直流稳压电源78846

1、直流稳压电源原理、设计、使用直流稳压电源 直流电源的组成直流电源的组成 整流电路的结构、原理及性能指标整流电路的结构、原理及性能指标 滤波电路的工作原理及性能指标滤波电路的工作原理及性能指标 串联稳压电路的工作原理串联稳压电路的工作原理 三端固定式稳压器三端固定式稳压器 三端可调式稳压器三端可调式稳压器直流电源的组成整整 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u1u2u3u4uo稳压电源各部分功能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变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。整流电路整流电

2、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。整流电路分类 整流前电源相数分 单相、三相 按电路结构分类 半波整流、全波整流、桥式整流、倍压整流 按整流器件分类 二极管、可控硅a.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=u2u1u2aTbDRLuo二极管截止二极管截止, uo=0+io+当当u2 0 时时:当当u20 时时D1,D4

3、导通导通D2,D3截止截止电流通路电流通路:a D1RLD4bu21.1 的电解电容。的电解电容。2U2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就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLuo二、电感滤波电路二、电感滤波电路电感滤波原理电感滤波原理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(AV)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: :u2u1R

4、LLuo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上上三、其他形式的滤波电路三、其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。. . RC

5、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uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型滤波器滤波器、 L L- -C C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，：，：29 . 0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(、LC LC 型滤波电型滤波电路路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然， LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LC滤波时更小，滤波时更小，波形更加平

6、滑波形更加平滑；由；由于在输入端接入了电容，因而较只有于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波滤波时，时，提高了输出电压提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出型滤波电路的输出电压和脉动系数等基本参数。电压和脉动系数等基本参数。倍压整流电路倍压整流电路 利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截止，理想情况下，电截止，理想情况下，电容容C1的电压：的电压：21CU2U u2的负半周时：的负半周时：D

7、2导通，导通，D1截止，理想情况下，电截止，理想情况下，电容容C2的电压：的电压：21C22CU22UUU 输出端的电压：输出端的电压：22COU22UU 即二倍压电压。即二倍压电压。+22U2、多倍压整流电路、多倍压整流电路+222Uu2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，构成回路，C1充充电到：电到：22Uu2的第一个负半周：的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，构成回路，C2充电到：充电到：222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6+22U+222U+222U+222U+222U+222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5

8、C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回构成回路，路， C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：222Uu2的第二个负半周：的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构构成回路，成回路， C2补充电荷，补充电荷， C4充电到：充电到：222U把电容接在相应电容组的两端，即把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。可获得所需的多倍压直流输出。稳压电路稳压电路 稳压电路的作用稳压电路的作用: :使直流电路在电网波使直流电路在电网波动、负载变化、温度变化等因素影响下保证动、负载变化、温度变化等因素影响下保证输出电压稳定。输

9、出电压稳定。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。稳压二极管稳压二极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，但是电路最简单，但是带负载能力差，一带负载能力差，一般只提供基准电压，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，目前用的也比较多，用的也比较多，但因学时有限，但因学时有限，这里不做介绍。这里不做介绍。(1)稳压系

10、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。化量与输入电压的相对变化量之比。OIOIUUSUU(2)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响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电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路流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻

11、。的内阻。uiIZminIZmax稳压管稳压电路具有电路简单、稳压管稳压电路具有电路简单、元件数量少等优点，应用较为元件数量少等优点，应用较为广泛。适用于负载电流小、负广泛。适用于负载电流小、负载电压不变的场合。载电压不变的场合。稳压管稳压电路稳压管稳压电路 从稳压管的特性可知，在电从稳压管的特性可知，在电路中若能使稳压管始终工作路中若能使稳压管始终工作在稳压区内，即：使稳压管在稳压区内，即：使稳压管的电流的电流IZ满足条件：满足条件： IZmin IZ IZmax,则输出电则输出电压压UO基本上保持不变，约为基本上保持不变，约为UZ。uiIZminIZmax 所以稳压二极管的稳压作用是利用稳

12、压管中所以稳压二极管的稳压作用是利用稳压管中电流的调节实现稳压目的。电路中电流的调节实现稳压目的。电路中R必不可少，必不可少，其作用是限流和电压、电流补偿。其作用是限流和电压、电流补偿。 通过对电路分析通过对电路分析容易得到关系式：容易得到关系式：ORIUUU OZRIII 1 1、稳压管稳压电路的工作原理、稳压管稳压电路的工作原理当电网电压变化时：当电网电压变化时： RRZOIUIIUU OU以上过程是利用以上过程是利用 关系中，使关系中，使 ，从而实现，从而实现UO的稳定。的稳定。ORIUUU IRUU 当负载发生变化时：当负载发生变化时：不不变变不不变变OROZRZOLUIIIIIUR

13、ROII以上过程是利用以上过程是利用 关系中，使关系中，使 ，使，使IR基本不变而实现基本不变而实现UO的稳定。的稳定。OZII OZRIII 2 2、稳压管稳压电路的性能指标、稳压管稳压电路的性能指标 稳压管稳压电路的性能指标主要有稳压系数稳压管稳压电路的性能指标主要有稳压系数S Sr r、输出电阻输出电阻R RO O、电压调整率、电流调整率、最大纹波、电压调整率、电流调整率、最大纹波电压、温度系数等。主要了解前两个。电压、温度系数等。主要了解前两个。Sr定义为：定义为：在负载固定时稳压电路输出电压相对变在负载固定时稳压电路输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。化量与输入电压相对变化量

14、之比。常常数数 LRIIOOUUUUS Sr反映电网波动对输出电压的影响，其值越小说反映电网波动对输出电压的影响，其值越小说明稳压性能越好。明稳压性能越好。RO定义为：定义为：在输入电压固定时，稳压电路输出电在输入电压固定时，稳压电路输出电压变化量与输出电流变化量之比。压变化量与输出电流变化量之比。常常数数 IUOOOIUR RO反映负载波动对稳压电路的影响，其值越小说反映负载波动对稳压电路的影响，其值越小说明稳压电路带负载能力越强。明稳压电路带负载能力越强。 在只考虑变化量条件下，稳压管稳压电路可等在只考虑变化量条件下，稳压管稳压电路可等效为如图形式，效为如图形式，rz为稳压管的动态电阻。为

15、稳压管的动态电阻。+-UIUO+-IZIODZRLR限流电阻限流电阻IR+-UIUO+-RLRrz脉动系数脉动系数Sr： Sr=(UO/UI)(UI/UO) +-UIUO+-RLRrz输出电阻输出电阻RO：RO=R/rzrzzzLzLzIOrRrR/rRR/rUU (R rz)OIzzUUrRr (R rz)另外，用电网电压波动另外，用电网电压波动10%时时UO的变化量的变化量UO作作为衡量指标，称为为衡量指标，称为电压调整率电压调整率。用用IO从从0变到额定值时，变到额定值时，UO的变化量作为衡量指标，的变化量作为衡量指标，称为称为电流调整率。电流调整率。稳压管稳压电路的参数选择稳压管稳压电

16、路的参数选择 首先应确定输出电压首先应确定输出电压UO，输出电流范围，输出电流范围Iomin、 Iomax（或（或RLmax、 RLmin），输入电压），输入电压UI波动范围（一波动范围（一般为般为10%）等，据此选择整流、滤波、稳压元件）等，据此选择整流、滤波、稳压元件参数。参数。（1）UI的选择的选择根据经验，一般选择根据经验，一般选择UI=（23）UO确定确定Ii：该电流的选择原则为：该电流的选择原则为Ii Iomax。（2）稳压管的选择）稳压管的选择UZ=UOIZMIZ Iomax IominIZM Iomax +IZ（3）限流电阻的选择）限流电阻的选择由由ORZZIRIIIRUUI

17、得得ZLminZZIminIRURUU LminZZZIminmax/RUIUUR ZMLmaxZZImaxIRURUU LmaxZZMZImaxmin/RUIUUR max2RmaxRRIP 限流电阻的功率：限流电阻的功率：（空载时）（空载时） 输出电流小，输出电压不可调节；输出电流小，输出电压不可调节； 结构简单、方便，使用元件少；结构简单、方便，使用元件少； 适用于适用于IO较小，较小，UO不变的场合，不变的场合，如作电压基准。如作电压基准。稳压管稳压电路的特点：稳压管稳压电路的特点：串联型稳压电路串联型稳压电路 为克服稳压管稳压电路输出电流较小为克服稳压管稳压电路输出电流较小,输出电压

18、不可调的缺点。引入串联型输出电压不可调的缺点。引入串联型稳压电路。稳压电路。 串联型稳压电路以稳压管稳压电路为串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础基础,利用利用晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用增大增大负载电流负载电流,并在电路中并在电路中引入深度电压负引入深度电压负反馈反馈使输出电压稳定使输出电压稳定,通过通过改变网络参改变网络参数使输出电压可调数使输出电压可调.+-UIUO+-IODZRLR+-UIUO+-ILDZRLRILIL=(1+ ) ) IL 调整管调整管T在稳压管后增加一级在稳压管后增加一级共集放大电路共集放大电路。稳压原理：。稳压原理：UIUEUBEIBUOIE（UBE=

19、UB-UE）当电网电压波动时：当电网电压波动时：当负载变化时：当负载变化时：RLUEUBEIBUOIE（UBE=UB-UE）T通过对电流的调整实现通过对电流的调整实现UO的稳定，故称的稳定，故称T为为调整管。调整管。一一. 串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式TUORL+UZUIiRiZiL串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：两个主要缺点：(1) 稳压效果不好。稳压效果不好。 Uo=UZ UBE(2) 输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法：改进的方法：在稳压电路中引入带电压负在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。反馈的放大环节。UO

20、+UI+-ILDZRLRR3+-R1R2R2R2TA利用同相比例电路稳定输利用同相比例电路稳定输出电压，并用电位器调节出电压，并用电位器调节比例系数，射随器的作用比例系数，射随器的作用是放大输出电流。是放大输出电流。UO由由同比放大器决定：同比放大器决定：12O23(1)ZRRUURR稳压原理：稳压原理：UOUNUBUOUOUNUBUO输出电压的调节范围：输出电压的调节范围：123Omin23ZRRRUURR123Omax3ZRRRUUR一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。比较放大、取样电路和调整元件四部分组成

21、。T+_UIUO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+T+_UIUO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。可以与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算放大器集成运算放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压输出电压UO的一部分和基准电压相

22、比较。的一部分和基准电压相比较。T+_UIUO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+因调整管与负载接成射极输出器形式，因调整管与负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，故称之为串串联反馈式稳压电路。联反馈式稳压电路。1 1）稳压原理）稳压原理UoUB2UBE2( = UB2-UZ）UC2Uo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R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB22）输出电压的确定和调节范围）输出电压的确定和调节范围Z2WW21OURRRRRU R3T1T2

23、UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2Z2WW21minOURRRRRU Z2W21maxOURRRRU 3）影响稳压特性的主要因素）影响稳压特性的主要因素 2. 流过稳压管的电压随流过稳压管的电压随 UI 波动，使波动，使UZ 不稳定，不稳定，降低了稳压精度。降低了稳压精度。1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2 Uo R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23. 温度变化时，温度变化时，T2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生零点漂移时，输出电压的稳定度变差。漂移时，输出电压的稳定度变差

24、。4）改进措施）改进措施 1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。成的放大器，可以解决零点漂移的问题。调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应考虑其极限参数考虑其极限参数ICM 、U(BR)CEO 、 PCM220VRL+-Uo-+ATRDZR1RwR22. 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)。3. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围

25、。调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路UITR1R2UFRLUo AV+-RWRUZ随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的W7800系列系列三端集成稳压三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电

26、路。器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。固定式集成稳压电源固定式集成稳压电源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W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231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系列稳压器外形系列稳压器外形123注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5、6、9、1

27、2、15、18、 24 V等等 。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX固定式集成稳压电源的分类固定式集成稳压电源的分类W7800W7800集成稳压器内部电路组成框图集成稳压器内部电路组成框图 由图可见，除增加了一级启动电路外，其余部分与上面所述串联稳压电路完全一样，其基准电压源的稳定性更高，保护电路更完善。 启动电路是集成稳压器中的一个特殊环节，它的作用是在UI加入后，帮助稳压器快速建立输出电压UO。调整电路由复合管构成。取样电路由内部电阻分压器构成，分压比为固定的，所以输出电压是固定的。 CW7800系列稳压器中设有比较完善的保护电路，主要用来保护调整管。它具有过流、过压和过热保护功能。 1、输出为固定电压的电路、输出为固定电压的电路应用电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示输出为固定正压时的接法如图所示。注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1320.11