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1、1,第9章 直流稳压电源,2,本章基本要求,掌握直流稳压电源的电路组成和工作原理(包括单相半波整流、滤波、串联反馈式稳压电路)； 熟悉集成稳压器及其应用； 了解开关式直流稳压电路及其工作原理等。,3,9.1 概述,稳定电源的分类,稳定电源,交流稳定电源,直流稳定电源,交流稳压电源,化学稳压源,直流稳压电源,直流稳流电源,交流稳流电源,线性稳压源,开关型稳压源,直流电源简介,5,9.2 直流稳压电源的电路组成及工作原理9.2.1 直流稳压电源的组成, 12V ,市电 220V,6,9.2.2 单相整流电路9.2.2.1 单相半波整流电路,整流二极管,电源变压器,负载,7,单相电源变压器,线圈,铁
2、芯,9.2.2.1 单相半波整流电路,8,假设变压器二次侧的电压为,当二极管的阳极电位高于阴极电位时才导通。,由二极管的单向导电性,分析的前提,a. 理想的变压器 b. 理想的二极管,如果将二极管反接，输出电压有何变化？,9,负载上得到的是单向脉动电压，其大小仍然在不断变化，其平均值为,(9-1),(9-2),单向半波整流电路中，二极管截止时所承受的最高反向电压就是,(9-3),10,9.2.2.2 单相全波整流电路,11,由图可知二极管所承受的最大反向电压,二极管承受的反向电压,12,全波整流电路参数,由图可知，全波整流电路的输出电压得平均值为,其流过负载的平均电流为,由此可以看出，全波整流
3、的输出电压的平均值为半波整流的2倍。,全波整流的输出电压的 平均值为半波整流的2倍,13,9.2.2.3 单相桥式整流电路 1单相桥式整流电路 1) 电路组成,常用的单相桥式整流电路如图9-3a 所示。,14,桥式整流硅堆：将四个二极管按桥式整流电路的方式连接好封装在一起，只留四个引脚。市面上有售的如QL62A，其额定电流为2A，最大反向电压为25V1000V。,桥式整流电路还有其它多种画法,15,2) 工作原理,分析的前提,(b) 理想变压器,u2 正半周时,16,电压u2为正半周时 D1、D3导通， D2、D4截止,二极管D1、D3电流,二极管D1、D3承受的反向电压,详细分析,17,u2
4、负半周时,18,二极管D2、D4电流,二极管D2、D4承受的反向电压,电压u2为负半周时 D1、D3截止， D2、D4导通,19,工作原理小结,u2 为正半周：,a,D1,RL,D3,b,D2 D4 截止,t,uo,u2 为负半周：,b,D2,RL,D4,a,D1 D3 截止,20,输入电压,整流电路输出电压,输出电流,输出电流的平均值,如果考虑二极管非线性，输出电压有何变化？,21,2桥式整流电路的性能分析,（1）输出电压,一个周期内的平均值,（2）脉动系数S,最低次谐波幅值与输出电压平均值之比定义为脉动系数,（3）流过二极管的正向平均电流,其输出电压波形与单相全波整流相同,22,（4）二极
5、管承受的最大反向电压,二极管在截止时管子承受的最大反向电压,(9-8),（5）输出电压纹波因数,Uor 输出电压中各次谐波电压有效值的总和,Uo 输出电压的平均值,对于桥式整流电路,23,例 题,例8-1 如图9-3a所示单相桥式整流电路，电网交流电压220V，负载RL=50，要求输出 Uo=100V，试求变压器的变比，并选择整流二极管。,解： 本题的思路是,根据,选择 2CZ12D（3A，300V）二极管4只,或 选择 2CZ12E（3A，400V）二极管4只,据此选择二极管,24,问题? 在下面三种情况下，电路的工作情况如何？,2. 若D3 管反接,3. 若D3 管短路,1. 若D3 管开
6、路,解：,1. 正半周不通，,2.,3.,负半周正常。,结果？,烧坏变压器， U0=0,负半周变压器被短路。,烧坏变压器， U0=0,结果？,负半周变压器被短路。,为半波整流，,结果？,25,滤波电路的作用是滤除整流电压中的高频分量。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波等。,整流输出尽管已经成为直流电压，但脉动太大，输出中的高频分量较多。全波和桥式整流输出电压可表示为：,9.3 滤波电路,26,9.3.1电容滤波,滤波电路的作用是滤除整流电压中的纹波。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波。,滤波电容,27,滤波原理 (1) 当C = 0 ， 外接RL时,当C
7、 = 0 (无滤波电容)时,输入电压,输出电压波形,输出电压,输出电压平均值,28,(2) 当C0、RL=时,输出电压波形,输入电压,电容器的充电时间常数为,问题：L即空载，此时UO=？,29,输出电压,输入电压,二极管导通时电容器充电，充电时间常数,uo =uc u2,(3) 当C0、RL 时,30,当C充电到最高点时,C将通过RL开始放电。,二极管D1、D3将截止，,输入电压,C充电到最高点,C开始放电,31,输出电压波形,C充电,C放电,D截止,D导通,滤波器输入电压波形,电流流通角,电流波形,32,2) 当 C0 ，即无电容滤波但有负载的情况,3) 正常情况下,1) 当R ，即负载开路
8、情况下,电容滤波小结,33,性能参数的工程估算1) 电容滤波电路的外特性,C=0,C小,C大,a. 当io一定时，C越小，Uo(AV)越小，纹波越大。,b.当C一定时，io越大, Uo(AV)越小。,外特性特点,电容滤波电路适用于负载电流比较小或负载基本不变的场合。,34,2) 输出直流电压,3) 输出电流平均值,=,35,4) 整流二极管的平均电流,(b) 二极管导通时，有冲击电流；,其特点： (a) 比无滤波电容时的平均电流大；,二极管的平均电流,放电时间常数越大，越小，冲击电流越大。,(c) 冲击电流与二极管的导通角()有关。,(9-11),5) 整流二极管的最高反向电压,36,例8-3
9、 整流滤波电路如图，负载RL=5k，开关a闭合、b断 开时，直流电压表 的读数为140V，求：,解：,最初相当于RL开路，,0A,1.,2.,相当于整流电路,18mA,3.,相当于滤波电路,24mA,37,表9-3 几种整流电路带电容滤波时的特性,38,9.3.2 电感滤波电路,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,39,9.3.3 复式滤波器,40,9.4 稳压电路9.4.1 并联型稳压电路,41,稳压管稳压电路,在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用，其电路如图2-1
10、8所示,选择稳压管一般取,42,可得电阻R的取值范围为,当负载电阻RL和输入电压UI一定时，电阻R的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在IZmin IZ IZM之间，,43,稳压原理如下：,当负载不变，输入电压UI波动使得输出电压Uo升高，其调节过程为：,若输入电压UI不变，负载发生变化，如RL增大，其调节过程为：,44,例2-3 如图2-18所示电路中，UI12V ，稳压管稳定电压UZ6V，稳定电流IZ10mA，电阻R100，RL150 。(1)求Uo、IR和稳压管实际工作电流 IZ；(2)若稳压管最大稳定电流IZM =50mA，试问UI允许波动的范围是多少？(3
11、)若UI =12V，UZ=6V,稳压管稳定电流IZ10mA，最大稳定电流IZM =50mA，问负载电阻RL允许变化的范围是多少？,解：（1）由电路可知,则稳压管的实际工作电流为,45,（2）若稳压管最大稳定电流IZM =50mA，而稳定电流为IZ =10mA则,将两个电流代入上式得,46,47,9.4.2 串联反馈式稳压电路,9.4.2.1 稳压电源的主要指标,输入调整率是表征稳压器稳压性能的优劣的重要指标，是指在负载和温度不变的条件下，输入电压变化对输出电压的影响,(9-14),(9-15),48,(2) 负载调整特性,(9-16),(3) 输出电阻,(9-17),(4) 温度系数,(9-1
12、8),49,9.4.2.2 串联反馈式稳压电路的组成与工作原理,串联反馈式稳压电路稳定输出电压是利用了电压负反馈稳定输出电压的基本原理，如图9-10a所示。,调整管,50,1电路组成,调整环节,取样环节,比较放大环节,基准环节,如图9-11所示是串联反馈式稳压电路的组成框图。,51,2稳压原理,图9-11中：,是整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大器，UREF为基准电压，R1与R2组成反馈网络用来反映输出电压的变化(取样)。这种稳压电路的主回路是工作于线性状态的调整管T与负载串联， 故称为串联型稳压电路。,52,3输出电压,在深度负反馈条件下,(9-19),53,4调整管参数选取原
13、则,(1) ICMIomax,54,5限流保护电路,电路外特性,55,(2) 当Io增大, T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。,(1) 当Io较小时，URUBE2 , T2截止，电路正常工作。,限流保护电路工作原理,56,9.5 集成稳压器9.5.1 三端固定式集成稳压器,2. 主要特点,1. 电路主要组成部分,(1) 串联反馈型线性稳压电路；,(2) 高精度基准电压源；,(3) 过流、过热保护等电路。,(2) 外接元件少；,(1) 工作可靠；,(3) 使用方便。,57,常用三端固定集成稳压器是7800系列和7900系列。7800系列输出正电压，其输出电压有5V、6V、8V、9V、10V
14、、12V、15V、18V、20V、24V等品种。,该系列的输出电流分5档，7800系列是1.5A，78M00是0.5A，78 L00和是0.1 A，78T00是3A，78H00是5A。 7900系列与7800系列所不同的是输出电压为负值。,外形图,3. 外形及特点,58,4. 分类,59,启动电路,基准电源,调整环节,比较放大,过热保护,限流保护,减流保护,采样环节,5. 78内部电路,60,三端集成稳压器的应用,C2防止自激振荡,C3减小高频干扰,C1 、C4减小输出纹波和低频干扰,61,扩大输出电流,62,9.5.2 三端可调式集成稳压器,(9-20),其中 UREF=1.25V,63,6
15、4,9.5.3 基准电压源,常用基准电压器件主要有：LM385-1.2 (1.2V精密基准电压源)，LM385-2.5 (2.5V精密基准电压源)，LM336-2.5 (2.5V精密基准电压源)，MC1403(2.5V基准电压源)， LM431ACZ、TL431 (精密可调2.5V36V基准稳压源)，LM399H (6.9999V精密基准电压源)，LM336-5.0 (5.0V精密基准电压源)等。,1. TL431基准电压源,TL431是一个性能优良的基准电压集成电路。该器件主要应用于稳压、仪器仪表、可调电源和开关电源中，是稳压二极管的良好替代品。,65,9.6 开关式稳压电源,传统的线性稳压
16、电源虽然电特性优良，电路结构简单、工作可靠，但调整管串接在负载回路里是它的根本弱点，存在着效率低（只有40%60%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点，有时还要配备庞大的散热装置。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达（80%95%），且稳压范围宽，此外还具有稳压精度高、不使用电源变压器等优点，因此，开关稳压电源已广泛用于各种仪器设备、计算机、通信系统、空间技术以及电视接收机等家用电器产品中。,66,线性稳压电路的主要特点,(1) 电压稳定度高；,(2) 纹波电压小；,(3) 响应速度快；,(4) 电路简单；,(5) 调整管的功耗大；,(6) 功率变换效率低。,67,9.6.1 开关式稳压电源的特点及分类,9.6.1.1 开关式稳压电源的特点,（1）允
