电子技术基础-第五章直流稳压电源电路

电子技术基础-第五章直流稳压电源电路第1页，课件共49页，创作于2023年2月电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo5.1直流稳压电源的基本组成第2页，课件共49页，创作于2023年2月5.1整流电路半波整流电路组成：

电源变压器、整流二极管、负载二极管导通，uL=u2二极管截止,uL=0+–io+–u2>0时:u2<0时:u2uLuD

t

2340第3页，课件共49页，创作于2023年2月主要参数：IL=UL/RL=0.45u2

/RL

uL

20t（2）输出电流平均值Io：IL

（1）输出电压平均值UL：第4页，课件共49页，创作于2023年2月（3）流过二极管的平均电流：uD

20tURMID

=ILURM≧22u（4）二极管承受的最高反向电压：IL

第5页，课件共49页，创作于2023年2月全波整流电路+–+–+–+–变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。电路组成：电源变压器次级、两只整流二极管、负载第6页，课件共49页，创作于2023年2月全波整流电压波形u2uLuD1

t

2340uD2第7页，课件共49页，创作于2023年2月uL

20tIL=UL/RL=0.8u2

/RL

主要参数：（2）输出电流平均值IL：（1）输出电压平均值UL：IL第8页，课件共49页，创作于2023年2月uD

20t（3）流过二极管的平均电流：ID

=IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：第9页，课件共49页，创作于2023年2月桥式全波整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路u2正半周时:D1

、D3导通，D2、D4截止+–（2）工作原理：u2uL第10页，课件共49页，创作于2023年2月-+u2负半周时：D2、D4

导通，D1

、D3截止u2uL第11页，课件共49页，创作于2023年2月输出电压平均值：UL=0.8u2输出电流平均值:IL=UL/RL=0.8u2

/RL

流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2uL（3）主要参数：二极管承受的最大反向电压：URM=22u第12页，课件共49页，创作于2023年2月例：某电阻性负载，它需要一个直流电压为110V，直流电流为3A的供电电源，现采用桥式整流电路，试求变压器次级电压的有效值U2，并根据计算结果选择整流二极管型号。解：由公式可知，变压器次级电压的有效值为流过每一只整流二极管的平均电流为：每一只整流二极管承受的最高反向电压为：

第13页，课件共49页，创作于2023年2月例：一个纯电阻负载单相桥式整流电路接好以后，通电进行实验，一接通电源，二极管马上冒烟了，试分析产生这种现象的原因。分析：二极管冒烟说明流过二极端管电流太大。从电源变压器次级与二极管负载构成的回路看，出现大电流的主要原因有两方面：1、首先看负载有没有短路。如果负载短路，变压器次级电压U2经过二极管构成通路，二极管因过流烧坏。2、如果负载确实没有短路，那就要看四臂桥路中整流管是否接反。第14页，课件共49页，创作于2023年2月集成硅整流桥：u2uL+

–

~+~-

+–第15页，课件共49页，创作于2023年2月5.2滤波电路滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路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16页，课件共49页，创作于2023年2月电容滤波5.2滤波电路第17页，课件共49页，创作于2023年2月（1）空载（RL=∞）时：u2tuLtuc=uLu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。第18页，课件共49页，创作于2023年2月（2）接入RL（且RLC较大）时u2tiDtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。二极管中的电流uc=uL第19页，课件共49页，创作于2023年2月近似估算:UL=1.2U2(b)流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短

iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点：(a)UL与RLC的

关系：RLC愈大

C放电愈慢

UL(平均值)愈大RLC较大一般取：(T:电源电压的周期)u2tiDtuc=uL纯电阻负载时，I2=1.52IL第20页，课件共49页，创作于2023年2月例：单相桥式整流电容滤波电路如图所示，已知输出电压U0=15V，RL=100，电源频率f=50HZ.试计算：1、变压器次级电压的有效值U2；2、滤波电容C的耐压值和电容量。解：（1）桥式整流电容滤波电路的输出电压为U0=1.2U2

则U2=12.5V（2）当负载空载时，电容器承受最大电压，所以电容器的耐压值为可选取470/25V的电解电容。第21页，课件共49页，创作于2023年2月（1）滤波原理:对直流分量(f=0):XL=0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XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。U0=0.9U2

当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLu0有电感滤波的整流电路第22页，课件共49页，创作于2023年2月（2）电感滤波的特点:

整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。u2u1RLLu0第23页，课件共49页，创作于2023年2月

为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。1.LC滤波电路2.RCπ型滤波电路其他滤波电路第24页，课件共49页，创作于2023年2月5.2稳压电路稳压电路的作用:交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压第25页，课件共49页，创作于2023年2月稳压管稳压电路1.稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。

由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。第26页，课件共49页，创作于2023年2月稳压原理：(1)当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ由图知：第27页，课件共49页，创作于2023年2月(2)当负载电流变化时稳压过程：

ILUoURUoIZIR第28页，课件共49页，创作于2023年2月2、限流电阻的计算（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值。即第29页，课件共49页，创作于2023年2月

（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即

所以：第30页，课件共49页，创作于2023年2月5.3晶体管串联型稳压电路稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调改进：（1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器UO=UZ-0.7V第31页，课件共49页，创作于2023年2月改进：（2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。

第32页，课件共49页，创作于2023年2月Uo+UI

RLT1+UCE

并联型稳压电路—调整管与负载并联串联型稳压电路—调整管与负载串联串联型稳压电路的工作原理+UI

取样电路调整管比较放大电路基准电压UZUF

一、结构和稳压原理第33页，课件共49页，创作于2023年2月稳压的实质：

UCE

的自动调节使输出电压恒定二、输出电压的调节范围+Uo

+UI

R

2RLR

1R1UFUZR2RP第34页，课件共49页，创作于2023年2月第35页，课件共49页，创作于2023年2月串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有20％～40％；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。晶体管开关型稳压电路

为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态——开关型稳压电路

第36页，课件共49页，创作于2023年2月开关稳压电路的特点和分类

开关型稳压电源就是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达70%~95%。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电压从110V--260V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。第37页，课件共49页，创作于2023年2月开关型稳压电源的分类方式很多。按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型。

按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制（即脉宽-频率调制）型。

按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式。

按使用开关管的类型可分为晶体管、VMOS管和晶闸管型。

第38页，课件共49页，创作于2023年2月串联开关型稳压电路调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。1.换能电路的基本原理输入电压UI是未经稳压的直流电压；晶体管T为调整管，即开关管；电感uB为矩形波，控制开关管的工作状态；L和电容C组成滤波电路，D为续流二极管。串联开关型稳压电路

当uB为高电平时，T饱和导通，D因承受反偏电压而截止，电感L存储能量，电容C充电；发射极电位uE=UI-UCES≈UI。

当uB为低电平时，T截止，此时虽然发射极电流为零，但是L释放能量，其感生电动势使D导通，与此同时C放电，负载电流方向不变，uE=-UD≈0。第39页，课件共49页，创作于2023年2月构成串联开关型稳压电源的结构框图如图所示。它包括调整管及其开关驱动电路（电压比较器）、取样电路（电阻R1和R2）、三角波发生电路、基准电压电路、比较放大电路、滤波电路（电感L、电容C和续流二极管D）等几个部分。

经分析推导可得输入电压与输入电压的关系为：

改变占空比q，即可改变输出电压的大小。2.串联开关型稳压电路的组成第40页，课件共49页，创作于2023年2月如图所示基准电压电路输出稳定的电压，取样电压UN1与基准电压UREF之差，经A1放大后，作为由A2组成的电压比较器的阈值电压UP2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号UB，控制调整管的工作状态。在换能电路中，如果电感L数值太小，在Ton期间储能不足，那么在Toff还未结束时，能量已经放尽，将导致输出电压为零，出现台阶，这是不允许的。3.工作原理第41页，课件共49页，创作于2023年2月并联式开关电路中T1为调整管,控制电压Ub，T1开关周期为T，导通时间ton=DT，截止时间toff=(1-D)T,L为储能电感，D为限流二极管。在导通期间，开关管T1导通，UI加到电感L两端，D反向截止。因L很大，L中的电流近乎线性增加，并储存磁能。导通期间iL的增量：并联开关型稳压电路第42页，课件共49页，创作于2023年2月即调整Ub脉冲占空比，可改变U0的大小在电路平衡时，ΔiL1=ΔiL2输出电压：

在截止期间，储能电感L感应出上负下正电动势，使D导通，L中磁能通过二极管D传到负载RL

上，与此同时电容C充电。T1截止时，L的释放电流近似线性下降，电流减少量ΔiL2

为：第43页，课件共49页，创作于2023年2月CW7800

系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V78、79系列的型号命名输出电流78L

××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压三端固定式集成稳压器第44页，课件共49页，创作于2023年2月例如：CW7805

输出

5V，最大电流

1.5ACW78M05