第4章 直流稳压电源

第4章直流稳压电源知识重点

1．整流滤波电路2．稳压管稳压电路3．串联型稳压电路4．集成稳压器

知识难点

1．参数计算2．稳压原理3．稳压器应用4.1整流滤波电路

知识分布网络半波整流全波整流桥式整流倍压整流电容滤波其它滤波形式整流电路滤波电路整流滤波电路电感滤波4.1整流滤波电路

一般电子设备所需的直流稳压电源都由电网中的50Hz/220V交流电转化而来。图4.1.1为线性直流稳压电源的结构框图。可见50Hz/220V交流电经变压器变压后，被由二极管组成的电路整流成脉动的直流电，再经滤波网络平滑成有一定纹波的直流电压，对于性能要求不高的电子电路，滤波后的直流电压就可以应用了，但对于稳压性能要求较高的电子电路，滤波后再加一级集成稳压环节。这样加到负载上的直流电压纹波就非常低了。

图4.1.1小功率直流稳压电源框图

滤波整流稳压变压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu220V单向脉动电压合适的交流电压滤波稳压组成框图变压器：将正弦工频交流电源电压变换为符合用电设备所需要的正弦工频交流电压。整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替变化的正弦交流电压变换成单方向的脉动直流电压。滤波电路：将单向脉动直流电压中的脉动部分(交流分量)减小(滤掉)，使输出电压成为比较平滑的直流电压。稳压电路：采用某些措施，使输出的直流电压在电源发生波动或负载变化时保持稳定。一、单相半波整流tO23u2tO23uOtO23iD=iOtO23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–4.1.1整流电路

图4.1.2（a）为电阻性负载，单相半波整流电路。电路中T为电源变压器，V为整流二极管，RL为负载电阻。图（b）为电路中电压、电流的波形。图4.1.2单相半波整流(a)(b)tO23u2tO23uOtO23iD=iOtO23uD单相半波整流参数计算如下1)

整流输出电压和电流平均值2)

二极管平均电流3)

二极管最大反向压V3RLV4V2V1u1u2+uoioRLV4V3V2V1+uou2u1二、单相桥式整流输入正半周1.工作原理2.波形输入负半周tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO+uo3.参数估算1)

整流输出电压和电流平均值2)

二极管平均电流3)

二极管最大反向压totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO图4.1.4(1)单相桥式整流电路的几种画法

单相桥式整流电路的几种其它画法如下图

图4.1.4(2)全桥堆连接方式及电路符号

运用EWB仿真软件对单相桥式整流电路进行仿真，仿真电路如图4.1.5(1)所示，仿真结果如图4.1.5(2)所示。从结果可以看出，正弦交流电被整流成单向脉动的直流电。图4.1.5(1)单相桥式整流电路的仿真电路图4.1.5(2)

单相桥式整流电路的仿真结果实例分析例4-1：一单相桥式整流电路如图4.1.6（a），要求输出电压UO＝110Ｖ，ＲL=80Ω，交流电压为380V，试完成下列问题：（1）如何选用二极管?

（2）求整流变压器变比和(视在)功率容量。解：（1）选择二极管由前面分析可得：

由此可选2CZ12C二极管，其最大整流电流1A，最高反向电压为300V。（2）求整流变压器变比和(视在)功率容量考虑到变压器副边绕组及管子上的压降，变压器副边电压大约要高出10%，即则变压器变比

求变压器容量。变压器副边电流为：乘1.1倍主要考虑变压器损耗。故整流变压器(视在)功率容量为：

4.1.2滤波电路

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的直流和交流成分(称为纹波电压)。这样的直流电压作为电镀、蓄电池充电的电源还是允许的，但作为大多数电子设备的电源，将会产生不良影响，甚至不能正常工作。在整流电路之后，需要加接滤波电路，尽量减小输出电压中交流分量，使之接近于理想的直流电压。io+

uo=ucRLV1V4V3V2+u一、电容滤波V导通时给C充电，V截止时C向RL

放电；1.电路和工作原理滤波后

uo

的波形变得平缓，平均值提高。电容充电电容放电C图4.1.6(1)单相桥式整流电容滤波电路2.波形及输出电压当RL=时：OtuO2当RL

为有限值时：通常取

UO=1.2U2RC越大UO

越大RL=为获得良好滤波效果，一般取：(T

为输入交流电压的周期)图4.1.6(2)滤波电路波形图[例4-2]

单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=40，要求直流输出电压UO=20V，选择整流二极管及滤波电容。

[解]1.选二极管选二极管应满足：IF(23)

ID可选：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1A、100V

整流桥电流平均值：承受最高反压：2.选滤波电容可选：

1000F，耐压50V的电解电容。二、其它滤波电路图4.1.7(1)所示电路是电感滤波电路，它主要适用于负载功率较大即负载电流很大的情况。(UO=0.9U2)

图4.1.7(1)电感滤波电路

整流后的输出电压：直流分量被电感L

短路,交流分量主要降在L上。电感越大，滤波效果越好。

图4.1.7（2）所示是RCΠ型滤波器。图中C1电容两端电压中的直流分量，有很小一部分降落在R上，其余部分加到了负载电阻RL上；而电压中的交流脉动，大部分被滤波电容C2衰减掉，只有很小的一部分加到负载电阻RL上。此种电路的滤波效果虽好一些，但电阻上要消耗功率，所以只适用于负载电流较小的场合。图4.1.7（2）RCΠ型滤波器

图4.1.7（3）所示是LCΠ型滤波器。可见只是将RCΠ型滤波器中的R用电感L做了替换。由于电感具有阻交流通直流的作用，因此在增加了电感滤波的基础上，此种电路的滤波效果更好，而且L上无直流功率损耗，所以一般用在负载电流较大和电源频率较高的场合。C1、C2对交流容抗小，L对交流感抗很大。缺点是电感的体积大，使电路看起来笨重。图4.1.7（3）

LCΠ型滤波器

4.2稳压电路知识分布网络稳压电路稳压电路的组成稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的组成和工作原理串联型三极管稳压电路运放组成的串联型稳压电路串联型稳压电路的组成和工作原理4.2.1硅稳压管组成的稳压电路

硅稳压管组成的并联型稳压电路如图4-15所示，经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压Ui，限流电阻R和稳压管V组成稳压电路，输出电压Uo=UZ。图4.2.1硅稳压管稳压电路稳压原理分析

在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻RL的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为UZ基本恒定，Uo=UZ。下面从两个方面来分析其稳压原理：设RL不变，电网电压升高使Ui升高，导致Uo升高，而Uo=UZ。根据稳压管的特性，当UZ升高一点时，IZ将会显著增加，这样必然使电阻R上的压降增大，吸收了Ui的增加部分，从而保持Uo不变。反之亦然。

设电网电压不变，当负载电阻RL阻值增大时，IL减小，限流电阻R上压降UR将会减小。由于Uo=UZ=Ui—UR，所以导致Uo升高，即UZ升高，这样必然使IZ显著增加。由于流过限流电阻R的电流为IR=IZ+IL，这样可以使流过R上的电流基本不变，导致压降UR基本不变，则Uo也就保持不变。反之亦然。

在实际使用中,这两个过程是同时存在的，而两种调整也同样存在。因而无论电网电压波动或负载变化，都能起到稳压作用。以上讨论表明，限流电阻的作用不仅是保护稳压管，而且还起着调整电压的作用。正是稳压管和限流电阻的相互配合，才完成了稳压的过程。4.2.2串联型三极管稳压电路（a）（b）图4.2.2串联型三极管稳压电路

图4.2.2为串联型三极管稳压电路。图中V1为调整元件，电阻R3、R4

、R5为取样电路，R2和UZ组成标准参考电压。V2为比较放大元件，从反馈放大器的角度看，该电路属于电压串联负反馈电路，而且调整元件V1与负载电阻RL串联，因此也称之为串联反馈式直流稳压电路。其稳压过程如下

当负载电阻RL不变时，电网电压波动，波动后的电压Ui上升会导致输出电压向上波动，同时取样电压的增加使V2的基极电位UB2升高，造成V2管的基极电流IB2和集电极电流IC2增大，导致V2管的集电极UC2也就是V1管的基极UB1电位的下降，使V1管的基极电流IB1和集电极电流IC1下降，而管压降UCE1增加。由于输出电压Uo等于输入电压Ui减V1管压降UCE1，因此抑制了输出电压的增加，起到了稳压作用。电路中的电压和电流调整过程如下：UI↑→UO↑→UBE2↑→UC2↓→UBE1↓→IB1↓→IC1↓→UCE1↑→UO↓，这样就保证了输出电压Uo基本不变。

图4-1为串联型集成稳压电源电路。图中VT为调整管，它工作在线性放大区，电阻R3和稳压管VZ组成基准电压源，为集成运放的同相输入端提供基准电压，电阻R1、RP

、R2组成取样电路，它将稳压电路的输出电压分压后送到集成运放的反相输入端，运算放大器为比较放大元件，用来对取样电压与基准电压的差值进行放大。由于调整管与负载串联，故称为串联型稳压电路。图4.2.3串联型集成稳压电源电路4.2.3运放组成的串联型稳压电路输出电压的调节范围8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP图4.2.3(1)稳压电路的仿真电路串联型集成稳压电源的仿真图4.2.3(2)稳压电路的仿真结果

滤波后的波形再经稳压电路稳压，得到的结果如下图所示，电压表显示稳定电压10.28V，此结果表明，电网供给的交流电压经过变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路后输出的直流电压保持稳定不变。

线性集成稳压器中，由于三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端式稳压器有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器；另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串联型稳压电路。4.3线性集成稳压电路集成稳压电路稳压器的型号稳压器的应用电路三端固定集成稳压器稳压器的组成三端可调线性集成稳压器稳压器的应用电路知识分布网络4.3.1三端固定集成稳压器一.三端固定输出线性集成稳压器简介图4.3.1(1)三端固定式集成稳压器型号组成及其意义CW7800

系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V输出电流78L

××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压例如：CW7805输出5V，最大电流1.5ACW78M05输出5V，最大电流0.5ACW78L05输出5V，最大电流0.1A封装CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND塑料封装符号CW7800++312CW79001_3_2塑料封装金属封装312金属封装符号CW7800++213CW790013_2_图4.3.1(2)三端集成稳压器外形及管脚排列1、基本应用电路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器抵消输入长接线的电感效应，防止自激改善负载的瞬态响应，消除高频噪声二.三端固定集成稳压器的应用图4.3.2(1)CW78XX、CW79XX器件的应用电路原理图

图8.2.3为CW78XX、CW79XX器件的基本应用电路原理。要求输入电压UI比输出电压UO至少大2.5~3V。三端集成稳压器当中的低压差器件，输入、输出之间的电压在0.6V以下，有的在0.4V以下也能正常工作，其静态工作电流也只有几毫安至几十毫安，因此效率高。

图4.3.2(1)CW78XX、CW79XX器件的应用电路原理图图4.3.2(2)某型号电视机电源电路图如果需要输出电压高于三端稳压器输出电压时,可采用图4.3.3所示电路。

式中,UXX为集成稳压器的输出电压;UZ为稳压管的稳值。图4.3.3(1)提高输出电压电路图2、提高输出电压电路提高输出电压电路W78132CiC2+UO+UI

+UR1R2IQI1I2静态电流58mA要求输出电压UO>U

图4.3.3(2)提高输出电压电路图3、具有正、负电压输出的稳压电源

如图4.3.4所示,由图可知,电源变压器带有中心抽头并接地,输出端得到大小相等、极性相反的电压。图4.3.4（1）正负对称的稳压电路输出正、负电压的电路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F图4.3.4（2）正负对称的稳压电路

一.三端可调线性集成稳压器三端可调线性集成稳压器除了具备三端固定集成稳压器的优点外，在性能方面也有进一步提高，特别是由于输出电压可调，应用更为灵活。目前，国产三端可调正输出集成稳压器系列有CW117/CW217/CW317；负输出集成稳压器系列有CW137/CW237/CW337等,几种三端集成稳压器外形及管脚排列如图4.3.5所示,型号及意义如图4.3.5所示。4.3.2三端可调线性集成稳压器图4.3.5(a)可调集成稳压器型号组成及其意义CW117/217/317系列(正电源)CW137/237/337系列(负电源)工作温度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C基准电压1.25V输出电流L型—输出电流100mAM型—输出电流500mA二.CW117内部结构和基本应用电路内部结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路保护电路IREFUIUOADJ123外形引脚CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A图4.3.6可调集成稳压器内部结构和外部引脚基本应