直流穩(wěn)壓電源的原理與設計.ppt
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直流穩(wěn)壓電源的原理與設計,直流電源的組成及各部分的作用,,,,,,,純電阻負載半波整流電壓波形,整流與濾波電路-----半波整流,純電阻負載半波整流參數,直流電壓,反向電壓,直流電流,有效值電流,二極管電流,單相全波整流電壓波形,+,整流與濾波電路-----全波整流,單相全波整流主要參數,,橋式整流電路波形,整流與濾波電路-----橋式整流,正半周D1、D4導通，D2、D3截止,負半周D2、D3導通，D1、D4截止,橋式整流電路參數,,S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。,脈動系數Ｓ,用傅氏級數對全波整流的輸出uo分解后可得:,整流電路性能的簡單對比,二、濾波電路,濾波電路的結構特點:,交流電壓,脈動直流電壓,直流電壓,只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。,二極管中的電流,1.電容濾波電路,,當u2上升到大于電容上的電壓uc，u2對電容充電，充電時間常數=rdC很小,每次都能充滿uo=uc?,,當u2下降到小于電容上的電壓時。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數規(guī)律下降，時間常數?=RLC比較大,放電慢.,,,電容充電時，電容電壓滯后于u2。,RLC越小，輸出電壓越低。,RL接入（且RLC較大）時(考慮整流電路內阻),近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL,(b)流過二極管瞬時電流很大,RLC越大?Uo越高?負載電流的平均值越大;整流管導電時間越短?iD的峰值電流越大,(2)電容濾波電路的特點,(a)輸出電壓平均值Uo與時間常數RLC有關,RLC愈大?電容器放電愈慢?Uo(平均值)愈大,(c)二極管承受的最高反向電壓,串聯(lián)式穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓電路的作用:,穩(wěn)壓電源類型:,以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。,電路最簡單，但是帶負載能力差，一般只提供基準電壓，不作為電源使用。,效率較高，目前用的也比較多，但因學時有限，這里不做介紹。,一.硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。,硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,1.穩(wěn)壓原理,(1)當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓,根據電路圖可知,輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：,,,,VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓,硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,這里VO減小應理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調節(jié)系統(tǒng)。,2.穩(wěn)壓電阻的計算,穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。,穩(wěn)壓電阻R的作用,將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，從而起到調節(jié)作用，同時R也是限流電阻。,顯然R的數值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果。,但R的數值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關。,穩(wěn)壓電阻的計算如下,當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應小于最大值。即,(1),穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！,當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即,(2),三.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源,1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成,VO=VI-VR，當VI↑→R↑→VR↑→在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL↑→R↓→VR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。,在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當于VR。,串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖,串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成：調整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源,2.工作原理,1．輸入電壓變化時,VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓,實質：電壓負反饋,2．負載電流變化時,IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑,,3.輸出電壓調節(jié)范圍的計算,可見，調節(jié)R2可以改變輸出電壓。,根據“虛短”,Vf≈VREF,穩(wěn)壓原理,,,,當UI增加或輸出電流減小使Uo升高時,(3)輸出電壓的確定和調節(jié)范圍,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k?，求輸出電壓的調節(jié)范圍。,,,,10.3三端集成穩(wěn)壓器,一.輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器（正電壓78??、負電壓79??）,1端:公共端2端:輸入端3端:輸出端,W7900系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖,-10V,-5V,1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端,W7800系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖,+10V,+5V,注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！,,,10.2.4三端集成穩(wěn)壓器的應用,1.固定式應用舉例,,,10.2.4三端集成穩(wěn)壓器的應用,2.可調式應用舉例,,,10.2.4三端集成穩(wěn)壓器的應用,2.可調式應用舉例,四.穩(wěn)壓電路的主要性能指標,輸出電壓變化量,穩(wěn)壓系數,輸出電阻,溫度系數,,直流穩(wěn)壓電源的設計方法,直流穩(wěn)壓電源的設計的依據是技術指標設計的內容包括：電路結構選擇、參數計算、器件選擇、具體電路設計步驟包括：根據市場、技術潮流、主要指標選擇電源類型和電路結構根據電壓關系計算各部分的電壓根據電流關系計算各部分的電流根據功率關系計算各部分的功率根據電壓、電流、功率選擇器件設計結果包括：具體電路圖，設計到電路、器件型號、管腳,電路結構的選擇,穩(wěn)壓類型:線性串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源和開關式穩(wěn)壓電源;穩(wěn)壓器件:三端穩(wěn)壓器,晶體管穩(wěn)壓,其他集成穩(wěn)壓器;濾波電路:電容濾波,電感濾波,電感電容濾波;整流電路:橋式整流,全波整流,半波整流;工頻變壓器降壓.得到如下電路:,電路參數的計算—電壓的計算,U2,Ui,△U,U0,電路參數的計算—電流的計算,I0,Ii,I2,IDID0,電路元件參數的選取,1、穩(wěn)壓器件:三端穩(wěn)壓器,正穩(wěn)壓系列78LXX：100mA78MXX：500mA78XX：1A78HXX：5AXX=05，06，08，09，12，15，24負穩(wěn)壓系列：79LXX；79MXX；79XX；正可調穩(wěn)壓系列：LM117；LM217；LM317Uo=1.25-25VIomax=1.5A負可調穩(wěn)壓系列：LM137；LM237；LM337Uo=-（1.25-25）VIomax=1.5A,2、輸出濾波電容,3、穩(wěn)壓器前后小濾波電容,作用：是輸出電壓波形更平滑，減少負載對電源的影響，提高動態(tài)響應。取值范圍：取值太小時，起不到應有的作用；太大時會造成沖擊太大；反饋相移大，甚至自激。參考輸出電流取值：耐壓：〉=50%的裕量,主要目的是濾除高頻干擾，電解電容的高頻特性較差，小容量的無極性電容高頻特性好，起到互補作用。也有利于改善動態(tài)特性。取值在0.01μF~0.33μF,4、瀉放電阻,5、濾波電容,6、整流二極管:、保護二極管,濾波電容越大紋波越小，但整流沖擊大，電流有效值大，要求變壓器和整流管的功率和電流都要大。,給穩(wěn)壓器的漏電流提供瀉放回路，防止空載電壓高于正常輸出電壓。R
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