天津大学测控电路基础-第七章

（6）开关型稳压电源
工作原理
由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流 iL为 锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。
开关电源波形图
（6）开关型稳压电源
工作原理
忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分量。于是有
1 t1 1 T VO = 0 vE dt t vE dt q称为占空比 方波 T T 1 高电平的时间占整 个周期的百分比。 1 1 (VD )toff + (VI VCES )ton T T 在输入电压一定时， ton VI VI q 输出电压与占空比成正比。 T
Vi
R DZ
A
+
R’w
比较放大后使VB和IB 、 VREF
VF R“w
R2
VO
RL
间电压vCE增大，使VO
下降，从而维持VO基本 稳定。
-
-
比环有差调整系统
（3）串联反馈式稳压电路
稳压原理
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓ IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
L
+
vi v2
R L vo
桥式整流电感滤波电路
3、滤波电路
（3）其它滤波电路
L R C C C
倒L型滤波电路
复式滤波电路
型滤波电路
第七章、直流稳压电源
4、稳压电路
（1）稳压电路的性能指标
（2）稳压管稳压电路 （3）串联反馈式稳压电路 （4）稳压电路中的保护措施 （5）三端集成稳压电路 （6）开关式稳压电路
VO ( AV ) RL
I D1( AV ) I D 2( AV ) I D 3( AV )
每只二极管的反向峰值电压VRM :
V2 1 VO ( AV ) 0.45 I D 3( AV ) 2 RL RL
VRM = 2 V2
（2）全波整流电路
参数计算
输出交流分量
4 4 4 vo 2V2 ( cos 2t - cos 4t - cos 6t - ) 3 15 35
（5）三端集成稳压电路
三端集成稳压器的分类
三端固定正输出集成稳压器 国标型号:CW78--/CW78M--/CW78L-三端固定负输出集成稳压器 国标型号:CW79--/CW79M--/CW79L-三端可调正输出集成稳压器 国标型号:CW117--/CW117M--/CW117LCW217--/CW217M--/CW217L-CW317--/CW317M--/CW317L-三端可调负输出集成稳压器 国标型号:CW137--/CW137M--/CW137LCW237--/CW237M--CW237L-CW337--/CW337M--/CW337L-三端低压差集成稳压器 大电流三端集成稳压器 以上1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。 军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃； 工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃； 民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。
可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输 出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制(PWM)。
（6）开关型稳压电源
工作原理
特点：
调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效 率大为提高； 调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必 须在输出端加滤波器； 可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值； 在许多场合可以省去电源变压器； 由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积 可大大减小。
（5）三端集成稳压电路
利用三端集成稳压器组成恒流源
三端集成稳压器可做恒 流源使用。
小电流恒流源
稳压器做恒流源
大电流恒流源
4、稳压电路
（6）开关型稳压电源
工作原理 集成开关型稳压器
（6）开关型稳压电源
工作原理
由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、 比较放大器和基准源等部分构成。
开关型稳压电源原理图
整流管承受的最大反向电压:
VRM 2V2
（1）半波整流电路
参数计算
整流输出电压的脉动系数S:
最低次谐波峰值与输出电压平均值之比
VoLm 2V2 / 2 S 1.57 Vo ( AV ) 2V2 / 2
1、整流电路
（2）全波整流电路
电路如图所示：
a
D4 + vi + v2 -
4、稳压电路
（4）稳压电路中的保护措施
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。过载也 会造成损坏。 保护的方法
反馈保护型
温度保护型 利用集成电路制造工艺， 在调整管旁制作PN结温度传感器。 当温度超标时，启动保护电路工作， 工作原理与反馈保护型相同。
io
RL
↓
+
vo
b
-
所以: VO ( AV ) 0 2V2 sin(t )d (t ) 2 2 V2 ≈ 0.9V2

负载上得到的电流平均值： IL=0.9V2/RL
（2）全波整流电路
参数计算
流过每只二极管的平均电流 ID（AV） 负载上得到的平均电流： I L ( AV ) =
1、整流电路
（1）半波整流电路
(a)电路图 (b)波形图 单相半波整流电路
（1）半波整流电路
参数计算
输出电压在一个周期内的平均值:
VO ( AV )
1 2

2
0
1 vo d (t ) 2


0
2v2 sin td (t )
整流输出平均电流:
I o( AV ) Vo( AV ) / RL 0.45V2 / RL
2 2 V2 电压平均值： VO ( AV ) 4 2 V2 3
2
基波的峰值： VO1M
1、整流电路
（3）倍压整流电路
B u2 C1 + D1 C2 P D2 +
分析时的两个要 点： ①设负载开路
A
②电路进入稳态。
U2负半周C1充电：A→D1→C1→B，最终
UC1 2U 2
U2正半周，u2加C1上电压对C2充电：P→D2→C2→A，最终
Ro rz // R rz
(rz RL )
稳压管稳压电路的缺点：输出电流及其调节范围小
4、稳压电路
（3）串联反馈式稳压电路
基 V REF 准 电 VF 压
VI
A 调整 R1 RL T 取样 + VO _
比较放大
R2
（3）Fra Baidu bibliotek联反馈式稳压电路
典型电路
T : 调整管 R、DZ：稳压电路， 提供基准电压
（6）开关型稳压电源
集成开关型稳压器
概述
集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包括调整管在内的集成 开关稳压器;另一类称为开关电源控制器，它不包括调整管。实际上就 是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。
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。
S rip = 20lg
输出电压的温度系数ST
Vip-p
Vop-p
1 VO ST = VO T
I O =0,VI =0
100 %
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
VO = f (VI , I O , T )
（6）开关型稳压电源
工作原理
三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断 。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电 流提供一个泄放通路。 续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。 当三角波的幅度小于比 较放大器的输出时，比较器 输出高电平，对应调整管的 导通时间为ton；反之输出为 低电平，对应调整管的截止 时间toff。 为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基 准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器 的输出Vf减小，比较器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输 出电压下降。起到了稳压作用。
3、滤波电路
（2）电容滤波电路的特点
计算：
d RL C ≥ （3 ~ 5）
VO ( AV ) IL VO ( AV ) RL T 2 ≈ （ 1.1 ~ 1.2)V2
1.4V2 0.9V2
Vo
电容滤波 纯电阻负载
IL
I 2 (1.5 2) I L
3、滤波电路
（3）其它滤波电路
UC 2 2 2U 2
第七章、直流稳压电源
3、滤波电路
（1）全波整流电容滤波电路 （2）电容滤波电路的特点 （3）其它滤波电路
3、滤波电路
（1）全波整流电容滤波电路
2 V2
空载时电路工作情况
Vo 2 V2
（1）全波整流电容滤波电路
带电阻负载时的情况 二极管的导通角 <，且 流过二极管的瞬时电流很大 输出电压的平均值增大， 纹波减小，且RLC越大，电 容的放电速度越慢，纹波越 小，输出电压平均 值越大。 输出的直流电压随负载电 流增加而减小
集成稳压器符号
要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们 三个电极的位置是不同的，要查手册确定。
（5）三端集成稳压电路
三端可调式集成稳压器
I abj I1
R2 V0 VREF (1 ) R1
VREF R2 V0 VREF ( I abj ) R2 VREF (1 ) I abj R2 R1 R1
4、稳压电路
（2）稳压管稳压电路
R + → VI R IZ ↓ IL ↓ RL + VO 变 化 量
+
VI rZ RL
+
VO -
DZ
注意限流电阻的选择，电网电压最高且负载电流最小时，IZ不能超过IZmax。 电网电压最低且负载电流最大时，IZ不能低于IZmin 。
稳压系数: 输出电阻:
VO / VO rz VI Sr ≈ VI / VI R rz VO
+
VI
T
R1
+
A：比较放大
R1, R2,RW：取样环节 输出电压：
R
A +
R’w R“w R2
VO
VZ
-
DZ
-
（3）串联反馈式稳压电路
工作原理
当输入电压VI增加（或 IO减小）时，导致输出 电压VO增加，反馈电压 VF随之增加，VF与VREF + T R1 + IO
相比较，其差值电压经
IC减小，调整管T的c-e
Δ VO Ro = Δ IO
VI = cons tan t
电压调整率SV : 工程中常把电网电压波动10%作为 极限条件,在此条件下输出电压的相 对变化量称为电压调整率。
电流调整率SI : 输出电流从0变化到最大额定输出值时, 输出电压的相对变化量被称为电流调整 率。
（1）稳压电路的性能指标
纹波抑制比Srip
截流型
限流型
（4）稳压电路中的保护措施
截流型
当发生短路时，通过保护电路使调 整管截止，从而限制了短路电流， 使之接近为零。
截流型特性
限流型
是当发生短路时，通过电路中取样 电阻的反馈作用，输出电流得以限 制。
限流型特性
4、稳压电路
（5）三端集成稳压电路
三端集成稳压器
将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压 器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集 成稳压器。 外形图
d
D3
D1 c D2
io
+ ↓ R
L
vo
b
-
（2）全波整流电路
典型电路如图所示：
（2）全波整流电路
参数计算
输出电压和电流的平均值VO(AV) 输出电压在一个周期内的平均值: 1 2 VO ( AV ) vo d (t ) 0 2
1

D4
+ vi + v2 -
a
d D3
D1 c D2
测控电路基础A
傅星
27406941 xingfu@tju.edu.cn 5楼211
测控技术基础A
第七章、直流稳压电源
1、基本构成 2、整流电路 3、滤波电路 4、稳压电路
第七章、直流稳压电源
1、基本构成
220V 50Hz
变压器
整流
滤波
稳压
第七章、直流稳压电源
2、整流电路
（1）半波整流电路
（2）全波整流电路 （3）倍压整流电路
4、稳压电路
（1）稳压电路的性能指标
稳压系数 Sr
负载固定时输出电压的相对变化量与稳压电路输 入电压(经整流滤波后的电压)的相对变化量之比, 它反映了电网电压波动对输出的影响.
Δ VO / VO Sr = Δ VI / VI
RL = constan t
（1）稳压电路的性能指标
稳压电路的输出电阻 输出电阻反映了稳压输出受负载变化的影响
（5）三端集成稳压电路
应用电路
三端固定输出集成稳压器的 典型应用电路如图所示。 三端可调输出集成稳压器的 典型应用电路如图所示。
防自激震荡
防高频噪声
可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间 是1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。
VO = VREF +
VREF R RP I a RP 1.25 (1 P ) R1 R1