1、项目五项目五 直流稳压电源的制作直流稳压电源的制作本项目教学内容本项目教学内容一、滤波电路一、滤波电路二、串联型稳压电路工作原理二、串联型稳压电路工作原理三、并联型稳压电路工作原理三、并联型稳压电路工作原理四、开关电源四、开关电源五、直流稳压电源的制作（实验）五、直流稳压电源的制作（实验）理解电容滤波电路的工作原理；理解电容滤波电路的工作原理；了解直流稳压电源的组成和主要性能指标；了解直流稳压电源的组成和主要性能指标；掌握稳压管稳压电路的结构及工作原理；掌握稳压管稳压电路的结构及工作原理；掌握串联型晶体管稳压电路的结构、工作原理、掌握串联型晶体管稳压电路的结构、工作原理、输出电压的调节范围；输
2、出电压的调节范围；掌握带有放大环节串联型稳压电路的组成和工掌握带有放大环节串联型稳压电路的组成和工作原理；作原理；了解开关电源。了解开关电源。电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电变为合适的交流电压压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电转变为平滑的直流电压压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动
3、及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输保持输出电压出电压uo的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整流电路的任务：整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的把交流电压转变为直流脉动的电压。电压。单相整流电路单相整流电路常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。1 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工
4、作原理u2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降：uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+A C -+-+-滤波电路滤波
5、电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。份，达到平滑输出电压波形的目的。1 电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。
6、其电路如图所示。一、滤波原理一、滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+2.RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不
7、为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uo时，才时，才有充电电流有充电电流iD。因。因此整流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，整流管的导通角较小。通角较小。u2tuot电容充电时，电容电容充电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小，输出电越小，输出电压越低。压越低。3.
8、RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+一般取一般取2)53(TCRLd(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2)流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取LoLDFRUII21)32(2)32(二、电容滤波电路的特点二、电容滤波电路的特点(1)输出电压输出电压 Uo与放电时间常数与放电时间常数
9、 RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变,Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如:RL 愈小愈小(IL 越大越大),Uo下降多下降多,S 增大。增大。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(3)输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容滤波电容滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL 3 其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：
10、改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。1)电感滤波电感滤波电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1
11、RLLuo一、滤波原理一、滤波原理对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo二、电感滤波的特点二、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流性比较平坦，适用于低电压大电流(R
12、L较小较小)的场的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuouoRu2u1C1C2uo1 RL2)RC 型滤波电路型滤波电路设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，则：，则：uo的直流分量：的直流分量：oLLoURRRUuoRu2u1C1C2uo1 RLuo的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：moCLCLmoUjXRRjXRU1221)/()/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参
13、数使得：)/(12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系：的关系：SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(121213)L-C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，：，：29.0 UUUoo67.0SmoCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(moCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(通常选择滤波元件的参数使得：通
14、常选择滤波元件的参数使得：LRC1momoCLCmoULCUjXjXjXU121111uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系：的关系：SLCUULCUUSomoomo212111114)LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然，LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LC滤波时更小，滤波时更小，波形更加平滑波形更加平滑；由；由于在输入端接入了电容，因而较只有于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波滤波时，时，提高了输出电压提高了输出电压。串联型稳压电路串联型稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型
15、稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。1 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路一、电路结构的一般形式一、电路结构的一般形式1.串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变负载电流的变化量可以比稳压管工作
16、电流的变化量扩大（化量扩大（1+）倍。）倍。TUORL+UZUIiRiZiL实际上是射极输出实际上是射极输出器，器，Uo=UZ-UBE。但带负载的能力比但带负载的能力比稳压管强。稳压管强。BZRiii,0BELiii)1(TUORL+UZUIiRiZiL串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：两个主要缺点：(1)稳压效果不好。稳压效果不好。Uo=UZ UBE(2)输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法：改进的方法：在稳压电路中引入带电压负在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。反馈的放大环节。串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样串联式稳压电路由基准电压、比
17、较放大、取样电路和调整元件四部分组成。电路和调整元件四部分组成。T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+调整元件调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算放大器集成运算放大器。基准电压：
18、基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压输出电压UO的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+因调整管与负载接成射极输出器形式，因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为为深度串联电压负反馈，故称之为串串联反馈式稳压电路。联反馈式稳压电路。一种实际的串联式稳压电源一种实际的串联式稳压电源二二 、稳压原理、稳压原理UoUB2UBE2(=UB2-UZ）UC2Uo当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高
19、时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2三三、输出电压的确定和调节范围、输出电压的确定和调节范围 22221BEZWWOUURRRRRU R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2 2221minBEZWWOUURRRRRU 2221maxBEZWOUURRRRU 四四、影响稳压特性的主要因素、影响稳压特性的主要因素 2.流过稳压管的电压随流过稳压管的电压随 UI 波动，使波动，使UZ 不稳定，不稳定，降低了稳压精度。降低了稳压精度。1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2 Uo R3T1
20、T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23.温度变化时，温度变化时，T2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生零点漂移，时输出电压的稳定度变差。漂移，时输出电压的稳定度变差。五、改进措施五、改进措施在运放理想条件下在运放理想条件下:RRoUFURRU1)1(21 1.选用差动放大器或运放构成的放大器代替选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。成的放大器，可以解决零点漂移的问题。串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路UITR1R2UFRLUoAV+-RWRUZ2.采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)。3.
21、用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4.调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2六、串联反馈式稳压电路缺点六、串联反馈式稳压电路缺点损耗损耗(P=UCE IL)大大电源的效率电源的效率(=Po/Pi=UoIL/UiIi)较低较低为了提高效率，可采用开关型稳压电源。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:2 集成稳压电源集成稳压电源随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛
22、应随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的W7800系列系列三端集成稳压三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护
23、通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形123注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等等。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX1)集成稳压电源的分类集成稳压电源的分类 一、输出为固定电压的电路一、输出为固定电压的电路
24、2)应用电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示输出为固定正压时的接法如图所示。注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1320.11F1F二二、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UOCOW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:为为W78XX固定输出电压固定输出电压 UO=UXX+UZ三、提高输出电压的电路三、提高输出电压的电路四、输出电压可调
25、式电路四、输出电压可调式电路用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的组成的730V可调式稳压电源。可调式稳压电源。W7805132R1CICoUI76234UoR2F0070.3333V10k0.1ooURRRUUU2121(UXX=5V)运算放大器作为电压跟随器使用运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源就借助于稳它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高,输出输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。132R1CICoUI76234UoR2F0070.3333V10k0.1W7805)1(12RRUUXXoXXooUUU1Uo1
