第十章稳压电源ppt课件

1、一、直流稳压电源的组成和功能二、单相整流电路三、滤波电路四、稳压电路五、集成稳压电源第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源n电源变压器电源变压器: : 将交流电网电压将交流电网电压u1u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2u2。n整流电路整流电路: : 将交流电压将交流电压u2u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3u3。n滤波电路滤波电路: : 将脉动直流电压将脉动直流电压u3u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4u4。n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, ,保持输出电压保持输出电压uouo的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成

2、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u1u2u3u4uo10.1 10.1 整流与滤波电路整流与滤波电路1.1.半波整流电路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=u2 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, uo=0+io+u2 0 时时:u20

3、 时时D1,D4导通导通D2,D3截止截止电流通路电流通路:a D1RLD4bu2uC时，二极管导通，电源在给负载时，二极管导通，电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 u uC时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，放电，uC按指数规律下降，按指数规律下降， uo= uC 。+Cici +aDuoubRLio= uC （半波、全波（半波、全波 ） UU22DRM= =uoU2U2u tO tO（桥式（桥式 ） UU2=DRM1. 1. 电容滤波电路电容滤波电路(1)(1)电容滤波原理电容滤波原理25)(

4、3LTCR = =一般取一般取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值UoUo与放电时间与放电时间 常数常数RLCRLC有关。有关。 RLC 越大越大 电容器放电越慢电容器放电越慢 输出电压的平均值输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）（半波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压有电容滤波有电容滤波 无电容滤波无电容滤波0.45U UooIO 结论结论 采用电容滤波时，输出电采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较

5、大，即压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。 RLC RLC 越大越大O O 越高，越高，IO IO 越大越大整流二极管导通时间越整流二极管导通时间越短短 iD iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。iD tuoU2 tOO另：以单向桥式整流电容滤波为例进行分另：以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。析，其电路如图所示。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

6、(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻时刻接通电源接通电源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au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRLRL接入且接入且RLCRLC较大时较大时 ( (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) )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

7、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，电容电压滞后电容电压滞后于于u2u2。RLCRLC越小，输出越小，输出电压越低。电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRLRL接入且接入且RLCRLC较大时

8、较大时 ( (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻) )一般取一般取)105(TCRL=(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) (b) 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(2)(2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(a) (a) 输出电压输出电压 平均值平均值UoUo与时间常数与时间常数 RLC RLC 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈

9、大愈大(c) (c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压22UURM=当RL开路时：222UURM=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 L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLuo电感滤波原理电感滤波原理对谐波分量对谐波分量: f : f 越高，越高，XL XL 越大越大, ,电压大部分降在电压大部分降在XLXL上。上。 因而，在输出端得到比较平滑的直流电压。因而，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

10、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 : 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RLRL上上3. RC 3. RC 型滤波器型滤波器改善滤波特性的方法：采取多级滤波改善滤波特性的方法：采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC RC 型滤波器型滤波器将将RC RC 型滤波器中的电阻换为电型滤波器中的电阻换为电感，变为感，变为LC LC 型滤波器型滤波器10.2 10.2 串联式稳压电路串联式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

11、流电压稳压稳压直流直流电压电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，但是带负载但是带负载能力差，一能力差，一般只提供基般只提供基准电压，不准电压，不作为电源使作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。一一. . 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVT = =

12、 OoIVO 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 = = = = = =TVTTVS二二. . 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管的反利用稳压二极管的反向击穿特性。向击穿特性。 由于反向特性陡直，较由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起大的电流变化，只会引起较小的电压变化。较小的电压变化。 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知ZLR

13、+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 输入电压输入电压VIVI的增加，必然引起的增加，必然引起VOVO的增加，即的增加，即VZVZ增加，从而增加，从而使使IZIZ增加，增加，IRIR增加，使增加，使VRVR增加，从而使输出电压增加，从而使输出电压VOVO减小。这一减小。这一稳压过程可概括如下：稳压过程可概括如下： 这里这里VOVO减小应理解为，由于输入电压减小应理解为，由于输入电压VIVI的的增加，在稳压二极管的调节下，使增加，在稳压二极管的调节下，使VOVO的增加没有那的增加没有那么大而已。么大而已。VOVO还是要增加一点的，这是一个有差调还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。节系统。V

14、IVOVZIZIRVRVO(2) (2) 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流ILIL的增加，必然引起的增加，必然引起IRIR的增加，即的增加，即VRVR增加，从而增加，从而使使VZ=VOVZ=VO减小，减小，IZIZ减小。减小。IZIZ的减小必然使的减小必然使IRIR减小，减小，VRVR减小，从减小，从而使输出电压而使输出电压VOVO增加。这一稳压过程可概括如下：增加。这一稳压过程可概括如下： ILIRVRVZ ILIRVRVZ（VOVO）IZIRVRVOIZIRVRVO2.2.稳压电阻的计算稳压电阻的计算 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击稳压二极管稳

15、压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R R的阻值大小有关。的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R R越大，越大，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R R也是限流电阻。也是限流电阻。 显然显然R R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZIZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的VRVR变变化，就可达到足够的稳压效果。化，就可达到足够

16、的稳压效果。 但但R 的数值越大，就需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损值，损耗就要加大。耗就要加大。稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时管的电流最小。此时IZIZ不应小于不应小于IZminIZmin，由此可计算出，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即即LmaxZminZIminmax=IIVVR 当输入电压最大，负载电流最小时，流过当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流

17、最大。此时稳压二极管的电流最大。此时IZIZ不应超过不应超过IZmaxIZmax，由，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即此可计算出稳压电阻的最小值。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1)(2)(2) 稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！三三. . 串联型稳压电源串联型稳压电源1. 1. 串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成 VO =VI-VR VO =VI-VR，当当VIR VRVIR VR在一定程在一定程度上抵消了度上抵消了VI

18、VI增加对输出电压的增加对输出电压的影响。影响。若负载电流若负载电流ILRVRILRVR在一定程度上抵消了因在一定程度上抵消了因ILIL增加，增加，对输出电压减小的影响。对输出电压减小的影响。 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 在实际电路中，可变电阻在实际电路中，可变电阻R R是用一个三极管来替代的，是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCEVCE，VCEVCE相相当于当于VRVR。 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图串联型稳压电源的构成：串联型稳压电源的构成：调整管、放大环节、

19、比较环节、基准电压源调整管、放大环节、比较环节、基准电压源2.2.工作原理工作原理输入电压不变时，由于某种原因使输入电压不变时，由于某种原因使VOVO，则，则会有如下调节过程：会有如下调节过程：VI不变）不变）VOVfVO1VCEVO实质：电压负反馈实质：电压负反馈QvCE/ViC/mAQ3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算REF2321O)+(1=VRRRRV可见，调节可见，调节R2R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。根据根据“虚短虚短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV= VREFVfoFVFVV=T1调整管调整管R3 、 T2比较放大比较放大R1 、

20、RW 、R2采样电阻采样电阻R 、 UZ基准电压基准电压3. 3. 分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2稳压原理稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo当当 UI UI 一定一定 时，由于某种原因使时，由于某种原因使UoUo升高时：升高时：R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1 ）Uce1(3) (3) 输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围因为：因为：OU2BEZUU22WRR21WRRR=()22221BEZWWOUUR

21、RRRRU=所以：所以：2221ZWWURRRRR=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2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。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU=4=6V4.74.7=4.74.7 4.7221ZWOmaxURRRRU=4=12V4.74.7=4.74.710.3 10.3 三端集成稳压器三端集成稳压器一. 输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）恒流源恒流源基准电压基准电

22、压电路电路调整调整电路电路比较比较放大放大减流减流保护保护过热过热保护保护启动电启动电路路取取样样电电路路R4T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO 常用的集成三端稳压器的类型常用的集成三端稳压器的类型类型：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+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V

23、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系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.11FCo1F+10V+5V注意：输入与输出端注意：输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！1端端: 公共端公共端2端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端W7900系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+W7905UI+Uo231CI0.11FCo1F-10V-5V输出正、负电压的稳压电路输出正、负电压的稳压电路IQR1R2输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路I1I211RUIXX=QIII=12220RIUUXX=21)(RIRUUQXXXX=212)1 (RIURRQXX=XXXXURRUUUURRRU=)1 (12000212 作恒流源使用作恒流源使用RIV5O本章小结本章小结 1 1在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源