第十章直流稳压电源

1、常熟理工学院常熟理工学院电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院本章知识结构图本章知识结构图本章教学要求本章教学要求 了解一般直流电源的组成；熟练掌握单相桥式整流电路的组成了解一般直流电源的组成；熟练掌握单相桥式整流电路的组成、工作原理及电路的主要参数；掌握电容滤波电路的工作原理及输、工作原理及电路的主要参数；掌握电容滤波电路的工作原理及输出电压的计算；一般理解电感滤波电路；掌握串联型直流稳压电源出电压的计算；一般理解电感滤波电路；掌握串联型直流稳压电源的电路组成、稳压原理和输出电压调节范围的估算；正确理解三端的电路组成、稳压原理和输出电压调节范围的估算；正确理解三端集成稳压电路的特点、电路组

2、成和使用方法。集成稳压电路的特点、电路组成和使用方法。本章重点难点本章重点难点 一、整流电路一、整流电路 整流电路的作用在于利用二极管的单向导电性将交流电转化为整流电路的作用在于利用二极管的单向导电性将交流电转化为脉动的直流电。单相整流电路主要有三整种基本形式：单相半波脉动的直流电。单相整流电路主要有三整种基本形式：单相半波整流电路，单相全波整流电路、单相桥式整流电路。单相桥式整整流电路，单相全波整流电路、单相桥式整流电路。单相桥式整流电路由于输出直流电压较高，输出波形的脉动成分相对较低，流电路由于输出直流电压较高，输出波形的脉动成分相对较低，整流管承受的最大反向电压不高，变压器的利用率较高，

3、应用较整流管承受的最大反向电压不高，变压器的利用率较高，应用较广泛。广泛。二、滤波电路二、滤波电路 滤波电路的主要任务是滤掉输出电压中的脉动成分，保留其中滤波电路的主要任务是滤掉输出电压中的脉动成分，保留其中的直流成分。滤波电路主要由电容、电感等储能元件组成。电容的直流成分。滤波电路主要由电容、电感等储能元件组成。电容滤波电路适用于小负载电流，电感滤波电路适用于大负载电流。滤波电路适用于小负载电流，电感滤波电路适用于大负载电流。实际中常将两类电路结合使用。实际中常将两类电路结合使用。三、稳压电路三、稳压电路 由于交流电源电压经常波动，整流后的电压是不稳定的，另外由于交流电源电压经常波动，整流后

4、的电压是不稳定的，另外整流滤波整流滤波 电路有内阻，当负载电流变化时，负载电压也将变化，电路有内阻，当负载电流变化时，负载电压也将变化，因此为了在负载上得到较为稳定的电压，在整流电路和滤波电路因此为了在负载上得到较为稳定的电压，在整流电路和滤波电路之后，应接上稳压环节。之后，应接上稳压环节。1稳压管稳压电路：稳压管并联在负载两端，与限流电阻配合，保稳压管稳压电路：稳压管并联在负载两端，与限流电阻配合，保证证 IZminIZIZmax，即可使输出电压保证不变，适用于电网电，即可使输出电压保证不变，适用于电网电压和负载电流变化不大的场合。压和负载电流变化不大的场合。2串联反馈式稳压电路：典型的恒值

5、电压调节系统，主要包括调整串联反馈式稳压电路：典型的恒值电压调节系统，主要包括调整管、采样电阻、放大电路、基准电压四部分。其稳压原理是利用管、采样电阻、放大电路、基准电压四部分。其稳压原理是利用引入的深度电压串联负反馈稳定输出电压，使输出电压与输入参引入的深度电压串联负反馈稳定输出电压，使输出电压与输入参考电压保持确定的关系，且输出电压在一定范围内可调节。串联考电压保持确定的关系，且输出电压在一定范围内可调节。串联反馈式稳压电路中的调整管工作在线性放大区。反馈式稳压电路中的调整管工作在线性放大区。3集成三端稳压器主要包括输出电压固定的集成三端稳压器和输出集成三端稳压器主要包括输出电压固定的集成

6、三端稳压器和输出电压可调的集成三端稳压器。其应用极为广泛，对它着重在于应电压可调的集成三端稳压器。其应用极为广泛，对它着重在于应用。用。10.1 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路10.2 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。 整流电路是整流电路是将工频交流将工频交流电转为具有电转为具有直流电成分直流电成分的脉动直流的脉动直流电。电。稳压电路对整流后的

7、直流稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。步稳定直流电压。滤波电路是将脉动直滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加减少交流成分，增加直流成分。直流成分。交流交流降压降压10.1.1 10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路一、工作原理一、工作原理 负半周：二极管负半周：二极管D2、D4导通，在负载电导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。的是同一个方向的单向脉动电压。10.1 小功率整流

8、滤波电路小功率整流滤波电路 正半周：二极管正半周：二极管D1、D3导通，在负载电导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。阻上得到正弦波的正半周。二、负载上的直流电压和直流电流二、负载上的直流电压和直流电流输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压2202L9 . 022dsin21VVttVV 负载平均电流负载平均电流LLRVRVRVIL2L2L9 . 022L2L2LD45022RVRVII.流过二极管的平均电流为流过二极管的平均电流为2RM2VV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桥

9、式整流电路的特点：桥式整流电路的特点：1、输出电压高；、输出电压高；2、纹波电压小；、纹波电压小；3、管子承受的最大反压较低；、管子承受的最大反压较低；4、电源变压器得到充分利用，效率较高。、电源变压器得到充分利用，效率较高。10.1.2 10.1.2 滤波电路滤波电路 滤波电路利用滤波电路利用电抗性元件电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实对交、直流阻抗的不同，实现滤波。现滤波。 电容器电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并应该并联在负载两端。联在负载两端。 电感器电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与应与负载串联。

10、负载串联。 经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。动系数，改善了直流电压的质量。一、电容滤波电路一、电容滤波电路1 1、工作原理、工作原理 未接负载时，若电路处于正半周，二极未接负载时，若电路处于正半周，二极管管D1、D3导通，变压器次端电压导通，变压器次端电压v2给电容给电容器器C充电。此时充电。此时C相当于并联在相当于并联在v2上，所以上，所以输出波形同输出波形同v2 ，是正弦形。，是正弦形。 接上负载后，正

11、半周时，接上负载后，正半周时，v2由零开始由零开始逐渐增大，起初由于逐渐增大，起初由于vCv2，二极管，二极管D1、D3截止，电容通过负载放电（放电时间常数截止，电容通过负载放电（放电时间常数d= RLC），），vC=vL ,电容两端电压逐渐下降电容两端电压逐渐下降； 当当vC=v2后，后， D1、D3导通，导通，v2对电容对电容C进行充电，并对负载提供电压，进行充电，并对负载提供电压， vC=vL=v2。 在刚过在刚过90时，正弦曲线时，正弦曲线v2开始下开始下降，速率很慢。电容降，速率很慢。电容C以指数规律向负以指数规律向负载载L放电，起始点的放电速率相对正弦放电，起始点的放电速率相对正弦

12、信号下降速率要大很大。因此刚过信号下降速率要大很大。因此刚过90， vCv2，二极管，二极管D1、D3关断。随着电容器向负载较快放电，关断。随着电容器向负载较快放电， vL =vC ，直到负半周时，直到负半周时，vC再次与再次与v2相等相等后，后， D2、D4导通。导通。 如此周而复始的充放电，在负载上如此周而复始的充放电，在负载上得到一近似锯齿波的电压。得到一近似锯齿波的电压。 当放电时间常数当放电时间常数RLC增加时增加时，t1点要右移，点要右移，t2点要左移，二极点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，管关断时间加长，导通角减小，见见曲线曲线3；反之，；反之，RLC减少时，减少时，导通

13、角增加。导通角增加。 当当L很小，即很小，即IL很大时，很大时，电容滤波的效果不好，见电容滤波的效果不好，见曲线曲线2。反之，当。反之，当L很大，即很大，即IL很小很小时，尽管时，尽管C较小较小, RLC仍很大仍很大,电容电容滤波的效果也很好滤波的效果也很好,见见曲线曲线3。 电容滤波适合输出电流较小电容滤波适合输出电流较小的场合。的场合。二、电容滤波的计算二、电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：似估算法：)41

14、(2L2OLCRTVVV一种是用锯齿波近似表示，即一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在另一种是在RLC=(3 5)T/ 2的条件下，近似认为的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，。（或者，电容滤波要获得较好的效果，电容滤波要获得较好的效果，工程上也工程上也通常应满足通常应满足 RLC610。）。） 外特性外特性 整流滤波电路中，输出直流电压整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流随负载电流IL的的变化关系曲线。变化关系曲线。 2L2L2LL2 . 11 . 10.9=, 02=,=VVVVCVVR2)53(=LdTCR电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：1、结构简单；、结构

15、简单；2、负载直流电压、负载直流电压VL较高；较高；3、纹波小；、纹波小；4、输出特性较差；、输出特性较差；5、适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。、适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。二、电感滤波电路二、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性质，把电感的电流不能突变的性质，把电感与整流电路的负载与整流电路的负载L相串联，也可以起到滤波的作用。相串联，也可以起到滤波的作用。 电感滤波电路 波形图 当当v2正半周时，正半周时，D1、D3导电，导电，电感中的电流将滞后电感中的电流将滞后v2。当负半周时，。当负半周时，电感中的电流将经由电感中的电流将经由D2、D

16、4提供。因提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是的导通角都是180。 稳压电源方框图稳压电源方框图 引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。的变化。),(=OIOIVfV10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻在整流电源的内阻上产生电压降，从上产生电压降，从而使输入电压发生而使输入电压发生变化。变化。10.2.1 10.2.1 稳压电路的技术指标稳压电路的技术指标 用稳

17、压电路的技术指标特性指标和质量指标去衡量稳压电路性用稳压电路的技术指标特性指标和质量指标去衡量稳压电路性能的高低。能的高低。 1、输入调整因素、输入调整因素Kv0=0=IOIOVO=TIVVVVKTSIRVKTTVIIVVVVVTOoIVOOOOIIOO也可定义如下：也可定义如下：0=0=IOO0=0=IIOOVOO=TITIVVVVVVVS/电压调整率电压调整率稳压系数稳压系数3、电流调整率、电流调整率SI%100=0=0=OOIITVVVS0=0=OOoI=TVIVR2、输出电阻、输出电阻Ro当输出电流从零当输出电流从零变化到最大额定变化到最大额定值时，输出电压值时，输出电压的相对变化值。

18、的相对变化值。),(=OIOTIVfV5、输出电压的温度系数、输出电压的温度系数ST0=0=OTOI=IVTVS6、纹波抑制比、纹波抑制比RR P-POP-PI20lg=VVRR输入电压交流纹波输入电压交流纹波峰峰值与输出电压峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之交流纹波峰峰值之比的分贝数。比的分贝数。10.2.2 10.2.2 串联反馈式稳压电源串联反馈式稳压电源一、工作原理一、工作原理 典型的串联反馈式稳压电路，典型的串联反馈式稳压电路，由由基准电压源、比较放大基准电压源、比较放大电路、调整管、取样电路电路、调整管、取样电路几个部分组成。几个部分组成。 输入电压输入电压VI增加，必然会使输出电压

19、增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号样电路取出一部分信号Vf与基准源电压与基准源电压VREF比较，获得误差信号比较，获得误差信号V。误。误差信号经放大后，用差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入增加，从而抵消输入电压增加的影响。电压增加的影响。 VIVOVfVO1VCEVO1 1、输入电压变化，负载电流保持不变、输入电压变化，负载电流保持不变电压串联电压串联负反馈负反馈电压跟随器电压跟随器2 2、负载电流变化，输入电压保持不变、负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流负载电流IL增加，由

20、于内阻的压降，必然会使输入电压增加，由于内阻的压降，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压有所减小，输出电压VO下降，经过取样电路取出一部分信号下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使增加，从而使调整管的管压降调整管的管压降VCE下降，从而抵消因下降，从而抵消因IL增加使输入电压减小增加使输入电压减小的影响。的影响。 ILVIVOVfVO1VCEVO3 3、输出电压、输出电压的的调节范围调节范围REF21O1O+(1=VRRVV)调节调节RW可以改变输出电压。可以改变输出电压。REF221OmaxREF2

21、21Omin=VRRRRVVRRRRRVPPP电压跟随器电压跟随器 10.2.3 10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集成稳压器有输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压集成稳压器有输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。器。 集成稳压器符号集成稳压器符号 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。三个电极的位置是不同的，要查手册确定。外形图外形图 三端集成稳压器的分类三端集成稳压器的分类1 1.

22、.三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器 国标型号国标型号:78-/78M-/78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器 国标型号国标型号:79-/79M-/79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器 国标型号国标型号:LM117-/LM117M-/LM117L- LM217-/LM217M-/LM217L- LM317-/LM317M-/LM317L-4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器 国标型号国标型号:LM137-/LM137M-/LM137L- LM237-/LM237M-/LM237L- LM337-/LM337M-/LM

23、337L-5.5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6. 6. 大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3-为民品级为民品级。 军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150； 工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150； 民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。78XX的的XX表示输出电压，有表示输出电压，有5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24V等七档。等七档。78XX的输出电流有的输出电流有1.5A（78XX）、）、0.5A（78MXX）、）、0.1A（78LXX）三档。）三档。79M12的三端集成稳压管输出电压为的三端集成稳压管输出电压为-12V，输出电流为，输出电流为0.5A。一、输出电压固定的三端集成稳压器一、输出电压固定的三端集成稳压器212212201RIRRVRIRVVRIVVabjREFabjREFREFREF)()()1 (120RRVVREF1IIabj二、输出电压可调的三端集成稳压器二、输出电压可调的三端集成稳压器 扩大输出电压的调节范围。扩大输出电压的调节范围。1 1、固定式、固定式三端三