、直流穩(wěn)壓電源

1、1第五章 直流穩(wěn)壓電源軟件學(xué)院侯剛2主要內(nèi)容5.1 概述5.2 單相小功率整流電路5.3 濾波電路5.4 穩(wěn)壓電路35.1 概述 在電子電路設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。本章所介紹的直流電源為單相小功率電源，它將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。45.1 概述 直流電源的輸入電壓為220V的電網(wǎng)電壓(即市電)，一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路需要。 變壓器副邊交流電壓通過整流電路由交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，

2、即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓。它含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作，因而不能直接作為電子電路的供電電源。 為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，而基本保持恒壓輸出。55.2 單相小功率整流電路在研究整流電路時(shí)，關(guān)鍵是能夠求出下列性能參數(shù)：1、衡量整流電路工作性能的參數(shù)輸出電壓的平均值Uo(AV)：反映整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的性能。脈動(dòng)系數(shù)S：它說明整流電路輸出電壓中交流成分的大小，是用來衡量整流電路輸出

3、電壓平滑程度的指標(biāo)。2、選擇整流二極管所需要的參數(shù)流過二極管的正向平均電流ID(AV)。二極管所承受的最大反向電壓URM。65.2.1 單相半波整流電路222sinuUto222sin(0 )uuUtt 0( 2 )out副邊電壓有效值瞬時(shí)值單相半波整流電路的波形75.2.1 單相半波整流電路1、主要參數(shù)計(jì)算 O(AV)2 12sind()2UUtt2O(AV)2UU20.45U解得 負(fù)載電流的平均值O(AV)O(AV)L=UIR2L0.45URO1MO(AV)USU整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S定義為：整流輸出電壓的基波峰值UO1M與輸出電壓平均值UO(AV)之比。 S愈大，脈動(dòng)愈大通過諧波分析諧

4、波分析可得O1M2/2UU22/21.5722/USU則85.2.1 單相半波整流電路2、二級(jí)管的選擇一般應(yīng)根據(jù)流過二極管電流的平均值和它所承受的最大反向電壓來選擇二極管的型號(hào)。 在單相半波整流電路中，二極管的正向平均電流等于負(fù)載電流平均值 2D(AV)O(AV)L0.45UIIR二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值電壓，即RM22UU95.2.1 單相半波整流電路一般情況下，允許電網(wǎng)電壓有10%的波動(dòng)，對(duì)于最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應(yīng)至少留有10%的余地，以保證二極管安全工作 2FO(AV)L21.11.1UIIRR21.1 2UUl單相半波整流電路簡單易行，只利用

5、了交流電壓的半單相半波整流電路簡單易行，只利用了交流電壓的半個(gè)周期，輸出電壓低，交流分量大個(gè)周期，輸出電壓低，交流分量大(即脈動(dòng)大即脈動(dòng)大)，效率低，效率低l僅適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的場合。僅適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的場合。105.2.2 單相橋式整流電路115.2.2 單相橋式整流電路1、主要參數(shù)計(jì)算 輸出電壓平均值UO(AV)和輸出電流平均值IO(AV) O(AV)2 012sind()UUtt解得2O(AV)22 20.9UUUO(AV)2O(AV)LL0.9UUIRR根據(jù)諧波分析，橋式整流電路UO1M的角頻率是u2的2倍與半波整流電路相比，輸出電壓的脈動(dòng)減小很多。

6、125.2.2 單相橋式整流電路2、二極管的選擇在單相橋式整流電路中，每只二極管只在半個(gè)周期通過電流，每只二極管的平均電流為負(fù)載電阻上電流平均值的一半 O(AV)2D(AV)L0.452IUIR二極管承受的最大反向電壓RM22UU考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為10%，選擇最大整流電流IF和最高反向工作電壓URM分別為：O(AV)2FL1.121.12IUIRRM21.1 2UUl單相橋整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓單相橋整流電路與半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)

7、小等優(yōu)點(diǎn)還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 135.2.2 單相橋式整流電路將橋式整流電路的四個(gè)二極管封裝成為一個(gè)器件就稱為整流橋 兩個(gè)負(fù)載上獲得正、負(fù)電源電路 145.3 濾波電路 整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是脈動(dòng)較大，含有較大的諧波成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子線路及設(shè)備需要。因此，一般在整流后，還需利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。下面介紹三種濾波電路： 電容濾波電路； 電感濾波電路； 復(fù)式濾波電路；155.3 濾波電路1、電容濾波電路：從電容器的特性來看，由于電容兩端的電壓不能突變，則負(fù)載兩端的電壓也不

8、會(huì)突變，使輸出電壓得以平滑，達(dá)到了濾波的目的。從電容器的阻抗特性來看，其容抗1/(2)CXfC165.3 濾波電路電容濾波電路的外特性 l帶電容濾波電路以后，UO(AV)的大小隨負(fù)載有較大的變化，即外特性較差，因此一般用于負(fù)載電流較小，且要求輸出電壓較高、脈動(dòng)較小的場合。22U22U輸出電壓平均值UO(AV)的大小與RL、C的大小有關(guān)，RL愈大、C愈大，電容放電愈慢，UO(AV)愈高。極限情況下，RL=，C上電壓充電至 時(shí)不再放電，則UO(AV)= 。當(dāng)RL很小時(shí)，C放電很快，甚至與u2同步下降，則UO(AV)=0.9U2。175.3 濾波電路當(dāng)滿足條件l考慮到浪涌電流的存在，實(shí)際電路常在電容

9、C之前，整流電路的輸出端串一個(gè)小電阻，其阻值約為(0.020.1)RL，以保護(hù)整流二極管。 185.3 濾波電路2、電感濾波電路感抗感抗O(AV)U20.9U輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值UO(AV)，一般要小于全波整流電路輸，一般要小于全波整流電路輸出電壓的平均值，如果忽略電感線圈的銅阻，則出電壓的平均值，如果忽略電感線圈的銅阻，則195.3 濾波電路 電感濾波電路對(duì)整流二極管沒有電流沖擊，為了使L值足夠大(幾亨幾十亨)，多用鐵心電感，因此電路體積大、笨重，且輸出電壓的平均值UO(AV)較低。 輸出電壓的交流成分，是整流電路輸出電壓的交流成分經(jīng)XL和RL分壓的結(jié)果，只有 時(shí)，濾波效果才好。

10、可見電感濾波適用于負(fù)載電阻很小、負(fù)載電流大的場合。LLR205.3 濾波電路3、復(fù)式濾波電路輸出電壓中的交流成分絕大部分降在了L上，C對(duì)交流接近短路，故uo中交流成分很小，幾乎是一個(gè)平滑的直流電壓。其效果比單個(gè)電容或電感濾波電路都好。由于整流后先經(jīng)L濾波，其總特性與電感濾波電路相近，故稱為電感型LC濾波電路。若將C平移到L之前則成為電容型LC濾波電路215.4 穩(wěn)壓電路 雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換成較為平滑的直流電壓，但是，一方面，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)；另一方面，由于整流濾波電路內(nèi)阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)

11、，內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生變化，于是輸出電壓平均值也就隨之變化；因此，整流濾波電路輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，隨著負(fù)載電阻的變化而變化。225.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 1、工作原理穩(wěn)壓管正常工作的條件是流過穩(wěn)壓管的電流穩(wěn)壓管正常工作的條件是流過穩(wěn)壓管的電流Iz在在Izmax到穩(wěn)到穩(wěn)定電流定電流Izmin之間。之間。 235.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路設(shè)設(shè)RL不變，電網(wǎng)電壓升高不變，電網(wǎng)電壓升高 245.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路設(shè)電網(wǎng)電壓不變，設(shè)電網(wǎng)電壓不變，RL變化變化 255.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路實(shí)際上這兩個(gè)過程同時(shí)存在，其調(diào)整過程也是同時(shí)存在的。實(shí)際上這兩個(gè)過程同時(shí)存在，其調(diào)整過程也是同時(shí)存

12、在的。確定穩(wěn)壓管參數(shù)一般取確定穩(wěn)壓管參數(shù)一般取265.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2、限流電阻R的計(jì)算方法 兩個(gè)極限情況： (1) UI達(dá)到最大值而IL達(dá)到最小值時(shí) ImaxzLminzmaxUUIIRImaxzZmaxLminUURII275.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路(2) UI達(dá)到最小值而IL達(dá)到最大值時(shí)IminzLmaxzminUUIIRIminzzminLmaxUURII即即綜合兩式綜合兩式 ImaxzIminzzmaxLminzminLmaxUUUURIIII285.4.2 集成穩(wěn)壓器 最簡單的集成穩(wěn)壓器只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。 本節(jié)主要介紹常用的W78XX系列三

13、端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。 該組件的外形如下圖，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)。295.4.2 集成穩(wěn)壓器1端端: 輸入端輸入端2端端: 輸出端輸出端3端端: 公共端公共端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: 輸出端輸出端3端端: 輸入端輸入端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形123305.4.2 集成穩(wěn)壓器注：注：型號(hào)后型號(hào)后XX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:5V、9V、12V 、18V、 24V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W78XX負(fù)穩(wěn)壓負(fù)穩(wěn)壓W79XX315.4.2 集成穩(wěn)壓器 應(yīng)用電路應(yīng)用電路1、輸出固定電壓的穩(wěn)定電路注意：注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩(wěn)壓器系列穩(wěn)壓器 基本接線圖基本接線圖CoW7800CIUI+_Uo1230.11 F1F325.4.2 集成穩(wěn)壓器2、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路W78XXCIUI+