单相整流滤波电路演示幻灯片.ppt

直流稳压电源直流稳压电源1 单相整流滤波电路单相整流滤波电路2 线性集成稳压器线性集成稳压器3 开关集成稳压电源开关集成稳压电源1引言几几乎乎所所有有的的电电子子设设备备都都需需要要稳稳定定的的直直流流电电源源，通通常常都都是是由由交交流流电电网网供供电电，因因此此需需要要把把交交流流电电变变成成稳稳定定的的直直流流电电。直直流流稳稳压压电电源源就就是是把把交交流流电电经经过过整整流流变变成成脉脉动动的的直直流流电电，然然后后通通过过滤滤波波稳稳压压转转换换成成稳稳定定的的直直流流电电的的仪仪器器。它它由由整整流流电电路路、滤波电路和稳压电路滤波电路和稳压电路3部分组成。部分组成。2整流电路整流电路整流电路的目的是利用具有单向导电整流电路的目的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性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。这种单方向压整流成为单方向的脉动电压。这种单方向的脉动电压有很大的脉动成分。的脉动电压有很大的脉动成分。滤波电路滤波电路 滤波电路的功能是将整流后的单向滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。使输出电压成为比较平滑的直流电压。它由电容、电感等储能元件组成。它由电容、电感等储能元件组成。3稳压电路稳压电路稳压电路的功能是采取一些措施，当稳压电路的功能是采取一些措施，当市电电压或负载电流变化时，使输出的直市电电压或负载电流变化时，使输出的直流电压保持稳定。流电压保持稳定。4滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压交流交流电源电源负负载载OtuOtuOtuOtuOtu220V单向单向脉动电压脉动电压合适的合适的交流电压交流电压 平滑平滑直流电压直流电压 稳定稳定直流电压直流电压组成组成框图框图51.1.单相整流滤波电路单相整流滤波电路整流电路的作用是利用二极管的单向导电整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将交流电转换成单向脉动电压。性，将交流电转换成单向脉动电压。整流电路中基本上都包含了电源变压器，一方整流电路中基本上都包含了电源变压器，一方面是面是“变压变压”（大多情况下是进行（大多情况下是进行“降压降压”，即将即将220V降为较低的交流电压）；另一方面是降为较低的交流电压）；另一方面是“隔离隔离”，把电子设备与电网隔开。在小功率，把电子设备与电网隔开。在小功率直流电源中，经常采用单相半波和单相桥式整直流电源中，经常采用单相半波和单相桥式整流电路。流电路。61.1 单相整流电路单相整流电路一、半波整流电路一、半波整流电路RL220V+uu2iD+uD带有纯阻负载的单相半波整流电路如图所带有纯阻负载的单相半波整流电路如图所示，这是一种最简单的整流电路。它由变示，这是一种最简单的整流电路。它由变压器压器Tr、整流二极管、整流二极管V及负载及负载RL三部分组三部分组成。变压器成。变压器Tr将将220V交流电压变换为整流交流电压变换为整流电路所要求的交流低压；二极管电路所要求的交流低压；二极管V具有正向具有正向导通、反向截止的开关作用，所以将交流导通、反向截止的开关作用，所以将交流电变成了脉动的直流电，称为整流二极管；电变成了脉动的直流电，称为整流二极管；负载负载RL将电能转换成其他能量。将电能转换成其他能量。7RL220V+uu2iD+uDu2 0 时时:设设二极管导通，忽略二极二极管导通，忽略二极管正向压降，管正向压降，uo=u2u2 IDO=ULO/RL=0.45 U2/RL（2）D管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即 UR URM=2SQR(2)U2二极管的选择：20输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234电路特点：211.2 滤波电路滤波电路从前面的分析可知，无论何种整流从前面的分析可知，无论何种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少脉动，就需要采取一定的成分。为了减少脉动，就需要采取一定的措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。接近于理想的直流电压。22一、电容滤波一、电容滤波一、电容滤波一、电容滤波1.电路和工作原理电路和工作原理在整流电路中，在整流电路中，把一个大电容把一个大电容C并接在负载电阻两端就并接在负载电阻两端就构成了电容滤波电路，构成了电容滤波电路，其电路和工作波形如图所示。其电路和工作波形如图所示。电容电容电容电容充电充电充电充电电容电容电容电容放电放电放电放电RLV1V4V3V2ioC +uo=uc +u V导通时给导通时给C 充电充电 V截止时截止时C 向向RL放电放电滤波后滤波后uo 的波形变得平缓的波形变得平缓,平均值提高。平均值提高。23RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形u2上升上升,u2大于电容上的电压大于电容上的电压uc,u2对电容充电，对电容充电，uo=uc u2,u2下降，下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容而截止。电容C通过通过RL放电，放电，uc按指数规律下降，时按指数规律下降，时间常数间常数 =RL C24u2tuot只有整流电路输出电压大于只有整流电路输出电压大于u uc c时，才时，才有充电电流。因此二极管中的电流是有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流25经上述分析可知，经上述分析可知，由于在二极管截止期间电由于在二极管截止期间电容向负载电阻缓慢放电，容向负载电阻缓慢放电，使得输出电压的脉使得输出电压的脉动减小，动减小，结果平滑了许多。结果平滑了许多。输出电压平均值输出电压平均值也得到了提高。也得到了提高。显然显然RLC的值越大，的值越大，滤波效果滤波效果越好，越好，当负载开路时（当负载开路时（RL=）,为了取得良好的滤波效果，为了取得良好的滤波效果，一般取一般取式中，式中，T为交流电源的周期。为交流电源的周期。此时的输出电压此时的输出电压平均值为平均值为 Uo1.2 U226 例例 1.1 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50 Hz,负载负载电阻电阻RL=40 ,要求直流输出电压要求直流输出电压UO=20V,选择选择整流二极管整流二极管及及滤滤波电容。波电容。解解:选变压器选变压器选二极管应满足选二极管应满足:IF (2 3)ID可选可选:2CZ55C(IF =1 A，URM =100 V)或或1 A、100 V 整流桥整流桥电流平均值电流平均值:承受最高反压：承受最高反压：2.2.选滤波电容选滤波电容选滤波电容选滤波电容可选可选：1000 F,耐压耐压50 V 的电解电容的电解电容27二、其他形式滤波二、其他形式滤波二、其他形式滤波二、其他形式滤波1.电感滤波电感滤波RLL+u2 整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分量直流分量被电感被电感L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在L 上上电感越大，滤波效果越好电感越大，滤波效果越好2.型滤波型滤波L C1RL+u2 C2C1、C2对交流对交流容抗小容抗小L 对交流对交流感抗感抗很很大大负载电流小时负载电流小时L288+Uo+UI RLV1+UCE 2 线性集成稳压器线性集成稳压器并联型并联型稳压电路稳压电路调整管与负载并联调整管与负载并联串联型串联型稳压电路稳压电路调整管与负载串联调整管与负载串联2.1 串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理+UI 取取样样电电路路调整管调整管比较放比较放大电路大电路基准电压基准电压UZUF 一、结构和稳压原理一、结构和稳压原理 稳压的实质：稳压的实质：UCE的自动调节使输出电压恒定的自动调节使输出电压恒定29二、输出电压的调节范围二、输出电压的调节范围8+Uo+UI R2RLR1R1UFUZR2RP302.2 三端固定集成稳压器三端固定集成稳压器CW7800系列系列(正电源正电源)CW7900系列系列(负电源负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、一、78、79系列的型号命名系列的型号命名输出电流输出电流78L /79L 输出电流输出电流100 mA78M/9M 输出电流输出电流500 mA78 /79 输出电流输出电流1.5 A输出电压输出电压例如例如:CW7805 输出输出5 V，最大电流，最大电流1.5 ACW78M05 输出输出5 V，最大电流，最大电流0.5 ACW78L05 输出输出5 V，最大电流，最大电流0.1 A31封装封装CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符号符号CW7800+213CW790013_2_塑料封装塑料封装金属封装金属封装31232二、二、CW7800的内部结构和基本应用电路的内部结构和基本应用电路内部内部结构结构+UI 取取样样电电路路调整电路调整电路保护保护电路电路电路电路基基准准电电压压比比较较放放大大启启动动电电路路+UO 基本应基本应用电路用电路Uo=12VW7812123C2+UiC1C30.33 F0.1 F 100 FRL防止输入端短路时防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器抵消输入抵消输入长接线的长接线的电感效应，电感效应，防止自激防止自激改善负载改善负载的瞬态响的瞬态响应应,消除高消除高频噪声频噪声33提高输出提高输出电压电路电压电路W78 132 Ci C2+UO+UI +U R1R2IQI1I2静态电流静态电流5 8 mA要求要求输出电压输出电压 UO U 34输出电压可输出电压可调稳压电路调稳压电路W78 C1 C2+UI +U +UO R1R2R3R48(虚短虚短)可产生可产生小于小于U 的的输出电压输出电压UO35输出正、负输出正、负电压的电路电压的电路24V24V220VW7815W79151 13 32 23 32 21 11000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+15 V+15 V 15 V15 V+1000 F 0.1 F220 F 恒流源电路恒流源电路1 12 2+UI=10V W78053 3+UO RRLIQIO0.1 F0.33 F10 362.3 三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器一、典型产品型号命名一、典型产品型号命名CW117/217/317系列（正电源）系列（正电源）CW137/237/337系列（负电源）系列（负电源）工作温度工作温度CW117(137)-55 150 CCW217(237)-25 150 CCW317(337)0 125 C基准电压基准电压1.25 V输出电流输出电流L型型 输出电流输出电流100 mAM型型 输出电流输出电流500 mA37二、二、CW117内部结构和基本应用电路内部结构和基本应用电路内部内部结构结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路电路保护电路电路IREFUIUOADJ1 12 23 3外形外形引脚引脚CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 A 38基本应基本应用电路用电路Uo CW3171 12 23C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I IOOI IQQI II I REFREF0.1 FV1V2V V1 1防止输入端短路时防止输入端短路时防止输入端短路时防止输入端短路时C C4 4反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器V V2 2防止输出端短路时防止输出端短路时防止输出端短路时防止输出端短路时C C2 2通通通通过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器UREF=1.25 V使使UREF很稳定很稳定R1=UREF/IQ=125 静态电流静态电流IQ(约约10 mA)从输出端流出从输出端流出,RL开路时流过开路时流过R1R2=0 2.2 k 时，时，120 120 I REF 50 A2.2 k2.2 k UO=1.25 24 V390 30V连续连续可调电路可调电路Uo CW3171 12 23+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+3 k 120 680 +32 V10 VA当当R2=0时，时，UO=0VUA=1.25 V403 开关集成稳压电源开关集成稳压电源线性稳压电路的缺点线性稳压电路的缺点:调整管调整管管耗大管耗大电源电源效率低效率低(40%60%)改进思路改进思路:使调整管使调整管截止截止(电流小电流小)饱和饱和(管压降小管压降小)开关稳压电路的优点开关稳压电路的优点:效率高效率高（80%90%）体积小、重量轻体积小、重量轻稳压范围宽稳压范围宽开关稳压电路的缺点开关稳压电路的缺点:电路电路复杂复杂对电网要求不高对电网要求不高对电子设备对电子设备干扰较大干扰较大输出电压含输出电压含较大纹波较大纹波41一、一、串联型开关稳压电路串联型开关稳压电路3.1 开关稳压电源的基本工作原理开关稳压电源的基本工作原理调整管调整管调整管调整管取样取样取样取样电路电路电路电路开关调整管控制开关调整管控制开关调整管控制开关调整管控制组成框图组成框图滤波滤波滤波滤波+UI+Uo RLV18A8C基准基准电压电压三角波三角波发生器发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定频率固定的三角波的三角波误差放大误差放大续流续流42工作波形工作波形+UI V1LuEIO+Uo RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI 占空比占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式脉宽调制式（PWM）43+UI+Uo RLV18A8C基准基准电压电压三角波三角波发生器发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理稳压原理UIUOuFuA占空比占空比 UOD=50%当当uF=UREF,uA=0,UO为预定标称值为预定标称值44二、二、并联型开关稳压电路并联型开关稳压电路+UI+Uo RLV1R1R2LC+UREFuFuBV2控制控制电路电路+UI+Uo RLV1LC+uBV2+UI+Uo RLV1LC+uBV2iL高电平高电平iO低电平低电平iLuBtofftonT 453.2 3.2 集成开关稳压器及其应用集成开关稳压器及其应用集成开关稳压器及其应用集成开关稳压器及其应用类型类型单片脉宽调制式单片脉宽调制式(外接开关功率管外接开关功率管)单片集成开关稳压器单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、一、CW1524/2524/3524（区别在于温度范围）（区别在于温度范围）组成：组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、输出功率管振荡器、触发器、输出功率管(2)、过热保护、过热保护最大输入电压最大输入电压：40 V最高工作频率最高工作频率：100 kHz每路输出电流每路输出电流：100 mA内部基准电压内部基准电压：5 V(承受承受50 mA电流电流)46取样电压取样电压基准电压基准电压输出输出方波方波定时电容定时电容定时电阻定时电阻关闭关闭,控制脉宽控制脉宽接扩流晶体接扩流晶体管管C、E极极输入输入电压电压振荡振荡/同步同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF(+5 V)EBCBCAEARTCTGND限流限流+限流限流断路断路补偿补偿CW1524系列引脚排列系列引脚排列47外接复合管扩流外接复合管扩流1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k 3 k 5 k 5 k 5 k 2 k 50k 180 68 0.1 UIUOR00.1 F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)CW1524L0.9 mH产生产生振荡振荡f0=1.15/R5C2=19.2 kHz+5V2.5 V2.5 V+5 V限流取样电阻限流取样电阻(1 A)防止寄生振荡防止寄生振荡48二、二、CW4960/4962组成：组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器基准电压源、误差放大器、脉宽调制器 开关功率管开关功率管(内接内接)、软启动电路、软启动电路、过流限制、过热保护过流限制、过热保护功能：功能：慢起动、过流保护、过热保护慢起动、过流保护、过热保护 占空比可调（占空比可调（0 100%）最大输入电压：最大输入电压：50 V输出电压：输出电压：5.1 40 V连续可调连续可调最高工作频率：最高工作频率：100 kHz额定输出电流额定输出电流：CW4960 CW4960 2.5 A(过流保护过流保护 3.0 4.5 A)CW4960 CW4960 1.5 A(过流保护过流保护 2.5 3.5 A)小散热片小散热片不用散热片不用散热片49CW4960/4962系列引脚图系列引脚图1 2 3 4 5 6 7CW4960IN反馈反馈补偿补偿GNDRT/CT软启动软启动输出输出1 234 5678161514131211109NC输出输出NC补偿补偿NCGNDGNDNC输入输入NC软启动软启动RT/CTGNDGND反馈反馈NCCW496250CW4960/4962应用电路应用电路220 FR115 k L150 H4962(4960)11(3)10(2)7(1)14(5)4(4)15(6)2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k+220 F220 F/40 VC2C34.3 k 33 nF2.2 F2.2 nFV取样电阻取样电阻500 10 k 工作频率控制工作频率控制f =1/RTCT106 kHz一般一般 RT=1 27 k CT=1 3.3 nF 频率补偿频率补偿防寄生振荡防寄生振荡续流二极管续流二极管采用肖特基管采用肖特基管软启动电容软启动电容1 4.7 F51