电子线路高频非线性部分15

第1章功率电子线路1.5整流与稳压电路1.5.1整流电路1.5.2串联型稳压器

1.5.3开关型稳压器

整流电路的功能是将电力网提供的交流电压变换为直流电压。稳压电路具有调节功能，将整流电路输出的不稳定直流电压转换为稳定的直流电压。1.5.1整流电路

整流电路有半波、全波、桥式三种基本形式。

一、半波整流电路

半波整流电路如图1–5–1(a)所示。在图1–5–1(a)中，Tr—

电源变压器；D—

整流二极管；RL

—

负载电阻；CL—滤波电容。设

v2=V2msin

t忽略二极管的导通电压，并设导通电阻为RD。

v2>vo二极管导通，电容充电。

v2<vo

二极管截止，电容放电。

动态平衡后，二极管电流iD=iO

是一串窄脉冲序列。

如图1–5–2(a)所示，CL一定时，RL越小，纹波越大。

如图1–5–2(b)所示，RL一定时，CL越大，纹波越小。参见图1–5–1(b)和图1–5–1(c)，经过RLCL的滤波，输出电压是直流电压VO和一个锯齿状波动电压的叠加。波动电压称为纹波电压。直流电压VO及纹波电压的大小与RL

和CL的数值有关。二、全波和桥式整流电路1．全波整流电路全波整流电路如图1–5–4(a)所示。

当v2>vO时，二极管导通，所以在v2

的正负半周D1

和D2

轮流导通。

稳态波形如图1–5–4(b)所示。O由于电流脉冲的频率比半波整流提高一倍，输出的直流电流IO和输出电压VO比半波整流电路大，RL和CL的滤波作用提高，纹波电压比半波整流电路小。2．桥式整流电路图1–5–5桥式整流电路及其电压和电流波形

如图1–5–5(a)所示，v2正峰值附近D1、D3导通，D2、D4截止。

v2

负峰值附近D2、D4

导通，D1、D3

截止。

图1-5-5桥式整流电路及其电压和电流波形

IO与VO与全波整流电路相同，但截止时的反向电压由两只二极管共同承担。电压和电流的波形如图1–5–5(d)、(e)、(f)所示。

三、三种整流电路的性能1．半波整流电路优点：元件少，电路简单。缺点：VO小，纹波大。

2．全波整流电路优点：VO大，纹波小。缺点：二极管承受的反向电压高。

3．桥式整流电路

优点：VO

大，纹波小，输出功率相同时，变压器的伏安容量比全波整流小。

缺点：二极管数量多。四、倍压整流电路倍压整流电路如图1–5–9所示。适用于VO

大，IO

小的场合。

动态平衡后，v2

正峰值附近D1

导通，向CL1

充电，充电电压vO1，v2

负峰值附近D2

导通，向CL2

充电，充电电压vO2。负载RL

上的电压为半波整流电路的两倍。

同样原理可以构成多次倍压电路。1.5.2串联型稳压器一、工作原理1．组成串联型稳压器的组成如图1-5-12(a)所示。图1-5-12(a)串联稳压电路的组成方框图

串联型稳压器组成：调整管、取样电路、基准电压源和比较放大器。

调整管——功率管或复合管与负载串联。

比较放大器——单管放大器、差分放大器、集成运放等。

串联型稳压器组成：调整管、取样电路、基准电压源和比较放大器。调整管——功率管或复合管与负载串联。比较放大器——单管放大器、差分放大器、集成运放等。图1-5-12(a)串联稳压电路的组成方框图

基准电压源——温度系数很小的电压源电路。

比较放大器——单管放大器、差分放大器、集成运放等。串联型稳压器的工作原理如图1–5–12(b)所示。T5—调整管，工作在放大区。

VB5

VCE5

。

R1、R2取样电路。取样电压

基准电压VREF

由T1、T2

组成的差分放大器作为比较放大器，T3、T4

为有源负载。

当VS=VREF

VO=VI-VCE5=VREF/n

若VI

或RL

变化使VO

增加VO

VS

(VREF

不变)

VC2=VB5

VCES

VO

。

反之亦然。

二、稳压性能1．稳压系数SV

输入电压变化

VI

时，输出电压的相对变化量称为稳压系数

2．负载调整率

SI

输入电压VI不变，输出电流变化时，输出电压的相对变化量称为负载调整率

1．稳压系数SV

2．负载调整率

SI

3．输出电阻Ro

将稳压源等效为一个电压源时的内阻。除以上参数外，还有纹波抑制比Srip和输出电压温度系数ST等。三、集成串联稳压电源

1．基准电压源电路

稳压二极管构成的基准电压源电路如图1–5–13(a)所示。设T管的发射结和D2、D3的正向导通电压均相等，用V(on)表示。基准电压VREF

VZ(6~8

V)具有正温度系数，V(on)

具有负温度系数。

满足时，基准电压VREF的温度系数如图1–5–13(b)所示的能隙基准电压源电路中

忽略T3

管的基极电流

VT

具有正温度系数，VBE(on)

具有负温度系数。适当选择电阻的比值(R2/R3)，可以使VREF

的温度系数为零。

2．7800系列三端式集成串联稳压电路

典型应用电路图1-5-14(a)所示。

输出电压VO

固定，5

V、6

V、9

V、

。

输入电压VI

一般应比输出电压高3

V以上。

C1、C2

消振作用。

内部电路如图1-5-14(b)所示。

3．基准电压电路

能隙基准电路，由T1、T2、T7、R1、R3、R10

及R2、T5、T6、T3、T4

组成。

4．比较放大器

基准电路和比较放大器形成一个整体，由T3、T4、T11、有源负载T9

构成CE–CC组和放大器。

5．调整管T16、T17组成复合调整管。图1–5–14(b)6．保护电路

过流保护，T15、R11、R12。

过热保护，T14、R7

组成，R7

具有正温度系数。

7．启动电路由D1及T12、T13、R4、R5、R18等组成。1.5.3开关型稳压器

开关型稳压器的调整管工作在开关状态，通过控制开关的启闭时间来调整输出电压。

一、直流–直流变换器1．降压型变换器

图1–5–15(a)原理电路

如图1–5–15(a)所示，电路由开关S、续流二极管D和低通滤波器L1、C2

组成。

S闭合：vA=VI，D截止，电感L1

充电。

S断开：vA=0，D导通(设VD(on)=0)，电感L1

放电。

图1-5-15降压型变压器的原理电路及相应的波形降压型变换器的波形如图1-5-15(b)所示，忽略VO

上叠加的纹波电压，S闭合。

vL=vA-VO=VI-VO

根据

为保持iL

连续得VO=dVI

调整d可以就可以改变输出电压，d恒小于1，所以为降压型变换器。

2．升压型变换器

升压型变换器如图

1–5–16所示。图1-5-16升压型变换器原理电路

当S闭合时，D截止，vA=0。

当S断开时，D导通，vA=VO。

根据求得

d恒小于1，所以为升压型变换器。

开关型稳压器的调整管工作在开关状态，所以效率比串联型稳压器高。一般采用直接整流，不需要电源变压器，具有体积小、重量轻的特点。

开关型稳压器存在纹波电压高的缺点，同时产生的电磁干扰比串联型稳压器大。

图1-5-16升压型变换器原理电路二、开关稳压电路的工作原理降压型变换器构成的开关稳压电路如图1–5–18(a)、(b)所示。当VS=VREF

时误差放大器输出静态电压，经电压比较器使T1

管的导通时间为ton

或占空系数为d0，稳压器的输出电压

调解过程如下：VO

VS

ton

d

VO

反之亦然。三、开关稳压电路举例

用集成串联稳压器LM105构成开关稳压电路如图

1–5–