第九章直流稳压电源课件.ppt

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1、第九章 直流稳压电源9.1 单相半波整流电路单相半波整流电路9.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路9.3 滤波电路滤波电路9.4 稳压电路稳压电路图9.1 直流稳压电源组成方框图1 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 图3.2是单相半波整流电路，它由整流变压器T、整流二极管V及负载RL组成。单相半波整流电路及电压、电流的波形如图3.3所示,即 9.1 单相半波整流电路单相半波整流电路图9.2 单相半波整流电路图9.3单相半波整流电路电压与 电流的波形2 整流电路的主要技术指标整流电路的主要技术指标 1.输出电压平均值输出电压平均值 在图7.5所示波形电路中，负载上得到的整流电压是单方向的，

2、但其大小是变化的，是一个单向脉动的电压，由此可求出其平均电压值为 2.流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流iv由于流过负载的电流就等于流过二极管的电流，所以 3.二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压URM 在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器次级电压u2的最大值，即 9.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路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 在在图图9.49.4（a a）所所示示电电路路中中，当当变变压压器器次次级级电电压压u u2 2为为上上正正下下负负时时，二二极极管管V V1 1和和V V3 3导导通通，V V2 2

3、和和V V4 4截截止止，电电流流i i1 1的的通通路路为为aaV V1 1R RL LV V3 3bb，这这时时负负载载电电阻阻R RL L上上得得到到一一个个正正弦弦半半波波电电压压如如图图3.53.5中中（00）段段所所示示。当当变变压压器器次次级级电电压压u u2 2为为上上负负下下正正时时，二二 极极 管管 V V1 1和和 V V3 3反反 向向 截截 止止，V V2 2和和 V V4 4导导 通通，电电 流流 i i2 2的的 通通 路路 为为bbV V2 2R RL LV V4 4aa，同同样样，在在负负载载电电阻阻上上得得到到一一个个正正弦弦半半波波电电压，如图压，如图9.

4、59.5中（中（22）段所示。）段所示。图9.4 单相桥式整流电路组成图9.4 单相桥式整流电路组成图9.4 单相桥式整流电路组成图9.4 单相桥式整流电路组成图9.5 单相桥式整流电路 电压与电流波形2.2.技术指标计算及分析技术指标计算及分析技术指标计算及分析技术指标计算及分析 （1 1）输输出出电电压压平平均均值值U Uo o。由由以以上上分分析析可可知知，桥桥式式整整流流电电路路的的整整流流电电压压平平均均值值U Uo o比比半半波波整整流流时时增增加加一一倍倍，即即 （2）直流电流Io。桥式整流电路通过负载电阻的直 流电流也增加一倍，即（3）二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联

5、轮换导通半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即（4）二极管承受的最高反向电压URM。由图9.4（a）可以看出，当V1和V3导通时，如果忽略二极管正向压降，此时，V2和V4的阴极接近于a点，阳极接近于b点，二极管由于承受反压而截止，其最高反压为u2的峰值，即9.3 滤波电路zz整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整流后再加入滤波电路

6、。常用的滤波电路有电容滤波、流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。电感滤波和复式滤波等。1.1.电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路 图图9.69.6所所示示为为一一单单相相半半波波整整流流电电容容滤滤波波电电路路，由由于于电电容容两两端端电电压压不不能能突突变变，因因而而负负载载两两端端的的电电压压也也不不会会突突变变，使使输输出出电电压压得得以以平平滑滑，达达到到滤滤波波目目的的。;滤滤波波过过程及波形如图程及波形如图9.79.7所示。所示。图9.6 单相半波整流电容滤波电路图9.7 电容滤波原理及输出波形zz在在u u2 2的正半周时，二极管的正

7、半周时，二极管V V导通，忽略二极管正向导通，忽略二极管正向压降，则压降，则u uo o=u u2 2，这个电压一方面给电容充电，一，这个电压一方面给电容充电，一方面产生负载电流方面产生负载电流I Io o，电容，电容C C上的电压与上的电压与u u2 2同步增同步增长，当长，当u u2 2达到峰值后，开始下降，达到峰值后，开始下降，U UC Cu u2 2，二极，二极管截止，如图管截止，如图9.79.7中的中的A A点。之后，电容点。之后，电容C C以指数规以指数规律经律经R RL L放电，放电，U UC C下降。当放电到下降。当放电到B B点时，点时，u u2 2经负半经负半周后又开始上升

8、，当周后又开始上升，当u u2 2U UC C时，电容再次被充电时，电容再次被充电到峰值。到峰值。U UC C降到降到C C点以后，电容点以后，电容C C再次经再次经R RL L放电，放电，通过这种周期性充放电，以达到滤波效果。通过这种周期性充放电，以达到滤波效果。由由于于电电容容的的不不断断充充放放电电，使使得得输输出出电电压压的的脉脉动动性性减减小小，而而且且输输出出电电压压的的平平均均值值有有所所提提高高。输输出出电电压压平平均均值值U Uo o的的大大小小，显显然然与与R RL L、C C的的大大小小有有关关，R RL L愈愈大大，C C愈愈大大，电电容容放放电电愈愈慢慢，U Uo o

9、愈愈高高。在在极极限限情情况况下下，当当R RL L=时时，U Uo o=U UC C=U U2 2，不不再再放放电电。当当R RL L很很小小时时，C C放放电电很很快快，甚甚至至与与u u2 2同同步步下下降降，则则U Uo o=0.9=0.9U U2 2，R RL L、C C对对输输出出电电压压的的影影响响如如图图3.73.7中中虚虚线线所所示示。可可见见电电容容滤滤波波电电路路适适用用于于负负载载较较小小的的场场合合。当当满满足足R RL LC C（3535）T/2T/2时时，则则输输出出电电压压的的平平均均值为值为 其中T为交流电源电压的周期。2.2.电感滤波及复式滤波电路电感滤波及

10、复式滤波电路电感滤波及复式滤波电路电感滤波及复式滤波电路 （1 1）电电感感滤滤波波电电路路。由由于于通通过过电电感感的的电电流流不不能能突突变变，用用一一个个大大电电感感与与负负载载串串联联,流流过过负负载载的的电电流流也也就就不不能能突突变变，电电流流平平滑滑，输输出出电电压压的的波波形形也也就就平平稳稳了了。其其实实质质是是因因为为电电感感对对交交流流呈呈现现很很大大的的阻阻抗抗，频频率率愈愈高高，感感抗抗越越大大，则则交交流流成成分分绝绝大大部部分分降降到到了了电电感感上上,若若忽忽略略导导线线电电阻阻，电电感感对对直直流流没没有有压压降降，即即直直流流均均落落在在负负载载上上，达达到

11、到了了滤滤波波目目的的。电电感感滤滤波波电电路路如如图图9.89.8所所示示。在在这这种种电电路路中中，输输出出电电压压的的交交流流成成分分是是整整流流电电路路输输出出电电压压的的交交流流成成分分经经X XL L和和R RL L分分压压的的结结果果，只有只有 L LR RL L时，滤波效果才好。时，滤波效果才好。图9.8 带电感滤波器的桥式整流电路图（2）输出电压平均值Uo。一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则Uo0.9U2。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使L值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值Uo较低。（3）复式滤波电路。为了进

12、一步减小输出电压的脉动程度，可以用电容和铁芯电感组成各种形式的复式滤波电路。电感型LC滤波电路如图9.9所示。整流输出电压中的交流成分绝大部分降落在电感上，电容C又对交流接近于短路，故输出电压中交流成分很少，几乎是一个平滑图 9.9 桥式整流电感型LC滤波电路的直流电压。由于整流后先经电感L滤波，总特性与电感滤波电路相近，故称为电感型LC滤波电路，若将电容C平移到电感L之前，则为电容型LC滤波电路。（4）型滤波电路。图9.10所示为LC型滤波电路。整流输出电压先经电容C1，滤除了交流成分后，再经电感L上滤波电容C2上的交流成分极少，因此输出电路几乎是平直的直流电压。但由于铁芯电感体积大、笨重、

13、成本高、使用不便。因此，在负载电流不太大而要求输出脉动很小的场合，可将铁芯电感换成电阻，即RC型滤波电路。电阻R对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降，但只要RL1/(C2)，电容C1滤波后的输出电压绝大多数降在电阻RL上。RL愈大，C2愈大，滤波效果愈好。图9.10 型滤波电路（a）LC型滤波电路;（b）RC型滤波电路 图9.10 型滤波电路（a）LC型滤波电路;（b）RC型滤波电路9.4 稳压电路通通过过整整流流滤滤波波电电路路所所获获得得的的直直流流电电源源电电压压是是比比较较稳稳定定的的，当当电电网网电电压压波波动动或或负负载载电电流流变变化化时时，输输出出电电压压会会随随之之

14、改改变变。电电子子设设备备一一般般都都需需要要稳稳定定的的电电源源电电压压。如如果果电电源源电电压压不不稳稳定定，将将会会引引起起直直流流放放大大器器的的零零点点漂漂移移，交交流流噪噪声声增增大大，测测量量仪仪表表的的测测量量精精度度降降低低等等。因因此此必必须须进进行行稳稳压压，目目前前中中小小功功率率设设备备中中广广泛泛采采用用的的稳稳压压电电源源有有并并联联型型稳稳压压电电路路、串串联联型型稳稳压压电电路路、集集成成稳稳压压电电路路及开关型稳压电路。及开关型稳压电路。1 1 硅稳压管组成的并联型稳压电路硅稳压管组成的并联型稳压电路硅稳压管组成的并联型稳压电路硅稳压管组成的并联型稳压电路

15、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 硅硅稳稳压压管管组组成成的的并并联联型型稳稳压压电电路路如如图图9.119.11所所示示，经经整整流流滤滤波波后后得得到到的的直直流流电电压压作作为为稳稳压压电电路路的的输输入入电电压压U Ui i，限限流流电电阻阻R R和和稳稳压压管管V V组组成成稳稳压压电电路路，输输出出电电压压U Uo o=U UZ Z。图9.11 稳压管稳压的直流电源电路在在这这种种电电路路中中，不不论论是是电电网网电电压压波波动动还还是是负负载载电电阻阻R RL L的的变变化化，稳稳压压管管稳稳压压电电路路都都能能起起到到稳稳压压作作

16、用用，因因为为U UZ Z基基本本恒恒定定，而而U Uo o=U UZ Z。下下面面从从两两个个方方面面来来分分析析其其稳稳压压原原理理：（1 1）设设R RL L不不变变，电电网网电电压压升升高高使使U Ui i升升高高，导导致致U Uo o升升高高，而而U Uo o=U UZ Z。根根据据稳稳压压管管的的特特性性，当当U UZ Z升升高高一一点点时时，I IZ Z将将会会显显著著增增加加，这这样样必必然然使使电电阻阻R R上上的的压压降降增增大大，吸收了吸收了U Ui i的增加部分，从而保持的增加部分，从而保持U Uo o不变。不变。反之亦然。（2）设电网电压不变，当负载电阻RL阻值增大时

17、，IL减小，限流电阻R上压降UR将会减小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以导致Uo升高，即UZ升高，这样必然使IZ显著增加。由于流过限流电阻R的电流为IR=IZ+IL，这样可以使流过R上的电流基本不变，导致压降UR基本不变，则Uo也就保持不变。反之亦然。在实际使用中,这两个过程是同时存在的，而两种调整也同样存在。因而无论电网电压波动或负载变化，都能起到稳压作用。2.稳压电路参数确定稳压电路参数确定 （1）限流电阻的计算。稳压电路要输出稳定电压，必须保证稳压管正常工作。因此必须根据电网电压和负载电阻RL的变化范围,正确地选择限流电阻R的大小。从两个极限情况考虑，则有 当Ui为最小值，Io达到最大

18、值时，即 Ui=Uimin，Io=Iomax,这时IR=(Uimin-UZ)/R。则IZ=IR-Iomax为最小值。为了让稳压管进入稳压区，此时IZ值应大于IZmin，即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,则 当Ui达最大值，Io达最小值时，Ui=Uimax，Io=Iomin,这时IR=(Uimax-UZ)/R，则IZ=IR-Iomin为最大值。为了保证稳压管安全工作，此时IZ值应小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，则所以限流电阻R的取值范围为在此范围内选一个电阻标准系列中的规格电阻。（2）确立稳压管参数。一般取2 2 串联型晶体管稳压电路

19、串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路 并并联联型型稳稳压压电电路路可可以以使使输输出出电电压压稳稳定定，但但稳稳压压值值不能随意调节，而且输出电流很小，由上式可知，不能随意调节，而且输出电流很小，由上式可知，I Iomaxomax=（1/32/31/32/3）I IZmaxZmax，而而I IZmaxZmax一一般般只只有有2040mA2040mA。为为了了加加大大输输出出电电流流，使使输输出出电电压压可可调调节节，常常用用串串联联型型晶晶体管稳压电路体管稳压电路,如图如图9.129.12所示。所示。图9.12 串联型稳压电路（a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放

20、大器的串联型稳压电路图9.12 串联型稳压电路（a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放大器的串联型稳压电路3.3.单片式三端集成稳压器单片式三端集成稳压器单片式三端集成稳压器单片式三端集成稳压器 单单片片式式三三端端稳稳压压器器有有输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端（接接地地）三三个个接接线线端端子子，所所需需外外接接元元件件少少，使使用用方方便便，工工作作可可靠靠，所所以以应应用用较较多多。按按输输出出电电压压是是否可调，三端集成稳压器可分为固定式和可调式两种。否可调，三端集成稳压器可分为固定式和可调式两种。1.1.固定输出的三端稳压器固定输出的三端稳压器固定输出的三端稳压器固定

21、输出的三端稳压器 1 1）正电压输出稳压器正电压输出稳压器 常常用用的的三三端端固固定定正正电电压压稳稳压压器器有有78007800系系列列，型型号号中中的的0000两两位位数数表表示示输输出出电电压压的的稳稳定定值值，分分别别为为5 5、6 6、9 9、1212、1515、1818、24 24 V V。例例如如,78127812的的输出电压为输出电压为 12 V 12 V，7805 7805输出电压是输出电压是5 V5 V。按按输输出出电电流流大大小小不不同同，又又分分为为:CW7800CW7800系系列列，最最大大输输出出电电流流11.5 11.5 A A；CW78M00CW78M00系系

22、列列，最最大大输输出出电电流流0.5 0.5 A;A;CW78L00CW78L00系系列，列，最大输出电流最大输出电流100 mA100 mA左右。左右。78007800系系列列三三端端稳稳压压器器的的外外部部引引脚脚如如图图9.13(a)9.13(a)所所示示，1 1脚脚为为输输入端，入端，2 2脚为输出端，脚为输出端，3 3脚为公共端脚为公共端 2 2）负电压输出稳压器负电压输出稳压器 常常用用的的三三端端固固定定负负电电压压稳稳压压器器有有79007900系系列列，型型号号中中的的0000两两位位数数表表示示输输出出电电压压的的稳稳定定值值，和和78007800系系列列相相对对应应，分分

23、别别为为-5-5、-6-6、-9-9、-12-12、-15-15、-18-18、-24 V-24 V。图9.13 三端固定式集成稳压器外形及管脚排列按按输输出出电电流流不不同同，和和78007800系系列列一一样样，也也分分为为CW7900CW7900系系列列、CW79M00CW79M00系系列列和和CW79L00CW79L00系系列列。管管脚脚图图如如图图9.139.13（b b）所所示示，1 1脚脚为为公公共共端端，2 2脚脚为为输输出出端端，3 3脚为输入端。脚为输入端。2.2.三端可调输出稳压器三端可调输出稳压器三端可调输出稳压器三端可调输出稳压器 前前面面介介绍绍了了7878、797

24、9系系列列集集成成稳稳压压电电路路，这这些些都都是是固固定定输输出出的的稳稳压压电电源源。这这些些在在实实用用中中不不太太方方便便。实实际际应应用用中中还还有有可可调调的的CW117CW117、CW217CW217、CW317CW317、CW337CW337和和CW337LCW337L系系列列。图图9.14(a)9.14(a)所所示示为为正正可可调调输输出出稳稳压压器器，图图9.14(b)9.14(b)为负可调输出稳压器。为负可调输出稳压器。三端可调集成稳压器的输出电压为三端可调集成稳压器的输出电压为1.25 V37V1.25 V37V，输出电流可达，输出电流可达1.5 A1.5 A。图9.1

25、4 CW317和CW337外形图使使用用这这种种稳稳压压器器非非常常方方便便，只只要要在在输输出出端端接接两两个个电电阻阻，就就可可得得到到所所要要求求输输出出电电压压值值，它它的的应应用用电电路路如如图图9.159.15所所示示，是是可可调调输输出出稳稳压压源标准电路。源标准电路。在在图图9.15 9.15 标标准准电电路路中中，因因CW117/217/317CW117/217/317的的基基准准电电压压为为1.25 1.25 V V，这这个个电电压压在在输输出出端端3 3和和调调整整端端1 1之之间间，输输出出电电压压只只能能从从1.25 1.25 V V上上调调。输出电压表达式为输出电压

26、表达式为 U UO O=1.25(1+=1.25(1+上上式式中中的的第第二二项项，即即50105010-6-6表表示示从从CW117/217/317CW117/217/317调调整整端端流流出出的的经经过过电电阻阻R R2 2的的电电流流为为50A50A。它它的的变变化化很很小小，所所以以在在R R2 2阻阻值值很很小小时，可忽略第二项，即为时，可忽略第二项，即为三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用 1 1）基本应用基本应用 图图9.169.16是三端固定输出集成稳压器的基本应用电路。图中输入端电是三端固定输出集成稳压器的基本应用电路。图中输入端电

27、容容C Ci i用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时也可不用。输出端不长时也可不用。输出端C CO O用以改善负载的瞬态响应，减少高频噪声。用以改善负载的瞬态响应，减少高频噪声。2 2）正负电压同时输出的稳压电路正负电压同时输出的稳压电路 图图9.169.16是正负同时输出的稳压电路。当需要正负两组电源输出时，是正负同时输出的稳压电路。当需要正负两组电源输出时，可以采用可以采用78007800系列正压单片稳压器和系列正压单片稳压器和79007900系列负压单片稳压器各一块，系列负压单片稳压器各一块，按图按图3.173.17接线，构成正负两组电源。接线，构成正负两组电源。图9.16 某型号电视机电源电路图图9.17 正负对称的稳压电路