第9章直流稳压电源.ppt

1、第第9 9章章 直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源组成：直流稳压电源组成：220220v v50HZ50HZ交流交流电电电电源源变变压压器器整整流流电电路路滤滤 波波稳稳 压压9.1 9.1 整流电路整流电路1 1 半波整流电路半波整流电路2 2 全波整流电路全波整流电路3 3 单相桥式整流电路单相桥式整流电路1 1 单相半波整流电路单相半波整流电路1 1 工作原理：工作原理：v v2 2的正半周，的正半周，D D导通，导通，v vo o等于等于v v2 2v v2 2的负半周，的负半周，D D截止，截止，v vo o等于等于0 0v2tvot流过负载和二极管的流过负载和二极管的平均电流平均

2、电流为为二极管所承受的二极管所承受的最大反向电压最大反向电压2 2 输出电压和电流的平均值输出电压和电流的平均值设：平均输出电压为：平均输出电压为：vot 单相全波整流电路如单相全波整流电路如图图15.05(15.05(a)a)所示，波形所示，波形图如图图如图15.05(15.05(b)b)所示。所示。2 单相全波整流电路2024/3/21流过负载的流过负载的平均电流平均电流为为3 3 选管：选管：二极管所承受的二极管所承受的最大反向电压最大反向电压2 2 输出平均电压输出平均电压 二极管正向平均电流：二极管正向平均电流：1 1 工作原理：工作原理：v2 的正半周的正半周,D,D1 1导通，导

3、通，D D2 2截止截止vo=v2 v2 的负半周的负半周,D,D1 1截止，截止，D D2 2导通，导通，vo=-v24 4 优缺点：优缺点：提高了输出电流、电压的平均值提高了输出电流、电压的平均值用了有中心抽头的变压器，结构复杂。用了有中心抽头的变压器，结构复杂。对二极管的耐压要求提高了。对二极管的耐压要求提高了。3 3 单相桥式整流电路单相桥式整流电路(1)(1)工作原理工作原理v2 的的正正半半周周，D D1 1、D D3 3导导通通，D D2 2、D D4 4截止，截止，vo=v2 v2 的负半周，的负半周，D1 1、D3 3截止，截止，D2 2、D4 4导通，导通，vo=-v2动画

4、动画1动画动画2在分析整流电路工作原理时，整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路 中中的的二二极极管管是是作作为为开开关关运运用用，具具有有单单向向导导电性。电性。根据图根据图15.02(15.02(a)a)的电路图可知：的电路图可知：当正半周时二极管当正半周时二极管D D1 1、D D3 3导通，在导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。负载电阻上得到正弦波的正半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见右图电路的波形图见右图。当负半周时二极管当负半周时二极管D

5、D2 2、D D4 4导通，在导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。负载电阻上得到正弦波的负半周。根据图根据图15.0215.02（b b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为（2 2）输出电压、电流的平均值）输出电压、电流的平均值 流过负载的流过负载的平均电流平均电流为为流过二极管的流过二极管的平均电流平均电流为为二极管所承受的二极管所承受的最大反向电压最大反向电压（3 3）选管）选管注注意意，整整流流电电路路中中的的二二极极管管是是作作为为开开关关运运用用的的。整整流流电电路

6、路既既有有交交流流量量，又又有有直直流流量，通常对量，通常对:输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值；输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值；整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值；整流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。9.2 滤波电路1 1 电容滤波电路电容滤波电路2 2 电感滤波电路电感滤波电路15.2.1 15.2.1 电容滤波电路电容滤波电路 (1)(1)滤波的基本概念滤波的基本概念 滤滤波波电电路路利利用用电电抗抗性性元元件件对对交交、直直流流阻阻抗抗的的不不同同，实实现现滤滤波波。电电容容器器C对对直直流流开开路路，对对交交流流阻阻抗抗

7、小小，所所以以C应应该该并并联联在在负负载载两两端端。电电感感器器L对对直直流流阻阻抗抗小小，对对交交流流阻阻抗抗大大，因因此此L 应应与与负负载载串串联联。经经过过滤滤波波电电路路后后，既既可可保保留留直直流流分分量量、又又可可滤滤掉掉一一部部分分交交流流分分量量，改改变变了了交交直直流流成成分分的的比比例例，减减小小了了电电路路的的脉脉动动系系数，改善了直流电压的质量。数，改善了直流电压的质量。(2)(2)半波整流半波整流+电容滤波电容滤波 工作原理工作原理V2从从0 0开始增大时，二极管导通，对电容充电，充电时间为开始增大时，二极管导通，对电容充电，充电时间为V2从从V2M开始减小时，二

8、极管截止，电容放电，放电时间为开始减小时，二极管截止，电容放电，放电时间为充电快充电快放电慢放电慢 输出电压的平均值输出电压的平均值VO平均输出电压平均输出电压VO的值取决于放电时间的值取决于放电时间的长短的长短负载开路时负载开路时电容电容C C开路时开路时其中，其中，T为交流源的周期为交流源的周期 整流二极管和滤波电容的选取整流二极管和滤波电容的选取滤波电容的耐压值大于滤波电容的耐压值大于滤波电容滤波电容（3 3）全波整流）全波整流+电容滤波电路电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图电容滤波电路如图15.0615.06所

9、示，在负载电阻上并所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容联了一个滤波电容C。图15.06电容滤波电路 动画动画1当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。(3)(3)滤波原理滤波原理若若电电路路处处于于正正半半周周，二二极极管管D D1 1、D D3 3导导通通，变变压压器器次次端端电电压压v v2 2给给电电容容器器C C充充电电。此此时时C C相相当当于于并并联联在在v v2 2上上，所所以以输出波形同输出波形同v v2 2 ，是正弦形。是正弦形。图15.07电容滤波波形图所以，在所以，在t t1 1到到t t2 2时刻

10、，二极管导时刻，二极管导电，电，充电，充电，v vC C=v vL L按正弦规律按正弦规律变化；变化；t t2 2到到t t3 3时刻二极管关断，时刻二极管关断，v vC C=v vL L按指数曲线下降，放电时按指数曲线下降，放电时间常数为间常数为R RL LC C。电容滤波过程见电容滤波过程见图图15.0715.07。在刚过在刚过9090时时，正弦曲线下降的，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过速率很慢。所以刚过9090时二极管仍然时二极管仍然导通。导通。在超过在超过9090后的某个点后的某个点，正弦曲线，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速

11、率时，二极管关断。起始放电速率时，二极管关断。动画动画2当放电时间常数当放电时间常数RLC增加时，增加时，t1点点要右移，要右移，t2点要左移，二极管点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，关断时间加长，导通角减小，见曲线见曲线3 3；反之，；反之，RLC减少时，减少时，导通角增加。显然，当导通角增加。显然，当L很小，很小，即即IL很大时，电容滤波的效果很大时，电容滤波的效果不好，见图不好，见图滤波曲线滤波曲线中的中的2 2。反之，当反之，当L很大，即很大，即IL很小很小时时，尽尽管管C较较小小,RLC仍仍很很大大,电电容容滤滤波波的的效效果果也也很很好好，见见滤滤波波曲曲线线中中的的3 3

12、。所所以以电电容容滤滤波波适适合合输输出出电电流流较较小小的的场场合。合。问题：问题：有有无无L L即空载，此时即空载，此时VC=VL=？(4)(4)电容滤波的计算电容滤波的计算在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为 VL=VO=1.2V2输出电压的平均值与输出电压的平均值与RLC有关有关RL开路时，开路时，VO=VOmaxC开路时，开路时，VO=VOmin=0.9V2*使用条件：电感滤波见教材158页1 1 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路2 2 线性串联型稳压电源线性串联型稳压电源9.3 9.3 稳压电路稳压电路1 1 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电

13、路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理稳压电阻的计算稳压电阻的计算(1)(1)硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的电路图如硅稳压二极管稳压电路的电路图如图图16.0216.02所示。所示。它它是是利利用用稳稳压压二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性稳稳压压的的，由由于于反反向向特特性性陡陡直直，较较大大的的电电流流变变化化，只只会会引引起起较较小小的电压变化。的电压变化。图图16.02 16.02 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知 输输入入电电压压V VI I的的增增加加

14、，必必然然引引起起V VO O的的增增加加，即即V VZ Z增增加加，从从而而使使I IZ Z增增加加，I IR R增增加加，使使V VR R增增加加，从从而而使使输输出出电电压压V VO O减小。这一稳压过程可概括如下：减小。这一稳压过程可概括如下：这里这里V VO O减小应理解为，由于输入电压减小应理解为，由于输入电压V VI I的增加，在的增加，在稳压二极管的调节下，使稳压二极管的调节下，使V VO O的增加没有那么大而已。的增加没有那么大而已。V VO O还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。VIVOVZIZIRVRVO图图16.02 16.0

15、2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负负载载电电流流I IL L的的增增加加，必必然然引引起起I IR R的的增增加加，即即V VR R增增加加，从从而而使使V VZ Z=V VO O减减小小，I IZ Z减减小小。I IZ Z的的减减小小必必然然使使I IR R减减小小，V VR R减减小小，从从而而使使输输出出电电压压V VO O增增加加。这这一一稳稳压压过过程程可可概概括括如下：如下：ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO2 线性串联型稳压电源线性串联型稳压电源稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连稳压二极管的缺点是

16、工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。效率低。(1)(1)线性串联型稳压电路的工作原理线性串联型稳压电路的工作原理(2)(2)稳压电路的保护环节稳压电路的保护环节(3)(3)三端集成稳压器三端集成稳压器(1)线性串联

17、型稳压电路的工作原理线性串联型稳压电路的工作原理 线性串联型稳压电源的构成线性串联型稳压电源的构成线性串联稳压电源的工作原理可用图线性串联稳压电源的工作原理可用图16.0316.03来说明。来说明。显显然然，V VO O =V VI I-V VR R，当当V VI I增增加加时时，R R 受受控控制制而而增增加加，使使V VR R增增加加，从从而而在在一一定定程程度度上上抵抵消消了了V VI I增增加加对对输输出出电电压压的的影影响响。若若负负载载电电流流I IL L增增加加，R R受受控控制制而而减减小小，使使V VR R减减小小，从从而而在在一一定定程程度度上上抵抵消消了了因因I IL L

18、增增加加，使使V VI I减减小小，对对输输出出电压减小的影响。电压减小的影响。图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图 图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图设设R R2 2的下半部分为的下半部分为R R2 2”稳压原理稳压原理可可变变电电阻阻R R是是用用一一个个三三极极管管来来替替代代的的，控控制制基基极极电电位位，从从而而就就控控制制了了三三极极管管的的管管压压降降V VCECE，V VCECE相相当当于于V VR R。典典型型电电路路由由调调整整管管、放大环节、比较环节、基准电压源放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。几个部

19、分组成。在在实实际际电电路路中中，可可变变电电阻阻R R是是用用一一个个三三极极管管来来替替代代的的，控控制制基基极极电电位位，从从而而就就控控制制了了三三极极管管的的管管压压降降V VCECE，V VCECE相相当当于于V VR R。要要想想输输出出电电压压稳稳定定，必必须须按按电电压压负负反反馈馈电电路路的的模模式式来来构构成成串串联联型型稳稳压压电电路路。典典型型的的串串联联型型稳稳压压电电路路如如图图16.0416.04所所示示。它它由由调调整整管管、放放大大环节、比较环节、基准电压源环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。几个部分组成。动画动画线线性性串串联联型型稳稳压压电源的工作原

20、理电源的工作原理a.a.输入电压变化，输入电压变化，负载电流保持不变负载电流保持不变 输输入入电电压压V VI I的的增增加加，必必然然会会使使输输出出电电压压V VO O有有所所增增加加，输输出出电电压压经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号V Vf f与与基基准准源源电电压压V VZ Z比比较较，获获得得误误差差信信号号V V。误误差差信信号号经经放放大大后后，用用V VO1O1去去控控制制调调整整管管的的管管压压降降V VCECE增增加加，从从而而抵抵消消输输入入电压增加的影响。电压增加的影响。V VI IV VO OV Vf fV VO1O1V VCECEV VO Ob

21、b负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负负载载电电流流I IL L的的增增加加，必必然然会会使使输输入入电电压压V VI I有有所所减减小小，输输出出电电压压V VO O必必然然有有所所下下降降，经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号V Vf f与与基基准准源源电电压压V VREFREF比比较较，获获得得的的误误差差信信号号使使V VO1O1增增加加，从从而而使使调调整整管管的的管管压压降降V VCECE下下降降，从从而而抵抵消消因因I IL L增增加加，使使输入电压减小的影响。输入电压减小的影响。I IL LV VI IV VO OV Vf fV VO

22、1O1V VCECEV VO Oc.c.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算VfVz调节调节R R2 2显然可以改变输出电压。显然可以改变输出电压。(3)(3)三端集成稳压器三端集成稳压器概述概述 将将串串联联稳稳压压电电源源和和保保护护电电路路集集成成在在一一起起就就是是集集成成稳稳压压器器。早早期期的的集集成成稳稳压压器器外外引引线线较较多多，现现在在的的集集成成稳稳压压器器只只有有三三个个：输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端，称称为为三三端端集集成成稳压器。稳压器。它的电路符号见图它的电路符号见图16.0716.07，外形如图，外形如图16.0816.08所示。所示。图图

23、16.07 16.07 集成稳压器符号集成稳压器符号要特别注意，不同型号，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。同的，要查手册确定。图图16.08 16.08 外形图外形图 照片 线性三端集成稳压器的分类线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：三端集成稳压器有如下几种：1 1.三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW78-/CW78M-/CW78L-CW78-/CW78M-/CW78L-2.2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器，国标型号国标型号

24、为为CW79-/CW79M-/CW79L-CW79-/CW79M-/CW79L-3.3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CWCW1 117-/CW17-/CW1 117M-/CW17M-/CW1 117L-17L-CWCW2 217-/CW17-/CW2 217M-/CW17M-/CW2 217L-17L-CWCW3 317-/CW17-/CW3 317M-/CW17M-/CW3 317L-17L-4.4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CWCW1 137-/CW37-/CW1 137M-/CW37M-/CW1 137

25、L-37L-CWCW2 237-/CW37-/CW2 237M-CW37M-CW2 237L-37L-CWCW3 337-/CW37-/CW3 337M-/CW37M-/CW3 337L-37L-5.5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6.6.大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3-为民品级为民品级。军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150；工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150；

26、民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。应用电路应用电路三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器的的典型应用电路如图典型应用电路如图16.0916.09所示。所示。可可调调输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器的的内内部部，在在输输出出端端和和公公共共端端之之间间是是1.251.25 V V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。16.0916.09应用电路应用电路(固定固定)三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的的典型应用电路如图典型应用电路如图16.1016.10所示。所示。图图16.1016.10应用电路应用电路(可调可调)利用三端集成稳压器组成恒流源利用三端集成稳压器组成恒流源 图图16.1116.11稳压器做恒流源稳压器做恒流源图图16.1216.12可调稳压器做恒流源电路可调稳压器做恒流源电路 (a)a)小电流恒流源小电流恒流源 (b)b)大电流恒流源大电流恒流源 三端集成稳压器可三端集成稳压器可 做做恒流源恒流源使用使用,电路见电路见 图图16.1116.11和和16.1216.12。