第七章 直流稳压电源电子设备中所需要的直流电源，通常都是由电网所提供的交流电经过变压、整流、滤波和稳压以后得到的各部分电路及其输出波形如图 7-1 所示电源变压器的作用是将 220V 电网电压变换为整流电路所要求的交流电压值整流电路的作用是将交流电压变换为脉动直流电压滤波电路的作用是将脉动的直流电变换为平滑的直流电稳压电路的作用是使直流电源的输出电压稳定，基本不受电网电压或负载变动的影响本章主要介绍小功率直流稳压电源§7-1 整流电路整流电路的作用是将交流电变换成脉动直流电利用二极管的单相导电性可实现单相整流或三相整流为了讨论方便，在以下分析中，除特别说明外，一般均假定负载为纯电阻，二极管、变压器均为理想器件一、单相桥式整流电路图 7-2 所示为单相桥式整流电路的三种常见画法1. 整流原理当 u2 为负半周，即 A 端为负， B 端为正时，二极管 V2、V4 导通，V1 、V3 截止，电流过RL 上电流方向和电压极性与正半周时相同由此可见，在 u2 的正负半周，都有同一方向的电流流过 RL，四只二极管中两只为一组，两组轮流导通，在负载上即可得到全波脉动的直流电压和电流，所以这种整流电路属于全波整流类型。
图 7-4 所示为单相桥式整流电路电压的波形2. 负载上的直流电压单相桥式整流电路和变压器中心抽头式单相全波整流电路在负载 RL 上得到的波形相同，都是全波脉动直流电，所以输出直流电压的计算公式也相同，即UO=0.9U23. 整流二极管的选择整流二极管的最大整流电流 IFM 和最高反向工作电压 URM 分别应满足IFM>0.5ILURM>√2U2考虑到电网电压有±10%的波动，在实际选用二极管时，应至少有 10%的余量例 1 一桥式整流电路，要求它输出 12V 直流电压和 100mA 电流现有二极管2CP10（ IFM=100m A,URM=25V）和 2CP11(IFM=100m A,URM=50V)，应选哪种型号？解 U2=UL/0.9=12/0.9=13.32(V)IFM>0.5IL=0.5×100=50（mA）URM>√2U2=1.414×13.32=18.84(V)可选用四只 2CP10 二极管4. 利用桥式整流获得正、负电源将桥式整流电路变压器二次侧中点接地，并将两个负载电阻的相互连接点接地，如图 7-5所示这样，两个负载上即可分别获得正、负电源二、 三相桥式整流电路单相整流电流的输出功率一般较小，在实际应用中当输出功率超过几千瓦且又要求脉动较小时，就要采用三相整流电路。
三相整流电路输出功率大，电压脉动小，变压器利用率高，并有利于三相电网的负载平衡三相桥式整流电路如图 7-6 所示，组成方法与单相桥式整流电路相似，二极管V1、V3、V5 共阴极连接，接于 A；二极管 V2、V4 、V6 共阳极连接，接于 B；负载 RL 接于 A、B 之间变压器二次侧绕组电压波形如图 7-7a 所示为了便于分析，将一个周期时间从 t1~t7 分为6 等分在每个 1/6 周期时间内，相电压 u2U、u 2V、u 2W 中总有一个是最高的，一个是最低的对于共阴极连接的二极管，哪一只的正极电位最高，这只二极管就处于导通状态；对于共阳极连接的二极管，哪一只的负极电位最低，这只二极管就处于导通状态在 t1~t2 时间内，U 相电压最高，所以共阳极组中 V1 优先导通；V 相电压最低，所以共阴极组中 V4 优先导通；其余二极管都处于截止状态输出电压 uo=uUW在 t2~t3 时间内，U 相电压任然最高，而 W 相电压变得最低，因此 V1 与 V6 串联导通，其余二极管反向截止输出电压 uo=uUW依此类推，在任一瞬间，共阴极组和共阳极组的二极管中各有一只导通，每二只二极管在一个周期内的导通角都为 120°，导通顺序如图 7-7b 所示。
负载 RL 上获得的脉动直流电压波形如图 7-7c 所示与单相整流电流的输出电压波形相比，显然三相桥式整流电路的输出波形要平滑得多三、 倍压整流电路二倍压整流电路如图 7-8 所示，它由两只整流二极管和两只电容器组成其工作原理分析如下：当 u2 为正半周，即 A 端为负， B 端为正时，C1 上电压与变压器二次侧电压相加，使 V2导通，V1 截止；电容 C2 充电，C2 上电压极性为右正左负，最大值可达 2√2U2利用同样原理，可构成多倍压整流电路，如图 7-9 所示以上在分析电路时，为了简便起见，总是假设设电路空载，且已处于稳态实际上只要电路接上负载即存在放电回路，电容上的电压不可能达到最大值尤其当负载电流较大时，输出电压更会明显降低，而且脉动加大，所以倍压整流电路只适用于负载电流很小的场合四、 整流堆的应用将若干只整流二极管按某种方式用绝缘瓷、环氧树脂等封装成一体就制成整流堆，通常称硅堆低压小电流硅整流堆是将整流二极管按半桥或全桥方式组合，称半桥或全桥整流堆，如图 7-10a 所示大电流硅整流堆则是采用特殊工艺，将若干个硅片按一定整流方式连同外壳一起制造，称整流模块或整流组，如图 7-10b 所示。
高压小电流硅整流堆由多只二极管串联封装而成，如图 7-10c 所示全桥整流堆内部电气原理如图 7-11 所示硅整流堆的主要参数是最高反向电压和最大整流电流同整流二极管一样，对硅整流堆也主要用检查正向向和反向电阻来判断其好坏由图 7-11 可知，整流桥堆的两个输出端之间是两只二极管同向串联，两个输入端之间是两只二极管反向串联，因此可用万用表测量引出脚间正反向电阻来判断整流桥堆的好坏对于有些电流较大，反向电压又高达上万伏的高压整流堆，由于串联的二极管较多，一般用万能表难以测试，要用特殊的方法或专门的设备才行§7-2 滤波电路整流电路虽然能把交流电转换为直流电，但是输出的都是脉动直流电，其中仍含有很大的交流成分为了得到平滑的直流电，必须把脉动直流电中的交流成分滤除掉，这一过程称为滤波一、电容滤波电路图 7-12 所示为桥式整流电容滤波电路它是利用电容器两端电压不能突变的特性来进行滤波的滤波电容与负载并联1. 电容滤波原理假设在接通电源前，电容 C 两端电压为零当接通电源后，二极管 V1、V3 导通，电容 C迅速充电（同时也向负载供电） ，电容 C 两端电压随 u2 同步上升，并达到 u2 的峰值。
当输入电压 u2 下降到低于电容两端电压时，V1 、V3 截止（V2、V4 仍截止） ，电容 C 通过 RL放电 ， uo 下降由于 RL 阻值远远大于二极管的正向内阻，所以电容 C 充电快而放电慢，uo 下降缓慢当下一个半周到来，输入电压上升到超过电容端电压时，V2、V4 导通，电容又重复上述充电、放电过程图 7-13 中虚线所示为未接滤波电容时的输出电压波形，实线所示为经过电容滤波后的输出电压波形由于滤波电容的充放电作用，输出电压的脉动程度大为减弱，波形相对平滑，输出电压平均值也得到提高2. 电容滤波的特点RLC 越大，电容 C 放电越慢，输出的直流电压就越大，滤波效果也越好；反之，则输出电压低且滤波效果差，如图 7-14 所示当滤波电容较大时，在接通电源瞬间会有很大的充电电流，称浪涌电流电容滤波适用于负载电流较小且不大的场合桥式整流和半波整流电路经电容滤波后，有关电压和电流的估算可参考表 7-1选择滤波电容一般应满足 RLC≥(3~5)T(T 为脉动电压的周期)；或按表 7-2，根据负载电流的大小来选择例 2 在桥式整流电容滤波电路中，要求输出直流电压为 6V，负载电流为 60mA。
试选择合适的整流二极管解 电源变压器二次侧电压为 U2=UO/1.2=6/1.2=5(V)流过每只二极管的直流电压为 IF=0.5IL=0.5×60=30（mA)每只二极管承受的反向电压为 URM=√2U2=1.414×5=7(V)经查手册，可选用整流二极管 2CZ82A (IFM=100mA,URM=25V)二、电感滤波电路图 7-15a 所示为桥式整流电感滤波电路它是利用通过电感的电流不能突变的特性来进行滤波的滤波电感与负载串联电感也是一种储能元件当电流增加时，电感线圈产生自感电动势阻止电流的增加，同时将一部分电能转化为磁场能量存储起来；当电流减少时，感应电动势将阻止电流减小，同时将储存的能量释放出来所以，通过电感的电流的脉动程度大为减弱，其输出电压（电流）波形的平滑性比电容滤波要好一般情况下，电感越大，滤波效果越好但电感太大，体积变大，成本上升，且输出电压会下降，所以滤波电感常取几亨到几十亨电感滤波主要用于大电流负载或负载经常变化的场合有些整流电流是感性负载，负载本身就起到平滑脉动电流的作用，这时可以不必另加滤波电感三、复式滤波电器为了进一步提高滤波效果，可以将电容器和电感器（或电阻器）组合成复式滤波电路。
1. LC 型滤波电路在电感滤波电路的基础上，再在 RL 上并联一个电容，便构成如图 7-16 所示的 LC 型滤波电路脉动直流电经过电感 L，交流成分被削弱，再经过电容滤波，将交流成分进一步滤除，就可在负载上获得更加平滑的直流电压LC 型滤波电路带负载能力较强，在负载变换时，输出电压比较稳定又由于滤波电容接于电感之后，因此可使整流二极管免受浪涌电流的冲击2. LC—∏型滤波电路在 LC 想滤波电路的输入端再并联一个电容，便构成 LC—∏型滤波电路，如图 7-17 所示LC—∏型滤波电路的输出电压比 LC 型滤波电路的高，波形也更加平滑但带负载能力较差，对整流二极管仍存在浪涌电流为了减小浪涌电流，一般取 C1Uomax+UCES2. 调整管的极限参数应满足ICM>ILmaxU(BR)CEO>Uimax-UominPCM>ILmax（U imax-Uomin）考虑电网电压±10%的波动，U imax 应取 1.1Ui3. 当一只三极管的电流不能满足要求时，可将特性一致的另一只三极管并联使用，如图7-22 所示为使各管电流基本均衡，可介入均流电阻 R，R 一般取零点几欧由于一般大功率三极管的 β 较小，为了提高 β，可用复合管充当调整管。
例 3 如图 7-21 所示串联型直流稳压电路中，已知基准电压 UZ=6V，R 1=RP=R2=300Ω,调整管的压降 UCE 不小于 2V，U BE 忽略不计求：（1） 稳压电路输出电压 UO 的调节范围；（2） RP 滑动触电位于中点时的 UO;（3） 为使调整管能正常工作，变压器二次侧电压有效值 U2 至少应取多少？解 （1）U omin=(R1+RP+R2)/(RP+R2) (UBE2+UZ)=(300+300+300)/(300+300) *6=9(V)Uomin=(R1+RP+R2)/R2 (RP+R2) =(300+300+300)/(300+300) *6=18(V)所以，输出电压的调节范围是：9 V≤UO≤18V(2)RP 滑动触电位于中点时，UO=（4） 因为三极管 UCE 不小于 2V，要求稳压电路输入电压至少为Ui=Uomax+UCE=18+2=20(V)又因桥式整流电容滤波电路有 Ui≈1.2U2所以，变压器次级电压有效值为 U2=Ui/1.2=20/1.2=16.7(V)§7-5 集成稳压器集成稳压器有多种类型按稳压原理不同，可分串联调整式、并联调整式、开关调整式；按引出端数目不同，可分三端集成稳压器和多端集成稳压器；按封装形式不同，可分金属封装和塑料封装。
常见的集成稳压器外形如图 7-23 所示一、固定式三端稳压器固定式三端稳压器有输入端、输出端和公共端三个引出端此类稳压器属串联调整式，除了基准、取样、比较放大和调整等环节外，还有较完整的保护电路常用的 CW78XX 系列是正电压输出，CW79XX 系列是负电压输出根据国家标准，其型号意义如下：CW78XX 系列和 CW79XX 系列稳压器的管脚功能有较大差异，使用。