电子技术直流稳压电源

1、电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 第第13讲讲 直流稳压电源直流稳压电源 一、直流稳压电源的组成和功能一、直流稳压电源的组成和功能 二、单相整流电路二、单相整流电路(17.2.1)(17.2.1) 三、滤波电路三、滤波电路 四、稳压电路四、稳压电路(12.8.2)(12.8.2) 五、集成稳压电源五、集成稳压电源(12.8.2)(12.8.2) 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 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变为合适的交流变为合适的交流 电压电压u2。 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

2、电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流变为平滑的直流 电压电压u4。 稳稳压电路压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持保持 输出电压输出电压uo的稳定。的稳定。 一、直流稳压电源的组成和功能一、直流稳压电源的组成和功能 整整 流流 电电 路路 滤滤 波波 电电 路路 稳稳 压压 电电 路路 整整 流流 电电 路路 滤滤 波波 电电 路路 稳稳 压压 电电 路路 u1 u2u3u4 uo 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 单相单相 三相三相 二极管二极管 可控硅可控硅 桥式桥式 倍压整流倍压整流 半波半波 全波全波 本课主要介绍：本课

3、主要介绍： 单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流 把交流电压转变为直流脉动的电压。把交流电压转变为直流脉动的电压。 整流电路分类：整流电路分类： 整流电路的任务：整流电路的任务： 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 二、单相整流电路二、单相整流电路 1.单相半波整流电路单相半波整流电路 二极管导通，忽略二二极管导通，忽略二 极管正向压降，极管正向压降， uo=u2 u1 u2 a T b D RLuo 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

4、向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 二极管截止二极管截止, uo=0 + io + u2 0 时时: u20 时时 D1,D4导通导通 D2,D3截止截止 电流通路电流通路: a D1 RLD4b u20 时时 D2,D3导通导通 D1,D4截止截止 电流通路电流通路: b D2 RLD4a 单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 u2 D3 D2 D1 D4 RL uo a b 整流输出电压平均值：整流输出电压平均值： Uo2 负载电流平均值负载电流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二极管平均电流：二极管平均电流：ID=I

5、o/2 二极管最大反向电压：二极管最大反向电压： DRM 2 2 UU= u2 t t uD2,uD3uD1,uD4 t uo 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 集成硅整流桥：集成硅整流桥： u2 uo + +- + 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 4. 整流电路的主要参数整流电路的主要参数 负载电压负载电压 Uo的平均值为的平均值为: ( ) = oo tdu U 2 0 2 1 负载上的负载上的(平均平均)电流电流: L o R U I o = (1)整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值 uo 2 0 t 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 S定义：整流输出电压

6、的基波峰值定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值平均值 之比。之比。S越小越好。越小越好。 2. 脉动系数脉动系数 670 3 2 22 3 24 2 2 1 . U U U U S o Mo = 用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得: )6cos 35 4 4cos 15 4 2cos 3 42 (2 2 tttUuo = uo 2 0 t 基波基波 基波峰值基波峰值 输出电压平均值输出电压平均值 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管是选择整流管 的主要依

7、据。的主要依据。 oD II 2 1 = 2 2UU RM = 例如：例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周在桥式整流电路中，每个二极管只有半周 导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压： (3)二极管平均电流与反向峰值电压二极管平均电流与反向峰值电压 （选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2ID) （选购时：最大反向电压（选购时：最大反向电压 2URM) 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 三、滤波电路三、

8、滤波电路 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 RL L RLC 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 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。其电路如图所示。 (1)电容滤波原理电容滤波原理 a 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳

9、压电源 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) u2 t uo t 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 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C uc 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 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) u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 无滤波电容无滤波电容 时的波形时的波形 加入滤波电容加入滤波电容 时的波形时的波形

10、 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 uo t u2上升，上升， u2大于电容大于电容 上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电， uo= uc u2 u2下降，下降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。 电容电容C通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数 规律下降，时间常数规律下降，时间常数 = RL C 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 u2 t uo t 只有整流电路输只有整流电路输 出电压大于出电压大于uc时，时， 才有充电电流。才有充电电流。 因此二极管中的因此二极管中的 电流是脉冲波。电流是脉冲波。

11、 二极管中的二极管中的 电流电流 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 u2 t uo t 电容充电时，电容充电时， 电容电压滞后电容电压滞后 于于u2。 RLC越小，输越小，输 出电压越低。出电压越低。 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 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) 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 一般取一般取)105(TCR L =(T:电源电压的周期电源电压的周期) 近似估算近似估算: UoU2 Io= Uo/RL (b) 流

12、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 (2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 (a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 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 (c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压 2 2UU RM = 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 2. 电感滤波电路电感滤波电路 电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电

13、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。 u2u1 RL L uo 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 电感滤波原理电感滤波原理 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，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。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： u2u1 RL L uo 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 电子技术直流

14、稳压电源电子技术直流稳压电源 3. RC 型型滤波器滤波器 改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波 uo R u2u1 C1C2 uo1 RL RC 型型滤波器滤波器 将将RC 型型滤波器中的电阻换为电感，滤波器中的电阻换为电感， 变为变为LC 型型滤波器滤波器 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 四、稳压电路四、稳压电路 稳压电路的作用稳压电路的作用: : 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 有波纹的有波纹的 直流电压直流电压 稳压稳压 直流直流 电压电压 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 稳压电源类型稳压电源类型: 以下

15、主要讨以下主要讨 论线性稳压论线性稳压 电路。电路。 稳压管稳压管 稳压电路稳压电路 开关型开关型 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) ) 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。 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 1. 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标 (1)稳压系数稳压系数 S（越小

16、越好）（越小越好） 稳压系数稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影反映电网电压波动时对稳压电路的影 响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化 量与输入电压的相对变化量之比。量与输入电压的相对变化量之比。 I I o o U U U U S = (2)输出电阻输出电阻Ro （越小越好）（越小越好） 输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。 定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出 电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等

17、效 电路的内阻。电路的内阻。 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 2. 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 (1)电路结构的一般形式电路结构的一般形式 串联式稳压电路的组成：串联式稳压电路的组成： （1）基准电压；）基准电压； （2）比较放大；）比较放大； （3）输出电压取样电路；（）输出电压取样电路；（4）调整元件）调整元件 UO T + _ UI 比较放大比较放大 基基 准电压准电压 Uo取样 取样 UR FUO RL 调整元件调整元件 + + 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 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

18、之为：为深度串联电压负反馈，故称之为： 串联反馈式稳压电路。串联反馈式稳压电路。 若因输入电压变化或负载变化而使若因输入电压变化或负载变化而使UO 加大加大,比较放大电路使比较放大电路使UB1变小变小,从而使从而使 UO降低降低. UO T1 + _ UI 比较放大比较放大 基基 准电压准电压 Uo取样 取样 UR FUO RL 调整元件调整元件 + + UB1 +UI Uo RL R3 比较放大比较放大 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 T1调整管调整管 R3 、 T2比较放大比较放大 R1 、 RW 、R2采样电阻采样电阻 R 、 UZ基准电压基准电压 (2)一种实际的串联式稳压电

19、源一种实际的串联式稳压电源 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 稳压原理稳压原理 UoUB2UBE2=（UB2-UZ） UC2 （UB1 ）Uo 当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 UC2 （UB1 ） 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 (3) 输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围 因为：因为： O U 2BEZ UU+ 22W

20、 RR+ 21W RRR+ = () 2 22 21 BEZ W W O UU RR RRR U+ + + =所以：所以： 22 21 Z W W U RR RRR + + = 忽略忽略UBE2 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW ，求输出电，求输出电 压的调节范围。压的调节范围。 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 2 21 Z W W Omin U RR RRR U + + = 4=6V 4.74.7 + = 4.7 4.7+ 4.7 2 21 Z W Omax U R RRR U + = 4=12V 4.74.7 + = 4.7 4.7 电子技术直流稳压电源电子技术直流稳压电源 (4) 实际的稳压电源采取的改进措施实际的稳压电源采取的改进措施 1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放比较放大级采用差动放大器或集成运放 2.2.调整管采用复合三极管调整管采用复合三极管 3. 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) 4. 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