第九章直流電源

1、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 電子設(shè)備一般都需要電壓穩(wěn)定的直流電源電子設(shè)備一般都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。直流穩(wěn)壓電源不可能由電池長時間供電。直流穩(wěn)壓電源不可能由電池長時間供給，大多是由交流電經(jīng)過變壓、整流、供給，大多是由交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)后得到，因此，在電子濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)后得到，因此，在電子線路的應(yīng)用中，直流穩(wěn)壓電源是非常重要線路的應(yīng)用中，直流穩(wěn)壓電源是非常重要的一環(huán)。的一環(huán)。 本章簡單介紹小功率直流穩(wěn)壓電源的電路本章簡單介紹小功率直流穩(wěn)壓電源的電路組成、工作原理及其參數(shù)計算。組成、工作原理及其參數(shù)計算。 直流電源的組成及各部分作用直流電源的組成及各部分作用1. 1.

2、 直流電源的用途直流電源的用途電子系統(tǒng)的運行離不開穩(wěn)定的直流電源。電子系統(tǒng)的運行離不開穩(wěn)定的直流電源。小型的、臨時使用的電子系統(tǒng)可以采用電小型的、臨時使用的電子系統(tǒng)可以采用電池供電：池供電：化學(xué)能化學(xué)能電能電能太陽能太陽能電能電能交流電交流電直流電直流電電源變壓器電源變壓器: : 將交流電網(wǎng)將交流電網(wǎng)220V220V的電壓的電壓u u1 1變?yōu)樗枰慕涣麟妷鹤優(yōu)樗枰慕涣麟妷簎 u2 2。還可實現(xiàn)高、低壓隔離，以利安全。還可實現(xiàn)高、低壓隔離，以利安全。整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u u1 1u u2 2u u3 3u u4 4u uo o整整 流流 電

3、電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整流電路整流電路: : 利用單向?qū)щ姷恼髟?，如二極管，將將正負(fù)交替變化利用單向?qū)щ姷恼髟?，如二極管，將將正負(fù)交替變化的交流電變換成單向脈動電的交流電變換成單向脈動電濾波電路濾波電路: : 利用儲能元件，如電容，電感等，將利用儲能元件，如電容，電感等，將脈動直流脈動直流電壓電壓u u3 3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)槠交闹绷髌交闹绷麟妷弘妷簎 u4 4。此時電壓穩(wěn)定性較差，質(zhì)量不高。此時電壓穩(wěn)定性較差，質(zhì)量不高。穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: : 采用某些措施，在一定的負(fù)載和一定的電網(wǎng)變化范圍內(nèi)，采用某些措施，在一定的負(fù)載和一定的電網(wǎng)變化范圍內(nèi)，清除電網(wǎng)波動及

4、負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響, ,保持輸出電壓保持輸出電壓u uo o的的穩(wěn)定穩(wěn)定。2. 2. 直流電源的組成及各部分作用直流電源的組成及各部分作用整流電路整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。 單相半波整流單相半波整流、單相橋式整流單相橋式整流 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦?+ + +a aTrTrD Du uo ou u2 2b bR RL Li io o+ + u uD Dt u uD DO Ou u2 2負(fù)半周，負(fù)半周，u ua a

5、u u uC C時，二極管導(dǎo)通，時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載電源在給負(fù)載R RL L供電供電的同時也給電容充電，的同時也給電容充電， u uC C 增加，增加，u uo o= u= uC C 。+ +C Ci ic ci i + + +a aD Du uo ou u2 2b bR RL Li io o= =u uC C O Ou uo o2U2u u2 2 t tO O t t2U2+ +C C + + +a aD Du uo ou u2 2b bR RL Li io o= = u uC C C CC C25)(3LTCR一般取輸出電壓平均值輸出電壓平均值U Uo o及脈動系數(shù)與放電時間常數(shù)及

6、脈動系數(shù)與放電時間常數(shù)R RL LC C 有關(guān)。有關(guān)。 近似估算?。航乒浪闳。?U Uo o = 1.2 = 1.2 U U2 2 ( ( 橋式、全波）橋式、全波） U Uo o = 0.9 = 0.9 U U2 2 （半波）（半波）22U 此時此時 （忽略整流管壓降）（忽略整流管壓降） S=15S=15（脈動系數(shù)）（脈動系數(shù)）22 . 1 UUOOuo2U2u2 tO t2U2iD tO 整流濾波后的直流電，雖然比較平滑，但是受電整流濾波后的直流電，雖然比較平滑，但是受電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響較大，因此需要再整流網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響較大，因此需要再整流濾波之后增加穩(wěn)壓電路使輸出電壓穩(wěn)定，

7、不受電濾波之后增加穩(wěn)壓電路使輸出電壓穩(wěn)定，不受電網(wǎng)波動及負(fù)載變化影響網(wǎng)波動及負(fù)載變化影響 穩(wěn)壓電路的主要技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要技術(shù)指標(biāo) 內(nèi)阻內(nèi)阻r rO O 穩(wěn)壓電壓內(nèi)阻定義為：在輸入電壓穩(wěn)壓電壓內(nèi)阻定義為：在輸入電壓U Ui i不變時，輸出電壓的不變時，輸出電壓的變化變化UUo o和輸出電流的變化和輸出電流的變化IIo o之比。即之比。即 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)S Sr r 穩(wěn)壓系數(shù)定義為：保持輸出電流穩(wěn)壓系數(shù)定義為：保持輸出電流I Io o不變時，穩(wěn)壓電路的輸不變時，穩(wěn)壓電路的輸出電壓相對變化出電壓相對變化 和輸入電壓的相對變化和輸入電壓的相對變化 之比。之比。即即 S Sr r越小，輸入電壓變

8、化對輸出電壓的影響就越小。（一般越小，輸入電壓變化對輸出電壓的影響就越小。（一般小于小于1010） 常數(shù)iOUIoUorOOUUUiUi常數(shù)常數(shù)ooIoiioIiioorUUUUUUUUSUIUZIR = IO + IDZ穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路uO = uZuI = uR + uO+UIRL+CIOuO+IRRDZIDz+u2220V50HzIR( IO )RLIDZIRuO (uZ )uRuR 基本不變基本不變uI一定一定uO 基本不變基本不變UIUZIR = IO + IDZuO = uZuI = uR + uOuIIDZIRuR分壓分壓uO (uZ )uO+uIRL+CIOuO+IRRDZID

9、z+u2220V50Hz限流調(diào)壓限流調(diào)壓maxminminmaxZoziIIRVUminmaxmaxminZoziIIRVUmaxZminZIminminZmaxZImaxOOIIUURIIUUR R1 1、R R2 2：取樣電路：取樣電路V Vrefref：基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓T T1 1：調(diào)整管：調(diào)整管A A：誤差放大器：誤差放大器UOUiARLT+ -VrefR1R2UO Ui+Ub UO= Ub-Ube R1,R2 U UO O= U= Ui i- U- Ucece= U= Ub b-U-Ubebe 這樣，電路維持輸出電壓這樣，電路維持輸出電壓U UO O基本不變?；静蛔儭?UOUiA

10、RLTVrefR1R2+-由運放虛短，可得由運放虛短，可得 U Ui i- - = U = Ui i+ += V= Vrefref refOVRRU211 主要特點主要特點 電壓穩(wěn)定度高，輸出調(diào)節(jié)方便；電壓穩(wěn)定度高，輸出調(diào)節(jié)方便； 調(diào)整管工作在線性，效率不高；調(diào)整管工作在線性，效率不高； 基準(zhǔn)電壓一般用穩(wěn)壓管產(chǎn)生?；鶞?zhǔn)電壓一般用穩(wěn)壓管產(chǎn)生。 實用電路實用電路T T1 1調(diào)整環(huán)節(jié)，為射極跟隨器；調(diào)整環(huán)節(jié)，為射極跟隨器；T T2 2誤差放大，誤差放大，R R4 4集電極電阻；集電極電阻；R R3 3，D DZ Z 基準(zhǔn)電壓；基準(zhǔn)電壓；R R1 1，R R2 2 采樣；采樣；C C1 1提高響應(yīng)速度

11、，提高響應(yīng)速度，C C2 2高頻濾波；高頻濾波；輸出電壓：由輸出電壓：由 可得可得 )(121BEZOVVRRUBEzROVVVRRRU2221UOUiRLR1R2DZR3R4T2T1C1C2串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由、和和四部分組成。四部分組成。T T+ +_ _U UI IU UO O比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣U UR RFUFUO O+ +_ _C C2 2R RL L調(diào)整元件調(diào)整元件+ + +T T+ +_ _U UI IU UO O比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣U UR RFUFUO O+ +_ _C C2 2R RL L調(diào)整元件調(diào)整元件+ + +調(diào)整元件調(diào)整元

12、件T T：與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電流?？梢允菃蝹€功與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電流?？梢允菃蝹€功率管，復(fù)合管或用幾個功率管并聯(lián)。率管，復(fù)合管或用幾個功率管并聯(lián)。比較放大器：比較放大器：可以是可以是單管放大電路單管放大電路，差動放大電路差動放大電路，集成運算集成運算放大器放大器?；鶞?zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓：可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成?？捎煞€(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取樣電路：取出輸出電壓：取出輸出電壓U UO O的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積

13、小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。護(hù)環(huán)節(jié)。1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 輸入端輸入端3端端: 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形123目前

14、使用較多的集成穩(wěn)壓器是三端集成穩(wěn)壓器。目前使用較多的集成穩(wěn)壓器是三端集成穩(wěn)壓器。三端集成穩(wěn)壓器只有三端集成穩(wěn)壓器只有3 3個引腳，分別是輸入端、輸出端和公共端。個引腳，分別是輸入端、輸出端和公共端。 注：注：型號后型號后XXXX兩位數(shù)字代表輸出電壓值兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有輸出電壓額定電壓值有: :5V5V、9V9V、12V 12V 、18V18V、 24V24V等等 。三端集成三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器固定式固定式可調(diào)式可調(diào)式正穩(wěn)壓正穩(wěn)壓W78XXW78XX負(fù)穩(wěn)壓負(fù)穩(wěn)壓W79XXW79XX集成穩(wěn)壓電源的分類集成穩(wěn)壓電源的分類78 L 0578 L 05兩位數(shù)字，為輸出電壓值兩位數(shù)

15、字，為輸出電壓值常用輸出電壓有常用輸出電壓有0 05/06/08/09/10/12/15/18/245/06/08/09/10/12/15/18/24兩位數(shù)字，表示輸出電壓極性兩位數(shù)字，表示輸出電壓極性78 78 輸出正電壓；輸出正電壓；79 79 輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓 一、輸出為固定電壓的電路一、輸出為固定電壓的電路應(yīng)用電路應(yīng)用電路輸出為固定正壓時的接法如圖所示輸出為固定正壓時的接法如圖所示。+ +_ _W7800W7800系列穩(wěn)壓器系列穩(wěn)壓器 基本接線圖基本接線圖C Co oW7800W7800C CI IU UI I+ +_ _U Uo o1 13 32 20.110.11 F F1 1

16、F F二二 、輸出正負(fù)電壓的電路、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時輸出電路正負(fù)電壓同時輸出電路W78XXW78XXC CI IU UI I+ + _ _U UO O1 13 32 2+ + _ _C CI IW79XXW79XX1 13 3C CO OC CO O2 2U UO OC CO OW78XXW78XXC CI IU UI I+ +_ _+ +_ _U UO O1 13 32 2U UXXXXU UZ ZR RD DZ ZU UXX XX : : 為為W78XXW78XX固定輸出電壓固定輸出電壓 U UO O = = U UXX XX + + U UZ Z三、提高輸出電壓的電路三、提高

17、輸出電壓的電路四、輸出電壓可調(diào)式電路四、輸出電壓可調(diào)式電路用三端穩(wěn)壓器也可以實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下圖是用用三端穩(wěn)壓器也可以實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下圖是用W7805W7805組成的組成的7 730V30V可調(diào)式穩(wěn)壓電源?？烧{(diào)式穩(wěn)壓電源。W7805W78051 13 32 2R R1 1C CI IC Co oU UI I7 76 62 23 34 4U Uo oR R2 2F007F0070.330.33 33V33V10k10k0.10.1 ooURRRUUU2121 ( (U UXXXX=5V)=5V)運算放大器作為電壓跟隨器使用運算放大器作為電壓跟隨器使用, , 它的電源就借助于穩(wěn)它的電源就借助

18、于穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。由于運放的輸入阻抗很高壓器的輸入直流電壓。由于運放的輸入阻抗很高 , ,輸出輸出阻抗很低，可以克服穩(wěn)壓器受輸出電流變化的影響。阻抗很低，可以克服穩(wěn)壓器受輸出電流變化的影響。1 13 32 2R R1 1C CI IC Co oU UI I7 76 62 23 34 4U Uo oR R2 2F007F0070.330.33 33V33V10k10k0.10.1 W7805W7805)1 (12RRUUXXo XXooUUU 1U Uo o1 1穩(wěn)壓電源是使用電子電路調(diào)整輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定目的的電源，有串聯(lián)穩(wěn)壓電源是使用電子電路調(diào)整輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定目的的電源，有串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源等。型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源等。 普通的串聯(lián)穩(wěn)