第8章 直流稳压电源

8.1直流稳压电源的组成及分类8.2硅稳压管电路8.3串联型三极管稳压电路8.4开关型稳压电源8.5本章小结第8章直流稳压电源仙桃职业学院机械电子工程学院本章要点：

本章主要介绍稳压管稳压电路的组成及工作原理，串联型稳压电路及集成稳压电路的组成及稳压原理，最后讨论开关稳压电源。仙桃职业学院机械电子工程学院8.1直流稳压电源的组成及分类8.1.1直流稳压电源的组成

小功率稳压电源是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成的。其框图如图8.1所示。

仙桃职业学院机械电子工程学院图8.1直流稳压电源组成框图交流电源电源变压器整流器滤波器稳压器ttttt负载仙桃职业学院机械电子工程学院电源变压器与整流器电源变压器：将交流电网220V交流电压变成所需的交流电压。变压过程通常由变压器来完成，如收录机、VCD、黑白电视机等设备的电源，大都是用变压器来降低电网电压的。整流器：将交流电压变成脉动的直流电压。整流电路通常有半波整流电路、全波整流、桥式整流电路等，桥式整较为常用。仙桃职业学院机械电子工程学院滤波器与稳压器滤波器：将整流所得的脉动直流电（大小发生规律性变化）中的交流成分滤除，常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波及阻容滤波等电路。稳压器：滤波后的电压还会随电网电压波动（一般有±１０﹪左右的波动）和随负载和温度的变化而变化。稳压电路的作用是克服电网电压波动、负载和温度变化时所引起的输出电压的变化，维持输出直流电压稳定。仙桃职业学院机械电子工程学院8.1.2直流稳压电源的分类直流稳压电源的种类很多，常见的主要有以下四类：第一类是稳压二极管稳压电源，它的特点是电路结构简单，但功率较小，稳压精度低；第二类是晶体管串联调整式稳压电源，它的主要特点是电路结构比较简单，工作可靠，功率较大，稳压精度高，无电磁干扰，但效率低；

仙桃职业学院机械电子工程学院第三类是集成稳压器，它的特点是体积小，可靠性高以及温度特性好，而且使用方便、价格便宜第四类是开关式稳压电源，它的主要特点是效率高，温升低，电路便于集成化，但电路较复杂，并有高频干扰存在。小结：当负载要求功率较大且效率高时，常采用开关型稳压电源。仙桃职业学院机械电子工程学院8.2硅稳压管电路8.2.1电路组成整流、滤波后得到的直流往往会随时间而有些变化。因此，整流后必须加一级稳压电路，来获得稳定的直流电压。稳压二极管电路如图8.2所示。稳压管DZ和负载RL并联，故称并联型稳压电路，R为限流电阻，UZ为反向击穿电压。仙桃职业学院机械电子工程学院图8.2硅稳压管稳压电路RLIRUiRVDZU0ILIVDZ仙桃职业学院机械电子工程学院8.2.2工作原理1.当Ui不变而负载RL减小时，负载上电流IL增加，电阻R上的电流IR=IVDZ+IL也有增大的趋势。而UR=IR·R也趋于增大，这将引起输出电压U0=UvdzVDZ的下降。根据稳压管的反向伏安特性，如果Uvdz略有减小,稳压管电流IVDZ将显著减小,IVDZ的减小量将补偿IL所需要的增加量,使得IR基本不变,仙桃职业学院机械电子工程学院

这样输出电压U0=Ui-IRR也就基本稳定。同样,当负载RL增大时,IL减小,IVDZ增加,保证IR基本不变，同样稳定了输出电压U0。2.当Ui改变而RL保持不变时,电路的传输作用使输出电压也就是稳压管两端电压也上升。由稳压管反向特性可知，IVDZ将显著增加,于是IR=IVDZ+IL加大,UR升高,即输出电压的增加量基本落在Ｒ上，从而使输出电压U0基本没有变化，达到了稳定输出电压的目的．仙桃职业学院机械电子工程学院同理，Ui电压降低时，输出U0也达到稳定。可见，稳压管稳压电路是依靠稳压管的反向特性即反向击穿电压有微小的变化而引起电流较大的变化，并通过限流电阻的电压调整，来达到稳定电压的目的的。仙桃职业学院机械电子工程学院8.2.3稳压电路参数选择1.硅稳压管：根据条件初选：

仙桃职业学院机械电子工程学院２．输入电压的确定

高，Ｒ大，稳定性能好，但损耗大，一般情况下

仙桃职业学院机械电子工程学院３.限流电阻Ｒ的选择

主要确定阻值和功率（１）阻值。

最小和最大时，流过稳压管的电流最小，此时电流不能低于稳压管最小稳定电流。仙桃职业学院机械电子工程学院

最大和最小时，流过稳压管的电流最大，这时应保证稳压管最大电流值。即：仙桃职业学院机械电子工程学院（２）Ｒ的功率

PR应适当选择大一些。仙桃职业学院机械电子工程学院8.3串联型三极管稳压电路

8.3.1、串联型三极管稳压电路1.电路构成用三极管V代替图8.2中的限流电阻Ｒ，就得到图8.3所示的串联型三极管稳压电路在基极电路中，VDZ与Ｒ组成参数稳压器。仙桃职业学院机械电子工程学院图8.3串联型三极管稳压电路

I0UBEVDZRLRIiIVDZUVDZVC~220V仙桃职业学院机械电子工程学院2.工作原理

〔实验〕：①按图8.3连接电路，检查无误后，接通电路。②保持输入电压Ui不变，改变RL，观察U0。③保持负载RL不变，改变UL，观察U0。结论：输出电压U0基本保持不变。仙桃职业学院机械电子工程学院该电路稳压过程如下：（１）

当输入电压不变，而负载电压变化时，其稳压过程如下：仙桃职业学院机械电子工程学院（２）当负载不变，输入电压U增加时，其稳压过程如下：仙桃职业学院机械电子工程学院（３）当ＵＩ增加时，输出电压Ｕ０有升高趋势，由于三极管Ｔ基极电位被稳压管ＤＺ固定，故Ｕ０的增加将使三极管发射结上正向偏置电压降低，基极电流减小，从而使三极管的集射极间的电阻增大，ＵＣＥ增加，于是，抵消了Ｕ０的增加，使Ｕ０基本保持不变．上述电路虽然对输出电压具有稳压作用，但此电路控制灵敏度不高，稳压性能不理想。

仙桃职业学院机械电子工程学院8.3.2带有放大环节的串联型稳压电路1．电路组成在图8.3电路加放大环节．如图8.4所示。可使输出电压更加稳定。图８．４带放大电路的串联型稳压电路仙桃职业学院机械电子工程学院取样电路与基准电路取样电路：由Ｒ1、ＲP、Ｒ2组成，当输出电压变大时，取样电阻将其变化量的一部分送到比较放大管的基极，基极电压能反映出电压的变化，称为取样电压；取样电压不宜太大，也不宜太小，若太大，控制的灵敏度下降；若太小，带负载能力减弱。基准电路：由ＲZ、VDＺ组成，给V２发射极提供一个基准电压，ＲZ为限流电阻，保证VDＺ有一个合适的工作电流。仙桃职业学院机械电子工程学院比较放大管V2与调整管V１比较放大管V2：Ｒ4既是V２的集电极负载电阻，又是V１的基极偏置电阻，比较放大管的作用是将输出电压的变化量，先放大，然后加到调整管的基极，控制调整管工作，提高控制的灵敏度和输出电压的稳定性。调整管V１：它与负载串联，故称此电路为串联型稳压电路，调整管V１受比较放大管控制，集射极间相当于一个可变电阻，用来抵消输出电压的波动。

仙桃职业学院机械电子工程学院2.工作原理当负载RL不变，输入电压ＵＩ减小时，输出电压U０有下降趋势，通过取样电阻的分压使比较放大管的基极电位ＵＢ２下降，而比较放大管的发射极电压不变（ＵＥ２＝UＺ）因此ＵBE2也下降，于是比较放大管导通能力减弱，ＵC2升高。仙桃职业学院机械电子工程学院（１）

调整管导通能力增强，调整管Ｖ1集射之间的电阻ＲCE1减小，管压降ＵCE1下降，使输出电压Ｕ0上升，保证了Ｕ0基本不变。其过程表示如下：仙桃职业学院机械电子工程学院（2）当输入电压不变，负载增大时，引起输出电压有增长趋势，则电路将产生下列调整过程：当负载RL减小时，稳压过程相反。可见，稳压过程实质上是通过负反馈使输出电压维持稳定的过程。

仙桃职业学院机械电子工程学院3

.提高稳压性能的措施和保护电路为提高稳压电源的稳压性能，稳压电源的比较放大器可采用其它相应的电路，如图8.5所示电路，即具有恒流源负载的稳压电路。图中稳压管VDZ2和R5确定V3管的静态工作点的偏置电路

仙桃职业学院机械电子工程学院因为V3的基极电位稳定在UVDZ2上，加上R4的负反馈作用，V3的集电极电流IC3恒定不变。另外，V3又是比较放大器的V2负载，所以称恒流源负载，由于调整管V1和比较放大管V2都是PNP管，为了使恒流源电流方向与V2的负载电流方向一致，所以V3必须采用PNP管，因为恒流源具有很高的输出阻抗，使得比较放大器具有很高的电压放大倍数，从而可以提高电源的稳定性能。

仙桃职业学院机械电子工程学院图８．５具有恒流源负载的稳压电源

其次，由于IC3恒定不变，输入电压Ui的变化不能直接加到调整管基极，从而大大削弱了Ui的变化对输出的影响，有利于输出电压稳定。仙桃职业学院机械电子工程学院对于串联型晶体管稳压电路，由于负载和调整很容易串联，所以随着负载电流的增加，调整管的电流也要增加，从而使管子的功耗增加；如果在使用中不慎，使输出电路短路，则不但电流增加，且管压降也增加，很可能引起调整管损坏。调整管的损坏可以在非常短的时间内发生，用一般保险丝不能起作用。因此，通常用速度高的过载保护电路来代替保险丝。过载保护电路的形式很多。仙桃职业学院机械电子工程学院实例1例1：如图８．6（a），晶体管V3和电阻R5、R6组成过载保护电路。当稳压电路正常工作时，V3发射极电位比基极电位高，发射结受反向电压作用，使V3处于截止状态，对稳压电路的工作无影响；当负载短路时，V3因发射极电位降低而导通，相当于使V1的基、射极间被V3短路，从而只有少量电流流过调整管，达到保护调整管的目的，而且可以避免整流元件因过电流而损坏。

仙桃职业学院机械电子工程学院图８．６过载保护电路仙桃职业学院机械电子工程学院实例2例2：如图８．6（b）由晶体管V3、二极管VD和电阻R5、RM组成过载保护电路。在二极管VD中流过电流，二极管VD的正向电压UF基本恒定。正常负载时，负载电流流过RM产生的压降较小，V3的发射结处于反向偏置而截止，对稳压电路无影响；当IL增大到某一值时，RM上的压降增大，V3发射结转变为正偏，V3导通，RC上的压降增大，UCE3减小，即调整管的基极电位降低，调整管的UCE1增加，输出电压U0下降，IL被限制。

仙桃职业学院机械电子工程学院实例2从图可以写出V3导通时的发射结电压方程为：故：用被限制的电流IL代入上式，即可求出Rm来，Rm称为过载信号检测电阻或电流取样电阻。仙桃职业学院机械电子工程学院8.3.3集成稳压器电路

集成稳压器是将调整电路、取样电路、基准电路、启动电路及保护电路集成在一块硅片上构成的芯片。它完整的功能体系、健全的保护电路、安全可靠的工作性能，给稳压电源的制作带来了极大的方便。集成电路稳压器的型号很多，按单片的引出端子分类，有三端固定式、三端可调式多端可调式等。三端集成稳压器只有三个端子，安装和使用都很方便。

仙桃职业学院机械电子工程学院1．

三端固定式集成稳压器

（１）三端固定式集成稳压器外形及管脚排列三端固定式集成电路稳压器的外形和管脚排如图８．７所示。图８．７三端固定式集成稳压器外形及管脚排列仙桃职业学院机械电子工程学院（2）

三端固定式稳压器的型号组成及其意义

三端固定式集成稳压器的型号组成及其意义如图８．８所示。国产三端固定式集成稳压器有CW78XX系列（正电压输出）和CW79XX系列（负电压输出），其输出电压有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V，最大输出电流有0.1A、0.5A、1A、1.5A、2.0A等。

仙桃职业学院机械电子工程学院图８．８三端固定式集成稳压器型号组成及意义

仙桃职业学院机械电子工程学院（3）三端固定式集成稳压器的应用

①

固定输出稳压器在实际上工作中，可根据不同的需要，选取符合要求的CW78XX、CW79XX系列产品。电路组成如图８．９所示。图中C1可以防止由于输入引线较长时产生的电感而引起的自激。C2用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。C3是容量较大的电解电容，主要用来进一步减小输出脉动和低频干扰。

仙桃职业学院机械电子工程学院图８．９三端集成稳压器的典型接法

仙桃职业学院机械电子工程学院2.扩压、扩流和可调电路

如果需要输出电压高于三端稳压器输出电压时，可采用图８．１０所示电路。图8.10提高输出电压接线图仙桃职业学院机械电子工程学院

（

８．１５）通过调整R2可得所需电压,但它的可调范围小。仙桃职业学院机械电子工程学院图8.11提高输出电流接线图当负载电流大于三端稳压器输出电流时，可采用图８．１１所示电路。仙桃职业学院机械电子工程学院（８．１６）

仙桃职业学院机械电子工程学院由于,且很小，可忽略不计，所以（其中）（８．１７）

式中R为V提供偏置电压，UBE由三极管决定，锗管为０．３V，硅管为０．７V。仙桃职业学院机械电子工程学院要得到可调的输出电压，可采用图8.12所示的电路。其输出电压表达式如式（８．１５）所示。图8.12输出电压可调电路图程序

图

8.13正负对称的稳压电源

仙桃职业学院机械电子工程学院具有正、负电压输出的稳压电源如图8.14所示，由图可知，电源变压器带有中心抽头并接地，输出端得到大小相等、极性相反的电压。2.

三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器按输出电压分为正电压输出CW317（CW117、CW217）和负电压输出CW337（CW137、CW237）两大类。按输出电流大小，每个系列又分为L型和M型等。

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三端可调集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点，继承了三端固定式集成稳压器的诸多优点。三端可调集成稳压器CW317和CW337是一种悬浮式串联调整稳压器，它们的外形如图8.14所示。图8.14CW317和CW337外形仙桃职业学院机械电子工程学院图8.15CW317和CW337典型应用电路典型应用电路如图8.15所示。仙桃职业学院机械电子工程学院CW317和CW337典型应用电路为了使电路正常工作，一般输出电流不小于5mA。输入电压范围在2～40V之间，输出电压可在1.25～37V之间调整。负载电流可达1.5A，由于调整端的输出电流非常小（50μA）且恒定，故可将其忽略，那么输出电压可用下式表示：（８．１８）仙桃职业学院机械电子工程学院

式中，1.25V是集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压UREF；R1取值120～240Ω（此值保证稳压器在空载时也能正常工作），调节RP可改变输出电压的大小（RP取值视RL和输出电压的大小而确定）。仙桃职业学院机械电子工程学院8．4开关型稳压电源

开关型稳压电路打破了传统的稳压模式，它的调整元件工作在开关状态，即通过调整开关元件的开关时间来实现稳压。由开关型稳压电路构成的电源称为开关电源。开关电源具有体积小，重量轻，功耗小、稳压范围宽等特点，在家用电器及其他设备中得到越来越多的应用。仙桃职业学院机械电子工程学院8.4.1开关稳压电源的特点及分类1．特点在串联稳压电路中，虽然电特性优良，但调整管串接在负载回路里是它的根本弱点。对于输出低电压大电流的场合，效率非常低，三极管的发热和散热便成了问题，使得电源体积变大。与串联调整式稳压电源相比，开关电源具有如下特点：仙桃职业学院机械电子工程学院

(1)允许电网电压变化范围宽：当电网电压在110～260V范围内变化时，开关式稳压电源仍能获得稳定的直流输出电压，其直流输出电压的变化率保持在2％以下，而串联调整式稳压电源允许电压变化范围一般为190～240V。仙桃职业学院机械电子工程学院

(2)功耗低,效率高:效率约为80～95％,其功耗是串联式稳压电源的60％左右.例如,56mm(22in)彩色电视机采用串联调整式稳压电源功耗为150W，而采用开关式稳压电源时,功耗仅为100W左右。

(3)体积小,重量轻:不使用工频变压器,滤波电容小,开关调整管工作在截止、饱和两种状态，其发热量小，散热片体积也小。开头式稳压电源的体积和重量要比同功率的串联式稳压电源小且轻。仙桃职业学院机械电子工程学院

（4）可靠性高：在开关电源电路中，容易加入过电流、过电压、短路等保护电路，且保护电路灵敏、可靠。（5）容易实现多路电压输出和遥控：开关电源可借助储能变压器多个不同匝数的二次绕组以获得不同数值的输出电压，而且不同的电压之间不会产生相互干扰。还可以通过控制调整管的开关状态，来实现对电源的遥控。仙桃职业学院机械电子工程学院（6）电路复杂，造价较高：由于开关电源的种类多，且具有采样、放大、反馈电路及过电压、过电流保护电路等，故电路复杂，维修困难。另外，开关调整管工作在高压功率下，参数要求高，或者采用厚膜电路，价格均较贵。仙桃职业学院机械电子工程学院2．开关电源的分类开关型稳压电源的分类方法有多种多样，按负载与储能电感的连接方式分，有串联型与并联型开关稳压电源。按不同的控制方式分，有调宽型与调频型开关稳压电源。按不同的激励方式分，有自激式与他激式开关稳压电源。3．开关稳压电源的基本组成开关稳压电源是由整流滤波电路、变换电路、开关调整管导通和截止控制电路、采样比较和放大电路、保护电路、抗干扰电路、直流输出电路等组成。

仙桃职业学院机械电子工程学院4．开关稳压电源的工作原理

图8.17a当K1闭合后，E对C1充电，（上正下负）；当K1断开后，C1放电，为后级提供电源。K1闭合时间越长，则C1上充得的电压越高，反之，C1所充电压则较低。实际电路中，用三极管的导通和截止状态代替开关K1。仙桃职业学院机械电子工程学院

图8.17开关电源工作原理图图b中，在三极管V的基极加脉冲信号电压，当脉冲为高电平时，V饱和导通，相当于开关闭合状态，E通过ce对C1充电（上正下负）；当脉冲为低电平时，V截止。这说明，改变V的基极脉冲宽度，就可以改变对C1的充电时间，从而改变输出电压仙桃职业学院机械电子工程学院用开关稳压管制做的电源称为开关稳压电源。调整开关以一定的频率导通和断开，则在负载上得到图8.18所示的脉冲电压，其输出电压平均值为：

（8.19）式中，T为开关工作周期，t1为开关接通的持续时间，q为开关工作的占空比。

图8.18开关型稳压电源输出波形

仙桃职业学院机械电子工程学院据式８．１９可知，要想改变输出电压，可利用改变脉冲的占空比来实现。具体实现的还有两种方式。一种是固定开关的频率，改变脉冲的宽度t1，使输出电压变化，称为脉宽调制型开关电源，用PWM表示；另一种是固定脉冲宽度而改变周期，使输出电压变化，称为脉冲频率调制型开关电源，用PFM表示。

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开关电路是用电路本身形成的反馈回路来实现自动调节的。当输入电压Ｕi升高而引起输出电压升高时，我们可以将开关接通时间减小，使输出电压恢复到额定值。反之，当输入电压Ui降低时，我们将开关接通的时间增加。调整开关通常采用三极管、可控硅和磁开关等。仙桃职业学院机械电子工程学院8.4.2三种类型开关电源工作原理分析

1.串联型开关电源串联型开关电源如图8.19所示图8.19串联型开关电源仙桃职业学院机械电子工程学院220V交流经整流、C1滤波后，在C1上得到300V直流电压（市电220V是指有效值，实际上最大可达到220=311V，故整流可得300V直流电压），该电压经L1加到开关管V的集电极。V基极加有脉冲信号，当脉冲信号高电平加到V的基极时，V饱和导通，300V电压经L1、V的ce极对Ｃ2充电,在C2上充得上正下负的电压，充电电流在流经L1时，L1会产生左正右负电动势阻碍电流，L2上感应出左正右负电动势（同名端原因），二极管D1截止。仙桃职业学院机械电子工程学院

当脉冲信号低电平加到V基极时，V截止，无电流流过L1，L1马上产生左负右正电动势，L2上感应出左负右正电动势，D1导通，L2上电动势经D1对C2充电。充电途径：L2右正C2地D1L2

左负，结果在C2上获得电压U0，供给负载RL。仙桃职业学院机械电子工程学院稳压过程：若市电电压下降会引起300V电压也下降，如果V基极脉冲宽度不变化，则在V导通时，充电电流下降（因300V电压下降），C2充电少，C2两端电压下降。为了保证在市电电压下降的情况下，C2两端电压仍正常，可让脉冲信号变宽，V导通时间长，300V电压经V对C2充电时间长，C2两端电压回升到正常值。仙桃职业学院机械电子工程学院2.并联型开关电源

并联型开关电源如图8.20所示。开关管V基极加有脉冲信号，当脉冲信号高电平到来时，V饱和导通，300V电压产生电流，电流流经V的ce极、电感Ｌ1到地。电感L1的电感量很大，电流在流经L1时，产生很高的上正下负电动势阻碍电流，同时L1储存了能量。脉冲信号低电平到V时，V截止，无电流流过L1，L1马上产生上负下正电动势，该电动势对C2充电。

仙桃职业学院机械电子工程学院充电途径是：L1下正地C2D1L1上负，在C2上充得上负下正电压，该电压供给负载RL。图8.20开联型开关电源仙桃职业学院机械电子工程学院稳压过程：若300V电压上升，会导致C2两端电压U0上升。这时可让加到V基极的脉冲信号宽度变窄，V导通时间短，L1流过电流时间短，储能减少，在V截止时，L1产生的上负下正电动势小，对C2充电少，C2两端电压下降，回到正常值。仙桃职业学院机械电子工程学院3.

变压器耦合型开关电源变压器耦合型开关电源如图8.21所示。图8.21变压器耦合型开关电源

仙桃职业学院机械电子工程学院300V电压经L1加到开关管V的集电极，与此同时，脉冲信号加到V的基极，当脉冲信号高电平到来时，V饱和导通，有电流流过L1，L1产生上正下负电动势阻碍电流，由于同名端的原因，L2感应出上负下正电动势，D1截止。当脉冲信号低电平加到V基极时，V截止，L1马上产生上负下正电动势，L2上感应出上正下负电动势，该电动势经D1对C2充电，在C2上充得上正下负电压U0，供给后级电路。仙桃职业学院机械电子工程学院稳压过程：若市电下降300V电压下降L1储能少，产生电动势低输出电压U0下降。这时可让V基极脉冲变宽，V导通时间长，L1储能多，在V截止时产生的电动势高，L2感应电动势高，它对C2充电，C2两端电压上升到正常值。仙桃职业学院机械电子工程学院从图8.21中可以看出，这种开关变压器有两种地，其中C1负端的地称为热地，因为该地与220V市电只隔一个整流二极管，二极管还会导通，所以热地带电，在检修时手不要接触；C2负端的地称为冷地，它通过变压器与电源电路隔开，故冷地不带电。前面分析的串联型和并联型开关电源只有热地，采用这种电源电路的电视机整机都带电。变压器耦合开关电源有热地和冷地，除电源电路外，其他电路都是冷地，故采用变压器耦合型的开关电源较安全，很多电视机都采用这种类型的开关电源。仙桃职业学院机械