精品课程-电工电子技术

第7章直流稳压电源7.2滤波器7.3直流稳压电源7.1整流电路7.4

开关稳压电源本章要求：1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.了解集成稳压电路的性能及应用。第7章直流稳压电源第7章直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压7.1

整流电路整流电路的作用:

将交流电压转变为脉动的直流电压。

常见的整流电路：

半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：

二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：

利用二极管的单向导电性uDO7.1.1单相半波整流电路2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二极管D导通；3.工作波形

u负半周，Va<Vb，二极管D截止。1.电路结构

–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.参数计算(1)整流电压平均值(2)整流电流平均值(3)流过每管电流平均值(4)每管承受的最高反向电压(5)变压器副边电流有效值5.整流二极管的选择

平均电流ID与最高反向电压UDRM

是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：OM

ID，URWMUDRM

7.1.2单相桥式整流电路2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二极管

D1、D3

导通，D2、D4

截止。3.工作波形uD2uD41.电路结构－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－u例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220

V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

变压器副边电流有效值变压器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA变压器副边电压U

122V可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。例2：

试分析图示桥式整流电路中的二极管D2

或D4

断开时负载电压的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo

=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。

如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。uo+_~u+_RLD2D4D1D37.2

滤波电路

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。

滤波原理：滤波电路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,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。7.2.1电容滤波器2.工作原理

u>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC

。

u<uC时，二极管截止，电容通过负载RL

放电，uC按指数规律下降，uo=uC

。+Cici

–++–aDuoubRLio=

uC3.

工作波形二极管承受的最高反向电压为。uoutOtO

1.电路结构4.电容滤波电路的特点(T—电源电压的周期)(1)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关。

RLC

越大电容器放电越慢输出电压的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算取：

Uo

=1.2U(

桥式、全波）

Uo

=1.0U（半波）当负载RL开路时，UO

为了得到比较平直的输出电压(2)外特性曲线

Uoo有电容滤波1.4U无电容滤波0.45UIO结论

采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。(3)流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：IOM=2ID

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二极管导通时间越短iD

的峰值电流越大。iDtuotOO例：

有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值uRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管可选用二极管2CP11IOM=100mAUDRM=50V

例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.选择滤波电容器可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器7.2.2电感电容滤波器1.电路结构L

uRLuo++––~+C2.滤波原理对直流分量:XL=0，L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L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。

当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。

LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。7.3

直流稳压电路

稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。

稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。

稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。1、电路结构7.3.1并联型稳压电路2、工作原理（1）电网电压波动（2）负载波动通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。

在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端的电压变化较小。3、稳压管稳压电路特点优点：电路简单，元件少。缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。4、稳压管选择办法5、限流电阻R的选择原则（1）（2）电压发生±20%波动，RL=2K，求R和Ui

的正常值。解：由KVL得I1=24mA，I2=11mAUi=26V，R=800

已知：UZ=12v，Izmax=18mA，

IZmin=5mA例UiRIZRLUZI17.3.2串联型稳压电源1.稳压电源的主要指标（1）电压调整率SU（2）电流调整率SI（3）输出电压的温度系数ST2.串联反馈型稳压电路(1)

电路一般结构串联式稳压电路由取样、基准电压、放大和调整四个环节组成。AUBTUREFUFR1取样R2UoRL调整基准电压比较放大∞－＋Ui－＋取样环节：R1R2分压提取与输出Uo成正比的取样电压UF基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF放大环节：放大UF与UREF的差值（UREF－UF）放大输出Uo的变化量。调整环节：由放大后的变化量调整晶体管的管压降UCE，从而达到稳定输出Uo的目的。AUBTUREFUFR1取样R2UoRL调整基准电压比较放大∞－＋Ui－＋UCE(2)

稳压原理稳压过程按电网波动和负载电阻改变两种情况分述如下：当电网波动Ui↑→Uo↑→UF↑→UBE↓→UCE↑→Uo↓；

当负载电阻RL↓→Uo↓→UF↓→UBE↑→UCE↓→Uo↑。

电路为电压串联负反馈。调整管T连接成射极跟随器。因而可得：AUBTUREFUFR1取样R2UoRL调整基准电压比较放大∞－＋Ui－＋UCEUBE或

在深度负反馈条件下，|1+AuFu|>>1时，可得当反馈越深时，调整作用越强，输出电压Uo也越稳定AUBTUREFUFR1取样R2UoRL调整基准电压比较放大∞－＋Ui－＋UCEUBE7.3.4

集成稳压电源单片集成稳压电源，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源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。1.

分类XX两位数字为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出正电压78XX输出负电压79XX（1.25~37V连续可调）2.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1—输入端3—公共端2—输出端78xxW7900系列稳压器外形1—

公共端3—输入端2—输出端79xx塑料封装3.

性能特点（7800、7900系列）输出电流超过1.5A（加散热器）不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为4%输出电压额定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。4.主要参数(1)电压调整率SU(稳压系数)

反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。(2)电流调整率SI

反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)输出电压UO

(6)最大输入电压UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大输出电流IOM

(5)最小输入、输出电压差(Ui

-UO

)min

输出为固定正电压时的接法如图所示。

(1)

输出为固定电压的电路输入与输出之间的电压不得低于3V！5.三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。即用以改善波形。(2)同时输出正、负电压的电路23220V

24V+C

24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000FUXX:

为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ（3）提高输出电压的电路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC（4）提高输出电流的电路当IO较小时，UR较小，T截止，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+–当IO>

IOM时，UR较大，T导通，IO=IOM+IC

R

可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定,即RUBE/IOM。7.4开关稳压电源7.4.1概念1.线性稳压电源缺点：调整管管耗大电源效率低(40%60%)装散热器体积大改进思路：使调整管截止(电流小)IC≈0饱和(管压降小)UCES≈0

调整管工作在放大区（线性区）优点：输出电压稳定度高电压纹波小线路简单，工作可靠2.开关稳压电源调整管处于开关状态（饱和:UCES≈0，截止：IC≈0。）开关稳压电源的优点：效率高(80%90%)体积小、重量轻稳压范围宽开关稳压电源的缺点：电路复杂对电网要求不高对电子设备干扰较大输出电压含较大纹波7.4.2开关电源的组成调整管取样电路脉宽调制电路开关调整管控制滤波频率固定的三角波误差放大续流iLUIuBT比较放大器比较器uE

A

CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压三角波发生器uTiLUIuBT比较放大器比较器uE

A

CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD开关型稳压电路原理脉宽调制电路基准电压三角波发生器uT1.

取样环节：

R1、R2分压提取取样电压uF（反馈电压）2.

基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF3.

放大环节：比较放大器A，放大差值（UREF－uF）4.

调整环节：调整管T由开关信号控制通断，稳定输出电压UO。iLUIuBT比较放大器比较器uE

A

CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压三角波发生器uT脉宽调制电路5.

LC滤波器及续流二极管D：滤波和续流得到平稳的直流电压。6.

脉宽调制比较器C：反相端接uT

（三角波发生器的输出），同相端接uA

（比较放大器输出），输出开关信号uB驱动调整管。三角波发生器与比较器组成的电路称为脉宽调制电路(PWM)7.4.3开关电源的工作原理1.分析当uB为高电平→T饱和、D截止，uE=UI,经LC滤波到负载RL同时iL↑→L和C储存能量当uB为低电平→T截止、D导通，uE＝－UD≈0，iLUIuBT比较放大器比较器uE

A

CIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD基准电压三角波发生器uTeLD续流→LC泄放能量给RL供电，输出较平稳的直流电压ioio虽然T处于开关状态，但由于D的续流和L、C的滤波作用，输出电压UO是比较平稳的。2.输出平均电压及占空比调整管通断时uE的波形为矩形波touE

(uD)tontoff-uDUIT输出平均电压（忽略滤波电感L的直流压降）：占空比：可见，对于一定的UI值，通过调节占空比即可调节输出电压UO。uE

(uD)、

iL、

uO的波形touOUO-uDtouE

(uD)IOtoiLtontoffImaxIminUI7.4.4开关电源的稳压原理i