第10章 直流電源

1、10.1 引言引言 電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的直流電源，多數(shù)直電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的直流電源，多數(shù)直流電源是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換而來，在某些特定場(chǎng)合下也流電源是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換而來，在某些特定場(chǎng)合下也可以采用太陽(yáng)能電池或化學(xué)電池作電源。可以采用太陽(yáng)能電池或化學(xué)電池作電源。第第10章章 直流電源直流電源 直流電源分為直流電源分為線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源和和開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源兩類。線兩類。線性穩(wěn)壓電源采用性穩(wěn)壓電源采用線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路，內(nèi)部，內(nèi)部調(diào)整管工作在放大狀調(diào)整管工作在放大狀態(tài)態(tài)；開關(guān)穩(wěn)壓電源采用；開關(guān)穩(wěn)壓電源采用開關(guān)穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓電路，內(nèi)部，內(nèi)部調(diào)整管工作在調(diào)整

2、管工作在開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)。 線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓穩(wěn)定線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓穩(wěn)定，紋波較小紋波較小，但其輸出，但其輸出電流較小，調(diào)整管的功耗大，電源效率低；電流較小，調(diào)整管的功耗大，電源效率低；開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電流大的輸出電流大，電源效率高電源效率高，但有較大紋波。，但有較大紋波。 電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的直流電源，多數(shù)電路電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的直流電源，多數(shù)電路的直流電源是的直流電源是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換來的。小功率直流電源的來的。小功率直流電源的基本組成以及各處電壓波形如圖所示。基本組成以及各處電壓波形如圖所示。 直流電源的組成直流電源的組成10

3、.2 直流電源的組成直流電源的組成T整流濾波穩(wěn)壓負(fù)載工頻交流工頻交流脈動(dòng)直流脈動(dòng)直流紋波減小紋波減小穩(wěn)定直流穩(wěn)定直流整流電路整流電路由整流二極管構(gòu)成由整流二極管構(gòu)成，利用二極管單向?qū)щ娦裕枚O管單向?qū)щ娦裕?將方向和大小都變化的工頻將方向和大小都變化的工頻50Hz交流電變換為交流電變換為 單一方向但大小仍有脈動(dòng)的直流電。單一方向但大小仍有脈動(dòng)的直流電。T負(fù)載LC電源變壓器電源變壓器 將電網(wǎng)交流電壓變換成符合需要的交流電壓將電網(wǎng)交流電壓變換成符合需要的交流電壓 值，經(jīng)過整流后可獲得所需的直流電壓。電值，經(jīng)過整流后可獲得所需的直流電壓。電 源變壓器一般是源變壓器一般是降壓變壓器降壓變壓器。 濾

4、波電路濾波電路 一般一般由儲(chǔ)能元件構(gòu)成由儲(chǔ)能元件構(gòu)成，利用電容，利用電容C兩端的電壓兩端的電壓 不能突變和電感不能突變和電感L中的電流不能突變的性質(zhì)，中的電流不能突變的性質(zhì)， 濾除輸出信號(hào)中的脈動(dòng)成分濾除輸出信號(hào)中的脈動(dòng)成分，得到比較平滑的，得到比較平滑的 直流電。電容濾波主要用在輸出小電流濾波電直流電。電容濾波主要用在輸出小電流濾波電 路中；電感濾波主要用在大電流濾波電路中。路中；電感濾波主要用在大電流濾波電路中。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的作用是維持輸出電壓的穩(wěn)定，使濾穩(wěn)壓電路的作用是維持輸出電壓的穩(wěn)定，使濾 波電路不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載電流變化或溫波電路不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載電流變化或溫

5、 度的影響。度的影響。T負(fù)載LC 利用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，可將交流電利用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，可將交流電壓轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)直流電壓。為便于分析，本章把整流二壓轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)直流電壓。為便于分析，本章把整流二極管當(dāng)作極管當(dāng)作理想二極管理想二極管。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)考慮二極管正向。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)考慮二極管正向壓降的影響，整流后所得波形的輸出幅度會(huì)減少壓降的影響，整流后所得波形的輸出幅度會(huì)減少0.61V。10.3 整流電路整流電路 在小功率直流電源中，常見的整流電路有在小功率直流電源中，常見的整流電路有單相半波單相半波、全波全波、橋式橋式和和倍壓整流電路倍壓整流電路。 整流電路中

6、既有交流量，又有直流量。輸入整流電路中既有交流量，又有直流量。輸入(交流交流)用用有效值或最大值表示；輸出有效值或最大值表示；輸出(直流直流)用平均值表示；流過整用平均值表示；流過整流二極管的正向電流用平均值表示；整流二極管承受的反流二極管的正向電流用平均值表示；整流二極管承受的反向電壓用最大值表示。向電壓用最大值表示。 利用二極管的單向?qū)щ娮饔脤⒆儔浩鞫蝹?cè)的交流電利用二極管的單向?qū)щ娮饔脤⒆儔浩鞫蝹?cè)的交流電壓變換成為負(fù)載壓變換成為負(fù)載RL上的單向脈動(dòng)電壓。由于上的單向脈動(dòng)電壓。由于在交流電壓半在交流電壓半個(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載個(gè)周期內(nèi)有電流流過負(fù)載，因而稱為，因而稱為單相半波整流電路單相

7、半波整流電路。單相半波整流電路單相半波整流電路10.3.1 單相半波整流電路單相半波整流電路1. 工作原理工作原理 在變壓器二次側(cè)電壓在變壓器二次側(cè)電壓u2的正半周的正半周內(nèi)，內(nèi)，二極管正二極管正向?qū)ㄏ驅(qū)?，?fù)載，負(fù)載RL上得到上得到半個(gè)周期的脈動(dòng)直流電壓半個(gè)周期的脈動(dòng)直流電壓和電流；而在和電流；而在u2的負(fù)半周的負(fù)半周內(nèi)，內(nèi)，二極管反向截止二極管反向截止，電，電路輸出電流路輸出電流 iO 基本上等基本上等于零。于零。L22RU2uOtOuOtOtDOii DuOt22U22U22UDOii 當(dāng)當(dāng)u2處于正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通；處于正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通；當(dāng)當(dāng)u2處于負(fù)半周時(shí)，二極管截止。處于負(fù)

8、半周時(shí)，二極管截止。單相單相半波整流電路波形圖半波整流電路波形圖2202O(AV)45. 02)(dsin21UUttUU2u1u2uDiDuORLiOOuOt22U32(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值UO(AV) 2. 性能參數(shù)性能參數(shù) 整流電路輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均值，其表整流電路輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均值，其表達(dá)式為達(dá)式為 半波整流電路在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波，因此負(fù)半波整流電路在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波，因此負(fù)載上輸出電壓平均值為載上輸出電壓平均值為 2O(AV)O 01d()2Uu t(2) 輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù) S 脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)系數(shù)S 定義定義為

9、整流電路輸出電壓中為整流電路輸出電壓中基波最大值基波最大值UOM1與與輸出電壓平均值輸出電壓平均值UO(AV)之比，其表達(dá)式為之比，其表達(dá)式為 2OM1220122sincos d()022UUUtttUOM1O(AV)USU反映電路輸出波形脈動(dòng)反映電路輸出波形脈動(dòng)的情況的情況，S 越小，則整越小，則整流效果越好。流效果越好。對(duì)輸出電壓對(duì)輸出電壓uO進(jìn)行傅進(jìn)行傅立葉分析，計(jì)算立葉分析，計(jì)算uO的的基波峰值基波峰值UOM1OM122O(AV)21.5722UUSUU 整流二極管截止時(shí)整流二極管截止時(shí)，其兩端所承受的最大反向電壓其兩端所承受的最大反向電壓。半。半波整流電路中二極管所承受的最大反向電

10、壓就是變壓器副邊波整流電路中二極管所承受的最大反向電壓就是變壓器副邊電壓的最大值電壓的最大值 (3) 整流二極管正向平均電流整流二極管正向平均電流ID(AV) 在一個(gè)周期內(nèi)通過整流二極管的電流平均值在一個(gè)周期內(nèi)通過整流二極管的電流平均值。在半波整。在半波整流電路中，整流二極管串聯(lián)在輸出回路中，因此整流二極管流電路中，整流二極管串聯(lián)在輸出回路中，因此整流二極管的正向平均電流的正向平均電流 ID(AV) 任何時(shí)候都等于流過負(fù)載的輸出平均任何時(shí)候都等于流過負(fù)載的輸出平均電流電流ILL2L2LO(AV)LD(AV)45. 02RURURUII 當(dāng)負(fù)載電流平均值已知時(shí)，可以根據(jù)上式來選定整流二當(dāng)負(fù)載電流

11、平均值已知時(shí)，可以根據(jù)上式來選定整流二極管的極管的ID(AV)。(4) 整流二極整流二極最大反向電壓最大反向電壓URMRM22UU選管時(shí)應(yīng)選擇耐壓值選管時(shí)應(yīng)選擇耐壓值URM更高的管子，以免發(fā)生反向擊穿。更高的管子，以免發(fā)生反向擊穿。 單相單相橋式整流電路橋式整流電路10.3.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路1. 工作原理工作原理 由于由于采用四個(gè)整流二極管，互相搭接成橋式結(jié)構(gòu)采用四個(gè)整流二極管，互相搭接成橋式結(jié)構(gòu)，因，因而稱為而稱為單相橋式整流電路單相橋式整流電路。橋式整流電路利用變壓器的一。橋式整流電路利用變壓器的一個(gè)二次側(cè)繞組和四個(gè)整流二極管，個(gè)二次側(cè)繞組和四個(gè)整流二極管，在交流電源的

12、正、負(fù)半在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電流流周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電流流過過，輸出，輸出uO為全波波形。為全波波形。 在交流輸入電壓在交流輸入電壓u2的正半周內(nèi)，整流二極管的正半周內(nèi)，整流二極管VD1、VD3導(dǎo)通，導(dǎo)通， VD2、VD4截止。電流流向如圖所示，在負(fù)載上產(chǎn)生截止。電流流向如圖所示，在負(fù)載上產(chǎn)生“上正下負(fù)上正下負(fù)”的輸出脈動(dòng)電壓。的輸出脈動(dòng)電壓。 (1) 輸入電壓為正半周時(shí)輸入電壓為正半周時(shí)uO單相橋式整流電路正半周導(dǎo)電情況單相橋式整流電路正半周導(dǎo)電情況 在交流輸入電壓在交流輸入電壓u2的負(fù)半周內(nèi)，整流二極管的負(fù)半周內(nèi)，整流二

13、極管VD2、VD4導(dǎo)通，導(dǎo)通， VD1、VD3截止。電流流向如圖所示，在負(fù)載上產(chǎn)生截止。電流流向如圖所示，在負(fù)載上產(chǎn)生“上正下負(fù)上正下負(fù)”的輸出脈動(dòng)電壓。的輸出脈動(dòng)電壓。 (2) 輸入電壓為負(fù)半周時(shí)輸入電壓為負(fù)半周時(shí)uOiO單相橋式整流電路負(fù)半周導(dǎo)電情況單相橋式整流電路負(fù)半周導(dǎo)電情況負(fù)載在正、負(fù)負(fù)載在正、負(fù)半周均有半周均有同方同方向向的輸出脈動(dòng)的輸出脈動(dòng)電壓。電壓。 OtiD3iD1Otu222U22URLOtuO22UOtuD1iO2U2u1u2iORLuO3iD2iD442(1) 輸出電壓與電流平均值輸出電壓與電流平均值UO(AV) 22202O(AV)9 . 022)(dsin21UUt

14、tUU2 橋式橋式整流電路在一個(gè)工頻周期內(nèi)，負(fù)載在正、負(fù)半周整流電路在一個(gè)工頻周期內(nèi)，負(fù)載在正、負(fù)半周均有同方向的脈動(dòng)輸出電壓均有同方向的脈動(dòng)輸出電壓。在變壓器二次側(cè)電壓。在變壓器二次側(cè)電壓u2相同相同的情況下，的情況下，橋式整流電路輸出電壓波形的面積是半波整流橋式整流電路輸出電壓波形的面積是半波整流的兩倍的兩倍，所以其輸出電壓平均值也是半波整流時(shí)的兩倍。，所以其輸出電壓平均值也是半波整流時(shí)的兩倍。2. 性能參數(shù)性能參數(shù)(2) 輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)S 橋式整流電路輸出為全波波形，其輸出電壓橋式整流電路輸出為全波波形，其輸出電壓uO的基波的基波頻率為頻率為2 ，則，則uO的基波最大值

15、為的基波最大值為 OM122024 22sincos2d()3UUtttUOM122O(AV)24 22 20.6733UUSUU(3) 整流二極管正向平均電流整流二極管正向平均電流IO(AV) L2LO(AV)LD(AV)45. 022RURUII 在在橋式橋式整流電路中，四個(gè)整流二極管整流電路中，四個(gè)整流二極管兩兩輪流兩兩輪流在輸入信在輸入信號(hào)的正、負(fù)半周內(nèi)號(hào)的正、負(fù)半周內(nèi)導(dǎo)通導(dǎo)通。因此，整流二極管的正向平均電流。因此，整流二極管的正向平均電流ID(AV)是流過負(fù)載的輸出平均電流是流過負(fù)載的輸出平均電流 IL= IO值的一半值的一半 。 橋式整流電路的變壓器橋式整流電路的變壓器只有一個(gè)二次

16、側(cè)繞組只有一個(gè)二次側(cè)繞組，因而處于，因而處于截止?fàn)顟B(tài)的二極管截止?fàn)顟B(tài)的二極管(例如例如VD2、VD4)相當(dāng)于相當(dāng)于并聯(lián)在變壓器的二并聯(lián)在變壓器的二次側(cè)繞組上次側(cè)繞組上，承受的最大反向電壓為，承受的最大反向電壓為u2的最大值。的最大值。 2RM2UU(4) 整流二極管的最大反向電壓整流二極管的最大反向電壓URM 整流橋的簡(jiǎn)化符號(hào)與應(yīng)用電路整流橋的簡(jiǎn)化符號(hào)與應(yīng)用電路 與單相半波整流電路相比，單相橋式整流電路的結(jié)構(gòu)與單相半波整流電路相比，單相橋式整流電路的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但其優(yōu)勢(shì)在于輸出電壓較高，脈動(dòng)小，整流二極較復(fù)雜，但其優(yōu)勢(shì)在于輸出電壓較高，脈動(dòng)小，整流二極管所承受的最大反向電壓等于二次側(cè)電壓的峰值

17、，并且因管所承受的最大反向電壓等于二次側(cè)電壓的峰值，并且因?yàn)殡娫醋儔浩髟谡?、?fù)半周內(nèi)都有電流流過，所以變壓器為電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流流過，所以變壓器的利用率高。的利用率高。u1u2iORLuO 橋式整流電路在直流電源中得到廣泛應(yīng)用，并且已有橋式整流電路在直流電源中得到廣泛應(yīng)用，并且已有多種不同性能指標(biāo)的集成電路多種不同性能指標(biāo)的集成電路，稱為，稱為“整流橋整流橋”。單相橋。單相橋式整流電路簡(jiǎn)化符號(hào)如圖所示。式整流電路簡(jiǎn)化符號(hào)如圖所示。 整流電路的輸出電壓整流電路的輸出電壓含有較大的諧波成分含有較大的諧波成分，脈動(dòng)較大，脈動(dòng)較大，不能適應(yīng)大多數(shù)電子線路及設(shè)備的需要，還需不能適應(yīng)大多數(shù)電

18、子線路及設(shè)備的需要，還需利用濾波電路利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷簩⒚}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?濾波電路是濾波電路是利用電抗性元件儲(chǔ)能的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)濾波，利用電抗性元件儲(chǔ)能的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)濾波，濾濾除整流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得較好的直流電壓。除整流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得較好的直流電壓。 電容器電容器 C 對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以 C應(yīng)該并聯(lián)應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端在負(fù)載兩端。 電感器電感器 L 對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此 L應(yīng)與負(fù)應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)載串聯(lián)。濾波電路的基本形式濾波電路的基本形式10.4

19、 濾波電路濾波電路 在在輸入電壓升高輸入電壓升高時(shí)，給時(shí)，給并聯(lián)的電容器并聯(lián)的電容器C充電充電，可把，可把部分能量存儲(chǔ)在電容器中。部分能量存儲(chǔ)在電容器中。RLCUIUORLCUIUO 當(dāng)當(dāng)輸入電壓降低輸入電壓降低時(shí)，電時(shí)，電容容C 以指數(shù)規(guī)律以指數(shù)規(guī)律放電放電，把存，把存儲(chǔ)的能量釋放給負(fù)載。由于儲(chǔ)的能量釋放給負(fù)載。由于濾波電容向負(fù)載放電，濾波電容向負(fù)載放電，負(fù)載負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平上得到的輸出電壓就比較平滑滑，起到了濾波作用。，起到了濾波作用。1. 濾波原理濾波原理10.4.1 電容濾波電路電容濾波電路 設(shè)初始時(shí)電容電壓設(shè)初始時(shí)電容電壓uc為零，接入電源后，為零，接入電源后，輸入電壓輸

20、入電壓u2給給電容器充電電容器充電，由于變壓器二次側(cè)繞組的直流電阻和二極管的，由于變壓器二次側(cè)繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮枰话愫苄?，所以正向?qū)娮枰话愫苄。噪娙萜骱芸斐涞诫娙萜骱芸斐涞絬2的最大值的最大值。(1) 輸出空載時(shí)的情況輸出空載時(shí)的情況 此后，此后， u2開始下降開始下降，由于，由于電路輸出端空載電路輸出端空載，電容器無放電容器無放電回路電回路，所以，所以u(píng)c不變。由于此時(shí)不變。由于此時(shí)ucu2，整流二極管處于截止整流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，因此電路輸出維持一個(gè)固定值狀態(tài)，因此電路輸出維持一個(gè)固定值uo=uc= 。22U？ 設(shè)電容初始電壓設(shè)電容初始電壓uc為零，接入電源后，

21、輸入電壓為零，接入電源后，輸入電壓u2同時(shí)同時(shí)給給電容器充電電容器充電和向負(fù)載提供電流，和向負(fù)載提供電流，輸出電壓輸出電壓uo的波形與的波形與u2近近似重合似重合。 u2到達(dá)峰值以后，按正弦規(guī)律下降，此時(shí)濾波電容到達(dá)峰值以后，按正弦規(guī)律下降，此時(shí)濾波電容按指數(shù)規(guī)律放電的速率較快，所以二極管仍然導(dǎo)通。按指數(shù)規(guī)律放電的速率較快，所以二極管仍然導(dǎo)通。(2) 輸出帶載時(shí)的情況輸出帶載時(shí)的情況 隨著正弦波隨著正弦波u2的下降速率越來越快，的下降速率越來越快， uc的下降速率越來的下降速率越來越慢，越慢，在在 t1后的某一時(shí)刻后的某一時(shí)刻 t2，uc u2，整流二極管關(guān)斷，整流二極管關(guān)斷。電容電容器器 C

22、 以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，直至下個(gè)半周的正弦波來到，直至下個(gè)半周的正弦波來到，u2 再次超過再次超過uc ，令整流二極管重新導(dǎo)通。，令整流二極管重新導(dǎo)通。CuCuOtOuO充電充電放電放電指數(shù)放電快指數(shù)放電快設(shè)分界點(diǎn)在設(shè)分界點(diǎn)在90tOuOt正弦曲線下降慢正弦曲線下降慢 當(dāng)分界點(diǎn)超過當(dāng)分界點(diǎn)超過90，達(dá)到某，達(dá)到某一點(diǎn)，正弦曲線和指數(shù)曲線一點(diǎn)，正弦曲線和指數(shù)曲線的下降速率相等以后，二極的下降速率相等以后，二極管截止。管截止。當(dāng)下個(gè)半周正弦波上當(dāng)下個(gè)半周正弦波上升超過升超過uC時(shí)，時(shí)，二極管二極管重新導(dǎo)通。重新導(dǎo)通。 d整流二極管導(dǎo)整流二極管導(dǎo)通的電角度稱通的電角度稱為導(dǎo)通角為

23、導(dǎo)通角 d = RLC2. 性能參數(shù)性能參數(shù) 253LdTCR2O(AV)2 . 1 UU 輸出電壓平均值輸出電壓平均值UO(AV)與放電時(shí)間常數(shù)與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)，有關(guān)，RLC 越大，電容器放電速度越慢，則輸出電壓所包含的交流成越大，電容器放電速度越慢，則輸出電壓所包含的交流成分越小，分越小，UO(AV) 越大。為獲得平滑的輸出電壓，一般取放越大。為獲得平滑的輸出電壓，一般取放電時(shí)間常數(shù)為電時(shí)間常數(shù)為u1u2CuCRLiOuOD1D2D3D4(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值UO(AV) 交流電壓交流電壓u1的周期的周期在整流電路的內(nèi)阻不太在整流電路的內(nèi)阻不太大，并且電路的放電時(shí)大，

24、并且電路的放電時(shí)間常數(shù)滿足上式時(shí)，計(jì)間常數(shù)滿足上式時(shí)，計(jì)算求得算求得TCRTUUSLO(AV)1OM4 由上式可知，為由上式可知，為減小輸出電壓的脈動(dòng)減小輸出電壓的脈動(dòng)成分，采用的成分，采用的濾波濾波電容器的容量越大越好電容器的容量越大越好，交流電源的頻率越高越好交流電源的頻率越高越好。 電容濾波的輸出電壓波形很難用一個(gè)準(zhǔn)確的解析表達(dá)式電容濾波的輸出電壓波形很難用一個(gè)準(zhǔn)確的解析表達(dá)式來描述，因此來描述，因此脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)系數(shù)常采用常采用近似估算近似估算：(2) 脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)系數(shù) S tOuOt d 增加，增加，S 減小減小 RLC 值越大，濾波效果越好，導(dǎo)通角值越大，濾波效果越好，導(dǎo)通角 愈小愈

25、小。由于電容。由于電容濾波后輸出平均電流增大，所以整流二極管在短暫的導(dǎo)通時(shí)濾波后輸出平均電流增大，所以整流二極管在短暫的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)將流過一個(gè)很大的沖擊電流，影響其壽命，因此應(yīng)選用間內(nèi)將流過一個(gè)很大的沖擊電流，影響其壽命，因此應(yīng)選用最大整流平均電流最大整流平均電流IF大于負(fù)載電流大于負(fù)載電流23倍的整流二極管。倍的整流二極管。 1 2 RLC增大增大uo tO 3 iD tO 1 2 3 (3) 整流二極管的導(dǎo)通角整流二極管的導(dǎo)通角O(AV)LD(AV)L22UIIR加入濾波電容以后，整流二極管的導(dǎo)通角加入濾波電容以后，整流二極管的導(dǎo)通角UO，使調(diào)整管輸出，使調(diào)整管輸出壓降壓降 UCE UCES

26、，否則調(diào)整管不能處于線性區(qū)，失去調(diào)節(jié)，否則調(diào)整管不能處于線性區(qū)，失去調(diào)節(jié)能力。因此，能力。因此，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路屬于降壓型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路屬于降壓型穩(wěn)壓電路。 由于串聯(lián)型穩(wěn)壓電路引入電壓負(fù)反饋技術(shù)使輸出電壓由于串聯(lián)型穩(wěn)壓電路引入電壓負(fù)反饋技術(shù)使輸出電壓穩(wěn)定，并通過改變反饋系數(shù)使輸出電壓可調(diào)，因此誤差放穩(wěn)定，并通過改變反饋系數(shù)使輸出電壓可調(diào)，因此誤差放大器的大器的電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)Au和電壓反饋系數(shù)和電壓反饋系數(shù)Fu愈大愈好愈大愈好，引入引入深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋，則較小的，則較小的UO變化就可獲得足夠大的電壓變化就可獲得足夠大的電壓UO1去調(diào)節(jié)調(diào)整管的管壓降。去調(diào)節(jié)調(diào)整管的管壓降。 基

27、準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓UREF愈穩(wěn)定愈好愈穩(wěn)定愈好，UREF和和UF的差值是誤差信的差值是誤差信號(hào)，如果號(hào)，如果UREF變化，則差值就不可靠了。變化，則差值就不可靠了。 誤差放大器的零點(diǎn)漂移應(yīng)愈小愈好誤差放大器的零點(diǎn)漂移應(yīng)愈小愈好，為此宜選用溫度穩(wěn)，為此宜選用溫度穩(wěn)定性良好的元器件。定性良好的元器件。4. 影響穩(wěn)壓性能的因素影響穩(wěn)壓性能的因素 5. 調(diào)整管的選擇調(diào)整管的選擇 調(diào)整管是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心器件調(diào)整管是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心器件，它的安全工作，它的安全工作是電路正常運(yùn)行的保證，因此除了要求電路的是電路正常運(yùn)行的保證，因此除了要求電路的 UI UO，使，使調(diào)整管工作于線性區(qū)調(diào)整管工作于線性區(qū)，

28、主要考慮調(diào)整管的極限參數(shù)，主要考慮調(diào)整管的極限參數(shù)ICM、U(BR)CEO和和PCM 。(1) 調(diào)整管的最大集電極電流調(diào)整管的最大集電極電流 (忽略取樣電路的分流忽略取樣電路的分流)LmaxmaxEmaxCIIIOminImaxCEmaxUUU(2) 調(diào)整管承受的最大管壓降調(diào)整管承受的最大管壓降UREFUFUo(3) 調(diào)整管的最大功率損耗調(diào)整管的最大功率損耗maxCEmaxCmaxCUIPLmaxCMII因此在選擇調(diào)整管時(shí)，應(yīng)保證：因此在選擇調(diào)整管時(shí)，應(yīng)保證：OminImax(BR)CEOUUUminOaxImmaxLMCUUIPUREFUFUo10.5.3 三端集成穩(wěn)壓三端集成穩(wěn)壓器器1.

29、集成穩(wěn)壓器的分集成穩(wěn)壓器的分類類按輸出電壓來分：按輸出電壓來分：(1) 固定輸出穩(wěn)壓電路固定輸出穩(wěn)壓電路，這類電路輸出電壓是預(yù)先調(diào)整好，這類電路輸出電壓是預(yù)先調(diào)整好，在使用中一般不需要進(jìn)行調(diào)整；在使用中一般不需要進(jìn)行調(diào)整；(2) 可調(diào)輸出穩(wěn)壓電路可調(diào)輸出穩(wěn)壓電路，這類電路可通過外接元件使輸出電，這類電路可通過外接元件使輸出電壓在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同需要。壓在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同需要。 集成穩(wěn)壓器是集成穩(wěn)壓器是內(nèi)部帶有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電路內(nèi)部帶有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電路，一旦出，一旦出現(xiàn)電流過載、二次擊穿以及熱過載等情況，這些保護(hù)電路現(xiàn)電流過載、二次擊穿以及熱過載等情況，這些保護(hù)電路

30、將被啟動(dòng)以確保器件在安全界限內(nèi)工作，從而降低了器件將被啟動(dòng)以確保器件在安全界限內(nèi)工作，從而降低了器件失效或電路性能下降的風(fēng)險(xiǎn)。失效或電路性能下降的風(fēng)險(xiǎn)。 從外形上看，集成穩(wěn)壓電路有三個(gè)引從外形上看，集成穩(wěn)壓電路有三個(gè)引腳，分別為腳，分別為輸入端輸入端、輸出端輸出端和和公共端公共端，因，因而稱為而稱為三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器。1 2 32. 固定輸出集成穩(wěn)壓器固定輸出集成穩(wěn)壓器 固定輸出集成穩(wěn)壓器屬于串聯(lián)型穩(wěn)壓電源固定輸出集成穩(wěn)壓器屬于串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，分為，分為正電壓正電壓輸出輸出和和負(fù)電壓輸出負(fù)電壓輸出兩大系列。兩大系列。(1) CW7800系列系列正電壓輸出正電壓輸出的固定式穩(wěn)壓電路的固

31、定式穩(wěn)壓電路TO-220封裝的管腳定義封裝的管腳定義U32 = +5VCW7800系列典型接法電路系列典型接法電路(2) CW7900系列系列負(fù)電壓輸出負(fù)電壓輸出的固定式穩(wěn)壓電路的固定式穩(wěn)壓電路TO-220封裝的管腳定義封裝的管腳定義U31= - - 5VCW7900系列典型接法電路系列典型接法電路 需要需要同時(shí)輸出正、負(fù)電壓同時(shí)輸出正、負(fù)電壓時(shí)，可同時(shí)選用時(shí)，可同時(shí)選用CW78和和CW79集成穩(wěn)壓器，按下圖所示接線。集成穩(wěn)壓器，按下圖所示接線。輸出正、負(fù)電壓的直流穩(wěn)壓電源電路輸出正、負(fù)電壓的直流穩(wěn)壓電源電路 在交流輸入在交流輸入u2的正半周，整流二極管的正半周，整流二極管VD1、VD3導(dǎo)通；

32、導(dǎo)通；u2經(jīng)過經(jīng)過VD1整流和電容整流和電容C1濾波，濾波，為為CW78提供提供直流輸入電直流輸入電壓壓+UI1，使，使穩(wěn)壓器輸出正向直流電壓穩(wěn)壓器輸出正向直流電壓UO1；同時(shí)；同時(shí)u2經(jīng)過經(jīng)過VD3整整流和電容流和電容C2濾波，濾波，為為CW79提供提供直流輸入電壓直流輸入電壓- -UI2，使，使穩(wěn)穩(wěn)壓器輸出負(fù)向直流電壓壓器輸出負(fù)向直流電壓UO2。以此類推，電路在。以此類推，電路在u2的負(fù)半周的負(fù)半周的工作情形。的工作情形。UI7805RIW123RLIo532OW32 1AUIIRUR例例10.5.1：三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成電路如圖所示，已知漏電流：三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成電路如圖所示，已知漏電流I

33、W=5mA。試求：。試求：(1)寫出圖寫出圖(a)中中IO的表達(dá)式，并計(jì)算的表達(dá)式，并計(jì)算IO值；值；(2)寫出圖寫出圖(b)中中UO的表達(dá)式，并計(jì)算的表達(dá)式，并計(jì)算R2=5 時(shí)的時(shí)的UO值；值；(3)請(qǐng)指出這兩個(gè)電路分別具有什么功能。請(qǐng)指出這兩個(gè)電路分別具有什么功能。解：解： 該電路的輸出電流不受負(fù)載該電路的輸出電流不受負(fù)載RL變化的影響，變化的影響，具有恒流源具有恒流源功能功能。解：解：32O32W212321 110VUUUIRRRURUoUI7805R1IW123R25例例10.5.1：三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成電路如圖所示，已知漏電流：三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成電路如圖所示，已知漏電流IW=5mA。

34、試求：。試求：(1)寫出圖寫出圖(a)中中IO的表達(dá)式，并計(jì)算的表達(dá)式，并計(jì)算IO值；值；(2)寫出圖寫出圖(b)中中UO的表達(dá)式，并計(jì)算的表達(dá)式，并計(jì)算R2=5 時(shí)的時(shí)的UO值；值；(3)請(qǐng)指出這兩個(gè)電路分別具有什么功能。請(qǐng)指出這兩個(gè)電路分別具有什么功能。 該電路該電路具有恒壓源功能具有恒壓源功能，改變，改變R2的阻值可以調(diào)節(jié)電路的的阻值可以調(diào)節(jié)電路的輸出電壓。輸出電壓。(1) CW117/217/317系列系列正電壓輸出正電壓輸出可調(diào)式穩(wěn)壓電路可調(diào)式穩(wěn)壓電路TO-220封裝的管腳定義封裝的管腳定義U21= +1.25VCW317系列典型接法電路系列典型接法電路3. 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器可調(diào)

35、式三端集成穩(wěn)壓器 21O21A2121 1.25V1UUUIRRRR(2) CW137/237/337系列系列負(fù)電壓輸出負(fù)電壓輸出可調(diào)式穩(wěn)壓電路可調(diào)式穩(wěn)壓電路TO-220封裝的管腳定義封裝的管腳定義U31=- -1.25V 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路雖然具有雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便調(diào)節(jié)方便、紋波紋波小小等優(yōu)點(diǎn)，但是其等優(yōu)點(diǎn)，但是其調(diào)整管工作于線性放大區(qū)調(diào)整管工作于線性放大區(qū)，調(diào)整管串聯(lián)，調(diào)整管串聯(lián)于輸入和負(fù)載之間，輸出電壓的穩(wěn)定是依靠調(diào)節(jié)調(diào)整管的于輸入和負(fù)載之間，輸出電壓的穩(wěn)定是依靠調(diào)節(jié)調(diào)整管的管壓降管壓降UCE來實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)整管的功耗大，穩(wěn)壓電源的來實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)整管的功耗大，

36、穩(wěn)壓電源的效率低，并且只能實(shí)現(xiàn)降壓輸出，即效率低，并且只能實(shí)現(xiàn)降壓輸出，即UO UI。 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路的的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。在調(diào)整管在調(diào)整管截止時(shí)，穿透電流截止時(shí)，穿透電流ICEO很小，消耗功率很?。欢{(diào)整管飽很小，消耗功率很??；而調(diào)整管飽和導(dǎo)通時(shí)，功耗為飽和壓降和導(dǎo)通時(shí)，功耗為飽和壓降UCES與集電極電流與集電極電流IC的乘積，的乘積，管耗也較小。因此，管耗也較小。因此，調(diào)整管的管耗調(diào)整管的管耗主要發(fā)生在其工作狀態(tài)主要發(fā)生在其工作狀態(tài)從開到關(guān)從開到關(guān)或或從關(guān)到開從關(guān)到開的轉(zhuǎn)換過程之中，消耗功率遠(yuǎn)小于在的轉(zhuǎn)換過程之中，消耗功率遠(yuǎn)小于在線性區(qū)工作的調(diào)整管。

37、線性區(qū)工作的調(diào)整管。 開關(guān)電源開關(guān)電源體積小體積小、重量輕重量輕、穩(wěn)壓范圍寬穩(wěn)壓范圍寬，但是其產(chǎn)生，但是其產(chǎn)生的的紋波較大紋波較大，產(chǎn)生的電磁干擾比線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源大產(chǎn)生的電磁干擾比線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源大。 10.6 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路按按主主回回路路形形式式非隔離型非隔離型隔離型隔離型串聯(lián)型串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)型單單端端雙雙端端正激型正激型反激型反激型推挽型推挽型半橋型半橋型全橋型全橋型按按激激勵(lì)勵(lì)方方式式自激式自激式同步式同步式他激式他激式按按控控制制方方式式PWM混合調(diào)制混合調(diào)制PFM開關(guān)電路的分類：開關(guān)電路的分類：10.6.1 串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路1. 電路組成電

38、路組成串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路原理框圖串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路原理框圖 開關(guān)穩(wěn)壓電路主要由開關(guān)穩(wěn)壓電路主要由開關(guān)管開關(guān)管VT、開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和和濾波濾波電路電路組成。組成。 開關(guān)穩(wěn)壓電路是高效的開關(guān)穩(wěn)壓電路是高效的直流轉(zhuǎn)換器直流轉(zhuǎn)換器(DC-DC變換器變換器)，通，通過開關(guān)的快速切換過開關(guān)的快速切換將不穩(wěn)定直流輸入轉(zhuǎn)換為脈沖序列將不穩(wěn)定直流輸入轉(zhuǎn)換為脈沖序列，再，再進(jìn)進(jìn)行濾波處理行濾波處理，輸出穩(wěn)定的直流電壓輸出穩(wěn)定的直流電壓。開關(guān)電路的基本原理圖開關(guān)電路的基本原理圖 開關(guān)管在電路中與負(fù)載電路呈串聯(lián)連接，其工作狀態(tài)開關(guān)管在電路中與負(fù)載電路呈串聯(lián)連接，其工作狀態(tài)受基極電壓受基極電壓uB的控制。的控

39、制。2. 開關(guān)電路的工作原理開關(guān)電路的工作原理開關(guān)管開關(guān)管VT 工作狀態(tài)受工作狀態(tài)受uB控制控制續(xù)流二極管續(xù)流二極管濾波電路濾波電路 當(dāng)當(dāng) uB為高電平為高電平時(shí)，開時(shí)，開關(guān)管關(guān)管VT 飽和導(dǎo)通，二極管飽和導(dǎo)通，二極管VD 截止。電流經(jīng)調(diào)整管截止。電流經(jīng)調(diào)整管流向電感，電感流向電感，電感L 存儲(chǔ)能存儲(chǔ)能量，電容量，電容C 充電。充電。VT導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)主回路的等效電路主回路的等效電路VT截止時(shí)截止時(shí)主回路的等效電路主回路的等效電路當(dāng)當(dāng)uB為低電平為低電平時(shí)，時(shí)，VT截止，截止，VD導(dǎo)通。導(dǎo)通。電感電感L釋放能量，其感應(yīng)電勢(shì)釋放能量，其感應(yīng)電勢(shì)令令VD導(dǎo)通，起續(xù)流作用。導(dǎo)通，起續(xù)流作用。電容電容C

40、 放電，維持負(fù)載上放電，維持負(fù)載上的電流基本不變。的電流基本不變。 當(dāng)當(dāng)L和和C足夠大時(shí)，使足夠大時(shí)，使得得VT截止期間截止期間，電感能量電感能量不會(huì)放盡不會(huì)放盡，輸出電壓中含，輸出電壓中含有的有的交流分量能被電容交流分量能被電容C濾除濾除，此時(shí)電路的輸出電，此時(shí)電路的輸出電壓壓UO和輸出電流和輸出電流IO均為連均為連續(xù)的。續(xù)的。 若若將將uE 視為直流分量視為直流分量和交流分量之和和交流分量之和，則輸出，則輸出電壓平均值電壓平均值UO等于等于uE的直的直流分量，即流分量，即onoffonOICESDIItttUUUUUDUTTT串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作波形串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作波形占空比占

41、空比導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)通時(shí)間截止時(shí)間截止時(shí)間脈寬調(diào)制型脈寬調(diào)制型(PWM)控制器控制器 串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路原理框圖串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路原理框圖 驅(qū)動(dòng)電路由驅(qū)動(dòng)電路由取樣電路取樣電路(R1、R2)、基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源、誤差放大誤差放大器器A1、三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器和和電壓比較器電壓比較器A2組成。組成。3. 驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)壓原理驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)壓原理 當(dāng)當(dāng)電路輸入電壓波動(dòng)電路輸入電壓波動(dòng)或者或者負(fù)載發(fā)生變化負(fù)載發(fā)生變化而引起而引起輸出電壓輸出電壓變化變化時(shí)，若能在時(shí)，若能在UO增大增大時(shí)，時(shí)，減小控制信號(hào)減小控制信號(hào)uB的占空比的占空比或在或在UO減小減小時(shí)，時(shí)，增大增大uB的占空比的占空比，則輸出電壓就

42、可以獲得穩(wěn)定。，則輸出電壓就可以獲得穩(wěn)定。 反饋電壓反饋電壓UF由取樣電路的由取樣電路的R1、R2對(duì)對(duì)UO分壓得到，基準(zhǔn)電分壓得到，基準(zhǔn)電壓與反饋電壓之差壓與反饋電壓之差(UREF- -UF)經(jīng)經(jīng)A1放大放大后，作為電壓比較器后，作為電壓比較器A2的的閾值電壓閾值電壓Up，將，將三角波發(fā)生器的輸出三角波發(fā)生器的輸出uS與與Up比較，得到比較，得到開開關(guān)管的控制信號(hào)關(guān)管的控制信號(hào)uB 。onOIItUUDUT 當(dāng)當(dāng)UO升高升高時(shí)，反饋電壓時(shí)，反饋電壓UF隨之增大隨之增大，與基準(zhǔn)電壓，與基準(zhǔn)電壓UREF之間的差值減小，因而之間的差值減小，因而誤差放大器誤差放大器A1的輸出電壓的輸出電壓Up減小，減小，經(jīng)電壓比較器經(jīng)電壓比較器A2使使uB的占空比的占空比D變小變小，輸出電壓隨之減小輸出電壓隨之減小，令令UO基本不變。其調(diào)節(jié)控制過程如下：基本不變。其調(diào)節(jié)控制過程如下： 開關(guān)穩(wěn)壓電路一般有兩大類型集成產(chǎn)品：一類是將開關(guān)開關(guān)穩(wěn)壓電