整理第三节 电源电路.docx

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整理第三节电源电路

2.辨识与分析危险、有害因素第三节电源电路

一、电源的主要技术指标

稳压电源类型

主要技术指标：

性能参数工作参数

性能参数

1、稳压系数Sv：

又称电压调整率，

当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度。

2、输出系数Ro：

又称负载调整率，体现了抗负载变化的能力。

3、纹波抑制比Srip：

输入纹波电压峰－峰值与输出纹波电压峰－峰值之比，体现对交流纹波电压的抑制能力

4、温度系数ST：

电源工作温度最大变化范围内（Tmin≤Ti≤Tmax）直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。

二、常用的整流滤波电路

改善滤波特性的方法：

采取多级滤波。

如：

RC–型滤波电路：

在电容滤波后再接一级RC滤波电路。

L-C型滤波电路：

在电感滤波后面再接一电容。

LC–型滤波电路：

在电容滤波后面再接L-C型滤波电路。

性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。

1.RC–型滤波器

改善滤波特性的方法：

采取多级滤波

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。

2.L-C型滤波电路

设uo1的直流分量为U′O，交流分量的基波的幅值为U′O1m，：

3.LC–型滤波电路

显然，LC–型滤波电路输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，提高了输出电压。

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。

4.倍压整流电路

利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。

1、二倍压整流电路

u2的正半周时：

D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压：

u2的负半周时：

D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压：

输出端的电压：

即二倍压电压。

三、线性稳压电源及其应用

串联反馈式稳压电路

基本调整管稳压电路

为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。

稳压原理：

电路引入电压负反馈，稳定输出电压。

串联型稳压电路的基本组成及其作用

调整管：

是电路的核心，UCE随UI和负载产生变化以稳定UO。

基准电压：

是UO的参考电压。

取样电阻：

对UO的取样，与基准电压共同决定UO。

比较放大：

将UO的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。

集成稳压器（三端稳压器）

单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。

最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。

常用的是W78xx、w79xx系列三端集成稳压器，该组件如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。

线性三端集成稳压器的分类

1.三端固定正输出，国标型号为CW78--/CW78M--/CW78L--

2.三端固定负输出，国标型号为CW79--/CW79M--/CW79L--

3.三端可调正输出，国标型号为CW117--/CW117M--/CW117L-

CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--

4.三端可调负输出，国标型号为CW137--/CW137M--/CW137L-

CW237--/CW237M--CW237L--

CW337--/CW337M--/CW337L--

5.三端低压差1.5A0.5A0.1A

6.大电流三端

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℃。

线性集成稳压应用电路

三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。

一般最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V。

安装足够大的散热器，散热片总是和最低电位的第③脚相连C1，C4改善纹波特性，C2消除芯片自激震荡和改善瞬态响应，C3减小高频干扰。

由于稳压管反相电压较低，当输入无电压时，反并联二极管D用于泄放C4电容能量。

UREF=1.25V，IREF=50uA，UREF很稳定

采用LM117和LM137实现的输出电压连续可调的正、负输出稳压电路

大电流稳压器：

NS公司的LM196/396大电流可调稳压器1.25V——15V范围内可以提供10A电流

低失稳稳压器

失稳电压：

当输入电压逐渐降低直至输出电压波动超出规定电压时，输入和输出电压之差为失稳电压。

LT/LM108x系列低压差三端线性稳压器：

输入输出压差1.5V就能正常工作。

固定式LM1084——NS公司

可调式LT1083等——凌特公司

LM2990/2991系列负压输出线性稳压器：

输入输出压差0.6V就能正常工作

TPS75xxx系列线性稳压器——TI公司输入输出压差0.6V就能正常工作

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。

直流稳压电源的主要技术指标

主要技术指标：

性能参数工作参数

性能参数

1、稳压系数Sv：

又称电压调整率，

当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度。

2、输出系数Ro：

又称负载调整率，体现了抗负载变化的能力。

3、纹波抑制比Srip：

输入纹波电压峰－峰值与输出纹波电压峰－峰值之比，体现对交流纹波电压的抑制能力

4、温度系数ST：

电源工作温度最大变化范围内（Tmin≤Ti≤Tmax）直流稳压电源输出电压的相对变化的百分比值。

集成基准电压源电路

电压基准具有输出电压精度高，温漂小，输出噪声小的特点。

两端型电压基准ADR520AADR525AADR530A

LT1004-1.2LT1004-1.5

MAX6006MAX6008MAX6008等

三端型电压基准

AD780ANLT1461LTC1798等

四、开关电源基础

开关稳压电源的调整管及所有的晶体管大都工作在高频开关状态，截止期间，晶体管无电流，因此不消耗功率，而导通时，晶体管的功耗为饱和压降乘以电流，因此电路的功耗很小，效率很高，可达80%-90%。

比普通线性稳压电源提高了近一倍。

故开关电源SPS（SwitchingPowerSupply）被誉为高效节能型电源。

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。

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）

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，D续流→LC泄放能量给RL供电，输出较平稳的直流电压

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

输出平均电压（忽略滤波电感L的直流压降）：

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。

2.开关电源电路的基本类型

①串联型。

图示的开关电源基本形式即是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载RL串联。

②并联型。

并联型开关稳压电源基本电路如图7-3-3所示，其工作波形与串联电路基本相同。

因开关管VT与负载RL并联而称之为并联型。

此外二极管VD通常称之为脉冲整流管，C为滤波电容。

三种基本的非隔离开关电源：

三种基本的隔离开关电源：

五、DC-DC变换器及其应用

集成开关稳压器

类型:

单片脉宽调制式（外接开关功率管）CW1524

单片集成开关稳压器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：

40V

最高工作频率：

100kHz

每路输出电流：

100mA

内部基准电压：

5V（承受50mA电流）

降压DC/DC集成电路

开关稳压控制器

需外接开关功率管及快速恢复二极管等

LM1524TL494MAX786等

开关稳压器

需外接电感、电阻等

LH1605MIC4680LM2578LM2576MAX8505MAX1878ADP3000等

开关稳压电源模块

直流——直流模块VI200

交流——直流模块AC220-DC（深圳创建）

六、电源滤波器

交流电源滤波器EMI-FILTER：

电源网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用LC滤波器来抑制混入电源的噪声。

交流电源滤波器外形

交流电源滤波器的内部电路

图中的100H电感、0.1F电容组成高频滤波器，用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰；图中两只对称的5mH电感是由绕在同一只铁心两侧、匝数相等的电感绕组构成的，称为共模电感，用于吸收因电源波形畸变而产生的谐波干扰；图中的压敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。

交流电源滤波器的内部电路。

电源滤波器中的共模电感

当50Hz电流流经共模电感时，由于进线与出线产生的磁场方向相反，相互抵消，不会产生压降，但共模电感对共模干扰却有较大的感抗。

1、AC输入整流滤波电路原理：

防雷电路：

当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：

F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。

当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。

输入滤波电路：

C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。

当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。

因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。

整流滤波电路：

交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。

若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。

DC输入滤波电路原理

输入滤波电路：

C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。

C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。

R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。

在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。

当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。

如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级