直流稳压电路

1、返回返回哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 电工学教研室电工学教研室返回返回目目 录录直流稳压电源的作用直流稳压电源的作用 从交流电源变换成平滑而稳定的直流电。从交流电源变换成平滑而稳定的直流电。直流稳压电源广泛应用于直流稳压电源广泛应用于1. 工农业生产中工农业生产中2. 国防军事中国防军事中3. 科学实验中科学实验中4. 日常生活中日常生活中一一. . 组成组成 直流稳压电源由直流稳压电源由变压器变压器、整流电路整流电路、滤波电路滤波电路和和稳压电路稳压电路四四部分构成。部分构成。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:

2、 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uR。滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压uR转变为较平滑的直转变为较平滑的直流电压流电压uF。稳压电路稳压电路: 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,保持保持输出直流电压输出直流电压U0的稳定。的稳定。二二. . 功能功能以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路。以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路。整流电路的任务整流电路的任务 利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直流电压。流电压。整流电路的种类整流电路的种类 整流电路有单相半波、全波、桥

3、式和倍压整流；三相整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。半波、三相桥式全波整流等多种电路。 为分析简单起见，我们为分析简单起见，我们把二极管当作把二极管当作处理处理，即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向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。电路组成电路组成当当 u20 时，二极管导通。时，二极管导通。如果忽略二极管正向压降，如果忽略二极管正向压降， 则：则： uo=u2导通导通 iD=io=uo/RL电路组成电路组成当当 u20 时，二极管时，二极管 D1 1、D3 3 导通。导通。单相桥式全波整流电路工作原理单相桥式全波整流电路工作原

4、理当当 u200, , D1导通，导通，D2截止；截止；输出输出uo o为全波整流为全波整流波形。波形。当当u20, D2导通，导通，D1截止。截止。2o2220122sind0.92UUttUU单相全波整流电路输出电压波形单相全波整流电路输出电压平均值单相全波整流电路输出电流平均值2oL0.45UIRD2oL10.452UIIR单相全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：DRM22 2UU单相全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：单相桥式全波整流单相桥式全波整流 与与 单相全波整流单相全波整流单相桥式单相桥式全波整流全波整流单相全波单相全波整流整流变变压器压器二极管反二极管反向电压向电压

5、输出电输出电压波形压波形整流元整流元件数量件数量二极管平二极管平均电流均电流输出电压输出电压平均值平均值无中心无中心抽头抽头4全波全波有中心有中心抽头抽头222U22 2UO12IO12I20.9U20.9U全波全波？实际中单相桥式整流应用较多。实际中单相桥式整流应用较多。 单相桥式整流电路中的整流电桥可由四单相桥式整流电路中的整流电桥可由四个整流二极管组成，也可直接用集成的个整流二极管组成，也可直接用集成的代替。代替。 滤波的基本概念滤波的基本概念: :交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路流，其中既有直流成分又

6、有交流成份。滤波电路就是利用储能元件就是利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电感电感中中的电流的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 将将电容电容与负载与负载RL并联并联(或或将将电感电感与负载与负载RL串联串联)，滤掉整流电路输出电压中，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。这一过程称为压波形的目的。这一过程称为。一、滤波电路一、滤波电路1. 单相半波整流电容滤波电路单相半波整流电容滤波电路2. 单相桥式整流电容滤波电路单相桥式整流电容滤波电路一、滤波电路一、滤波电路半波整流滤波电路（C=10

7、0UF）波形图整流二极管中的电流滤波输出电压半波整流滤波电路（C=470UF）波形图整流二极管中的冲击电流滤波输出电压半波整流滤波电路（C=1000UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压半波整流滤波电路（C=3300UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压半波整流滤波电路（C=6800UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压全波整流滤波电路（C=100UF）波形图输出电压二极管冲击电流全波整流滤波电路（C=470UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压全波整流滤波电路（C=1000UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压全波整流滤波电路（C=3300UF）波形图滤波输出电压整流二极管中的冲击电流全波整

8、流滤波电路（C=6800UF）波形图整流二极管中的冲击电流滤波输出电压一般取一般取L(3 5)2TR C(T为电源电压的周期为电源电压的周期)近似估算近似估算: U0=1.2U2(2) (2) 流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U0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整流管导电时间越短电时间越短iD的峰值电流越大。的峰值电流越大。一般选管时，取一般选管时，取00DFL1(23)(2 3)22IUIR二、二、电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(1) (1) 输出电压输出电压U0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

9、放电愈慢U0(平均值平均值)愈大。愈大。 输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻RL或或C的变化而改变的变化而改变,U0和和S也随也随之改变。之改变。如如:RL愈小愈小(Io越大越大),Uo下降多下降多, S增大。增大。(3) (3) 输出特性输出特性( (外特性外特性):):1.4U20.9U2Uo0Io电阻负载电阻负载 有电容滤波有电容滤波电阻负载电阻负载 无电容滤波无电容滤波结论结论 （1 1）并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。 通过以上

10、半波、全波整流电容滤波电路通过以上半波、全波整流电容滤波电路的波形图和分析可以看出：的波形图和分析可以看出： （3 3）输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快，输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快，输出特性较软。输出特性较软。（4）滤波电容愈大，滤波效果愈好，但整流二极管的导）滤波电容愈大，滤波效果愈好，但整流二极管的导通时间愈短，其中的电流冲击也愈大。通时间愈短，其中的电流冲击也愈大。（2 2）电容放电时间常数电容放电时间常数RLC愈大，放电愈慢，愈大，放电愈慢，输出电压输出电压愈愈高，脉动愈小，滤波效果愈好。高，脉动愈小，滤波效果愈好。 电容滤波电路适用于输出电压较高电容滤波

11、电路适用于输出电压较高,负载电流负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L L 就构成了电感就构成了电感滤波电路。滤波电路。一、电感滤波电路结构一、电感滤波电路结构2u1uTouLRL二、电感滤波原理二、电感滤波原理 对直流分量对直流分量(f=0): XL=0 , ,L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。U0=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为： 对谐波分量对谐波分量: : f 越高越高, ,XL越大越大, ,电压

12、大部分降在电压大部分降在XL上。上。因因此此, ,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。三、电感滤波的特点三、电感滤波的特点 整流管导电角较大整流管导电角较大, ,峰值电流很小峰值电流很小, ,输出特性比较平坦输出特性比较平坦, ,适用于低电压大电流适用于低电压大电流( (RL较小较小) )的场合。缺点是电感铁芯笨重的场合。缺点是电感铁芯笨重, ,体积大体积大, ,易引起电磁干扰。易引起电磁干扰。为了进一步改善滤波特性，可采取多级滤波的办法为了进一步改善滤波特性，可采取多级滤波的办法, , 如如在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接

13、滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成一电容。从而构成LC型或型或RC- 、LC- 型滤波电路型滤波电路，其性能，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 。L-C 型滤波型滤波电路结构电路结构RC- 型滤波型滤波电路结构电路结构RC- 型滤波型滤波电路特点电路特点 R愈大，愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但愈大，滤波效果愈好。但R太大，将使直太大，将使直流压降增加。流压降增加。 主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。小的场合。LC- 型滤波型滤波电路结构电路结构LC- 型滤波型滤波电路

14、特点电路特点 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，但整流二极管中的冲滤波器更好，但整流二极管中的冲击电流较大。击电流较大。电感线圈体积大而笨重、成本高。电感线圈体积大而笨重、成本高。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) )在小功率设备中常用的稳压电路有在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路稳压管稳压电路、线线性稳压电路性稳压电路和和开关型稳压电路开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路最等。其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为简单，但是带负载能力差，一般只提供基准

15、电压，不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳压电但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳压电路。路。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稳压系数稳压系数S用来用来反映电网电压波动对稳压电路的影响反映电网电压波动对稳压电路的影响。定义为当。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。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。0I0ISUUUU2、输出电阻、输出电阻Ro输出电阻输出电阻Ro用来用来反映

16、稳压电路受负载变化的影响反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入。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路的内阻。源戴维南等效电路的内阻。稳压电路的主要作用稳压电路的主要作用 为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳定的输出电压。定的输出电压。oooUiURI常数一、电路结构一、电路结构二、工作原理二、工作原理 在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端电压变化较小。在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端电压变化较小。1. 1.

17、电网电压波动电网电压波动12oZRRouuUIIUU2. 2. 负载波动负载波动LoRRoZRoRIIUUIUU通过调节通过调节R上的压降来达到稳定输出电压上的压降来达到稳定输出电压Uo o的目的。的目的。2u1uTLRZIRIRUOUoICRZDiUZU三、稳压管稳压电路特点三、稳压管稳压电路特点优点：电路简单，元件少。优点：电路简单，元件少。缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。四、稳压管选择办法四、稳压管选择办法ZoUUOZ maxmax1.53IIio23UU五、限流电阻五、限流电阻 R 的选择原则的选择原则imaxZZmin Zmax UUIIR

18、2.串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成：串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成：1、基准电压环节2、比较放大环节3、取样环节4、调整环节一、电路结构的一般形式一、电路结构的一般形式调整元件调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。与负载串联，通过全部负载电流。比较放比较放大器大器可以是单管放大电路或集成运算放大器。可以是单管放大电路或集成运算放大器。调整元件调整元件可可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压基准电压可由稳压管稳压电路组成。可由稳压管稳压电路组成。取样电路取样电路取出输出电压取出输出电压UO的一的一部分和基准电压相比较。部分和基

19、准电压相比较。因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电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，故称之为压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路。二、电路的组成二、电路的组成一、一种实际的晶体管串联反馈式稳压电源一、一种实际的晶体管串联反馈式稳压电源二二 、稳压原理、稳压原理UoUfUBE2=（Uf -UZ）UC2Uo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：三三 、输出电压的确定和调节范围、输出电压的确定和调节范围2212P12POZBE2ZP2P212POmaxZBE2212POminZBE2P2 RRRRRRRUUUURRRRR

20、RRUUURRRRUUUR 4 4、调整管、调整管rce愈大越好愈大越好( (rcece小则小则 Ui i引起的引起的 Uo o大大) )。四四 、影响稳压特性的主要因素、影响稳压特性的主要因素1 1、比较放大部分的、比较放大部分的AV和电压反馈系数和电压反馈系数F 愈大越好；愈大越好； 2 2、基准电压愈稳定越好；、基准电压愈稳定越好；3 3、放大部分的电源愈稳定越好；、放大部分的电源愈稳定越好；调节调节RP可改变可改变Uo达到达到调压的目的。调压的目的。在运放理想条件下在运放理想条件下(AV= ri= )：1P1oRR2P2+1(1)+RRUUURRF五、选用增益高的集成运放作为放大环节的

21、串联反馈式稳压五、选用增益高的集成运放作为放大环节的串联反馈式稳压电源电源六、存在的缺点六、存在的缺点串联反馈式稳压电源外围元件较多；另串联反馈式稳压电源外围元件较多；另外，调整管工作在线性放大区外，调整管工作在线性放大区,当负载电流当负载电流较大时，其损耗较大时，其损耗(P=UCE Io)大；电源的效率大；电源的效率为为( =Po/Pi=UoIo/UiIi)较低。较低。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。19.5.1 集成稳压电源简介集成稳压电源简介三端集成稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，三端集成稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路

22、和过热保护环节。电路内部附有短路和过热保护环节。 随着半导体工艺的发展随着半导体工艺的发展, ,现在已生产并广泛应用的现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使用灵活使用灵活, ,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端出和公共引出端, ,故称之为故称之为。 本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的78007800、79007900系列系列固定输出式固定输出式三三端集成稳压器组件及其应用，其内部也是串联型晶体管端集成稳压器组件及其应用，其内部也是串联型晶体管稳压电路。稳压电路。 根据输出端电压是否可调可分为根据输出端电压是否可调可分为固定输出式固定输出式和和可变输可变输出式出式两类。两类。分类分类正稳压正稳压7800系列系列负稳压负稳压37系列系列正稳压正稳压17系列系列负稳压负稳压7900系列系列三端集成稳压器三端集成稳压器固定式固定式可调式可调式注意：注意：7800/7900系列型号后两位数字系列型号后两位数字XX代表输出电压值。代表输出电压值。三端集成稳压器实