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直流线性稳压电源制作与调试,2.电容滤波电路,估算公式:UO=(1.01.1)U2,利用电容器的充放电,*二极管导通时间比不加C时短，流过二极管的瞬时电流很大，C越大，冲击电流越大，选用二极管时要求IF=(23)ID,(1).半波整流电容滤波电路,1.4 实施,1.4.1 电路识图与分析、元器件准备,三、电路基本知识,电容充电,电容放电,二极管导通时给电容充电,二极管截止时电容向负载放电,(2).单相桥式整流电容滤波电路,u2,T,u1,RL,VD1,VD4,VD3,VD2,uo,iL,uC,滤波后输出电压 uo 的波形变得平缓,平均值提高。,2.电容滤波电路,工作波形：,基本参数：,与半波整流基本相同，但在半个周期内u2对C充电一次，电容对负载放电时间缩短，输出电压波形更加平滑。,UO=U2,负载开路时：,滤波电容的选取：,耐压：1.5UO,UO=1.2U2,(2).单相桥式整流电容滤波电路,2.电容滤波电路,3.并联型稳压电源的组成及工作原理,(2).工作原理：,例如：UI（或RL）UO I Z UR,UOUIUR,UO,可见：并联型稳压电源中的关键元件是稳压管和限流电阻,(1).电路的组成：,(4).稳压管参数的选择：,UZ=UO,IZmax 2 3 IOmax,(3).限流电阻的选择：,3.并联型稳压电源的组成及工作原理,4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,(1).串联型稳压框图,比较放大,调整元件,(2).串联型稳压电路,基准电压,取样电路,4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,(3).稳压原理,若U增大时，自动调整过程如下：,4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,令n=R2/(R1+R2),4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,(4).过载保护电路,4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,目的：避免负载短路或过载时使调整管电流过大而损坏。,4.具有放大环节的串联型晶体管稳压电路,学习情境二 直流线性稳压电源故障排除、性能指标测试,2.输出电压低,原因：稳压管DW击穿、比较放大管T2击穿、R2开路、滤波电容C1漏电或断开,2.1.1 常见故障现象分析,2.1 资讯（任务）,2.1.1 常见故障现象分析,1.无输出电压,原因：电源变压器开路、调整管T1损坏,2.1 资讯（任务）,3.输出电压高,原因：比较放大管T2开路或截止，使调整管饱和导通、击穿、R1开路,2.1.1 常见故障现象分析,2.1 资讯（任务）,2.1 资讯（任务）,2.1.2 主要性能指标,1.稳压系数,2.输出电阻,2.1 资讯（任务）,2.1.2 主要性能指标,3.电源电压调整率Su,4.电流调整率Si,2.4 实施,2.4.1设定故障，进行检修，撰写维修报告,1.自制线性直流稳压电源输出电压的测试,在常规交流输入状态下，测试空载和加载情况下的输出电压UO，记录于表2.4.1。,2.4 实施,2.4.2主要性能指标测试,接入固定负载（RL120），测量Ui220V及Ui220V10时的Ui和Uo的值，记录于表2.4.2，根据S定义计算S的值。,2.自制线性直流稳压电源稳压系数的测试,2.4 实施,2.4.2主要性能指标测试,输入电压固定(例如Ui220V)时，接入固定负载（RL51），测量RL=和RL=120的UO及IO值，记录于表2.4.3，根据RO定义计算RO的值。,3.自制线性直流稳压电源输出电阻的测量,2.4 实施,2.4.2主要性能指标测试,自制线性直流稳压电源电压调整率Su的测量,使用表2.4.2的数据，根据Su的定义计算Su 的值。,使用表2.4.3的数据，根据Si的定义计算Si 的值。,自制线性直流稳压电源电流调整率Si的测量,2.4 实施,2.4.2主要性能指标测试,纹波电压是输出电压中所包含的交流分量的有效值或峰-峰值，可用电子电压表或示波器直接测量。测量结果记录于表2.4.4中。,4.自制线性直流稳压电源纹波电压的测量,2.4 实施,2.4.2主要性能指标测试,DF2170型电子电压表,DS5000系列数字存储示波器,纹波抑制比S，是指稳压电路输入纹波电压峰峰值UIP-P与输出纹波电压峰峰值UOP-P之比，并取其分贝数。用示波器直接测量UIP-P 和UOP-P。测量结果记录于表2.4.5。,自制线性直流稳压电源纹波抑制比的测量,2.4 实施,2.4.2主要性能指标测试,学习情境三 开关稳压电源电源制作与调试,3.1 资讯（任务）,3.1 资讯（任务）,3.1 资讯（任务）,3.1 资讯（任务）,1.20世纪50年代：美国宇航局用于搭载火箭,2.20世纪80年代：计算机全面实现开关电源化,3.20世纪90年代：电子电器、家电广泛应用,3.1 资讯（任务）,3.1.1 开关电源简介开关电源的发展史,（1）.小型化、薄型化、轻量化、高频化,（2）.高可靠性、集成化,（3）.低噪声，采用谐振回路技术,（4）.提高电磁兼容性(EMC),（5）.提高智能化程度,3.1.1 开关电源简介发展趋势,3.1 资讯（任务）,调整管工作在开关状态,3.1 资讯（任务）,3.1.1 开关电源简介脉宽调制型开关电源,1.开关稳压电源的优点,(1)功耗小，转换效率高,(2)体积小，重量轻,(3)稳压范围宽，线性调整率高,(4)滤波电容小,(5)电路形式灵活多样,2.开关稳压电源的缺点,(1)存在较严重的开关噪声和干扰,(2)电路复杂，不便于维修,(3)成本高，可靠性低,3.1.2 开关电源的基本特点,3.1 资讯（任务）,一、调宽式工作原理：,(1)、输入和输出之间接开关调整管和储能电路。调整管周期性开、关，将能量输入储能电路，经均衡滤波后成为电压输出，输出电 压的大小，取决于调整管开关时间的长短。,(2)、调整管的开关状态受脉冲电压的控制，脉冲电压则由方波发生电 路产生，并经脉冲调宽电路调制后得到。,(3)、取样比较电路将一部分输出电压和基准电压进行比较，当输出电 压偏离正常值时，输出误差信号，对开关脉冲宽度进行调制。,例如：输出电压升高，脉宽变窄（即占空比D减小），调整管开启时间缩短，输入储能电路的能量减小，输出电压降低。反之亦然。,3.1.3 开关电源组成 及开关电源实例,3.1 资讯（任务）,二、一个具体的开关稳压 电源工作原理：,储能电路：即续流滤波电路,储能电路组成：续流二极管储能电感储能滤波电容,3.1.3 开关电源组成 及开关电源实例,3.1 资讯（任务）,3.1.4 开关稳压电源的种类,一、按激励方式分类,(b)自激式开关稳压电源电路,3.1 资讯（任务）,二、按调制方式分类,(1)脉宽调制型开关电源,(2)脉频调制型开关电源,(3)混合型开关电源,3.1.4 开关稳压电源的种类,3.1 资讯（任务）,三、按功率开关管的类型分类,(1)晶体管型开关电源(GTR),(2)晶闸管型开关电源,(3)MOSFET型开关电源,(4)IGBT型开关电源,3.1.4 开关稳压电源的种类,3.1 资讯（任务）,六、按输入和输出电压的大小分类,四、按储能电感的连接方式分类,串联型并联型并联独立输出型,五、按功率开关管的连接方式分类,(1)单端正激式,(2)单端反激式,(3)推挽式,(4)半桥式,(5)全桥式,(1)升压式开关电源,(2)降压式开关电源,(3)输出极性反转式开关电源,3.1.4 开关稳压电源的种类,3.1 资讯（任务）,升压型开关稳压电源的工作原理,(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的变化量为,(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的变化量为,(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：,3.1.4 开关稳压电源的种类,3.1 资讯（任务）,降压型开关稳压电源的工作原理,图1-8降压式开关电源,(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的最大变化量为,(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为,(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：,3.1.4 开关稳压电源的种类,3.1 资讯（任务）,(1).开关管V的导通期内，电感储存的能量：,(2).开关管V的截止期内，电感中的能量传给 负载：,极性反转型开关稳压电源的工作原理,3.1.4 开关稳压电源的种类,3.1 资讯（任务）,1.串联型：储能电感 和负载相串联,(1).V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL向电容C充电。,(2).V截止时，L中的电流不能突变，产生左负右正的自感电动势，VD导通，续流电流 iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。,总之，调整管V导通期间，L储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电；调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。,3.1.5 开关稳压电源的储能电路,3.1 资讯（任务）,2.并联型：储能电感 和负载相并联,(1).V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL，L储能。,(2).V截止时，L中的电流不能突变，产生上负下正的自感电动势，VD导通，续流电流iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。,总之，调整管V导通期间，L储存磁能，负载由电容C供电；调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。,并联型电路中，调整管承受的反峰电压为2UI，为串联型的两倍。,3.1.5 开关稳压电源的储能电路,3.1 资讯（任务）,3.并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。（电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）,应用最多的一种电路形式,三极管V可使用功率场效应管,脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227,3.1.5 开关稳压电源的储能电路,3.1 资讯（任务）,3.1.5 三端单片开关集成稳压器及其应用,1.TOPSwitch简介：（TOP221TOP227）,2.TOPSwitch工作原理：(参考开关电源原理方框图),三端器件,DIP8或SMT8封装,3.1 资讯（任务）,2.TOPSwitch的应用电路：,并联独立输出型,3.1.5 三端单片开关集成稳压器及其应用,3.1 资讯（任务）,工作原理说明：,1、单端型反激式开关电源：开关管导通时储能，开关管截止时，储能释放给负载。开关管和脉宽调制采用三端单片集成稳压器TOP221P，当221P内开关功率管导 通时，N1上产生上正下负电压，N1储存能量。开关功率管截止时，N1上产 生上 负下正电压，N2产生上正下负电压，VD2导通，经C2、L、C3滤波后提 供5V 输出电压。UO1UZUF（LED正向压降）,2、N3上感应的交流电压经VD3整流、C4滤波，获12V电压为IC2中的光 电三极管供电。稳压原理：例UO1IF（LED正向电流）IC（IC1 控制电流)D（占空比）UO1,3、保护电路：R3、C1和VD1,4、自动启动时间控制：C50.83S,2.TOPSwitch的应用电路：,3.1.5 三端单片开关集成 稳压器及其应用,3.1 资讯（任务）,一、KWY9719开关电源,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,一、KWY9719开关电源,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,KWY9719开关电源,二、手机万能充电器,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,二、手机万能充电器,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,CLT668,手机电池残留电压（约3V）经R17、R15分压后，（1.3V）加至IC（AE3102）脚，手机电池残留电压同时经R16点亮LED1，经LED1稳压后的电压(1.8V)加至IC脚，此电压低于IC脚电压，IC脚输出低电平。此低电平使Q2导通，进行充电。R8的作用是使LED1的稳压值更稳定，LED1同时作电源指示。IC内第运放与脚的C5组成振荡电路。由脚输出振荡方波，通过R12使LED2闪烁，指示充电。随着电池电压上升，当经R17、R15分压后的（脚）电压高于LED1的稳压（脚）电压时，IC脚输出高电平，使Q2截止，并点亮LED3指示充电结束。此时，LED2熄灭。D4是防止电池反接损坏电路；R18是过流保险电阻；R6是在充电结束后进行小电流补充之用。,二、手机万能充电器,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,CLT668 充电部分,.从变压器T1的次级绕组感应出的交流电压经二极管D4（IN4937）整流、电容C4(100F/16V)滤波后输出一个直流约85V左右电压(空载时)，该电压一部分加到三极管Q2的C极，另一部分送到集成块IC1(CT3583)的5、8脚，为其提供工作电源VDD。,.在VDD断开的情况下接入电池，集成块CT3583 会通过自动“极性识别”系统对电池极性进行 判断并做出相应控制，使电池检测指示灯LED2 亮，表示电池已正常接入电路。,二、手机万能充电器,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,采用CT-3583专用芯片的手机万能充电器,.工作电源VDD连通且接入未满电池时，电源 开始通过IC1(CT3583)的控制对电池进行正常 充电，此时不论电池 以何种极性接入电路，均能正常充电，充电指示灯LED1(采用七彩闪烁 发光管)闪烁，电池检测指示灯LED2 亮，饱和指示灯LED3灭；随着电池两端电压缓缓升高，当电池电压升高到4.25V(（典型值）时，IC1(CT3583)脚电位升高，三极管Q2饱和导通，充电指示灯LED1灭，且饱和指示灯LED3亮，表示充电过程结束，电池已饱和。,.若充电过程中，发生电池短路的情况，IC1(CT3583)-脚 之间的阻抗很低导致压降低于 1.51V(典型值)，使IC1(CT3583)内部“短路保护”系统会自动将充电回路切断，避免产生大 电流。,二、手机万能充电器,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,采用CT-3583专用芯片的手机万能充电器,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源 应用实例,3.1 资讯（任务）,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源 应用实例,3.1 资讯（任务）,MC34063 DC/DC变换器控制电路简介：MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。特点：*能在3.0-40V的输入电压下工作*短路电流限制*低静态电流*输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）*输出电压可调*工作振荡频率从100HZ到100KHZ,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源 应用实例,3.1 资讯（任务）,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源 应用实例,3.1 资讯（任务）,1脚：开关管Q1集电极引出端2脚：开关管Q1发射极引出端3脚：定时电容接线端 4脚：电源地5脚：电压比较反相输入端，同时 也是输出电压取样端6脚：电源端7脚：负载峰值电流(IPK)取样端；6、7脚之间电压超过 300mV时，芯片启动内部 过流保护功能8脚：驱动管Q2集电极引出端,降压转换电路,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,降压转换电路,1比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R1、R2监视输出 电压。其中，输出电压Uo=1.25(1+R2/R1)。由公式可知输 出电压 仅与R1、R2数值有关，因125V为基准电压，恒定不 变。若R1、R2阻值稳定，U。亦稳定。,2脚5电压与内部基准电压125V同时送人内部比较器 进行电压比较。当脚5的电压值低于内部基准电压(125V)时，比较器输出为跳变电压，开启RS触 发器的S脚控制门，RS触发器在内部振荡器的驱动下，Q端为“1”状态(高电平)，驱动管Q2导通，开关管Q1亦 导通，使输入电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高U。，达到自动控制U。稳定的作用。,3当脚5的电压值高于内部基准电压(125V)时，RS触发器 的S脚控制门被封锁，Q端为“0”状态(低电平)，Q2截止，Q1 亦截止。,4.振荡器的Ipk 输入(脚7)用于监视开关管Q1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲 输出到RS触发器的Q端。,5.脚3外接振荡器所需要的定时电容CT电容值的大小决定振荡器频率的高低，亦决定开关管Q1的通断时间。,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,MC34063大电流降压变换器电路,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,当芯片内开关管(Q1)导通时，电源经取样电阻Rsc、电感L、MC34063的1脚和2脚接地，此时电感L开始存储能量，而由C0对负载提供能量。当Q1断开时，电源和电感同时给负载和电容Co提供能量。电感在释放能量期间，由于其两端的电动势极性与电源极性相同，相当于两个电源串联，因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续的直流电压。,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,MC34063大电流升压变换器电路,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,反压转换电路,当芯片内部开关管Q1导通时，电流经MC34063的1脚、2脚和电感Ll流到地，电感Ll存储能量。此时由Co向负载提供能量。当Q1断开时，由于流经电感的电流不能突变，因此，续流二极管D1导通。此时，Ll经D1向负载和Co供电(经公共地)，输出负电压。这样，只要芯片的工作频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续直流电压。,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源应用实例,3.1 资讯（任务）,三、DCDC模块MC34063,3.1.6 开关直流稳压电源 应用实例,3.1 资讯（任务）,