电源电路设计基础.PDFVIP

重点： （1）熟悉线性电源电路的结构及元器件参数选型。 （2 ）了解开关电源的工作原理及基本电路结构。 （3）掌握电流检测电路的工作原理。 直流稳压电源向电路提供直流电能，是模拟电路、数字电路正常工作的能量基础。电源电路的拓 扑结构、功率、输出电压、输出电流种类繁多，外形差异也比较大；在电子技术课程设计、实验实训 环节中，以小功率线性电源、开关电源为主，输出电压及输出电流均较小。 5.1 线性直流电源电路设计 线性电源的“功率/体积比”小，生产及制造成本高，但线性电源电路具有结构简单、输出纹波小、 高频谐波干扰小等优点，在传感器电路、微弱信号放大电路中使用广泛。 小功率线性直流稳压电源的基本电路结构如图 5-1-01 所示。 图5-1-01 线性直流稳压电源的基本电路结构及相关波形 工频变压器将 220V 电网电压降低为同频的交流低压；二极管整流电路将交流电压转换成单向的 脉动直流电压；滤波电路滤除脉动直流电压中的部分交流成分，使直流电压的波形变得平滑；当电网 电压发生波动、负载或环境温度发生改变时，稳压电路仍然能够向负载提供较为稳定的直流电压。 5.1.1 整流电路 整流电路可将交流电压转变为脉动的直流电压。绝大多数整流电路利用半导体二极管的单向导电 性实现。常见的整流电路结构包括半波、全波、桥式和倍压整流 4 种类型。 提示 除半导体二极管之外，电子管、矽整流器、单向可控硅也具有整流功能。 1．半波整流电路 半波整流电路的结构如图 5-1-02(a)所示，仅用一只二极管即可完成交流电压的直流变换。 半波整流电路的输出波形如图 5-1-03(a)所示，输出脉动直流电压的平均值V ≈0.45 V ，整流二极 o 2 管D 承受的最大反向电压为 2V 。 1 2 半波整流电路最直观的优点是结构简单、整流元器件使用数量很少。但由于输出的直流波形只有 交流波形的一半，因此电源利用率较低，输出直流电压的脉动成分较多。 提示 半波整流主要用于输出电流很大、整流电压很高、对电压纹波不敏感的场合，如开关电 源次级输出的整流、kV 级电压输出的整流。 第5 章 电源电路设计基础 165 图5-1-02 整流电路 2．全波整流电路 全波整流电路可以视为两个半波整流电路的互补组合，其电路结构如图 5-1-02(b)所示。全波整流 电路使用了一种带有中间抽头的变压器，变压器次级由两只绕组正向串联而成。 当交流电压V 为“上+下−”时，根据变压器同名端的特性，V 输出的交流电压同样为“上+下−”； 2 3 故D 导通、D 截止，V 绕组向负载R 供电；同理，当V 的电压极性为“上−下+”时，D 截止、D 1 2 2 1 2 1 2 导通，V 绕组向负载R 供电；因此，全波整流电路在整个周期内均有波形输出，如图 5-1-03(b)所示。 3 1 图5-1-03 半波整流、全波整流电路的输出波形对比 提示 全波整流电路同样存在变压器利用效率不高的问题，实际使用并不多。 3．桥式整流电路 桥式整流电路采用 4 只二极管按照一定顺序连接成为桥式结构，可以在交流电的完整周期内输出 图5-1-03(b)所示的全波整流波形，其电路结构如图 5-1-04 所示。 图5-1-04 桥式整流电路 桥式整流电路输出直流电压的平均值V ≈0