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1、第7单元 直流稳压电源,第一部分 任 务 导 入, 电源是各种设备能量的来源，每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。 在电子电路中，直流电源电压如产生波动，就会引起电路工作的不稳定，甚至使系统无法正常工作。, 因此，通常都需要电压稳定的直流电源供电，直流电源的性能直接影响整机的可靠性及其指标。, 图7-1所示是由1只三极管和2块三端固定稳压集成电路构成的多路电压输出电路。 该电路可输出多种直流电压，可以满足多种电子电路的需要，适用于各种电子、电气设备中。,图7-1 由1只三极管构成的多路电源电压输出电路, 图7-2所示是用W7805构成可进行自动转换的开关/线性两用稳压电源电路。 电路中的W
2、7805是1块三端固定稳压集成电路。,图7-2 W7805构成可进行 自动转换的开关/线性两用稳压电源电路,第二部分 相 关 知 识,7.1 常用直流稳压电源的类型与组成,7.1.1 常用线性稳压电源的类型 1根据使用的整流管数量不同分类 整流滤波电源根据其使用的整流管数量的不同可分为半波整流滤波电路、全波整流滤波电路、桥式整流滤波电路。,2根据稳压方式不同分类,（1）并联稳压方式 所谓并联稳压方式是指稳压调整元件与负载相并联的一种稳压方法。,并联稳压方式多采用稳压二极管组成稳压电路，这类电路结构简单，调试方便，常在小型电子设备中广泛采用，但它存在两个缺点，首先，输出电压受稳压二极管限制，不能
3、随意调节；其次，输出电流受稳压二极管允许工作电流的限制，一般只有数十毫安，不能供给较大的负载电流。,（2）串联稳压方式, 所谓串联稳压方式是指稳压调整元件与负载相串联的一种稳压方法。 串联稳压方式的电路中设置了调整三极管，调整三极管起着调整输出电压的作用，故其性能优于并联稳压方式，应用范围最广。,3根据电路结构不同分类, 串联稳压方式根据电路结构的不同又可分为简单串联稳压电源、带有放大环节的串联稳压电源、具有辅助电源的串联稳压电源、具有差动放大器的串联稳压电源、具有过载保护电路的串联稳压电源、采用复合管作调整管的串联稳压电源等。,4根据使用的元器件不同分类, 根据使用的元器件不同分类，线性电源
4、又可分为分立元器件线性稳压电源电路和集成电路线性稳压电源电路。,7.1.2 常用开关稳压电源的类型,1根据开关管在电路中的连接方式分类 （1）并联型开关稳压电源 所谓并联型开关稳压电源是指储能电感与负载采用并联方式连接的一种电源电路。,（2）串联型开关稳压电源, 所谓串联型开关稳压电源是指储能电感与负载采用串联方式连接的一种电源电路。, 并联型开关电路中开关管截止时，集电极和发射极两端承受的电压为输入电压与电感感应电压之和，为串联型开关电路的2倍，对开关管耐压要求较高；但并联型开关电源可设置多只不同电感量的储能电感，以同时提供多路输出电压，因此并联型开关电源应用也较广泛。,2根据开关管的激励方
5、式不同分类,（1）自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源是由开关管和开关变压器（脉冲变压器）构成的正反馈环路，来完成自激振荡的，其工作特点与间歇振荡器相似。,（2）他激式开关稳压电源, 他激式开关稳压电源是另加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲加在开关管上，用来控制开关管的导通与截止，使开关电路工作并输出直流电压。,3根据使用的器件种类不同分类, 根据使用的器件种类不同分类，可分为由分立元器件组成的开关稳压电源和由集成电路组成的开关稳压电源。,4根据稳压的控制方式不同分类,（1）脉冲调宽式开关稳压电源 所谓脉冲调宽式开关稳压电源是指由相关电路对开关的脉冲宽度进行调制的一种稳压电路。,（2）脉冲调
6、频式开关稳压电源, 所谓脉冲调频式开关稳压电源是指由相关电路对开关的脉冲频率进行调制的一种稳压电路。,5其他开关稳压电源,（1）根据误差取样方式分类 从误差取样方式来分类，还有间接取样和直接取样开关电源两种。,（2）根据输出电压高低分类, 根据输出电压的高低不同分类，可以分为升压式开关稳压电源和降压式开关稳压电源。,（3）根据电压和频率是否变动分类, 根据电压和频率是否变动分类，可以分为恒压恒频式开关稳压电源和变压变频式开关稳压电源。,（4）根据效率高低的不同分类, 根据效率高低的不同分类，可分为PWM（脉宽调制）和高效率的谐振式开关电源。 高效率的谐振式开关电源是由基本的PWM开关电源演变而
7、来的。, 通常主要用于需要电源具有更轻的重量和更小的体积，并且对电磁噪声（干扰）有严格要求的场合，如航空航天电子设备、便携式设备及模块电源等。, PWM开关电源比线性电源具有更高的效率和灵活性，通常应用于要求高效率和多组电源电压输出的场合。 开关电源的重量要比线性电源轻得多，因为对于相同的输出功率，开关电源的散热器要小得多。, 但开关电源的成本较高。 另外还有单端式、推挽式、半桥式和全桥式开关电源等。,7.2 常用稳压电源的基本组成,7.2.1 线性稳压电源的基本组成 稳压电源的组成可用图7-3所示的方框图来表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成的，各部分处理后的波形如图7-
8、3所示。,图7-3 直流稳压电源电路组成方框图,1电源变压器, 电源变压器的作用是将电网上的交流电压（220V或380V）变成所需要的交流低压送后级电路。,2整流电路, 整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压变成单方向的脉动电压。 但这种单向脉动电压包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差很远。,3滤波电路, 滤波电路由电容、电感等储能元件组成。 它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。, 但是，当电网电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之而变化，在要求比较高的电子设备中，这种情况是不符合
9、要求的。,4稳压电路, 稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。,7.2.2 开关稳压电源的基本组成, 虽然开关稳压电源的类型较多，电路组成也较复杂，但它们的基本原理是不变的，一般都由图7-4所示的一些功能方框图为主构成。,图7-4 开关稳压电源结构方框图及波形图,1输入电压ui, 输入电压一般为整流、滤波后的不稳定电压，该电压提供给开关电路。,2理想开关电路, 理想开关对输入电压ui进行开关振荡，产生出频率在1550kHz范围的开关脉冲电压送到后级整流及LC滤波器。,3整流及LC滤波器, 整流及LC滤波器对理想开关电路送来的开关脉冲进行整流和滤波
10、，产生出稳定的直流输出电压。,4反馈控制电路, 反馈控制电路对输出电压Uo（如图7-4所示）进行取样，得到的误差电压对理想开关进行负反馈控制，以保证输出电压的稳定。,5工作过程, 假设理想开关的开关周期为T，接通时间为tu，如果开关频率远大于电源频率，则在开关的一个周期内可以不考虑输入电压ui中的纹波，把ui视为常量。 因此，开关输出电压就是幅度为Ui、周期为T、脉冲宽度为tu的周期性矩形脉冲uo，如图7-4所示。, 用LC滤波器滤去交流成分后，输出端便得到直流电压Uo，当Uo增加或减小时由反馈电路产生控制信号去控制脉冲的占空系数d，使之减小或增加，从而实现了稳定输出电压的目的。,6脉冲调制电
11、路的类型,（1）脉冲宽度调制 所谓脉冲宽度调制是指开关工作频率受一标准频率（例如在彩色电视机中利用行扫描频率）锁定，使开关脉冲周期恒定，稳压过程中是通过改变开关管的导通时间，即开关脉冲波形的占空比来达到直流输出电压的稳定。,（2）脉冲频率调制, 所谓脉冲频率调制，它也是通过控制开关管的导通时间来稳定输出直流电压的，即开关脉冲宽度受控于输出直流电压的变化量，而其开关工作频率也跟着变化。,当输出直流电压升高时，脉冲频率调制电路促使开关管导通时间缩短（开关电源的工作频率也随之会升高）。 当开关管导通时间缩短以后，就会使储能元件中储存的能量减少，最终就会使输出电压下降，达到了稳定输出电压的目的。,7.
12、3 常用稳压电源的基本原理,7.3.1 常用线性稳压电源的基本原理 线性稳压电源的类型较多，应用最广泛的是串联型稳压电路，该电路的工作原理可用图7-5所示的方框图来说明。,图7-5 串联型稳压电源线性电路方框图,1稳压控制, Uo输出电压一路提供给负载使用的同时，还有一路加到取样电路上。 由取样、放大电路对输出的电压进行取样，得到的误差电压来控制调整管的输出电压，以使该电压保持稳定，不受负载和输入电压变化的影响。, 当输出电压Uo发生变化时，通过取样电路取出输出电压的一部分（或全部），与基准电压比较后，比较放大器比较其电压变化，并将这一变化量进行放大，送至调整管的基极，调整管用比较放大器提供的
13、信号来对其输出电压进行调整，使其波动值减小到最低限度，从而达到稳定输出电压的目的。, 一般来说，比较放大器的放大倍数愈大，稳压输出电压的稳定度就愈高。,2保护控制, 图7-5所示电路用虚线画出了过载取样与保护控制两部分电路。 由于串联稳压电路中的调整管是与负载相串联的，负载所需要的电流都经过调整管。, 当使用不慎或其他原因使输出短路或过流时，调整管中就会有很大的电流通过，且几乎全部整流输出电压会加在调整管的c-e之间，故容易使其损坏。, 为此，串联型稳压电路多设置了过流保护电路，其工作原理是这样的，当负载电流一旦超过设定的数值时，过载取样与保护电路会自动启动工作，限制输出电流的大小或切断电路，
14、保护调整管不至损坏；当故障排除后，电路又会恢复正常。,7.3.2 常用开关稳压电源的基本原理,1串联开关稳压电源 （1）组成特点 串联型开关稳压电源组成方框图如图7-6所示。 其主要由开关管、取样电路、比较放大电路、基准电路、脉冲调宽电路等组成。,图7-6 串联型开关稳压电源组成方框图, 稳压过程。 当输入的交流电压或负载电流发生变化时，就会使输出电压Uo发生变化。, 这一变化的电压，由取样电路将变化量取出后与基准电压进行比较，得到的误差电压经比较放大器放大以后，去控制（即调制）开关脉冲的宽度，以使输出的直流电压稳定。, 由以上分析可看出，脉冲调宽电路的作用，就是对开关脉冲的宽度进行调制，也就
15、是用误差电压作为调制信号，使开关脉冲宽度受误差电压的控制。, 特点。 串联型开关稳压电源的效率较高，而且工作效率与输入电压ui的大小无关。, 不过，由于串联开关稳压电源未使用电源变压器，且其开关管的输入端和整流滤波电路输出的直流电压直接相连（整流滤波电路通常是直接将市电220V交流电压整流滤波后输出），故电路地线往往会带电，属于热底板方式。,（2）基本电路, 串联式开关电源的基本电路如图7-7所示。 在该电路中，VT1为开关管，VD1为续流二极管，L为储能电感，C为滤波电容，RL为负载电阻。,图7-7 串联式开关电源的基本电路, VT1串联在ui与RL之间。 当VT1的基极有开关脉冲信号输入时
16、，开关管就会周期性地开关而处于饱和导通和截止2种状态。, VD1的作用与彩色电视机行输出电路中的阻尼二极管十分类似，与开关管处于相反的工作状态。 当VT1导通时，二极管VD1则截止；而当VT1截止时，VD1则导通，由此就可使RL中有连续的电流通过。, 正是VD1的这种续流特性，通常称其为续流二极管。 设置了VD1，不仅提高了电路的工作效率，而且也改善了输出直流电压中的纹波。, VT1基极输入正脉冲。, 当VT1的基极有正脉冲输入时，VT1就会正偏饱和导通，其c-e（集电极与发射极）之间电压降近似为0，开关管导通后输出的ui电压（整流滤波后的电压）分为两路，一路加到VD1的负极上，使其反偏截止；另一路经L、C、RL形成回路，回路电流经L对C进行充电，也对RL供电。, 由于电感是一种储能元件，故当该回路中有电流流入（或电流断开）时
