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1、,第九章 直流稳压电源,9.1 单相半波整流电路 9.2 单相桥式整流电路 9.3 滤波电路 9.4 稳压电路,图9.1 直流稳压电源组成方框图,1 电路组成及工作原理 图3.2是单相半波整流电路，它由整流变压器T、整流二极管V及负载RL组成。 单相半波整流电路及电压、电流的波形如图3.3所示,即,9.1 单相半波整流电路,图9.3单相半波整流电路电压与 电流的波形,2 整流电路的主要技术指标 1. 输出电压平均值 在图7.5所示波形电路中，负载上得到的整流电压是单方向的，但其大小是变化的，是一个单向脉动的电压，由此可求出其平均电压值为,2.流过二极管的平均电流iv 由于流过负载的电流就等于流
2、过二极管的电流，所以,3. 二极管承受的最高反向电压URM 在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器次级电压u2的最大值，即,9.2 单相桥式整流电路,1. 电路组成及工作原理 在图9.4（a）所示电路中，当变压器次级电压u2为上正下负时，二极管V1和V3导通，V2和V4截止，电流i1的通路为aV1RLV3b，这时负载电阻RL上得到一个正弦半波电压如图3.5中（0）段所示。当变压器次级电压u2为上负下正时，二极管V1和V3反向截止，V2和V4导通，电流i2的通路为bV2RLV4a，同样，在负载电阻上得到一个正弦半波电压，如图9.5中（2）段所示。,图9.4 单相桥式整流电路组成,图9.4
3、 单相桥式整流电路组成,图9.4 单相桥式整流电路组成,图9.4 单相桥式整流电路组成,图9.5 单相桥式整流电路 电压与电流波形,2.技术指标计算及分析 （1）输出电压平均值Uo。由以上分析可知，桥式整流电路的整流电压平均值Uo比半波整流时增加一倍，即,（2）直流电流Io。桥式整流电路通过负载电阻的直 流电流也增加一倍，即,（3）二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联轮换导通半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即,（4）二极管承受的最高反向电压URM。由图9.4（a）可以看出，当V1和V3导通时，如果忽略二极管正向压降，此时，V2和V4的阴极接近于a点，阳极接近
4、于b点，二极管由于承受反压而截止，其最高反压为u2的峰值，即,9.3 滤波电路,整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。,1.电容滤波电路 图9.6所示为一单相半波整流电容滤波电路，由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波目的。;滤波过程及波形如图9.7所示。,图9.6 单相半波整流电容滤波电路,图9.7 电容滤波原理及输出波形,在u2的正半周时，二极管V导通，忽略二极管正向压降，则u
5、o=u2，这个电压一方面给电容充电，一方面产生负载电流Io，电容C上的电压与u2同步增长，当u2达到峰值后，开始下降，UCu2，二极管截止，如图9.7中的A点。之后，电容C以指数规律经RL放电，UC下降。当放电到B点时，u2经负半周后又开始上升，当u2UC时，电容再次被充电到峰值。UC降到C点以后，电容C再次经RL放电，通过这种周期性充放电，以达到滤波效果。,由于电容的不断充放电，使得输出电压的脉动性减小，而且输出电压的平均值有所提高。输出电压平均值Uo的大小，显然与RL、C的大小有关，RL愈大，C愈大，电容放电愈慢，Uo愈高。在极限情况下，当RL=时，Uo=UC= U2，不再放电。当RL很小
6、时，C放电很快，甚至与u2同步下降，则Uo=0.9U2，RL、C对输出电压的影响如图3.7中虚线所示。可见电容滤波电路适用于负载较小的场合。当满足RLC（35）T/2时，则输出电压的平均值为,其中T为交流电源电压的周期。,2.电感滤波及复式滤波电路 （1）电感滤波电路。由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联,流过负载的电流也就不能突变，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了。其实质是因为电感对交流呈现很大的阻抗，频率愈高，感抗越大，则交流成分绝大部分降到了电感上,若忽略导线电阻，电感对直流没有压降，即直流均落在负载上，达到了滤波目的。电感滤波电路如图9.8所示。在这种电路中，输出电压的
7、交流成分是整流电路输出电压的交流成分经XL和RL分压的结果，只有LRL时，滤波效果才好。,图9.8 带电感滤波器的桥式整流电路图,（2）输出电压平均值Uo。一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则Uo0.9U2。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，且输出电压的平均值Uo较低。 （3）复式滤波电路。为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以用电容和铁芯电感组成各种形式的复式滤波电路。电感型LC滤波电路如图9.9所示。整流输出电压中的交流成分绝大部分降落在电感上，电容C又对交流接近于短路，故输出电压中交流成分很少，几乎是一个平
8、滑,图 9.9 桥式整流电感型LC滤波电路,的直流电压。由于整流后先经电感L滤波，总特性与电感滤波电路相近，故称为电感型LC滤波电路，若将电容C平移到电感L之前，则为电容型LC滤波电路。,（4）型滤波电路。图9.10所示为LC型滤波电路。整流输出电压先经电容C1，滤除了交流成分后，再经电感L上滤波电容C2上的交流成分极少，因此输出电路几乎是平直的直流电压。但由于铁芯电感体积大、笨重、成本高、使用不便。因此，在负载电流不太大而要求输出脉动很小的场合，可将铁芯电感换成电阻，即RC型滤波电路。电阻R对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降，但只要RL1/(C2)，电容C1滤波后的输出电压绝大多
9、数降在电阻RL上。RL愈大，C2愈大，滤波效果愈好。,图9.10 型滤波电路 （a）LC型滤波电路;（b）RC型滤波电路,图9.10 型滤波电路 （a）LC型滤波电路;（b）RC型滤波电路,9.4 稳压电路,通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电压。如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低等。因此必须进行稳压，目前中小功率设备中广泛采用的稳压电源有并联型稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压电路及开关型稳压电路。,1 硅稳压管组成的并联型稳压电路 1. 电路组
10、成及工作原理 硅稳压管组成的并联型稳压电路如图9.11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Uo=UZ。,图9.11 稳压管稳压的直流电源电路,在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻RL的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为UZ基本恒定，而Uo=UZ。下面从两个方面来分析其稳压原理： （1）设RL不变，电网电压升高使Ui升高，导致Uo升高，而Uo=UZ。根据稳压管的特性，当UZ升高一点时，IZ将会显著增加，这样必然使电阻R上的压降增大，吸收了Ui的增加部分，从而保持Uo不变。,反之亦然。,（2）设电网电压不变，当负载电
11、阻RL阻值增大时，IL减小，限流电阻R上压降UR将会减小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以导致Uo升高，即UZ升高，这样必然使IZ显著增加。由于流过限流电阻R的电流为IR=IZ+IL，这样可以使流过R上的电流基本不变，导致压降UR基本不变，则Uo也就保持不变。,反之亦然。 在实际使用中,这两个过程是同时存在的，而两种调整也同样存在。因而无论电网电压波动或负载变化，都能起到稳压作用。,2.稳压电路参数确定 （1）限流电阻的计算。稳压电路要输出稳定电压，必须保证稳压管正常工作。因此必须根据电网电压和负载电阻RL的变化范围,正确地选择限流电阻R的大小。从两个极限情况考虑，则有 当Ui为最小值，Io达
12、到最大值时，即 Ui=Uimin，Io=Iomax,这时IR=(Uimin-UZ)/R。 则IZ=IR-Iomax为最小值。为了让稳压管进入稳压区，此时IZ值应大于IZmin， 即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,则,当Ui达最大值，Io达最小值时，Ui=Uimax， Io=Iomin,这时IR=(Uimax-UZ)/R，则IZ=IR-Iomin为最大值。为了保证稳压管安全工作，此时IZ值应小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，则,所以限流电阻R的取值范围为,在此范围内选一个电阻标准系列中的规格电阻。,（2）确立稳压管参数。一般取,2 串联
13、型晶体管稳压电路 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，而且输出电流很小，由上式可知， Iomax=（1/32/3）IZmax，而IZmax一般只有2040mA。为了加大输出电流，使输出电压可调节，常用串联型晶体管稳压电路,如图9.12所示。,图9.12 串联型稳压电路 （a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放大器的串联型稳压电路,图9.12 串联型稳压电路 （a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放大器的串联型稳压电路,3.单片式三端集成稳压器 单片式三端稳压器有输入端、输出端和公共端（接地）三个接线端子，所需外接元件少，使用方便，工作可靠，所以应用较多。按输出电压是
14、否可调，三端集成稳压器可分为固定式和可调式两种。 1. 固定输出的三端稳压器 1） 正电压输出稳压器 常用的三端固定正电压稳压器有7800系列，型号中的00两位数表示输出电压的稳定值，分别为5、6、9、12、15、18、 24 V。 例如, 7812的输出电压为 12 V， 7805输出电压是5 V。,按输出电流大小不同，又分为: CW7800系列， 最大输出电流11.5 A； CW78M00系列，最大输出电流0.5 A; CW78L00系列， 最大输出电流100 mA左右。 7800系列三端稳压器的外部引脚如图9.13(a)所示，1脚为输入端，2脚为输出端，3脚为公共端 2） 负电压输出稳压
15、器 常用的三端固定负电压稳压器有7900系列， 型号中的00两位数表示输出电压的稳定值，和7800系列相对应，分别为-5、 -6、 -9、 -12、 -15、 -18、 -24 V。 ,图9.13 三端固定式集成稳压器外形及管脚排列,按输出电流不同，和7800系列一样，也分为CW7900系列、 CW79M00系列和CW79L00系列。管脚图如图9.13（b）所示， 1脚为公共端， 2脚为输出端，3脚为输入端。 2. 三端可调输出稳压器 前面介绍了78、 79系列集成稳压电路，这些都是固定输出的稳压电源。这些在实用中不太方便。 实际应用中还有可调的CW117、 CW217、 CW317、 CW3
16、37和CW337L系列。 图9.14(a)所示为正可调输出稳压器，图9.14(b)为负可调输出稳压器。 三端可调集成稳压器的输出电压为1.25 V37V，输出电流可达1.5 A。,图9.14 CW317和CW337外形图,使用这种稳压器非常方便，只要在输出端接两个电阻，就可得到所要求输出电压值，它的应用电路如图9.15所示，是可调输出稳压源标准电路。 在图9.15 标准电路中，因CW117/217/317的基准电压为1.25 V， 这个电压在输出端3和调整端1之间，输出电压只能从1.25 V上调。输出电压表达式为 UO=1.25(1+ 上式中的第二项，即5010-6表示从CW117/217/317调整端流出的经过电阻R2的电流为50A。它的变化很小，所以在R2阻值很小时，可忽略第二项，即为,三端集成稳压器的应用 1） 基本应用 图9.16是三端固定输出集成稳压器的基本应用电路。图中输入端电容Ci用以抵消输
