Chapter8直流電源概述單相整流濾波電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路18.1概述在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率的穩(wěn)壓電源的組成如下圖所示。變壓器整流濾波穩(wěn)壓它由電源變壓器，整流電路,濾波電路，穩(wěn)壓電路等四部分組成。2電源變壓器由于所需的直流電壓比電網(wǎng)的交流電壓相差較大，因此常利用電源變壓器降壓得到合適的交流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。變壓器3

濾波濾波電路利用儲(chǔ)能元件，將脈動(dòng)電壓變?yōu)楸容^平滑的直流電壓5

穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路使輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，仍保持穩(wěn)定。68.2單相整流濾波電路整流電路的作用：利用二極管的單相導(dǎo)電性將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。常見的整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流和倍壓整流幾種。在分析整流電路的性能時(shí)，主要考察3個(gè)參數(shù)：輸出直流電壓平均值Uo(AV)整流二極管正向平均電流ID(AV)最大反向峰值電壓URM：二極管截止時(shí)承受的最大反向電壓。72、單相橋式整流電路(1)工作原理ui負(fù)半周，D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。uo=-uiui正半周，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。uo=uiui正、負(fù)半周均有電流流過負(fù)載電阻RL，且電流反向一致。uo為單相脈動(dòng)電壓。9（2）參數(shù)計(jì)算輸出平均電壓為

流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為10二極管所承受的最大反向電壓118.2.1濾波電路整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相距甚遠(yuǎn)。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。電容濾波電感濾波復(fù)合濾波131、電容濾波利用電容器兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，將電容器與負(fù)載電阻并聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形平滑的目的。從能量的觀點(diǎn)看，由于電抗元件有儲(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容器C在電源電壓升高時(shí)，把部分能量存儲(chǔ)起來；而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓平滑。（1）電容濾波電路14(2)濾波原理負(fù)載RL未接入：ui0，經(jīng)D1、3向C充電；ui0，經(jīng)D2、4向C充電；τ充電=RintC很小，電容很快充到u2最大值。負(fù)載RL接入：u2<uC，D受反向電壓截止，C經(jīng)RL放電，因τ放電=RLC一般較大，故uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。

u2>uC，D導(dǎo)通，C經(jīng)D充電，因τ充電較小，故uC按指數(shù)規(guī)律快速上升。

如此周而復(fù)始地進(jìn)行充放電，形成一個(gè)近似鋸齒波的電壓，使負(fù)載電壓的紋波成分大為減少。15結(jié)論3τ放電=RLC越大,放電過程越慢，輸出電壓中脈動(dòng)（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般取：τ放電≥（3～5）T/2，T為電源交流電壓的周期。當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，所以電容濾波適合輸出電流較小的場合τ放電增大t2點(diǎn)要右移，t3點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3。17整流濾波電路中，輸出直流電壓Uo隨負(fù)載電流Io的變化關(guān)系曲線稱外特性。（3）外特性輸出直流電壓Uo隨負(fù)載電流Io增加而減小。C值一定，當(dāng)RL=（空載）時(shí)，當(dāng)C=0（無電容）

時(shí)，當(dāng)整流電路內(nèi)阻不大（幾歐）且放電時(shí)間常數(shù)滿足182、電感濾波利用電感Ｌ的電流不能突變的性質(zhì)，把Ｌ與負(fù)載ＲL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。當(dāng)u2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)電，L中的電流將滯后u2。因電感中電流的連續(xù)性，D1~4的導(dǎo)通角都是180°。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，L中的電流將由D2、D4提供。198.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)集成穩(wěn)壓電路交流電經(jīng)過整流濾波可得到平滑的直流電壓。然而當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載變化時(shí)輸出電壓將隨之變化。穩(wěn)壓電路的作用就是在這兩種情況下，將輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)固定的數(shù)值上。218.3.1穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)1、穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。2、輸出電阻R0輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。221電路組成和工作原理組成：采樣電路基準(zhǔn)電壓和放大電路調(diào)整管8.3.2串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路232輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍Uo的調(diào)節(jié)通過采樣電路R2的滑動(dòng)端位置來實(shí)現(xiàn)。深度負(fù)反饋下，注意：調(diào)整管T的調(diào)整作用是靠UF和UREF的偏差來實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)為閉環(huán)有差調(diào)整系統(tǒng)。

基準(zhǔn)電壓直接影響穩(wěn)壓電源的性能。25保護(hù)方法反饋保護(hù)型溫度保護(hù)型截流型限流型8.3.3穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，故

IC≈IL當(dāng)輸出電流過大或輸出短路時(shí)，調(diào)整管會(huì)因?yàn)殡娏鬟^大而使管耗過大而損壞。因此，有必要對(duì)調(diào)整管加以保護(hù)。利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。26電阻R檢測調(diào)整管的電流，當(dāng)電流在額定范圍內(nèi)時(shí)UR不足以使T2導(dǎo)通；而當(dāng)電流超過額定值后，T2導(dǎo)通，將T1的基極電流分走一部分，削弱了負(fù)反饋?zhàn)饔谩Ｏ蘖餍捅Ｗo(hù)電路調(diào)整管當(dāng)調(diào)整管電流超過一定限度時(shí)，對(duì)它的基極電流進(jìn)行分流，以限制調(diào)整管的發(fā)射極電流不至于太大。從這電路的外特性曲線可知，即使在輸出短路的情況下電流也不會(huì)太大。27

集成穩(wěn)壓器符號(hào)

外形圖

1、概述將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。8.3.4三端集成穩(wěn)壓器291端:公共端3端:輸入端2端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形13221端:輸入端3端:公共端2端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形13223302、線性三端集成穩(wěn)壓器的分類1）三端固定輸出集成穩(wěn)壓器國標(biāo)型號(hào)為CW117、CW217、CW317(正壓)國標(biāo)型號(hào)為CW78(正壓)，CW79(負(fù)壓)，2）三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器國標(biāo)型號(hào)為CW137、CW237、CW337(負(fù)壓)1---為軍品級(jí)；2---為工業(yè)品級(jí)；3---為民品級(jí)。---輸出電壓值：5V，9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1A、0.5A(M)、0.1A(L)313、三端固定式輸出應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器1）固定輸出電路UI-UO=3～5VUI最大可以達(dá)到35V322）、輸出正負(fù)電壓的電路W78XXCIUI+_UO123+_CIW79XX12COCO3UO333）輸出可調(diào)電路344）擴(kuò)大輸出電流的穩(wěn)壓電路IO=I2+IC=I2+βIB=I2+β（I1–IR)=I2+β

（I2+UBE/R

)=I2(1+β)+βUBE/R355）恒流源電路I2=0IO=UXX/R363、可調(diào)式輸出應(yīng)用電路三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25

V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)。378.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源

為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá)90%以上，造價(jià)低，體積小。現(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是紋波較大，用于小信號(hào)放大電路時(shí)，還應(yīng)采用第二級(jí)穩(wěn)壓措施。8.4.1開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理8.4.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器388.4.1開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理

開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖8.4.1的電路加以說明。它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。圖8.4.1開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖39

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波vB，去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。

根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的瞬時(shí)值小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為ton；反之輸出為低電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間toff。

為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。4041421．調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；2．調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；3．可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4．在許多場合可以省去電源變壓器；5．由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。由以上分析可以得出如下結(jié)論：438.4.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表

型號(hào)電源范圍/V最大輸出電流/A內(nèi)部參考源/V輸出級(jí)形式TL4947～400.25推挽或單端SG35248～350.15推挽SG35258～350.55推挽LM25753.5～3511.23_

表中前三個(gè)是開關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。集成開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的集成開關(guān)穩(wěn)壓器;另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括調(diào)整管。(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源概述44利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。SG3524是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖8.4.3所示。

(2)開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器SG3524圖8.4.3SG3524的內(nèi)部方框圖它的內(nèi)部包括誤差放大器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。45

SG3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖所示。圖開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路463524從11和14腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開的兩路控制信號(hào)，其開關(guān)頻率由6和7腳外接的RT和CT決定。1和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，R1和R2構(gòu)成反饋回路。16腳是基準(zhǔn)源，由R3和R4給誤差運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號(hào)比較的給定電壓。

V3和V4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。V3和V4的輸出由V2、CP、Q或Q決定。因Q和Q只能有一個(gè)是高電平，T2和T1不可能同時(shí)導(dǎo)通。T1和T2只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。47SG3524電路控制過程的波形如圖所示。

圖SG3524的波形圖鋸齒波由振蕩器提供，V1是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。V2是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)T'觸發(fā)器，CP、Q和V2的或非是V3，決定T1的通斷。CP、Q和V2的或非是V4，決定T2的通斷。由于Q和Q等寬，加上V2的存在，所以V3和V4這兩路信號(hào)之間有一定的死區(qū)，