第11章直流电源

1、 11.2 稳压电路稳压电路*11.3 开关型稳压电路开关型稳压电路11 11 直流电源直流电源 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路引言引言直流稳压电源的作用直流稳压电源的作用 将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。作电源。组成组成各部分功能各部分功能变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：降压降压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力整流电路整流电路整流电路整流电路是将工频交流电转变为具有直流电成分的脉动是将工

2、频交流电转变为具有直流电成分的脉动直流电。由于二极管具有单向导电性，故利用二极管可直流电。由于二极管具有单向导电性，故利用二极管可进行整流。进行整流。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:10-Jul-2003Sheet of File:E:longT_MDT_MD71201.schDrawn By:(c)50Hz1R220VL(a)L50HzD(d)R50Hz220V220V220VD21D50HzDD(b)42ODALB3ADBABR(c)(c)桥式整流桥式整流 (a)(a)半波整流半波整流(b)(b)全波整流全波整流常用整流电路

3、常用整流电路11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路半波整流半波整流电路图电路图波形图波形图缺点：缺点：输出电压波动太大输出电压波动太大优点：优点：电路简单电路简单二极管二极管D导通导通二极管二极管D截止截止全波整流全波整流电路图电路图波形图波形图优点：优点：输出电压波动减小输出电压波动减小缺点：缺点：变压器绕线太多变压器绕线太多二极管二极管D1导通导通二极管二极管D2导通导通1. 工作原理工作原理11.1.1单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性电路图电路图波形图波形图工工作作原原理理当当vi为正半周时，二极管为正半周时，二极管D1、D3导通，在负

4、导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。载电阻上得到正弦波的正半周。当当vi为负半周时，二极管为负半周时，二极管D2、D4导通，在负导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。载电阻上得到正弦波的正半周。1. 工作原理工作原理利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性ttVV dsin2120L2. 负载上的直流电压负载上的直流电压VL和直流电流和直流电流ILLLLRVI 222V 29 . 0 V L29 . 0RV 3.流过二极管的平均整流电流流过二极管的平均整流电流D3D1II D4D2II L2L45. 021RVI 4.二极管所承受的最大反向电压二极管所承受的最大反向电压2RM 2VV 5

5、. 纹波系数纹波系数483. 0L2L22r VVVK根据桥式整流的波形图可知，输出电压是单相脉动电压。将根据桥式整流的波形图可知，输出电压是单相脉动电压。将输出电压用付立叶级数展开：输出电压用付立叶级数展开：)4cos1542cos342(22OttVv谐波电压总的谐波电压总的有效值有效值-VLr例题例题已知电网电压有效值为已知电网电压有效值为220V220V，某电子设备要求，某电子设备要求12V12V的直流电压，负载电阻的直流电压，负载电阻100LR若选用单相桥式整流电路，试问：若选用单相桥式整流电路，试问： （1）电源变压器副边电压有效值）电源变压器副边电压有效值V2应为多少？应为多少？

6、 （2）整流二极管正向平均电流和最大反向电压各为多少？）整流二极管正向平均电流和最大反向电压各为多少？（3）若电网电压的波动范围）若电网电压的波动范围 ，则整流二极管的最大整流平均电流，则整流二极管的最大整流平均电流和最高反向工作电压分别至少选多少？和最高反向工作电压分别至少选多少？%10（4）若二极管）若二极管D1因故开路，则输出电压平均值将变为多少？因故开路，则输出电压平均值将变为多少？ V3 .13V9 . 0129 . 0)AV(O2VV解：解： （1 1）O(AV)20.9VVO(AV)O(AV)L126022 100VImAR（2 2）V8 .18V3 .13222RMVVmA66

7、1 . 1)AV(DminFII（3 3）V7 .201 . 1RMminRVV（4 4） 当当D1D1断开时，断开时，V2V2的正半周另外三只二极管均截止，即负载电的正半周另外三只二极管均截止，即负载电阻上仅获得半周电压，电路成为半波整流电路，因此输出电阻上仅获得半周电压，电路成为半波整流电路，因此输出电压仅为正常工作时的一半，即压仅为正常工作时的一半，即6V6V。（3）若电网电压的波动范围）若电网电压的波动范围 ，则整流二极管的最大整流平均电流，则整流二极管的最大整流平均电流和最高反向工作电压分别至少选多少？和最高反向工作电压分别至少选多少？%10（4）若二极管）若二极管D1因故开路，则输

8、出电压平均值将变为多少？因故开路，则输出电压平均值将变为多少？ 几种滤波电路几种滤波电路11.1.2 滤波滤波电路电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路滤波电路滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。成分，增加直流成分。利用电抗性元件对交、直流阻利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，可抗的不同，可实现滤波。实现滤波。电容器电容器C对直流开路，对直流开路，对交流阻抗小，所以对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。应该并联在负载两端。11.1.2 滤波滤波电路电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L形）形）（c） 形滤波电路

9、形滤波电路电感器电感器L对直流阻抗小，对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。应与负载串联。电容滤波电容滤波若电路处于正半周，二极管若电路处于正半周，二极管D D1 1、D D3 3导通，变压器次端电压导通，变压器次端电压v v2 2给电容器给电容器C C充电，充电，C C上的电压不断增大。上的电压不断增大。当当v v2 2到达最高点时，到达最高点时，v v2 2开始下降。当满足开始下降。当满足v2vc时，二极时，二极管管D D1 1两端反偏，二极管截止，电容两端反偏，二极管截止，电容C C向负载向负载L L放电。当放电。当放电的时间常数较大时，电容两端的电压下降较

10、慢。放电的时间常数较大时，电容两端的电压下降较慢。当电路处于负半周时，二极管当电路处于负半周时，二极管D D2 2的的P P端电压开始上升，当端电压开始上升，当上升到大于电容两端的电压时，上升到大于电容两端的电压时，D D2 2开始导通，变压器次端开始导通，变压器次端电压电压v v2 2再次给电容器再次给电容器C C充电，负载两端的电压重新增大。充电，负载两端的电压重新增大。当电容两端的电压增大到大于变压器付边的电压时，二当电容两端的电压增大到大于变压器付边的电压时，二极管极管D2截止，电容又开始通过负载电阻放电，重复前述截止，电容又开始通过负载电阻放电，重复前述的过程。的过程。工作原理工作原

11、理10.1.2 滤波滤波电路电路电容滤波电路电容滤波电路A. 二极管的导电角二极管的导电角 ，流过二极管的瞬时流过二极管的瞬时电流很大。电流很大。电容滤波的特点电容滤波的特点:电容滤波的特点电容滤波的特点B. 负载直流平均电压负载直流平均电压 VL 升高升高 d = RLC 越大，越大， VL 越高越高C. 直流电压直流电压 VL 随负载电流随负载电流增加而减少，增加而减少，所以电容滤波所以电容滤波适合适合输出电流较小输出电流较小的场合。的场合。D.D.电容滤波电路简单，负载直流电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，缺点是电压较高，纹波也较小，缺点是输出特性较差，适用于输出变动输出特

12、性较差，适用于输出变动不大的场合。不大的场合。当当 d （3 5） 时，时，2TVL = ( 1.1 1.2 )V2电容滤波的计算电容滤波的计算电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：用以下近似估算法：V VL L=1.1=1.11.21.2V V2 2使用条件使用条件近似公式近似公式3 52LTR C2)53(LdTCR名 称VL(空载)VL(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流22V245. 0V22VIL全波整流电容滤波22V1

13、.2V2*222V0.5IL桥式整流电容滤波22V1.2V2*22V0.5IL桥式整流电感滤波22V0.9V222V0.5IL *使用条件使用条件小小 结结11.2 稳压电路稳压电路11.2.1 稳压电源的质量指标稳压电源的质量指标11.2.3 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路11.2.4 集成稳压器中的基准电压电路集成稳压器中的基准电压电路11.2.6 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器11.2.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路11.2.5 输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器输出电压输出电压11.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标) , , (OIOTI

14、VfV 输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVTV OoIO 输入调整因数输入调整因数00IOO TIVVVK电压调整率电压调整率00IOOO %100/ TIVVVVS稳压系数稳压系数00IIOOO / TIVVVV 输出电阻输出电阻00OOoI TVIVR电流调整率电流调整率00TVIVVSIOO温度系数温度系数00OI TVTTVS纹波电压纹波电压指额定指额定负载条件下，输出电压中所含交负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值，一般为毫伏数量级，流分量的有效值，一般为毫伏数量级，它表示输出电压的微小波动。它表示输出电压的微小波动。 11.2.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳

15、压电路稳压管稳压电路1. 稳压原理稳压原理:（输入电压变化和负载电流变化）（输入电压变化和负载电流变化）稳压管稳压电路稳压管稳压电路2.主要性能指标主要性能指标稳压系数稳压系数Sr稳压管稳压电路的交流等效电路稳压管稳压电路的交流等效电路 LZRr Rr Z当当 和和 时：时：LZLZIO/RrRRrVVRrZOZrVVRrS内阻内阻RoRrIVRIV/Z0OOo3.限流电阻的选择限流电阻的选择OOIORZIRVVIIIZMminOZImmaxZIIRVVIaxminOZMZImIIVVRaxZmmaxOZImminZIIRVVIinmaxOZmZinImIIVVRmaxOZminImminOZ

16、MZaxImIIVVRIIVVZ例：例：设计一稳压电路，作为汽车用收音机的电压源。已知收设计一稳压电路，作为汽车用收音机的电压源。已知收音机的直流电源需为音机的直流电源需为9V，音量最大时需供功率为，音量最大时需供功率为0.5W，汽车，汽车上的供电电源在上的供电电源在12-13.6V之间波动。要求选择合适的稳压管之间波动。要求选择合适的稳压管（IZ(min)、IZ(max)、VZ、PZM），以及合适的限流电阻（阻值、，以及合适的限流电阻（阻值、额定功率）额定功率） R的选择应保证的选择应保证IZ(min)IZIZ(max)VL=VZ=9V则则mAVPILLL5695 . 0maxmax0min

17、lI解：解：mAIRVVLZax9804796 .13minIm考虑极端情况：考虑极端情况：VI=VI(min)IL=II(max)时：时：IZ=IZ(min)若取若取IZ(min)=5mA49565912maxR则取标称电阻取标称电阻47 VI=VI(max)IL=II(min)时：时： IZ=IZ(max)WIVPZZZM882. 0989max电阻上的最大功率发生在电阻上的最大功率发生在VI=VI(max)、负载满负荷时：负载满负荷时：WRVVRVPZaxRRM45. 047)96 .13()(22Im2max取取2CW107安全起见，取安全起见，取47 、1WmaxOZminImmin

18、OZMZaxImIIVVRIIVVZ1. 结构结构11.2.3 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路基准电压源基准电压源调整管：调整管：T比较放大器：比较放大器：A取样电路取样电路电路组成电路组成2. 工作原理工作原理输入电压波动输入电压波动负载电流变化负载电流变化输出电输出电压变化压变化 OV)(REFF不不变变VV BV OV电压串联负反馈电压串联负反馈(+)(+)(+)(+)所以输出电压所以输出电压满足深度负反馈，满足深度负反馈，根据根据虚短虚短和和虚断虚断有：有：322132ONRRRRRRVVREFVVNREF3221O)1 (VRRRRV REF321minO)1 (VRRRVRE

19、F321maxO)1 (VRRRV例例 题题已知：输入电压已知：输入电压VI的波动范围为的波动范围为 ,调整管调整管T1的饱和压降的饱和压降VCES=3V，%10301502T3导通时的导通时的VBE3=0.7V， ， ，要求输出电压的调节，要求输出电压的调节 k11R 5003R范围为范围为515V，试求：，试求：（1 1）标出集成运放的同相输入端（）标出集成运放的同相输入端（+ +）和反向输入端（）和反向输入端（- -）；）；（2 2）电位器的阻值和稳压管的稳定电压各约为多少？）电位器的阻值和稳压管的稳定电压各约为多少？ （3 3）输入电压）输入电压V VI I至少取多少伏？至少取多少伏？

20、(4)(4)若额定负载电流为若额定负载电流为1A，则集成运放输出电流约为多少？电流取样电阻，则集成运放输出电流约为多少？电流取样电阻 RO约为多少？约为多少？解：解： （1 1）串联）串联反馈式稳压电源引入电压串联负反馈，故集成运放的两个输反馈式稳压电源引入电压串联负反馈，故集成运放的两个输入端为上入端为上“正正”，下断为，下断为“负负”。 （2 2）根据电路可知，输出电压应满足）根据电路可知，输出电压应满足Z321OZ321)1 ()1 (VRRRVVRRR将已知数据代入计算，可得将已知数据代入计算，可得 Z3VV21Rk例例 题题解：解：（3）该电路是电压负反馈电路，只有调整管始终工作在放

21、大区时，）该电路是电压负反馈电路，只有调整管始终工作在放大区时，负反馈才可能起作用，输出电压也才会稳定。负反馈才可能起作用，输出电压也才会稳定。V18V)315(9 . 0CESmaxOIVVVV20IV（4）当负载电流为）当负载电流为1A时，集成运放的输出电流时，集成运放的输出电流 mA67. 0)50301(21maxLOAII7 . 0maxL3BE0IVR例例 题题11.2.4 集成稳压器中的基准电压电路集成稳压器中的基准电压电路带隙基准电压源带隙基准电压源1. 输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压（正电压 78 、负电压、负电压 79 ）（b）金属封装外

22、形图）金属封装外形图 （c）塑料封装外形图）塑料封装外形图 （d）方框图）方框图 11.2.5 输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器三端集成稳压器的种类三端集成稳压器的种类 三端固定式、三端可调式。三端固定式、三端可调式。三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器 : W7800 系列正电压稳压器系列正电压稳压器 W7900 系列负电压稳压器系列负电压稳压器 1 2 3 IN GND OUT 78 1 2 3 GND OUT IN 79 123类型：类型： W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W7805 输出输出 +5V W7809 输出输出 +9V W7812 输出输

23、出 +12V W7815 输出输出 +15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出 -5V W7909 输出输出 -9V W7912 输出输出 -12V W7915 输出输出 -15V返回三端集成稳压器的应用：三端集成稳压器的应用： C C1 1、C C2 2防止稳压器的高频自激和抑制高频干扰，防止稳压器的高频自激和抑制高频干扰，C C3 3用用来减少由输入电源引入的低频干扰。来减少由输入电源引入的低频干扰。D D是保护二极管，当是保护二极管，当输出短路时，提供输出电容输出短路时，提供输出电容C C2 2一个放电通路。一个放电通路。1. 固定式应用举例固定式应用举例三

24、端稳压器输出电压的扩展三端稳压器输出电压的扩展1 2 3 ADJ OUT IN LT317 1 2 3 ADJ IN OUT LT337 可调正电压稳压器（如可调正电压稳压器（如 LT317） 可调负电压稳压器（如可调负电压稳压器（如 LT337 ）l 参考参数参考参数 Uo = (1.2 40) V IoM = 1.5 A UiUo min = 4 V l 参考参数参考参数 Uo =(1.2 37) V IoM = 1.5 A UiUo min = 2 V 11.2.6 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 W117、W217、W317系列三端集成稳压器有三个引出系列三端集成稳压器有三个

25、引出端，分别是输入端、输出端和调整端端，分别是输入端、输出端和调整端可调式三端集成稳压器（正电压可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压、负电压LM337 ）输出电压输出电压)1(12REFORRVV 11.2.6 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器可调式应用举例：可调式应用举例：V25. 1)1 (12ORRV 输出端与可调端之输出端与可调端之间的电压为间的电压为1.25V可调式应用举例：可调式应用举例：例题例题%10%10%10已知输入电压已知输入电压VI的波动范围为的波动范围为 ，W117正常工作时输入输出端之间正常工作时输入输出端之间的电压为的电压为340V，最下输出电流，

26、最下输出电流Iomin=5mA，输出端与调整端之间的电，输出端与调整端之间的电压压V23=1.25V，输出电压的最大值，输出电压的最大值Vomax=28V，求：，求：（1）输出电压的最小值）输出电压的最小值VOmin=?（2）R1的最大值的最大值R1max=?（3）若）若R1=200，则，则R2应取多少？应取多少？（4）为使电路能够正常工作，）为使电路能够正常工作，VI的取值范围为多少？的取值范围为多少？例例 题题V25. 1)1 (12ORRV02RV25. 123minOOVVV（1） 因为因为所以，当所以，当 时，时，（2）为保证空载时）为保证空载时W117的输出电流大于的输出电流大于5

27、mA，R1最大值最大值250)10525. 1(3minO23max1IVR（3）若）若R1=200，为使，为使VOmax=28V，则，则V25. 1)2001 (282Rk28. 42R（4） 要使电路正常工作，就应该保证要使电路正常工作，就应该保证VI波动时，波动时，V12在在340V。当当VO最小且最小且VI波动波动10时，时，V12最大，即：最大，即：V4025. 11 . 11 . 1minOmax12VVVV得得VI得最大值为得最大值为37.5V。当当VO最大且最大且VI波动波动10时，时，V12最大，即：最大，即：V3289 . 09 . 0maxOmin12VVVV得得VI得最小值为得最小值为34.4V。所以所以VI的范围是的范围是34.4