电工与电子技术第10章直流稳压电源

电工与电子技术第10章直流稳压电源第一页，共32页。

在电子技术的应用领域中，许多地方需要电压非常稳定的直流电源，如一些自动控制装置及电子设备。在需要直流供电的场合里，广泛采用的是由交流电变换为直流电的各种半导体直流稳压电源。直流稳压电源的组成由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成

.第二页，共32页。交流电源负载变压整流滤波稳压ututututut电源变压器：将交流电降压，变换为所需要的电压值；整流电路：将交流电压转换为单向脉动直流电压；滤波电路：将交流分量滤出，使输出电压平滑；稳压电路：使输出电压不受电网电压的波动、负载和温

度变化的影响，提高输出电压的稳定性.

直流稳压电源的组成第三页，共32页。单相整流电路中最常用的是桥式整流电路整流电路的任务利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直流电压。整流电路的种类整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。为简化分析，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管正向导通，反向截止。10.1整流电路第四页，共32页。10.1.1单相半波整流电路ioTrD+ab~uottu2uoio工作原理设整流变压器副边电压为根据二极管的单向导电性u2>0时二极管导通，uo=u2

u2<0时二极管截止，uo=0

二极管承受的最大反向电压：u2RL第五页，共32页。t0uoTUo单相半波整流电压的平均值为

整流电流的平均值为

通过二极管的平均电流：第六页，共32页。【例1】有一单相半波整流电路，已知变压器副边电压U2=20V，RL=900Ω，试求UO、IO及UDRM，并选用二极管。解查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。第七页，共32页。10.1.2单相桥式整流电路单相半波整流只利用了电源的半个周期，整流输出电压低，脉动幅度较大。为此采用单相桥式整流电路，由四个二极管接成电桥的形式。~RLuoa~TrRLbu2uo~RLuo~RLuo第八页，共32页。uoa~TrRLbu2D1D3变压器副边电压u2为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止；t0u0当副边电压u2为负半周时，二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。t0u2D2、D4导通D1、D3导通D1、D3导通D2、D4导通-+整流后输出的是脉动直流，既有直流成分又有交流成份。uoa~TrRLbu2D2D4+-第九页，共32页。Tt0Uo整流电流的平均值为

单相桥式整流电压的平均值为

流过每个二极管的平均电流为负载电流的一半u0第十页，共32页。uoa~TrRLbu2D1D3D4D2变压器副边在正负半周均有电流流过，变压器副边电流为正弦量.每个二极管所承受的最高反向电压为i2t0i2变压器副边电流有效值第十一页，共32页。【例2】单相桥式整流电路，已知RL=160Ω，要求输出电压的平均值为20V，试选择合适的二极管并确定变压器副边电流的有效值。解：因UO=20V，IO=UO/RL=20/160=125mA流过二极管的平均电流为ID=0.5IO=0.5×125=62.5mA变压器副边电压的有效值为 U2=UO/0.9=20/0.9=22.2V二极管承受的最高反向电压为

查附录资料，应选用2CZ52B(100mA，50V)二极管。

变压器副边电流的有效值为

I2=1.11Io=1.11×125=138.8mA第十二页，共32页。整流电压平均值t0uot0uot0uo电路整流电压波形二极管平均电流二极管反向电压副边电流有效值常见的几种整流电路U2UoIo半波U2UoU2Io全波UoU2Io桥式第十三页，共32页。10.2滤波电路整流电路的输出是单向脉动电压，除直流分量外，还含有较高的谐波成分，必须在整流电路后加接滤波器，改善输出电压的脉动程度。滤波原理：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,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。第十四页，共32页。10.2.1电容滤波电路TrDRLab~uO=uCCD截止D导通t0uoD导通mn0m:变压器副边电压u2在正半周上升段，二极管D导通，电流流经负载电阻RL，并给电容器C充电。经过峰值后，变压器副边电压u按正弦规律下降，当u2<uC时，二极管D承受反向电压截止。mn:电容器通过负载电阻RL按指数规律缓慢放电，uC下降的速度由时间常数τ=RLC决定。

+u2-u2<uC单相半波整流(接电容滤波)+--+第十五页，共32页。10.2.1电容滤波电路TrDRLab~uO=uCCD截止D导通t0u0D导通mn+u2-u2<uC单相半波整流(接电容滤波)若负载电阻RL断开，C无放电回路二极管截止时承受的最高反向电压+--+第十六页，共32页。单相桥式整流(接电容滤波)t0-+a~Trbu2RLuoD1D2D3D4C输出电压的脉动程度与放电时间常数RLC有关，C越大，负载越轻(RL越大)，脉动就会越小.一般取

即可达到要求，此时输出电压Uo由下式估算：(T:电源电压的周期)(半波)(全波)uo二极管最高反向电压第十七页，共32页。

电容滤波电路中元件的选择：带电容滤波的桥式整流电路

二极管导通时间比不带电容滤波的时间短得多二极管将承受较大的冲击电流，容易造成损坏，在选择二极管时应留有充分的余地，一般按(2~3)ID

选择二极管的最大整流电流。

由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止时所承受的最高反向电压UDRM有所不同:带电容滤波的半波整流电路常用电容器一般在101-103微法，其耐压值应大于输出电压的最大值，一般大容量电容具有极性。第十八页，共32页。【例3】

单相桥式整流带电容滤波的电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200Ω，要求输出直流电压UO=20V，选择整流二极管和滤波电容。~RLu2uoC解：流过负载的平均电流为流过二极管的电流为

变压器副边电压的有效值，按UO=1.2U2计算

二极管承受的最高反向电压为

查附录可知，应选用2CZ52B(100mA，50V)。

第十九页，共32页。~RLuoC电容的选择应选用C=250μF，耐压为50V的电解电容。

u2第二十页，共32页。10.2.2电感滤波电路(LC滤波器)

~TrRL＋uo－CL＋u2－当电感线圈的电感量较大时，往往要带铁心，使整个电路体积大，笨重。易引起电磁干扰。所以，电感滤波电路只适用于低电压，大电流的场合。

经桥式整流后输出的单向脉动电压可分解为直流分量和谐波分量。直流分量全部加到负载RL上，频愈高，交流分量在XL上的压降愈大。加到RL上的交流分量压降愈小，从而负载RL上输出的电压脉动减小，波形变平滑。第二十一页，共32页。10.2.3形滤波电路形LC滤波器的滤波效果更好，但整流二极管的冲击电流较大.

电感线圈的体积大，有时可用电阻代替电感线圈构成

形RC滤波器。R愈大，滤波效果愈好，但R太大，将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小场合。

RLC2LC1＋u2－＋uo－形LC滤波电路RLC2RC1＋u2－＋uo－形RC滤波电路第二十二页，共32页。10.3稳压电路经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。第二十三页，共32页。10.3.1稳压二极管稳压电路RL＋UI－C~＋Uo－IoDZRIZ1.电路结构由硅稳压管Dz和限流电阻R组成最简单的直流稳压电路。整流和滤波后得到的直流电压UI加在电阻R与稳压管Dz组成的稳压电路的输入端，这样在负载上就可以得到一个比较稳定的直流电压.

第二十四页，共32页。2.工作原理RL＋UI－C~＋Uo－IoDZRIZ当电网电压波动或负载波动时，输出电压近似保持不变u↑→Uo↑→IZ↑↑(稳压管特性)→IR↑Uo近似不变(或者RL↑)3.稳压管的选择Uz=UO，

IZM=(1.5~3)IOM，UI=(2~3)UO

IR＋u2－+UR-←UR↑↓第二十五页，共32页。【例4】

在稳压二极管稳压电路中，已知负载电阻RL由开路变至1.2KΩ，交流电压经整流滤波后得出UI=30V。今要求输出直流电压UO=10V，试选择合适的稳压管。RL＋Ui－C~＋Uo－IoDZRIZ解：当RL=1.2KΩ时查附录可知，应选用2CW59，其参数为

Uz=10～11.8V，IZM=20mA第二十六页，共32页。10.3.2恒压源由稳压管稳压电路和运算放大器组成恒压源RL+UO-DZRF+UZ-R2+UR++–R1RL+UO-DZRF+UZ-R2+UR++–R1反相输入恒压源同相输入恒压源第二十七页，共32页。10.3.3串联型稳压电路为了扩大运算放大器输出电流的变化范围，把同相输入恒压源的输出接在大电流晶体管T的基极而从发射极输出，就变成串联型稳压电路。

调整管T构成一射极输出器，其作用是进行电流放大。以稳压管的稳定电压Uz视为输入电压，经过同相比例放大，再由取样电路RF和R1构成的串联电压负反馈电路反馈至运放的反相输入端子.RL+UO-DZ+UZ-R2R1RFTIo++–+UI-第二十八页，共32页。10.3.4

三端固定输出电压集成稳压器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。目前最普遍应用的三端固定输出电压集成稳压器是78系列和79系列。78系列是正压输出，79系列是负压输出。其内部电路是在串联型晶体管稳压电路的基础上构成的。78/79系列的最后两位数表示该集成电路的输出电压值。例如W7815的输出电压为15V，W7915的输出电压为-15V。

W78xx系列稳压器123123W78159824第二十九页，共32页。UI为整流滤波后的输出直流电压。典型应用只需在输入端和输出端与地之间各并联一个电容即可。前者抵消较长输入线的电感效应，防止产生自激振荡。