2022年直流稳压电源 .pdf

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1、140 第 7 章直流稳压电源在各种电子电路中，通常需要直流电源。前面各章节介绍的晶体管放大器、集成运算放大器以及功率放大器等等，都用的是直流电源供电，而发电厂、变电站输送的是交流电这就需要将交流电变成直流电。直流稳压电源能够将电网提供的交流电转换成稳定的直流电，作为各种电子电路的直流电源。对直流电源的主要要求是：一是输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时输出电压能基本保持不变；二是输出电压纹波要小；三是交流电变换成直流电时的转换效率要高；四是要具有保护功能，若输出电流过大，或输入交流电压过高，都会使整流管或电路中的晶体管受到损坏，因此电路应具有必要的自我保护功能。本章首先介绍常用的

2、整流、滤波和稳压电路，再着重介绍线性稳压电源和开关稳压电源。7.1 直流稳压电源的基本组成及工作原理这里所讨论的直流稳压电源实际是一种单相小功率电源，它将频率为50 赫兹、有效值为 220 伏的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的直流电压。7.1.1 直流稳压电源的基本组成一个性能良好的单相小功率直流稳压电源通常由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。如图7-1 所示为直流稳压电源的组成框图。由于大多数电子设备所需的直流电压一般为几至几十伏，而交流电网提供的220 伏（有效值）电压相对较大，变压器的作用是将电网提供的220 伏、 50 赫兹的交流电压降压，以适合直流稳压电

3、源的需要。另外，变压器还可以起到将直流电源与电网隔离的作用。图 7-1直流稳压电源的组成框图将交流电变为脉动的直流电的过程叫做整流。整流电路的作用是将降压后的交流电压转换为单极性的脉动电压。整流电路的输出是脉动电压，这种脉动电压中虽然包含有较大的直流电压成分，但它也含有丰富的交流成分（称为纹波）。这种脉动电压不能作为电子电路的直流电源。需要对脉动电压进行平滑处理，也就是对脉动电压进行滤波。直流稳压电源常用电容或电感来进行滤波，属于无源滤波电路。滤波电路的作用是对整流电路输出的脉动电压进行滤波，从而得到交变成分很小的直流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

4、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 141 电压。滤波电路实际为低通滤波器，其截止频率应低于整流输出电压的基波频率。当然，经过滤波后的直流电压不可能只含有直流成分而一点交流成分也没有只不过想方设法尽量使交流成分减小，以适合电子电路对直流电源的要求。滤波后的电压虽然变为交流成分较小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，获得足够高的稳定性。7.1.2直流稳压电源各部分原理1电源变压器的基本特性

5、电路测试47 电源变压器的基本特性的测试（见9.7）电源变压是用电源变压器对电网电压进行降压。变压器的实物示意图和符号如图7-2 所示，图 7-3 所示为其电路图。图 7-2 变压器的实物示意图和符号图 7-3变压器的电路图实际上，理想变压器满足I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n，因此有 P1=P2=U1I1=U2I2。2整流整流电路的原理是利用二极管的单向导电性把正、负交变的电压变成单方向脉动的直流电压。单相整流电路有半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等。它们都属于小功率整流电路。（ 1）半波整流电路电路测试48 半波整流电路的测试（见9.7）半波整流电路如图7-4 所示。为分

6、析方便，可设二极管为理想的。图 7-4 半波整流电路图 7-5半波整流电路的波形电路工作原理。设变压器次级电压u2=U2m sin t=2U2sin t，其中 U2m为其幅值， U2为有效值。当 u2变化的正半周期时， 二极管 VD 受正向电压偏置而导通，负载上输出电压UL=u2；当 u2变化的负半周期时，二极管VD 处于反向偏置状态而截止，UL=0。u2和 UL的波形如图7-5 所示所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是半波波形，输出电压与名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

7、 - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 142 输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为UL0=U2m/ =2U2 0.45U2（7.1）显然，输出电压中除了直流成分外，还含有丰富的交流成分基波和谐波（这里可通称为谐波） ，这些谐波的总和称为纹波，它叠加于直流分量之上。常用纹波系数来表示直流输出电压相对纹波电压的大小，即L0LUU（7.2）式中， UL为谐波电压总有效值，其值应为2L0222L22L1L21UUUUU（7.3）由式（ 7.1） 、 （7.2）和（ 7.3）并通过计算可得，1.21 。由结果可见，半波整流

8、电路的输出电压纹波较大。当整流电路的变压器副边电压的有效值U2和负载电阻值确定后，电路对二极管参数的要求也就确定了。半波整流电路中的二极管安全工作条件如下。 二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流，即IFIVD0=UL0/RL=0.45U2/RL 二极管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即UR URM =2U2 【例 7-1】 在如图 7-4 所示的单向半波整流电路中，已知变压器副边电压的有效值U2=20V，负载电阻RL=100。试求： 负载电阻 RL上的电压平均值和电流平均值？ 电网电压波动范围是10%， 二极管承受的最大反向工作电压UR和

9、流过二极管的最大整流电流各为多少？解 负载电阻 RL上的电压平均值为UL0 0.45U2=0.45 20=9V 负载电阻RL上的电压平均值为IL0= UL0/RL=9V/100=0.09A 二极管承受的最大反向工作电压UR为URmax =1.1 2U2 =1.1 22030.8V流过二极管的最大整流电流为IDmax=1.1 IL0=1.1 0.09 A0.1 A 单相半波整流电路的优点是结构简单，所用元器件数量少。缺点是输出波形脉动大，直流成分比较低，效率不高。（ 2）全波桥式整流电路电路测试49 全波整流电路的测试（见9.7）全波桥式整流电路如图7-6 所示，电路中四个二极管接成电桥的形式，

10、故有桥式整流之称。图 7-7 所示为该电路的简化画法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - 143 图 7-6全波桥式整流电路图 7-7 全波桥式整流电路简化画法电路工作原理。如图7-6 所示，设变压器次级电压u2=U2msin t=2U2sin t，其中 U2m为其幅值， U2为有效值。在电压u2的正半周期时，二极管VD1, VD3因受正向偏压而导通，VD2, VD4因承受反向电压而截止；在电压u2的负半周期时，二

11、极管VD2, VD4因受正向偏压而导通， VD1, VD3因承受反向电压而截止。u2和 UL的波形如图7-8 所示，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等。由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为UL0=2U2m/ =22U2 0.9U2 （7.4）其纹波系数为L0LUU（7.5）式中， UL为谐波（只有偶次谐波）电压总有效值，其值应为2L0222L42L2LUUUUU（7.6）由式（ 7.4） 、 （7.5）和（ 7.6）并通过计算可得0.48 。由结果可见，全波整流电路的输出电压纹波比半波整流电路小得多，但仍然较大，故需用

12、滤波电路来滤除纹波电压。图 7-8全波整流电路的波形全波整流电路中的二极管安全工作条件如下。 二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流。由于4 个二极管是两两轮流导通的，因此有IF IVD0=0.5UL0/RL=0.45U2/RL 二极管的最大反向工作电压UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - 144 URURM =2U2 单相桥式整流电路与半波整流电

13、路相比，具有输出电压高、变压器利用率高、和脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用。它的缺点是所需的二极管的数量多，由于实际上二极管的正向电阻不为零，必然使得整流电路内阻较大，当然电路损耗也就较大。3. 滤波电路虽然全波整流的纹波系数相对半波整流而言有很大改善，但与实际要求仍然相差较大，需采用滤波电路进一步减小纹波。滤波通常是利用电容或电感的能量存储作用来实现的。滤波电路种类很多，有电容滤波、电感滤波和复合滤波，首先介绍电容滤波电路。（ 1）电容滤波电路电路测试50 电容滤波电路的测试（见9.7）利用电容的充、放电特性，可以构成滤波电路。电容滤波电路如图7-9 所示，滤波电容一般容量较大，约100

14、0 F 以上，常用电解电容。图 7-9电容滤波电路电路工作原理。 设 u2=U2msin t=2U2sin t，由于是全波整流，因此不管是在正半周期还是在负半周期，电源电压u2一方面向RL供电，另一方面对电容C 进行充电，由于充电时间常数很小（二极管导通电阻和变压器内阻很小），所以，很快充满电荷，使电容两端电压UC基本接近U2m，而电容上的电压是不会突变的。现假设某一时刻u2的正半周期由零开始上升，因为此时电容上电压UC基本接近U2m，因此 u2UC，VD1，VD2，VD3，VD4管均截止，电容 C 通过 RL放电，由于放电时常数d=RLC 很大（ RL较大时），因此放电速度很慢，UC下降很少

15、。与此同时，u2仍按2U2sin t 的规律上升，一旦当u2UC时， VD1, VD3导通，u2VD3C VD1对 C 充电。然后， u2又按2U2sin t 的规律下降，当u2UC时，二极管均截止，故C 又经 RL放电。不难理解，在u2的负半周期也会出现与上述基本相同的结果。这样在 u2的不断作用下，电容上的电压不断进行充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压UL=UC，使负载电压的纹波大为减小。（ 2）电容滤波电路有如下特点： 输出电压 UL的脉动减小，直流分量增大。UL的平滑程度主要取决于电容C 的放电速度，也就是放电时间常数RLC。C 与 RL愈大，放电就愈慢，UL波形就愈平滑。

16、若C 值一定，当输出端开路RL，即空载时有，输出：224.12UUULO（7.7）几乎是一条直线。因此，总是希望滤波电容大些。一般电容的取值可参考下式：2)53(TCRL（7.8）式中 T 为交流电源电压的周期。 在整流输出脉动波形小于Uc时，四只二极管都截止，每只管子反向电压为1.4U2。只名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - 145 有在脉动波形大于Uc时二极管才两两轮流导通，C 愈大，导通角愈小。由于二极管导通

17、时间短，因而会产生较大的电流，形成一个电流的冲击。尤其是在刚接通电源瞬间，二极管的电流冲击更大，有可能会使管子过热而烧坏。在选择整流二极管时要留有余量。这种简单的全波整流滤波电路输出电压高，滤波效能高，但带负载能力差，适用于电压变化范围不大，负载电流小的设备。（ 3）电感滤波电路电路测试51 电感滤波电路的测试（见9.7）电感滤波电路如图7-10 所示，由于市电交流电频率较低（50 赫兹），电路中电感L 一般取值较大，约几亨以上。电感滤波电路是利用电感的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反，自感电动势阻碍了电位的增加同时也将能量储存起来，使电流的变化减

18、小；反之当电感中电流减少时，自感电动势的作用是阻碍电流的减少，同时释放能量，使电流变化减小，因此，电流的变化小，电压的纹波得到抑制。图 7-10电感滤波电路（ 4）电感滤波电路有如下特点： 电感滤波电路中L 越大、 RL越小， 输出电压纹波越小。忽略电感内阻，UL0=0.9U2（理论值）。 电感滤波适用于低电压、大电流的场合。且工频电感体积大，重量重，价格高，损耗大，电磁辐射强，因此一般少用。（ 5）其它滤波电路此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一电容而构成倒L 型滤波电路或采用型滤波电路，分别如图7-11 和 7.12 所示。图 7-11倒 L 型滤波电路图 7-12 型滤

19、波电路4. 稳压电路电路测试52 稳压管稳压电路的测试（见9.7）交流电经过整流、滤波后输出比较平滑的直流电，滤波后的输出电压即使纹波很小，也仍然存在稳定性的问题。这是因为当负载RL变化或电网电压波动时，输出电压也要随之改变，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - 146 所以在滤波电路之后，需要再加一级直流稳压电路，使直流输出电压平直而稳定。因此，一个性能优良的直流稳压电源，除了必不可少的整流、滤波电路外，还需要有一

20、个质量好的直流稳压电路。简单稳压管稳压电路如图7-13 所示。 电路中 R 为限流电阻， VDZ为稳压二极管。图 7-14所示为稳压二极管的伏安特性曲线。图 7-13稳压管稳压电路图 7-14稳压管特性稳压管稳压的原理，实际上是利用稳压管在反向击穿时电流可在较大范围内变动而击穿电压却基本不变的特点而实现的。当输入电压变化时，输入电流将随之变化，稳压管中的电流也将随之同步变化，结果输出电压基本不变；当负载电阻变化时，输出电流将随之变化，但稳压管中的电流却随之反向变化，结果仍是输出电压基本不变。由第一章可知限流电阻R 的取值范围为：min,LZminZ,Zmin,Im axZ,ZmaxI,/RUI

21、UURIUU（7.9）一般来说，在稳压二极管安全工作的条件下，R 应尽可能小，从而使输出电流范围增大。7.1.3 直流稳压电源的性能指标直流稳压电源的性能指标分为特性指标和质量指标两类。1、特性指标（ 1）最大输出电流IO, max对于简单稳压二极管稳压电路，IO, max取决于稳压管最大允许工作电流。由前面的讨论可知，RUUIZImaxO,，当 R 取所允许的最小值时，IO, max IZ,max，其值约为几百毫安。由此可见，简单稳压电路的最大输出电流较小，因此应用场合较少。串联式稳压电路和开关式稳压电路的IO,max取决于调整管的最大允许耗散功率和最大允许工作电流。（2）输出电压UO和电压

22、调节范围对于简单稳压二极管稳压电路，UO=UZ且是不可调节的。有些场合需要使用输出电压固定的电源，而有些场合则需要使用输出电压可调的电源，视具体情况而定。一般通用直流稳压电源的输出范围可以从零伏起调，且连续可调。（3）保护特性直流稳压电源必须设有过流保护和电压保护电路，防止负载电流过载或短路以及电压过高时，对电源本身或负载产生危害。（4）效率这里是指稳压电源将交流能量转换为直流能量的效率。降低调整管的功耗可以有效地提高效率并提高电源工作的可靠性。2、质量指标名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

23、 - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - 147 通常稳压电源的输出电压UO的波动主要受输入电压UI、负载电流IO和环境温度T（）这 3 个因素变化的影响，因此有UO=f (UI, IO,T ) 则输出电压的变化量的一般表达式可表示为TTUIIUUUUUOOOOIIOO或UO=KuUI RoIO+ STT上式中的3 个变量的系数即为直流稳压电源的3 项质量指标Ku, Ro, ST。显然，这些参数值越小越好。（1）输入电压调整因素Ku和稳压系数通常将输入电压的变化量与所引起的输出电压变化量之比，称为输入电压调整因数，即0,0IOOITuUUK（7.10）实际

24、上常用输出电压的相对变化量和输入电压的相对变化量之比来表征电源的稳压性能，称之为稳压系数，即0,0IIOOO/ITUUUU（7.11）或OIUUKu（7.12）（2）输出电阻Ro输出电阻定义为，当输入电压一定时，输出电压变化量和输出电流变化量之比，即：0,0OOoIUTIUR（7.13）式中负号表示UO与IO变化方向相反。（ 3）温度系数ST温度系数定义为，单位温度变化所引起的输出电压变化就是稳压值的温度系数或称温度漂移。即：0,0OTIOUITUS（7.14）（4）纹波电压U在额定工作电流的情况下，输出电压中交流分量总和的有效值称为纹波电压U 。7.2 串联反馈式稳压电路7.2.1 串联反馈

25、式稳压电路的工作原理电路测试53 串联式稳压电路的测试（见9.7）稳压管稳压电路尽管电路简单，使用方便，但在使用时存在两方面的问题。一是电网电压和负载电流变化较大时，电路将失去稳压作用，适应范围小；二是稳压值只能由稳压管的型号决定，不能连续可调，稳压精度不高，输出电流也不大，很难满足对电压精度要求高的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - 148 负载的需要。为解决这一问题，往往采用串联反馈式稳压电路图 7-15 所示

26、为串联反馈式稳压电路的一般结构图，这是一个由负反馈电路组成的自动调节电路。当输出电压或者负载电流有一定的变化时，通过负反馈的自动调节输出直流电压基本保持稳定不变。这个稳压电路分为四个部分：取样电路，比较放大电路，基准电压和调整电路。其中UI是整流滤波电路的输出电压，VT 为调整管， A 为比较放大电路，UREF为基准电压， 它由稳压管 VDZ与限流电阻R 串联所构成的简单稳压电路获得，R1与 R2组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。这种稳压电路的主回路是起调整作用的三极管VT 与负载串联，故称为串联式稳压电路。图 7-15串联式稳压电路参见图7-15，串联式稳压电路是利用输出电压的

27、变化量由反馈网络取样经放大电路（ A）放大后去控制调整管VT 的 c-e 极间的电压降，从而达到稳定输出电压UO的目的。稳压原理可简述为，当输入电压UI增加（或负载电流IO减小） 时，导致输出电压UO增加，随之反馈电压UF =R2UO/(R1+R2)=FuUO也增加 （Fu为反馈系数）。UF与基准电压UREF相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使UB和 IC减小，调整管VT 的 c-e 极间电压UCE增大，使UO下降，从而维持UO基本恒定。同理，当输入电压UI减小（或负载电流IO增加）时，亦将使输出电压基本保持不变。从反馈放大电路的角度来看，这种电路属于电压串联负反馈电路。调整管VT 连接成

28、电压跟随器，因此可得UB=Au(UREFFuUO) UO或uuuFAAUU1REFO（7.15）式（7.15）中 Au是比较放大电路的电压增益，考虑了所带负载的影响，与开环增益AuO不同。在深度负反馈条件下，1+AuFu1时，可得21R E FR E FO1RRUFUUu（7.16）式（ 7.16）表明，输出电压UO与基准电压UREF近似成正比，与反馈系数Fu成反比。当UREF及 Fu已定时， UO也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

29、- 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - 149 值得注意的是， 调整管 VT 的调整作用是依靠UF和 UREF之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整。如果UO绝对不变，调整管的UCE也绝对不变，那么电路也就不能起调整作用。所以 UO不可能达到绝对稳定，只能是基本稳定。因此，图7-24 所示的系统是一个闭环有差调整系统。由以上分析可知，反馈越深，调整作用越强，输出电压UO也越稳定，电路的稳压系数和输出电阻Ro也越小。应当指出的是，基准电压UREF是稳压电路的一个重要组成部分，它直接影响稳压电路的性能。为此要求基准电压输出电阻小，温度稳定性好，噪声低。目前用稳压管组成的基

30、准电压源虽然电路简单，但它的输出电阻大。故常采用带隙基准电压源（电路介绍从略），这种基准电压源的电压值较低，温度稳定性好，故适用于低电压的电源中。值得注意的是，在实际的稳压电路中，如果输出端过载或者短路，将使调整管的电流急剧增大，为使调整管安全工作，还必须加过流保护电路。7.2.2 三端式集成稳压器随着集成电路的发展，在许多电子设备中，通常采用集成稳压器作为直流稳压电源部件。集成稳压器体积小，外围元件少，性能稳定可靠，使用十分方便。集成稳压器的类型很多，按结构可分为串联型、并联型和开关型；按输出电压类型可以分为固定式和可调式。使用最方便也很广泛的有三端固定输出集成稳压器、三端可调式集成稳压器。

31、1输出电压固定的三端集成稳压器电路测试54 三端式稳压电路的测试（见9.7）三端固定输出集成稳压器由于它只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端式稳压器（简称三端稳压器） 。三端稳压器的通用产品有78 系列（正电源）和79 系列（负电源） ，输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V ，15V，18V，24V 等档次。输出电流以78（或 79）后面加字母来区分。L 表示 0.1A,M 表示 0.5A，无字母表示1A，如 78L05 表示5V 0.1A 。现以具有正电压输出的78L 系列为例介绍三端式稳压器的工作原理。电路如图7-16 所示，三端式稳压器由启动电路、

32、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。下面对各部分电路进行简单介绍。基准电路取样电阻Uo比较放大启动电路调整管过流保护过压保护过热保护电流源电路UI78 79 132图 7-16 78L 型三端式集成稳压器图图 7-17三端稳压器外形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - 150 （1）启动电路在 78系列集成稳压器中，常采用许多恒流源，当输入电压UI接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出

33、电压较难建立。因此，必须用启动电路给调整管、放大电路和基准电源等建立起各自的工作电流。当整个稳压电路进入正常工作状态时，启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。（2）基准电压电路在 78系列集成稳压器中，基准电压电路采用了零温漂的能带间隙的基准源，可使基准电压 UREF基本上不随温度变化。因此，基准源的稳定性大大提高，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。（3）取样比较放大电路和调整电路在 78系列集成稳压器中，采样电路由两个分压电阻组成，它将输出电压变化量的一部分送到放大电路的输入端。78系列三端稳压器的调整管采用复合管结构，具有很大的电流放大系数，接在输入端和输出端之间，放大电路为共射接

34、法，并采用有源负载，从而获得较高的电压放大倍数。（4）保护电路在 78系列集成稳压器中，有限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。值得指出的是，当出现故障时，上述几种保护电路是互相关联的。图 7-18 所示为以78 系列为核心组成的典型直流稳压电路，正常工作时，稳压器的输入、输出电压差为2V 3V。使调整 管保证工作在放大区。但压差取得大时，又会增加集成块 的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不致于功耗偏大。电路中接入电容C2, C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入高频干扰，C4是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干

35、扰。 VD5是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C4一个放电通路，防止C4两端电压作用于调整管的be 结，造成调整管be 结击穿而损坏。图 7-18典型 78 直流稳压电源原理图7900 系列是与7800 系列相对应的三端固定负输出集成稳压器，其外形与7800系列完全相同，但它们的引脚有所不同，两者的输出端相同(均为第 脚)，而输入端及接地端恰好相反7800 系列三端稳压器的外形及引脚如图7-17 所示，其中 脚为输入端、 脚为输出端、 脚为公共端 (地)，输出较大电流时需加装散热器。7900 系列的 脚为公共端、 脚为输出端、脚为输入端。应该着重说明的是，7800 系列稳压器的散热部分

36、(壳体金属部分 )是与接地引脚(脚)内部相连的，因此安装散热器时散热器可连接电路板的公共地线；而7900 系列的散热部分(壳体金局部分 )不与接地引脚相连，而与输入电压引脚相连，所以实际安装时必须注意散热器不可名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - 151 接地，或者使用云母或其他绝缘耐热薄片垫在稳压器的壳体与散热器之间，使两者保持电绝缘，但又容易导热。7900 系列的电压档级与7800 系列相呼应，不同的是输出为负

37、电压。此外，若将稳压器反向连接会造成永久损坏。2 输出电压可调的三端式集成稳压器电路测试55 可调式三端式稳压电路的测试（见9.7）CW78 和 CW79 系列为输出电压固定的三端稳压器。但有些场合要求扩大输出电压的调节范围，故使用它很不方便。现介绍一种很少元件就能工作的三端可调式集成稳压器，它的三个接线分别称为输入端UI、输出端UO和调整端adj。以 LM317 为例，三端可调式稳压器电路如图7-19 所示。图 7-19可调式三端稳压器电路它的内部电路有比较放大器、偏置电路 （图中未画出） 、恒流源电路和带隙基准电压UREF等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出

38、端流出，内部的基准电压 （约 1.25V） 接至比较放大器的同相端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1, R2后，输出电压为2a d j1R E FR E FORIRUUU（7.17）2a d j12R E F1RIRRU（7.18）LM317 的 UREF=1.2V ，Iadj=50A，由于调整管电流Iadj I1，故可以忽略，式（7.18）可简化为12REFO1RRUU（7.19）LM337 稳压器是与LM317 对应的负压三端可调集成稳压器，它的工作原理和电路结构与 LM317 相似。【例 7-2】 如图 7-19 所示电路中若R1=200? ，输出电压最大为30V，求 R2的取值范围

39、。解 ：由式（ 7.19）得25.1)2001(302R得：k6.446002R所以， R2的取值范围为04.6k? 。当 R2=0? 时输出电压Uo=1.25V 。所以，输出电压的调节范围为1.25V30V。值得注意的是，如图7- 20 所示，在实际应用中，为了减小的纹波电压，可在R2两端并联一个 10F电容。 为了保护稳压器，可加一个保护二极管VD1和 VD2，提供一个放电回路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - -

40、 - 152 LM317132UIC10.33 F100 F0.1 FC3C2UOR1R2VD1VD2C10 F图 7-20三端稳压器外加保护电路7.3开关型直流稳压电路串联反馈式稳压电路，由于调整管工作在线性放大区，因此在负载电流较大时，调整管的集电极损耗 （PVT=uCEiO）相当大， 电源效率 （=Po/Pi=UoIo/UiIo）较低，一般为 40%60%，有时还要配备庞大的散热装置。为了克服上述缺点，可采用串联开关式稳压电路，电路中的串联调整管工作在开关状态，即调整管主要工作在饱和导通和截止状态。由于管子饱和导通时管压降UCES和截止时管子的电流ICEO都很小， 管耗主要发生在状态转换

41、过程中，电源效率可提高到80%90%，所以其体积小、重量轻，且适应交流电网电压波动的性能好，适应范围可达 150V280V。它的主要缺点是输出电压中所含纹波较大，对电子设备的干扰较大，而且电路比较复杂，对元器件要求较高。目前正寻求克服这些缺点的方法。但由于优点突出，已成为宇航、计算机、通信和功率较大的电子设备中电源的主流，应用日趋广泛。开关型稳压电路原理框图如图7-21 所示。它和串联反馈式稳压电路相比，电路增加了LC滤波电路及产生固定频率的三角波电压（uT）发生器和比较器AC组成的控制电路。图 7-21串联开关式稳压电路原理图电路中， UI是整流滤波电路的输出电压，即串联开关式稳压电路的输入

42、电压。uB是比较器的输出电压。该电路利用uB控制调整管VT，将输入电压UI变成断续的矩形波电压uE。当名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - 153 uAuT时， uB为高电平， VT 饱和导通，输入电压UI经 VT 加到二极管VD 的两端，电压uE等于 UI（忽略管VT 和饱和压降） ，此时二极管VD 承受反向电压而截止，负载中有电流iO流过，电感L 储存能量，同时向电容器C 充电。输出电压uO略有增加。 当 uA

43、uT时，uB为低电平， VT 由导通变为截止，滤波电感产生自感电势（极性如图7-22 所示） ，使二极管VD 导通，于是电感中储存的能量通过VD 使负载 RL继续有电流通过， 因而常称VD 为续流二极管。此时电压uE等于 UVD（二极管正向压降） 。由此可见，虽然调整管处于开关工作状态，但由于二极管VD 的续流作用和L， C 的滤波作用，输出电压是比较平稳的。图7-20 画出了电流iL，电压 uT, uA,uB, uE(uD)和 uO的波形。其中ton是调整管VT 的导通时间， toff是调整管VT 的截止时间， T=ton+toff是开关转换周期。显然，在忽略滤波电感L 的直流压降的情况下，

44、输出电压的平均值为IonIoffVDCESIonO)()(qUTtUTtUUUTtU（7.20）式中， q=ton/T 称为脉冲波形的占空比。由式（7.20）可见，对于一定的UI值，通过调节占空比即可调节输出电压UO（ uO的直流分量） 。故称此电路为脉宽调制（PWM ）式开关稳压电路。图 7-22 开关式稳压电路的电压、电流波形图 7-23 UI、UO变化时各电压波形a） uT, uA,uB波形 b ） uE波形 a） UI一定， UoUs et ,UFUREF, uA0 时c） iL波形 d） 电压 uO的波形 b） UI增加， UoUset ,UF UREF, uA 0 时在闭环情况下，

45、电路能自动地调整输出电压。设在某一正常工作状态时，输出电压为某一预定值Uset，反馈电压UF=FuUset=UREF，比较放大器输出电压uA为零，比较器AC输出脉冲电压 uB的占空比q=50%，uT, uB, uE的波形如图7-23a 所示。当输入电压UI增加致使输出电压UO增加时， UFUREF，比较放大器输出电压uA为负值， uA与固定频率三角波电压uT相比较，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - 154 得到

46、 uB的波形， 其占空比q 50%，使输出电压下降到预定的稳压值Uset，此时， uA, uT, uB, uE的波形如图7-23b 所示。同理， UI下降时， UO也下降， UF UREF，uA为正值， UB的占空比q50%，输出电压UO上升到预定值。总之，当UI或负载 RL变化使UO变化时，可自动调整脉冲波形的占空比使输出电压维持恒定。为了提高开关稳压电源的效率，开关调整管应选取饱和压降UCES及穿透电流ICEO均较小的功率三极管， 而且为减小管耗， 通常要求开关转换时间ts0.01T， 开关调整管一般选用fT10fk（fk=1/T，称为开关频率）的高频功率三极管；续流二极管的选择也要考虑导

47、通、截止和转换三部分的损耗，所以选用正向压降小，反向电流小及存储时间短的开关二极管，一般选用肖特基二极管。输出端的滤波电容使用高频电解电容。开关稳压电源的控制电路一般使用电压-脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器）。目前产品种类很多，典型产品有CW3420/CW3520 ，CW296 和 X63 等。开关频率 fk对开关式稳压器的性能影响也很大。fk越高，需要使用的L, C 值越小。 这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本将随之降低。另一方面，开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增加，使开关调整管的功耗增加，而效率将降低。目前，随着开关三极管、电容、电感材料性能及工艺的改进，fk可提高到50

48、0kHz 以上（一般开关调整管的fk为15kHz500kHz ） 。实际的开关型稳压电源电路通常还有过流、过压等保护电路，并备有辅助电源为控制电路提供低压等。开关型稳压电路效率高、功能强、体积小、重量轻，因调整管功耗小，故散热器也可随之减小。但是开关型稳压电路也存在一些缺点，为了使调整管工作在开关状态，需要增加控制电路，还需要经过LC 滤波，因此电路比较复杂，调试比较麻烦。另外，输出电压中纹波和噪声成分较大。知识小结在电子系统中，经常需要将交流电网电压转换为稳定的直流电压，为此，要通过整流、滤波和稳压等环节来实现。整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电转变为脉动的直流电。常见的小功率整流电路

49、有单相半波整流、全波整流、和桥式整流。桥式整流由于优点突出，在实际中得到广泛应用。滤波是利用电容两端电压不能突变或电感中电流不能突变的特性来实现的。在直流输出电流较小且负载变化不大的场合，宜采用电容输入式；而负载电流大的大功率场合，宜采用电感输入式。如果将电容滤波和电阻滤波二者结合起来接成复合型电路可以获得较好的滤波效果。还可以接成多级LC型滤波电路。为保证输出电压不受电网电压、负载和温度的变化而产生波动，可再接入稳压电路，在小功率系统中，多采用串联反馈式稳压电路，而中大功率稳压电源一般采用开关型稳压电路。串联反馈式稳压电路的调整管工作在线性放大区，利用控制调整管的管压降来调整输出电压，它是一

50、个带负反馈的闭环有差调整系统。具有输出电流大、带负载能力强等特点，由于串联型稳压电路的调整管始终工作在线性区，功耗较大，因而电路的效率较低。集成稳压电路具有体积小，重量轻，性能稳定可靠等优点。其中三端稳压器最常用，三端稳压器包括输出固定式（78 系列和 79 系列）和输出可调式（LM317 和 LM337 ） 。开关型稳压电路的调整管工作在开关状态，利用控制调整管导通与截止时间的比例来稳定输出电压，它也是反馈控制系统，只不过这种反馈是非线性的。它的控制方式有脉宽调制型（PWM ） 、脉频调制型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -