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1、电子技术,主编 李中发 制作 李中发 2005年1月,第5章 直流稳压电源,熟悉单相整流电路的组成、输出电压和电流的波形、直流电压平均值与交流电压有效值之间的关系，并能初步选用整流器件 了解滤波电路的作用，尤其是电容滤波电路的工作原理 了解并联型稳压电路和串联型稳压电路的组成和工作原理 了解集成稳压电源的应用和使用方法,学习要点,5.1 整流电路 5.2 滤波电路 5.3 直流稳压电路,第5章 直流稳压电源,5.1 整流电路,直流稳压电源的组成：,利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按
2、输出波形又可分为半波整流电路和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。,5.1 整流电路,5.1.1 单相半波整流电路,当u2为正半周时，二极管D承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io= id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即uo=u2 ，输出电压uo的波形与u2相同。,当u2为负半周时，二极管D承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u2全部加在二极管D上。,5.1.2 单相桥式整流电路,u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止。
3、此时电流的路径为：aD1RLD3b。,u2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4承受正向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：bD2RLD4a。,5.1.3 三相桥式整流电路,0t1期间，c点电位最高，b点电位最低，VD5和VD4导通。负载上的电压uo就是线电压ucb。电流通路为： cVD5RLVD4b t1t2期间，a点电位最高，b点电位仍然最低，VD1和VD4导通，负载电压uo为线电压uab，电流通路为： aVD1RLVD4b 同理，在t2t3期间， a点电位最高，c点电位最低，于是二极管VD1和VD6导通，负载电压uo为线电压uac，电流通路为： aVD
4、1RLVD6c 依此类推，共阴极连接的3个二极管VD1、VD3、VD5在t1、t3、t5等时刻导通；共阳极连接的3个二极管VD2、VD4、VD6在t2、t4、t6等时刻导通。每个二极管导通1/3周期。,5.2 滤波电路,整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。,5.2.1 电容滤波电路,单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图所示。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负
5、载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合。,5.2.2 电感滤波电路,电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。,5.2.3 复合滤波电路,LC、CLC型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成CRC型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。,5.3 直流稳压电路,将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的直流电压的电路称为直流稳压电路。 直流稳压电路按调整器件的工作状态可分为线性稳压电路和开关稳压
6、电路两大类。前者使用起来简单易行，但转换效率低，体积大；后者体积小，转换效率高，但控制电路较复杂。随着自关断电力电子器件和电力集成电路的迅速发展，开关电源已得到越来越广泛的应用。,5.3.1 并联型稳压电路,工作原理： 输入电压Ui波动时会引起输出电压Uo波动。如Ui升高将引起随之升高，导致稳压管的电流IZ急剧增加，使得电阻R上的电流I和电压UR迅速增大，,从而使Uo基本上保持不变。反之，当Ui减小时，UR相应减小，仍可保持Uo基本不变。 当负载电流Io发生变化引起输出电压Uo发生变化时，同样会引起IZ的相应变化，使得Uo保持基本稳定。如当Io增大时，I和UR均会随之增大使得Uo下降，这将导致
7、IZ急剧减小，使I仍维持原有数值保持UR不变，使得Uo得到稳定。,5.3.2 串联型稳压电路,（1）取样环节。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。 （2）基准电压。由稳压二极管DZ和电阻R3构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。 （3）比较放大环节。由V2和R4构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压UF与基准电压UZ之差放大后去控制调整管V1。 （4）调整环节。由工作在线性放大区的功率管Vl组成，Vl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UCE
8、l改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。,1、电路的组成及各部分的作用,2、电路工作原理,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，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本稳定。,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。,3、电路的输出电压,如UZ=6V，R1=R2=RP=100，则Ra+Rb=R1+R2+RP=300，
9、 Rb最大为200，最小为100。由此可知输出电压Uo在918V范围内连续可调。,4、采用集成运算放大器的串联型稳压电路,其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前述电路完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集成运算放大器而不是晶体管。,5.3.3 线性集成稳压器,集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是3端式串联型集成稳压器。3端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。如W78和W79系列稳压器。W78系列输出正电压有5V、6V、8V、9
10、V、10V、12V、15V、18V、24V等多种，若要获得负输出电压选W79系列即可。例如W7805输出+5 V电压，W7905则输出5 V电压。这类端稳压器在加装散热器的情况下，输出电流可达1.52.2A，最高输入电压为35V，最小输入、输出电压差为23V，输出电压变化率为0.10.2。,1、外形和管脚排列,2、典型应用电路,（1）基本电路。,（2）提高输出电压的电路。,输出电压Uo=U+UZ,（3）扩大输出电流的电路。,（4）能同时输出正、负电压的电路。,5.3.4 开关稳压电源,1、开关型稳压电路的特点和分类,（1）效率高。（2）体积小、重量轻。（3）对电网电压的要求不高。（4）调整管的
11、控制电路比较复杂。（5）输出电压中纹波和噪声成分较大。,特点,分类,按控制的方式分，有脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型3种。按是否使用工频变压器来分，有低压开关稳压电路和高压开关稳压电路两种。按激励的方式分，有自激式和他激式；按所用开关调整管的种类分，有双极型三极管、MOS场效应管和可控硅开关电路等。,2开关型稳压电路的组成和工作原理,组成,工作原理,当utuA时，比较器输出高电平，uB=+UOM 当utuA时，比较器输出低电平， uB=UOM 故调整管V的基极电压uB成为高、低电平交替的脉冲波形。,uB为高电平时，调整管饱和导电，此时发射极电流iE流过电感和负载
12、电阻，一方面向负载提供输出电压，同时将能量储存在电感的磁场中。由于三极管V饱和导通，因此其发射极电位uE为： uE= UiUCES 上式中Ui为直流输入电压，UCES为三极管的饱和管压降。uE的极性为上正下负，故二极管VD被反向偏置，不能导通，此时二极管不起作用。 当uB为低电平时，调整管截止，。但电感具有维持流过电流不变的特性，此时将储存的能量释放出来，在电感上产生的反电势使电流通过负载和二极管继续流通，因此，二极管VD称为续流二极管。此时调整管发射极的电位uE为： uE= UD 式中UD为二极管的正向导通电压。 可见调整管处于开关工作状态，它的发射极电位uE也是高、低电平交替的脉冲波形。但是，经过LC滤波电路以后，在负载上可以得到比较平滑的输出电压uo。,
