第10章-直流稳压电源

第10章_直流稳压电源第一页，共45页。本章学习目的和要求1.熟悉直流稳压电源的基本结构和各部分电路的作用2.熟练握桥式整流电路的工作原理，会计算输出直流电压和选择整流二极管。3.熟悉电容滤波电路的工作原理，掌握桥式整流电容滤波电路各项指标、参数的计算和元件的选择。4.掌握串联型稳压电路的组成、工作原理及性能的改进措施，会计算输出电压的调节范围.5.了解三端集成稳压电路的内部结构，学会正确使用三端集成稳压器件。6.了解开关型稳压电路的电路结构，特点及工作原理。第二页，共45页。10.1直流稳压电源的电路组成变压器：整流：滤波：稳压：降压滤除脉动交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力各部分功能作用：将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。组成：第三页，共45页。电子设备中广泛使用的直流电源是将单相交流电进行整流得到的。常用的有单相半波、全波、桥式和倍压等整流电路。在分析整流电路时，为简化分所过程，一般均假设负载为纯电阻件负载，整流二极管为加正向电压导通且正向电阻为零、加反向电压截止且反向电流为零的理想二极管。10.2单相整流电路10.2.1半波整流电路10.2.2桥式整流电路10.2.3倍压整流电路第四页，共45页。图10.2.1单相半波整流电路及波形10.2.1半波整流电路1．电路组成及工作原理(参阅例2.4.2)2．负载电压、电流值的计算式中称为vo的直流分量，它等于输出电压的平均值

整流电流的波形与电压波形相同，也含有直流分量和交流谐波分量，其平均值为第五页，共45页。3．脉动系数4．整流二极管的选择二极管最大整流平均电流选择即(2)最高反向工作电压选择

半波整流只利用了输入电压的半个周期，输出电压低、脉动大，由于输出电流中有不小的直流电流分量使电源变压器容量的有效利用率降低。因此它只用在整流电流小、对脉动要求不高的场合。第六页，共45页。10.2.2桥式整流电路1.桥式整流电路的组成及工作原理图10.2.2单相桥式整流电路及简化画法2.负载电压、电流值及脉动系数的计算图10.2.3单相桥式整流电路波形3.整流二极管的选择一般要留有足够的余量：第七页，共45页。10.2.3倍压整流电路1.二倍压整流电路适合小电流负载，实际输出电压要小于2.多倍压整流电路6倍压整流电路从C2左端至C6右端：5倍压整流电路从C1左端至C5右端：倍压整流管子的耐压、电容的耐压均为

第八页，共45页。10.3电源滤波电路

10.3.1电容滤波电路10.3.2电感滤波电路10.3.3复式滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，就是尽量降低输出电压中的脉动成分，保留其中的直流成分，使输出的电压接近理想的直流电压。电容和电感都是基本的滤波元件，同时也都是储能元件，它们能够储存一定的能量（电容储存电场能，电感储存磁场能），又由于能量不能突变，因此能量将逐渐释放，从而能得到比未滤波前较平滑的波形。第九页，共45页。10.3.1电容滤波电路图10.3.2桥式整流电容滤波的电压、电流和纹波电压波形图10.3.1单相桥式整流电容滤波电路1．空载2．有载输出电压脉动降低，直流输出提高越大，输出电压越高，脉动成分越小，滤波效果越好。

一般取

按选二极管3．按选择C4．5．第十页，共45页。越大，输出电压越高，脉动越小，滤波效果越好。

按选二极管3．按选择C4．5．第十一页，共45页。10.3.2电感滤波电路电感滤波器适用于大电流负载。体积大、笨重、成本高第十二页，共45页。10.3.3复式滤波电路1.LC型滤波电路2.LC-Π型滤波电路3.RC-Π型滤波电路适用于输出电流小且负载较稳定的场合第十三页，共45页。解：（1）取例10.3.1单相桥式整流、电容滤波电路如图10.3.1所示。已知交流电源电压为220V，交流电源频率50Hz,要求直流电压,负载电流。试求变压器副边电压的有效值；选择整流二极管及滤波电容器。(2)选择整流二极管可选用整流二极管（其允许最大电流,最大反向电压）,也可选用、的整流桥堆KBL102。第十四页，共45页。（3）选择滤波电容器考虑电压波动则电容器承受的最高电压为计算结果所要求的电容器的参数值，产品市场上未必有完全符合计算要求的规格产品，应在耐压参数满足要求的情况下选择与容量计算值相接近的系列规格产品。所以，本例选用标称值为的电解电容器。第十五页，共45页。10.4串联型稳压电路

10.4.1直流稳压电源的主要质量指标

10.4.2串联型稳压电路的工作原理10.4.3三端集成稳压器10.4.4三端集成稳压器的应用第十六页，共45页。Vo=f(VI，IL，T)，10.4.1直流稳压电源的主要质量指标1.输入电压调整因数KV电压调整率稳压系数2.输出电阻Ro3.输出电压的温度系数ST第十七页，共45页。10.4.2串联型稳压电路的工作原理第十八页，共45页。反馈电压

FV=R2/(R1+R2)为反馈系数误差放大器的电压放大倍数Av和电压反馈系数FV愈大愈好。电路的基准电压愈稳定愈好。

电路实现稳压，必须使电路的VI>Vo+VCES，使调整管工作于放大区，所以串联型稳压电路也称为线性稳压电路。选择调整管：ICM>ILmax

VBRCEO>VImax-Vomin

PCM>ILmax(VImax-Vomin)第十九页，共45页。例10.4.1直流稳压电源电路如图10.4.2所示。(1)说明整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。(2)标出集成运放的同相输入端和反相输入端。(3)写出输出电压的表达式。图10.4.2例10.4.1的稳压电路第二十页，共45页。解：(1)D1～D4构成桥式整流电路；C1组成电容滤波电路；T1和T2构成的复合管是调整管；R4、DZ2和R5、DZ1组成两级稳压电路形成较稳定的基准电压；集成运放A完成比较放大功能；R1、R2、R3构成反馈网络和取样电路。其中R2为电位器，使输出电压具有一定的调节范围。另外，电容C2也构成电容滤波电路，进一步减小输出电压的纹波。图10.4.2例10.4.1的稳压电路(2)上“－”下“+”。(3)当R2滑动端移到上端位置时当R2滑动端移到下端时所以输出电压为：第二十一页，共45页。(3)由集成运放两输入端的虚短关系VP≈VN，可得当R2滑动端移到上端位置时令R2下表示滑动头到下端的电阻，则当R2滑动端移到下端时所以所以第二十二页，共45页。例10.4.2

图10.4.3所示电路为输出负电压的稳压电源。已知稳压管Dz的稳定电压Vz=-2.3V，晶体管的VBE=-0.7V，电阻R3=R4=1kΩ。(1)说明串联型稳压电路的各部分由哪些元、器件构成；(2)若RP的滑动端在最下端时Vo=-15V，求RP的值；(3)若RP的滑动端在最上端，问Vo=?(4)若电网电压波动，最大输出电流为1.2A，T1的最大管耗为多少瓦？(5)在输出电流为1.2A情况下，求稳压电路的效率。第二十三页，共45页。解：(1)图10.4.3所示为一完整的桥式整流、电容滤波、串联稳压电路。其中，稳压电路包含电压调整管、基准电压、取样电路、比较放大4部分。分别由下列元器件构成：电压调整管由复合管T1、T2构成；基准电压部分为R2和稳压管DZ；取样电路由R3、R4和电位器RP组成；比较放大由三极管T3组成。必须指出的是：图10.4.3中稳压管的限流电阻R2连接到B点，是为了提高基准电压的稳定性。此时，必须加入启动电阻R1，否则电路不能正常工作。图10.4.3采用晶体管放大器的串联稳压电路第二十四页，共45页。(3)若RP的滑动端在最上端时(4)根据桥式整流电容滤波的输出电压RL=VA/IL=24V/1.2A=20Ω第二十五页，共45页。可见线性可调稳压电源在低电压输出时效率是非常低的，这种电源显然是不适合较大功率应用场合的。当交流电压最低时第二十六页，共45页。实际的串联型稳压电源工作时的效率没有这么高，大多在40%～60%之间。第二十七页，共45页。1.三端固定输出集成稳压器10.4.3三端集成稳压器图10.4.478XX正电压输出系列封装图图10.4.579XX负电压输出系列封装图78XX/79XX系列中的符号ⅩⅩ表示集成稳压器的输出电压的数值，以V为单位。每类稳压器电路输出电压有5V，6V，7V，8V，9V，10V，12V，15V，18V，20V和24V共11个档次。第二十八页，共45页。2.三端输出可调集成稳压器三端可调输出集成稳压器的典型产品有正电源输出CW117、CW217、CW317系列和负电源输出CW137、CW237、CW337系列。其输出端与调整端之间的电压为1.25V，称为基准电压。CW117、CW117M、CW117L的最大输出电流依次为1.5A、500mA、100mA。CW117、CW217、CW317具有相同的引出端、相同的基准电压和相似的内部电路。它们的工作温度范围是：CW117(137)为—55～150℃，CW217(237)为—25～150℃；CW317(337)为0～125℃。图10.4.6CW117及CW137系列塑料直插式封装第二十九页，共45页。图中，稳压器输出电压为12V，最大输出电流为1.5A。为使电路正常工作，要求输入电压VI比输出电压Vo至少大2.5～3V。输入端电容C1用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.1～1μF。输出端电容C2、C3用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。D是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。CW7900系列的接线与CW7800系列基本相似。1.三端固定集成稳压器应用10.4.4三端集成稳压器的应用图10.4.7CW7800基本应用电路第三十页，共45页。2.三端可调集成稳压器应用可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和调整端之间是1.25V的基准电压源，因此图10.4.9电路输出电压为:图10.4.6CW117系列集成稳压器内部电路组成框图图10.4.9CW117典型应用电路调节电位器RP即可调节输出电压VO的大小。第三十一页，共45页。例10.4.3电路如图10.4.7所示。已知输入电压VI的波动范围为±10％；CW1l7正常工作时输入端与输出端之间电压V12为3～40V，最小输出电流Iomin＝5mA，输出端与调整端之间电压V23＝1.25V；输出电压的最大值Vomax＝28V。(1)输出电压的最小值Vomin＝?(2)R1的最大值R1max＝?(3)若R1＝200Ω，则R2应取多少?(4)为使电路能够正常工作，VI的取值范围为多少?图10.4.9CW117典型应用电路解：(1)R2＝0时，Vo=Vomin=V23=1.25V。(2)为保证空载时CW117的输出电流大于5mA，R1的最大值第三十二页，共45页。(3)若R1＝200Ω，为使Vomax=28V，则有可求出R2＝4.28kΩ(4)要使电路正常工作，就应保证W117在VI波动时V12在3～40V范围。当VO最小且VI波动＋10％时，V12最大且应小于40V，即V12max=1.1VI—VOmin=1.1VI－1.25<40V可得到VI的上限值为37.5V。

当VO最大且VI波动-10％时，V12最小且应大于3V，即V12min=0.9VI—VOmax=0.9VI－28>3V得VI的下限值为34.4V。所以，VI的取值范围为34.4V～37.5V。第三十三页，共45页。(4)要使电路正常工作，就应保证W117在VI波动时V12在3～40V范围。当VO最小且VI波动＋10％时，V12最大且应小于40V，即V12max=1.1VI—VOmin=1.1VI－1.25<40V得到VI的上限值为37.5V。

当VO最大且VI波动-10％时，V12最小且应大于3V，即V12min=0.9VI—VOmax=0.9VI－28>3V得到VI的下限值为34.4V。所以，VI的取值范围为34.4V～37.5V。第三十四页，共45页。10.5.1开关型稳压电路的特点和分类10.5*开关稳压电路10.5.2开关串联型稳压电路10.5.3开关并联型稳压电路第三十五页，共45页。10.5.1开关型稳压电路的特点和分类1.开关型稳压电路的特点(1)效率高(2)体积小、重量轻(3)稳压范围宽(4)纹波和噪声较大(5)电路结构复杂2.开关型稳压电路的分类(1)按开关管与负载间的接法分为：串联型、并联型。(2)按启动开关管的方式可分为：自激型和它激型。(3)按开关器件分为：晶体管、Mos场效应管、晶闸管电路。(4)按稳压的控制方式分：脉冲宽度调制(PWM)，脉冲频率调制(PFM)和混合型调制。(5)按电路的结构分：单管型、推挽型、半桥型及全桥型等。第三十六页，共45页。电路的控制方式采用脉冲宽度调制式。图中三极管T为工作在开关状态的调整管。由电感L和电容C组成滤波电路，二极管VD称为续流二极管。脉冲宽度调制电路由—个比较器和一个产生三角波的振荡器组成。运算放大器A作为比较放大电路，基准电源产生一个基难电压。电阻R1、R2组成采样电阻。10.5.2开关串联型稳压电路图10.5.1开关型稳压电路的组成图10.5.2脉冲调宽式开关型稳压电路原理第三十七页，共45页。由采样电路得到的采样电压与输出电压成正比，它与基准电压进行比较并放大以后得到,被送到比较器的反相输入端。振荡器产生的三角波信号加在比较器的同相输入端。图10.5.2脉冲调宽式开关型稳压电路原理VE的极性为上正下负，则二极管D被反向偏置，不能导通，故此时二极管不起作用。当VB为低电平时，调整管截止。在电感上产生的反电势使电流通过负载和二极管继续流通，因此，二极管D称为续流二极管。此时调整管发射极的电位为第三十八页，共45页。图10.5.4开关串联型稳压电路的简化电路图10.5.3脉冲调宽式开关稳压电路的波形图第三十九页，共45页。10.5.3开关并联型稳压电路图10.5.5并联开关型稳压电路的基本原理图及其等效电路第四十页，共45页。图10.5.6并联型开关稳压电路的波形分析第四十一页，共