模电阎石第五版第十章直流电源

1、第十章第十章 直流电源直流电源2、整流电路、整流电路1、直流电源的组成和各部分作用、直流电源的组成和各部分作用4、稳压管稳压电路、稳压管稳压电路3、滤波电路、滤波电路10.1直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用对直流电源的主要要求：对直流电源的主要要求： 能够输出不同电路所需要的电压和电流；能够输出不同电路所需要的电压和电流；直流输出直流输出电压平滑电压平滑，脉动成分小；，脉动成分小；输出电压的输出电压的幅值稳定幅值稳定；交流电变换成直流电时的交流电变换成直流电时的转换效率转换效率高。高。改变电压值改变电压值通常为降压通常为降压交流变脉交流变脉动的直流动的直流减小脉动减小脉

2、动(1) 负载变化输出电压负载变化输出电压基本不变；基本不变；(2) 电网电压变化输出电网电压变化输出电压基本不变。电压基本不变。 直流电源是能量转换电路，将直流电源是能量转换电路，将220V（或（或380V）50Hz的交流电转换为直流电。的交流电转换为直流电。半波整流半波整流全波整流全波整流 在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动压波动10，且负载有一定的变化范围。，且负载有一定的变化范围。10.1直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用10.1直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用10.2 整

3、流电路整流电路10.2 整流电路整流电路10.2.1 整流电路的分析方法和基本参数整流电路的分析方法和基本参数一、工作原理一、工作原理图图10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路tSinUu222 当当u2 0时，二极管导通，时，二极管导通，忽略二极管正向压降忽略二极管正向压降, 当当u2 uC ，D1、D3导通，导通，C充电，充电，ab段。段。二、滤波原理二、滤波原理当当 uC = u2的峰值后，的峰值后，C通过负载开始放电，通过负载开始放电，bc段。段。当当 u2 uC ，D2、D4导通，导通，C充电。充电。当当 uC = u2的峰值后，的峰值后，C通过负载开始放电。通过负载开始放电

4、。当当 u2 uC ，D1、D3导通导通,重复上述过程重复上述过程.放电时间常数放电时间常数 远远大于远远大于充充电时间常数电时间常数 ，滤波效果取决于放电滤波效果取决于放电 ，其，其值愈大，滤波效果愈好。值愈大，滤波效果愈好。二、滤波原理二、滤波原理图图10.3.2 RLC不同时不同时uC的波形的波形滤波效果取决于放电时间常数滤波效果取决于放电时间常数 ，其值愈大，滤波效果愈好。，其值愈大，滤波效果愈好。CRL 电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。且其平均值愈大。当滤波当滤波电容容量电容容量一定时，若一定时，若负载电

5、阻减小负载电阻减小，则放电时间常数减，则放电时间常数减小，放电速度加快，输出电压平均值随即下降，且脉动变大。小，放电速度加快，输出电压平均值随即下降，且脉动变大。三、输出电压平均值三、输出电压平均值图图10.3.3 电容滤波电路输出电压平均值的分析电容滤波电路输出电压平均值的分析 滤波电路滤波电路输出电压输出电压波形波形难用解析式难用解析式来描述，来描述，近似估计近似估计时，时，可将波形近似为可将波形近似为锯齿波锯齿波。T T为电网电压的周期，设整流电路内阻较小而为电网电压的周期，设整流电路内阻较小而R RL LC C较大。较大。2Omax2UU处达到：在2TOminUmaxmin()2ooO

6、 AVUUU输出电压平均值为：输出电压平均值为：CRTUUULOmaxOminOmax2/根据相似三角形：()22(1)4O AVLTUUR C2)AV(OL2)AV(OL2 . 1, 2/)53(2UUTCRUUR当，当四、脉动系数四、脉动系数定义定义:整流输出电压的整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值基波峰值与输出电压平均值之比。之比。图图10.3.3 电容滤波电路输出电压平均值的分析电容滤波电路输出电压平均值的分析11L4O(AV)OMTCRUUS脉动系数：交流分量的交流分量的基波峰值基波峰值为：为：OmaxLOminOmax42UCRTUU）（CRTUUUUUUULOmaxOminO

7、maxOmaxOminOmaxO(AV)4122O(AV)OMUUS 五、整流二极管的导通角五、整流二极管的导通角无滤波电容时无滤波电容时有滤波电容时有滤波电容时 ILmax ILminZDOII （3）限流电阻）限流电阻R的选择的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。（1）稳压电路输入电压）稳压电路输入电压UI的选择的选择 UI（23）UO ZMmaxDZminDZZIIII且ZLmaxZinImminDZIIRUUI电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小LmaxZZinImIIUUR电网电压最高且负载电流最小时，稳压

8、管的电流最大电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大ZMLminZaxImmaxDZIIRUUILminZMZaxImIIUURmaxDDminDZZZ III即图图10.4.1 10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路稳压二极管组成的稳压电路360LmaxZminZinImmaxIIUUR180LminZmaxZaxImminIIUUR解解:(1)R的取值范围为的取值范围为180 -360 (2)1514. 0ZZZZIIOOIrrRrRrUUUUUUSO10.5 串联型稳压电路串联型稳压电路一、基本调整管稳压电路一、基本调整管稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路二、具有放大环节的串

9、联型稳压电路三、集成稳压器（三端稳压器）三、集成稳压器（三端稳压器）为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入稳压原理：电路引入，稳定输出电压。，稳定输出电压。OL)1 (IIBEZOUUU一、一、基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路 通过晶体管的调节使通过晶体管的调节使UO稳定，故称晶体管为稳定，故称晶体管为调整管调整管。调整管与负载相调整管与负载相串联串联，故称这类电路为，故称这类电路为串联型稳压电路串联型稳压电路。OEBBEBDZEOLIIIUUUUUURU不变不变或10.5.1 串联型稳压电路的工作原理串联型稳

10、压电路的工作原理二、二、具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路1、电路的构成、电路的构成图图10.5.2 原理电路原理电路 同相比例运算电路同相比例运算电路：输入电：输入电压为稳定电压，且比例系数可压为稳定电压，且比例系数可调，则其调，则其输出电压可调。输出电压可调。集成运放输出端加晶体管：集成运放输出端加晶体管：为为了扩大输出电流，并保持射极了扩大输出电流，并保持射极输出形式，就构成输出形式，就构成具有放大环具有放大环节节的的串联型串联型稳压电路稳压电路Ifo)1 (uRRuZ3221O)1 (uRRRRu 图图10.5.2 (b) 常见画法常见画法二、二、具有放大环节的串

11、联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路1、电路的构成、电路的构成调整管调整管采样电路采样电路：是电路的核：是电路的核心，心，T随随UI和负载产和负载产生变化以稳定生变化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压：是：是UO的的参考电压。参考电压。： 对对UO 的取样，与基准电压共同决定的取样，与基准电压共同决定UO 。：将：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。电路的稳压性能。二、二、具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路2、稳压原理、稳压原理图图10.5.2 (b) 常见画法常见画法 当由于某种原因使输出电压升高

12、时，取样电路将这一变当由于某种原因使输出电压升高时，取样电路将这一变化趋势送到化趋势送到A A的反相输入端，并与同相输入端电位进行比较放的反相输入端，并与同相输入端电位进行比较放大；大；A A的输出电压，即调整管的基极电位降低；因为电路采用的输出电压，即调整管的基极电位降低；因为电路采用射极输出形式，所以输出电压必然降低，从而使输出电压得射极输出形式，所以输出电压必然降低，从而使输出电压得到稳定。到稳定。UO UN UB UO电路是靠电路是靠引入深度负反引入深度负反馈馈来稳定输出电压的。来稳定输出电压的。二、二、具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路3、输出电压的可调范围、输

13、出电压的可调范围图图10.5.2 (b) 常见画法常见画法当电位器当电位器R R2 2的滑动端在最下端时，输出电压最大：的滑动端在最下端时，输出电压最大：在理想运放条件下，在理想运放条件下，净输入电压为零。净输入电压为零。当电位器当电位器R R2 2的滑动端在最上端时，输出电压最小：的滑动端在最上端时，输出电压最小：ZNPuuuZ3221O)1 (uRRRRu OmaxOOminOUUUU调节范围：Z32321OminURRRRRUZ3321OmaxURRRRU二、二、具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路4、调整管的选择、调整管的选择图图10.5.2 (b) 常见画法常见画

14、法根据极限参数根据极限参数ICM、 U(BR)CEO、PCM 选择调整管！选择调整管！调整管极限参数的确定，应考虑调整管极限参数的确定，应考虑电网电压的波动电网电压的波动和和负载电流负载电流的变化！的变化！三、三、串联型稳压电路的方框图串联型稳压电路的方框图 实用的串联型稳压电路：调整管、基准电压实用的串联型稳压电路：调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路四个部分。电路、取样电路和比较放大电路四个部分。为使电路安全工作为使电路安全工作, ,还常在电路中加保护电路。还常在电路中加保护电路。(2)vUUUUUUUU7 .24TCESOmaxIminCESCEminOmaxIminCEmin即

15、：工作在放大区时：管压降：图图10.5.2 (b) 常见画法常见画法解解:(1)Z32321OminURRRRRUZ3321OmaxURRRRU。，可得v4U600RZ2CEIOUUU一、基准电压电路一、基准电压电路图图10.5.5 稳压管基准电压电路稳压管基准电压电路10.5.2 集成稳压器中的基准电压电路和保护电路集成稳压器中的基准电压电路和保护电路图图10.5.3 串联型稳压电路的方框图串联型稳压电路的方框图ZBEREFUUU正温度正温度系数系数负温度负温度系数系数 电路具有电路具有温度补偿作用温度补偿作用；另外采用；另外采用射极输出射极输出形式，引形式，引入入电压负反馈电压负反馈，进一

16、步提高了基准电压的稳定性。，进一步提高了基准电压的稳定性。零温度系数基准电压电路零温度系数基准电压电路图图10.5.6 原理电路及其等效电路原理电路及其等效电路稳压管稳压管具有正温度系数；具有正温度系数；晶体管晶体管发射结发射结导通时具有导通时具有负温度系数。负温度系数。BE2EREFmURIU21BEZEn)(mRRUUI21BE212ZREF)n(mRRURRRUU整理的： R1R2具有同样的具有同样的温度系数温度系数,当当T变化时它们的比值不变变化时它们的比值不变,变化变化量相抵消量相抵消,对对UREF影响很小。影响很小。能隙基准电压电路能隙基准电压电路 稳压管基准电压电路提供的基准电压

17、中含有较高稳压管基准电压电路提供的基准电压中含有较高的的噪音电平噪音电平, ,因而在很多因而在很多集成稳压器集成稳压器中采用能隙基准电中采用能隙基准电压电路或压电路或禁带宽度禁带宽度基准电压电路。基准电压电路。goREFUU又称能隙电压值。，外推禁带宽度的电压值时，硅材料在 K0:goU二、保护电路二、保护电路1、过流保护电路、过流保护电路 集成稳压器电路内部含有各种保护电路，如过流保护、短集成稳压器电路内部含有各种保护电路，如过流保护、短路保护、调整管安全工作区保护、芯片过热保护电路等。路保护、调整管安全工作区保护、芯片过热保护电路等。凡在过流时使凡在过流时使调整管调整管发射极电流发射极电流

18、限限制在某一数值制在某一数值的电路。的电路。凡在过流时使凡在过流时使调整管调整管发射发射极电流迅速极电流迅速减小到较小数值减小到较小数值的电路。的电路。图图10.5.8 限流型过流保护电路限流型过流保护电路1、过流保护电路、过流保护电路输出电流输出电流取样电阻取样电阻onOOURIU2BE正常工作时：。分流，限制了从导通过流时：E1B122BET,IIURIUonOO图图10.5.9 截流型过流保护电路截流型过流保护电路1、过流保护电路、过流保护电路O0OAURIUOBBE2UUUA212BURRRUOO0O212)(UURIRRRonUU2BE未过流时：减小。减小，分流，使从导通过流时：OO

19、B122BET,UIIUUon2、调整管的安全工作区保护电路、调整管的安全工作区保护电路使调整管既使调整管既不因过电流而烧坏不因过电流而烧坏, ,也也不因过电压而不因过电压而击穿击穿, , 最终保证调整管不超过其最终保证调整管不超过其最大耗散功率最大耗散功率。过流保护过流保护和和过压保护过压保护两种电路。两种电路。图图10.5.10 调整管的安全工作区保护电路调整管的安全工作区保护电路截止正常工作时：15T11OR12BE15RIUU组成调整管和1716TTBE17122112R12URRRUonUU51BE未过流时：分流，实现过流保护。从导通增大，过流时：B161551BEOT,IUUIon

20、2、调整管的安全工作区保护电路、调整管的安全工作区保护电路过流保护过流保护和和过压保护过压保护两种电路。两种电路。图图10.5.10 调整管的安全工作区保护电路调整管的安全工作区保护电路组成过压保护电路和213DRZ截止正常工作时：2ZD击穿超过允许值：即调整管管压降之间电压和当2ZOID)(UU降低。过压保护使调整管功耗截止，大部分流入，进入饱和增加17159B1515TT)(TII3、芯片过热保护电路、芯片过热保护电路 芯片损坏的重要原因之一是芯片损坏的重要原因之一是长期通过大电流长期通过大电流而引而引起结温超过允许值。起结温超过允许值。决定芯片的温度。决定芯片的温度。图图10.5.11

21、芯片过热保护电路芯片过热保护电路组成调整管和1716TT为测温元件和714RT芯片过热保护电路。组成和、Z161DRR)(BE12Z1767R7BE14UURRRUU截止未过热时：14T下降，实现过热保护。减小，功耗下降，结温分流，从导通减小增大，过热时：温度上升，OB161412BEZ1T,IIUU10.5.3 集成稳压器电路集成稳压器电路(三端稳压器三端稳压器)输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：输出电流：1.5A（W7800）、）、0.5A （W78M00）、）、0.1A（W78L00）1. W7800系列（1）简介）简介1、W7800系列（2）

22、W7805 电路原理图电路原理图电流源电流源安全区保安全区保护电路护电路采样采样电阻电阻过热过热保护保护电路电路基准基准电压电压电路电路启动启动电压电压调整管调整管（1）基本应用电路）基本应用电路消除高频噪声，用来改消除高频噪声，用来改善善负载的瞬态响应负载的瞬态响应。当负载电流瞬时增减时，当负载电流瞬时增减时，不至引起输出电压不至引起输出电压有较大的波动。有较大的波动。使使Co不通过稳压器放电，不通过稳压器放电，保护内部调整管。保护内部调整管。改善纹波电压改善纹波电压 将输入端接整流滤波电路的输出，将输出将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串联型稳压电路。端接负载电阻，构成

23、串联型稳压电路。2 、W7800 的应用（2）扩大输出电流的稳压电路）扩大输出电流的稳压电路 为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用可采用射极输出器射极输出器进行电流放大。进行电流放大。)(1 (ROLIII很小很小BEDOOUUUU三端稳压器的输出电压三端稳压器的输出电压若若UBE= UD，则，则OOUU二极管的作用：消除二极管的作用：消除UBE对对UO的影响。的影响。OU 2 、W7800 的应用（3）输出电压可调的稳压电路）输出电压可调的稳压电路2WO12O)1 (RIURRUIW为几为几mA，UO与三端与三端稳压器参数有关。稳压器参数有关。隔离作用隔离作用O1321OO21321URRRRUURRRRR基准电