第九章-直流稳压电源

电工电子技术教学课件第九章直流稳压电源大庆职业学院王艳春第九章直流稳压电源电子系统的正常运行离不开稳定的电源，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电是由电网的交流电转换来的。我们把这种直流电源称为直流稳压电源。它主要是由电源变压、整流、滤波和稳压四部分组成。

电源变压器

整流电路

滤波电路

稳压电路

o

t

o

t

o

t

o

t

o

t

u1

u2

u3

u4

UL3

LV1u1u2

u3

u4

UL负载直流稳压电源概述第九章直流稳压电源直流稳压电源概述1．电源变压器：将交流电网提供的大小和方向都按正弦规律变化的交流电压变为负载所需要的与电网同频率的交流电压值。2．整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。3．滤波电路：利用储能元件电容器两端的电压或通过电感器L的电流不能突变的性质，把电容或电感与整流电路的负载并联或串联，就可以将整流电路输出的脉动的直流电压变成平滑的直流电压

。4.稳压电路：是当电网电压波动、负载和温度变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化，采用负反馈技术，维持输出直流电压稳定。稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化第九章直流稳压电源整流电路的任务是将交流电变换成单向脉动的直流电。常用的有单相半波、单相桥式、三相桥式及倍压整流等不同形式的整流电路电路。小功率整流电路常用二极管作整流元件，主要依靠二极管的单向导电作用完成整流任务。因此二极管是构成整流电路的关键元件。下面分析整流电路时，为简单起见。把二极管当作理想元件来处理。即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。第一节单相整流电路一、单相半波整流电路1.电路组成和工作原理一、单相半波整流电路uLVbu1u2TRLau1u2uL

2

00

2

3

4

4

3

t（a）电路图

（b）波形图

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源1.电路组成和工作原理一、单相半波整流电路uLVbu1u2TRLau1u2uL

2

00

2

3

4

4

3

t设V为整流二极管，令它为理想二极管，RL为要求直流供电的负载等效电阻。设u2为正弦波，u2

=U2sinωt（1）当u2正半周时，a点电位高于b点电位，二极管V正偏导通，则uL

u2；（2）当u2负半周时，a点电位低于b点电位，二极管V反偏截止，则uL

0。由波形可见，u2一周期内，负载只有单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电u2变成脉动直流电uL。由于电路仅利用u2的半个波形，故称为半波整流电路。第一节单相整流电路第九章直流稳压电源3．整流二极管参数的选择一、单相半波整流电路(1)流过二极管V的正向平均电流

(2)二极管在截止的半个周期内承受的最高反向峰值电压

选管条件：

(1)二极管允许的最大反向电压应大于承受的最高反向峰值电压；

(2)二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源4．电路的特点由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。整流二极管参数的选择一、单相半波整流电路

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源1．电路组成和工作原理

二、单向桥式整流电路

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源u2

2

00

2

3

4

t

t4

3

uLuLau1u2TRLV2V4V3V1b+uL-ILV1bV3V4a+u1-u2TRLV2+uL-u1ILV1bV3V4au2+-TRLV21．电路组成和工作原理

二、单向桥式整流电路

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源bu1u2TRLuLbu1u2TRLV2V4V3V1u1+-+-+-+2．输出电压和电流计算

(1)

负载RL上的直流电压UL

(2)

流过负载的平均电流

二、单向桥式整流电路

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源4．整流二极管参数的选择(1)

流过二极管V的正向平均电流

3．输出电压和电流计算

(1)负载RL上的直流电压UL(2)流过负载的平均电流

4．电路的特点单相桥式整流电路的优点是输出电压高，电压脉动较小，整流二极管所承受的最高反向电压较低，同时因整流变压器在正负半周内都有电流供给负载，整流变压器得到了充分的利用，效率较高，因此单相桥式整流电路在半导体整流电路的应用最为广泛。二、单向桥式整流电路

第一节单相整流电路第九章直流稳压电源[例9-1]

有一直流负载，需要直流电压UL=60V，直流电流IL=4A。若采用桥式整流电路，求电源变压器次级电压U2，并选择整流二极管。解

因为所以流过二极管的平均电流二极管承受的反向峰值电压查晶体管手册，可选用整流电流为3A，额定反向工作电压为100V的整流二极管2CZ12A(3A/100V)四只。一、三相桥式整流电路

第二节三相整流电路第九章直流稳压电源1．电路结构如图9-5（a）所示为是一个电阻负载三相桥式整流电路。它有六个二极管，V1、V3、V5接成共阴极形式；V2、V4、V6接成共阳极形式。u2UUVRLWu2VL1u2WL2L3+-uWuU0uUuVωtu20wwωt一、三相桥式整流电路

第二节三相整流电路第九章直流稳压电源2．电路工作特点二极管的阳极电位高于阴极电位时二极管导电，反之不导电。共阴极组和共阳极组各有一只二极管在某一共阴极形式；V2、V4、V6接成共阳极形式段时间参与导电，但不能是同相的两只管子。

(1)输出电压的平均值

(2)输出电流的平均值(3)二极管的平均值

(4)二极管的最大反向电压二、硅整流桥

第二节三相整流电路第九章直流稳压电源（b）单相全桥桥整流堆-～+(c)三相桥整流堆-～+（a）单相半桥桥整流堆一、电容滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源1.电路的组成和工作原理（1）单相半波整流电容滤波电路V截止V导通uLoωtbaouLVu2CRL~++-+-u2+-一、电容滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源1.电路的组成和工作原理（1）单相半波整流电容滤波电路V截止V导通uLoωtbaouLVu2CRL~++-+-u2+-（a）电路（b）波形图9-7半波整流电容滤波电路及输出波形一、电容滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源1.电路的组成和工作原理（2）单相桥式整流电容滤波电路u2RLbV2V4V3V1+C(a)原理电路（b）输出波形图9-8单向桥式整流电容滤波电路及输出波形一、电容滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源2.电路特点（1）由波形可见，整流接电容滤波后，输出电压的脉动程度大为减小，直流分量明显提高（2）输出电压的平均值有所提高。当满足RLC≥（3~5）T/2时

，UL≈（半波带负载）

UL≈1.2（桥式整流带负载）（3）输出电压平均值Uo的大小，与RL、C的大小有关，RL愈大，C愈大，电容放电愈慢，UL愈高。电容滤波只适合在小电流，且变动不大的电子设备中使用。

此外，由于二极管的导通时间短（导通角小于1800），而电容的平均电流为零，可见二极管导通时的平均电流和负载的平均电流相等，因此二极管的电流峰值必然较大，产生电流冲击，容易使管子损坏。一、电容滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源2.电路特点(4)具有电容滤波的整流电路中的二极管，在半波整流电路中，输出端开路时，这时二极管承受了2U2的反向工作电压。它与无滤波电容时相比，增大了一倍。对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是（5）滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。一般在几十微法到几千微法，电容器耐压值应大于输出电压的最大值。通常采用极性电容器。二、电感滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源1.电感滤波原理uLRLu2L~u12.电路特点当忽略电感器L的电阻时，负载上输出的平均电压和纯电阻(不加电感)负载相同，即=0.9UL输出电压平均值UL。一般小于全波整流电路输出电压的平均值虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使L值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重，易引起电磁干扰且输出电压的平均值较低。一般只适用于大电流的场合三、复式滤波电路

第三节滤波电路第九章直流稳压电源

1．LC滤波电路

2．

LCΠ滤波电路3.RCΠ滤波电路

RC2C1C2LC1CL一、硅稳压管组成的并联型稳压电路

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源1.电路组成及工作原理

~u1IRV1—V4u2RIZRLUZV5CIL其稳压过程为：IL↓→UR↓→UL↑→UZ↑→IZ↑→IR不变→UL

不变。反之亦然。

硅稳压管组成的并联型稳压电路如图所示，经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压Ui，限流电阻R和稳压管V组成稳压电路，输出电压UL=UZ。

在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用。

一、硅稳压管组成的并联型稳压电路

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源~u1IRV1—V4u2RIZRLUZV5CIL2.电路特点显然对稳压二极管最来说，负载短路是不会损伤稳压二极管的，负载开路时，稳压二极管中的电流最大，对稳压二极管最不利。并联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳压值不能随意调节，所以该电路适合对电源要求不高且输出电流很小的场合。电阻R除了限制电流，保护稳压二极管外，还起到稳定输出电压的作用，常称为稳压电阻。R大，较小的稳压二极管电流的变化，就可以在电阻R上获得较大的电压变化量，以补偿输入电压的变化。二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源1．三端固定输出集成稳压器

（1）电路的组成和稳压原理启动电路UL开关调整管比较放大基准电压Ui取样电路+--+图9-13CW7800系列稳压器内部电路组成框图

二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源1．三端固定输出集成稳压器

（1）电路的组成和稳压原理启动电路UL开关调整管比较放大基准电压Ui取样电路+--+图9-13CW7800系列稳压器内部电路组成框图

二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源1．三端固定输出集成稳压器

（1）电路的组成和稳压原理启动电路UL开关调整管比较放大基准电压Ui取样电路+--+电压的差值减小，经比较放大后使调整管的管压降增大，输出电压UL减小，从而使稳压电路的输出电压上升趋势受到抑制，稳定了输出电压。当输入电压减小（或负载电流增大）引起输出电压UO减小时，电路将产生与上述相反的稳压过程，维持电压基本不变。稳压的实质是的自动调节使输出电压恒定当电网电压波动或负载变化时，可能使输出电压UL上升或下降。串联型稳压电路的输出电压可以进行调节。

启动电路帮助稳压器快速建立输出电压。CW7800系列稳压器具有过热、过流和过压保护功能。当输入电压Ui增大（或负载电流减小）引起输出电压UL增加时，取样电压随之增大，基准电压与取样二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源1．三端固定输出集成稳压（2）型号和参数（a）正电列（b）负电源系列图9-14

三端固定式稳压器外形图7800312输入公共输出312输入输出公共312公共输出输入7900312输入公共输出二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源1．三端固定输出集成稳压（2）型号和参数三端固定输出集成稳压器有输入端、输出端和公共端三个引出端。常用的三端固定稳压器有7800系列、7900系列。型号中78表示输出为正电压值，79表示输出为负电压值，00表示输出电压的稳定值。根据输出电流的大小不同，又分为CW78系列，最大输出电流1~1.5A；CW78M00系列，最大输出电流0.5A；CW78L00系列，最大输出电流100mA左右。7800系列输出电压等级有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，7900系列有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V。如CW7805，表明输出+5V电压，输出电流可达1.5A，CW79M12，表明输出-12V电压，输出电流为-0.5A。二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源2.三端可调输出集成稳压器输出312调整输入312输入调整输出输出317312调整输入三端可调输出集成稳压器有输入端、输出端和调整端三个引出端。典型产品型号命名CW117/217/317系列(正电源)；W137/237/337系列(负电源)。

基准电压1.25V。

输出电流L型（100mA）；M型（500mA

）。1——为军品级；2——为工业品级；3——为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃；民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。

二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源（1）三端固定输出集成稳压器基本应用电路3.三端集成稳压器的应用

（a）输出固定正电压;（b）输出固定负电压图9-16

固定输出的稳压电路

W7800123Uo0.33

mF1

mF+-+-UiCICOW7800231Uo0.33

mF1

mF+--+UiCICOCO二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源（2）输出正、负电压稳压电路3.三端集成稳压器的应用

当需要正、负两组电源输出时，可采用W7800系列和W7900系列各一块，按图接线，即可得到正负对称的两组电源。图

9-17

正、负两组电源输出二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源（3）三端可调输出集成稳压器基本应用电路3.三端集成稳压器的应用

CW317的基本应用电路如图所示，它只需外接两个电阻(R1和RP)来确定输出电压。为了使电路正常工作，它的输出电流不应小于5mA，调节端的电流约为50μA，输出电压的表达式为：UL

CW3371CiCoUi0.1mF1

mF23R2R1(a)正电压输出(b)负电压输出1CW31723CICOUi0.1mF1

mFR1R2UL二、线性集成稳压器

第四节直流稳压电路第九章直流稳压电源3.三端集成稳压器的应用

正确使用集成稳压电路，才能获得良好的效果。分清三个引出脚。三端集成稳压电路的输入、输出和接地端装错时很容易损坏，需特别注意；正确选择输入电压范围。三端集成稳压电路是一种半导体器件，内部管子有一定的耐压值。为此，变压器的绕组电压不能过高，整流器的输出电压的最大值不能大于集成稳压电路的最大输入电压。由于三端集成稳压电路有一个使用最小压差（输入电压与输出电压的差值）的限制，所以变压器的绕组电压也不能过低。三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V。一般应使这一压差保持在6V左右；保证散热良好。第五节开关型稳压电源简介第九章直流稳压电源线性集成稳压器虽然具有反应速度快、输出纹波较小、工作产生的噪声低等优点，但但调整管必须工作在线性放大区，负载电流连续通过调整管，管压降比较大，同时要通过全部负载电流，所以管耗大，电源效率低，一般为40%~60%。特别在输入电压升高、负载电流很大时，管耗更大，不但电源效率低，同时使调整管的工作可靠性降低。开关稳压电源的调整管工作在开关状态，依靠调节调整管导通时间来实现稳压。由于调整管主要工作在截止和饱和两种状态，管耗小，故使稳压电源有的效率明提显高，可达80%~90%，而且这一效率几乎不受输入电压大小的影响，即开关稳压电源很宽的稳压范围。由于效率高使得电源的主要缺点是输出电压中含有较大的纹波。但由于开关电源优点显著，故发展非常迅速，使用也越来越广泛并且。开关型稳压电路的形式也很多，根据电源能量供给电路的接法不同可分为并联型和串联型两种。概述一、串联型开关稳压电路第五节开关型稳压电源简介第九章直流稳压电源1.基本组成如图所示为串联型开关稳压电路框图，它由开关调整管、储能电路、取样电路、比较放大电路、基准电路、脉冲宽度调制电路等部分构成。因储能电感与负载串联，所以叫串联型开关稳压电路。UL开关调整管储能电路比较放大基准电压脉冲宽度控制电路PWMUi脉冲发生器C

取样电路+-+-图9-19

串联型开关型稳压电路框图

一、串联型开关稳压电路第五节开关型稳压电源简介第九章直流稳压电源2．工作原理

在开关稳压电路输入和输出之间接开关调整管和储能电路。当电路工作时，输入电压通过调整管的周期性开（饱和）、关（截止）工作，把能量输入储能电路，经均衡滤波后成为电压输出，输出电压的大小取决于储能电路输入能量的多少，即取决于调整管开启（导通）时间的长短。调整管的开关工作状态受脉冲电压控制，脉冲电压是由脉冲发生电路产生，经脉冲调宽电路进行宽度调制后得到。取样比较电路将一部分输出电压和基准电压进行比较，当输出电压偏离正常值时输出误差信号，对开关脉冲宽度进行调制，调宽的原理是：输出电压升高，脉冲变窄，调整管开启的时间缩短，电源输入储能电路的能量减少，输出电压因而降低；反之，输出电压降低，脉冲变宽，输出电压就升高。这样，输出电压的变化经过开关脉冲的调宽后，改变调整管的开启时间，就能使输出电压向相反的方向变化，因而使输出电压保持稳定。UL开关调整管储能电路比较放大基准电压脉冲宽度控制电路PWMUi脉冲发生器C取样电路+-+-一、串联型开关稳压电路第五节开关型稳压电源简介第九章直流稳压电源3.脉冲宽度调制原理脉冲发生器为一开关信号发生器，当它输出高电平时开关调整管饱合导通；当它输出低电平时，开关调整管截止。脉宽调制器产生一串矩形脉冲，当脉冲是低电平时，开关调整管（简称开关管）饱和导通；当脉冲是高电平时，开关管截止。这样开关电源向负载提供的能量是断续的。为了使负载得到连续的能量供给，开关型稳压电源还必须有一套平波装置。当开关管饱和导通时，续流二极管截止，此时电感