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1、10.2 整流滤波电路 220V50Hz(a)半波整流RLV220V50HzRLV1V2(b)全波整流桥式整流倍压整流220V50Hz(d)U22 U2V1V2V3V4V52 U22 U22 U222 U2222第1页/共51页 全波整流电路管子流过的电流及输入输出电压波形 第2页/共51页 常用滤波电路(a)电容滤波；(b)电感电容型滤波；(c)电阻电容型滤波第3页/共51页 设滤波电容电压初始值uC(0)=0,当ui为正半周时，V1导通，V截止，ui给C充电。由于二极管内阻较小，充电时常数较小，uC上升快。当uC上升到等于ui(t1)时，V1、V2均截止，电容C通过负载RL放电，uo下降。
2、第4页/共51页 全波整流电路及电压电流波形(c)计算机仿真波形(为看清输出波纹，故意将滤波电容值取得很小，实际上要加几百几千F)第5页/共51页2.主要性能1 当接入滤波电容(C0)，且负载RL=时，输出电压可充电至输入电压峰值：一般情况下(RL,C0)，Uo的估算值为)输出直流电压Uo不接滤波电容(C=0)时:第6页/共51页式中Ui为变压器次级单边交流电压有效值，Uim为交流振幅。根据式(928)，可以由Uo算出Ui，从而算出变压比 2)滤波电容估算值此时，波纹电压峰峰值Urpp约为(930)式中：T为交流电网信号周期；IL为负载电流。滤波电容的选择要满足下式，即(931)第7页/共51
3、页3)整流管的选择 (1)整流管最大允许电流 (2)整流管反向击穿电压UBR2Uim。半波整流只有一个整流管，所以IMIL，且波纹大，所以一般用得不多。第8页/共51页图 用“硅桥”实现正、负两路直流输出的全波整流电路第9页/共51页10.2 串联反馈型线性稳压电源的工作原理 常用稳压电路有串联反馈型稳压电路和开关型稳压电路。首先，我们介绍最常用的串联型稳压电源。一、电路 串联型稳压电源的框图如图所示。图中“调整环节”就是一个射极输出器。取样环节是将输出电压的变化样品取来，加到一个误差比较放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压相比较。第10页/共51页第11页/共51页二、主要参数(932
4、)1)稳压系数S S表示输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即1.主要指标第12页/共51页2)输出电阻Ro (933)一般稳压器的Ro为m数量级。3)温度系数ST(934)Ro表示负载变化(IL变化)对输出电压的影响，即ST表示温度变化对输出电压的影响，其表达式为第13页/共51页2.调整管参数 (1)调整管最大允许电流ICM必须大于负载最大电流ILM。(2)调整管最大允许功耗PCM必须大于调整管的实际最大功耗。当输入电压最大，而输出电压最小、负载电流最大时，调整管的实际功耗是最大的。(3)调整管必须工作在线性放大区，其管压降一般不能小于34V。(4)如果单管基极电流不够，则采用复合
5、管；若单管输出电流不能满足负载电流的需要，则可使用多管并联。(5)电路必须具有过热保护、过流保护等措施，以免调整管损坏。第14页/共51页集成三端稳压器是集成串联型稳压电源，用途十分广泛，而且非常方便。集成三端稳压器有78系列(输出正电压)和79系列(输出负电压)，后面两位数表示输出电压值，如7812，即表示输出直流电压为+12V。三、集成三端稳压器 图中，C1可以防止由于输入引线较长而带来的电感效应而产生的自激。C2用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。C3为容量较大的电解电容，用来进一步减小输出脉动和低频干扰。第15页/共51页三端集成稳压电源的典型接法(a)78系列典型接法；(b
6、)79系列典型接法；(c)三端稳压器外形图第16页/共51页三端集成稳压电源的典型接法(a)78系列典型接法；(b)79系列典型接法；(c)三端稳压器外形图第17页/共51页LM317UoUiC1R2132C2R1第18页/共51页三端稳压电源的功能可以扩展。图917给出几个功能扩展电路。图917(a)是一个扩流电路。图中V为扩流晶体管，输出总电流Io=Io+IC。(936)图917(b)电路是一个扩大输出电压的电路，该电路输出电压。式中，IQ为稳压器静态工作电流，通常比较小；UR1是稳压器输出电压Uo。所以第19页/共51页三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；(b)扩压电路；(c)输出电压可
7、调电路第20页/共51页图三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；(b)扩压电路；(c)输出电压可调电路第21页/共51页三端稳压器功能的扩展(a)扩流电路；(b)扩压电路；(c)输出电压可调电路第22页/共51页(1)调整管总工作在线性放大状态，管压降大，流过的电流也大(大于负载电流)，所以功耗很大，效率较低(一般为40%60%)，且需要庞大的散热装置。开关型稳压电源串联型反馈式稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：(2)电源变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、重量重。第23页/共51页开关稳压电源正是基于上述改革思路而发明的新型稳压电源。目前，开关稳压电源已广泛应用于计算机、
8、电视机及其它电子设备中。开关稳压电源的一般框图。开关稳压电源的电路形式很多，我们仅以下面的例子对其工作原理加以简要说明。为1.为了减小调整管功耗,让调整管工作在”开关”状态2.为了减小变压器体积及重量为了减小变压器体积及重量.提高工作频率提高工作频率.从从50HZ变为几十变为几十KHZ.或几百或几百KHZ.第24页/共51页开关稳压电源框图第25页/共51页电网电压不稳使输出直流电压Uo增大，经光耦合器隔离，误差放大器反相输入端电压增大，其输出减小。该电压(UC+)与UC-的三角波比较结果，会使其输出电压(UG)的占空比减小，如图919虚线所示，从而使VMOS导通时间减小，截止时间增加。经二次
9、整流后取出方波的平均值(Uo)将随之减小。这就是开关电源稳压的原理。图920给出一个实际的开关稳压电源的电原理图。第26页/共51页图919脉宽调制器的各点波形第27页/共51页 一个实际的开关稳压电源电路第28页/共51页图920中，VMOS源极电阻R9为过流采样 电 阻。当 过 流 时，UR9增 大，经R10送 至UC3842的3端，以实现过流保护的目的。C8、VD3、R11、R12、VD2和C9构成两级吸收回路，用以吸收尖峰干扰。VD1VD3采用快恢复的二极管FR305。VD4为输出整流管，采用D80-004型肖特基二极管，以满足高频、大电流整流的需要。该电路采用自馈绕组反馈，而不是像图
10、918所示的从输出电压经光耦合反馈，一般用于固定负载的情况。第29页/共51页UC384212348765UREF输入U1输出U0地RT/CT电流检测反馈补偿(a)8参考电压1674振荡器内部基准213SRQ5(b)脉宽调制器UC3842框图第30页/共51页图922散热器和热传导阻力等效通路(a)铝型材散热器示意图；(b)热传导阻力等效通路(热阻计算)第31页/共51页图923功率管的二次击穿现象(a)二次击穿现象；(b)二次击穿临界线第32页/共51页图924双极型功率管的安全工作区第33页/共51页图925VMOS管的结构剖面图第34页/共51页 933绝缘栅双极型功率管(IGBT)及功
11、率模块一、IGBT的等效电路及符号IGBT的等效电路和符号如图926所示。图926绝缘栅双极型功率管(IGBT)(a)等效电路；(b)符号第35页/共51页图927(a)给出一种高速大功率CMOS器件(TC4420/29系列)，其脉冲峰值电流高达6A，开关速度高达25ns，使用十分方便，而且能带动大电容负载(CL1000pF)。二、功率模块 功率模块有许多，有达林顿电路模块、各种MOS管或BiFET组件等。图927(b)是由两块TC4420组成的桥式电路，驱动电机或陀螺正、反向转动。第36页/共51页 图927 高速大功率CMOS器件(a)内部电路；(b)由TC4420组成的桥式功率电路 第3
12、7页/共51页目前，还出现了许多高速大功率运算放大器(PowerOperationalAmplifiers)，如OPA2544、3583等。OPA2544的最大输出电流为2A，电源电压范围10V35V压摆率为8V/s其封装和引脚图如图928所示：而OPA3583的电源电压高达70V150V，输出电流为75mA 压摆率达30V/s OPA2544和OPA3583的输入级为场效应管，输出级为互补跟随器。第38页/共51页图928功率运算放大器OPA2544的外形图及 管脚图 (a)外形图；(b)管脚图第39页/共51页为保证功率管的正常运行，要附加一些保护电路，包括安全区保护、过流保护、过热保护等
13、等。例如，在VMOS的栅极加限流、限压电阻和反接二极管，在感性负载上并联电容和二极管，以限制过压或过流。又如，在功率管的c、e间并联稳压二极管，以吸收瞬时过压等等。934功率管的保护第40页/共51页94 高精度基准电压源 在集成电路或电子设备中，常需要基准电压源(UREF)。该类基准电压源要求精度高，温度稳定性好(0.210-62010-6左右)，噪声电压低，长期稳定度好等，但其输出电流并不大，一般为几毫安十几毫安。实现此类电压基准功能的电路和器件有两种，简要介绍如下。第41页/共51页如图929所示，UBE为负温度系数，UT发生器乘以系数K为负温度系数，二者经相加器相加后得到基准电压URE
14、F：又知，结电压U随温度上升而下降，即有(940)941能隙基准电压源一、能隙基准电压源的工作原理(941a)(941b)(942)第42页/共51页图929 能隙基准电压源的工作原理第43页/共51页式中，Ug0为半导体材料在绝对零度下(0K)的带隙(BandGap)电压，即禁带宽度。硅材料的Ug0为1.205V，锗材料的Ug0为0.72V。该值是一个固定不变的电压值。如式(942)所示，若调整K值使第二项与第三项相抵消，则(943)第44页/共51页图930给出一个能隙基准电压源的电路例子。设运算放大器是理想的，且RA=RB因此有(944)二、能隙基准电压源电路(945)第45页/共51页
15、图930 能隙基准电压源电路第46页/共51页运放输出电压即基准电压UREF为(946)式中，调节R1和R2的值，使KUT=CT，那么(947)第47页/共51页若R4固定，则改变R3,即可得到不同的基准电 压 值。美 国 AD公 司 的 AD580、AD581、AD584、AD680系列电压基准的原理电路与图930相同。例如，AD581的基准电压UREF=10V0.005V，温度系数ST为510-6/，长期稳定度为2510-6/1000h，输出噪声电压的峰峰值小于40V。第48页/共51页能隙基准电压源的ST310-6/，噪声电 压UNpp20V。对 于 高 分 辨 率 的 A/D、D/A(16位以上)，仍感不足。以埋层齐纳管为参考的基准电压源的精度和稳定度有望更高。942以埋层齐纳管为参考的超高精度基准电压源 普通齐纳管的击穿机理发生在硅晶体表面，如图931(a)所示，表面存在更多的杂质，易受机械压力和晶格错位等因素影响，导致击穿噪声大，长期稳定性不好。第49页/共51页图931 普通齐纳管和埋层齐纳管的击穿部位(a)普通齐纳管；(b)埋层齐纳管第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页