第12章 直流稳压电源

教学目标与要求●

掌握二极管整流电路，滤波电路及稳压二极管构成的稳压电路的工作原理。●熟练掌握整流电路，滤波电路的主要参数计算。●了解集成稳压电源。第十二章直流稳压电源12.1直流稳压电源的组成及其作用12.1.1直流稳压电源的组成交流电源经过变压器、整流、滤波和稳压四个环节，输出稳定的电源供直流负载应用。12.1.2直流稳压电源的作用整流电路将在两个方向流动的交流电变换为只在一个方向流动的直流电。变压器部分将电力网交流电压变换为整流所需的交流电压，同时达到隔离交流电路与直流电路的作用。去掉整流后的单向脉动直流电中的脉动成分，以便获得比较平滑的直流电。滤波电路利用稳压管或采用一些负反馈方式，可以使其电路结构自动调节不稳定因素，从而得到稳定电压。稳压电路12.2整流电路常见的整流电路：

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uDO12.1.1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–++–aTrDuoubRLio动画utOuoO4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM(5)变压器副边电流有效值I5.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：

IOM

ID，URWMUDRM

12.1.2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+–+–－动画u

u负半周，Va<Vb，D2、D4

导通,二极管D1、D3

截止。－4.参数计算整流电压平均值Uo整流电流平均值Io流过每管电流平均值ID每管承受的反向电压最大值URm∫uodw

t2p0o2p1Uo==0.9U25.整流二极管的选择二极管的平均电流ID与反向电压最大值URm是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：

IF

ID，URURm

6.整流桥块正确使用：输入交流电压输出直流电压解：【例12-1】在单相半波整流电路中，已知负载电阻,试求输出电压平均值UO，负载电流平均值IO，二极管中的平均电流IVD及二极管承受的最高反向电压UDRM。单相半波整流，故则二极管中的平均电流二极管承受的最高反向电压12.3滤波电路滤波电路的目的防止输出端出现波动分量，它可以将从整流电路中得到的脉动直流电压转换成为合适的平滑直流电压。12.3.1电容滤波电路单相半波整流电容（C型）滤波电路和单相桥式整流电容（C型）滤波电路1.电路的工作原理

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=uC

工作波形二极管承受的最高反向电压动画uoutOtO同理，单相桥式整流电容（C型）滤波电路的工作原理如下：123uoOωt电压上升时电容充电，将电能储存在电容器中。电压下降时电容器放电，将储存的电能送给负载。如图所示，随着时间常数τ的增加，输出电压越来越平滑，uo的平均值也增加了。有电容滤波的整流电路uou2D4D2D1D3RL+-+－Cuou2D4D2D1D3RL+-+－+二极管承受的最高反向电压？思考2.电容滤波电路的输出电压和输出电流的计算(T—电源电压的周期)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。为了得到比较平直的输出电压电容的耐压值，应大于其实际电压的最大值，一般取。近似估算取：Uo

=1.0U(半波）

Uo

=1.2U（桥式）近似估算取：Uo

=1.0U(半波）

Uo

=1.2U（桥式）单相半波整流、滤波电路的输出电流平均值为单相桥式整流、滤波电路的输出电流平均值为【例12-2】一单相桥式整流、电容滤波电路，已知电源频率，负载电阻，负载直流电压。试求：（1）整流二极管的平均电流及承受的最高反向电压；（2）确定滤波电容器的电容值及耐压值；（3）负载电阻断路时的输出电压；（4）电容断路时输出电压；解：（1）整流二极管的平均电流（2）滤波电容器的电容值整流二极管承受的最高反向电压滤波电容器的耐压值因此（3）负载电阻断路时的输出电压（4）电容断路时的输出电压相当于单相桥式整流输出电压12.3.2电感滤波电路1.工作原理对直流分量:

XL=0相当于短路,大部分整流电压降在RL上。

对谐波分量:

f

越高,XL越大,电压大部分降在XL上。u2D4D2D1D3RL+-+－uoL有电感滤波的整流电路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。12.3.3复式滤波电路形LC滤波器

滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。

比形LC滤波器的体积小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC滤波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。12.4.1稳压管稳压电路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUO

IZ1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路12.4稳压电路UZIRUO由于某种原因使得输出电压降低时同理由于某种原因使得输出电压升高时，调节过程如下：---来自整流滤波电路的输出。电阻和为取样电路A为比较放大器+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB--+UOUI串联反馈型稳压电路原理图取样电路比较放大器12.4.2串联反馈型稳压电路1.电路结构整流滤波电路输出各部分功能及作用UI来自整流滤波电路的输出，图中VT称作调整管,其作用是通过电路自动调整VT集电极——发射极之间的电压UCE，使输出电压UO稳定。+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB--+UOUI串联反馈型稳压电路原理图R1和R2为取样电路，其作用是把输出电压的变化量通过R1和R2分压取出，然后送入比较放大器A的反向输入端，R3和稳压管DZ构成基准电压使放大器的同相端电位固定。2.稳压过程A为比较放大器，其作用是把取样电路取出的信号进行放大，以控制调整管IB的变化，进而调整UCE的值。例如+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB--+UOUI串联反馈型稳压电路原理图稳压电路的稳压过程实质就是负反馈的自动调节过程。稳压过程如下：如果外部因素(电网电压波动；负载变化)使UO有减小的趋势，则稳压电路内部的调节过程就使UO有增加的趋势。由于这两种趋势恰好相反，于是使UO基本维持不变。同理，若外部因素使UO有增加的趋势，也会通过稳压电路内部的自动调节，使UO基本保持不变。3.输出电压的大小及调节方法+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB--+UOUI串联反馈型稳压电路原理图在固定的情况下和的大小只要改变的值就可以改变为了调节方便，在取样电路中串联一个电位计，如图+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB--+UOUI输出电压可调的串联反馈型稳压电路原理图RW改变电位计滑动端的位置就可以方便地调节输出电压的大小。12.4.2串联开关型稳压电路1.串联开关型稳压电路的电路结构2.工作原理经过LC滤波电路提供给负载电流直流电压若为高电平，调整管VT饱和导通---二极管承受反向电压而截止（1）滤波过程向负载提供能量。即在饱和导通期间，电感L储存能量，电容C充电，电压若为低电平，调整管VT截止输入电压提供的能量被中断在电感L两端产生感应电动势，通过二极管对负载释放能量，同时电容C通过负载放电，使负载获得连续而稳定的能量。因此，称为串联开关型稳压电路（2）稳压过程，则若为正。与三角波电压,通过电压比较器A2比较后，得到VT的基极电压当时，为高电平;为低电平。反之，占空比q在稳态时一个周期内电感电压的积分应为零，即在期间，调整管VT饱和导通，在期间调整管VT截止，。若忽略调整管VT的饱和压降和二极管VD的正向压降因此，积分得到输出电压与占空比有关可以通过改变占空比系数，去调整输出电压的大小当由于输入电压或负载的变化引起输出电压发生波动时使基本保持不变，达到稳压的目的。反之亦然。例如：12.5集成稳压电源12.5.1三端集成稳压器1.三端集成稳压器的型号及主要参数其常用的型号为：固定输出正电压的集成稳压器：W78XX系列。固定输出负电压的集成稳压器：W79XX系列。电压可调，输出正电压的集成稳压器：W317、W117。电压可调，输出负电压的集成稳压器。W337、W137。其中W78XX和W79XX系列型号中的“XX”是代表输出电压值。每一种系列的稳压器输出电流又有：100A（78LXX），0.5A(78MXX)及1.5A(78XX)。W78XX系列外形及电路符号分别如图12.17所示。电路符号分别如图12.17所示。集成稳压器主要参数有：⒈输出电压UO：表示集成稳压器可能输出稳定电压的范围。⒉最小电压差(UI-UO)min：为维持稳压所需要的UI与UO之差的最小值。⒊容许输入电压的最大值UIM。⒋容许最大输出电流值IOM。⒌容许最大功耗PCM。⒍电压调整率SJ：⒎输出电阻RO。表示输入电压变化1V时，UO的相对变化率。2．三端集成稳压器的应用电路1)固定输出电压的稳压电路减小输入电压的纹波，抵消由于输入引线较长而带来的电感效应，防止产生自激振荡。减小由于负载电流突变而引起的抖动杂波。的作用的作用：输出正电压：W78XX，图（a）输出负电压：W79XX，图（b）2)具有正、负两路输出的稳压电路可同时选择W78XX和W79XX两个稳压器12.6集成稳压电源应用实例12.6.1三端集成稳压器的扩展用法是两端的电压，也是稳压器的标称电压，是稳压