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1、电源电源 开关电源培训 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用 费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。稳压电 路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电 压，整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动 直流电。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少 交流成分，增加直流成分。 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 ( (1 1) ) 工作原理工作原理 当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，导通， 在负载电阻上得到正弦波的正半周。在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，导通， 在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻
2、上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，在负载电阻上正负半周经过合成， 得到的是同一个方向的单向脉动电压。得到的是同一个方向的单向脉动电压。 动画动画5-1 动画动画5-2 (2) 负载上的直流电压和直流电流 输出电压是单相脉动电压。通输出电压是单相脉动电压。通 常用它的平均值与直流电压等效。常用它的平均值与直流电压等效。 输出平均电压为输出平均电压为 2202L9 . 022dsin21VVttVV流过负载的平均电流为流过负载的平均电流为 LL RV RV RVIL2L2 L9 . 022L2L2L D45. 0 2 2RV RVII流过二极管的平均电流为流过二极管的平均电流为
3、 2Rmax2VV二极管所承受的最大反向电压二极管所承受的最大反向电压 滤波电路滤波电路 滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同， 实现滤波。 电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该 并联在负载两端。 电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应 与负载串联。 经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉 一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了 电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 电容滤波电路电容滤波电路 单相桥式电容滤波整流电路。 在负载电阻上并联了一个滤波电容C。 当v2到达90时，v2开始 下降。先假设二极管关断， 电容C就要以指数规律向 负载L放电
4、。指数放电起 始点的放电速率很大。 (1)(1)滤波原理滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端 电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输 出波形同v2 ，是正弦形。 电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管 导电，充电，vC=vL按正弦规律变 化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL 按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC。 在刚过90时，正弦曲线下降 的速率很慢。所以刚过90时 二极管仍然导通。在超过90 后的某个点，正弦曲线下降的 速率越来越快，二极管关断。 需要指出的是，当 放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断
5、时间加长， 导通角减小，见曲线3； 反之，RLC减少时，导通 角增加。显然，当L很 小，即IL很大时，电容滤 波的效果不好，见滤波曲线 中的2。反之，当L很大， 即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好, 见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 电容滤波的效果 动画动画5-3 动画动画5-4 (2)(2)电容滤波的计算电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压 的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一 般常采用以下近似估算法： )41 (2L2OLCRTVVV一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认 为
6、VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好 的效果，工程上也通常应满足RLC610。） （3）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负 载电流 IO的变化关系曲线。 整流滤波电路的外特性 2OLd2O2OL1.22)53(=0.9=, 02=,=VVTCRVVCVVR电感滤波电路电感滤波电路 利用储能元件电感器利用储能元件电感器的电流不能突变的性质的电流不能突变的性质，把电感把电感 与整流电路的负载与整流电路的负载L相串联相串联，也可以起到滤波的作用也可以起到滤波的作用。 电感滤波电路 波形图 当v2正半周时，D1、D3导电， 电感中的电流将滞后v2。当负半周时， 电感中的电流将经
7、由D2、D4提供。因 桥式电路的对称性，和电感中电流的 连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是180。 稳压电路概述 稳压电源方框图稳压电源方框图 引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输输 入电压的变化。入电压的变化。 负载电流的变化会负载电流的变化会 在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降， 从而使输入电压发生变化。从而使输入电压发生变化。 ),(=OIOIVfV稳压电路的技术指标稳压电路的技术指标 用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能 的高低的高低。 VI和和 IO引
8、起的引起的 VO可用下式表示可用下式表示 ( (1 1) )稳压系数稳压系数Sr 0= IOIO rO=IVV VVS定义为定义为 OoIrO OO I IO OIRVSIIVVVVV有时稳压系数也用下式定义 0= IIOO rO/=IVVVVS当输出电流从零变化到最大额定值时，当输出电流从零变化到最大额定值时， 输出电压的相对变化值。输出电压的相对变化值。 （4 4）电流调整率）电流调整率SI %100=0= OO IIVVVS( (3 3) )输出电阻输出电阻Ro 0=OOoI=VIVR%1001=0= IOOVOIVV VS(2)(2)电压调整率电压调整率SV 一般特指一般特指V Vi
9、i/ /V Vi i= =10%10%时的时的Sr 输入电压交流纹波峰峰值与输出电压输入电压交流纹波峰峰值与输出电压 交流纹波峰峰值之比的分贝数。交流纹波峰峰值之比的分贝数。 （6 6）输出电压的温度系数输出电压的温度系数ST %1001=0=0,=OOTIOVITV VS如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压 是输入电压、负载电流和温度的函数 ),(=OIOTIVfV（5 5）纹波抑制比纹波抑制比Srip p-opp-ip rip20lg=VVS硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理 它是利用稳压二极管的它是利用稳压二极管的 反向击穿特性稳压的反向击穿特性稳压的，由由 于反
10、向特性陡直于反向特性陡直，较大的较大的 电流变化电流变化，只会引起较小只会引起较小 的电压变化的电压变化。 (1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压 由图可知由图可知 ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO=输入电压输入电压VI增加增加，必然引起必然引起VO的增加的增加，即即VZ增加增加， 从而使从而使IZ增加增加，IR增加增加，使使VR增加增加，从而使输出电压从而使输出电压 VO减小减小。这一稳压过程概括为：这一稳压过程概括为： VIVOVZIZIRVRVO (2) (2) 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流IL增加增加，必然引起必然引
11、起IR的增加的增加，即即VR增加增加，从从 而使而使VZ=VO减小减小，IZ减小减小。IZ的减小必然使的减小必然使IR减小减小，VR 减小减小，从而使输出电压从而使输出电压VO增加增加。这一稳压过程概括为：这一稳压过程概括为： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO 稳压电阻的计算稳压电阻的计算 当当输入电压最小输入电压最小，负载电流最大负载电流最大时时，流过稳流过稳 压二极管的电流最小压二极管的电流最小。此时此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin， 由此可计算出由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值，实际选用的实际选用的 稳压电阻应小于最大值稳压电阻应小于最大值。即即
12、 LmaxZminZIminmax=IIVVR当当输入电压最大输入电压最大，负载电流最小负载电流最小时时，流过流过 稳压二极管的电流最大稳压二极管的电流最大。此时此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即即 LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1) (2)(2) 稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时 一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不 能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值， 否则会造成损坏！否则会造成损坏！ 串联反馈式稳压电源 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电
13、压值不能连续 调节。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。 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理 典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压基准电压、比较放比较放 大大、调整调整、取样取样几个部分组成。 1 1输入电压变化，负载电流保持不变输入电压变化，负载电流保持不变 输入电压VI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
14、入电压增加的影响。 VIVOVfVO1VCEVO 2 2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流负载电流IL增加增加，必然会使输入电压必然会使输入电压VI有所减小有所减小， 输出电压输出电压VO必然有所下降必然有所下降，经过取样电路取出一部分经过取样电路取出一部分 信号信号Vf与基准源电压与基准源电压VREF比较比较，获得的误差信号使获得的误差信号使 VO1增加增加，从而使调整管的管压降从而使调整管的管压降VCE下降下降，从而抵消从而抵消 因因IL增加增加，使输入电压减小的影响使输入电压减小的影响。 ILVIVOVfVO1VCEVO 3 3. .输出电压调节范围的
15、计算输出电压调节范围的计算 可知可知 VfVREF REF 31 O1O)+(1=VRRVV 显然，调节显然，调节RW可以改变输出电压。可以改变输出电压。 动画16-2 串联反馈式稳压电路的工作原理 当VI时：时： VO Vf VB、IC 0 212VRRRVFVCEVO 0VFV)(0VFVAVVREFVB0V动画16-1 16.3.2 稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路， 则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调 整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损 耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护 。过载也会造成损坏。过载也会造成损坏。 保护的方法保护的方法 反馈保护型反馈保护型 温度保护型温度保护型 截流型截流型 限流型限流型 利用集成电路制造工艺，利
