第11章直流稳压电源

1、第十章直流电源第十章直流电源直流稳压电源第十一章第十章直流电源第十章直流电源11.1直流电源的组成直流电源的组成及各部分作用及各部分作用11.2整流电路整流电路11.3滤波电路滤波电路11.4稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路11.5集成稳压电路集成稳压电路11.6设计直流稳压电源的步骤设计直流稳压电源的步骤第十章直流电源第十章直流电源11.1直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用图图 11.1.1直流稳压电源的方框图直流稳压电源的方框图电网电网电压电压电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路负负载载整流：整流：将交流变为直流的过程。将交流变为直

2、流的过程。滤波：滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。第十章直流电源第十章直流电源11.2整流电路整流电路11.2.1整流电路的分析方法及其基本参数整流电路的分析方法及其基本参数tU sin22LRU2222U22U优点：使用元件少。优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。流成分小；变压器利用率低。图图 10.2.2一、工作原理一、工作原理图图 11.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路第十章直流电源第十章直流电源二、主要参数二、主要参数1.输出电压平均值输出电压平均值 UO( (AV) )输出电压平

3、均值就是负输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值载电阻上电压的平均值)(d2120oO(AV)tuU 2202O(AV)45. 02)(tdsin21UUtUU 2.负载电流的平均值负载电流的平均值L2LAVOAVORU45. 0RUI）（）（3.脉动系数脉动系数O(AV)O1mUUS 第十章直流电源第十章直流电源三、二极管的选择三、二极管的选择根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。压来选择二极管的型号。二极管的正向电流等于负载电流平均值二极管的正向电流等于负载电流平均值L2AVOAVDRU45. 0II）（）（

4、二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压2maxR2UU对于二极管对于二极管最大整流平均电最大整流平均电流流IF和和最高反向工作电压最高反向工作电压UR均应留均应留10%的余地，以保证的余地，以保证二极管安全工作。二极管安全工作。L2AVOFRU21 . 1I 1 . 1I）（2R21 . 1UU第十章直流电源第十章直流电源11.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路图图 11.2.4单向桥式整流电路单向桥式整流电路图图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法单向桥式整流电路的习惯画法一、单向桥式整流一、单向桥式整流电路的组成电路的组成在

5、实用电路中，多采用全在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路单向桥式整流电路第十章直流电源第十章直流电源二、工作原理二、工作原理1. u2 0时，电流由时，电流由+流出，经流出，经D1、RL、D2流入流入-。2. u2 0时，电流由时，电流由-流出，经流出，经D3、RL、D4流入流入+。iD1 iD2iD3 iD4uD3 uD4uD1 uD2图图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图单相桥式整流电路的波形图第十章直流电源第十章直流电源三、输出电压平均值三、输出电压平均值 UO( (AV) ) 和输出电流的平均值和输出电流的平均值IO( (AV) ) 2

6、202O(AV)9 . 022)(tdsin21UUtUU L2LAVOAVORU9 . 0RUI）（）（脉动系数：脉动系数：)4cos1542cos342(22OttUu 67. 02232422O(AV)O1m UUUUS第十章直流电源第十章直流电源四、二极管的选择四、二极管的选择每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只每只二极管的平均电流二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。只有负载电阻上电流平均值的一半。L2AVOAVDRU45. 02II）（）（二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压二极管承受的最

7、大反向电压等于变压器副边的峰值电压2maxR2UU对于二极管对于二极管最大整流平均电最大整流平均电流流IF和和最高反向工作电压最高反向工作电压UR均应留均应留10%的余地，以保证的余地，以保证二极管安全工作。二极管安全工作。L2AVOFRU21 . 12I 1 . 1I）（2R21 . 1UU第十章直流电源第十章直流电源滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，并联，或电感与负载或电感与负载RL串联。串联。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直流直流电压电压RLLRLC11.3滤波电路滤波电路滤波：滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压将脉

8、动的直流电压变为平滑的直流电压。第十章直流电源第十章直流电源11.3.1电容滤波电路电容滤波电路图图 11.3.1(a)滤波电路滤波电路滤波电路滤波电路滤波电容容量较大，一般采滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。电作用，使输出电压趋于平滑。滤波电路输出电压波形滤波电路输出电压波形(b)理想情况下的波形理想情况下的波形 (c)考虑整流电路内阻时的波形考虑整流电路内阻时的波形第十章直流电源第十章直流电源以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示

9、。一、滤波原理一、滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（电容器的充、放电）（电容器的充、放电）第十章直流电源第十章直流电源RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源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au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc第十章直流电源第十章直流电源RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot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

10、容时的波形时的波形充电充电放电放电au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第十章直流电源第十章直流电源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 u2时间常数时间常数 = (RL / Rint ) Cu2下降，下降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。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 C第十章直流电源第十章直流电源二、输出电压平均值二、输出电压平均值)41 (22UUU2OminOmaxAVOCRTUL）

11、（当负载开路时当负载开路时2O(AV)2UU当当RLC（35)T/2时时2AVOU2 . 1U）（考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于221 . 1U三、脉动系数三、脉动系数 S 约为约为 10% 20%141O(AV)O1m CRUUSL第十章直流电源第十章直流电源11.3.2倍压整流电路倍压整流电路1.二倍压整流电路二倍压整流电路22UiD1iD222U图图 10.3.6二倍压整流电路二倍压整流电路负载上的电压在理想情况下是变压器副边电压的二倍负载上的电压在理想情况下是变压器副边电压的二倍第十章直流电源第十章直流电源2.多倍压整流电路多倍压整流电路+-

12、-+- -22U- -+ +u2+ 222U+ 222U+ 222U+ 222U+ 222U适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。图图 10.3.7多倍压整流电路多倍压整流电路第十章直流电源第十章直流电源11.3.3其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路一、电感滤波电路一、电感滤波电路L愈大，滤波效果愈好；愈大，滤波效果愈好；适用于负载电流较大的场合。适用于负载电流较大的场合。二、二、 LC滤波电路滤波电路输出直流电压为：输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9 . 0 UUU 脉动系数脉动系数 S ：SLCS 21 适用于各种场合。适用于各种场

13、合。图图 10.3.8单相桥式电感滤波电路单相桥式电感滤波电路图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(a)2O(AV)O(AV)9 . 0 UUU 第十章直流电源第十章直流电源三、三、LC - 型滤波电路型滤波电路图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(b)四、四、RC - 型滤波电路型滤波电路图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(c)O(AV)LLO(AV)URRRU SRRCS )/(1L2 适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合2O(AV)O(AV)2 . 1 UUU2O(AV)O(AV)2 . 1 UUU第十章直流

14、电源第十章直流电源三、各种滤波电路的比较三、各种滤波电路的比较表表10 .3.1各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比较序号序号 性能性能类型类型U O（AV）/U2适用场合适用场合整流管的整流管的冲击电流冲击电流和导通角和导通角外特性外特性1电容滤波电容滤波 1.2小电流小电流大大/小小软软2RC - 型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大/小小更软更软3LC - 型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大/小小软软4电感滤波电感滤波0.9大电流大电流小小/大大硬硬5LC 滤波滤波0.9适应性较强适应性较强小小/大大硬硬第十章直流电源第十章直流电源11.4稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路11

15、.4.1稳压管稳压电路的组成稳压管稳压电路的组成整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：负载变化；负载变化； 电网电压波动。电网电压波动。图图10.4.1稳压二极管组成的稳压电路稳压二极管组成的稳压电路第十章直流电源第十章直流电源两个基本公式两个基本公式UIUR+UOIRIDZ+IL稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性图图10.4.2稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性在稳压管稳压电路中，只在稳压管稳压电路中，只要使稳压管始终工作在稳要使稳压管始终工作在稳压区，保证稳压管的电流：压区，保证稳压管的电流：IZIDZIZM 输出电压输出电压UO就基本稳定。就基本稳定。第

16、十章直流电源第十章直流电源11.4.2稳压原理稳压原理1. UI 不变，不变，RL 减小减小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不变基本不变2. RL 不变，不变， UI 升高升高UIUOIZURUO=UI UR基本不变基本不变UOUO电网电压波动；电网电压波动；负载变化。负载变化。稳压电路应从以下二个稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性方面考察其稳压特性IL综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的

17、。进行补偿，来达到稳压的目的。第十章直流电源第十章直流电源11.4.3稳压管稳压电路的性能指标稳压管稳压电路的性能指标一、内阻一、内阻 Ro常数常数 IOOoUIUR二、稳压系数二、稳压系数 Sr常数常数常数常数 LLOIIOIIOOr/RRUUUUUUUUS三、电压调整率三、电压调整率四、电流调整率四、电流调整率第十章直流电源第十章直流电源内阻和稳压系数的估算内阻和稳压系数的估算1. 内阻内阻 RoZZIOo/rRrUUR 2. 稳压系数稳压系数 Sr当当 rZ RL ， rZ ILmaxILminIZM Ilmax+ IZ第十章直流电源第十章直流电源3.限流电阻限流电阻R的选择的选择（1）

18、. 当电网电压最高和负载电流最小时，稳压管当电网电压最高和负载电流最小时，稳压管IZ 的值最大，此时的值最大，此时 IZ 不应超过允许的最大值，即不应超过允许的最大值，即ZmaxLminZImaxIIRUU 或：或：LminZmaxZImaxminIIUUR（2）. 当电网电压最低和负载电流最大时，稳压管当电网电压最低和负载电流最大时，稳压管IZ 的值最小，此时的值最小，此时 IZ 不应低于其允许的最小值，即不应低于其允许的最小值，即ZminLmaxZIminIIRUU 或：或：LmaxZminZIminmaxIIUUR第十章直流电源第十章直流电源例例10.4.1在在10.4.1所示的电路中，

19、已知所示的电路中，已知UI 15V，负载电，负载电流为流为1020mA；稳压管的稳定电压；稳压管的稳定电压UZ6V，最小稳定电流，最小稳定电流IZ 5A，最大稳定电流，最大稳定电流IZM40A动态电阻动态电阻rZ15 。（1）求解）求解R的取值范围；的取值范围；（2）若）若R250 ，则稳压系数和输出电阻各为多少？，则稳压系数和输出电阻各为多少？（3）为使稳压性能好一些，）为使稳压性能好一些，R的值是大还是小些，为什么？的值是大还是小些，为什么？解解：（：（1）LmaxZminZIminmaxIIUUR360 LminZmaxZImaxminIIUUR180 （2）14. 0OIZZrUUrR

20、rSZZo/rRrR15 （3） 在允许范围内在允许范围内R的取值应当偏大些。的取值应当偏大些。第十章直流电源第十章直流电源11.5 集成稳压器电路集成稳压器电路从外形上看，集成串联型稳压电路有三个从外形上看，集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端，引脚，分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三端稳压器。因而称为三端稳压器。固定式稳压电路：固定式稳压电路：W7800、W7900。可调式稳压电路：可调式稳压电路：W117、W217、W317。第十章直流电源第十章直流电源一、一、W7800三端稳压器三端稳压器 稳定正电压稳定正电压输出电压有七个等级：输出电压有七个等级：5V、6

21、V、9V、12V、15V、18V和和24V。如如W7805 ，输出，输出+5V；W7809 ，输出，输出+9V输出电流有三个等级：输出电流有三个等级：1.5A、0.5A（M）和）和0.1A（L）。）。如如W7805 ，输出，输出+5V；最大输出电流为；最大输出电流为1.5A；W78M05 ，输出，输出+5V；最大输出电流为；最大输出电流为0.5A；W78L05 ，输出，输出+5V；最大输出电流为；最大输出电流为0.1A。W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压第十章直流电源第十章直流电源1三端集成稳压器的组成三端集成稳压器的组成第十章直流电源第十章直流电源2.主要参数主要参数参数名称参数名称符

22、号符号单位单位参参 型号型号 数数 值值7805780678097812781578187824输入电压输入电压UIV10111419232733输出电压输出电压UOV56912151824电压调整率电压调整率SU%/V0.00760.00860.010.0080.00660.010.011电流调整率电流调整率SImV40434552525560最小压差最小压差UI UOV2222222输出噪声输出噪声UNV10101010101010输出电阻输出电阻Rom 17171818191920峰值电流峰值电流IOMA2.22.22.22.22.22.22.2输出温漂输出温漂STmV/ C1.01.0

23、1.21.51.82.4输入端和输出端之间的电压允许值为输入端和输出端之间的电压允许值为313V。第十章直流电源第十章直流电源二、二、W117三端集成稳压器三端集成稳压器1.原理框图原理框图2.主要参数主要参数REF12OURR1U）（第十章直流电源第十章直流电源三三端稳压器的应用三三端稳压器的应用1、三端稳压器的外形及电路方框图、三端稳压器的外形及电路方框图金属封装金属封装 塑料封装塑料封装不同的封装形不同的封装形式管脚号不同式管脚号不同图图(c)为金属封为金属封装式装式。第十章直流电源第十章直流电源2、W7800应用应用（1） 基本应用电路基本应用电路若输出电压较高，接一保护二极管若输出电

24、压较高，接一保护二极管 D，以保护集，以保护集 成稳压器内部的调整管。成稳压器内部的调整管。图图 11.5.17三端集成稳压器基本应用电路三端集成稳压器基本应用电路VD第十章直流电源第十章直流电源（2） 扩大输出电流扩大输出电流 VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。图图 10.5.18扩大三端集成稳压器的输出电流扩大三端集成稳压器的输出电流第十章直流电源第十章直流电源（3） 提高输出电压提高输出电压图图 10.5.19ZOOUUU O12O)1(URRU 第十章直流电源第十

25、章直流电源（4） 输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路O32132AURRRRRU 因为因为OAOUUU O213232132OO)1()1/(URRRRRRRRRUU 所以所以第十章直流电源第十章直流电源（5）正、负输出稳压电路）正、负输出稳压电路W7800和和W7900配合，可以得到正、负输出稳压电路。配合，可以得到正、负输出稳压电路。两只二极管起保护作用两只二极管起保护作用第十章直流电源第十章直流电源3、W117的应用的应用（1）基准电压源电路）基准电压源电路（2）典型应用电路）典型应用电路输出电压可以调节输出电压可以调节VRRU25. 1)1 (12O第十章直流电源第十章直流电

26、源（3）外加保护电路）外加保护电路（4）程序控制稳压电路）程序控制稳压电路在调整端加控制电路。在调整端加控制电路。图中的晶体管为电子开关。图中的晶体管为电子开关。第十章直流电源第十章直流电源11.6 设计直流稳压电源的步骤设计直流稳压电源的步骤 220V AC经过变压器、整流桥、滤波电路、稳压经过变压器、整流桥、滤波电路、稳压电路、直流电源。但设计时，先从右边直流电压开始，电路、直流电源。但设计时，先从右边直流电压开始，向左边推导。向左边推导。 （1）确定电源的输出电压）确定电源的输出电压VOUT，最大电流，最大电流IOUT. 通过负载确定通过负载确定VOUT和和IOUT。一般从原理图。一般从原理图获得，或者从一些主要器件如集成电路等，额定工作获得，或者从一些主要器件如集成电路等，额定工作电压获知。电压获知。 负载电路并不是一个恒值，大部分负载所需电负载电路并不是一个恒值，大部分负载所需电流会随着状态改变而变化。流会随着状态改变而变化。第十章直流电源第十章直流电源（2）稳压电路设计）稳压电路设计 假设负载工作电压为假设负载工作电压为9V DC，最大电流，最大电流850MA，VOUT、IOUT确定，负载最大电流没有超过确定，