自身功耗大( 4.5 W ),需加散热器。
低压差三端稳压器 MIC29150 ,具有 3.3V 、 5
V 和 12V 三种电压,输出电流 1.5A ,与 7805封装相同,可以互换使用。主要特点:压差低,典型值为350mV ,最大值为 600mV ;功耗小( 0.9W ),不用散热片。
60
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7.3.4 基准电压源 基准电压源一般可以用稳压管组成的稳压源来承担,但目前有很多基准电压集成电路,被广泛用作高性能稳压电源的基准电源。 TL431主要应用于稳压电源、仪器仪表、可调电源和开关电源中,是稳压二极管的良好替代品。
基准集成电路 TL431 及其应用电路
阳极
阴极
参考
Ui Uo
R1
R2
Rp
1
2
3
TL431
T1
D+24V 2.5~24V
T2
C3856
D261
I1
I2
( a)
( b)
REF
CATHOD
ANODE10kΩ2
3
1
61
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7.4 串联开关式稳压电源7.4.1 概念
1. 线性稳压电源
缺点:调整管管耗大电源效率低 (40% 60%)装散热器体积大
改进思路:使调整管 截止 ( 电流小 ) IC≈0
饱和 ( 管压降小 ) UCES≈0
调整管工作在放大区(线性区)
优点:输出电压稳定度高电压纹波小线路简单,工作可靠
62
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2. 开关稳压电源 调整管处于开关状态(饱和 :UCES≈0 ,截止: IC≈0 。)
开关稳压电源的优点:效率高 (80% 90%)
体积小、重量轻
稳压范围宽
开关稳压电源的缺点:
电路复杂
对电网要求不高
对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波
63
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7.4.2 开关电源的组成调整管
取样电路
脉宽调制电路开关调整管控制
滤波
频率固定的三角波
误差放大 续流iL
UI
uB
T
比较放大器比较器
uE
A
C
IoR1uF
L
UO
uAUREF
uF
C
R2
RL
D
基准电压三角波发生器
uT
64
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电工电子技术电工电子技术
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iL
UI
uB
T
比较放大器比较器
uE
A
C
IoR1uF
L
UO
uAUREF
uF
C
R2
RL
D
开关型稳压电路原理脉宽调制电路
基准电压三角波发生器
uT
1. 取样环节: R1 、 R2 分压提取取样电压 uF (反馈电压)2. 基准电压环节:提供稳压的基准电压 UREF
3. 放大环节:比较放大器 A ,放大差值( UREF - uF )4. 调整环节:调整管 T 由开关信号控制通断,稳定输出电压 UO 。
65
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iL
UI
uB
T
比较放大器比较器
uE
A
C
IoR1uF
L
UO
uAUREF
uF
C
R2
RL
D
基准电压三角波发生器
uT
脉宽调制电路5. LC 滤波器及续流二极管 D :滤波和续流得到平稳的直流电压。6. 脉宽调制比较器 C :反相端接 uT (三角波发生器的输出),同相端接 uA (比较放大器输出),输出开关信号 uB驱动调整管。三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路 (PWM)
66
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7.3.3 开关电源的工作原理1. 分析当 uB 为高电平→ T饱和、 D 截止, uE=UI , 经 LC 滤波到负载 RL同时 iL↑→ L 和 C储存能量当 uB 为低电平→ T 截止、 D 导通, uE =- UD≈0 ,
iL
UI
uB
T
比较放大器比较器
uE
A
C
IoR1uF
L
UO
uAUREF
uF
C
R2
RL
D
基准电压三角波发生器
uT
eL
D续流→ LC泄放能量给 RL供电, 输出较平稳的直流电压
ioio
67
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虽然 T处于开关状态,但由于 D 的续流和 L 、 C
的滤波作用,输出电压 UO 是比较平稳的。2. 输出平均电压及占空比调整管通断时 uE 的波形为矩形波
to
uE (uD)
tontoff
- uD
UI
Ion
Ioff
DCESIon )()( qU
T
tU
T
tUUU
T
tUO
T输出平均电压(忽略滤波电感 L 的直流压降):
占空比: T
tq on
可见,对于一定的 UI 值,通过调节占空比即可调节输出电压 UO 。
68
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uE (uD) 、 iL 、 uO 的波形
to
uOUO
- uD
to
uE (uD)
IO
to
iL
tontoff
Imax
Imin
UI
69
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7.4.4 开关电源的稳压原理iL
UI
uB
T
比较放大器比较器
uE
A
C
IoR1uF
L
UO
uAUREF
uF
C
R2
RL
D
基准电压三角波发生器
uT
UI UO
uFuA
占空比
UO
D = 50 %当 uF = UREF , uA = 0 ,UO 为预定标称值
70
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1. UO =标准值( USET ), q= 50% 时的情况运放 A : uF = UREF 、 其输出 UA =0
运放 C :为过零电压比较器,其输出 UB 对称, ton= toff
UA= 0
-UD
uT
UI
uB
(a)
uT , uB
t
uE
o t
ton toff
71
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2. UO >标准值( USET ), q < 50% 时的情况运放 A : uF > UREF 、 其输出 UA < 0
运放 C :为负电压比较器,当 uT < UA 时 UB > 0 ,
UA
-UD
UI
(b)
o t
uT, uBuT
uB
o t
uE
tontoff
ton↓ < toff ,调整管时间 ton↓→占空比 q ↓→输出电压 UO ↓
72
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3. UO <标准值( USET ), q > 50% 时的情况运放 A : uF < UREF 、 其输出 UA > 0
运放 C :为正电压比较器,当 uT < UA 时 UB > 0 ,
ton↑ > toff ,调整管时间 ton↑→占空比 q ↑→输出电压 UO ↑
UA
-UD (c)
o t
uT, uB
uT
uB
o t
uE
ton toffUI
总之,当 UI 或 RL 变化使 UO 变化时,可自动调整脉冲波形的占空比使输出电压维持恒定。
73
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最低开关频率 fT 一般在 10~100
kHz之间。 fT越高,所需的 L 、 C越小。这样,系统的尺寸和重量将会减小,成本将随之降低。
另一方面,开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增加,使开关调整管的管耗增加,而效率将降低。
注意:
74
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截止
7.4.5 并联型开关稳压电路简介
+
UI
+
Uo
RLT1
R1
R2
L
C
+
UREF uF
uB
控 制电 路
D2
+
UI
+
Uo
RL
T1
L
C+
uB
D2
+
UI
+
Uo
RL
T1
L
C
+uB
D2iL
高电平
iO
低电平
uB toff
ton
T
Ioff
onO )1( U
t
tU
截止iL
饱和
导通
75
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单片脉宽调制式 (外接开关功率管 )
7.4.6 集成开关稳压器
类型 单片集成开关稳压器CW1524
CW4960/4962
1. CW1524/2524/3524(区别在于温度范围 )组成:基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、 2 只输出功率管、过热保护最大输入电压: 40 V
最高工作频率: 100 kHz每路输出电流: 100 mA内部基准电压: 5 V( 承受 50 mA 电流 )
76
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取样电压
基准电压输出方波
定时电容
定时电阻关闭 ,控制脉宽
接扩流晶体管 C 、 E 极
输入电压振荡 /同步
1 234 5678
161514131211109
–IN
+IN UIN
UREF (+ 5 V)
EBCBCAEART
CTGND
–限流
+限流
断路补偿
CW1524 系列引脚排列
77
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电工基础教学部电工基础教学部
防止寄生振荡
外接复合管扩流
产生振荡
1 234 5678
161514131211109
。
。
+
–
+
–
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R9
R8
RL
C2
C1
C3
C4
D3
T2
T1
5 k
3 k
5 k5 k
5 k
2 k
50 k
180
68
0.1
UI
UO
R0
0.1F
0.02 F
0.01 F
500 F
(28 V)
CW1524
L
0.9 mH
f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz
+ 5 V
2.5 V
2.5 V
+ 5 V
限流取样电阻 (1
A)
78
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2. CW4960/4962组成:基准电压源、误差放大器、脉宽调制器 开关功率管 ( 内接 )、软启动电路、 过流限制、过热保护功能:慢起动、过流保护、过热保护 占空比可调 (0 100 %)
最大输入电压: 50 V输出电压: 5.1 40 V 连续可调最高工作频率: 100 kHz
额定输出电流:CW4960 CW4960 — 2.5 A (过流保护 3.0 4.5 A)CW4960 CW4960 — 1.5 A (过流保护 2.5 3.5 A)
小散热片不用散热片
80
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CW4960/4962 应用电路
220 F
R115 k
L
150 H
4962(4960)
11(3) 10(2)
7(1)
14(5)4(4)15(6)
2(7)。 。R2
RP
RT
CP
CT
C1
UIUO
4.7 k
+++
220 F
220 F / 40 VC2C3
4.3 k
33 nF
2.2 F2.2 nF
D
取样电阻500 10 k
)1(1.51
2
R
R
工作频率控制f = 1/ RTCT 106 kHz
一般 RT = 1 27 k CT = 1 3.3 nF
频率补偿防寄生振荡
续流二极管采用肖特基管软启动电容
1 4.7 F
81
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电工基础教学部电工基础教学部
.
8LDO
1
Ucc9
SYNC/SHDN10
REF4
FREQ5
EXT
CS+ 6
PGND 7
FB5
GND3
MAX668
N1
FDS6680
R2
0.02Ω
R1
100KΩ
R4
218KΩ
C9
68μF
C10
68μF
C11
68μFC3
0.01μF
C4
220pFC5
0.22μF
C6
0.1μF
1μFC0
L1
4.7μH
D1MBRS340T3
R3
24KΩ
Uin=3~5V
Uout=12V/1A
.
.
3. 采用集成 PWM 电路的开关电源
由 MAX668 组成的升压电源
82
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电工基础教学部电工基础教学部
第 7 章结束