直流電源課件

第10章直流電源電源變壓器交流電源整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負(fù)載圖10.1直流電源框圖10.1串聯(lián)型線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)型線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電源）的基本電路如圖10.2所示。D3D2D1+UREFCT~u1u2D4AR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uEuB圖10.2串聯(lián)型線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源UO_整流濾波穩(wěn)壓整流與濾波：D1~D4與C組成橋式整流（BridgeRectifier）電容濾波電路，其作用是把來(lái)自變壓器副側(cè)的交流電壓變成直流電壓；+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-D3D2D1C~u1u2D4uEuB圖10.2串聯(lián)型線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源UO_穩(wěn)壓：虛線右半部分為穩(wěn)壓電路，其作用是為負(fù)載提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。D3D2D1C~u1u2D4uE+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uB圖10.2串聯(lián)型線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電源UO_10.1.1橋式整流電容濾波電路在橋式整流電路基礎(chǔ)上，為了減小輸出電壓的的脈動(dòng)，在RL兩端并聯(lián)一個(gè)濾波電容C，這就構(gòu)成了橋式整流、電容濾波電路如圖10.3（a）所示。~u1圖10.3單相橋式整流電容濾波電路及波形a√2U2(b)波形圖uOuCbUO0ωtπ

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u2D4D1D3D2C(a)電路圖RLuO+_其輸出電壓波形如圖

10.3(b)所示。圖中虛線為無(wú)電容時(shí)整流輸出電壓波形。~u1圖10.3單相橋式整流電容濾波電路及波形a√2U2(b)波形圖uOuCbUO0ωtπ

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u2D4D1D3D2C(a)電路圖RLuO+_采用電容濾波的基本思想電容是一個(gè)儲(chǔ)存電荷的元件。要改變電容兩端的電壓，就必須改變其上的電荷，而電荷的改變速度決定于電容充放電時(shí)間常數(shù)。充放電時(shí)間常數(shù)越大，電荷改變的速度就越慢，電容上的電壓變化也就越慢，即交流分量就越小。工作過(guò)程由圖10.3（b）可見，這個(gè)輸出電壓波形比沒(méi)有濾波電容時(shí)的輸出電壓波形要平滑得多。輸出電壓的平均值，即直流輸出電壓通常為：UO=(1.1~1.4)U2

圖10.3單相橋式整流電容濾波電路及波形a√2U2(b)波形圖uOuCbUO0ωtπ

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~u1u2D4D1D3D2C(a)電路圖RLuO+_具體數(shù)值要視RLC的大小而定。當(dāng)RL開路時(shí)，UO≈1.4U2。在工程上，一般在有負(fù)載的情況下選取濾波電容C，使UO為1.2U2就可以了。其中U2為u2的有效值。~u1圖10.3單相橋式整流電容濾波電路及波形a√2U2(b)波形圖uOuCbUO0ωtπ

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u2D4D1D3D2C(a)電路圖RLuO+_10.1.2穩(wěn)壓電路交流電壓經(jīng)整流濾波后，輸出較平滑的直流電壓。但這個(gè)直流電壓是不穩(wěn)定的。造成直流電壓不穩(wěn)的原因有兩個(gè)交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)負(fù)載改變時(shí)，整流濾波電路內(nèi)阻壓降的影響。在有交流穩(wěn)壓裝置的供電系統(tǒng)中，整流濾波電路內(nèi)阻是造成輸出直流電壓不穩(wěn)定的主要原因。為使輸出電壓穩(wěn)定就必須采取穩(wěn)壓措施。1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路是目前常用的一種穩(wěn)壓電路，其原理圖如圖10.4所示。+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uB--+UOUI10.4串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路整流濾波電路的輸出取樣電路比較放大器各部分功能及作用UI來(lái)自整流濾波電路的輸出，圖10.4中T稱作調(diào)整管（RegulatingDevice)，其作用是通過(guò)電路自動(dòng)調(diào)整T集電極——發(fā)射極之間的電壓UCE，使輸出電壓UO穩(wěn)定。+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uB--+UOUI10.4串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路R1和R2為取樣電路，其作用是把輸出電壓的變化量通過(guò)R1和R2分壓取出，然后送入比較放大器A的反向輸入端，R3和穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成基準(zhǔn)電壓使放大器的同相端電位固定。+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uB--+UOUI10.4串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路A為比較放大器，其作用是把取樣電路取出的信號(hào)進(jìn)行放大，以控制調(diào)整管IB的變化，進(jìn)而調(diào)整UCE的值。+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uB--+UOUI10.4串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路采用多級(jí)放大器提高穩(wěn)定性串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路根據(jù)對(duì)穩(wěn)定程度不同要求而有簡(jiǎn)有繁，例如可采用多級(jí)放大器來(lái)提高穩(wěn)壓性能，但基本環(huán)節(jié)是相同的，其框圖如圖10.5所示。+__比較放大基準(zhǔn)電壓調(diào)整元件取樣回路UIUO+圖10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電源方框圖2.穩(wěn)壓過(guò)程穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過(guò)程實(shí)質(zhì)就是負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程。穩(wěn)壓過(guò)程如下：如果外部因素(電網(wǎng)電壓波動(dòng)；負(fù)載變化)使UO有減小的趨勢(shì)，則穩(wěn)壓電路內(nèi)部的調(diào)節(jié)過(guò)程就使UO有增加的趨勢(shì)。由于這兩種趨勢(shì)恰好相反，于是使UO基本維持不變。同理，若外部因素使UO有增加的趨勢(shì)，也會(huì)通過(guò)穩(wěn)壓電路內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使UO基本保持不變。10.1.3

輸出電壓的大小與調(diào)節(jié)方法忽略放大器輸入端電流。改變電位計(jì)滑動(dòng)端的位置就可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。圖10.6所示電路的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍是：

UI10.6輸出電壓可調(diào)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路+UREFTAR3DZ+-R2R1RLUZuA+-uB--+RWU010.2線性集成穩(wěn)壓器將串聯(lián)型線性調(diào)整式直流穩(wěn)壓電路及其保護(hù)電路等制作在一塊芯片上就構(gòu)成了線性集成穩(wěn)壓器。按外部引腳的數(shù)量，線性集成穩(wěn)壓器可以分為多端集成穩(wěn)壓器和三端集成穩(wěn)壓器兩類。目前使用的多為三端式集成穩(wěn)壓器。10.2.1三端集成穩(wěn)壓器外型、符號(hào)及主要參數(shù)三端式集成穩(wěn)壓器因只有輸入端、輸出端及公共端三個(gè)引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。目前常用約有最大輸出電流IOM=100mA的W78L××(W79L××)系列，IOM=500mA的W78M××(W79M××)系列和IOM=1.5A的W78××(W79××)系列。型號(hào)中，78表示輸出為正電壓，79表示輸出為負(fù)電壓；型號(hào)中最后兩位數(shù)表示輸出電壓值。例如W7806表示輸出電壓為+6V。W78××系列外形及電路符號(hào)如圖10.7所示。(a)外型圖W78××公共端輸入端輸出端123(b)電路符號(hào)圖10.7三端集成穩(wěn)壓器123集成穩(wěn)壓器主要參數(shù)有：⒈輸出電壓UO：表示集成穩(wěn)壓器可能輸出穩(wěn)定電壓的范圍。⒉最小電壓差(UI-UO)min：為維持穩(wěn)壓所需要的UI與UO之差的最小值。⒊容許輸入電壓的最大值UIM。⒋容許最大輸出電流值IOM。⒌容許最大功耗PCM。⒍電壓調(diào)整率SJ：

表示輸入電壓變化1V時(shí)，UO的相對(duì)變化率。⒎輸出電阻RO。

10.2.2

三端集成穩(wěn)壓器的典型用法圖10.8所示電路是固定輸出電壓的穩(wěn)壓電路，其輸出電壓UO即為三端式穩(wěn)壓器標(biāo)稱值。UIC1__W78××UORLC20.33μF1μF++圖10.8固定輸出電壓的穩(wěn)壓電路123UIC1__W78××UORLC20.33μF1μF++圖10.8固定輸出電壓的穩(wěn)壓電路123圖中電容C1可以進(jìn)一步減小輸入電壓的紋波，并能清除自激振蕩。電容C2可以消除輸出高頻噪聲。如何選擇穩(wěn)壓器1.在選擇三端穩(wěn)壓器時(shí)，應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的輸出電流選擇穩(wěn)壓器系列。例如，輸出電流小于100mA時(shí)可選用W78L××系列；輸出電流小于500mA時(shí)可選用W78M××系列；輸出電流小于1.5A時(shí)可選用W78××系列。2.根據(jù)輸出電壓要求選擇合適型號(hào)的三端穩(wěn)壓器。例如:穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)要求為+12V，1.2A，可選用W7812三端穩(wěn)壓器。3.當(dāng)所設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電路輸出電壓為負(fù)值時(shí)，可選用負(fù)壓輸出的集成穩(wěn)壓器(例如W79××系列)，接線方式與圖10.8相同。UIC1__W78××UORLC20.33μF1μF++圖10.8固定輸出電壓的穩(wěn)壓電路1234.當(dāng)同時(shí)需要正、負(fù)電壓輸出時(shí)，可同時(shí)選擇W78××和W79××兩個(gè)穩(wěn)壓器按圖10.9接線即可。W78M18W79M18~220V44V~C0C1C1C2C2UO(+18V)UO(-18V)1233圖10.9具有正負(fù)兩路輸出穩(wěn)壓電路1210.2.3三端集成穩(wěn)壓器的擴(kuò)展用法⒈提高輸出電壓的方法輸出電壓為：UO=U’O+UZ_UZ+++W78××123R1UOU’OUI_+_I1圖10.10提高輸出電壓的方法提高輸出電壓的電路，如圖10.10所示。輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路，如圖10.11所示。運(yùn)放輸入電壓就是UO與穩(wěn)壓器標(biāo)稱電壓U'O之差。⒉輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路UI_圖10.11輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路R2W78××UOU’OU’O+_CR1R3RL++_+_3+_該穩(wěn)壓電路的電壓調(diào)節(jié)范圍為輸出電流擴(kuò)展電路，如圖10.12所示。

⒊輸出電流擴(kuò)展電路UIR1圖10.12擴(kuò)大輸出電流的穩(wěn)壓電路C2IEIC+_W78××R2DIDTIIIDILC1RLUO