模拟电子技术基础第十一章直流稳压电源

1、11 11 直流稳压电源直流稳压电源11.1 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路11.2 11.2 线性稳压电路线性稳压电路11.3 11.3 开关式稳压电路开关式稳压电路11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路11.1.2 滤波电路滤波电路*11.1.3 倍压整流电路倍压整流电路 交流电网电压转换为直流电压的一般过程交流电网电压转换为直流电压的一般过程变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：降压降压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力进一步消除纹波，提高电压的稳定性和

2、带载能力 电源变压器 v1 220V v2 50Hz 整流电路 vR 滤波电路 vF 稳压电路 VO t 交流电网电压 v1 t v2 t vR t vF t VO 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性1. 工作原理工作原理 v2 O 2 3 4 t O iL iD1 iD3 iD2 iD4 iD1 iD3 iD2 iD4 t vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 导通 导通 导通 导通 2V2 2V2 0.9V2 VL0.9V2 v1 Tr v2 RL D1D4 220V 50Hz + - 电网 电压 v1 Tr

3、a b v2 D1 D2 D4 D3 vL R1 220V 50Hz iL 3. 纹波系数纹波系数ttVV dsin2120L LLLRVI 483. 0L2L22r VVVK222V L29 . 0RV 4. 平均整流电流平均整流电流D3D1II D4D2II L2L45. 021RVI 5. 最大反向电压最大反向电压2RM 2VV vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 导通 导通 导通 导通 2V2 0.9V2 VL0.9V2 2. VL和和IL单相半波整流电路单相半波整流电路 单相整流电路除桥式整单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和流电路外，还有单相半波和

4、全波两种形式。单相半波整全波两种形式。单相半波整流电路如图流电路如图 (a)(a)所示，波形所示，波形图如图图如图 (b)(b)所示。所示。(a)电路图 (b)波形图2202LO45. 02)d(sin221VVttVVVL2L2LD45. 02RVRVII流过负载和二极管的流过负载和二极管的平均电流平均电流为为2Rmax2VV二极管所承受的二极管所承受的最大反向电压最大反向电压 单相全波整流电路如单相全波整流电路如图图 (a)(a)所示，波形图如图所示，波形图如图 (b)(b)所示。所示。 (a)电路图 (b)波形图输出平均电压输出平均电压2202LO9 .022)d(sin21VVttVV

5、VL2L2Lo9 . 022RVRVII流过负载的流过负载的平均电流平均电流为为2Rmax22VV 二极管所承受的二极管所承受的最大反向电压最大反向电压注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值； 输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值； 整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值； 整流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电单相桥式整流电路的变压器中只有交流电

6、流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。之中。11.1.2 滤波电路滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L型）型）（c） 型滤波电路型滤波电路# 为什么不用有

7、源滤波电路为什么不用有源滤波电路?电容滤波电路电容滤波电路A. 二极管的导电角二极管的导电角 ，流过二极管的瞬时电流流过二极管的瞬时电流很大。很大。B. 负载直流平均电压负载直流平均电压 VL 升高升高 d = RLC 越大，越大， VL 越高越高C. 直流电压直流电压 VL 随负载电流随负载电流增加而减少增加而减少当当 d （3 5） 时，时，2TVL = ( 1.1 1.2 )V2VL 随负载电流的变化随负载电流的变化11.1.2 滤波电路滤波电路电感滤波电路电感滤波电路 利用储能元件电感器利用储能元件电感器的电流不能突变的电流不能突变的性质，把电感的性质，把电感与整流电路的负载与整流电路

8、的负载L相相串联，也可以起到滤波的作用。串联，也可以起到滤波的作用。 电感滤波电路如图电感滤波电路如图10.10所示。电感滤波的所示。电感滤波的波形图如图波形图如图10.11所示。所示。 *使用条件：使用条件：2)53(LdTCR名名 称称 VL(空空载载) VL(带带载载) 二二极极管管反反向向最最大大电电压压 每每管管平平均均电电流流 半半波波整整流流 22V 245. 0V 22V IL 全全波波整整流流电电容容滤滤波波 22V 1.2V2* 222V 0.5IL 桥桥式式整整流流电电容容滤滤波波 22V 1.2V2* 22V 0.5IL 桥桥式式整整流流电电感感滤滤波波 22V 0.9

9、V2 22V 0.5IL *11.1.3 倍压整流电路倍压整流电路是变压器副边电压的是变压器副边电压的2倍倍正半周，正半周， D1导通，导通， D2截止，截止，C1充电达峰值电压充电达峰值电压 2 21VVC 当当C2的放电时间常数的放电时间常数RLC2远大于电源电压周期时，正半周，远大于电源电压周期时，正半周，C2放电很少，负载电压可以基本保持不变。放电很少，负载电压可以基本保持不变。 22 22 212VVVVCC 负半周，负半周， D1截止，截止， D2导通，导通，C2充电的峰值电压充电的峰值电压 2L 222VVVC 倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安以下）和倍压整流电路一般用

10、于高电压、小电流（几毫安以下）和负载变化不大的直流电源中。负载变化不大的直流电源中。电路中元器件要求有较高的耐压值，电路中元器件要求有较高的耐压值，并能承受更大的冲击电流并能承受更大的冲击电流增加连接的级数，可得到更增加连接的级数，可得到更高倍数的输出电压高倍数的输出电压10.2 线性稳压电路线性稳压电路10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标10.2.2 串联反馈式稳压电路工作原理串联反馈式稳压电路工作原理10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器10.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用11.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标输出电压输出电压) , , (OIOTI

11、VfV 输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVT OoIVO 输入调整因数输入调整因数00IOVO TIVVK电压调整率电压调整率00IOOVO %100/ TIVVVS稳压系数稳压系数00IIOOO / TIVVVV 输出电阻输出电阻00OOoI TVIVR温度系数温度系数00OI TVTTVS11.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理1. 结构结构输入电压波动输入电压波动负载电流变化负载电流变化输出电输出电压变化压变化 OV)(REFF不不变变VV BV OV电压串联负反馈电压串联负反馈所以输出电压所以输出电压)1(21REFORRVV 满足深度负反馈，根据

12、满足深度负反馈，根据虚短虚短和和虚断虚断有有212OFRRRVV REFFVV 将将VREF看作电路的输入看作电路的输入# 除了稳压原理来自负除了稳压原理来自负反馈，此电路设计还反馈，此电路设计还需要考虑哪些问题需要考虑哪些问题?2. 工作原理工作原理11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器78 XX：正电压正电压 79 XX：负电压：负电压 1. 输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器2. 可调式三端集成稳压器（正电压可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压、负电压LM337 ）输出电压输出电压22REFORIVV VI 调整管调整管 比较放大器比较放大器 I1 I

13、 VREF 基准电压基准电压 1.2V T VB VO R1 R2 I2 Iadj adj (相对于相对于adj 点点) )1(12REFRRV 2adj1REF)(RIIV 由于由于 Iabj I1所以所以21REFORIVV 21REFREFRRVV 3. 最小输入输出电压差最小输入输出电压差 VI 1 3 2 VO 三三端端稳稳压压器器 类类 型型三端固定三端固定三端可调三端可调参参 数数符号符号单单位位正压正压78负压负压79正压正压LM317负压负压LM337输入电压输入电压VIV (840) (340)输出电压输出电压VOV (524) (1.237)最小（输入输出）最小（输入输出

14、）电压差电压差（VIVO）minV (2.02.5)1.22211.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用1. 固定式应用举例固定式应用举例 VI 1 3 D 2 C1 0.33F C2 0.1F C3 10F VO 78L VI 1 3 D 2 C1 0.33F C2 0.1F C3 10F VO 78L D1 D4 D3 D2 i 2 - - + + 图示电路是用图示电路是用W78XXW78XX和和A741A741组成的输出电压组成的输出电压可调的稳压电路。图中集成运放作为电压跟随可调的稳压电路。图中集成运放作为电压跟随器使用，它的电源借助于三端集成稳压器的输器使用，它的电源借助

15、于三端集成稳压器的输入直流电压。入直流电压。输出电压可调电路输出电压可调电路当电位器滑动端在最上端时，可得最大输出电压当电位器滑动端在最上端时，可得最大输出电压 Uomax= 当电位器滑动端在最下端时，可得最小输出电压当电位器滑动端在最下端时，可得最小输出电压 Uomin= 故输出电压调节范围为故输出电压调节范围为 Uo XXURRPRR121XXURPRRPRR121XXURPRRPRR121XXURRPRR121三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图所示的典型应用电路如图所示可调输出三端集成稳压器可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间的内部，在输出端和公

16、共端之间是是1.25 V1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。)1 (25. 1+=1PPaP1REFREFORRRIRRVVV2. 2. 可调式应用举例可调式应用举例11.3 开关式稳压电路开关式稳压电路11.3.1 开关试稳压电路的工作原理开关试稳压电路的工作原理*11.3.2 带隔离变压器的直流变换型带隔离变压器的直流变换型电源电源11.3.3 开关稳压电源的应用举例开关稳压电源的应用举例11.3.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理1. 串联（降压）型开关稳压电路（串联（降压）型开关稳压电路（Buck）电路组成电路组

17、成开关管开关管T与负载与负载RL串联串联工作原理工作原理输出电压的平均值输出电压的平均值IIonDoffCESIonO)()(qVVTtVTtVVTtV 式中式中qton/T 称为脉冲波形的占空比称为脉冲波形的占空比脉宽调制（脉宽调制（PWM）式）式降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源稳压原理稳压原理VI（或（或RL）VO VF vA vB q（ton）VOIIonOqVVTtV 当当ton不变，改变不变，改变T（或（或fk）同样能调节）同样能调节VO的大小，称为脉的大小，称为脉冲频率调制冲频率调制PFM控制方式。控制方式。2. 并联（升压）型开关稳压电路（并联（升压）型开关稳压电路（Boos

18、t）主回路主回路工作原理工作原理开关管开关管T与负载与负载RL并联并联 当控制电压当控制电压vG为高为高电平（电平（ton期间）时，期间）时，T饱和导通，输入电压饱和导通，输入电压VI直接加到直接加到L两端，电感两端，电感储存能量储存能量 。 二极管二极管D截止，电截止，电容容C向负载提供电流向负载提供电流i放放 当当vG为低电平（为低电平（toff期间）时，期间）时，T截止，截止，iL不能突变。不能突变。L产生反电势产生反电势vL为为左负（）右正（）左负（）右正（） 若若VIvLVO，则，则D导通，导通，VIvL给负载提供电流给负载提供电流iO。显然。显然VOVI，所以电路称为升压型开关稳压电路所以电路称为升压型开关稳压电路工作波形工作波形控制与驱动电路可以采用电压控制与驱动电路可以采用电压-脉冲宽脉冲宽度调制器（度调制器（PWM）集成电路来实现）集成电路来实现也有包括所有单元电路在内的单片集也有包括所有单元电路在内的单片集成开关稳压电源共选用成开关稳压电源共选用*11.3.2 带隔离变压器的直流变换型电源带隔离变压器的直流变换型电源推挽式自激变换型稳压电路推挽式自激变换型稳压电路 T1、T2和和Tr左侧线圈等构左侧线圈等构成振荡电路，成振荡电路，产生上千赫兹产生上千赫兹的振荡波形，的振荡波形，通过变压器耦通过变压器耦合到副边，再合到副边，再整流滤波稳压