第 7 章直流稳压电源

1

目录

电工电子技术电工电子技术

电工基础教学部电工基础教学部

第 7 章直流稳压电源

太原理工大学电工基础教学部太原理工大学电工基础教学部

2

目录



第 7章直流稳压电源

7.4 串联开关式稳压电源7.3 集成稳压器

7.1 整流滤波电路7.2 稳压电路

3

目录



第 7章直流稳压电源

1.1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算参数的计算 ;;

2. 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理作原理 ;;

3. 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。4.4. 了解开关稳压电源的工作原理。了解开关稳压电源的工作原理。

本章要求：本章要求：

4

目录



7.1 整流滤波电路

电源变压器 : 将交流电源电压 u1 变为所需要的交流电压 u2 。整流电路 : 将交流电压 u2变为脉动的直流电压 uR。

滤波电路 : 将脉动直流电压 uR转变为平滑的直流电压 uF。

稳压电路 : 当电网波动及负载变化时 , 维持输出 Uo的稳定。

直流稳压电源的组成和功能交流电源电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载

u1 u2uR uF

Uo

o t

u1

o t

u2

o t

uR

o t

uF

o t

Uo

RL

5

目录



7.1.1 单相整流电路1. 单相半波整流电路

o ωt

uo

o uD

ωt

u1

Tr iD

b

aio

uo

Du2 RL

o ωt

iD io

2π

u2

ωt3ππo

22U

u2> 0 时， D 导通 uD= 0 。

U2 < 0 时， D 截止 iD= 0 。uo=0

uo=u2

⑵ 输出平均电压 Uo

22

20o

45.02

sin22

1

UU

ttdUU

⑴ 分析设： tUu sin2 22

6

目录



2o 45.0 UU 输出平均电压

LR

UI 2

o

45.0输出平均电流

⑶ 二极管的选择二极管上的平均电流： oD II 二极管上的最高反向电压：

2DRM 2UU 例单相半波整流电路，已知： RL=750 , U2=20V 。

求： Uo 、 Io 、 UDRM ，并选出二极管。

u1

Tr iD

b

aio

uo

Du2 RL

解： Uo=0.45U2=9V

mA12750

9

L

oo R

UI

V2.282 2DRM UU 选用 2AP4(16mA,50V)

7

目录



2. 单相全波整流电路

设：)sin(2 2 tUub

tUua sin2 2

u1ua

aTr

b

D1

RL

uo

D2

ub

io

to

2π

ua

ωt3ππo

22U ub

o ωt

uo

ua> 0 ub ＜ 0 时， D1 导通 D2 截止Ua ＜ 0 ub ＞ 0 时， D2 导通 D1 截止

uo=ua

uo=ub

输出平均电压 Uo=0.9U2

二极管上的平均电流：

oII2

1D

二极管上承受的最高电压：

2DRM 22 UU

输出平均电流LR

UI o

o

8

目录



3 . 单相桥式整流电路

u2 正半周时电流通路

⑴ 分析设： tUu sin2 22 +

-

u1

u2

Tr

D4

D2

D1

D3RL

uo

a

b

to

+

-

io

D1 D2 共阴极，对应 uo 的“ +”极； D3 D4 共阳极，对应 uo 的“ -”极。D1 D3 在 u2 的正半周导通； D2 D4 在 u2 的负半周导通。

9

目录



-

+u2 负半周时电流通路

uo

u1

u2

Tr

D4

D2

D1

D3RL

a

b

to

+

-

io

10

目录



u2 ＞ 0 时 a+ b-

D1,D3 导通D2,D4 截止电流通路 :

由 a+ 经 D1RLD3b-

u2 ＜ 0 时b(+) a(-)

D2,D4 导通D1,D3 截止电流通路 :由 b(+) 经 D2

RLD4a(-)

输出是脉动的直流电压！u2

t

桥式整流电路输出波形

t

uo

u2

D4

D2

D1

D3

RL

u0

+

-

a

b

(+)

(-)

11

目录



⑵ 输出平均电压 U

o2220o 9.0

22sin2

1UUttdUU

输出平均电流LL R

U

R

UI 2o

o

9.0

⑶ 二极管的选择

二极管上的平均电流： oD 2

1II

二极管上的最高反向电压：2DRM 2UU

12

目录



u1u2

TrD4

D2

D1

D3

RLuo

a

b

to

+

-

io

问题与讨论单相桥式整流电路中，若 D2 发生开路，短路，或反接三种情况，电路中将会发生什么问题？

⑴ D2 开路：相当于半波整流， Uo=0.45U2

⑵ D2 短路： Uo=0 ，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子

⑶ D2 反接： Uo=0 ，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子

13

目录



问题与讨论

u1

u12

TrD4

D2

D1

D3

RL1 uo1

a

b

u22RL2

uo2

电路如图所示。试标出输出电压 uo1 、 uo2 的极性，画出输出电压的波形。并求出 Uo1 、

）（； tUutUu sin2sin2 222221Uo2 的平均值。设：

2π

u12

ωt3ππo

22U u22

o ωt

uo1

o ωtuo2

u1> 0 时u12> 0 D1 导通， uo1=u12

u22 ＜ 0 D3 导通， uo2=u

22u1 ＜ 0 时

U22 ＞ 0 D2 导通， uo1=u

22

U12 ＜ 0 D4 导通， uo2=u

12

Uo1= 0.9U2

Uo2= -0.9U2

14

目录



整流桥实物整流桥实物照片照片

15

目录



7.1.2 滤波电路1. 电容滤波电

路

u1

Tr

+uo

Du2 C RL

uo

D 截止D 导通ωt

ba

o

22U

⑴ 分析设： tUu sin2 22

并入电容 C 后，在 u2 > uC 时， D 导通，C 充电 , 充电很快，输出电压 uo 随 u2 上升。当 uC =

后， u2 开始下降 u2<uC ， D 反偏截止，由 C 向RL 放电，放电较慢，输出电压 uo 随 uC 按指数规律缓慢下降。当 u2> uC 时 C 又被充电 uo = u2 又上升。直到 u2<uC ， D 又截止， C 又放电，如此不断的充电、放电，使输出电压 uo 脉动程度大为减小。

22U

16

目录



⑵ 输出平均电压 Uouo

D 截止D 导通ωt

ba

o

22U当 RL = ∞ ，（即空载时） Uo= = 1.4 U222U 通常，输出平均电压可按下述工程估算取值：

（全波）半波）

2o

2o

2.1

(

UU

UU

⑶ 滤波电容 C 的确定

u1

Tr

+uo

Du2 C RL

一般要求 fC

RXR C

2

1LL ；

取 fC

R

2

1)15~10(L ；则

2)5~3(L

TCR

滤波电容一般为几十微法到几千微法的有极性电容器。

17

目录



③ 二极管导通角小，冲击电流大，容易使管子损坏

⑷ 电容滤波电路的特点

① 输出电压 Uo 高

② 带负载能力差，只适用于小电流场合

uo

D 截止D 导通ωt

ba

o

22U

uo

电容滤波1.4U2

0.45U2

o Io

无电容滤波无电容滤波有电容滤波电路

半波桥式

二极管上的最高反向电压

22U

22U22U

222 U

DRMU

18

目录



问题与讨论

S1S2~C RL

u2 Vo

图示电路中，已知 U2=20V ，试求下列情况时，直流电压表的读数。

① S1 闭合、 S2 断开 ② S1 断开、 S2 闭合 ③ S1 闭合、 S2 闭合

④ 某二极管开路，重述上述情况

解： ① Uo= 0.9U2=18V

② Uo≈1.4U2≈28V

③ Uo= 1.2U2=24V

④ Uo= 0.45U2=9V

Uo≈1.4U2≈28V

Uo= U2=20V

19

目录



作业：7-7 7-8

20

目录



2. 电感滤波电路

u2u1 RL

L

u0

在桥式整流电路与负载间串入一电感 L 就构成了电感滤波电路。

（ 1）电感滤波电路结构

21

目录



（ 2）电感滤波原理对直流分量 (f=0): XL=0 ,L 相当于短路 , 电压大部分降在 R

L 上。

U0=0.9U2

当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：

对谐波分量 : f 越高 ,XL越大 , 电压大部分降在 XL

上。因此 , 在输出端得到比较平滑的直流电压。

（ 3）电感滤波的特点

整流管导电角较大 ,峰值电流很小 , 输出特性比较平坦 , 适用于低电压大电流 (RL 较小 ) 的场合。缺点是电感铁芯笨重 ,体积大 , 易引起电磁干扰。

22

目录



33 、、复式滤波器

2u1u

T

ou

LR+C

L

为了进一步改善滤波特性，可采取多级滤波的办法 , 如在电容滤波后再接一级 RC 滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成 LC 型或 RC- 、 LC- 型滤波电路，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。

L-C 型滤波电路结构

23

目录



LC- 型滤波电路结构

2u1u

T

ou

LR+ +1C 2C

L

LC- 型滤波电路特点滤波效果比 LC 滤波器更好，但整流二极管中的冲击电流较大。

电感线圈体积大而笨重、成本高。

24

目录



RC-Π 型滤波电路结构

2u1u

T

ou

LR+ +

R

1C 2C

RC-Π 型滤波电路特点 R愈大， C2愈大，滤波效果愈好。但 R 太大，将使直流压降增加。主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。

25

目录



7.2 7.2 稳压电路稳压电路

2u1u

T

LR

ZIRI

RU

OU

oI

C

R

ZD

iU ZU

1 、电路结构7.2.17.2.1 并联型稳压电路并联型稳压电路

26

目录



2 、工作原理

（ 1 ）电网电压波动1 2 o Z R R ou u U I I U U （ 2 ）负载波动

L o R R o Z R oR I I U U I U U

通过调节 R 上的压降来达到稳定输出电压 Uo 的目的。

2u1u

T

LR

ZIRI

RU

OU

oI

C

R

ZD

iU ZU

在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端的电压变化较小。

27

目录



3 、稳压管稳压电路特点优点：电路简单，元件少。缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。

4 、稳压管选择办法Z oU U

5、限流电阻 R 的选择原则

OmaxZmax 3~5.1 II ）（

Oi 3~2 UU ）（

（ 1）

maxminOmax

ZZi II

R

UU

（ 2）

minmaxOmin

ZZi II

R

UU

28

目录



电压发生 ±20% 波动， RL=2K ，求 R 和 Ui 的正常值。

解：由 KVL得

I1=24mA ， I2=11mA

Ui=26V ， R=800

已知： UZ=12v ， Izmax=18mA ， IZmin= 5mA

Zi URIU 12.1

Zi URIU 28.0

L

Zz R

UII max1

L

Zz R

UII min2

例

Ui

RIZ

RL

UZI1

29

目录



7.2.2 串联型稳压电源1. 稳压电源的主要指标（ 1 ）电压调整率 SU

%100/

Si

oo

U

UUU

（ 2 ）电流调整率 SI

%100So

o

U

UI

（ 3 ）输出电压的温度系数 ST

%100/

S oo

T

UUT

30

目录



2. 串联反馈型稳压电路1. 电路一般结构

串联式稳压电路由取样、基准电压、放大和调整四个环节组成。

AUB

T

UREF

UFR1

取样

R2

UoRL

调整

基准电压比较放大

∞

－

＋

Ui

－

＋

取样环节： R1 R2 分压提取与输出 Uo 成正比的取样电压 UF

oo21

2 UFURR

RU uF

31

目录



基准电压环节：提供稳压的基准电压 UREF

放大环节：放大 UF 与 UREF 的差值（ UREF － UF ）放大输出 Uo 的变化量。

调整环节：由放大后的变化量调整晶体管的管压降 UCE ，从而达到稳定输出 Uo 的目的。

CEio UUU

AUB

T

UREF

UFR1

取样

R2

UoRL

调整


∞

－

＋

Ui

－

＋

UCE

32

目录



2. 稳压原理稳压过程按电网波动和负载电阻改变两种情况分述如下：

当电网波动 Ui↑→Uo↑→UF↑→UBE↓→UCE↑→Uo↓ ；当负载电阻 RL↓→Uo↓→UF↓→UBE↑→UCE↓→Uo↑ 。电路为电压串联负反馈。调整管 T 连接成射极跟随器。因而可得：

ooBEB UUUU

AUB

T

UREF

UFR1

取样

R2

UoRL

调整


∞

－

＋

Ui

－

＋

UCE

UBE

33

目录



ooBEB UUUU

ooREFFREFB )()( UUFUAUUAU uuu

或 uu

u

FA

AUU

1REFO

在深度负反馈条件下， |1+AuFu| >>1 时，可得 uF

UU REF

o

当反馈越深时，调整作用越强，输出电压 Uo也越稳定

AUB

T

UREF

UFR1

取样

R2

UoRL

调整


∞

－

＋

Ui

－

＋

UCE

UBE

34

目录



7.1.4 简单分立元件组成的稳压电路 Tr

T1 2N2222A

D2

1N4736

R1680ΩC1

100μF

C2

100μFRL5kΩ

D1

~220VD2D3

D4

典型的串联稳压电源，其中变压器用于将220V市电降成需要的电压后，进行桥式整流和滤波，将交流电变成直流电并滤去纹波，经过简单的串联稳压电路，输出端得到稳定的直流电压。

35

目录



1. 稳压过程

Uo UF

UCE2Uo

当 Ui增加或输出电流减小（ RL增大）使 Uo 升高时 IB2

IC2UBE1UCE1

7.1.5 实际的串联式稳压电源

R3

T1

T2

UZ

R

RW1

RW2

R1

RW

R2

RL UO

+

_

+

_

Ui

UF

IB2IC2

UBE1

UCE2

UCE1

UBE2 = （ UF －UZ ）

36

目录



当 Ui 减小或输出电流增加（ RL 减小）使 Uo 降低时

R3

T1

T2

UZ

R

RW1

RW2

R1

RW

R2

RL UO

+

_

+

_

Ui

UF

IB2IC2

UBE1

UCE2

UCE1

UCE2Uo IC2UBE1UCE1

Uo UF IB2UBE2 = （ UF －UZ ）

37

目录



2. RW 的调压作用

R3

T1

T2

UZ

R

RW1

RW2

R1

RW

R2

RL UO

+

_

+

_

Ui

UF

IB2IC2

UBE1

UCE2

UCE1

UCE2Uo UBE1UCE1

RW 下调 UF UBE2UZ 不变

UCE2Uo UBE1UCE1

RW 上调 UF UBE2

UZ 不变

38

目录



3. 输出电压的调节范围 o

W21

2W2BE2ZF U

RRR

RRUUU

R3T1

T2

UZ

R

RW1

RW2

R1

RW

R2

RL UO

+

_

+

_

Ui

UF

BE2Z2

W21omax UU

R

RRRU

BE2Z2W

W21omin UU

RR

RRRU

39

目录



例电路如图所示。已知 UZ =6V ， R1 = R2=RP ，试估算稳压电路输出电压 Uo 的调节范围。

AUB

T

UREF

UFR1

R2

UoRL

∞

－

＋

Ui

－

＋

UZDZ

R

RP

解：由 “虚短”，知道 UF=UREF=UZ=6V ，可估算出

V962

3

V1863

Z2

P21omin

Z2

P21omax

URR

RRRU

UR

RRRU

P

该稳压电路的输出电压能在 9V~18V之间调节。

作业：7-10 7-12

40

目录



7.3 集成稳压电源7.3.1 三端固定集成稳压器单片集成稳压电源 :

体积小 , 可靠性高 , 使用灵活 ,价格低廉。有输入，输出和公共端 , 称三端集成稳压器。W7800系列和 W7900系列其内部就是串联型晶体管稳压电路。电路内部附有短路和过热保护环节。

41

目录



三端集成稳压器实物照片

42

目录



三端集成稳压器管脚排列78 系列－输出正正电压 79 系列－输出负负电压

1 32

78

1 32

79

7805 ＋ 5V

7806 ＋ 6V

7808 ＋ 8V

7809 ＋ 9V

7810 ＋10V

7812 ＋12V

7815 ＋15V

7818 ＋18V

7824 ＋24V

……

7905 － 5V

7906 － 6V

7908 － 8V

7909 － 9V

7910 －10V

7912 －12V

7915 －15V

7918 －18V

7924 －24V

……

输入

输出

输入

输出

地地

43

目录



如： W7805→+5V ， W7915→－ 15V

5V~10V 、 12V 、 15V 、 18V 、 20V 、 24V等共 11个档次

型号后 XX两位数字代表输出电压值W79 XX系列 ( 输出负电压 )

W78 XX系列 ( 输出正电压 )

输出额定电压值 :

输出额定电流值 : 有 5个档次

W7800系列的

W7800——1.5A W78M00——0.5A

W78L00——0.1A W78T00——3A

W78H00——5A

44

目录



CW7800 的内部结构和基本应用电路

内部结构 +

UI

取样电路

调整电路保护电路

基准电压

比较放大

启动电路

+

UO

45

目录



基本应用电路

抵消输入长接线的电感效应，防止自激

改善负载的瞬态响应，消除高频噪声

防止输入端短路时 C3反向放电损坏稳压器

Uo = 12V

W78121 2

3C2

++

Ui C1 C3

0.33 F 0.1 F 100 F

RL+

46

目录



1. 输出固定电压的电路

输入与输出之间的电压差不得低于 3V

W7805 稳压器基本接线图

C2

CW7805

C1UIUO

1 3

2

0.33F 1µF－

+

－

+

LM7805

W7905 稳压器基本接线图

C2

CW7905

C1UIUO

2 3

1

0.33F 1µF+

－

+

－

LM7905

电容 C1——防止自激振荡。 0.1F ~ 0.33F

电容 C2—— 减小高频干扰，改善瞬态特性。 1F

47

目录



正负电压同时输出电路

2. 输出正负电压的电路

W78XXC1

UI

1 3

2

C1

W79XX

1

3

C2

C2

2

+

_

+UO

－ UO

RL1

RL2

0.33F

0.33F

1F

1F

48

目录



C2

W78XX

C1UI

+

_

+

_

UO

1 3

2 UXX

UZ

R

DZ

输出电压： UO = UXX+UZ

3. 提高输出电压的电路

UXX: 为 W78XX固定输出电压

提高输出电压的电路

49

目录



电压跟随器的电源借助于稳压器的输入直流电压 UI 。电压跟随器其输入电阻很高 , 输出电阻抗很低，可以克服稳压器输出电流变化的影响。

4. 输出电压可调式电路用 W7805 组成的 7~30V 可调式稳压电源。

W78051 3

2

R1

C1 C2

UI

7

6 2

34

UO

R2F0070.33F

33V

10kΩ

1µF

50

目录



)(11

2XXO R

RUU

(UXX=5V)

W78051 3

2

R1

C1 C2

UI

7

6

2

34

UO

R2F0070.33F

33V

10kΩ

1µF

UXX

；O21

236 U

RR

RUU

OUUU 6XX

O21

2XX6XX U

RR

RUUUU

O

51

目录



7.3.2 三端可调集成稳压器1. 型号正电压输出 LM117 、 LM217 和 LM317系列负电压输出 LM137 、 LM237 和 LM337系列

LM117

1 2 3调节

输出

输入

LM137

1 2 3调节

输出

输入

LM117 的引脚排列图 LM137 的引脚排列图

外形引脚

CW117 、 CW217 和 CW317系列 CW137 、 CW237 和 CW337系列

52

目录



工作温度CW117(137)— -55 150CCW217(237)— -25 150CCW317(337)— 0 125C

基准电压 1.25 V

输出电流 L 型 — 输出电流 100 mA

M 型 — 输出电流 500 mA

CWL117(137) CWM117(137)

53

目录



2 . 内部结构和基本应用电路

内部结构

调整电路

基准电路

误差放大启动电路

偏置电路保护电路

IREF

UI UO

ADJ

11

2233

外形引脚

CW1171 2 3

UIUOADJ

CW1371 2 3

UI UOADJ

50 A

54

目录



D1 防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器

D2 防止输出端短路时 C2 通过调整端放电损坏稳压器

基本应用电路

Uo

CW317

11

223

C2

++

Ui C1

C3

0.1 F

10 F

33 F

R1

R2

C4

IIOOIIQQ

II

I REF

0.1 F

D1

D2

UREF = 1.25 V

使 UREF 很稳定

125 125 I REF 50 A

2.2 k2.2 k

55

目录



2REF211

REFO )( RIRR

R

UU

)1(25.11

2

R

R R1 = UREF/ IQ = 125

静态电流 IQ(约 10 mA)从输出端流出， RL 开路时流过 R1

R2 = 0 2.2 k 时，UO = 1.25 24 V

Uo

CW317

11

223

C2

++

Ui C1

C3

0.1 F

10 F

33 F

R1

R2

C4

IIOOIIQQ

II

I REF

0.1 F

D1

D2

UREF = 1.25 V

使 UREF 很稳定

125 125 I REF 50 A

2.2 k2.2 k

56

目录



0 30 V 连续可调电路Uo

CW317

11

223 ++ Ui

C1

0.33 F

10 F

R1

R2

C3

1 F

D

C2

R3

+

3 k

120

680

+32 V

–10 VA

UA = – 1.25 V

当 R2 = 0 时， UO= 0 V

57

目录



LM317 三端可调稳压器，输出电流 1.5A 。图示典型应用的电路， C2 滤去 R2 两端的纹波电压，接入 R1 和 R2 使输出电压可调，电压可调范围为 1.25 ~ 37V 。

3. 应用IN3 OUT

2

ADJ1

LM317

C2

C1

R1

电压调节

UiUo

100μF

240Ω

R2

100μFUREFI2

I1

58

目录



)1(1

2REFO R

RUU

其中 UREF=1.25V 。如果 R1=240Ω ， R2=2.4kΩ ，则输出电压可调范围为 1.25 V~ 13.75V

μA50

V25.1

21

REF1

II

UU R

且

IN1 OUT3

ADJ2

LM317

C2

C1

R1

电压调节

UiUo

100μF

240Ω

R2

100μFUREFI2

I1

REFO21

2

REFO 2

UURR

R

UUU R

若取 R1=240Ω,R2=6.8kΩ, 则 Uo 为 1.25V~ 37V 。

所以输出电压：

59

目录



7.3.3 低压差三端集成稳压器前述三端输入输出的压差必须大于 3V 的才能正常的工作，这样的压差在电池供电的装置中是不能使用的。另外，自身功耗大（ 4.5 W ），需加散热器。

低压差三端稳压器 MIC29150 ，具有 3.3V 、 5

V 和 12V 三种电压，输出电流 1.5A ，与 7805封装相同，可以互换使用。主要特点：压差低，典型值为350mV ，最大值为 600mV ；功耗小（ 0.9W ），不用散热片。

60

目录



7.3.4 基准电压源基准电压源一般可以用稳压管组成的稳压源来承担，但目前有很多基准电压集成电路，被广泛用作高性能稳压电源的基准电源。 TL431主要应用于稳压电源、仪器仪表、可调电源和开关电源中，是稳压二极管的良好替代品。

基准集成电路 TL431 及其应用电路

阳极

阴极

参考

Ui Uo

R1

R2

Rp

1

2

3

TL431

T1

D+24V 2.5~24V

T2

C3856

D261

I1

I2

（ a）

（ b）

REF

CATHOD

ANODE10kΩ2

3

1

61

目录



7.4 串联开关式稳压电源7.4.1 概念

1. 线性稳压电源

缺点：调整管管耗大电源效率低 (40% 60%)装散热器体积大

改进思路：使调整管截止 ( 电流小 ) IC≈0

饱和 ( 管压降小 ) UCES≈0

调整管工作在放大区（线性区）

优点：输出电压稳定度高电压纹波小线路简单，工作可靠

62

目录



2. 开关稳压电源调整管处于开关状态（饱和 :UCES≈0 ，截止： IC≈0 。）

开关稳压电源的优点：效率高 (80% 90%)

体积小、重量轻

稳压范围宽

开关稳压电源的缺点：

电路复杂

对电网要求不高

对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波

63

目录



7.4.2 开关电源的组成调整管

取样电路

脉宽调制电路开关调整管控制

滤波

频率固定的三角波

误差放大续流iL

UI

uB

T

比较放大器比较器

uE

A

C

IoR1uF

L

UO

uAUREF

uF

C

R2

RL

D

基准电压三角波发生器

uT

64

目录



iL

UI

uB

T


uE

A

C

IoR1uF

L

UO

uAUREF

uF

C

R2

RL

D

开关型稳压电路原理脉宽调制电路


uT

1. 取样环节： R1 、 R2 分压提取取样电压 uF （反馈电压）2. 基准电压环节：提供稳压的基准电压 UREF

3. 放大环节：比较放大器 A ，放大差值（ UREF － uF ）4. 调整环节：调整管 T 由开关信号控制通断，稳定输出电压 UO 。

65

目录



iL

UI

uB

T


uE

A

C

IoR1uF

L

UO

uAUREF

uF

C

R2

RL

D


uT

脉宽调制电路5. LC 滤波器及续流二极管 D ：滤波和续流得到平稳的直流电压。6. 脉宽调制比较器 C ：反相端接 uT （三角波发生器的输出），同相端接 uA （比较放大器输出），输出开关信号 uB驱动调整管。三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路 (PWM)

66

目录



7.3.3 开关电源的工作原理1. 分析当 uB 为高电平→ T饱和、 D 截止， uE=UI , 经 LC 滤波到负载 RL同时 iL↑→ L 和 C储存能量当 uB 为低电平→ T 截止、 D 导通， uE ＝－ UD≈0 ，

iL

UI

uB

T


uE

A

C

IoR1uF

L

UO

uAUREF

uF

C

R2

RL

D


uT

eL

D续流→ LC泄放能量给 RL供电，输出较平稳的直流电压

ioio

67

目录



虽然 T处于开关状态，但由于 D 的续流和 L 、 C

的滤波作用，输出电压 UO 是比较平稳的。2. 输出平均电压及占空比调整管通断时 uE 的波形为矩形波

to

uE (uD)

tontoff

- uD

UI

Ion

Ioff

DCESIon )()( qU

T

tU

T

tUUU

T

tUO

T输出平均电压（忽略滤波电感 L 的直流压降）：

占空比： T

tq on

可见，对于一定的 UI 值，通过调节占空比即可调节输出电压 UO 。

68

目录



uE (uD) 、 iL 、 uO 的波形

to

uOUO

- uD

to

uE (uD)

IO

to

iL

tontoff

Imax

Imin

UI

69

目录



7.4.4 开关电源的稳压原理iL

UI

uB

T


uE

A

C

IoR1uF

L

UO

uAUREF

uF

C

R2

RL

D


uT

UI UO

uFuA

占空比

UO

D = 50 %当 uF = UREF ， uA = 0 ，UO 为预定标称值

70

目录



1. UO ＝标准值（ USET ）， q＝ 50% 时的情况运放 A ： uF ＝ UREF 、其输出 UA =0

运放 C ：为过零电压比较器，其输出 UB 对称， ton= toff

UA= 0

-UD

uT

UI

uB

(a)

uT , uB

t

uE

o t

ton toff

71

目录



2. UO ＞标准值（ USET ）， q ＜ 50% 时的情况运放 A ： uF ＞ UREF 、其输出 UA ＜ 0

运放 C ：为负电压比较器，当 uT ＜ UA 时 UB ＞ 0 ，

UA

-UD

UI

(b)

o t

uT, uBuT

uB

o t

uE

tontoff

ton↓ ＜ toff ，调整管时间 ton↓→占空比 q ↓→输出电压 UO ↓

72

目录



3. UO ＜标准值（ USET ）， q ＞ 50% 时的情况运放 A ： uF ＜ UREF 、其输出 UA ＞ 0

运放 C ：为正电压比较器，当 uT ＜ UA 时 UB ＞ 0 ，

ton↑ ＞ toff ，调整管时间 ton↑→占空比 q ↑→输出电压 UO ↑

UA

-UD (c)

o t

uT, uB

uT

uB

o t

uE

ton toffUI

总之，当 UI 或 RL 变化使 UO 变化时，可自动调整脉冲波形的占空比使输出电压维持恒定。

73

目录



最低开关频率 fT 一般在 10~100

kHz之间。 fT越高，所需的 L 、 C越小。这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本将随之降低。

另一方面，开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增加，使开关调整管的管耗增加，而效率将降低。

注意：

74

目录



截止

7.4.5 并联型开关稳压电路简介

+

UI

+

Uo

RLT1

R1

R2

L

C

+

UREF uF

uB

控制电路

D2

+

UI

+

Uo

RL

T1

L

C+

uB

D2

+

UI

+

Uo

RL

T1

L

C

+uB

D2iL

高电平

iO

低电平

uB toff

ton

T

Ioff

onO )1( U

t

tU

截止iL

饱和

导通

75

目录



单片脉宽调制式 (外接开关功率管 )

7.4.6 集成开关稳压器

类型单片集成开关稳压器CW1524

CW4960/4962

1. CW1524/2524/3524(区别在于温度范围 )组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、 2 只输出功率管、过热保护最大输入电压： 40 V

最高工作频率： 100 kHz每路输出电流： 100 mA内部基准电压： 5 V( 承受 50 mA 电流 )

76

目录



取样电压

基准电压输出方波

定时电容

定时电阻关闭 ,控制脉宽

接扩流晶体管 C 、 E 极

输入电压振荡 /同步

1 234 5678

161514131211109

–IN

+IN UIN

UREF (+ 5 V)

EBCBCAEART

CTGND

–限流

+限流

断路补偿

CW1524 系列引脚排列

77

目录



防止寄生振荡

外接复合管扩流

产生振荡

1 234 5678

161514131211109

。

。

+

–

+

–

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R9

R8

RL

C2

C1

C3

C4

D3

T2

T1

5 k

3 k

5 k5 k

5 k

2 k

50 k

180

68

0.1

UI

UO

R0

0.1F

0.02 F

0.01 F

500 F

(28 V)

CW1524

L

0.9 mH

f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz

+ 5 V

2.5 V

2.5 V

+ 5 V

限流取样电阻 (1

A)

78

目录



2. CW4960/4962组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器开关功率管 ( 内接 )、软启动电路、过流限制、过热保护功能：慢起动、过流保护、过热保护占空比可调 (0 100 %)

最大输入电压： 50 V输出电压： 5.1 40 V 连续可调最高工作频率： 100 kHz

额定输出电流：CW4960 CW4960 — 2.5 A (过流保护 3.0 4.5 A)CW4960 CW4960 — 1.5 A (过流保护 2.5 3.5 A)

小散热片不用散热片

80

目录



CW4960/4962 应用电路

220 F

R115 k

L

150 H

4962(4960)

11(3) 10(2)

7(1)

14(5)4(4)15(6)

2(7)。。R2

RP

RT

CP

CT

C1

UIUO

4.7 k

+++

220 F

220 F / 40 VC2C3

4.3 k

33 nF

2.2 F2.2 nF

D

取样电阻500 10 k

)1(1.51

2

R

R

工作频率控制f = 1/ RTCT 106 kHz

一般 RT = 1 27 k CT = 1 3.3 nF

频率补偿防寄生振荡

续流二极管采用肖特基管软启动电容

1 4.7 F

81

目录



.

8LDO

1

Ucc9

SYNC/SHDN10

REF4

FREQ5

EXT

CS+ 6

PGND 7

FB5

GND3

MAX668

N1

FDS6680

R2

0.02Ω

R1

100KΩ

R4

218KΩ

C9

68μF

C10

68μF

C11

68μFC3

0.01μF

C4

220pFC5

0.22μF

C6

0.1μF

1μFC0

L1

4.7μH

D1MBRS340T3

R3

24KΩ

Uin=3~5V

Uout=12V/1A

.

.

3. 采用集成 PWM 电路的开关电源

由 MAX668 组成的升压电源

82

目录



第 7 章结束

第 7 章直流稳压电源

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Transcript of 第 7 章直流稳压电源

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