第15章二极管整流及直流稳压电源

1、第第15章章 直流稳压电源直流稳压电源15.1单相整流电路 15.1.1 单相半波整流电路 15.1.2 单相全波整流电路 15.2滤波电路 15.2.1 电容滤波器 15.2.2 电感滤波器 15.2.3 型滤波器15.3 稳压电源 15.3.1 串联型稳压电源 15.3.2 开关电源15.4 集成稳压器 第第21讲讲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变为幅度合适的交流电压变为幅度合适的交流电压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转转变为平滑的直流电压变为平滑的直

2、流电压u4。稳稳压电路压电路: 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,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。前言：前言： 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流电路整流电路滤波电路滤波电路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo负载负载单相单相三相三相本课主要介绍：本课主要介绍：（1）单相半波整流）单相半波整流（2）单相全波整流）单相全波整流（3）单相桥式整流）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：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

3、波全波15.1 15.1 整流电路整流电路15.1.1 15.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路二极管导通，二极管导通，uo=u2 把二极管当作理想元件处理，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通压降为即二极管的正向导通压降为0，反，反向电阻为无穷大。向电阻为无穷大。二极管截止二极管截止, uo=0+u2 0 时时:u2 ID(AV)二极管反向峰值电压二极管反向峰值电压URM： URM 2UDRMuD1uD2u1u2T+RLuo + io+ D2+ u2D1+ + 15.1.2 15.1.2 单相全波整流电路单相全波整流电路原理：原理：+ 变压器副边中心抽头，感应出两个变压器副边中

4、心抽头，感应出两个相等的电压相等的电压u2。当当u2正半周时，正半周时，D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时，D2导通，导通，D1截止。截止。在负载电阻在负载电阻RL两端产生直流电压两端产生直流电压uo。+U2m2U2m1. 1. 用中心抽头变压器的单相全波整流电路用中心抽头变压器的单相全波整流电路u2uouD1 t 2 3 4 0uD2 t t tD D1 1导通导通D D2 2导通导通输出电压平均值（输出电压平均值（Uo(AV)）,输出电流平均值（输出电流平均值（Io (AV)0220oO(AV)(t)dsin2(1)(d21tUtuUL2LO(AV)O(AV)9 .

5、 0RURUIuD1uD2u1u2T+RLuo + io+ D2+ u2D1+ + uo 2 0 t229 . 022UU2O(AV)9 . 0 UU输出电压平均值输出电压平均值输出电流平均值输出电流平均值二极管的平均电流及承受的最大反向电压二极管的平均电流及承受的最大反向电压2O(AV)D(AV)IIuD1uD2u1u2T+RLuo + io+ D2+ u2D1+ + uD1 2 0 t2DRM22UU二极管上的平均电流负载平均电流的一半：二极管上的平均电流负载平均电流的一半：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u2 峰值电压的峰值电压的2倍倍:2U2m2. 2. 单相桥式整

6、流电路单相桥式整流电路组成：由四个二极管组成桥路组成：由四个二极管组成桥路u1u2TD3D2D1D4RLuo RLD1D3D2D4u2uo u2uo +单相桥式整流电路原理单相桥式整流电路原理当当u2正半周时：正半周时： D1、D3导通，导通，D2、D4截止。截止。当当u2负半周时：负半周时： D1、D3截止，截止，D2、D4导通。导通。u2D3D2D1D4RLuo u2uouD1 t 2 3 4 0uD2 t t tuD3uD4D D1 1D D3 3导通导通D D2 2D D4 4导通导通D D1 1D D3 3导通时，导通时，D2D4承受反承受反向电压向电压D D2 2D D4 4导通时

7、，导通时，D1D3承受反承受反向电压向电压单相桥式整流电路的计算单相桥式整流电路的计算u2uouD1 t 2 3 4 0uD2 t t tuD3uD42O(AV)9 . 0 UU输出电压平均值输出电压平均值:输出电流平均值输出电流平均值:L2LO(AV)O(AV)9 . 0RURUI2O(AV)D(AV)II二极管平均电流：二极管平均电流：二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：2DRM2UU集成硅整流桥集成硅整流桥+- +u2uo+ +u2D3D2D1D4RLuo 14集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uo+ +- +整流电路的主要参数整流电路的主要参数 (1) 整流输出电压的平均值整流输出电

8、压的平均值UO(AV)及负载上的平均电流及负载上的平均电流IO(AV)(2) 脉动系数脉动系数S S定义：定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1M与与uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。uo 2 0 t 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:670322232422O(AV)o1M.UUUUS)6cos3544cos1542cos342(22otttUu基波基波（3）二极管最大整流电流）二极管最大整流电流IF与反向峰值电压与反向峰值电压URM二极管参数选择二极管参数选择二极管最大整流电流二极管最大整流电流IF：IF I

9、D(AV) 二极管反向峰值电压二极管反向峰值电压URM：URM 2UDRMID(AV) 整流电路中二极管的平均电流整流电路中二极管的平均电流UDRM 整流电路中二极管的最大反向电压整流电路中二极管的最大反向电压15.2 15.2 滤波电路滤波电路滤波电路的结构滤波电路的结构: RC或或RL无源低通滤波器无源低通滤波器整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo负载负载脉动直流电压脉动直流电压平滑直流电压平滑直流电压RLCu4u3电容与负载电容与负载R RL L并联并联电感与负载电感与负载R RL L串联串联LRLu4u315.2.1 15.2.1 电容滤波电路电容

10、滤波电路（1 1） 电容滤波原理电容滤波原理CuC u1u2TD3D2D1D4RLuo uo tuC滤波原理用电容充放电的原理说明。滤波原理用电容充放电的原理说明。(a) 整流电路内阻整流电路内阻ro 2UDRM整流电流整流电流IF（23）ID(AV) uo（3 3）电容滤波原理的低通滤波器）电容滤波原理的低通滤波器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 u3 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(223tttUu 频率越高，电容的容抗越小，所以频率越高，电容的容抗越小，所以 u3 的高频分量通过电容滤掉，的高频分量通过电容滤掉，只有直流分量全部保留

11、和一些低频分量保留，为输出只有直流分量全部保留和一些低频分量保留，为输出 uo 。+ ro整流电路整流电路RLCuou3+ 内阻内阻u3uo15.2.2 15.2.2 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(带铁心的电感线圈）就构带铁心的电感线圈）就构成了电感滤波电路。成了电感滤波电路。 u1u2TD3D2D1D4RLuo Lu3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，电压大部分降在越大，电压大部分降在XL上。上。因此，因此，在输出端得在输出端得到

12、比较平滑的直流电压。到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量: XL=0 ，电感相当于短路，电感相当于短路, 电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。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：2O9 . 0 UUuou315.2.3 15.2.3 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：采取多阶滤波采取多阶滤波（1） RC 型型滤波器滤波器（2） LC 型型滤波器滤波器RC1C2u1u2RLuo LC1C2u1u2RLuo 15.3 15.3 稳压电路稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳稳 压

13、压 电电 路路u1u2u3u4uo负载负载脉动直流电压脉动直流电压平滑直流电压平滑直流电压稳定直流电压稳定直流电压稳压电路的类型稳压电路的类型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电路最简单，但是带负载能电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。不作为电源使用。效率较高，目前效率较高，目前使用较普遍。使用较普遍。以下主要讨论线性以下主要讨论线性稳压电路。稳压电路。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

14、电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载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量与输入电压的相对变化量之比。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。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。定义为当输入电输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。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。戴维南等效电路的内阻。15.3.1 15.3.1 串联型稳压电路串联型

15、稳压电路(a) 电路框图电路框图（四部分组成：调整管，基准电压，采样电路，比较放大器）（四部分组成：调整管，基准电压，采样电路，比较放大器）输入直流电压输入直流电压（不稳定）（不稳定）输出直流电压输出直流电压（稳定）（稳定）VB1URFUO调整管调整管T T1 1UI +RLUO比较比较放大放大采样采样电路电路基准基准电压电压调整管调整管 T T1 1URFUO+ UI +RLUO比较比较放大放大采样采样电路电路基准基准电压电压VB1 电路形式：因调整管与负载接成电路形式：因调整管与负载接成射极输出器形式射极输出器形式，为深度电压串联，为深度电压串联负反馈，故称之为：负反馈，故称之为：串联反馈

16、式稳串联反馈式稳压电路。压电路。 稳压原理：若因输入电压变化或稳压原理：若因输入电压变化或负载变化而使负载变化而使UO加大加大, 比较放大电比较放大电路使路使VB1变小变小,从而使从而使UO降低。降低。比较比较放大放大采样电路采样电路基准基准电压电压调整管调整管(b) (b) 串联型稳压电路串联型稳压电路+ CI+ + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+ u2CORW调整管调整管 T T1 1URFUO+ UI +RLUO比较比较放大放大采样采样电路电路基准基准电压电压VB1原理原理框图框图(c) (c) 稳压原理稳压原理Uo 某种原因（输入电压某种原因（输入电压 UI 增加或

17、输出电流减小增加或输出电流减小)使使 Uo升高时，有以下自升高时，有以下自动调节过程：动调节过程：+ CI+ + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+ u2CORWVC2VB1VB2VB2UoVC2 （VB1 ）（分压器）（分压器）（反相放大）（反相放大）（射极跟随）（射极跟随）所以此电路有自动稳压作用。所以此电路有自动稳压作用。(d) 输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围+ CI+ + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+ u2CORWRW2VB2RW1因为：因为：O2W12W2BE2ZB2URRRRRUUV所以：所以：)(BE2Z2W22W1OUUR

18、RRRRU忽略忽略UBE2Z2W22W1URRRRR例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求输出电压的调节范围。，求输出电压的调节范围。+ + + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCCORWZ2W22W1OURRRRRURW2RW1WW2W1RRR0W2R时输出最大：时输出最大：(V)1247 . 47 . 47 . 47 . 4Z22W1OmaxURRRRUWW2RR时输出最小：时输出最小：(V)647 . 47 . 47 . 47 . 47 . 4Z2W2W1OminURRRRRU输出电压的调节范围为：输出电压的调节范围为：6V12V。照片照片15.4

19、15.4 集成稳压器集成稳压器将上述电路集成将上述电路集成化：集成稳压器化：集成稳压器（三端稳压器）（三端稳压器）W7805123电路符号电路符号示意图示意图W78051输输入入2地地3输输出出特点：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+15VW7900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-15VW7800W7800系列稳压器外形及应用举例系列稳压器外形及应用举例1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123 注意：要求注意：要求输入与输入与输出端之间的电压不输出端之间的电压不得低于得低于2V！W7805+_UO132CI0.11 FCo1FC+u1+ u2500 FU1=220VUC=1.2U2=9.6VU2=8VUO=+5V滤波滤波电容电容消振消振电容电容滤波滤波电容电容例如例如W