第12章直流稳压电源的课件

12.1直流稳压电源概述12.2单相整流电路12.3电源滤波电路12.4线性稳压电路12.5集成线性稳压器第12章直流稳压电源学习本章后，读者将了解：直流稳压电源的组成框图，直流稳压电源的性能指标：电压调整率、输出电阻、温度系数和纹波系数；单相整流：半波整流、桥式整流和倍压整流；电容滤波、电感滤波和复式滤波；线性稳压电路：并联稳压电路（稳压管稳压电路）和串联稳压电路；线性集成稳压器：三端固定式稳压器W7800和三端可调稳压器W117；12.1.1直流稳压电源的作用和组成框图12.1直流稳压电源概述12.1.2直流稳压电源的主要技术指标12.1.1直流稳压电源的作用和组成框图

1、变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。

2、整流电路：将交流电源电压变换为单向脉动电压。3、滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。4、稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。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end12.1.2直流稳压电源的主要技术指标1．特性指标1）输入电压及其变化范围；2）输出电压及调节范围；3）额定输出电流以及过流保护电流。

额定输出电流是指电源正常工作时的最大输出电流。当输出电流超过过流保护电流（通常，大于额定电流）时，过流保护电路启动，限制输出电流，保护直流稳压电源不被烧坏。

输出电压是输入电压、输出电流和温度（调节元件等的特性与温度有关）等的函数，即：2．质量指标VI可以是电网电压的有效值Vac或者是滤波输出电压VAV。1）电压调整率：2）输出电阻：3）温度系数：电压调整率、输出电组和温度系数越小，直流稳压电源的质量越好在交流电压有效值、输出电流和温度不变的情况下，纹波电压是指直流稳压电源输出电压的交流分量，即纹波电压vγ：

vO是输出电压的瞬时值，VO是输出电压的直流分量（即输出直流电压）。则纹波电压的有效值Vγ：纹波系数γ通常定义为纹波电压有效值与直流分量的绝对值之比纹波系数越小，直流稳压电源的质量越好4）纹波系数end12.2单相整流电路12.2.3倍压整流12.2.1单相半波整流电路12.2.2单相桥式整流电路1．电路组成和工作原理12.2.1单相半波整流电路设变压器副绕组的电压为

V2是副绕组的电压有效值，f是电源频率（50Hz），Von是二极管的导通电压。在v2的负半周内(v2<0)，二极管D截止。在v2的正半周内(v2>0)，二极管D导通。（b）v2<0的等效电路（a）v2>0的等效电路电路在交流电的半周期内才有负载电流，称为单相半波整流电路。变压器付边绕组的平均电流不为零，具有直流偏磁。对电网造成较大的谐波污染。输出直流电压和直流电流:输出电压有效值:纹波电压有效值:纹波系数:说明纹波电压大于直流输出电压。

流过整流二极管的平均整流电流等于负载的直流电流，即:二极管承受的最大反向电压:根据上述参数选择整流二极管，

IF和VR是二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数。

整流二极管的选择end为了提高整流电路的性能，抑制变压器的直流偏磁，减小对电网的不利影响，常采用桥式整流电路。a~TrRLv2vLv1~RLv2vLb~RLv2vL~RLvLv2桥式整流电路的四种画法：12.2.2单相桥式整流电路在变压器副边电压v2为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止。t0vOT当副边电压v2为负半周时，二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。t0v2D2、D4通D1、D3通D1、D3通D2、D4通vOa~v1TrRLbv2D1D2D3D4vOa~v1TrRLbv2D2D41.电路组成和工作原理2．输出直流电压和纹波电压输出电压有效值：纹波电压有效值：纹波系数：说明纹波电压小于直流输出电压。

输出直流电压：流过整流二极管的平均整流电流等于负载直流电流的一半，即：二极管承受的最大反向电压：桥式整流电路的特点：输出直流电压较大，纹波电压较小，特性较好。3．整流二极管的选择通常用整流桥替代分立元件，其体积减小，成本降低，可靠性高。变压器连续工作，流入变压器和电网的电流是正弦波，变压器没有直流偏磁，对电网造成的谐波污染较小。u2vLIov2vLIov2vLv2Io平均电压t0vLt0vLt0vL电路电压波形IFVDR整流类型半波全波桥式一体化硅桥SQLF2000整流桥硅整流二极管圆桥2W06排桥KBP306整流元件的外观和内部结构end倍压整流：利用二极管的单向导电性为电容提供单极性电压，将电容存储的电压（电荷存储效应）累加，形成等于若干倍交流电压峰值的直流输出电压。12.2.3倍压整流(a)2倍压整流电路(b)6倍压整流电路对2倍压整流电路，

C1的耐压大于

，C2的耐压应大于。倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安以下）的直流电源中。

end12.3电源滤波电路12.3.1电容滤波电路12.3.2电感滤波电路电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端;电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的电流不能突变的特性，用电容器与负载电阻并联或电感器与负载电阻串联构成滤波电路。电源滤波器的基本组成元件是电容或电感。滤波原理2：频率响应滤波原理1：暂态效应12.3电源滤波电路由于电源输出较大的功率，所以，只能采用无源低通滤波。几种滤波电路：电容滤波电路电感电容滤波电路RC型滤波电路设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束桥式整流输出波形电容滤波、空载v2tvot12.3.1电容滤波电路桥式整流电容滤波电路1.工作原理：在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，电容通过RL放电，v0逐渐下降。v2tvot桥式整流电容滤波电路电容滤波、带负载12.3.1电容滤波电路1.工作原理：只有整流电路输出电压大于v0的时间区间，才有充电电流。因此整流电路的输出电流是脉冲波。放电：近似为指数曲线，时间长充电：近似为正弦曲线，时间短2．输出直流电压和纹波电压设充电快速完成，可忽略充电时间。放电时，电容电压为输出平均电压输出电压有效值输出纹波电压纹波系数输出近似波形在实际应用中，通常选择得估算公式:输出平均电压与输出平均电流的关系称为电容滤波电路的负载特性。

3．电容滤波的负载特性输出直流电压在0.9V2和之间。当输出直流电流小（负载电阻大）时，输出电压大；当输出直流电流大（负载电阻小）时，输出电压小。可见，电容滤波带负载能力较差。二极管承受的最大反向电压仍为变压器付边交流电压的峰值，即：电容对直流分量相当于开路，所以，流过整流二极管的平均整流电流仍然等于负载直流电流的一半，即：二极管的导通角远小于1800，并且必须维持一定的负载平均电流，故二极管的导通电流大。因此，计算二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数的公式修正为：

IDFmax和VDRmax是二极管工作时的最大平均电流和最高反向电压，可根据变压器的最大付边电压电压有效值和负载电阻确定。4．二极管的选择例有一单相桥式滤波电路，电源频率f=50HZ，负载电阻为250

，要求Vo=24V，试选择整流二极管及滤波电容。查二极管参数，为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。选用2CP11(IF=100mA，VR=50V)。解：（1）选择整流二极管

变压器副边电压有效值(2)选择滤波电容选用250uF、耐压50V的电解电容器.end12.3.2电感滤波电路利用电感电流不能突变的特性，平滑输出电流，同样可以滤除纹波。L与RL串联。桥式整流电感平滑滤波直流分量，ω=0，基波分量，ω=2ω0=4π/T

，对电感和电阻串联环节

忽略高次谐波，则纹波系数为

当时间常数τ=L/R=2T时，γ≈0.027，滤波效果超过电容滤波的水平。由于整流输出电压与纯电阻负载完全相同，故二极管的选择和纯电阻负载的桥式整流相同。

电感滤波的优点是负载特性好，即输出直流电压随输出直流电流变化很小，输出特性比较平坦。频率越高，电感越大，滤波效果越好。缺点是：1）由于铁心的存在，电感笨重、体积大，易引起电磁干扰；2）线圈的电感量较大，其线圈电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。因此，电感滤波电路通常适用于输出大电流的场合。

end12.4线性稳压电路12.4.1线性并联稳压电路12.4.2线性串联稳压电路12.4.3电压基准电路稳压电路将变化的直流电压转换成稳定的直流电压，满足高性能电子电路对直流电源的要求。因此，稳压电路是决定直流稳压电源质量的关键电路。

分类：按稳压电路中调节元件与负载的连接方式分，有并联稳压电路和串联稳压电路。按稳压电路中调节元件的工作状态分，有线性稳压电路和开关稳压稳压电路。在线性稳压电路中，调节元件工作在线性状态；而在开关稳压电路中，调节元件工作在开关状态（饱和或截止）。 12.4线性稳压电路1．电路组成和工作原理12.4.1线性并联稳压电路

当任何因素，例如VI增加，引起输出电压VO增加时，将发生下述自动调节过程：VO↓VO=VI-VR任何因素引起的输出电压的增加量，被电路的自动调节引起的减少量抵消，维持输出电压基本恒定。调节元件稳压管是通过自身的特性调节电流实现稳压的。桥式整流+电容滤波+稳压管稳压2．主要技术指标1）特性指标输入电压的最小值必须保证稳压管击穿稳压：输出电压不能调节，等于稳压管的稳定电压：

输出端开路是直流稳压电源经常出现的工况，此时，稳压管的电流达到最大值，故输入电压的最大值是：

稳压管稳压电路的自动调节能力主要取决于稳压管的电流调节范围[IZmin，IZmax]，限流电阻R。

限流电阻R的取值，必须保证稳压管工作在电流调节范围内。最大输出电流是：2）质量指标

稳压电路的质量指标是衡量输出电压变化量大小的指标。可以根据交流等效电路计算。rZ

rZ是稳压管的动态电阻，通常远小于限流电阻R。ΔVI是交流电源、整流、滤波等各种因素引起的变化量。rZ输出电阻：温度系数：设滤波电路的纹波系数为γI、文波电压为VIγ，则稳压电路输出电压的最大纹波系数（负载开路）的计算如下：限流电阻R越大、稳压管的动态电阻rZ及温度系数αZ越小，稳压电路的质量越好。电压调整率：稳压管的温度系数3)功率转换效率稳压电路的输出功率与输入功率之比即是转换效率。输出最大电流时，达到最大转换效率。

综上所述，稳压管稳压电路输出电压固定，不能调节；受稳压管额定功率的限制，输出电流小，输出功率小；质量不够高。但电路简单，可作为小功率电子电路的电源。例设整流滤波电路的最大输出直流电压为12V，纹波系数为0.1；稳压管的稳定电压是6V，稳定电流是5mA，额定功率是250mW，动态电阻是15Ω，温度系数是5mV/0C。试选择限流电阻，求直流输出电压、最大输出电流和电路的各项质量指标。解：稳压管的最大电流为选择R=150Ω最大输出电流：电压调整率：

如果电网电压有效值变化±10%，则整流滤波输出电压亦变化±10%，引起的输出直流电压变化量如下：输出电流变化引起的直流电压变化量为:温度系数为如果环境温度变化500C，则温度引起的输出电压变化为：输出电压总变化量为:end1．电路组成和工作原理12.4.2线性串联稳压电路调整管T工作在放大区，并且与负载RL串联，故称为线性串联稳压电路。取样电路将输出电压反馈回比较放大器。

稳压管击穿稳压，产生基准电压。比较放大器放大反馈电压与基准电压的差值，并控制调整管的集射电压，是输出电压稳定。(+)(+)(+)(+)电压串联负反馈。输入电压波动负载电流变化输出电压变化深度负反馈，运放输入端虚短和虚断。2．输出直流电压和调节范围3．最大输出电流调整管的最大集电极允许电流

调整管的集射电压为:4．输入电压范围5．调整管选择6．过流保护电路任何情况下输出电流都应该小于调整管的最大集电极允许电流。必须增加过流保护电路。6．过流保护电路----限流保护晶体管T2和电阻R0组成限流保护电路。

当输出电流小于输出额定电流时，T2截止，电路正常实现稳压。

当输出电流大于输出额定电流时，T2导通，对T1的基极分流，限制集电极电流增加。过流保护电流近似为6．过流保护电路----截流保护晶体管T2和电阻R0、R3、R4组成截流保护电路。

当输出电流小于输出额定电流时，T2截止，电路正常实现稳压。

当输出电流大于输出额定电流时，T2导通，对T1的基极分流，输出电压减小，引起正反馈正反馈结束时，IO=0

过流保护电流是正反馈过程启动电流。end基准电压源是提供准确电压的电路，其输出直流电压非常稳定，但输出电流却很小。得准确基准电压的主要途径是采用温度补偿稳压二极管基准电压和能隙基准电压。12.4.3电压基准电路串联稳压电源输出电压与基准电压成正比，基准电压的性能对输出电压影响最大，必须采用高性能的基准电压源。温度补偿稳压二极管VOVIIO1．温度补偿稳压二极管基准源

1）输入电压VI基本不变，或稳压管通过恒定的电流；

2）对稳压管进行温度补偿。温度补偿稳压二极管DZ反向击穿稳压，提供稳定的6.3V基准电压。通过外接电位器RW可微调输出电压，使输出电压等于10V。电路中还包含2个精密分压电阻RA和RB，可分压输出5V基准电压。

REF101是基于温度补偿稳压二极管的单片集成电压基准器件，提供10V的精密基准电压。在0~700C范围内，REF101输出基准电压的最大变化仅为0.7mV。5端的输出基准电压为：

温度补偿稳压二极管的稳定电压通常大于5V。如果需要较低的基准电压，则需采用能隙基准电压源。

VG0是半导体材料在绝对零度时的能带间隙电压；α是PN结的电压温度系数。2.能隙基准电压源由半导体物理知识，晶体管的发射结电压为：硅材料：VG0=1.205Vα≈-2.1mV/K

输出基准电压等于硅材料的能隙电压，故称为能隙基准电压源。

负温度系数正温度系数end12.5集成线性稳压器12.5.1三端固定稳压器12.5.三端可调稳压器串联稳压电路适合单片集成电路制造，相应的集成电路产品称为单片集成线性稳压器，简称集成稳压器。只有3个引出端的集成稳压器称为三端稳压器，3个引出端分别是输入电压端、输出电压端和公共端或调整端。输出电压固定的是三端固定稳压器，输出电压可调的是三端可调稳压器。12.5集成线性稳压器三端集成稳压器的分类1.三端固定正输出集成稳压器国标型号:CW78--/CW78M--/CW78L--2.三端固定负输出集成稳压器国标型号:CW79--/CW79M--/CW79L--3.三端可调正输出集成稳压器国标型号:CW117--/CW117M--/CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L–CW317--/CW317M--/CW317L--4.三端可调负输出集成稳压器国标型号:CW137--/CW137M--/CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--5.三端低压差集成稳压器6.大电流三端集成稳压器型号中××代表输出电压的绝对值，一般为：5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。W78××W79××Io1.5AW78M××W79M××Io0.5AW78L××W79L××Io0.1AW78H××W79H××Io5A三端集成稳压器的参数型号：W7800基准电压电路取样电路比较放大电路调整管启动电路过流、过压保护电路12.5.1三端固定稳压器芯片过热保护

差放、双入、双出、负载T10发射结VZ2具有正温度系数，而VBE具有负温度系数。

基准电压电路取样电路比较放大电路调整管启动电路保护电路改变R12可以获得不同的输出电压规格。改变T11的最大允许电流，可以获得不同的输出电流规格。

基准电压电路取样电路比较放大电路调整管启动电路保护电路基准电压和比较放大电路都含有电流源，使稳压器的性能好。但是，在上电过程中电流源不能正常工作，故需要启动电路来启动电流源正常工作。

芯片过热保护

接通电源时，…过热时，T14导通过压时，过流时，限流保护为保证W78M15正