直流穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計(jì).ppt
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直流穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計(jì),直流電源的組成及各部分的作用,,,,,,,純電阻負(fù)載半波整流電壓波形,整流與濾波電路-----半波整流,純電阻負(fù)載半波整流參數(shù),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(shù),,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(dǎo)通，D2、D3截止,負(fù)半周D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止,橋式整流電路參數(shù),,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(dòng)系數(shù)Ｓ,用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出uo分解后可得:,整流電路性能的簡(jiǎn)單對(duì)比,二、濾波電路,濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):,交流電壓,脈動(dòng)直流電壓,直流電壓,只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，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(dāng)u2上升到大于電容上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，充電時(shí)間常數(shù)=rdC很小,每次都能充滿uo=uc?,,當(dāng)u2下降到小于電容上的電壓時(shí)。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過(guò)RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù)?=RLC比較大,放電慢.,,,電容充電時(shí)，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(shí)(考慮整流電路內(nèi)阻),近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL,(b)流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大,RLC越大?Uo越高?負(fù)載電流的平均值越大;整流管導(dǎo)電時(shí)間越短?iD的峰值電流越大,(2)電容濾波電路的特點(diǎn),(a)輸出電壓平均值Uo與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān),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(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。,效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)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(huì)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(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓,根據(jù)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(guò)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(yīng)理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒(méi)有那么大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,2.穩(wěn)壓電阻的計(jì)算,穩(wěn)壓二極管的動(dòng)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(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)R也是限流電阻。,顯然R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。,但R的數(shù)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(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。,穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下,當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即,(1),穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過(guò)規(guī)定值，否則會(huì)造成損壞！,當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過(guò)IZmax，由此可計(jì)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(gòu)成,VO=VI-VR，當(dāng)VI↑→R↑→VR↑→在一定程度上抵消了VI增加對(duì)輸出電壓的影響。若負(fù)載電流IL↑→R↓→VR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對(duì)輸出電壓減小的影響。,在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)三極管來(lái)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(dāng)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(gòu)成：調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源,2.工作原理,1．輸入電壓變化時(shí),VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓,實(shí)質(zhì)：電壓負(fù)反饋,2．負(fù)載電流變化時(shí),IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑,,3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算,可見(jiàn)，調(diào)節(jié)R2可以改變輸出電壓。,根據(jù)“虛短”,Vf≈VREF,穩(wěn)壓原理,,,,當(dāng)UI增加或輸出電流減小使Uo升高時(shí),(3)輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k?，求輸出電壓的調(diào)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(fù)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(yīng)用,1.固定式應(yīng)用舉例,,,10.2.4三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用,2.可調(diào)式應(yīng)用舉例,,,10.2.4三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用,2.可調(diào)式應(yīng)用舉例,四.穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo),輸出電壓變化量,穩(wěn)壓系數(shù),輸出電阻,溫度系數(shù),,直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法,直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)的依據(jù)是技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：電路結(jié)構(gòu)選擇、參數(shù)計(jì)算、器件選擇、具體電路設(shè)計(jì)步驟包括：根據(jù)市場(chǎng)、技術(shù)潮流、主要指標(biāo)選擇電源類型和電路結(jié)構(gòu)根據(jù)電壓關(guān)系計(jì)算各部分的電壓根據(jù)電流關(guān)系計(jì)算各部分的電流根據(jù)功率關(guān)系計(jì)算各部分的功率根據(jù)電壓、電流、功率選擇器件設(shè)計(jì)結(jié)果包括：具體電路圖，設(shè)計(jì)到電路、器件型號(hào)、管腳,電路結(jié)構(gòu)的選擇,穩(wěn)壓類型:線性串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)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(shù)的計(jì)算—電壓的計(jì)算,U2,Ui,△U,U0,電路參數(shù)的計(jì)算—電流的計(jì)算,I0,Ii,I2,IDID0,電路元件參數(shù)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(fù)穩(wěn)壓系列：79LXX；79MXX；79XX；正可調(diào)穩(wěn)壓系列：LM117；LM217；LM317Uo=1.25-25VIomax=1.5A負(fù)可調(diào)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(fù)載對(duì)電源的影響，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。取值范圍：取值太小時(shí)，起不到應(yīng)有的作用；太大時(shí)會(huì)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(wú)極性電容高頻特性好，起到互補(bǔ)作用。也有利于改善動(dòng)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(hù)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下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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