第6章直流稳压电源

1、 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路整流滤波电路整流滤波电路串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路开关式稳压电路开关式稳压电路本章小结本章小结第第 6 6 章章直流稳压电源直流稳压电源集成稳压器集成稳压器几乎所有电子线路都需要有稳定的直流电源提供能量。虽然有些情几乎所有电子线路都需要有稳定的直流电源提供能量。虽然有些情况下可用化学电池作为直流电源，但大多数情况是需要利用电网提况下可用化学电池作为直流电源，但大多数情况是需要利用电网提供的交流电源经过转换而得到直流电源的。直流稳压电源就是把交供的交流电源经过转换而得到直流电源的。直流稳压电源就是把交流电通过整流变成脉动的直流电，再经过滤波稳压变成

2、稳定的直流流电通过整流变成脉动的直流电，再经过滤波稳压变成稳定的直流电的设备。电的设备。它由三部分组成，即整流、滤波和稳压。它由三部分组成，即整流、滤波和稳压。直流稳压电源的直流稳压电源的组成组成如图所示如图所示调压调压整流整流滤波滤波稳压稳压 整流电路整流电路（Generating Current Circuit） 滤波电路滤波电路 ( ( Filtering Circuit ) 稳压电路稳压电路 ( Regulated Circuit( Regulated Circuit )掌握整流滤波电路有关参数及元器件参数的选择掌握整流滤波电路有关参数及元器件参数的选择 主要要求：主要要求：理解整流滤

3、波电路的电路组成及工作原理理解整流滤波电路的电路组成及工作原理6.1 整流滤波电路整流滤波电路6.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路全波整流电路由全波整流电路由变压器变压器、整流二极管整流二极管和和负载负载三部分组成。三部分组成。变压器次级具有中心抽头，次级两绕组电压变压器次级具有中心抽头，次级两绕组电压u u2 2大小相等，大小相等，同名端如图；同名端如图；二极管正向导通反向截止，将交流电变成脉动的直流电，二极管正向导通反向截止，将交流电变成脉动的直流电，称整流二极管；称整流二极管； 整整流流电电路路负载负载RL将电能转将电能转换成其他能量。换成其他能量。1 工作原理工作原理正半周正半

4、周 （a a正正，b b负负）VD导通，导通，电流流向自上而下。电流流向自上而下。负半周负半周 （a a负负，b b正正）VD截止，截止，负载上无电流。负载上无电流。u2加在加在VD两两端。端。故一个周期内，故一个周期内，RL上产生单方上产生单方向的脉动电压向的脉动电压uo。22MDRM2UUU2 单相半波整流电路的指标单相半波整流电路的指标1）负载上输出电压）负载上输出电压Uo2220O54 . 021)( dsin221UUttUUU2为为u2的有效值的有效值2）流过负载的平均电流）流过负载的平均电流IoL2LOO54 . 0RURUI3）流过整流二极管的平均电流）流过整流二极管的平均电流

5、IdL2OD45. 021RUII4）整流二极管所承受的最大反向电压）整流二极管所承受的最大反向电压UDRMU2M为电压为电压u2的峰值的峰值6.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路当当u2正正半周时，半周时，a正正，b负负当当u2负负半周时，半周时，a负负，b正正 a bRL电流流向电流流向 ceRL电流流向电流流向 ceec桥式整流电路图桥式整流电路图简化逻辑图简化逻辑图1 工作原理工作原理当当u2正半周正半周时，时，RL上上产生电压产生电压uo，波形如，波形如图图(b)中中u2为上半周的为上半周的波形。波形。半周内，半周内，D2，D4截止。截止。当当u2负半周负半周时，时，RL上上产

6、生电压产生电压uo，波形如，波形如图图(b)中中u2为负半周的为负半周的波形。波形。半周内，半周内，D1，D3截止。截止。整流管所承受的整流管所承受的反向电反向电压波形压波形如如（d d）所示。所示。流过负载流过负载RL及二极管的及二极管的电流波形电流波形如如（c）所示。所示。（管子最大允许平均电流应是管子最大允许平均电流应是I ID D的的2424倍倍，最大反向工作电压应，最大反向工作电压应是是U UDRMDRM的的2323倍倍。） 22MDRM2UUU2 单相桥式整流电路的指标单相桥式整流电路的指标1）负载上输出电压）负载上输出电压Uo2220O9 . 022)( dsin21UUttUU

7、U2为为u2的有效值的有效值2）流过负载的平均电流）流过负载的平均电流IoL2LOO9 . 0RURUI3）流过整流二极管的平均电流）流过整流二极管的平均电流IdL2OD45. 021RUII4）整流二极管所承受的最大反向电压）整流二极管所承受的最大反向电压UDRMU2M为电压为电压u2的峰值的峰值 注注意意选管的依据选管的依据 例例6.1.1解解A7 . 021A80110ODLOOIIRUI，172VV12222V1229 . 02RMO2UUUU，8 . 2134380n则变压器变比A55. 1A1 . 1O II变压器二次侧电流为6.1.3 倍压整流电路倍压整流电路利用倍压整流可以得到

8、利用倍压整流可以得到比输入交流电压高很多比输入交流电压高很多倍的直流电压。设电容倍的直流电压。设电容初始电压为初始电压为0 0。当当u2正半周正半周时，时，VD1导通，导通，C1充电，在理想情况下，充电至充电，在理想情况下，充电至2C12Uu当当u2负半周负半周时，时，VD1截止，截止，VD2导通，导通，C2充电，最高充电至充电，最高充电至2C222Uu当当u2再次正半周再次正半周时，时，VD1、VD2截止，截止，VD3导通，导通，C3充电，最高可充电至充电，最高可充电至 。依次类推，若在上述倍压整流电路中多加几级就可以得到电压近。依次类推，若在上述倍压整流电路中多加几级就可以得到电压近似增大

9、几倍的直流电压，只要将负载接至有关电容两端即可。似增大几倍的直流电压，只要将负载接至有关电容两端即可。 23C22Uu倍压整流电路中，每个二极管承受最高反向电压为倍压整流电路中，每个二极管承受最高反向电压为 ；电容电容C1的耐压应大于的耐压应大于 ；其余电容耐压应大于；其余电容耐压应大于 。222U22U222U6.1.4 滤波电路滤波电路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负载开路输出波形负载开路输出波形负载较大时输出波形负载较大时输出波形当当负载开路负载开路（RL）时，电容只充电不放电，时，电容只充电不放电，迅速充到迅速充到uOuC时有时有22UuuCO当当存在负载存在负载

10、（RL）时，电容充电后经过负时，电容充电后经过负载载RL放电，时间常数为放电，时间常数为CRL当当负载较大负载较大时，时，uO按指数规律下降，当按指数规律下降，当u2值再增大后，电容继续充电。为保证输值再增大后，电容继续充电。为保证输出平滑，一般应满足出平滑，一般应满足RLC（3 35 5）T/2/2，其中，其中T为交流周期。为交流周期。使用单相桥式整流、使用单相桥式整流、电容滤波时的直流电压一般为电容滤波时的直流电压一般为UO1.2U2。例例6.1.2解解2RM2UU压二极管承受最大反向电V3525222RMUUmA1252502121LDII25VV2 . 1301.22 . 1O22OU

11、UUU所以，又例例6.1.2解解252)53(LLTCRTCR，取根据4171F120202. 0525120k25030LOOLRTCIURV251.2O2UU2.电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路中，电感滤波电路中，RL越小则负越小则负载电流越大，电感滤波效果越载电流越大，电感滤波效果越好。一般有：好。一般有：2O9 . 0 UU二极管承受的反向峰值电压仍为二极管承受的反向峰值电压仍为22U3.LC滤波电路滤波电路与电感滤波相比，与电感滤波相比，LC滤波的优点是：滤波的优点是：外特性较好，输出电压对负载影响外特性较好，输出电压对负载影响小，电感元件限制了电流的脉动峰小，电感元件限制了电流

12、的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。值，减小了对整流二极管的冲击。适用于电流较大，要求电压脉动较适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。同样，直流输出电压有小的场合。同样，直流输出电压有2O9 . 0 UU4. 形形滤波电路滤波电路LC形形电路图电路图RC形形电路图电路图形滤波电路形滤波电路的输出波形的输出波形更加平滑，适当选择电路更加平滑，适当选择电路参数有参数有2O2 . 1 UU当负载电阻当负载电阻RL值较大，负值较大，负载电流较小时，可用载电流较小时，可用RC形滤波电路。形滤波电路。一般要求一般要求R和和C2取值满足取值满足RC21主要要求：主要要求：6.2 硅稳压管稳压硅稳压管稳压

13、电路电路理解分立及集成稳压电路的工作原理理解分立及集成稳压电路的工作原理掌握稳压电路参数的选择掌握稳压电路参数的选择6.2.1 硅稳压管稳压电路的工作原理硅稳压管稳压电路的工作原理稳压电路稳压电路就是指在负载不变而输入电压变化时，输出电压不变；或就是指在负载不变而输入电压变化时，输出电压不变；或者当输入电压不变而负载改变时，输出电压也不变的电路。者当输入电压不变而负载改变时，输出电压也不变的电路。当输入电压当输入电压UI不变不变时，若时，若RL减小减小，稳压过，稳压过程如下：程如下：UO I IOIR UR UOIZURIRR RL当负载不变时，若输入电压当负载不变时，若输入电压U UI I增

14、大，则增大，则UO应增大，整个稳压过程如下：应增大，整个稳压过程如下：UIUO IZIR UR UO硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路也称为并联稳压电路也称为并联稳压电路6.2.2 硅稳压管稳压电路参数的选择硅稳压管稳压电路参数的选择1.硅稳压管的选择硅稳压管的选择可以根据下列条件初选管子：可以根据下列条件初选管子：maxLmaxZOZ)32(IIUU2.输入电压输入电压UI的确定的确定输入电压输入电压UI高，高，R大，稳定性能好，但损耗大，一般有大，稳定性能好，但损耗大，一般有OI)32(UU 3.限流电阻限流电阻R的选择的选择选择选择R主要确定其阻值和安全功率两项重要参数。主要确定其阻值和安

15、全功率两项重要参数。(1)R的阻值的阻值ZminLmaxZIminZIIRUUILmaxZmaxZIminIIUUR有ZmaxLminZImaxZIIRUUILminZmaxZImaxIIUUR有LmaxZmaxZIminLminZmaxZImaxIIUURIIUUR的取值范围有则(2)R的安全功率的安全功率PRRUURUP2ZImax2RmR)()32()32(R的安全功率的安全功率PR应适当选择大一些。应适当选择大一些。例例6.2.1解解V10OZUU20mAmA1010223LmaxZmax IImA5mA23V5 .109ZminZmaxZIIU，W25. 0RMPV25V105 .

16、2)32(OIUU例例6.2.1解解LmaxZmaxZIminLminZmaxZImaxIIUURIIUUV5 .229 . 0V5 .271 . 1IIminIImaxUUUUmA105V10V5 .22mA023V10V5 .27）（）（R833761RW93. 0820)V10V5 .27(5 . 2)(5 . 222ZImaxRRUUP主要要求：主要要求：6.3 串联型晶体管串联型晶体管稳压电路稳压电路理解串联型稳压电路的组成理解串联型稳压电路的组成了解串联型稳压电路的工作原理及应用了解串联型稳压电路的工作原理及应用串联型晶体三极管稳压电路框图如下：串联型晶体三极管稳压电路框图如下：

17、+ + -UIUO -电压调整环节电压调整环节比较放大电路比较放大电路基准电压基准电压 采样电路采样电路 + +6.3.1 带有放大环节的串联型晶体管稳压电路带有放大环节的串联型晶体管稳压电路串联型稳压电路串联型稳压电路图中晶体管图中晶体管VT代替了可变限流电阻代替了可变限流电阻R；在基极电路中，接；在基极电路中，接有有VZ，与，与R构成参数稳压器。构成参数稳压器。稳压过程如下所述：稳压过程如下所述：UOUC1IC1UOUB1UBE1反之亦然。反之亦然。当当负载不变负载不变，UI升高时，升高时，通过反馈使通过反馈使UO基本保持不变基本保持不变UIUC1 UO UB2UB1UBE1IC1 UO

18、反之亦然。反之亦然。当当UI不变不变，UO降低时，通过反馈使降低时，通过反馈使UO基本保持不变基本保持不变1.串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理2.带放大电路的串联型稳压电路带放大电路的串联型稳压电路采样环节采样环节调整环节调整环节比较放大比较放大环节环节基准电压基准电压反馈稳压过程如下所述：反馈稳压过程如下所述：UIIC1UOUBE2UCE1反之亦然。反之亦然。(或或IO )UOUFUC2UBE1IB16.3.2 稳压电源的主要技术指标稳压电源的主要技术指标1.稳压系数稳压系数00IIOOOTIUUUU，2.输出电阻输出电阻00OOOITUIUr，3.温度系数温度系数)C/mV

19、(00OTOIIUTUS，4.动态电阻动态电阻fZSCnIUr 5.电源效率电源效率%100IIOOIOIUIUPP6.3.3 提高稳压性能的措施和保护电路提高稳压性能的措施和保护电路1.提高稳压性能提高稳压性能有源负载有源负载2.保护电路保护电路负载短路保护负载短路保护正常工作时正常工作时VT3截止，当一截止，当一旦负载短路时则旦负载短路时则VT3导通，导通，保护调整管保护调整管VT1避免因过电避免因过电流而损坏。流而损坏。负载短路保护负载短路保护正常工作时正常工作时VT3截止，当截止，当IL增大增大道某一值时则道某一值时则VT3导通，保护调导通，保护调整管整管VT1避免因过电流而损坏。避免

20、因过电流而损坏。LBE3FmFmLBE3IUURURIU有Rm称为过载信号检测称为过载信号检测电阻或电流取样电阻电阻或电流取样电阻主要要求：主要要求：6.4 开关式稳压电开关式稳压电路路理解开关式稳压电路组成理解开关式稳压电路组成了解对开关式稳压电路应用了解对开关式稳压电路应用6.4.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理1.开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理图中图中S是一个周期性导通和截止的调整开关，则在负载上得是一个周期性导通和截止的调整开关，则在负载上得到的脉冲输出电压平均值为到的脉冲输出电压平均值为 ，T为开关工作周为开关工作周期，期，t1为开关接通时间，为

21、开关接通时间，q为开关工作的占空比。为开关工作的占空比。II1OqUUTtU2.开关式稳压电路实例开关式稳压电路实例采样检测采样检测比较比较放大放大脉宽调制脉宽调制调整调整滤波滤波6.4.2 微机直流稳压电源微机直流稳压电源高压整流滤波器高压整流滤波器电网滤波电网滤波上述微机稳压源的特点是：电路简单，逻辑关系清楚易懂，调上述微机稳压源的特点是：电路简单，逻辑关系清楚易懂，调整方便，抗干扰能力强，便于维修和故障诊断，比较适用。整方便，抗干扰能力强，便于维修和故障诊断，比较适用。但应注意以下几点：但应注意以下几点：有四组输出电压：有四组输出电压：-12V-12V、+12V+12V、-5V-5V、+

22、5V+5V。其中。其中+5V+5V是主输出电压，是主输出电压，一般不可空载。一般不可空载。双管半桥式变换电路采用它的激振荡电路，具有较好的保护性能，当双管半桥式变换电路采用它的激振荡电路，具有较好的保护性能，当各档空载时会自动保持截流状态，因此空载时无法测量电压。各档空载时会自动保持截流状态，因此空载时无法测量电压。微机稳压源过压、过流保护一般都是截止方式，一旦失去保护动作，微机稳压源过压、过流保护一般都是截止方式，一旦失去保护动作，必须重新启动才能恢复输出。必须重新启动才能恢复输出。机壳内装有一个电扇，用于管子散热，风扇供电可以是直流电也可以机壳内装有一个电扇，用于管子散热，风扇供电可以是直

23、流电也可以是交流电，应用中不能从电扇的故障判断电源的故障。是交流电，应用中不能从电扇的故障判断电源的故障。主要要求：主要要求：6.5 集成稳压器集成稳压器理解集成稳压器种类特点及外部电特性理解集成稳压器种类特点及外部电特性了解集成稳压器的基本应用电路了解集成稳压器的基本应用电路6.5.1 单片式多端集成稳压器单片式多端集成稳压器723单片稳压器的部分电路的功能模块单片稳压器的部分电路的功能模块应用应用723单片稳压器构成带单片稳压器构成带100mA限流限流的的12V稳压源部分原理图稳压源部分原理图限流限流去波纹去波纹并消振并消振平衡电阻平衡电阻R3R1/R2当当R10，R2时，输出时，输出7V

24、，若要低于，若要低于7V输出可调输出可调UR值，值，在在5V40V之间任何输入电压均可使用。之间任何输入电压均可使用。6.5.2 单片式三端集成稳压器单片式三端集成稳压器1.固定输出的三端稳压器固定输出的三端稳压器(1)正电压输出稳压器正电压输出稳压器常用的有常用的有7800系列，系列，00表示两位数的输出稳表示两位数的输出稳压值，分别为压值，分别为5、6、9、12、15、18、24V。例如例如7812输出输出+12V恒压。恒压。(2)负电压输出稳压器负电压输出稳压器常用的有常用的有7900系列，系列，00表示两位数的输出稳表示两位数的输出稳压值，分别为压值，分别为-5、-6、-9、-12、-15、-18、-24V。例如。例如7905输出输出-5V恒压。恒压。三端可调集成稳压器输出电压三端可调集成稳压器输出电压1.2537V，输出电流可达，