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1、直流稳压电源,第7章,667,目 录,7.1 整流与滤波 669,7.3 开关型稳压电源 700,7.2 线性集成稳压电路 685,HOME,668,引子,直流稳压电源：能够把交流电转变为平滑的、稳定的直 流电的装置。,主要由整流、滤波和稳压电路几部分组成。,整流、滤波：把交流电变成平滑的直流电压。 稳压电路：能在电网波动、负载不稳、温度变化时自动保 持输出电压的稳定。,交流,整流,平滑滤波,稳压,HOME,669,7.1.1 半波整流电路,7.1.2 全波整流电路,7.1.3 桥式整流电路,7.1.4 平滑滤波器,7.1.5 整流电路设计举例,7.1.6 稳压电源的主要性能指标,7.1 整流
2、与滤波,HOME,670,7.1 整流与滤波,整流：利用二极管的单向导电特性，将具有正负两个极性的交流电能变换成只有一个极性的电能。,整流后的单极性电能不仅包含有用的直流分量，还有有害的交流分量。,波纹,利用滤波电路滤去交流分量，取出直流分量，就得到比较平滑的直流电。,平滑滤波器,HOME,671,7.1.1 半波整流电路,变压器次级的感应电压：,负载两端为单向脉动电压,HOME,半波整流电路,672,7.1.1 半波整流电路,基波分量振幅,直流分量,必须加接低通滤波器,交流电刚接上时电容中本没有电荷，电容上电压从零开始上升，充电速度取决于充电电路的时间常数 。,HOME,加滤波电容的半波整流
3、电路,673,7.1.1 半波整流电路,充电速度快，,，VD截止，电容C放电，,放电速度慢，,变化平缓。,迅速上升 ，,波形越平稳,不同RLC时半波整流电路输出波形,HOME,674,7.1.1 半波整流电路,当RLC很大时，输出为一直流电压，,当负载电流较大（RL较小）时，输出的直流分量UO要减小，,变压器次级电压有效值,流过整流管的平均直流电流,整流管所承受的最大反向电压,HOME,675,7.1.2 全波整流电路,半波整流电路缺点：波纹电压大；交流电源的半个周期未被利用，输出平均电压较低。,全波整流电路：利用两个管子交替工作构成。,电路特点：变压器T次级中心抽头接地，变压器次级线圈上可以
4、得到两个大小相等相位相反的交流电压，它们分别加到整流管VD1、VD2上。,HOME,676,7.1.2 全波整流电路,当1端对地为正，2端对地为负时，VD1导通而VD2截止，,当1端对地为负，2端对地为正时，VD1截止而VD2导通，,当交流电压变化一个周期时，在RL上产生两个半波电压脉冲。,全波整流电路,输出电压的波动比半波整流时小，而输出 的直流分量比半波整流时大一倍（为 ）,HOME,677,7.1.2 全波整流电路,在有滤波电容的全波整流电路中，如RL较小（负载电流大），则输出电压为：,流过每个整流管的平均电流：,约比半波整流时减小一半,每个整流管承受的最大反向电压：,全波整流时输出波纹
5、较小，而且波纹电压的基本频率为交流电网电压频率f的两倍（2f100Hz），波纹电压频率越高，滤波越容易。,HOME,678,7.1.3 桥式整流电路,电路特点：4个整流二极管组成一个电桥，变压器次级线圈和RL分别接到电桥的两个对角线的两端。变压器没有中心抽头，次级两端均不接地。,当u2为正半周时（1端为正，2端为负），二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止。,HOME,679,7.1.3 桥式整流电路,当u2为负半周时（1端为负，2端为正），二极管VD1、VD3截止，VD2、VD4导通。,在u2的两个半周中，流过的电流方向相同，桥式整流电路和全波整流电路的作用一样，具有全波整流的各种优点
6、。,每一个二极管所承受的最大反向电压：,比全波整流时小了一半,HOME,680,滤波：在负载RL两端并接滤波电容C。,为了进一步减小波纹电压可采用RC滤波器或LC滤波器。,教材P225：4种常用整流电路的特性,7.1.4 平滑滤波器,HOME,681,7.1.5 整流电路设计举例,例7-1 设计一个桥式整流电容滤波电路。用220V、50Hz交流 供电，要求输出直流电压Uo=45V，负载电流IL=200mA。,解：（1）电路,（2）整流二极管的选择：,每个二极管承受的最大反向电压：,选用整流二极管2CP31B,HOME,682,7.1.5 整流电路设计举例,（3）滤波电容的确定,一般选放电时间常
7、数大于电容充电周期(经全波整流后周期为T/2) 的(35)倍。,取,选择,HOME,683,7.1.5 整流电路设计举例,（4）对电源变压器T的要求：,变压器次级线圈电压：U2=37.5V,变压器次级线圈电流有效值：I2IL,两个电流的关系决定于电流脉冲波形的形状，波形愈尖，有效值越大。,一般取,对电源变压器的绕制提出了依据。,HOME,684,7.1.6 稳压电源的主要性能指标,(1) 稳压系数S,(2)输出电阻(电源内阻),(3)输出纹波电压,电源输出端的交流电压分量,S越大，稳压性能越好。,R0越小，稳压性能越好,其大小主要取决于滤波和稳压电路的质量，也与整流电路的形式有关。,HOME,
8、685,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,7.2.2 三端可调式集成稳压器,7.2 线性集成稳压器,HOME,686,7.2 线性集成稳压器,集成稳压器：稳压性能好，可靠性高，组装和调试方便。,目前集成稳压器已发展到数百个品种，常用的有下列几种：,（1） 三端固定电压式集成稳压器：,有输入、输出和公共端三个端子，输出电压由制造厂家预先调整好。 采用F-1、F-2型等标准晶体管外壳，或S-7型功率塑料外壳。 常用的有：W78XX系列和W79XX系列等。,（2） 三端电压可调式集成稳压器：,万能通用电源，外接少量元件即可得到较大范围内的输出电压， 并能获得较高的稳压精度。 常用的有：LM117
9、/217/317和LM137/237/337等。,HOME,687,7.2 线性集成稳压器,目前集成稳压器已发展到数百个品种，常用的有下列几种：,（3） 跟踪稳压器（正、负电源集成稳压器）：,应用在正负电源对称的场合。能保证正、负输出电压始终是平衡的， 中点始终为地电位，并具有自动跟踪能力。 常用的有：MC1568MC1468等。,（4） 浮置稳压器：,若要求输出电压的最大值超过40V，可采用MC1466MC1566型。 虽然一般线性集成稳压器也可用扩展电压的方法提高输出电压， 但其输出电压的调节范围不可能做到浮置稳压器那么宽。,HOME,688,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,1. 基
10、本原理,代表：W78MXX系列和W78XX系列,两个系列的区别：输出电流不同，W78MXX为0.5A，W78XX为1.5A。,W79MXX系列和W79XX系列是三端固定负压集成稳压器，与W78MXX系列和W78XX系列相对应。,XX表示输出电压的大小。 输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V共7种。,由基准电压源、比较放大器、调整电路和取样电路等组成。,HOME,689,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,1. 基本原理,三端固定电压式集成稳压器原理框图,HOME,690,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,三端固定电压式集成稳压器组成：,（1）基准电压源,决定集成稳压
11、器输出电压的重要部分，要求其内阻小，稳定性高,由VZ1、VT12和电阻R4、R5、R6和R18构成,（2）比较放大器,将取样电压与基准电压的差值放大后，去控制调整电路的输出电压，要求具有高增益、低温漂和低噪声性能。,HOME,691,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,（3）调整电路,受比较器控制来调整输出电压，要求有足够的电流和承受较大的耗散功率。,（4） 取样电路,由R9 和 R20组成，取样电压US为：,（5）保护电路,为了保证集成稳压器安全工作所必须的附加电路，包含过流保护、芯片过热保护和调整管安全工作区域保护电路。,过流保护电路：由R11和VT15组成。,芯片过热保护电路：由R7和
12、VT14组成。,调整管安全工作区域保护电路：由R12、R13、VD2和VT15组成。,HOME,692,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,1. 基本原理,三端固定电压式集成稳压器内部电路,HOME,693,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,2. 典型应用,输入端电容C1：减小输入电压中的波纹。 输出端电容C2：改善瞬态负载响应特性。,HOME,694,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,3. 扩展应用,（1）输出电压扩展,当电位器调到a端时，,当电位器调到b端时，,UO在918V内可调,HOME,695,7.2.1 三端固定电压式集成稳压器,3. 扩展应用,（2）扩展输出电流电路,通
13、过外接功率晶体管扩展输出电流,可以输出3.5A的电流,HOME,696,7.2.2 三端可调式集成稳压器,1. 117217317系列,117系列的引脚图和原理图,输出电压： 1.2V37V 输入输出压差：340V,HOME,697,7.2.2 三端可调式集成稳压器,1. 117217317系列,C3：防止容性负载时产生阻尼振荡和过冲,C2：抑制稳压器的纹波,C1：防止稳压器的自激,VD1、VD2：防止稳压器的自激,HOME,698,7.2.2 三端可调式集成稳压器,1. 117217317系列,2. LM137237337系列,输出电压：-1.2V -37V,137系列应用电路,HOME,6
14、99,7.2.2 三端可调式集成稳压器,2. LM137237337系列,采用LM117和LM137实现输出电压连续可调的正、负输出稳压电源。,该电路的输出电压为：,HOME,700,7.3 开关型稳压电源,线性稳压电源 优点： 稳定性好、波纹小，瞬态响应快、线路简单、可靠。 缺点： 功率转换效率比较低,开关稳压电源：调整管处于开关工作状态，即由截止到饱和及由饱和到截止两种状态，大大减小了功耗；可以将低电压变换成稳定的高电压，或转换极性。,缺点：输出电压纹波较大，电路比较复杂。,HOME,701,7.3 开关型稳压电源,开关稳压电源方框图,HOME,702,7.3 开关型稳压电源,串联型脉宽调
15、制(PWM)式开关稳压器,电路结构 功率开关管 储能电感 续流二极管 滤波电容 负载,HOME,703,7.3 开关型稳压电源,工作原理,串联型脉宽调制(PWM)式开关稳压器,HOME,704,7.3 开关型稳压电源,工作原理,串联型脉宽调制(PWM)式开关稳压器,k：时间比例系数，改变k就能改变输出直流电压UO,HOME,705,7.3 开关型稳压电源,例7-2 一串联型脉宽调制式开关稳压电源。设 UI=1.2Uac，UO=24V，k为0.10.9。试问交流电网电压在什么范围内变化时，其输出电压UO能维持不变?,解：,即,即交流电网电压的范围为22.23200V时，能维持输出电压不变。,HOME,
