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1、第八章 直流稳压电源,8.1 直流电源的组成 8.2 整流电路 8.3 滤波电路 8.4 稳压电路,图10 1 直流电源的组成方框图,8.1 直流电源的组成,1电源变压器 经过电源变压器把交流电网电压（一般为220V或380V）变换为较低电压，然后再通过整流、滤波和稳压，获得需要的直流电压。 2整流电路 整流电路主要是利用具有单向导电性能的整流元件，把交流电压整流成单方向的脉动电压。但这种单向脉动电压脉动性很大，距离理想的直流电压还相差很远。 3滤波电路 滤波电路一般由电容、电感等储能元件组成。其作用是尽可能将单向脉动电压中的交流成分滤掉，使输出电压成为较平滑的直流电压。 4稳压电路 稳压电路
2、的作用是采取某些措施使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时能保持稳定。,8.2 整流电路,利用二极管的单向导电性把交流电压变换为单向脉动电压的电路称为整流电路。,8.2.1单相半波整流电路,图8-2 单相半波整流电路,1工作原理,设将整流二极管视做理想二极管，正向电阻为0，反向电阻为无穷大。输入电压为正弦交流电压u1如图8-2(b)所示，当输入电压u1正半周时，极性上正下负，二极管承受正向电压导通，此时负载上的电压为uo；当输入电压u1负半周时，极性上负下正，二极管承受反向电压截止，输出电压为0。即u正半周，UaUb，二极管VD导通；u负半周，UaUb，二极管VD截止；输出波形如图8-
3、2(b)所示，iD电流和负载电压波形相似，二极管的电压和输出电压刚好相反。,2 单相半波整流电路的指标,脉动电压的平均值,整流二极管的平均电流（负载电流）,二极管承受最大反向电压为,8.2.2单相桥式整流电路,图8-3 桥式整流电路、等效图及波形图,1 工作原理,当变压器二次侧电压u2为正半周期（即上正下负）时，二极管VD1和VD3导通，VD2和VD4截止，电流i1的通路为aVD1RLVD3b，这时负载电阻RL上得到一个正弦半波电压如图8-3(c)中（0）所示。当变压器二次侧电压u2为负半周期（即上负下正）时，二极管VD1和VD3反向截止，VD2和VD4导通，电流i2的通路为bVD2RLVD4
4、a，同样，在负载电阻上得到一个正弦半波电压，输出波形如图8-3(c)所示。,2 单相桥式整流电路的指标,电压平均值,平均电流,整流管承受的最大反向电压,8.2.3二极管的选择,二极管在电路中通过的平均电流ID和在电路中承受的最高反向电压URM，是二极管选用时应注意的两个主要参数。通过查参阅手册中二极管的参数：最大整流电流iF和反向工作峰值电压UR，就可以选择满足要求的二极管。,1、单相半波整流电路,2、单相桥式整流电路,【例8-1】有一单相桥式整流电路，接到电压为220V的正弦工频交流电源，已知负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V。试根据电路要求选择整流二极管。,解：,整流电流的平均值为
5、,流过二极管的平均电流为,变压器二次侧电压有效值为,考虑到变压器二次侧绕组及二极管上的压降，变压器二次侧电压一般应高出（5%10%）U2即,每只二极管截止时承受的最高反向电压为为,8.3 滤波电路,8.3.1电容滤波电路,1 电路结构,a) 电容滤波电路 b) 滤波电路输入输出波形 图8-4 电容滤波电路,2 工作原理,设电容器事先未充电，在u2的正半周时，二极管VD1、VD3导通，忽略二极管正向压降，则uo=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，而uC = u2max u2，故二极管截止。如图8-4(b)所示的峰值A点
6、之后，电容C以指数规律经RL放电，uC逐渐下降。当放电到B点时，u2经负半周后又开始上升，当u2 uC时，电容再次被充电并逐步跟随u2达到峰值C点，然后又因uC u2二极管截止，电容C再次经RL放电。这样，在输入正弦电压的一个周期内，电容器充电两次，放电两次，反复循环。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=u2max，不再放电，输出电压稳定在一个很高的值。当RL很小时，C放电很快，甚至
7、与u2同步下降，则uo=0.9u2，即RLC对输出电压的影响很大，由此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uo=u2（半波）或uo=1.2u2（全波）。使用单相桥式整流、电容滤波时的直流电压一般为：,3 电容滤波器的特点,电容滤波简单，滤波效果较好，缺点是外电路特性较差，负载电流不能过大，否则会影响滤波效果，所以电容滤波适用于负载变动不大、电流较小的场合。另外，由于输出直流电压较高，整流二极管截止时间长，导通角小，故整流二极管冲击电流较大，所以在选择管子时要注意选整流电流IF较大的二极管。,8.3.2电感滤波电路,若在整流电路和负载电阻之间
8、串入一电感线圈，就构成了电感滤波器。电感滤波器是利用了电感元件的电流不能突变这一特性进行滤波的，如图8-5(a)所示。,a)电感滤波电路 b)LC复式滤波电路 图8-5 电感滤波电路,1 电路结构,2 工作原理 当电感足够大时，整流电压的交流分量大部分降在电感上，而直流分量则大部分降在负载电阻上。若忽略电感线圈的电阻和二极管的管压降，则电感滤波器的输出电压则为uo 0.9u2,3 电感滤波电路的特点 虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，且带负载能力强；但为了使L值增大，多用铁芯电感，使其体积大、笨重和成本高，输出电压的平均值uo也随之较低，且元件本身的电阻还会引起直流电压损失和功率损耗。
9、可见电感滤波适用于大电流或负载变化大的场合。,为获得更好的滤波效果，可采用复式滤波电路，如图8-5(b)所示的LC滤波电路。,8.4 稳压电路,8.4.1硅稳压二极管稳压电路,稳压二极管稳压电路是最简单的直流稳压电路，电路由稳压二极管VDZ和限流电阻R组成，稳压二极管在电路中应为反向连接，它与负载电阻RL并联后，再与限流电阻串联。如图8-6(a)所示为稳压管稳压电路，由于VZ与RL并联，所以也称并联型稳压电路。,图8-6 稳压管稳压电路及伏安特性曲线,1 稳压电路的工作原理,对于直流电源而言，引起输出电压不稳定的主要原因是交流电源电压的波动及负载电流的变化。为此，需分别从以下两种情况分析稳压原
10、理。,1) 负载电流变化 假设交流电源电压不变，负载电阻RL减小，则负载电阻RL上的端电压UO下降，由稳压二极管的伏安特性曲线8-6(b)可知，当UO稍有下降时，稳压二极管的电流IZ就会显著减小，结果通过限流电阻R的电流IR减小，则R上的压降UR减少，从而使已经降低的UO回升，使UO基本保持不变。这一稳压过程可表示为：RLUOIZIRURUO。,2) 交流电源电压波动 假设负载电阻RL不变，交流电源电压增加时，则负载电阻RL上的端电压UO增加，由稳压二极管的伏安特性可知，当UO稍有增加时，稳压二极管的电流IZ就会显著增加，结果通过限流电阻R的电流IR增加，则R上的压降UR增加，从而使已经增加的
11、UO降低，使UO基本保持不变。这一稳压过程可表示为：uUOIZIRURUO。,2 稳压电路参数确定,1）限流电阻R的选择,（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻R应小于最大值Rmax，即,式中，UImin为输入最小电压，UZ为稳压管稳压值，IZmin为稳压管允许流过的最小电流，ILmax为流过负载电阻的最大电流。,（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即,式中，UImax为输入最大电压，UZ为稳压管稳压值，IZ
12、max为稳压管允许流过的最大电流，ILmin为流过负载电阻的最小电流。,为此，限流电阻R的取值范围为：,2) 稳压二极管参数的选择,硅稳压管的选择，可根据下列条件初选管子：,3) 输入电压UI的确定,一般情况下，输入电压UI高且R大时，电路稳定性能好，但损却耗大。故常取,8.4.2串联型稳压电路,1 串联型稳压电路结构,图8-7 串联型稳压电路,串联型稳压电路如图8-7所示，晶体管作为调整元件与负载串联。该电路包含以下环节： 取样环节：是由R1、RP、R2组成的分压电路构成，它将输出电压UO分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。 基准电压：是由稳压二极管VZ和电阻R3构成的稳压电路，它
13、为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。 比较放大环节：是由VT2和R4构成的直流放大器，其作用是将取样电压UF与基准电压UZ比较放大后去控制调整管VT1。 调整环节：由工作在线性放大区的调整管VT1组成，VT1的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1和集、射电压UCE1改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。,2 串联型稳压电路工作原理,稳压原理如下：,当输入电压Ui或输出电流Io变化引起输出电压Uo增加时，取样电压UF相应增大，使V2管的基极电流IB2和集电极电流IC2随之增加，V2管的集电极电位UC2下降，因此Vl管的基极电流IB1下降，
14、使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本稳定。其稳定过程可描述为：,同理，当Ui或Io变化使Uo降低时，调整过程相反，UCE1将减小使Uo保持基本不变。,从上述调整过程可以看出，该电路是依靠电压负反馈来稳定输出电压的。同时可注意到，改变基准电压或调整电位器，就可以改变输出电压。,8.4.3集成稳压电路,如果将调整管、比较放大环节、基准电源及取样环节和各种保护环节以及连接导线均制作在一块硅片上，就构成了集成稳压电路。,按引出端子分类，有三端固定式、三端可调式和多端可调式稳压器等。实际应用中最简便的是三端集成稳压器，它只有三个引线端：输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。,
15、按输出电压是否可调，三端集成稳压器可分为固定输出和可调输出两种。,8.4.3.1三端固定式集成稳压器,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、24V。按输出电流大小不同，又分为：CW7800系列（最大输出电流为11.5A）、CW78M00系列（最大输出电流为0.5A）和CW78L00系列（最大输出电流为100mA左右）。,7800系列三端稳压器的外形和外部引脚如图8-8所示，1脚为输入端，2脚为输出端，3脚为公共端。,图8-8 三端固定式集成稳压器外形及管脚排列,2）负电压输出稳压器,常用的三端
16、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，与7800系列相对应，分别为-5、-6、-9、-12、-15、-18、-24V。与7800系列一样，按输出电流不同，也分为CW7900系列、CW79M00系列和CW79L00系列。管脚如图8-8所示，1脚为公共端，2脚为输出端，3脚为输入端。,8.4.3.2三端可调式集成稳压器,三端可调集成稳压器的输出电压1.2537V，输出电流可达1.5A。使用这种稳压器非常方便，只要在输出端接两个电阻，就可得到所要求的输出电压值，它的应用电路如图8-10所示，是可调输出稳压源标准电路。,可调的集成稳压器由CW117、CW217、CW317、CW337和CW337L等系列。图8-9(a)所示为正可调输出稳压器，图8-9(b)为负可调输出稳压器。,图8-9 CW317和CW337外形图 图8-10 可调输出稳压源标准电路,在图8-10标准电路中，因CW117/217/317的基准电压为1.2
