第10章 直流穩(wěn)壓電源(修改)

1、直穩(wěn)壓電源組成與功能組成與功能小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路全波整流電路全波整流電路橋式整流電路橋式整流電路電源濾波電路電源濾波電路倍壓整流電路倍壓整流電路串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路二極管穩(wěn)壓電路二極管穩(wěn)壓電路主要性能參數(shù)主要性能參數(shù)組成及穩(wěn)壓原理組成及穩(wěn)壓原理二極管穩(wěn)壓電路設(shè)計時參數(shù)的選擇二極管穩(wěn)壓電路設(shè)計時參數(shù)的選擇工作原理及電路分析工作原理及電路分析串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路設(shè)計串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路設(shè)計半波整流電路半波整流電路其他形式的濾波電路其他形式的濾波電路開關(guān)穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器的組成框圖及功能概述三端集成穩(wěn)壓器的組成框圖及功能概

2、述三端集成穩(wěn)壓電路分類三端集成穩(wěn)壓電路分類三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓電路分類開關(guān)穩(wěn)壓電路分類并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路 直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分，直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分，其作用是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)其作用是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。10.1 直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用u1變壓器u2整 電流 路u3濾 電波 路u4穩(wěn) 電壓 路Uo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的變

3、為合適的 交流電壓交流電壓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霓D(zhuǎn)變?yōu)槠交?直流電壓直流電壓u4。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響, 保持輸出電壓保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。10.1 直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用整流電路的任務(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。

4、常見的小功率整流電路，單相半波、全波、常見的小功率整流電路，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，把二極管當作理想元件處理。為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理。10.2 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路u2 0 時，二極管導通時，二極管導通iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正向壓降： uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20 時時D1,D3導通導通D2,D4截止截止電流通路電流通路:A D1RLD3Bu20 時時D2,D4導通導通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

5、電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB2. 電壓電流波形圖電壓電流波形圖橋式整流橋式整流電路電壓、電電路電壓、電流波形如圖所示。流波形如圖所示。 uO與全波整與全波整流電路相同。流電路相同。幾種常見的硅整流橋外形：幾種常見的硅整流橋外形：+ A C -+- + - 單相整流電路單相整流電路(1) (1) 直流電壓直流電壓Uo和和直流電流直流電流IL=Io全波整流時，負載電壓全波整流時，負載電壓 Uo的平均值為的平均值為:ooU.tduU2029021負載上的負載上的(平均平均)電流電流:LLRU.I2903. 主要參數(shù)主要參數(shù) S定義：

6、定義：整流輸出電壓的基波峰值整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均與平均值值Uo之比。之比。(2) (2) 脈動系數(shù)脈動系數(shù)6703222324221.UUUUSomo用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點: : 電容與負載電容與負載 RL 并聯(lián)，或電感與負并聯(lián)，或電感與負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( 或通過或通過電感電感中的中的電流電流)不能突變的特

7、性不能突變的特性, 濾掉整流電路輸出電壓中濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。電壓波形的目的。10.2.4 電源濾波電路電源濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。如圖所示。（1）濾波原理）濾波原理橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1 電容濾波電路電容濾波電路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)束沒有電容時沒有電容時的輸出波形的輸出波形電路

8、圖au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+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，二極管都截止，整流極管都截止，整流電路不為電容充電，電路不為電容充電，uo會逐漸下降。會逐漸下降。電路圖2 2）帶電阻負載）帶電阻負載RL時的情形時的情形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+2 2）帶電阻負載）帶電阻負載RL時的情形時的情形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+ C 越大，越大， RL越大，越大，越大，越大，放電越慢，曲線放電越慢，曲線越平滑，脈動越小。越平滑，脈動越小。u2tuotuot只有整流電路輸出只有

9、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iD采用電容濾波時，整采用電容濾波時，整流管的導通角較小。流管的導通角較小。u2tuoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC+iD電路圖uot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RL接入并考慮整流電路內(nèi)阻時接入并考慮整流電路內(nèi)阻時u2t電路圖au1u2u1bD4D2D1D3RLSC+iD。時，當2O(AV)L2 . 12)53(UUTCR。的耐壓值應(yīng)大于221 .

10、 1UC 簡單易行，簡單易行，U UOO（AVAV）高，高，C C 足夠大時足夠大時交流分量較交流分量較??；不適于大電流負載。??；不適于大電流負載。(3)優(yōu)缺點整流橋的整流橋的簡化畫法簡化畫法（2）電容的選擇及UO（A V）的估算改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：改善濾波特性的方法：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

11、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。10.2.6其他形式的濾波電路其他形式的濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): : 在橋式整流電路與負載間串入一電感在橋式整流電路與負載間串入一電感L。電感濾波電路電感濾波電路u2u1RLLuo1 1、電感濾波電路、電感濾波電路uoRu2u1C1C2uo1 RL(1) (1) RC 型濾波電路型濾波電路2. 2. 復式濾波電路復式濾波電路u2u1LuoCRLuo1(2) (2) L L- -C C 型濾波電路型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1 LC 型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比只有型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比只有LC濾波時

12、更小，濾波時更小，波形更加平滑波形更加平滑；由于在輸入端接；由于在輸入端接入了電容，因而較只有入了電容，因而較只有LC濾波時，濾波時，提高了輸出電提高了輸出電壓壓。(3) (3) LC 型濾波電路型濾波電路整流濾波電路存在兩個方面問題：整流濾波電路存在兩個方面問題：1 1、輸出直流電壓受電網(wǎng)電壓波動影響不穩(wěn)定。、輸出直流電壓受電網(wǎng)電壓波動影響不穩(wěn)定。2 2、當負載電阻變化時，輸出直流電壓發(fā)生變化。、當負載電阻變化時，輸出直流電壓發(fā)生變化。 基于上述兩方面的原因，實際中，在整流濾基于上述兩方面的原因，實際中，在整流濾波電路后面接入穩(wěn)壓電路。波電路后面接入穩(wěn)壓電路。10.3 10.3 二極管穩(wěn)壓電

13、路二極管穩(wěn)壓電路10.3.1 10.3.1 二極管穩(wěn)壓電路的組成及穩(wěn)壓原理二極管穩(wěn)壓電路的組成及穩(wěn)壓原理1. 1. 二極管穩(wěn)壓電路的組成二極管穩(wěn)壓電路的組成u1u2RLUoIRCUiVIZILUZRR R限制流過限制流過D DZ Z電流，流過電流，流過D DZ Z電流滿足電流滿足I IzminzminI Iz zI IzmaxzmaxR RL L與與D DZ Z相并聯(lián)，稱并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。相并聯(lián)，稱并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 在這種電路中，不論是電網(wǎng)電壓波動還是負載電在這種電路中，不論是電網(wǎng)電壓波動還是負載電阻阻R RL L的變化，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路都能起到穩(wěn)壓作用，因的變化，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路都能起到穩(wěn)壓作用，

14、因為為U UZ Z基本恒定，而基本恒定，而U Uo o= =U UZ Z。下面從兩個方面來分析其穩(wěn)。下面從兩個方面來分析其穩(wěn)壓原理：壓原理： （1 1）設(shè)）設(shè)R RL L不變，電網(wǎng)電壓升高使不變，電網(wǎng)電壓升高使U Ui i升高，導致升高，導致U Uo o升高，而升高，而U Uo o= =U UZ Z。根據(jù)穩(wěn)壓管的特性，當。根據(jù)穩(wěn)壓管的特性，當U UZ Z升高一點時，升高一點時，I IZ Z將會顯著增加，這樣必然使電阻將會顯著增加，這樣必然使電阻R R上的壓降增大，上的壓降增大，吸收了吸收了U Ui i的增加部分，從而保持的增加部分，從而保持U Uo o不變。不變。 2 2 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓

15、過程簡述如下：穩(wěn)壓過程簡述如下：RRIIIZZoUUUiUIIUUUZLRRiou1u2RLUoIRCUiVIZILUZR （2 2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當負載電阻）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當負載電阻R RL L阻值增大時，阻值增大時，I IL L減小，限流電阻減小，限流電阻R R上壓降上壓降U UR R將會減小。由于將會減小。由于U Uo o= =U UZ Z= =U Ui i- -U UR R，所以導致所以導致U Uo o升高，即升高，即U UZ Z升高，這樣必然使升高，這樣必然使I IZ Z顯著增加。顯著增加。由于流過限流電阻由于流過限流電阻R R的電流為的電流為I IR R= =I IZ Z+ +

16、I IL L，這樣可以使流，這樣可以使流過過R R上的電流基本不變，導致壓降上的電流基本不變，導致壓降U UR R基本不變，則基本不變，則U Uo o也也就保持不變。就保持不變。 穩(wěn)壓過程簡述如下：穩(wěn)壓過程簡述如下：ZoZUUURIIIRLLIUUUIIRRiZZLR)(u1u2RLUoIRCUiVIZILUZR 二極管穩(wěn)壓電路輸出電流小，輸出電壓不可調(diào)，二極管穩(wěn)壓電路輸出電流小，輸出電壓不可調(diào)，大多數(shù)場合滿足不了實際需要。大多數(shù)場合滿足不了實際需要。串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路以二極管穩(wěn)壓電路作為基串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路以二極管穩(wěn)壓電路作為基準電壓電路，利用晶體電流放大特性增大電路輸準電壓電路，利用晶

17、體電流放大特性增大電路輸出電流；并引入深度電壓負反饋、使輸出電壓更出電流；并引入深度電壓負反饋、使輸出電壓更穩(wěn)定（穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)定（穩(wěn)壓系數(shù)S Sr r可做到小于可做到小于1%1%）、輸出電阻更）、輸出電阻更?。ㄝ敵鲭娮栊。ㄝ敵鲭娮鑂 RO O可小于可小于0.10.1）；）；通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可在一定范圍通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。10.4 串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路10.4 .1 10.4 .1 串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路工作原理及電串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路工作原理及電 路分析路分析 電路的組成電路的組成 串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路由串聯(lián)型反饋式穩(wěn)

18、壓電路由“調(diào)整管調(diào)整管”、“取取樣電路樣電路”、“基準電壓電路基準電壓電路”、“比較放大電比較放大電路路”四個基本部分組成四個基本部分組成 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 準準取取 樣樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件調(diào)整元件+與負載串聯(lián)，通過全部負載電流?？梢允桥c負載串聯(lián)，通過全部負載電流。可以是單個功率管，復合管或用幾個功率管單個功率管，復合管或用幾個功率管并聯(lián)。并聯(lián)?？梢允菃喂芊糯箅娐?，差動放大電可以是單管放大電路，差動放大電路，集成運算放大器。路，集成運算放大器?？捎煞€(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取

19、出輸出電壓取出輸出電壓Uo的一部分和基準的一部分和基準電壓相比較。電壓相比較。 因調(diào)整管與負載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)因調(diào)整管與負載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負反饋，故稱之為電壓負反饋，故稱之為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。 “調(diào)整管調(diào)整管”連成射極輸出器形式，通過集連成射極輸出器形式，通過集- -射極電射極電壓壓U UCECE自動調(diào)整，使輸出電壓穩(wěn)定；自動調(diào)整，使輸出電壓穩(wěn)定；“基準電壓電路基準電壓電路”由由R R 和和D DZ Z組成，給組成，給“比較放大電路比較放大電路”同相輸入端提同相輸入端提供穩(wěn)定供穩(wěn)定“基準電壓基準電壓”與比較放大電路反相輸入端取與比較放大電路

20、反相輸入端取樣電壓樣電壓U US S進行比較進行比較“取樣電路取樣電路”由由R R1 1、R R2 2、R RW W組成，將輸出電壓變化組成，將輸出電壓變化量取出來，加到比較放大器反相輸入端與基準電量取出來，加到比較放大器反相輸入端與基準電壓比較；比較放大器可用分立元件或運放組成，壓比較；比較放大器可用分立元件或運放組成，輸出電壓變化量與基準電壓比較，確定輸出電壓輸出電壓變化量與基準電壓比較，確定輸出電壓大小控制調(diào)整管大小控制調(diào)整管T T導通程度以改變調(diào)整管導通程度以改變調(diào)整管T TU UCECE朝著朝著與與U Uo o同方向變化、保證同方向變化、保證U Uo o穩(wěn)定。穩(wěn)定。 其穩(wěn)壓原理簡述如

21、下：其穩(wěn)壓原理簡述如下： 電網(wǎng)電壓波動或電網(wǎng)電壓波動或RL加大，使得輸出電壓加大，使得輸出電壓Uo升高，升高，產(chǎn)生下列負反饋過程：產(chǎn)生下列負反饋過程： UoUSUBUo 牽制牽制Uo上升。上升。 反之，反之，UoUSUBUooCEiUUU 需要指出，調(diào)整管需要指出，調(diào)整管T T電壓調(diào)整作用是由取樣電電壓調(diào)整作用是由取樣電壓壓U US S和基準電壓和基準電壓U UZ Z之間差值被比較放大器放大后之間差值被比較放大器放大后通過控制調(diào)整管來實現(xiàn)的，兩者之間有差值才能通過控制調(diào)整管來實現(xiàn)的，兩者之間有差值才能實現(xiàn)調(diào)整；如果實現(xiàn)調(diào)整；如果U Uo o不變，調(diào)整管電壓不變，調(diào)整管電壓U UCECE也將不變

22、，也將不變，調(diào)整管調(diào)整管T T也就失去電壓調(diào)整作用。也就失去電壓調(diào)整作用。 所以所以, ,輸出電壓輸出電壓U Uo o不可能絕對穩(wěn)定，總會有些不可能絕對穩(wěn)定，總會有些微小變化，即輸出電壓微小變化，即輸出電壓U Uo o只能是相對穩(wěn)定。只能是相對穩(wěn)定。3. 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍 比較放大電路引入深度負反饋，凈輸入電壓近比較放大電路引入深度負反饋，凈輸入電壓近似為零；另，流過似為零；另，流過R1電流大大于放大電路輸入端電流大大于放大電路輸入端電流，有：電流，有： 2122212122WWWZWWooWWZSRRRURRRRRUURRRRRUU當當R RW W滑動頭滑至最上端，滑動頭

23、滑至最上端，R RW1W1=0=0、R RW2W2= = R RW W，U Uo o為最小值：為最小值： ZWWoURRRRRU221min當當R RW W滑動頭滑至最下端，滑動頭滑至最下端，R RW2W2=0=0、R RW1W1= = R RW W，U Uo o為最大值：為最大值： 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R RW W滑動頭，滑動頭，U Uo o在在U UOminOminU UOmaxOmax間連續(xù)變化。間連續(xù)變化。給實際應(yīng)給實際應(yīng) 用帶來很大的方便。用帶來很大的方便。 ZWoURRRRU221max現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，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，使用靈

24、活，價格低廉等優(yōu)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)壓電源只有點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入輸入，輸出輸出和和公共公共引出端引出端，故稱之為，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(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通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。10.5集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路W7800W7800系列穩(wěn)壓器

25、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W7900W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形123 硅片封裝在普通硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有電路內(nèi)部附有短路短路和過熱保護和過熱保護環(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負穩(wěn)壓負穩(wěn)壓W79XX10.5.1 10.5.1 三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器的分類10.5.2 三端集成穩(wěn)壓器的組成框圖及其功能概述三端集成穩(wěn)壓器的組成框圖及其功能概述組成框圖如圖組成框圖如圖8-27。各