电子技术课程模拟电路第10章直流稳压电源57张课件

1、第10章 直流电源10.1 直流电源的组成10.3 滤波电路10.2 整流电路10.4 稳压电路9/25/20221第10章 直流电源10.1 直流电源的组成10.3 滤波变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定。10.1 直流电源的组成变压器：整流：滤波：稳压：9/25/20222变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整10.2.1 单相半波整流电路u20时，二极管导通。i0u1u2aTbDRLu0

2、忽略二极管正向压降：10.2 整流电路u0=u21、工作原理+-9/25/2022310.2.1 单相半波整流电路u20时，二极管导通。i0uu20时，二极管截止,输出电流为0。u0=0u1u2aTbDRLu0i0=0i0=0+-9/25/20224u20时，二极管截止,输出电流为0。u0=0u1u2aTb2. 输出电压波形与主要参数uo输出电压平均值：输出电压波形u1u2aTbDRLu0i09/25/202252. 输出电压波形与主要参数uo输出电压平均值：输出电压波形二极管承受的最高反向电压：负载平均电流：u1u2aTbDRLu0i0uo输出电压波形：9/25/20226二极管承受的最高反

3、向电压：负载平均电流：u1u2aTbDRL整流输出电压的脉动系数 脉动系数S定义为整流输出电压的基波幅值U01M与平均值U0之比。用傅氏级数对全波整流的输出u0分解后可得:uo9/25/20227整流输出电压的脉动系数 脉动系数S定义为整流输出电压的10.2.2 单相全波整流电路D2u1aTbD1RLu2u2i0u01、工作原理+-9/25/2022810.2.2 单相全波整流电路D2u1aTbD1RLu2u2. 输出电压波形与主要参数输出电压平均值：U0=0.9U2输出电压波形：二极管承受的最高反向电压：uou1u2aTbD1RLu0D2u2i0负载平均电流：+-9/25/202292. 输

4、出电压波形与主要参数输出电压平均值：U0=0.9U10.2.3 单相桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLu01、工作原理9/25/20221010.2.3 单相桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路9/25/202211-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路9u2uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0+-2. 输出电压波形与主要参数输出电压平均值：U0=0.9U2负载平均电流：二极管承受的最高反向电压：9/25/202212u2uD4,uD2uD3,uD1uou2

5、D4D2D1D3RL整流输出电压的脉动系数S用傅氏级数对全波的输出u0分解后可得:S比半波整流小9/25/202213整流输出电压的脉动系数S用傅氏级数对全波的输出u0分解后可得平均电流ID与反向峰值电压URM是选择整流管的主要依据。在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通，流过每只二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端承受的最大反向电压：整流管二极管的选择9/25/202214平均电流ID与反向峰值电压URM是选择整流管的主要依据。在桥几种常见的硅整流桥+ A C -+- + - u2D4D2D1D3RLu0+-9/25/202215几种常见的硅整流桥+ A C -

6、+- 10.3.1 电容滤波u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC1、原理利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份。10.3 滤波电路9/25/202216 10.3.1 电容滤波u1u2u1abD4D2D1D3RLu1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入,忽略整流电路内阻u2tu0t设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形9/25/202217u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入,忽略u1u2u1abD4D

7、2D1D3RLu0SCRL接入（且RLC较大）,u2tu0t忽略整流电路内阻电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，u0会逐渐下降。RL未接入RL接入9/25/202218u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且RLu1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t整流电路输出电压大于u0的时间区间，才有充电电流。因此整流电路的输出电流是脉冲波。整流电路的输出电流9/25/202219u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t整流u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t不忽略整流电路内阻，充电时，电容电压小于u2。 RLC

8、越小，放电越快,输出电压u0越低输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变。9/25/202220u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t不忽如RL愈小(I0越大),U0下降多。电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。2. 输出特性(外特性)uo电容滤波纯电阻负载1.4U20.9U20Io结论9/25/202221如RL愈小(I0越大),U0下降多。电容滤波电路适用于输出电一般取(T:电源电压的周期)有RL,近似估算Uo: 桥式整流电容滤波U0=1.2U2； 半波整流电容滤波U0=U2。(2) 流过二极管瞬时电流很大一般选管时，取3. 电容滤波电路的特点(

9、1) 输出电压U0与时间常数RLC有关RLC愈大电容器放电愈慢U0愈大，9/25/202222一般取(T:电源电压的周期)有RL,近似估算Uo: 需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。倍压原理u1u2D2C1D1C2RLU0+当正半周时：C1充电到当负半周时：C2充电到在实际电路中：RL较大，电流小，U0近似为二极管所承受的最高反向电压：URM=10.3.2 倍压整流电路1. 二倍压整流电路9/25/202223需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。倍压原理u12. 多倍压整流电路+u1+每个二极管所承受的最高反向电压均为u1u2D2C1D1C2RLU0+倍压(高压)9/2

10、5/2022242. 多倍压整流电路+u1+每个二极管所承受1. 滤波原理对直流分量( f=0)，XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量， f 越高,XL越大,电压大部分降在XL上。U0=0.9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLu010.3.3 电感滤波9/25/2022251. 滤波原理对直流分量( f=0)，XL=0 相当于短2.电感滤波的特点 峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流的场合。 缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。9/25/2022262.电感滤波的特点 峰值电流很小,输出特性比较平坦,在电容滤波后再接一级R

11、C滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成RC-型或LC -型滤波电路，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 。u0Ru2u1C1C2u0RL3. 复式滤波电路9/25/202227在电容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容10.4 稳压电路稳压管稳压电路开关型稳压电路串联型稳压电路常用稳压电路为什么要稳压1、当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压要变化。2、当电网电压波动时，整流滤波电路输出的直流电压不稳定。9/25/20222810.4 稳压电路稳压管稳压电路开关型稳压电路串联型稳压电（3）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin

12、。（4）最大允许功耗2、稳压二极管的参数:（1）稳定电压 UZ（2）动态电阻1、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。稳压二极管+IUIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。UZ10.4.1 稳压管稳压电路9/25/202229（3）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin当RL不变时： UIU0IZIRIRR U0 当UI不变时： RLI0IRU0IZIRIRR U0稳压电路基本方程：IR=IZ+I0 U0=UZ UI=IRR+UZ=IRR+U0 UZ少量的增加会使IZ增加较大。 IU9/25/202230当RL不变时：

13、稳压电路基本方程：IR=IZ+I0 IU9/2电路元件参数的选择（1）选择稳压管：选稳压管时，主要满足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.53)I0max初选管子。（2）决定输入电压UI：考虑电网电压允许10%的变化，所以在通常情况下取UI=(23)U0。（3）限流电阻R的选择应使流过稳压管的电流IZ限制在IZminIzmax之间，保证管子正常工作。 当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，它不能超过Izmax，即解得9/25/202231电路元件参数的选择（1）选择稳压管：选稳压管时，主要满足U0若不满足上式，则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围。

14、当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即解得则R的变化范围为：9/25/202232若不满足上式，则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围。 当稳压管稳压电路Ru0u2u1C1RLDZ稳压管选择电路的输出电压的大小由稳压管的电压决定。9/25/202233稳压管稳压电路Ru0u2u1C1RLDZ稳压管选择电路的输出运算放大器恒压源电路电路组成：稳压管稳压电路 + 运算放大器_+R2R1RPUoUZ+UO 恒压源的输出电压U0是可调的，并引入电压负反馈使输出电压更稳定。9/25/202234运算放大器恒压源电路电路组成：稳压管稳压电路 + 运算放大调整元件与负载串联

15、，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或几个功率管并联。比较放大器 可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。基准电压 可由稳压管稳压电路组成。取样电路 取出输出电压UO的一部分，为电阻网络。 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，故称之为串联反馈式稳压电路。T+_UI+_+_UO比较放大基 准取 样URFUO+_C2RL调整元件10.4.2 串联型稳压电路1 工作原理四个部分：9/25/202235调整元件与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合一种实际的串联式稳压电源U0UB2UBE2=（UB2-UZ）UC2U0当输入电压增加或输出电流减小使U0

16、升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB29/25/202236一种实际的串联式稳压电源U0UB2UBE2=（UB2-UZ）输出电压的确定和调节范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB29/25/202237输出电压的确定和调节范围R3T1T2UZRRW1RW2R1R改进在运放理想条件下：（1）选用集成运放UITR1R2UFUR+-RLUOA+-当UI增加或输出电流减小使U0升高U0稳定！9/25/202238改进在运放理想条件下：（1）选用集成运放UITR1R2UFU（2）采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 (3)过流保护措施

17、把电流限制在允许范围内,不再增大； 过流时使调整管截止或接近截止。串联型稳压电路的缺点 调整管工作在线性放大区,当负载电流较大时,其损耗大；电源的效率较低。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。9/25/202239（2）采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 (3)过流保护措10.4.3 集成稳压电源1、简介（1）最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。（2）主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。（3）稳压器的硅片封装外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。该组件的外形如下图:9/25/20224010.4.3 集成稳压电源1

18、、简介（1）最简单的集成稳压电源1端: 输入端2端: 公共端3端: 输出端W7800系列稳压器外形1231端: 公共端2端: 输入端3端: 输出端W7900系列稳压器外形1239/25/2022411端: 输入端W7800系列稳压器外形1231端: 公共端分类:型号后XX两位数字代表输出电压值W78系列(输出正电压) W79系列(输出负电压)输出电压额定电压值有:5V、9V、12V 、18V、 24V等 。COW7800CIUI+_+_UO1320.11F1F9/25/202242分类:型号后XX两位数字W78系列(输出正电压) 输出电压额 （1）输出为固定电压的电路2、应用电路输出为固定正电

19、压的接法如图。输入与输出端之间的电压不得低于3V！COW7800CIUI+_+_UO1320.11F1F9/25/202243 （1）输出为固定电压的电路2、应用电路输出为固定正电压的接（2）输出正负电压的电路W78XXCIUI+ _UO132+ _CIW79XX13COCO2UO9/25/202244（2）输出正负电压的电路W78XXCIUI+UO132+CICOW78XXCIUI+_+_UO132 UXXUZRDZUXX: 为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ（3）提高输出电压的电路9/25/202245COW78XXCIUI+UO132 UXXUZRDZUXX（4） 输出电压可调式

20、电路 用W7805组成的730V可调式稳压电源。W7805132R1CICOUI76234UOR20.3333V10K0.19/25/202246（4） 输出电压可调式电路 用W7805组成的730V可调（5）组成恒流源I0恒定！9/25/202247（5）组成恒流源I0恒定！9/24/202247（6）稳压电路的主要性能指标稳压系数 S 稳压系数S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，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。输出电阻R0 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流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路

21、的内阻。9/25/202248（6）稳压电路的主要性能指标稳压系数 S 稳压系10.4.4 开关型稳压电源串联型稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：1、调整管工作在放大状态，管压降大，流过的电流也大，所以功耗很大，效率较低(一般为4060)，需要庞大的散热装置。2、变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、重量重。1 串联型稳压电源问题9/25/20224910.4.4 开关型稳压电源串联型稳压电源用途广泛，但存在以1、能否让调整管工作在开关状态？导通时，电流大而管压降小；截止时，管压降高而电流趋于零。因此，总功耗很小，大大提高了效率(一般可达8090)。2、能否省去低频工作的电

22、源变压器? 改用高频变压器(工作频率提高到几十kHz)，从而大大减小电源的体积和重量。 开关稳压电源正是基于上述改革思路而发明的新型稳压电源。已广泛应用于计算机、电视机及其它电子设备中。 2 改进思路9/25/2022501、能否让调整管工作在开关状态？导通时，电流大而管压降小；截3 工作原理1、首先，将电网电压(220V、50Hz)不经电源变压器降压而直接整流成直流高压(一次整流，ACDC，输出一般为300多伏) ,作为开关管的电源电压。2、开关管在控制电路作用下，时而导通时而截止，这样又将直流高压“斩波”成交流方波(这就是DCAC，即所谓的逆变器)。斩波电压经一个高频小变压器隔离、降压，并

23、经二次整流后即可得到所需的直流电压。9/25/2022513 工作原理1、首先，将电网电压(220V、50Hz)不经4、例如，电网电压不稳使输出直流电压Uo增大，经光耦合器隔离，误差放大器反相输入端电压增大，其输出减小。该电压(Uc+)与Uc-的三角波比较结果，会使其输出电压(UG)的占空比减小，如图虚线所示，从而使VMOS导通时间减小，经二次整流后取出方波的平均值(Uo)将随之减小。3、输出电压Uo分压后，经光耦合(隔离)到误差放大器反相端，与同相端基准电压比较放大后，输出至比较器C的输入端。比较器C另一输入端接三角波振荡器的输出，二者比较后得到频率相同而占空比可调的脉冲波(这一过程称脉宽调制)。该脉冲波加至功率VMOS管栅极，控制导通和截止的时间比，从而控制变压器输出交流波形的平均值，最终达到稳压的目的。9/25/2022524、例如，电网电压不稳使输出直流电压Uo增大，经光耦合器隔离由以上分析可以得出如下结论：1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高。2为得到直流输出，必须在输出端加二次整流滤波器。3可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值。4可以省去电源变压器。5由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。9/25/202253由以上分析可以得出如下结论：1调整管工作在开关状态，功耗大一