第4章直流穩(wěn)壓電源

1、功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓u4uou3u2u1 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。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。 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娦評D2uD4 uouD t tRLu2iouo1234ab+ + 動畫動畫u2t U2U2U2 uD1uD3 uouD t tRLu2iouo1234ab+ + +動畫動畫u2t

2、 U2U2U2 LLRURUI29.0oo21.110.9ooUUUUttdUUO9.0)(sin21022RM22UU22mo1(sin ) d 1.11IIttI2Do10.452LUIIR例例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為 220 V，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。A 121DOIIV 1722DRMUU21001110.90.9OUUV取取2110%122UUVARUILOO250100解解：81122220 .K 變變比比

3、 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓 U 122 V 可選用二極管可選用二極管2CZ56E，其最大整流電流為，其最大整流電流為3A，反向工作峰值電壓為反向工作峰值電壓為300V。uo+_u+_RLD2D4 D1D3當(dāng)當(dāng)D2或或D4斷開后斷開后 電路為單相半波整流電路。正半周時，電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和和D3導(dǎo)導(dǎo)通，負(fù)載中有電流通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓過，負(fù)載電壓uo o= =u；負(fù)半周時，；負(fù)半周時，D1和和D3截止，負(fù)載中無電流通截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端

4、無電壓，過，負(fù)載兩端無電壓， uo o =0=0。 uo u 2 34tt234oo 則正半周時，二極管則正半周時，二極管D1、D4或或D2、D3導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流經(jīng)經(jīng)D1、D4或或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及此變壓器及D1、D4或或D2、D3將被燒壞。將被燒壞。 則正半周時，情況與則正半周時，情況與D2或或D4接反類似，電源及接反類似，電源及D1或或D3也將因電流過大而燒壞。也將因電流過大而燒壞。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3例例3：變壓器付邊電：變壓器付邊電壓最大值壓最大值 大于電大于電池電壓池電壓 ，試畫，試畫出出 及及 的波形。

5、的波形。uGBUouoi 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓壓(或通過電感中的電流或通過電感中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)電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。到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：方法：將電容與負(fù)載將電容與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)( (或?qū)㈦姼信c負(fù)載或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串串聯(lián)聯(lián)) )。 u2 uC時，二極管導(dǎo)通，時

6、，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載電源在給負(fù)載RL供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 動畫動畫uo+_u+2D2D4 D1D3RLuoU2U2u2 tO tO22UUDRM25)(3LTCR 一一般般取取 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間與放電時間常數(shù)常數(shù)RLC有關(guān)。有關(guān)。 近似估算取：近似估算?。?Uo = 1. 2 U2 ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U2 （半波）半波）22U 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平

7、直的輸出電壓二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 22UUDRM 未加未加 加電容濾波后，只有在電容充電時，二極管加電容濾波后，只有在電容充電時，二極管才導(dǎo)通，因此才導(dǎo)通，因此 。RLC 值越大，值越大，濾波效果越好，濾波效果越好， RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二極管導(dǎo)通時間越短整流二極管導(dǎo)通時間越短 iD 的峰值電流越大。的峰值電流越大。iD tuoU2 tOO有電容有電容濾波濾波 無電容濾波無電容濾波0 oIO 濾波電容選定后，輸出電壓平均值與輸出電流濾波電容選定后，輸出電壓平均值與輸出電流平均值的關(guān)系稱為平均值的關(guān)系稱為輸出特性輸出特性。Uo曲線表明

8、，電容曲線表明，電容C越越大，電路帶負(fù)載能力大，電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)，濾波效果越好；越強(qiáng)，濾波效果越好；但負(fù)載變化較大時，但負(fù)載變化較大時，輸出性能變差。輸出性能變差。 電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值高，適用電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值高，適用于負(fù)載電流較小，負(fù)載變化也較小的場合。于負(fù)載電流較小，負(fù)載變化也較小的場合。例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。V 3525222D

9、RMUU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 2 . 1O2UU可選用二極管可選用二極管2CZ53CIOM =300mA UDRM =100V 例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 200 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 選擇濾波電容器選擇濾波電容器

10、F250F102502000.05 0506L R.C可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容器的極性電容器L uRLuo+輸出電壓平均值：輸出電壓平均值：20.9oUUL uRLuo+C 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，濾波器更好，但二極管的沖擊但二極管的沖擊電流較大。電流較大。 比比 形形 LC 濾濾波器的體積小、波器的體積小、成本低。成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) 設(shè)設(shè)UI一定，負(fù)載一定，負(fù)載RL變化變化UI = UR + UOUO 基本不變基本不變 IR (IRR) 基本

11、不變基本不變UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路UO = UZ IR = IO + IZ UI = UR + UOUIUZUI UO UO 基本不變基本不變 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) 電路輸入電壓的選擇：電路輸入電壓的選擇： UI = (2 3) UO(3) 限流電阻的選擇限流電阻的選擇 RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin(2) 穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的選擇UZ = UO IZM= (1.5 5) IOmaxUi

12、TR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電串聯(lián)型穩(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。路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整調(diào)整元件元件比較比較放大放大基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓取樣取樣電路電路 當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓壓UO 升高時，有如下穩(wěn)壓過程：升高時，有如下穩(wěn)壓過程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoBUUAU UO Uf UB UO 由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。壓電路。UITR2UZRLUO +

13、R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R Z3212BO)(1URRRRUU UiTR3UZRLUO +R4+UB+DZ+Uf+R12R2R 由此式可以求出由此式可以求出Uo的最小值和最大值。的最小值和最大值。單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用靈活用靈活, ,價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。兩位數(shù)字為輸出電壓值兩位數(shù)字為輸出電壓值三三端端穩(wěn)穩(wěn)壓壓器器輸出固定電壓輸出固定電壓輸出正電壓輸出正電壓78XX

14、 輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓79XX （1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）連續(xù)可調(diào)）W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1輸入端輸入端3 公共端公共端2 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1 公共端公共端3輸入端輸入端2 輸出端輸出端 輸出電流超過輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器）（加散熱器） 不需要外接元件不需要外接元件 內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過熱保護(hù) 內(nèi)部有過流保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù) 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù) 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時，電網(wǎng)電壓波反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時，電網(wǎng)

15、電壓波動對穩(wěn)壓電路的影響動對穩(wěn)壓電路的影響, ,即單位輸出電壓變化量與輸入電即單位輸出電壓變化量與輸入電壓變化量的比值。壓變化量的比值。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時，輸出電流變反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時，輸出電流變化時化時( (從零到最大值從零到最大值) )輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。壓電路的帶負(fù)載能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.11.0%(3) 輸出電壓輸出電壓 UO (5) 最大輸入電壓最大輸入電壓 UiM (6) 最大功耗最大功耗 PM OMOI

16、MM)(IUUP (4) 最大輸出電流最大輸出電流 IOM 輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。COW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO= I2 + ICCOW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+ 電阻電阻R的作用是使的作用是使功率管在輸出電流功率管在輸出電流較大時才能導(dǎo)通較大時才能導(dǎo)通 W117 、

17、 W217 、 W317是三端可調(diào)正輸出電壓是三端可調(diào)正輸出電壓集成穩(wěn)壓器，集成穩(wěn)壓器，W137 、 W237 、 W337是三端可調(diào)是三端可調(diào)負(fù)輸出電壓集成穩(wěn)壓器負(fù)輸出電壓集成穩(wěn)壓器。W1172313為輸入端，為輸入端，2為輸出端，為輸出端，1為調(diào)整端為調(diào)整端。W137231)V1(25112ORR.U 流過調(diào)整端電流流過調(diào)整端電流 100 A，在要求不高的場合它，在要求不高的場合它在在R2上的壓降可以忽略上的壓降可以忽略COW117CiUi+_+_UO321 AdjR1R2240 1F0.1F例例1：整流濾波電路如圖所示，二極管為理想元件，整流濾波電路如圖所示，二極管為理想元件，已知負(fù)載電

18、阻已知負(fù)載電阻RL=400，負(fù)載兩端直流電壓，負(fù)載兩端直流電壓Uo=60V，交流電源頻率交流電源頻率f=50Hz。要求：。要求：(1)在下表中選出合適在下表中選出合適型號的二極管；型號的二極管；(2)計(jì)算出濾波電容器的電容及所承計(jì)算出濾波電容器的電容及所承受的最大電壓。受的最大電壓。變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓260501.21.2oUUV負(fù)載電流負(fù)載電流 600.15150400ooLUIAmAR流過二極管的電流流過二極管的電流 1507522oDIImA所承受的最大反向電壓所承受的最大反向電壓 222 5070.7RMUU所以應(yīng)選擇所以應(yīng)選擇2CZ52C(100mA,100V)2CZ52C(100mA,100V) 52LTR C 55 0.0212522 400LTCFR電容的耐壓電容的耐壓222 5070.7RMUU例例2：下圖所示整流濾波穩(wěn)壓電路中，已知下圖所示整流濾波穩(wěn)壓電路中，已知R=500，負(fù)載，負(fù)載RL=1K，穩(wěn)壓管穩(wěn)