稳压电源4课件

第9章直流稳压电源1本章基本要求掌握直流稳压电源的电路组成和工作原理(包括单相半波整流、滤波、串联反馈式稳压电路)；熟悉集成稳压器及其应用；了解开关式直流稳压电路及其工作原理等。29.1概述稳定电源的分类稳定电源交流稳定电源直流稳定电源交流稳压电源化学稳压源直流稳压电源直流稳流电源交流稳流电源线性稳压源开关型稳压源直流电源简介39.2直流稳压电源的电路组成及工作原理

9.2.1直流稳压电源的组成

＋12V－市电220V59.2.2单相整流电路

9.2.2.1单相半波整流电路

整流二极管电源变压器负载6单相电源变压器线圈铁芯9.2.2.1单相半波整流电路7

负载上得到的是单向脉动电压，其大小仍然在不断变化，其平均值为

(9-1)流过负载电阻电流的平均值为

(9-2)

单向半波整流电路中，二极管截止时所承受的最高反向电压就是(9-3)99.2.2.2单相全波整流电路10由图可知二极管所承受的最大反向电压二极管承受的反向电压119.2.2.3单相桥式整流电路

1．单相桥式整流电路

1)电路组成常用的单相桥式整流电路如图9-3a所示。

13桥式整流硅堆：将四个二极管按桥式整流电路的方式连接好封装在一起，只留四个引脚。市面上有售的如QL62A，其额定电流为2A，最大反向电压为25V～1000V。桥式整流电路还有其它多种画法142)工作原理分析的前提性能理想的二极管D1~D4(a)(b)理想变压器u2ωt022Uu2

正半周时15u2负半周时u2ωt022U17二极管D2、D4电流二极管D2、D4承受的反向电压电压u2为负半周时D1、D3截止，D2、D4导通u2ωt022Uωt0uD2uD4,22Uωt0iD2iD4,L2/2RU18工作原理小结u2为正半周：D1D2D3D4RLuou2u1IoabaD1RLD3bD2D4截止tuou2为负半周：bD2RLD4aD1D3截止192．桥式整流电路的性能分析

（1）输出电压一个周期内的平均值直流电流为

（2）脉动系数S

最低次谐波幅值与输出电压平均值之比定义为脉动系数

（3）流过二极管的正向平均电流

==uot0其输出电压波形与单相全波整流相同21（4）二极管承受的最大反向电压二极管在截止时管子承受的最大反向电压(9-8)（5）输出电压纹波因数

Uor——输出电压中各次谐波电压有效值的总和Uo——输出电压的平均值对于桥式整流电路22例题例8-1如图9-3a所示单相桥式整流电路，电网交流电压220V，负载RL=50Ω，要求输出Uo=100V，试求变压器的变比，并选择整流二极管。解：本题的思路是根据选择2CZ12D（3A，300V）二极管4只或选择2CZ12E（3A，400V）二极管4只据此选择二极管23

滤波电路的作用是滤除整流电压中的高频分量。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波等。

整流输出尽管已经成为直流电压，但脉动太大，输出中的高频分量较多。全波和桥式整流输出电压可表示为：9.3滤波电路259.3.1电容滤波

滤波电路的作用是滤除整流电压中的纹波。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波。

滤波电容uot026滤波原理

(1)当C=0，外接RL时当C=0(无滤波电容)时输入电压输出电压波形π2π3π4πu2ωt022Uuoπ02π3π4πωt22U输出电压输出电压平均值27输出电压输入电压π2π3π4πu2ωt022Uπ02π3π4πωtuouC,22U二极管导通时电容器充电，充电时间常数uo=ucu2(3)当C≠0、RL≠∞时29当C充电到最高点时C将通过RL开始放电。二极管D1、D3将截止，输入电压π2π3π4πu2ωt022UC充电到最高点π02π3π4πωtuouc,22UC开始放电30输出电压波形C充电C放电D截止D导通滤波器输入电压波形电流流通角电流波形312)当C＝0，即无电容滤波但有负载的情况3)正常情况下1)当R＝∞，即负载开路情况下电容滤波小结32性能参数的工程估算

1)电容滤波电路的外特性C=0C小C大0.9U2uoio022Ua.当io一定时，C越小，Uo(AV)越小，纹波越大。b.当C一定时，io越大,Uo(AV)越小。外特性特点电容滤波电路适用于负载电流比较小或负载基本不变的场合。332)输出直流电压

若≥LCR=t2)5~(3T一般取2O(AV)2.1UU»3)输出电流平均值=344)整流二极管的平均电流(b)二极管导通时，有冲击电流；其特点：(a)比无滤波电容时的平均电流大；二极管的平均电流放电时间常数越大，θ越小，冲击电流越大。(c)冲击电流与二极管的导通角θ(θ<)有关。(9-11)5)整流二极管的最高反向电压35例8-3整流滤波电路如图，负载RL=5kΩ，开关a闭合、b断开时，直流电压表的读数为140V，求：VabVARL+1.a闭合,b断开,求的读数。A2.a断开,b闭合,求的读数。A3.ab均闭合，求的读数。A解：最初相当于RL开路，A=?0A1.2.相当于整流电路A=?18mA3.相当于滤波电路A=?24mA36表9-3几种整流电路带电容滤波时的特性

379.3.2电感滤波电路

忽略电感器L的电阻时，负载上输出的平均电压和纯电阻(不加电感)负载相同，即=0.9(9-12)

389.3.3复式滤波器

399.4稳压电路

9.4.1并联型稳压电路

40稳压管稳压电路在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用，其电路如图2-18所示选择稳压管一般取UZ＝Uo

IZM＝(1.5~3)Iom

UI=(2~3)Uo

41可得电阻R的取值范围为

当负载电阻RL和输入电压UI一定时，电阻R的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在IZmin<IZ<IZM之间，42UI↑→Uo（UZ）↑→IZ↑→IR↑→UR↑

Uo↓

稳压原理如下：当负载不变，输入电压UI波动使得输出电压Uo升高，其调节过程为：若输入电压UI不变，负载发生变化，如RL增大，其调节过程为：RL↓→Uo（UZ）↓→IZ↓→IR↓→UR↓

Uo↑

43

例2-3如图2-18所示电路中，UI＝12V，稳压管稳定电压UZ＝6V，稳定电流IZ＝10mA，电阻R＝100Ω，RL＝150Ω。(1)求Uo、IR和稳压管实际工作电流IZ；(2)若稳压管最大稳定电流IZM=50mA，试问UI允许波动的范围是多少？(3)若UI=12V，UZ=6V,稳压管稳定电流IZ＝10mA，最大稳定电流IZM=50mA，问负载电阻RL允许变化的范围是多少？解：（1）由电路可知则稳压管的实际工作电流为44

（2）若稳压管最大稳定电流IZM=50mA，而稳定电流为IZ=10mA则将两个电流代入上式得45469.4.2串联反馈式稳压电路

9.4.2.1稳压电源的主要指标

（1）输入调整率和稳压系数输入调整率是表征稳压器稳压性能的优劣的重要指标，是指在负载和温度不变的条件下，输入电压变化对输出电压的影响(9-14)工程常用稳压系数表示直流稳压电源的性能

(9-15)47(2)负载调整特性

负载调整特性定义为输出电压的相对变化量与输出电流变化量的比。

(9-16)(3)输出电阻

(9-17)(4)温度系数

(9-18)489.4.2.2串联反馈式稳压电路的组成与工作原理

串联反馈式稳压电路稳定输出电压是利用了电压负反馈稳定输出电压的基本原理，如图9-10a所示。调整管491．电路组成调整环节取样环节比较放大环节基准环节如图9-11所示是串联反馈式稳压电路的组成框图。502．稳压原理iUCEuL)(R或FUOUBu¿¾¾¬¯LLLLLLOU图9-11中：是整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大器，UREF为基准电压，R1与R2组成反馈网络用来反映输出电压的变化(取样)。这种稳压电路的主回路是工作于线性状态的调整管T与负载串联，

故称为串联型稳压电路。

513．输出电压在深度负反馈条件下(9-19)524．调整管参数选取原则(1)ICM≥Iomax(2)PCM≥o(max)CE(max)IU(3)≥CEO(BR)UCE(max)U535．限流保护电路正常工作区0UOIOIOmax电路外特性保护电路R+-UoRL+–T1IB1T2IC2URUBIo比较放大环节I+–Ui54(2)当Io增大,

T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。(1)当Io较小时，UR<UBE2,T2截止，电路正常工作。限流保护电路工作原理559.5集成稳压器

9.5.1三端固定式集成稳压器

2.主要特点1.电路主要组成部分(1)串联反馈型线性稳压电路；(2)高精度基准电压源；(3)过流、过热保护等电路。(2)外接元件少；(1)工作可靠；(3)使用方便。56常用三端固定集成稳压器是7800系列和7900系列。7800系列输出正电压，其输出电压有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、20V、24V等品种。

该系列的输出电流分5档，7800系列是1.5A，78M00是0.5A，78L00和是0.1A，78T00是3A，78H00是5A。7900系列与7800系列所不同的是输出电压为负值。外形图3.外形及特点574.分类按输出电压是否可调固定式三端稳压器可调式三端稳压器1——输入端3——输出端2——公共端78系列1——公共端3——输出端2——输入端79系列58启动电路基准电源调整环节比较放大过热保护限流保护减流保护采样环节5.78××内部电路59三端集成稳压器的应用C2防止自激振荡C3减小高频干扰C1、C4减小输出纹波和低频干扰60扩大输出电流UI+UOC1LM78×+–132C2R1T–OI¢OICI式中1RBOIII+=¢1BER1RUI=OBII¢+=bOCOIII¢+=图中A6.01R=IA4.0B=IA4C=IA5O=I若=10，R1=0.5,|UBE|=0.3V,。则A1O=¢I619.5.2三端可调式集成稳压器

(9-20)其中UREF=1.25V62639.5.3基准电压源

常用基准电压器件主要有：LM385-1.2(1.2V精密基准电压源)，LM385-2.5(2.5V精密基准电压源)，LM336-2.5(2.5V精密基准电压源)，MC1403(2.5V基准电压源)，LM431ACZ、TL431(精密可调2.5V～36V基准稳压源)，LM399H(6.9999V精密基准电压源)，LM336-5.0(5.0V精密基准电压源)等。1.TL431基准电压源TL431是一个性能优良的基准电压集成电路。该器件主要应用于稳压、仪器仪表、可调电源和开关电源中，是稳压二极管的良好替代品。649.6开关式稳压电源

传统的线性稳压电源虽然电特性优良，电路结构简单、工作可靠，但调整管串接在负载回路里是它的根本弱点，存在着效率低（只有40%～60%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点，有时还要配备庞大的散热装置。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达（80%～95%），且稳压范围宽，此外还具有稳压精度高、不使用电源变压器等优点，因此，开关稳压电源已广泛用于各种仪器设备、计算机、通信系统、空间技术以及电视接收机等家用电器产品中。

65线性稳压电路的主要特点(1)电压稳定度高；(2)纹波电压小；(3)响应速度快；(4)电路简单；(5)调整管的功耗大；(6)功率变换效率低。669.6.1开关式稳压电源的特点及分类

9.6.1.1开关式稳压电源的特点

（1）允许电网电压变化范围宽。

（2）功耗低，效率高。开关电源效率约为80～95％。(3)开关稳压电源的体积和重量要比同功率的串联式稳压电源小且轻。

（4）可靠性高。（5）容易实现多路电压输出和遥控。

679.6.1.2开关式稳压电源的分类

按负载与储能电感的连接方式分，有串联型与并联型开关稳压电源；按不同的激励方式分，有自激式与他激式开关稳压电源；按电路结构可分为单管型、推挽型、半桥型和全桥型。按控制方式分为脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)、脉冲调频式(PulseFrequencyModulation,PFM)和混合调制式(PWM与PFM)三种。

689.6.2开关式稳压电源的基本工作原理

9.6.2.1开关稳压中换能电路的基本原理Uo+TuLUIIo+C1+T+iLC2+iC–uEDRLe––onToffT开关管续流二极管储能电感滤波电容69控制脉冲的特点：

来自反馈控制电路,周期T恒定。Ui为高电平(Ton期间)时，T饱和导通，IEUu»D截止，C2充电、L储能；Ui为低电平(Toff期间)时，T截止，

D导通，C2、L放能。70直流平均电压(9-21)q称为脉冲波形的占空比，即一个周期持续脉冲时间ton与周期