电子技术基础模拟部分(第六版康华光)第11章 直流稳压电源

《电子技术基础》模拟部分（第六版）华中科技大学张林2华中科技大学张林电子技术基础模拟部分1绪论2运算放大器3二极管及其基本电路4场效应三极管及其放大电路5双极结型三极管及其放大电路6频率响应7模拟集成电路8反馈放大电路9功率放大电路10信号处理与信号产生电路11直流稳压电源华中科技大学张林311直流稳压电源11.1小功率整流滤波电路11.2线性稳压电路11.3开关式稳压电路华中科技大学张林411.1小功率整流滤波电路11.1.1单相桥式整流电路11.1.2滤波电路*11.1.3倍压整流电路5华中科技大学张林交流电网电压转换为直流电压的一般过程变压器：整流：滤波：稳压：降压滤除脉动交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力电源变压器v1～220Vv250Hz整流电路vR滤波电路vF稳压电路VOt交流电网电压v1tv2tvRtvFtVO6华中科技大学张林电网电压v1Trabv2D1D2D4D3iD1、3iD2、4＋－vLR1～220V50HziL－＋11.1.1单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性1.工作原理7华中科技大学张林v2Oπ2π3π4πωtOiLiD1iD3iD2iD4iD1iD3iD2iD4ωtvLOD1D3D2D4D1D3D2D4ωt导通导通导通导通2V22V20.9V2VL＝0.9V211.1.1单相桥式整流电路v1Trv2RLD1～D4～220V50Hz～～+-电网电压v1Trabv2D1D2D4D3＋－vLR1～220V50HziL1.工作原理利用二极管的单向导电性8华中科技大学张林11.1.1单相桥式整流电路3.纹波系数ttVVdsin2π12π0LLLLRVI483.0L2L22rVVVK2π22VL29.0RV4.平均整流电流D3D1IID4D2IIL2L45.021RVI5.最大反向电压2RM2VVvLOD1D3D2D4D1D3D2D4ωt导通导通导通导通2V20.9V2VL＝0.9V22.VL和IL9华中科技大学张林11.1.2滤波电路＋C（a）＋C（b）L＋C1＋C2（c）R几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路#为什么不用有源滤波电路?10华中科技大学张林11.1.2滤波电路电容滤波电路v1Trabv2D1D2D4D3＋－vLRL（＋）（－）（＋）（－）CS～220V50Hzic充ic放iL＋v2,vL,vCRL未接入RL接入后2V2vC＝2V2v2＝2V2sinωtaC放电C充电vC＝vLbOD1D3导电D2D4导电D1D3导电D2D4导电π2π3π4πωtt1t22TvriLiDOiD1，3iL＝LLRvθθθθcdeOωtωtiD2，4Vr11华中科技大学张林v2,vL,vCRL未接入RL接入后2V2vC＝2V2v2＝2V2sinωtaC放电C充电vC＝vLbOD1D3导电D2D4导电D1D3导电D2D4导电π2π3π4πωtt1t22TvriLiDOiD1，3iL＝LLRvθθθθcdeOωtωtiD2，4Vr11.1.2滤波电路电容滤波的特点A.二极管的导电角，流过二极管的瞬时电流很大。B.负载直流平均电压VL升高d=RLC越大，VL越高C.直流电压VL随负载电流增加而减少当d（35）时，2TVL=(1.11.2)V212华中科技大学张林11.1.2滤波电路VL随负载电流的变化VL纯电阻负载0.9V2OILC型滤波2V2v1Trabv2D1D2D4D3＋－vLRL（＋）（－）（＋）（－）CS～220V50Hzic充ic放iL＋13华中科技大学张林11.1.2滤波电路电感滤波电路14华中科技大学张林*11.1.3倍压整流电路～220Vv150Hzv2a＋b－＋C1C2＋D1D2＋－RLVO～220Vv150Hzv2a＋b－＋C1C2＋D1D2＋－RLVO是变压器副边电压的2倍正半周，D1导通，D2截止，C1充电达峰值电压221VVC当C2的放电时间常数RLC2远大于电源电压周期时，正半周，C2放电很少，负载电压可以基本保持不变。2222212VVVVCC负半周，D1截止，D2导通，C2充电的峰值电压2L222VVVC15华中科技大学张林*11.1.3倍压整流电路倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安以下）和负载变化不大的直流电源中。电路中元器件要求有较高的耐压值，并能承受更大的冲击电流增加连接的级数，可得到更高倍数的输出电压～220Vv150Hzv2a＋b－＋C1C2＋D1D2＋－RLVO华中科技大学张林1610.2线性稳压电路10.2.1稳压电源质量指标10.2.2串联反馈式稳压电路工作原理10.2.3三端集成稳压器10.2.4三端集成稳压器的应用17华中科技大学张林11.2.1稳压电源质量指标输出电压),,(OIOTIVfV输出电压变化量TSIRVKVTOoIVO输入调整因数00IOVOTIVVK电压调整率00IOOVO%100/TIVVVS稳压系数00IIOOO//TIVVVV输出电阻00OOoITVIVR温度系数00OITVTTVS18华中科技大学张林11.2.2串联反馈式稳压电路的工作原理1.结构RVREF＋－VFDZ基准电压EA误差放大电路调整管VIVBbeTIR1R1RpR2R1R2取样VORL＋－ILc19华中科技大学张林11.2.2串联反馈式稳压电路的工作原理输入电压波动负载电流变化输出电压变化OV)(REFF不变VVBVOV电压串联负反馈所以输出电压)1(21REFORRVV满足深度负反馈，根据虚短和虚断有212OFRRRVVREFFVV将VREF看作电路的输入#除了稳压原理来自负反馈，此电路设计还需要考虑哪些问题?2.工作原理RVREF＋－VFDZ基准电压EA误差放大电路调整管VIVBbeTIR1R1RpR2R1R2取样VORL＋－ILc20华中科技大学张林11.2.3三端集成稳压器78XX：正电压79XX：负电压21华中科技大学张林11.2.3三端集成稳压器1.输出电压固定的三端集成稳压器R4410ΩT1T4T2T5AT3R3576ΩR23.4kΩDZ1DZ2R13.9kΩT14VREFT13D2D1R57.8kΩR713kΩDZ3DZ4R95.8kΩT9T12R14R155kΩ100ΩC15pFT7T8T6R62.84kΩR813kΩT10VI1T11IOR113VO＋R12VFR132.23kΩ－2R102.5kΩIC5IB10IC8B22华中科技大学张林11.2.3三端集成稳压器2.可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压LM337）输出电压22REFORIVVVI调整管比较放大器＋－I1IVREF基准电压1.2VTVBVOR1R2I2Iadjadj(相对于adj点))1(12REFRRV2adj1REF)(RIIV由于IabjI1所以21REFORIVV21REFREFRRVV23华中科技大学张林11.2.3三端集成稳压器3.最小输入－输出电压差＋－VI132＋－VO三端稳压器类型三端固定三端可调参数符号单位正压78××负压79××正压LM317负压LM337输入电压VIV(8～40)(3～40)输出电压VOV(5～24)(1.2～37)最小（输入－输出）电压差（VI－VO）minV(2.0～2.5)1.2～2224华中科技大学张林11.2.4三端集成稳压器的应用1.固定式应用举例＋－VI13D2C10.33μFC20.1μFC310μF＋－VO＋78L××25华中科技大学张林11.2.4三端集成稳压器的应用1.固定式应用举例VI13D2C10.33μFC20.1μFC310μFVO＋78L××D1D4D3D2υiυ2-+26华中科技大学张林11.2.4三端集成稳压器的应用2.可调式应用举例华中科技大学张林2711.3开关式稳压电路11.3.1开关试稳压电路的工作原理*11.3.2带隔离变压器的直流变换型电源11.3.3开关稳压电源的应用举例28华中科技大学张林11.3.1开关式稳压电路的工作原理－＋EA＋－C误差放大器比较器vFVREFvAvT基准电压三角波电压发生器控制与驱动电路开关管TLC滤波取样vBVITiLLiOvED(-)(+)＋C＋R1vFR2vORL－二极管D电路电路1.串联（降压）型开关稳压电路（Buck）电路组成开关管T与负载RL串联29华中科技大学张林11.3.1开关式稳压电路的工作原理－＋EA＋－C误差放大器比较器vFVREFvAvT基准电压三角波电压发生器控制与驱动电路开关管TLC滤波取样vBVITiLLiOvED(-)(+)＋C＋R1vFR2vORL－二极管D电路电路1.串联（降压）型开关稳压电路（Buck）工作原理vA,vT,vB（a）vAvTvBOtt（b）vEOVI-VCES－VDtontofftiLIL（c）OTvO（d）VOOt输出电压的平均值IIonDoffCESIonO)()(qVVTtVTtVVTtV式中q＝ton/T称为脉冲波形的占空比脉宽调制（PWM）式降压型开关稳压电源30华中科技大学张林11.3.1开关式稳压电路的工作原理－＋EA＋－C误差放大器比较器vFVREFvAvT基准电压三角波电压发生器控制与驱动电路开关管TLC滤波取样vBVITiLLiOvED(-)(+)＋C＋R1vFR2vORL－二极管D电路电路1.串联（降压）型开关稳压电路（Buck）工作原理稳压原理VI↑（或RL↑）→VO↑→VF↑→vA↓→vB↓→q↓（ton↓）VO↓IIonOqVVTtV31华中科技大学张林11.3.1开关式稳压电路的工作原理1.串联（降压）型开关稳压电路（Buck）工作原理当ton不变，改变T（或fk）同样能调节VO的大小，称为脉冲频率调制PFM控制方式。IIonOqVVTtV32华中科技大学张林11.3.1开关式稳压电路的工作原理2.并联（升压）型开关稳压电路（Boost）主回路VI＋－LiL(－)(＋)＋－vLvGtofftonTgvXiTT＋－vDSiCiORLC＋＋－D+vD－i放vO工作原理开关管T与负载RL并联当控制电压vG为高电平（ton期间）时，T饱和导通，输入电压VI直接加到L两端，电感储存能量。二极管D截止，电容C向负载提供电流i放当vG为低电平（toff期间）时，T截止，iL不能突变。L产生反电势vL为左负（－）右正（＋）若VI＋vL＞VO，则D导通，VI＋vL给负载提供电流iO。显然VO＞VI，所以电路称为升压型开关稳压电路33华中科技大学张林11.3.1开关式稳压电路的工作原理2.并联（升压）型开关稳压电路（Boost）工作波形VI＋－LiL(－)(＋)＋－vLvGtofftonTgvXiTT＋－vDSiCiORLC＋＋－D+vD－i放vOvGttttttOvDVOVIOvDSVOVIOiLIIOvLVIOVI－VOvOVOVO＞VItofftoffton控制与驱动电路可以采用电压-脉冲宽度调制器（PWM）集成电路来实现也有包括所有单元电路在内的单片集成开关稳压电源共选用34华中科技大学张林*11.3.2带隔离变压器的直流变换型电源推挽式自激变换型稳压电路T1、T2和Tr左侧线圈等构成振荡电路，产生上千赫兹的振荡波形，通过变压器耦合到副边，再整流滤波稳压实现DC/DC变换。＋－VIC1(＋)(－)(＋)(－)R1R2(－)(＋)Nb1TrT1iC1(－)(＋)N1(－)(＋)N2iC2T2(－)(＋)Nb2＋－(－)(＋)NLvL稳压电路C2C3＋－VO＋＋b1b2在变压器副边增加几组类似的电路，便可获得多个要求不同的直流电压35华中科技大学张林*11.3.2带隔离变压器的直流变换型电源工作波形＋－VIC1(＋)(－)(＋)(－)R1R2(－)(＋)Nb1TrT1iC