第10講 直流穩(wěn)壓電源

1、電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電變?yōu)楹线m的交流電壓壓u2。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u1u2u3u4uo整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路濾波電路: 將脈動直流電壓將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簤簎4。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸保持輸出電壓出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。12.1 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能直流穩(wěn)壓電

2、源的組成和功能整流電路的任務(wù)：整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。電壓。12.2 單相整流電路單相整流電路常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。橋式和倍壓整流等。為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。12.2.1 單相半波整流電路的工作原理單相半波整流電路的工作原理u2 0 時，二極管時，二極管導(dǎo)通。導(dǎo)通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正忽略二極管正向壓

3、降：向壓降： uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20 時時D1,D3導(dǎo)通導(dǎo)通D2,D4截止截止電流通路電流通路:A D1RLD3Bu20 時時D2,D4導(dǎo)通導(dǎo)通D1,D3截止截止電流通路電流通路:B D2RLD4A輸出是脈動的直流電壓！輸出是脈動的直流電壓！u2tt橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB幾種常見的硅整流橋外形：幾種常見的硅整流橋外形：+ A C -+-+ - 12.3 濾波電路濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點濾波電路的結(jié)構(gòu)特點: 電容與負(fù)載電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或并聯(lián)，

4、或電感與負(fù)載電感與負(fù)載RL串聯(lián)。串聯(lián)。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓原理：原理：利用儲能元件利用儲能元件電容電容兩端的電壓兩端的電壓(或通過或通過電電感感中的電流中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流電濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。12.3.1 電容濾波電路電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。其電路如圖所示。一、濾波原理一、濾波原理橋式整流電容濾波電路橋式整流電容

5、濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1. RL未接入時未接入時(忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)設(shè)t1時刻接時刻接通電源通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束沒有電容沒有電容時的輸出時的輸出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+2. RL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時 (忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot電容通過電容通過RL放電，放電，在整流電路電壓小在整流電路電壓小于電容電壓時，二于電容電壓時，二極管截止，整流電極管截止，整流電路不為電容充電，路不為電容充電，uo會逐漸下降。會逐漸下降。au1u2u

6、1bD4D2D1D3RLuoSC+u2tuot只有整流電路輸出只有整流電路輸出電壓大于電壓大于uo時，才時，才有充電電流有充電電流iD 。因。因此整流電路的輸出此整流電路的輸出電流是脈沖波。電流是脈沖波。整流電路的整流電路的輸出電流輸出電流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可見，采用電容濾可見，采用電容濾波時，整流管的導(dǎo)波時，整流管的導(dǎo)通角較小。通角較小。u2tuot電容充電時，電容電容充電時，電容電壓滯后于電壓滯后于u2。整流電路的整流電路的輸出電流輸出電流RLC越小，輸出電越小，輸出電壓越低。壓越低。3. RL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時 (考慮整流電路內(nèi)阻考

7、慮整流電路內(nèi)阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+一般取一般取2)53(TCRLd(T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2) 流過二極管瞬時電流很大。流過二極管瞬時電流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 負(fù)載電流的平均值越大負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時間越短整流管導(dǎo)電時間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大故一般選管時，取故一般選管時，取LoLDFRUII21)32(2)32(二、電容濾波電路的特點二、電容濾波電路的特點(1) 輸出電壓輸出電壓 Uo與放電時間常數(shù)與放電時間常數(shù) RLC 有關(guān)。有關(guān)。RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電

8、容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大輸出波形隨負(fù)載電阻輸出波形隨負(fù)載電阻 RL 或或 C 的變化而改變的變化而改變, Uo 和和S 也隨之改變。也隨之改變。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。結(jié)論：結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動不大的場合。較小且負(fù)載變動不大的場合。(3) 輸出特性輸出特性(外特性外特性)uo電容濾波電容濾波純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載1.4U20.9U20IL 12.3.3 其他形式的濾波電路其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多級濾波。

9、如：采取多級濾波。如：L-C 型濾波電路：型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。在電感濾波后面再接一電容。RC 型濾波電路：型濾波電路：在電容濾波后再接一級在電容濾波后再接一級RC濾濾波電路。波電路。 性能及應(yīng)用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。性能及應(yīng)用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC 型濾波電路：型濾波電路：在電容濾波后面再接在電容濾波后面再接L-C 型型濾波電路。濾波電路。1) 電感濾波電感濾波電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。電感濾波電路電感濾波電路u2u1RLLuo一、濾波原理一、濾

10、波原理對直流分量對直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。上。對諧波分量對諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。 因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：約為：u2u1RLLuo二、電感濾波的特點二、電感濾波的特點整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小較小)的場的場合

11、。缺點是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁合。缺點是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。干擾。u2u1RLLuouoRu2u1C1C2uo1 RL2) RC 型濾波電路型濾波電路設(shè)設(shè)uo1的直流分量為的直流分量為U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值為值為U O1m，則：，則：uo的直流分量：的直流分量：oLLoURRRUuoRu2u1C1C2uo1 RLuo的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：moCLCLmoUjXRRjXRU1221)/()/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：)/(12L

12、RRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1uo的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S與與uo1的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S 的關(guān)系：的關(guān)系：SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(121213) L-C 型濾波電路型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設(shè)設(shè)uo1的直流分量為的直流分量為U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值為值為U O1m，：，：29 . 0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(moCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：通常選擇濾波元

13、件的參數(shù)使得：LRC1momoCLCmoULCUjXjXjXU121111uo的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S與與uo1的脈動系數(shù)的脈動系數(shù)S 的關(guān)系：的關(guān)系：SLCUULCUUSomoomo212111114) LC 型濾波電路型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，顯然， LC 型濾波電路輸出電壓的脈動系型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比只有數(shù)比只有LC濾波時更小，濾波時更小，波形更加平滑波形更加平滑；由；由于在輸入端接入了電容，因而較只有于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波濾波時，時，提高了輸出電壓提高了輸出電壓。12.5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型開關(guān)

14、型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) )以下主要討以下主要討論線性穩(wěn)壓論線性穩(wěn)壓電路。電路。電路最簡單，電路最簡單，但是帶負(fù)載能但是帶負(fù)載能力差，一般只力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使不作為電源使用。用。效率較高，效率較高，目前用的也目前用的也比較多，但比較多，但因?qū)W時有限，因?qū)W時有限，這里不做介這里不做介紹。紹。12.5.1 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路一、電路結(jié)構(gòu)的一般形式一、電路結(jié)構(gòu)的一般形式1. 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基本形式串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基本形式負(fù)載電流的變化量可以比穩(wěn)壓管工作電流的變負(fù)載電流的

15、變化量可以比穩(wěn)壓管工作電流的變化量擴(kuò)大（化量擴(kuò)大（1+ ）倍。）倍。TUORL+UZUIiRiZiL實際上是射極輸出實際上是射極輸出器，器，Uo=UZ-UBE 。但帶負(fù)載的能力比但帶負(fù)載的能力比穩(wěn)壓管強(qiáng)。穩(wěn)壓管強(qiáng)。BZRiii, 0BELiii)1 (TUORL+UZUIiRiZiL串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基本形式串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基本形式兩個主要缺點：兩個主要缺點：(1) 穩(wěn)壓效果不好。穩(wěn)壓效果不好。 Uo=UZ UBE(2) 輸出電壓不可調(diào)。輸出電壓不可調(diào)。改進(jìn)的方法：改進(jìn)的方法：在穩(wěn)壓電路中引入帶電壓負(fù)在穩(wěn)壓電路中引入帶電壓負(fù)反饋的放大環(huán)節(jié)。反饋的放大環(huán)節(jié)。串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放

16、大、取樣串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。電路和調(diào)整元件四部分組成。T+_UIUO比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件調(diào)整元件+2. 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路T+_UIUO比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件調(diào)整元件+調(diào)整元件調(diào)整元件T：與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電流。可以與負(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)。是單個功率管，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

17、成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器?；鶞?zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓：可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓輸出電壓UO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。T+_UIUO比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件調(diào)整元件+因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為串串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源二二 、穩(wěn)壓原理、穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2( = UB2-UZ）UC2Uo當(dāng)當(dāng) UI 增加或輸出電流

18、減小使增加或輸出電流減小使 Uo升高時升高時R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2三三 、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍 22221BEZWWOUURRRRRU R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2 2221minBEZWWOUURRRRRU 2221maxBEZWOUURRRRU 四四 、影響穩(wěn)壓特性的主要因素、影響穩(wěn)壓特性的主要因素 2. 流過穩(wěn)壓管的電壓隨流過穩(wěn)壓管的電壓隨 UI 波動，使波動，使UZ 不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，降低了穩(wěn)壓精度。降低了穩(wěn)壓精度。1. 電路對電網(wǎng)電壓的波動抑制能力較差。例：電路對電網(wǎng)電壓

19、的波動抑制能力較差。例：UIVC2 Uo R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23. 溫度變化時，溫度變化時，T2組成的放大電路產(chǎn)生零點組成的放大電路產(chǎn)生零點漂移，時輸出電壓的穩(wěn)定度變差。漂移，時輸出電壓的穩(wěn)定度變差。五、改進(jìn)措施五、改進(jìn)措施在運(yùn)放理想條件下在運(yùn)放理想條件下:RRoUFURRU1)1 (21 1. 選用差動放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替選用差動放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替T2管構(gòu)管構(gòu)成的放大器，可以解決零點漂移的問題。成的放大器，可以解決零點漂移的問題。串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路UITR1R2UFRLUo AV+-RWRUZ2. 采用輔助電

20、源采用輔助電源(比較放大部分的電源比較放大部分的電源)。3. 用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益。用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益。4. 調(diào)整管采用復(fù)合三極管以擴(kuò)大輸出電流的范圍。調(diào)整管采用復(fù)合三極管以擴(kuò)大輸出電流的范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2六、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路缺點六、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路缺點損耗損耗 (P=UCE IL) 大大電源的效率電源的效率 ( =Po/Pi=UoIL/UiIi) 較低較低為了提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。為了提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，當(dāng)負(fù)載電流較大時調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，當(dāng)負(fù)載電流

21、較大時:12.5.2 集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)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，具有體積小，可靠性高，用的單片集成穩(wěn)壓電源，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)壓器。本節(jié)主要介紹常用的本節(jié)主要介紹常用的W7800系列系列三端集成穩(wěn)壓三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。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)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)。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注：注：型號后型號后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