第4章 直流稳压电源ppt课件

1、 直流稳压电源第第4章章 直流稳压电源直流稳压电源u1 u2 u3 u4 u5t t t t t 变压 整流 滤波 稳压u1 u2 u3 u4 u50 0 0 0 0 直流稳压电路直流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) )稳压管稳压管稳压电路稳压电路 线性线性稳压电路稳压电路 开关型开关型稳压电路稳压电路 并联型并联型串联型串联型+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZI工作原理：工作原理： 输入电压输入电压Ui波动时会引起输出电压波动时会引起输出电压Uo波动。如波动。如Ui升高将引起升高将引起U0随之升高，导致稳压管随之升高，导致稳压管的电流的电流IZ急剧增

2、加，使得急剧增加，使得电阻电阻R上的电流上的电流I和电压和电压UR迅速增大，迅速增大， 从而使Uo基本上保持不变。反之，当Ui减小时，UR相应减小，仍可保持Uo基本不变。 当负载电流Io发生变化引起输出电压Uo发生变化时，同样会引起IZ的相应变化，使得Uo保持基本稳定。如当Io增大时，I和UR均会随之增大使得Uo下降，这将导致IZ急剧减小，使I仍维持原有数值保持UR不变，使得Uo得到稳定。1. 1. 电路结构的一般形式电路结构的一般形式 因调整元件与负载串联，故称为串联型稳压因调整元件与负载串联，故称为串联型稳压电路。电路。UoRLUIR调整元件调整元件 串联型晶体管稳压电路由基准电压、比较串

3、联型晶体管稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整管四部分组成。放大、取样电路和调整管四部分组成。返回返回LLUiUoRRR（改变（改变R可以影响可以影响U0） 串联型稳压电源实际上利用射极跟隨器的输出阻抗低，帶负载能力强的特点，如图，把图方向调整一下，就成通用的图形交流）。T+UI+_+_Uo比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUo+C2RL调整元件调整元件调整元件调整元件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。比较放大器可以是单管放大电路，差动放大电比较放大器可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。调整元件可以是单个功路，集成运算放大器。调整元件可

4、以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压电压Uo的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。 + Ui Io R3 RL Ra R4 Rb R1 R2 RP UBE2 V1 V2 UBE1 + Uo Uvs + + + + UF （1取样环节。由取样环节。由R3、RP、R4组成的分压电路构成，组成的分压电路构成，它将输出电压它将输出电压Uo分出一部分作为取样电压分出一部分作为取样电压UF，送到比较，送到比较放大环节。放大环节。（2基准电压。由稳压二极管基

5、准电压。由稳压二极管VS和电阻和电阻R2构成的稳压电构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压Uvs，作为调，作为调整、比较的标准。整、比较的标准。（3比较放大环节。由比较放大环节。由V2和和R1构成的直流放大器组成，构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压其作用是将取样电压UF与基准电压与基准电压Uvs之差放大后去控制之差放大后去控制调整管调整管V1。（4调整环节。由工作在线性放大区的功率管调整环节。由工作在线性放大区的功率管VTl组成组成，VTl的基极电流的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电

6、极电流改变又可使集电极电流IC1和集、射电压和集、射电压UCEl改变，从而改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。达到自动调整稳定输出电压的目的。 当输入电压Ui或输出电流Il变化引起输出电压Uo增加时，取样电压UF(UB2)相应增大，使VT2管的基极电流IB2和集电极电流IC2随之增加，VT2管的集电极电位UC2(UB1)下降，因此VTl管的基极电流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo(UI-UCE1)下降，使Uo保持基本稳定。UoUFIB2IC2UC2IB1UCE1Uo 同理，当Ui或Io变化使Uo降低时，调整过程相反，UCE1将减小使Uo保持基本不变。 从上述调整过程可以看出

7、，该电路是依靠电压负反馈来稳定输出电压的。电位器电位器RP可以调节输出电压的大小。忽略可以调节输出电压的大小。忽略IB2，那么，那么 取样分圧比取样分圧比通常通常UvsUBE2， U0Uvs/ 当当RP调到最下端：调到最下端：当当RP调到最上端：调到最上端：一般一般U0Uvs。4200234PBBEPRRUUUUUvsRRR下340max4340min4()()PbePbePRRRUUvs URRRRUUvs URR+UiIoR1RLR2R3RPV+UoUZ+ +UF + + 其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前述电路完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集成运算放大器而不是晶体管。U0

8、1 集成运放在这里起比较放大作用，反馈信号集成运放在这里起比较放大作用，反馈信号UF由由U01输出，经输出，经UBE1、R1、在、在R2及及RP抽头上产生一个抽头上产生一个电压加到电压加到U-端；由端；由VZ提供一个稳定的输入电压提供一个稳定的输入电压UVS加加到到U+端，与反馈信号相比较，形成一个同相比例放大端，与反馈信号相比较，形成一个同相比例放大电路。电路。U0=U01-UBEU0=U01-UBE，UBEUBE比较小，可忽略，即比较小，可忽略，即U01U01稳定，稳定，U0U0稳定。或者说稳定。或者说001101bebUiUUUUIIcUceU11101222(1)(1)(1)RRRUU

9、iUUvsRRR 例例4-1 知知 Uvs=6V，R1=R2=RP=300，那么，那么 R1+R2+RP=900 R1+ RP最大为最大为600，R1最小为最小为300。由此可知输出电压由此可知输出电压Uo在在918V范围内连续可调。范围内连续可调。10max410min2(1)36183(1)692RRpUUvsVRRUUvsVRRp4.2 稳压电路的质量指标稳压电路的质量指标 稳压电路的指标分特性指标大小、功能），如输入、输出电压及电流等；质量指标优劣、可靠度如稳压电源的稳压系数等。1、稳压系数Sr 电压调整特性：在负载不变条件下，稳压电源的输出电压相对变化量与输入电压的相对变化量之比。

10、Sr= RL=常量反映了电网电压的波动对稳压电源输出电压的影响。一般Sr为10-210-4。 如电网电压变化10%，那么UI/UI也变化10%，此时引起输出电压的相对变化量UO/UO叫电压调整率。/U oU oU iU i2、负载调整特性、负载调整特性SI 稳压电源在输入电压稳压电源在输入电压UI不变，输出电压的相对变化量不变，输出电压的相对变化量UO/UO与负载电流的变化量与负载电流的变化量IO之比之比 UI=常数常数 反映了负载变化对输出电压稳定性的影响。反映了负载变化对输出电压稳定性的影响。3、输出电阻、输出电阻RO 输入电压输入电压UI不变，输出电压的变化量不变，输出电压的变化量UO与

11、负载电与负载电流的变化量流的变化量IO之比。之比。 UI=常量常量 4、最大纹波电压、最大纹波电压 稳压电源输出直流电压上的波动电压，一般是稳压电源输出直流电压上的波动电压，一般是100HZ全波整流或全波整流或50HZ半波整流交流份量。常用有效半波整流交流份量。常用有效值或峰值表示。值或峰值表示。/Uo UoSiIoU oR oIo 集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是3端式串联型集成稳压器。3端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。

12、如W78和W79系列稳压器。W78系列输出正电压有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多种，若要获得负输出电压选W79系列即可。例如W7805输出+5 V电压，W7905则输出5 V电压。这类端稳压器在加装散热器的情况下，输出电流可达1.52.2A，最高输入电压为35V，最小输入、输出电压差为23V，输出电压变化率为0.10.2。 1. 分类正稳压W78XX负稳压W79XX固定式1.2537V连续可调可调式三端集成稳压器型号后型号后XX两位数字两位数字代表输出电压值代表输出电压值输出电压额定值有输出电压额定值有: 5V、 6V、9V、12V 、 15V、 18V、

13、24V等等 。2. 外形及引脚功能W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1 输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 公共端公共端3 输入端输入端2 输出端输出端塑料封装塑料封装 型号组成及其意义 XXL78(79)WC用数字表示输出电压值最大输出电流：L 为 0.1 A ,M 为0.5 A ,无字母表示1.5 A(带散热片)78: 输出固定正电压79: 输出固定负电压国标稳压器W 78 C1C2+Ui+Uo123W 79 C1C2Ui+Uo+321（1固定输出电路。固定输出电路。 上图为固定电压输出电路，输出电压为三端稳压电源输出电压。C1的作用是

14、消除自激振荡，C2起滤波作用。 W79端口不一样，输出为负电压。（2提高输出电压的电路。提高输出电压的电路。W78C1C2+Ui+Uo123+UZDZ+UR输出电压输出电压Uo=U+UZ（3可变输出电压电路可变输出电压电路 可变输出一般由取样电路、电压跟随器集成运放或串加一个可变电阻组成。 U01是三端集成稳压器的固定输出电压 U02是跟随电压，U02=U+，U0=U01+U02 U02随可变电阻RP的滑动而改变，U0隨同改变。当RP的滑动到最上端时当RP的滑动到最下端时可变输出电压范围选U01=12V，R1=R2=RP=200，电压输出范围为1836V。1201112011121201011

15、1maxmin0RRPRUoURRRPRUoURRPRRPRRRPRUUURRPR（4能同时输出正、负电压的电路。能同时输出正、负电压的电路。 W 7815 1 2 3 W 7915 3 2 1 24V 24V + + +15V 15V 220V 1000 F 1000 F 0.33 F 0.33 F 1 F 1 F RL W 78 C1 C2 + Ui + Uo 1 2 3 R IR IC IB I1 I I01 Io （5扩大输出电流的电路扩大输出电流的电路图中 I3为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以21II ，则可得：RUIIIIIIIIIBE2R12B2C2o)1 ()(

16、式中为三极管的电流放大系数。设10，3 . 0BEUV，5 . 0R，12IA，则可计算出5oIA，可见 Io比 I2扩大了。电阻 R的作用是使功率管在输出电流较大时才能导通。 当负载较重，IO大于1.5A以上时，可采用接功率管的办法。I01为稳压器输出电流，IR为电阻R上的电流。 串联型稳压电路的调整管工作在线性放大狀态要消耗較大的功率，效率一般在只有30%左右。开关稳压电源则可利用开和关的时间比较调整滤波后得到直流电压。调整管在截止时电流ICEO近于零，饱和时管压降UCES近于零，开关速度較快时，经过放大区的过渡时间很短，故调整管的功耗就小，电源的效率可达6080%以上。虽电路结构复杂，成

17、本較大，但由于近年的技术发展，集成电路的工艺和成本大大改善，所以得到广泛使用。 开关稳压电源是利用从取样电路取出的信号加到运算放大器，使輸出的正、负脉冲信号的脉冲宽度不同，从而去控制调整管的輸出，当开关控制电路輸出高电平时，调整管导通，輸出VE近似等于VI，当开关控制电路輸出低电平时，调整管截止。调整管輸出信号经LC滤波后輸出稳定直流。这种通过改变控制脉冲信号宽度实现稳压的方式又叫脉宽调整式开关稳压电源开关稳压电源结构框图开关稳压电源结构框图开关调整管：它采用大功率管，在开关脉冲的开关调整管：它采用大功率管，在开关脉冲的作用下，使调整管工作在饱和或截止状态，输作用下，使调整管工作在饱和或截止状

18、态，输出断续的脉冲电压，如下图。出断续的脉冲电压，如下图。由图可知：负载上得到的电压为：由图可知：负载上得到的电压为： UO = UO =（UIUIon+0on+0ToffToff）/(Ton+Toff)/(Ton+Toff) = =（Ton/TTon/T）UIUI 上式中上式中Ton/TTon/T称占空比。改变占空比的大小亦可改称占空比。改变占空比的大小亦可改变输出电压变输出电压UoUo的大小。的大小。 滤波器：把矩形脉冲变成连续的平滑直流电压滤波器：把矩形脉冲变成连续的平滑直流电压UoUo。 开关时间控制器：控制开关导通时间长短，从而开关时间控制器：控制开关导通时间长短，从而改变输出电压高

19、低。改变输出电压高低。 开关型串联稳压电源开关型串联稳压电源一一. 电路組成电路組成 三极管VT为开关调整管，L、C、VD组成滤波电路R1、R2组成取样电路，由运算放大器N、UR、R1、R2组成滯回电压比较器即开关控制电路）。二二. 工作过程工作过程 1、在tON调整管导通期间 设开关控制电路輸出为高电平，调整管饱和导通，调整管饱和压降UCES近似于零，则Ue=Ui，二极管VD反向截止，电感电压UL=UE-UO=UI-UO，电感上的电流IL线性增长，L储存能量。在t=0t1期间，il从ilmin增加，电容C的放电电流大于il向电容C的充电电流，ilIo，UO仍在下降阶段，经R1、R2分压后的u

20、-（UO下降，当tt1后，ilIO，电容C上充电电流大于放电电流，则uc和UO （即u-）开始上升。通过R1和R2分压，取样电压为：u- = UO = UO 212RRRVT饱和导通，饱和导通， uE =UI，因此，因此u-达到上限参考电压达到上限参考电压+ UT1 u- UT13434IRURURRR 使运算放大器輸出翻转；uA为低电平，调整管VT截止。iL达到最大值。2、在调整管截止toff期间：调整管VT由导通变为截止，电感L上的uL的极性左负右正，经C、VD和RL、UR、R3、R4形成两个放电电路，VD导通，使uE=-UVD=-0.7v。在LC滤波作用下，UO平滑输出。由于放电时间常数

21、较大， iL从最大值线性下降， iL下降到零而u- 升为最大， iL继续下降而u- 也（ UO ）下降。当t=t4时， u-下降到下限UT2，即：u- UT13443434VDRRURU RU RRRRR使运算放大器翻转，使运算放大器翻转，UA又为高电平，如此往复。调整又为高电平，如此往复。调整管始终处于开关工作狀况。管始终处于开关工作狀况。可见，由于可见，由于UI或或RL变化，使变化，使UO变化，取样后的变化，取样后的u-也也变化影响变化影响ton和和toff的长短。从而使的长短。从而使UO稳定。稳定。 UoUFUATonUE 脉宽脉宽 Uo3、输出电压计算、输出电压计算适当选取适当选取UR

22、、R3、R4，使比较电压的回差电压，使比较电压的回差电压UH=UT1-UT2小，当小，当UH为毫伏时，为毫伏时，UO很稳。很稳。 UO可从可从平均值求：平均值求： 化简后化简后开关型稳压电源的开关频率，一般取暖开关型稳压电源的开关频率，一般取暖10HZ100kHZ为宜。为宜。121()2TTUoUU3434212IRU RU RUoRR341RRRUoU本章讲解主要到这里结束。5.1 整流电路整流电路tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 电路 (b) 波形+uoRLtu20234t0234uo+u2+u1D(a) 电路 (b) 波形+uoRL当u2为正半周时，二极管D承受正向电压而

23、导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io= id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即uo=u2 ，输出电压uo的波形与u2相同。当u2为负半周时，二极管D承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u2全部加在二极管D上。tu20234t0234uo+u2+u1D(a) 电路 (b) 波形+uoRL单相半波整流电压的平均值为：0222o45. 02)(sin221UUttdUU流过负载电阻 RL的电流平均值为：L2Loo45. 0RURUI流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：L2oD45. 0RUII二极管

24、截止时承受的最高反向电压为 u2的最大值，即：22MRM2UUU例例 有一单相半波整流电路，如图 5-2（a）所示。已知负载电阻 750LR，变压器副边电压V 202U，试求 Uo、Io，并选用二极管。解解V)( 92045.045.02oUU(mA) 12(A) 012.07509LooRUI(mA) 12oD II(V) 2 .2820222DRMUU查半导体手册，二极管可选用 2AP4，其最大整流电流为16mA，最高反向工作电压为 50V。为了使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选得比 UDRM大一倍左右。+u1+u2D4D3D1D2RL+uo(a) 原理电路ab+u1+u2RL+uo(

25、b) 简化画法u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止。此时电流的路径为：aD1RLD3b。abVD3+u1+u2VD1RL+uoab+u1+u2VD4VD2RL+uou2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4承受正向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：bD2RLD4a。tu20234tiD10234tiD20234tuo0234单相全波整流电压的平均值为：0222o9 . 022)(sin21UUttdUU流过负载电阻 RL的电流平均值为：L2Loo9 . 0RURUI流经每个二极管的电流平均值

26、为负载电流的一半，即：L2oD45. 021RUII每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u2的最大值，即：22MRM2UUU整流变压器副边电压有效值为：oo211. 10.9UUU整流变压器副边电流有效值为：o22211. 111. 1IRURUILL由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。 例：例：试设计一台输出电压为 24V，输出电流为 lA 的直流电源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。解：解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：3 .5345. 0240.45o2UUV整流二极管承受的最

27、高反向电压为：2 .753 .5341. 122RMUUV流过整流二极管的平均电流为：1oD IIA因此可选用 2CZ12B整流二极管，其最大整流电流为 3 A，最高反向工作电压为 200V。（2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：7 .269 . 0240.9o2UUV整流二极管承受的最高反向电压为：6 .377 .2641. 122RMUUV流过整流二极管的平均电流为：5 . 021oDIIA因此可选用四只 2CZ11A 整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最高反向工作电压为 100V。5.2 滤波电路滤波电路tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 电路 (b) 波形CRL+假设电路接通时恰恰在 u2由负到正过零的时刻，这时二极管 D 开始导通，电源 u2在向负载 RL供电的同时又对电容 C充电。如果忽略二极管正向压降，电容电压 uC紧随输入电压u2按正弦规律上升至 u2的最大值。然后 u2继续按正弦规律下降，且C2uu，使二极管 D 截止，而电容 C 则对负载电阻RL按指数规律放电。uC降至 u2大于 uC时，二极管又导通，电容 C 再次充电。这样循环下去，u2周期性变化，电容 C周而复始地进行充电和放电，使输出电压脉动减小，如图 9-4（b）所示。电容 C 放电的快慢取决于时间常数（CRL）的大小，