1、直流稳压电源直流稳压电源淄博职业学院电子电气工程学院一、直流稳压电源一、直流稳压电源一、直流稳压电源一、直流稳压电源1.1 整流电路整流电路u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 变压 整流 滤波 稳压u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 01.1 整流电路整流电路当u2为正半周时，二极管D承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io=id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即uo=u2，输出电压uo的波形与u2相同。当u2为负半周时，二极管D承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u2全部加
2、在二极管D上。例例 有一单相半波整流电路，如图 5-2（a）所示。已知负载电阻 750LR，变压器副边电压V 202U，试求 Uo、Io，并选用二极管。解解V)(92045.045.02oUU(mA)12(A)012.07509LooRUI(mA)12oD II(V)2.2820222DRMUU查半导体手册，二极管可选用 2AP4，其最大整流电流为16mA，最高反向工作电压为 50V。为了使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选得比 UDRM大一倍左右。u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止。此时电流的路径为：aD1RLD3b。ab
3、VD3+u1+u2VD1RL+uoab+u1+u2VD4VD2RL+uou2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4承受正向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：bD2RLD4a。整流变压器副边电压有效值为：oo211.10.9UUU整流变压器副边电流有效值为：o22211.111.1IRURUILL由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。1.2 滤波电路滤波电路Uo1.4Uo0.9Uo0Io单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图所示。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合。+u
4、1+u2RL+uoL电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。LCCCLCCR(a)LC 滤波电路 (b)CLC 滤波电路 (c)CRC 滤波电路LC、CLC型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成CRC型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。1.3 直流稳压电路直流稳压电路+Ui+UoRLDZ+UZR+UR IoIZI工作原理：输入电压Ui波动时会引起输出电压Uo波动。如Ui升高将引起随之升高，导致稳压管的电流IZ急剧增
5、加，使得电阻R上的电流I和电压UR迅速增大，从而使Uo基本上保持不变。反之，当Ui减小时，UR相应减小，仍可保持Uo基本不变。当负载电流Io发生变化引起输出电压Uo发生变化时，同样会引起IZ的相应变化，使得Uo保持基本稳定。如当Io增大时，I和UR均会随之增大使得Uo下降，这将导致IZ急剧减小，使I仍维持原有数值保持UR不变，使得Uo得到稳定。并联稳压器并联稳压器TL431lTL431是是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。公司研制开发的并联型三端稳压基准。由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高，近年来在国外已
6、经得到了广泛低温漂）、性价比高，近年来在国外已经得到了广泛应用。应用。lTL431外形如图外形如图7,典型应用电路如图典型应用电路如图8，在典型应用电，在典型应用电路中路中,R1、R2和和TL431组成了高精度并联稳压电源，组成了高精度并联稳压电源，如要改变输出电压如要改变输出电压VKA，可通过调整，可通过调整R1和和R2的阻值，的阻值，输出电压输出电压VKA便可在便可在Vref（标称（标称2.5V）至）至36伏之间任伏之间任意设定。意设定。l输出电压输出电压VKA=Vref(1+R1/R2)+Iref*R1 在实际应用中在实际应用中Iref很小一般忽略不计，所以稳压电路的输出电压可以很小一般
7、忽略不计，所以稳压电路的输出电压可以写成写成 VKA=Vref(1+R1/R2)。并联稳压器并联稳压器TL431+UiIoR1RLRaR2RbR4R3RPUBE2V1V2UBE1+UoUZ+UF（1）取样环节。由R1、RP、R2组成的分压电路构成，它将输出电压Uo分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。（2）基准电压。由稳压二极管DZ和电阻R3构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。（3）比较放大环节。由V2和R4构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压UF与基准电压UZ之差放大后去控制调整管V1。（4）调整环节。由工作在线性放大区的功率管Vl组成，
8、Vl的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1和集、射电压UCEl改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。当输入电压Ui或输出电流Io变化引起输出电压Uo增加时，取样电压UF相应增大，使V2管的基极电流IB2和集电极电流IC2随之增加，V2管的集电极电位UC2下降，因此Vl管的基极电流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本稳定。UoUFIB2IC2UC2IB1UCE1Uo同理，当Ui或Io变化使Uo降低时，调整过程相反，UCE1将减小使Uo保持基本不变。从上述调整过程可以看出，该电路是依靠电压负反馈来稳定输出电压的。如UZ=6V，R1
9、=R2=RP=100，则Ra+Rb=R1+R2+RP=300，Rb最大为200，最小为100。由此可知输出电压Uo在918V范围内连续可调。其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前述电路完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集成运算放大器而不是晶体管。集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是3端式串联型集成稳压器。3端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。如W78和W79系列稳压器。W78系列输出正电压有5V、6V、8V、9V、10V、1
10、2V、15V、18V、24V等多种，若要获得负输出电压选W79系列即可。例如W7805输出+5 V电压，W7905则输出5 V电压。这类端稳压器在加装散热器的情况下，输出电流可达1.52.2A，最高输入电压为35V，最小输入、输出电压差为23V，输出电压变化率为0.10.2。（1）基本电路。（2）提高输出电压的电路。输出电压Uo=U+UZ（3）扩大输出电流的电路。图中 I3为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以21II，则可得：RUIIIIIIIIIBE2R12B2C2o)1()(式中为三极管的电流放大系数。设10，3.0BEUV，5.0R，12IA，则可计算出5oIA，可见 Io比
11、 I2扩大了。电阻 R 的作用是使功率管在输出电流较大时才能导通。（4）能同时输出正、负电压的电路。二、二、串联型稳压电源串联型稳压电源l电路原理电路原理降压电路桥式整流电路滤波电路滤波电路限流保护电路取样电路比较放大电路调整电路电路原理框图组成电路原理框图组成下图是串联型线性稳压电源的组成框图，由变下图是串联型线性稳压电源的组成框图，由变 压压器、整流滤波、稳压电路、保护电路四个环节。器、整流滤波、稳压电路、保护电路四个环节。整整 流流滤滤 波波 调整管调整管变变压压器器220V取取样样比比 较较放放 大大基准电压基准电压限流保护限流保护1电路的组成及各部分的作用电路的组成及各部分的作用1）
12、取样环节 由R6、RP、R7组成的分压电路构成，它将输出电压Uo分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。2）基准电压 由稳压二极管D5和电阻R5构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。1电路的组成及各部分的作用电路的组成及各部分的作用（3）比较放大环节 由V4和R1构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压UF与基准电压UZ之差放大后去控制调整管V1、V2。（4）调整环节 由工作在线性放大区的功率管Vl、V2组成，V2的基极电流IB2受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC2和集、射电压UCE2改变，从而V1的基极电流IB1变化V1集、射
13、电压UCE1改变，达到自动调整稳定输出电压的目的。电路中各元器件的作用lC1为滤波电容，滤除整流输出的脉动成份lR1为调整管V1、V2基极偏流电阻和比较放大管集电极负载电阻lC2对调整管基极滤波（电子滤波）lR2为调整管V1基极偏置电阻lV1、V2为复合三极管，通过改变V2的管压降大小来调整输出电压高低。电路中各元器件的作用lR5为稳压管D5提供反向电流的限流电阻lD5反向导通后稳压值为V4提供射极基准电压lR6 R7 RP为取样电阻。当输出 电压UO发生变化时，V9的基极 电位随之发生变化。C4为滤波电容，滤除整流 输出的脉动成份工作原理l当电网电压升高时：U0ULV4(Ube)V4(b)V
14、4(c)V4(Uce)V2(Ube)V1(Ube)V1(b)V1(c)V1(Uce)UL整流滤波电路整流滤波电路l整流电路的任务是利用二极管的单向导电性，把正、负交变的整流电路的任务是利用二极管的单向导电性，把正、负交变的50Hz电网电网电压变成单方向脉动的直流电压。整流电路只是将交流电变换为单方向电压变成单方向脉动的直流电压。整流电路只是将交流电变换为单方向的脉动电压和电流，通常还需在整流电路的输出端接入滤波电路，以滤的脉动电压和电流，通常还需在整流电路的输出端接入滤波电路，以滤除交流分量，从而得到平滑的直流电压。除交流分量，从而得到平滑的直流电压。稳压电路稳压电路稳压电路的保护措施稳压电路
15、的保护措施一、限流型保护电路一、限流型保护电路电路图：由取样电阻电路图：由取样电阻RS和保护管和保护管TS组成保组成保护电路护电路稳压电路的保护措施稳压电路的保护措施工作原理：当负载电流工作原理：当负载电流IOIOM时，时，URS=IORS小于小于TS管管b,e极的阈值电压极的阈值电压UOn，TS截止，不影响稳压电路的正常工作当截止，不影响稳压电路的正常工作当IOIOM或负载短路时，使或负载短路时，使URS增加而大于增加而大于UOn，TS导通，导通，TS管的管的ICS对调整管的基对调整管的基极电流极电流IB进行分流，使进行分流，使IO和调整管上电流受到和调整管上电流受到限制限制.稳压电路的保护
16、措施稳压电路的保护措施二二.截流型保护电路截流型保护电路l该电路的特点：当输出电流过载或负载短路时，使输出电压和输出该电路的特点：当输出电流过载或负载短路时，使输出电压和输出电流都下降到接近零，调整管功耗大为减小电流都下降到接近零，调整管功耗大为减小电路图电路图稳压电路的保护措施稳压电路的保护措施l三、限流型保护电路三、限流型保护电路l电路图：由取样电阻电路图：由取样电阻RS和保护管和保护管TS组成保护电路组成保护电路稳压电路的保护措施稳压电路的保护措施工作原理：当负载电流工作原理：当负载电流IO40%（输出电压（输出电压5V、输入电压、输入电压220 V下，满载）；下，满载）；lg具有具有1
17、020s的启动延时功能，防止开机时产生的的启动延时功能，防止开机时产生的“过冲过冲”。作业作业l发挥部分发挥部分l（1)扩充功能扩充功能la.排除短路故障后，自动恢复为正常状态；排除短路故障后，自动恢复为正常状态；lb.过热保护；过热保护；l(2)提高稳压电源的技术指标提高稳压电源的技术指标la.提高电压调整率和负载调整率；提高电压调整率和负载调整率；lb.提高最大输出电流值；提高最大输出电流值；lc.提高效率。提高效率。l3、根据三段式充电器原理设计一个、根据三段式充电器原理设计一个12V/1A的电动车三段式（恒的电动车三段式（恒流、恒压、涓充流、恒压、涓充PWM）蓄电池充电器。）蓄电池充电器。要求：输入电压为要求：输入电压为220V/50Hz；具有过流、过压、温度、防插反；具有过流、过压、温度、防插反保护和显示功能保护和显示功能。
