十、直流稳压电源

《十、直流稳压电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《十、直流稳压电源（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第10章 直流稳压电源,主要内容: 10.1 小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路 基本要求: 10.1 掌握单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算 10.2 了解带放大器的串联反馈式稳压电路的稳压原理及输出电压的计算，三端集成稳压电源的使用方法及应用 教学要点： 重点介绍单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算，介绍串联反馈式稳压电路及三端集成稳压电路的稳压原理,电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：,整流电路是将工频交流电转为具有直流

2、电成分的脉动直流电。,滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。,稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。直流电源的方框图如图15.01所示。,10.1 小功率整流滤波电路,10.1.1 单相桥式整流电路,10.1.2 滤波电路,10.1.1 单相桥式整流电路,(1) 工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图15.02（a）所示。,（a）桥式整流电路 （b）波形图,图15.02 单相桥式整流电路,在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图15.02(a)的电路图可知：,当正半周时二极

3、管D1、D3导通，在负载 电阻上得到正弦波的正半周。,在负载电阻上正负半周经过合成，得到的 是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流 电路的波形图见图15.02(b)。,当负半周时二极管D2、D4导通，在负载 电阻上得到正弦波的负半周。,根据图15.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为,（2）参数计算,流过负载的平均电流为,流过二极管的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S。,（3）单相桥式整流

4、电路的 负载特性曲线,单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线,该曲线如图15.03所示。曲线的斜率代表 了整流电路的内阻。,图15.03 单相桥式整流电路的负载特性曲线,10.1.2 滤波电路,几种滤波电路,（a）电容滤波电路,（b）电感电容滤波电路（倒L型）,（c）型滤波电路,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,一、电容滤波电路,1、空栽时的情况,输出电压为 U2，二极管承受的最高反向电压URM=2 U2,2、接负载的情况,在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内冲得的电荷

5、，所以充电电流较大。,3、结论 （1）二极管的导通角，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。,3、结论,（2）输出电流的平均值大UL由放电时间常数决定 =RLC, RLCUL,一般取 RLC（35）T （半波整流）,RLC（35）T/2 （全波整流）,此时，输出电压的平均值为,通常取 来估算。,3、结论,（3）脉动系数小,（按桥式整流电路计算，参见清华本）,（4）电路的外特性,一般情况,外特性,滤波特性,电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。,4、电路参数的近似估算,（1）整流二极管的选择,滤波电容的容量愈大，导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈

6、大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。但流过整流管的平均电流：,半波整流时：,全波整流时：,整流管的耐压：由于电容电压最高为 U2，所以,4、电路参数的近似估算,（2）滤波电容的估算,耐压：,（3）变压器次级参数的估算,U2=U0/1.2 （全波整流） I2=（1.52）I0,5、小结,一、电容滤波电路,例1、某电子设备需要直流电压U0=30v，I0=400mA的直流电流，若采用桥式直流，电容滤波电路，试选择直流元件和滤波电容。,（1）选择二极管,考虑到电容充电电流的冲击，选用最大直流电流为500mA、耐压为50v的整流二极管。,（2）选电容,选C=500F，耐压为50v的电解电容。,例2、

7、一个全波整流、电容滤波电路中，U2=10v，C=1000F，当RL=20时，试求 和S的值，整流管的压降和整流内阻可忽略。,二、电感滤波电路,工作原理：,当忽略电感线圈的直流电阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。,特点： （1）电感滤波电路的外特性是很平坦的，U0随I0增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。,三、电感滤波电路,特点： （2）导通角=，因而避免了过大的冲击电流。 （3）输出电压没有电容滤波高。 电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。 （4）缺点：电感体积大，成本高，输出电

8、压稍低。 （5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。,10.2 串联反馈式稳压电路,10.2.1 稳压电源概述10.2.2 线性串联型稳压电源10.2.3 集成稳压电源（三端集成稳压器及其应用）,10.2.1 稳压电路概述,一、引起输出电压不稳定的原因,二、稳压电路的技术指标,引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，参见图16.01。,一、引起输出电压不稳定的原因,负载电流的变化会 在整流电源的内阻上产生电压降， 从而使输入电压发生变化。,图16.01稳压电源方框图,即,二、稳压电路的技术指标,用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。 VI和 IO引起的 VO可用下

9、式表示,有时稳压系数也用下式定义,当输出电流从零变化到最大额定值时， 输出电压的相对变化值。,（4）电流调整率SI,(3)输出电阻Ro,(2)电压调整率SV,一般特指Vi/Vi=10%时的Sr,输入电压交流纹波峰峰值与输出电压 交流纹波峰峰值之比的分贝数。,（6）输出电压的温度系数ST,如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数,（5）纹波抑制比Srip,10.2.2 线性串联型稳压电源,稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在

10、各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。,一、线性串联型稳压电路的工作原理,二、稳压电路的保护环节,一、线性串联型稳压电路的工作原理,(1) 线性串联型稳压电源的构成,线性串联稳压电源的工作原理可用图16.03来说明。,显然，VO =VI-VR，当VI增加时，R 受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。,在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR

11、。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图16.04所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。,图16.04 串联型稳压电路方框图,(2) 线性串联型稳压电源的工作原理,根据图16.04分两种情况来加以讨论。,1输入电压变化， 负载电流保持不变,输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO,（动画16-2）,2负载电流变化，输入

12、电压保持不变,负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。ILVIVOVfVO1VCEVO,3.输出电压调节范围的计算,根据图16.04可知,VfVREF,调节R2显然可以改变输出电压。,（动画16-1）,二、稳压电路的保护环节,串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护

13、。过载也会造成损坏。,保护的方法,反馈保护型,温度保护型,截流型,限流型,利用集成电路制造工艺， 在调整管旁制作PN结温度传感器。 当温度超标时，启动保护电路工作， 工作原理与反馈保护型相同。,截流型,限流型,当发生短路时，通过保 护电路使调整管截止，从而 限制了短路电流，使之接近 为零。截流特性见图16.05。,是当发生短路时，通过 电路中取样电阻的反馈作用， 输出电流得以限制。限流特 性见图16.06。,图16.05 截流型特性,图16.06 限流型特性,10.2.3 集成稳压电源,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路 类型：W7800系列 稳定正电压

14、W7805 输出+5VW7809 输出+9VW7812 输出+12VW7815 输出+15VW7900系列 稳定负电压W7905 输出-5VW7909 输出-9VW7912 输出-12VW7915 输出-15V,一、集成稳压电路,1. 输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）,2. 可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压LM337 ）,输出电压,一、集成稳压电路,1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端,1、W7800系列稳压器外形及接线图,+10V,+5V,注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！,二、集成稳压电路的应用,1端: 公共端 2端: 输入端

15、 3端: 输出端,2、W7900系列稳压器外形及接线图,-10V,-5V,二、集成稳压电路的应用,U1=220V U2=8V,UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V,二、集成稳压电路的应用,3、实际应用接线图,4. 可调式应用举例,二、集成稳压电路的应用,三、三端集成稳压器,(1) 概述将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号见图16.07，外形如图16.08所示。,图16.07 集成稳压器符号,要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要

16、查手册确定。,(2) 线性三端集成稳压器的分类,三端集成稳压器有如下几种：,1.三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78-/CW78M-/CW78L- 2.三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79-/CW79M-/CW79L- 3.三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L- 4.三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L- 5.三端低压差集成稳压器 6. 大电流三端集成稳压器以上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-55150；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150；民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。,