1、第七章 直流稳压电源 7.1 二极管整流滤波电路7.2 稳压管稳压电路7.3 三端集成稳压电路7.4 开关型稳压电源简介 (1)电源变压器：将交流电网220V的电压变为所需要的电压值。(2)整流电路：将交流电压变为脉动的直流电压。(3)滤波电路：滤除脉动成分，得到平滑的直流电压。(4)稳压电路：在电网电压波动或负载变化时，使输出直流电压稳定。 图7.1交流电转变为直流电过程直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波、稳压电路组成。7.1 二极管整流滤波电路7.1.1 整流电路整流电路二极管整流就是利用二极管的单向导电性把电网供给的大小、方向都随时间变化的交流电变换成大小随时间变化而方向不变的脉动直流
2、电。分为半波、全波、桥式等类型。1单相半波整流电路组成：整流变压器T，整流元件二极管V及负载电阻RL组成。图7.1.1单相半波整流电路 7.1 二极管整流滤波电路工作原理工作原理 u2正半周：V导通io uo=u2；u2负半周：V截止uV=u2，io=0 uo=0图7.1.2单相半波整流电路电压和电流的波形 tUusin2227.1 二极管整流滤波电路半波整流电路输出电压的平均值Uo为22220045. 02sin221UUttdUU流过负载和二极管的平均电流为 LLVRURUII20045. 0二极管承受的反向峰值电压URM为22UURM 电压的脉动系数S定义为输出电压基波的最大值与其平均值
3、的比值。 57. 1222UUS22oo1MUU 归纳：单相半波整流电路虽然结构简单，元件少，但输出电压脉动大，整流效果差，只适用于要求不高的场合。 7.1 二极管整流滤波电路例7.1.1 某一直流负载，电阻为1k，要求工作电流为15mA，如果采用半波整流电路，试求变压器二次侧的电压值，并选择合适的整流二极管。 解： OLOIRU.)(15101510133V)(3345. 01545. 012VUUO)(15 mAIIOV流过二极管的平均电流为： )(473341. 122VUURM二极管承受的反向电压为： 查晶体管手册，选用一只额定整流电流为100mA，最高反向电压为50V的2CZ82B型
4、整流二极管。 7.1 二极管整流滤波电路2单相桥式整流电路 单相桥式整流电路由四个整流二极管接成桥型。接线规律是同极性端接负载，异极性端接电源。 工作原理：u2正半周电流 i1通路：a点V1 RL V3 b点；u2负半周电流 i2通路：b点V2 RL V4 a 点图4 .1.3 单相桥式整流电路 图7.1.4单相桥式整流电路波形 ab7.1 二极管整流滤波电路输出的电压平均值 229 . 0245. 0UUUO通过负载的电流的平均值为 LLOORURUI29 . 0二极管的电流平均值 LOVRUII245. 021二极管截止时，承受的最高反向工作电压为22UURM 脉动系数S为 67. 022
5、32422UUS7.1 二极管整流滤波电路 例7.1.2如图桥式整流电路，其负载要求电压Uo=36V，电流为Io=10A，当采用单相桥式整流电路，试求：（1）整流元件所通过的电流和能承受的最大反向工作电压。（2）若V2因故损坏开路，Uo和Io为多少？（3）若V2短路，会出现什么情况？)(5102121AIIOV 变压器副边电压有效值为 )(409 . 0369 . 02VUUO 整流元件所承受的最大反向工作电压为 )(56404 . 122VUURM 解：（1）整流元件通过的电流为7.1 二极管整流滤波电路（2）当V2开路时，u2在正半周导通，在负半周因V2开路而截止，电路相当于半波整流电路
6、。)(184045. 045. 02VUUO电路正常工作时得到，负载电阻 )(6 . 31036OOLIURV2开路 )(56 . 318ARUILOO （3）当V2短路时，在u2正半周电流将只通过二极管V1构成回路，变压器二次侧短路，电流过大易烧毁变压器和二极管。V2开路开路7.1 二极管整流滤波电路3三相桥式整流电路 优点：三相整流电路具有输出电压脉动小，输出功率大，变压器利用率高并能使三相电网的负荷平衡。电路组成：通常变压器的初级绕组接成三角形，次级绕组接成星型。由六个二极管V1V6组成桥式整流电路，共阴极连接二极管V1、V3、V5；共阳极连接二极管V2、V4、V6。图7.1.5三相桥式
7、整流电路7.1 二极管整流滤波电路 分析方法： 在每个六分之一周期时间内，相电压u2U、 u2V、u2W中总有一个是最大的，一个是最小的。 对于共阴极连接的二极管，哪一只的正极电位最高，则这只二极管就处于导通状态； 对于共阳极连接的二极管，哪一只的负极电位最低，则这只二极管就处于导通状态。 7.1 二极管整流滤波电路二极管整流滤波电路 在t1一t2时间内：共阴极组中V1优先导通，共阳极组中V4优先导通。V1与V4串联导通，电流通路为UV1RLV4VN 输出电压近似等于变压器次级线电压uUV。图7.1.6 三相桥式整流电路电压波形 在t2t3时间内：U相电压仍然最高，而W相电压变得最低，V1与V
8、6串联导通，其余二极管反偏截止，电流通路为U V1RLV6WN 。输出电压近似等于变压器次级线电压uUW。7.1 二极管整流滤波电路二极管整流滤波电路图7.1.6 三相桥式整流电路电压波形7.1 二极管整流滤波电路 负载RL上的脉动直流电压平均值Uo与变压器二次侧相电压有效值U2的关系是 2034. 2UU整流输出电流为LLFRURUI/34. 2/20整流二极管上承受的最大反向电压是变压器二次侧线电压的峰值 02205. 145. 232UUUURM整流二极管流过的电流平均值为 LLRURUII220F78. 0334. 2317.1 二极管整流滤波电路例7.1.3 一直流电源，采用三相桥式
9、整流，负载电压和电流分别为60V和450A，求整流二极管的实际工作电流和最高反向工作电压各为多少？)(1503450310AIIF二极管承受的最高反向工作电压为 )(636005. 105. 10VUURM解：整流二极管的工作电流为 7.1 二极管整流滤波电路7.1.2 滤波电路滤波电路 滤波就是滤除整流输出后直流电压中的交流脉动成分，从而获得平直的直流电压和电流。常用电容和电感等储能元件构成滤波电路。 1电容滤波电路 电路组成：滤波电容C 接在桥式整流电路输出端，并联在负载电阻RL两端构成电容滤波器。 图7.1.7 具有电容滤波器的单相桥式整流电路 7.1 二极管整流滤波电路工作原理：工作原
10、理： u2uC时，V1、V3或V2、V4导通，有io，同时C被充电，uo ； u2uC时,V截止,C通过RL放电，uo 输出电压在工程上一般采用估算公式： 滤波电容滤波电容C的容量应足够大，满足的容量应足够大，满足 2)53(RLTC 式中：T为交流电源电压的周期。 电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，缺点是输电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，缺点是输出特性较差，所以适合于负载电压较高，负载变动不大的场合。出特性较差，所以适合于负载电压较高，负载变动不大的场合。 图7.1.8 电容滤波电路波形图Uo=(1.11.2)U27.1 二极管整流滤波电路 例7.1.4 单相桥
11、式整流，加电容滤波电路如图所示。已知220V交流电源频率为 f=50Hz，要求直流输出电压Uo=30V，负载电流Io=50mA。试求电源变压器二次侧电压 U2的有效值，选择整流二极管及滤波电容器。 )(252 . 1302VU（2）流经二极管的平均电流为 )(25502121IVmAIO二极管承受的最大反向电压为 )(352U2RMVU 可选择2CZ51D 整流二极管。其最大电流IF=50mA，最大反向电压URM100V。 解：（1）变压器二次侧电压有效值7.1 二极管整流滤波电路（3）选择滤波电容器和负载电阻 )(6 . 05030kIUROOL)(04. 05012224sTTCRL取滤波
12、电容 )(6 .6660004. 004. 0FsRsCL考虑到电网电压波动 ，则电容器承受的最高电压为 %10)(5 .381 . 1254 . 11 . 122VUUCM 可选用标称值为 的电容器。F/50V687.1 二极管整流滤波电路2电感滤波电路电路组成：在整流输出电路中串联一带铁芯的电感线圈。 根据电磁感应原理，当电感线圈通过变化的电流时，它的两端将产生自感电动势阻碍电流的变化，使得整流电流变得平缓 。 图7.1.9电感滤波及波形（a）电路 （b）滤波波形 7.1 二极管整流滤波电路电感的直流电阻很小，整流电路输出的电压中的直流分量几乎全部加到了负载上，Uo=0.9U2。而电感线圈
13、对交流的阻抗很大，所以交流分量大部分降落在线圈上。 电感滤波的优点是，峰值电流很小，输出特性较平坦；其缺点是由于铁心的存在，笨重，体积大，易引起电磁干扰。一般适合于大电流，低电压的场合。7.1 二极管整流滤波电路（1）LC型滤波器。由电感和电容滤波组成。脉动成分经双重滤波作用，交流分量大部分被电感滤除，剩余部分再经过电容滤波，使输出电压更加平缓。 （a） LC型滤波电路 LCRC3复式滤波电路将电容滤波、电感滤波及电阻组合而成，通常有LC型、 型、 型几种。7.1 二极管整流滤波电路（2） 型滤波器。电容滤波和LC型滤波器组合而成。LC（3） 型滤波器。当负载上的电流很小，为降低成本可以用电阻
14、R代替电感L。RC7.2 稳压管稳压电路1稳压管并联型稳压电路 稳压管可长期工作在反向击穿区，利用其反向电流可大范围变化而反向电压基本不变的特征来稳压。图7.2.1稳压管并联型稳压电路 (a) 电路 (b)稳压管反向击穿特性 (a)(b)稳压电路限流电阻7.2 稳压管稳压电路 组成：组成：限流电阻R和硅稳压二极管VZ构成 。 UoUiIR=UZ， I=IZ+Io稳压原理：稳压原理：设负载电阻不变UiUoIZIURUo设输入电压Ui不变 RLIoIURUoIZI 稳压管的电流调节作用是稳压的关键，并通过限流电阻的调稳压管的电流调节作用是稳压的关键，并通过限流电阻的调压作用达到稳压的目的。压作用达
15、到稳压的目的。 电路结构简单，调试方便，但稳定性能较差，输出电压不易调整。一般适用于负载电流较小，稳压要求不高的场合。 VZ7.2 稳压管稳压电路2晶体管串联型稳压电路原理：在负载电阻上串联一个可调电压的器件，当负载变化和电源变化时，通过改变调整器件两端电压的大小，保证输出电压基本不变。晶体三极管作为电压调整器件称调整管，用它的集电极发射极间的电压UCE的变化来调整输出电压。图7.2.2串联型稳压电路UiUo晶体管串联型稳压电路 分为四部分：分为四部分：取样环节、基准电压、比较放大、调整环节。图7.2.3 串联型稳压电路方框图UOUi调整环节调整环节放大环节放大环节基准电压基准电压取样环节取样
16、环节晶体管串联型稳压电路（2）基准电压：由R3和稳压管 VZ 组成，使V1管的发射极电位是稳定的稳压管电压 UZ。 （3）比较放大环节：主要由V1管构成。 UBE1=UB1-UZ。 （4）调整环节：由工作在放大区的三极管V2组成。调整管压降UCE2与输出电压关系式为：Ui=UCE2+Uo 01221URRRUB （1）取样环节：由R1和R2组成分压（取样）电路，从UO中去出变化的信号电压UiUo晶体管串联型稳压电路调整管压降UCE2与输出电压关系式为： Ui=UCE2+Uo 稳压过程 UiUoUB1UBE1IB1IC1UCE1UB2IB2IC2UCE2UoUiUo+UCE2+晶体管串联型稳压电
17、路例7.2.2 串联型稳压电路如图7.2.4所示，其中UZ=2V，R1R22k，RP10k。试求：（1）输出电压的最大值、最小值为多少？ （2）如果把接到Ui上的V2管集电极电阻R4改接到较稳定的输出电压上，电路能否正常工作？为什么？ 晶体管串联型稳压电路解：ZZBEBUUUU21212RRPRURRPUOZ)(4 . 222102102221min0VURRPRRPRUZ当RP调到最上端时，此时Uo取最小值:晶体管串联型稳压电路当RP调到最下端时，这时Uo取最大值:212RRPRURUOZ)(14222102221max0VURRRPRUZ 输出电压可调范围:电路输出可稳定在2.4V14V之
18、间的任一值。（2）如果将R4的上端A点移至B点，串联型稳压电源不能正常工作。7.3 三端集成稳压电路集成稳压器是指将调整管、取样放大、基准电压、启动和保护电路等全部集成在一块导体芯片上而形成的一种稳压集成块。 图7.3.1 CW78系列集成稳压器内部功能框图 7.3 三端集成稳压电路三端集成稳压器可分为固定式和可调式两大类。三端是指电压输入、电压输出、公共接地三端。CW7800系列输出固定正电源和CW7900系列输出固定负电源。 输出电压由具体型号的后两位数字代表，有5V，6V，9V，12V，15 V ，18V，24V等。 额定输出电流以78(79)后面的字母来区分。L表示0.1 A，M表示0
19、.5A，无字母表示1.5A。 如CW7812表示稳压输出+12V电压，额定输出电流为1.5A。 7.3 三端集成稳压电路图7.3.3 输出固定电压的稳压电路 图7.3.3是用CW7812组成的输出 12V固定电压的稳压电路。其中电容 Ci是在输入引线较长时抵消电感效应，防止自激。电容 Co是用来减小脉动电压，改善负载的瞬态效应。 7.3 三端集成稳压电路同时输出正、负电压的双向直流稳压电源:CW7815和CW7915系列集成稳压器具有共同的公共端，可以同时输出正、负两种电压。图7.3.4 同时输出正、负电压的稳压电路 集成稳压器功能全，指标高，体积小，重量轻，应用灵活，工作可靠且安装调试简便，
20、在各类稳压设备中得到广泛应用。 7.4 开关型稳压电源简介串联型稳压电路中的调整管总是工作在放大状态，始终有电流流过，所以调整管的功耗较大，并需要散热，因而这种电路对调整管的要求较高。电路的效率不高，一般只能达到30%50% 。 在开关型稳压电路中，调整管工作在开关状态，管子交替地工作在饱和导通与截止两种状态。管子本身的功耗很小，有时甚至不用散热器，故可做得体积小、质量轻，电路的效率可以达到80%以上。易于实现自动保护，所以在可靠性要求较高的电视机、计算机、航天电子等设备中，开关型稳压电路得到了广泛的应用。7.4 开关型稳压电源简介图7.7.1串联开关型稳压电路的结构方框图 7.7.1 电路的
21、组成电路的组成采样电路、比较放大器、基准电压、开关脉冲发生器、开关调整管和采样电路、比较放大器、基准电压、开关脉冲发生器、开关调整管和储能滤波电路。储能滤波电路。7.4 开关型稳压电源简介电路的组成电路的组成:采样电路、比较放大器和基准电压三部分与前述基本相同。采样电路、比较放大器和基准电压三部分与前述基本相同。 （1）开关脉冲发生器。由多谐振荡器组成，产生控制调整管的开关脉冲。输出电压Uo升高时，比较放大器的输出电压降低，使开关脉冲的宽度变窄；反之，开关脉冲增宽。 （2）开关调整管。由功率管组成，在开关脉冲的作用下它工作在开关状态，饱和导通或截止，输出断续的脉冲电压，整流滤波后的直流电压变成
22、脉冲电压。 （3）储能滤波电路。由电感L、电容C和二极管V组成。在开关接通时电感L将能量储存起来，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管V释放给负载，把调整管输出的断续脉冲电压，变成连续的平滑直流电压。7.4 开关型稳压电源简介T为开关脉冲的周期，td为调整管导通时间。归纳：归纳：调整管中的断续脉冲电流，通过储能滤波电路可以输出连续的、波动不大的直流电压。通过控制调整管导通时间的长短，可以调整输出电压的大小。 电感L起着储存和释放能量的作用； 电容C除有储能作用外，还起着平滑滤波的作用； 二极管V为电感释放能量提供通路，称其为续流二极管。 idUTtU 07.7.2串联开关型稳压电路工作
23、原理串联开关型稳压电路工作原理 调整管以一定的频率导通和关断，并在负载上输出脉冲电压。输出电压的数值等于输入电压Ui 的平均值： 7.4 开关型稳压电源简介举例：举例：图7.7.2是一个简单的串联开关型稳压电路。V1和V2组成复合管起开关调整管的作用。电感L、二极管V5和电容C2组成储能滤波电路。三极管V4、稳压管V6和电阻R3、R4、R5、R6组成比较放大器、基准电压和采样电路。开关脉冲发生器由三极管V3和复合管V1、V2以及相关元件相成。 图7.7.2 串联开关型稳压电路 43写在最后写在最后成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
