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1、1/7/2016 12:44:07 PM第9章 直流稳压电源1/7/2016 12:44:07 PM本章基本要求 掌握直流稳压电源的基本组成和工作 原理，包括单相半波整流、滤波、串 联反馈式稳压电路； 熟悉集成稳压器应用等； 了解开关式直流稳压电路及其工作原 理等。 1/7/2016 12:44:07 PM9.1 概述 类 型 类 别 特 点交流稳压 电源 自耦调整式 稳压电源 机械调整式 结构简单，造价低， 输出波形失真小。 容易烧毁，电压调整速度慢。 自耦变压器式 电路简单，稳压范围宽，价格低。 稳压精度较低，工作寿命短。 大功率补偿式 抗干扰性能较好，稳压精度高、响应速度 快，电路简单。
2、 输入电流失真度大，功率因数较低；输出电压可 能影响输入电压的相移。 参数调整式 稳压电源 结构简单，可靠性高，抗干扰能力强。 能耗较大、噪声大、造价较高。 开关型稳压 电源(AC/AC) 稳压性能好，控制功能较强。 电路复杂，价格较高。 直流稳压 电源 化学电源 小巧，灵活。 供电能力受限，污染环境。 线性电源 稳定性高，纹波小，可靠性高。 体积大，功耗大，转换效率低。 开关式电源 AC/DC 电源 体积小，重量轻，效率高，稳定可靠。 纹波较大。需要配以性能良好的 低通滤波器。 DC/DC 电源 通信电源 电台电源 模块电源 特种电源 1/7/2016 12:44:07 PM9.2 直流稳压
3、电源的基本组成及工作原理 9.2.1 直流稳压电源的组成 1电源变压器Tr 2整流电路： 3滤波电路 4稳压电路 1/7/2016 12:44:07 PM9.2.2 单相整流滤波电路 9.2.2.1单相半波整流滤波电路 假设变压器二次侧的电压为 由于二极管D具有单向导电性 ，只有当它的阳极电位高于阴极 电位时才导通。 1/7/2016 12:44:07 PM负载上得到的电压虽然是单方向的(极性一定)，但其大小仍 然是变化的，这种电压称为单向脉动电压，通常用一个周期的 平均值来表示它的大小。单相半波整流电压的平均值为 (9-1) 流过负载电阻电流的平均值为 (9-2) 单向半波整流电路中，二极管
4、截止时所承受的最高反向电压 就是 (9-3) 1/7/2016 12:44:07 PM9.2.2.2 单相桥式整流滤波电路 1单相桥式整流电路 单相桥式整流电路如图9-3a 所示。 1) 电路组成1/7/2016 12:44:07 PM2) 工作原理设(a)二极管D1D4性能理想(b)uoTru1RLiD1D4 +D1D3D2u2 iD2ioab+1/7/2016 12:44:07 PM输入电压正半周时 D1、D3导通， D2、D4 截止二极管D1、D3电流二极管D1、D3电压u2t022Ut0iD1iD3,L2/2RUt0uD1uD3,22U1/7/2016 12:44:07 PM二极管D2
5、、D4电流二极管D2、D4电压输入电压负半周时 D1、D3截止， D2、D4导 通u2t022Ut0uD2uD4,22Ut0iD2iD4,L2/2RU1/7/2016 12:44:07 PM输入电压输出电压输出电流u2t022Uuot022UL2/2RUt0io1/7/2016 12:44:07 PM2桥式整流电路的性能指标 （1）输出电压一个周期内的平均值(9-4) 直流电流为 （9-5） （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(9-6) （3）流过二极管的正向平均电流 = = (9-7) 1/7/2016 12:44:07 PM（4）二极管承受的最大反向电压二极
6、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全波整流电路1/7/2016 12:44:07 PM9.3 滤波电路 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。 9.3.1 电容滤波电路 1/7/2016 12:44:07 PM1. 滤波原理 (1) 当C = 0 (无滤波电容)时输入电压输出电压波形23 4u2t022Uuo0234t22U输出电压1/7/2016 12:44:07 PM(2) 当C0、RL=时输出电压波形输入电压23 4u2t022
7、Uuo0234t22U电容器的充电时间常数为1/7/2016 12:44:07 PM(3) 当C0、RL 时输出电压输入电压23 4u2t022U0234tuouC,22U电容器的充电时间常数uo =uc u21/7/2016 12:44:07 PM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23 4u2t022U输出电压O234tuouc,22U1/7/2016 12:44:07 PM电容器的放电时间常数由于2较大，放电比较缓慢。输出电压23 4u2t022U0234tuouc,22U输入电压1/7/2016 12:44:07 PM当|u2|uc时，C又开始充电
8、，直到最大值。二极管D2、D4导通，输出电压23 4u2t022U0234tuouc,22U输入电压1/7/2016 12:44:07 PM输出电压波形C充电C放电D截止D导通输入电压波形电流流通角电流波形1/7/2016 12:44:07 PM2. 性能参数的工程估算 1) 电容滤波电路的外特性C=0C小C大0.9U2uoio022Ua. 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。1/7/2016 12:44:07 PM2) 输出直流电压 若LCR=2)5(3T一般取 2O(
9、AV)2.1UU3) 输出电流平均值 1/7/2016 12:44:07 PM4) 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 1/7/2016 12:44:07 PM表9-3 几种整流电路带电容滤波时的特性 1/7/2016 12:44:07 PM9.3.2 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 = 0.9 (9-12) 1/7/2016 1
10、2:44:07 PM9.3.3 复式滤波器 1/7/2016 12:44:07 PM9.4 稳压电路 9.4.1 并联型稳压电路 1/7/2016 12:44:07 PM9.4.2 串联反馈式稳压电路 9.4.2.1 稳压电源的主要指标 （1）输入调整率和稳压系数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) 工程常用稳压系数表示直流稳压电源的性能 (9-15) 1/7/2016 12:44:07 PM(2) 负载调整特性 负载调整特性定义为输出电压的相对变化量与输出电流变化量的比。 (9-16) (3) 输出电阻 (
11、9-17) (4) 温度系数 (9-18) 1/7/2016 12:44:07 PM9.4.2.2 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1/7/2016 12:44:07 PM如图9-11所示是串联反馈式稳压电路的组成框图。 调整环节取样环节比较放大环节基准环节1电路组成 1/7/2016 12:44:07 PM2稳压原理iUCEuL)(R或FU OU Bu LLLLLLOU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
12、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。 1/7/2016 12:44:07 PM3输出电压在深度负反馈条件下 (9-19) 1/7/2016 12:44:07 PM4调整管参数选取原则(1) ICMIomax(2) PCMo(max)CE(max)IU(3)CEO(BR)UCE(max)U1/7/2016 12:44:07 PM5限流保护电路正常 工作区0UOIOIOmax电路外特性保护电路R+-UoRL+T1IB1T2IC2URUBIo比较放大环节I+Ui1/7/2016 12:44:07 PM(2) 当Io增大, T2
13、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1/7/2016 12:44:07 PM9.5 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。9.5.1 三端固定式集成稳压器 1/7/2016 12:44:07 PM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、 12V、15V、18V、20V、24V
14、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1/7/2016 12:44:07 PM4. 分类按输出电压是否可调固定式三端稳压器可调式三端稳压器1 输入端3 输出端2 公共端78系列 1 公共端3 输出端2 输入端79系列1/7/2016 12:44:07 PM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1/7/2016 12:44:07 PM
15、6.三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1/7/2016 12:44:07 PM扩大输出电流UI+UO C1LM78+132C2R1TOIOICI式中1RBOIII+=1BE R1RUI= OBII+=OCOIII+=图中A6 . 01R=IA4 . 0B=IA4C=IA5O=I若 =10， R1=0.5 , |UBE|=0.3V, 。则A1O=I1/7/2016 12:44:07 PM9.5.2 三端可调式集成稳压器 (9-20) 其中 UREF=1.25V 1/7/2016 12:44:07 PM1/7/2016 12:44:07 PM9
16、.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。 1/7/2016 12:44:07
