直流稳压电源的组成与功能

1、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: 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u3。滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流转变为平滑的直流电压电压u4。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,保持保持输出电压输出电压uo的稳定。的稳定。 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u

2、4uo单相单相三相三相二极管二极管可控硅可控硅桥式桥式倍压整流倍压整流半波半波全波全波本课主要介绍：本课主要介绍：单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流把交流电压转变为直流脉动的电压。把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：整流电路分类：整流电路的任务：整流电路的任务：15.2 单相整流电路单相整流电路(1)单相半波整流电路单相半波整流电路二极管导通，忽略二二极管导通，忽略二极管正向压降，极管正向压降， uo=u2u1u2aTbDRLuo为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为

3、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。二极管截止二极管截止, uo=0+io+u2 0 时时:u20 时时D1,D4导通导通D2,D3截止截止电流通路电流通路:a D1RLD4bu2ID)（选购时：（选购时：反向峰值电压反向峰值电压 2URM)15.3 滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLC(1)电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分

4、析，其电路如图所示。其电路如图所示。(a)电容滤波原理电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻ro)u1u2u1bD4D2D1D3RLuOSCu2tuOt无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形

5、时的波形uotu2上升，上升， u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo= uc u2u2下降，下降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数规律下降，时间常数规律下降，时间常数 = RL Cu2tuot只有整流电路输只有整流电路输出电压大于出电压大于uc时，时，才有充电电流。才有充电电流。因此二极管中的因此二极管中的电流是脉冲波。电流是脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot电容充电时，电容充电时，电容电

6、压滞后电容电压滞后于于u2。RLC越小，输越小，输出电压越低。出电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻ro)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL 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 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(b)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 输出电压输出电压 平均值平均值Uo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

7、器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压2RM2UU=一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)2)53(LTCR=电容滤波原理的电容滤波原理的低通滤波器解释低通滤波器解释用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUui=u 2 0 tRLCuuo+ + 频率越高，电容的容抗越小频率越高，电容的容抗越小ro整流电路(2)电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构: 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就构成了电感滤波

8、电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLuo电感滤波原理电感滤波原理(低通滤波器解释）低通滤波器解释）对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。 因此，因此，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。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo对直流分量对直流分量: XL=0 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(3) RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波uoRu2

9、u1C1C2uo1 RLRC 型型滤波器滤波器将将RC 型型滤波器中的电阻换为电感，滤波器中的电阻换为电感，变为变为LC 型型滤波器滤波器15.4 稳压电路稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直直流流电电压压稳压电源类型稳压电源类型:以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。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) )电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供

10、基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多。比较多。(1) (1) 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标(a)稳压系数稳压系数 S（越小越好）（越小越好）稳压系数稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化响。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。量与输入电压的相对变化量之比。IIooUUUUS=(b)输出电阻输出电阻Ro （越小越好）（越小越好）输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影

11、响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出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。它实际上就是电源戴维南等效电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。电路的内阻。(2)(2)串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路(a)电路结构的一般形式电路结构的一般形式串联式稳压电路的组成：串联式稳压电路的组成：（1）基准电压；）基准电压； （2）比较放大；）比较放大；（3）输出电压取样电路；（）输出电压取样电路；（4）调整元件）调整元件UOT1+_UI比较放大比较放大基基 准电压准电压Uo取样取样URFUORL调整元件调整元件+ 因调整管与负载接成射极输出器形式，因调整管与负

12、载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为：为深度串联电压负反馈，故称之为： 串联反馈式稳压电路。串联反馈式稳压电路。若因输入电压变化或负载变化而使若因输入电压变化或负载变化而使UO加大加大,比较放大电路使比较放大电路使UB1变小变小,从而从而使使UO降低降低.UOT1+_UI比较放大比较放大基基 准电压准电压Uo取样取样URFUORL调整元件调整元件+UB1+UIUoRLR3比较放大比较放大R 、 UZ基准电压基准电压T1调整管调整管R3 、 T2比较放大比较放大R1 、 RW 、R2采样电阻采样电阻(b)一种实际的串联式稳压电源一种实际的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW

13、2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2稳压原理稳压原理UoUB2UC2 （UB1 ）Uo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UC2 （UB1 ）R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(c) 输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：所以：2221ZWWURRRRR+=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2因为：因为：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR+=UB2=例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7

14、k ，求输，求输出电压的调节范围。出电压的调节范围。221ZWWOminURRRRRU+=4=6V4.74.7+=4.74.7+ 4.7221ZWOmaxURRRRU+=4=12V4.74.7+=4.74.7R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB22221ZWWOURRRRRU+=(d) 实际的稳压电源采取的改进措施实际的稳压电源采取的改进措施1. 比较放大级采用差动放大器或比较放大级采用差动放大器或集成运放集成运放2.2.调整管采用调整管采用复合三极管复合三极管3. 采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)4. 用恒流源负载代替集电极电阻以

15、提高增益用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5. 内部加短路和过热保护电路内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成化集成稳压电源集成稳压电源用运放作为比较放大器的串联型稳压电路+UZDZUOUIT1T2R1R2RWRZ1RL+-+UZ1DZ1RZZ2W21OmaxURRRRU+=最大输出电压ZW2W21OminURRRRRU+=最小输出电压15.5 集成稳压电源集成稳压电源特点：体积小特点：体积小,可靠性高可靠性高,使用灵活使用灵活,价格低廉价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：类型：W7800系

16、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-15V1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端W7800系列稳压器外形及接线图系列稳压器外形及接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：注意：输入与输出端输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于2V！1端端: 公共端公共端2

17、端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端W7900系列稳压器外形及接线图系列稳压器外形及接线图123+W7905UI+Uo231CI0.11 FCo1F-10V-5V集成稳压电源应用电路集成稳压电源应用电路u2u1 C1300FU1=220VU2=8VUC1=1.2 U2 =9.6VUo=5V+_CoW7805+_Uo1321FRLCI1 F集成稳压电源应用电路集成稳压电源应用电路u2u1W78051321F1 FW7905300F1F1F300F123+5V-5V（产生正负对称电源）（产生正负对称电源）开关电源原理开关电源原理uBuOUITRLPWM控制+电路原理输出电压波形TOtt1t2uOUIUCES平均值UOuB的波形tTOt1t2uBTonToffPWM: Puls