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第10章直流电源本讲稿第一页，共七十一页第第1010章章 直流电源直流电源作业：思考：作业：思考：10-1、10-2 习题：习题：10-5、10-17、10-19本讲稿第二页，共七十一页直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图将交流电压将交流电压将交流电压将交流电压变成直流电压变成直流电压变成直流电压变成直流电压本讲稿第三页，共七十一页（1）电源变压器 将市电交流电压转换为符合整流需要的幅值较低的交流电压。（2）整流电路 利用整流元件，将正弦交流电压变为单向脉动电压。（3）滤波电路 利用电容、电感元件将直流脉动电压中的谐波成分滤除掉，使之变为比较平滑的脉动直流电压。直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图本讲稿第四页，共七十一页（4）稳压电路 稳压电路的作用是使直流输出电压基本不受电网电压波动或负载变动的影响。直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图本讲稿第五页，共七十一页10.1 整流电路整流电路10.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路1.1.1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理本讲稿第六页，共七十一页2.2.2.2.电路参数分析电路参数分析电路参数分析电路参数分析（1 1）输出电压平均值）输出电压平均值）输出电压平均值）输出电压平均值:(负载电阻上电压的平均值）负载电阻上电压的平均值）t=0时：t=2时：本讲稿第七页，共七十一页（2）负载电流的平均值:IO(AV)=UO(AV)RL=0.45U2RL（3 3）输出电压的脉动系数：整流输出电压的基波峰值与）输出电压的脉动系数：整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。输出电压平均值之比。S越大，脉动越大。经推导：S 1.57半波整流电路的输出脉动很大。2.2.2.2.电路参数分析电路参数分析电路参数分析电路参数分析本讲稿第八页，共七十一页3.3.二极管的选择二极管的选择二极管的选择二极管的选择 一般根据流过二极管的正向平均电流和它所承受的最大反向电压来选择。ID(AV)=IO(AV)0.45U2/RL 半波整流电路中，二极管的正向平均电流等于负载电流平均值:二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压:本讲稿第九页，共七十一页4.4.半波整流的特点半波整流的特点半波整流的特点半波整流的特点1 1）单相半波整流电路简单易行；2 2）由于它仅利用了交流电路的半个周期，所以输出电压低，脉动大（即交流分量大），效率低。3 3）只适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。2.2.2.2.电路参数分析电路参数分析电路参数分析电路参数分析本讲稿第十页，共七十一页10.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路1.1.1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路组成及工作原理一般画法一般画法 简化画法简化画法本讲稿第十一页，共七十一页工作原理工作原理D1和D2导通,D3和D4截止(相当于开路)Tio+u2u1RLuo+D4D2D3D1+（1 1）u u2 2正半周时正半周时正半周时正半周时本讲稿第十二页，共七十一页D3 和 D4导通,D1和 D2截止。u2Tu1RLD4D2D3uoioD1+（2 2）u u2 2负半周时负半周时负半周时负半周时工作原理工作原理本讲稿第十三页，共七十一页o t 2 3 u22U2 touo 2 3 2U2 touD2U2 2 3 toiDIm 2 3 D1、D2电流D3、D4电流D3、D4电压D1、D2电压本讲稿第十四页，共七十一页2.2.电路电路参数分析参数分析UO(AV)0.9U2（1 1）输出电压平均值）输出电压平均值:（2 2）负载电流的平均值）负载电流的平均值:（3 3）脉动系数）脉动系数:0.9U2RLIO(AV)=UO(AV)RL 本讲稿第十五页，共七十一页2.2.电路电路参数分析参数分析 在变压器副边电压相同且负载相同的情况下，全波整流电路的输出电压与输出电流的平均值是半波整流电路的两倍，输出电压的脉动减小，变压器利用率高，应用广泛。本讲稿第十六页，共七十一页3.二极管的选择ID(AV)=IO(AV)/2 0.45U2/RL（同半波整流电路）每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，故每个二极管的平均电流只有负载上平均电流的一半。二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压。（同半波整流电路）实际选用时，应至少有实际选用时，应至少有10%的余量。的余量。本讲稿第十七页，共七十一页4.桥式整流的特点桥式整流的特点 1）桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管要求相同。2）桥式整流电路的输出电压与输出电流的平均值是半波整流电路的两倍。3）输出电压高，脉动小，变压器利用率高，因此得到广泛应用。本讲稿第十八页，共七十一页（1）如何选用二极管?(求最大整流电流及反向峰值电压）例10-1 已知交流电源电压 ，负载电阻 ，采用单相桥式整流电路供电，要求输 出电压 。解:（1）负载电流：二极管的平均电流：变压器二次侧电压有效值：考虑到变压器二次侧及管子的压降，变压器二次电压大约需提高10%，即本讲稿第十九页，共七十一页 可选用型号为2CZ54C的二极管，其最大整流电流为500mA，反向工作峰值电压为100V。变压器的电压比：二次侧电流有效值：二极管最大反向电压：电源变压器容量：（2）求电源变压器的电压比与容量。本讲稿第二十页，共七十一页10.2 滤波电路滤波电路 二极管导通时给电容充电,二极管截止时电容向负载放电滤波后输出电压 uo的波形变得平滑,平均值提高。10.2.1 10.2.1 电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路1.1.滤波原理滤波原理滤波原理滤波原理u2Tu1RLD1D4D2D3uoioCuC+-本讲稿第二十一页，共七十一页tiD0tuOt1t4t3t2 02.2.输出电压的平均值输出电压的平均值A AB BC CD DAB段D1、D2通，C充电uo=uc=u2 BC段D1、D2 止，C放电uo=uc u2CD段D1、D2 止，C放电uo=uc u2导通角红：U2正半周；绿：U2负半周。放电时间常数由RLC决定。本讲稿第二十二页，共七十一页当满足当满足RLC=（25）T/2时，Uo(AV)1.2U2为获得较好的滤波效果，为获得较好的滤波效果，C的容量应选大些。的容量应选大些。2.2.输出电压的平均值输出电压的平均值本讲稿第二十三页，共七十一页10.2.2 电感电容滤波电路电感电容滤波电路*为了减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前串接一个铁心线圈，就组成了电感电容滤波（LC滤波）电路。由于通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大大减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好。本讲稿第二十四页，共七十一页10.2.3 形滤波电路形滤波电路*LC 形滤波电路相当于在LC 滤波电路的前面并联一个滤波电容 。这样，滤波效果比LC 滤波更好。（但整流二极管的冲击电流较大）本讲稿第二十五页，共七十一页 由于电感线圈体积大而且笨重，成本又高，所以有时用电阻R代替 形滤波电路中的电感线圈，构成了RC-形滤波电路。它是利用R和C对输入回路整流后电压的交直流分量的不同分压作用来实现滤波作用的。本讲稿第二十六页，共七十一页10.2.4 倍压整流电路倍压整流电路（自学）（自学）本讲稿第二十七页，共七十一页10.3 稳压电路稳压电路 当电网电压波动和负载变化时，整流滤波电路的输出电压会随之变化。为了能够提供更加稳定的直流电压，需要在整流滤波后面加入稳压电路。本讲稿第二十八页，共七十一页10.3.1 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标1.1.稳压系数稳压系数S Sr r 负载及环境温度T 不变时,直流输出电压 的相对变化量与稳压电路输入电压 的相对变化量之比。SrSr表明电网电压波动的影表明电网电压波动的影响。响。本讲稿第二十九页，共七十一页2.输出电阻输出电阻Ro 稳压电路输入电压一定时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值。3.最大纹波电压最大纹波电压 稳压电路输出端的交流分量，用有效值或幅值表示。10.3.1 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标 Ro Ro表明负载电阻对稳表明负载电阻对稳压性能的影响。压性能的影响。本讲稿第三十页，共七十一页10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路*电路中由于稳压管VS与负载电阻并联，所以也叫做“并联型稳压电路”。本讲稿第三十一页，共七十一页 电流在一定范围内变化时，可基本保持一定。电路中限流电阻R不可少，它起调节电压的作用。10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路*本讲稿第三十二页，共七十一页1.1.稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理RL IO I UO(UZ)IZ I UO 当负载发生变化时（设输入电压保持不变）：本讲稿第三十三页，共七十一页UI UO (UZ)IZ I UR UO 当电网电压变化时（设负载电阻保持不变）：当电网电压变化时（设负载电阻保持不变）：1.1.稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理本讲稿第三十四页，共七十一页2.2.限流电阻的选择限流电阻的选择 当电网电压最高而负载电流最小时，流过稳压管的电当电网电压最高而负载电流最小时，流过稳压管的电流最大流最大 限流电阻必须使稳压管处在稳压区限流电阻必须使稳压管处在稳压区,即即本讲稿第三十五页，共七十一页 当电网电压最低而负载电流最大时，流过稳压管的当电网电压最低而负载电流最大时，流过稳压管的电流最小电流最小 2.2.限流电阻的选择限流电阻的选择本讲稿第三十六页，共七十一页 稳压管稳压电路在输出电压不需调节、负载电流比较小的情况下，效果比较好。1.输出电压由稳压管的型号决定，不可随意调节；2.电网电压和负载电流的变化大时，电路将不能适应。缺点：本讲稿第三十七页，共七十一页10.3.3 线性串联型稳压电路线性串联型稳压电路1.1.线性串联型稳压电路的基本组成线性串联型稳压电路的基本组成线性串联型稳压电路的基本组成线性串联型稳压电路的基本组成调整元件和负载串联。本讲稿第三十八页，共七十一页 2.2.稳压原理稳压原理 A构成电压串联负反馈放大电路，加深度负反馈以提高输出电压的稳定性。VT可以扩大输出电流。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本讲稿第三十九页，共七十一页 当输入电压波动或负载变化引起输出电压UO升高时，输出电压的变化通过取样值Uf反馈到运放的反相输入端。因同相输入端接基准电压UZ，经比较放大后，使运放A的输出电压（即VT的基极电压）降低。因为VT接成了射极跟随器，所以输出电压UO也随之降低。这一稳压过程可简单表示为：2.2.稳压原理稳压原理本讲稿第四十页，共七十一页3.3.输出电压及其调节范围输出电压及其调节范围 深度电压负反馈存在 UN=UP=UZ，运放A构成同相比例运算电路，故输出电压为：UZ一定一定UO Uf UB UO 本讲稿第四十一页，共七十一页最小，为时，输出电压的滑动点在最上端，即当RPRRRP=5最大，为时，输出电压的滑动点在最下端，即当05=RRP本讲稿第四十二页，共七十一页4.4.能隙基准电压源电路能隙基准电压源电路（自学）（自学）本讲稿第四十三页，共七十一页 10.3.4 开关式稳压电路开关式稳压电路*线性串联型稳压电路中，调整管工作在线性放大区。这种电路结构简单，输出纹波小，稳压性能好。但在负载电流较大时，调整管的集电极损耗（PC=VCEIO）相当大，电源效率较低，一般为40%60%,往往需配置笨重的散热装置。本讲稿第四十四页，共七十一页 开关式开关式稳压电源稳压电源中的调整管主要工作在饱和中的调整管主要工作在饱和导通和截止两种状态。导通和截止两种状态。调整管饱和导通时，管子压降调整管饱和导通时，管子压降U UCESCES很小；在调很小；在调整管截止时，管子电流整管截止时，管子电流I ICECE也很小，所以调整管也很小，所以调整管的管耗很小。的管耗很小。电源效率可提高到电源效率可提高到80%80%95%,95%,同时省去了笨重的同时省去了笨重的散热装置，体积小、重量轻。散热装置，体积小、重量轻。10.3.4 开关式稳压电路开关式稳压电路*本讲稿第四十五页，共七十一页 开关式稳压电源的开关式稳压电源的主要缺点主要缺点是输出电压所含纹波较大，是输出电压所含纹波较大，对电子设备有较大干扰。对电子设备有较大干扰。10.3.4 开关式稳压电路开关式稳压电路*本讲稿第四十六页，共七十一页 1.1.开关式串联型稳压电路开关式串联型稳压电路 在线性串联型稳压电路基础上增加了LC滤波电路、固定频率三角波发生器、比较放大电路和比较电路。(1)电路构成电路构成本讲稿第四十七页，共七十一页 电路中调整管VT与负载相串联。输出电压总是小于输入电压，属于降压型稳压电路。(1)电路构成电路构成本讲稿第四十八页，共七十一页(2)工作原理工作原理 UI是整流滤波电路的输出电压，uB是比较电路的输出电压，利用uB来控制调整管VT的通与断，把UI变换成断续的矩形脉冲电压uE（uD），再经LC滤波后输出平滑的直流电压UO。当VT导通时，VD截止，L储能，有负载电流；当VT截止时，L产生自感电动势，VD导通，仍有负载电流。VD称“续流二极管”。本讲稿第四十九页，共七十一页 构成闭环反馈系统后，正常情况下构成闭环反馈系统后，正常情况下 uB占空比为占空比为50%，UO增大时，闭环反馈系统使增大时，闭环反馈系统使 uB占空比小于占空比小于50%，UO 减小时，闭环反馈系统使减小时，闭环反馈系统使 uB占空比大于占空比大于50%。(2)工作原理工作原理本讲稿第五十页，共七十一页(2)工作原理工作原理 用输出采样电压来控制调整管的导通时间，从而达用输出采样电压来控制调整管的导通时间，从而达到稳定输出电压的目的。到稳定输出电压的目的。本讲稿第五十一页，共七十一页2.2.2.2.开关式并联型稳压电路开关式并联型稳压电路开关式并联型稳压电路开关式并联型稳压电路 调整管工作在开关状态并与负载并联。调整管工作在开关状态并与负载并联。利用电感的储能作用，负载上的输出电压是输入电压和利用电感的储能作用，负载上的输出电压是输入电压和电感感应电动势共同作用的结果，使输出电压大于输入电电感感应电动势共同作用的结果，使输出电压大于输入电压，属于压，属于升压型升压型稳压电路。稳压电路。（自学）（自学）开关式并联型稳压电路主回路开关式并联型稳压电路主回路本讲稿第五十二页，共七十一页10.3.5 稳压电路的保护措施稳压电路的保护措施(自学）自学）本讲稿第五十三页，共七十一页10.4 集成稳压器及其应用集成稳压器及其应用10.4.1 10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用 在线性集成稳压器件中，“三端集成稳压器”只有三个引脚，即输入端、输出端和公共端（或调整端）。三端集成稳压器按输出电压是否可调分为“固定式”和“可调式”两类。本讲稿第五十四页，共七十一页1.1.1.1.输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 正电源正电源W78系列系列：输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V 输出电流：输出电流：W78 系列系列1.5A；W78M 系列系列0.5A；W78L 系列系列0.1A10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用本讲稿第五十五页，共七十一页1.1.1.1.输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用 负电源负电源W79 系列：系列：输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V 输出电流：同上输出电流：同上本讲稿第五十六页，共七十一页W78XX型三端集成稳压器10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用本讲稿第五十七页，共七十一页三端集成稳压器的电路符号三端集成稳压器的电路符号负输出负输出正输出正输出10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用CW78+231输入端输入端公共端公共端调整端调整端CW79 13_2_输入端输入端公共端公共端调整端调整端本讲稿第五十八页，共七十一页W7805的内部电路结构框图的内部电路结构框图10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用本讲稿第五十九页，共七十一页2.2.2.2.输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器 可调式三端集成稳压器的特点是输出电压连续可调。这类器件是依靠外接电阻来调节输出电压的，输出电压的调节范围较宽。其外形、图形符号如图所示。本讲稿第六十页，共七十一页W7系列系列为为可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器。W117、W217和和W317为正电压输出，为正电压输出，W137、W237和和W337为负电压输出。为负电压输出。与与W78相相类类似，似，最大最大输输出出电电流也有流也有0.10.1A(W117L)、0.50.5A(W117M)和和1.51.5A(W117)三档。三档。2.2.2.2.输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器本讲稿第六十一页，共七十一页1.25VW317电路框图及外接电阻上的电压为基准电压。上的电压为基准电压。通常 为固定电阻为 可调电阻。一般使用中应满足40V(UIUO)3V.2.2.2.2.输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器本讲稿第六十二页，共七十一页（1 1）输出正电压）输出正电压 2.2.W78XX和和W79XX固定式集成稳压器的应用固定式集成稳压器的应用本讲稿第六十三页，共七十一页（2 2）输出负电压）输出负电压 2.2.W78XX和和W79XX固定式集成稳压器的应用固定式集成稳压器的应用本讲稿第六十四页，共七十一页（3 3）同时输出正电压和负电压）同时输出正电压和负电压 2.2.W78XX和和W79XX固定式集成稳压器的应用固定式集成稳压器的应用本讲稿第六十五页，共七十一页（4 4）扩大输出电压）扩大输出电压 2.2.W78XX和和W79XX固定式集成稳压器的应用固定式集成稳压器的应用本讲稿第六十六页，共七十一页（5 5）扩大输出电流）扩大输出电流2.2.W78XX和和W79XX固定式集成稳压器的应用固定式集成稳压器的应用本讲稿第六十七页，共七十一页（1 1）输出正电压可调）输出正电压可调4.4.WXX7可调式三端集成稳压器的应用可调式三端集成稳压器的应用 W317的输出端2与调整端3之间为基准电压，其值为1.25V，故 。考虑到 很小可略，所以有本讲稿第六十八页，共七十一页（2 2）输出正、负电压可调）输出正、负电压可调4.4.WXX7可调式三端集成稳压器的应用可调式三端集成稳压器的应用本讲稿第六十九页，共七十一页10.4.2 开关式集成稳压器及其应用开关式集成稳压器及其应用 （自学）（自学）本讲稿第七十页，共七十一页基基 本本 要要 求求 1 1、单相整流电路工作原理及分析方法。单相整流电路工作原理及分析方法。2 2、电容滤波电路工作原理。电容滤波电路工作原理。3 3、三端集成稳压器应用（扩大输出电压范围的计算）。三端集成稳压器应用（扩大输出电压范围的计算）。掌握：掌握：本讲稿第七十一页，共七十一页
