第10章 直流穩(wěn)壓電源(修改)

直穩(wěn)壓電源組成與功能小功率整流濾波電路全波整流電路橋式整流電路電源濾波電路倍壓整流電路串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路二極管穩(wěn)壓電路主要性能參數(shù)組成及穩(wěn)壓原理二極管穩(wěn)壓電路設計時參數(shù)的選擇工作原理及電路分析串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路設計半波整流電路其他形式的濾波電路開關穩(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)壓電路分類三端集成穩(wěn)壓器的應用串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路開關穩(wěn)壓電路分類并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路

直流穩(wěn)壓電源是電子設備的重要組成部分，其作用是將電力網交流電壓變換為電子設備所需要的穩(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電源變壓器:

將交流電網電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo整流電路:

將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:

將脈動直流電壓u3轉變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:

清除電網波動及負載變化的影響,

保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。10.1直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用整流電路的任務：把交流電壓轉變?yōu)橹绷髅}動的電壓。

常見的小功率整流電路，單相半波、全波、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。10.2小功率整流濾波電路u2>0

時，二極管導通iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正向壓降：

uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u2<0時，二極管截止,輸出電流為0。uo=010.2.1半波整流電路1.電路工作原理橋式整流電路+-u2正半周時電流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo10.2.2橋式整流電路1.電路工作原理橋式整流電路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2負半周時電流通路四只二極管連成電橋形式，故稱為橋式整流電路。（b）圖是電路圖中簡化畫法。u2>0時D1,D3導通D2,D4截止電流通路:A

D1RLD3Bu2<0時D2,D4導通D1,D3截止電流通路:BD2RLD4A輸出是脈動的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB2.電壓電流波形圖橋式整流電路電壓、電流波形如圖所示。

uO與全波整流電路相同。幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~單相整流電路(1)直流電壓Uo和直流電流IL=Io全波整流時，負載電壓Uo的平均值為:負載上的(平均)電流:3.主要參數(shù)

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值Uo之比。(2)脈動系數(shù)Ｓ用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出uo

分解后可得:結構特點:

電容與負載RL并聯(lián)，或電感與負RL串聯(lián)。交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。10.2.4電源濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。（1）濾波原理橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–1電容濾波電路u2tuot設t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結束沒有電容時的輸出波形電路圖au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–u2tuot電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時，二極管都截止，整流電路不為電容充電，uo會逐漸下降。電路圖2）帶電阻負載RL時的情形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–2）帶電阻負載RL時的情形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–

C越大，RL越大，τ越大，放電越慢，曲線越平滑，脈動越小。u2tuotuot只有整流電路輸出電壓大于uo時，才有充電電流iD

。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流iD采用電容濾波時，整流管的導通角較小。u2tuoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC+–iD電路圖uot電容充電時，電容電壓滯后于u2。整流電路的輸出電流RL接入并考慮整流電路內阻時u2t電路圖au1u2u1bD4D2D1D3RLSC+–iD

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較??；不適于大電流負載。(3)優(yōu)缺點整流橋的簡化畫法（2）電容的選擇及UO（AV）的估算改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–

型濾波電路：在電容濾波后再接一級RC濾波電路。性能及應用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。10.2.6其他形式的濾波電路電路結構:

在橋式整流電路與負載間串入一電感L。電感濾波電路u2u1RLLuo1、電感濾波電路uoRu2u1C1C2uo1′RL(1)RC–

型濾波電路2.復式濾波電路u2u1LuoCRLuo1(2)L-C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LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。(3)LC–

型濾波電路整流濾波電路存在兩個方面問題：1、輸出直流電壓受電網電壓波動影響不穩(wěn)定。2、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，在整流濾波電路后面接入穩(wěn)壓電路。10.3二極管穩(wěn)壓電路10.3.1二極管穩(wěn)壓電路的組成及穩(wěn)壓原理1.二極管穩(wěn)壓電路的組成R限制流過DZ電流，流過DZ電流滿足Izmin＜Iz＜IzmaxRL與DZ相并聯(lián)，稱并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

在這種電路中，不論是電網電壓波動還是負載電阻RL的變化，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路都能起到穩(wěn)壓作用，因為UZ基本恒定，而Uo=UZ。下面從兩個方面來分析其穩(wěn)壓原理：（1）設RL不變，電網電壓升高使Ui升高，導致Uo升高，而Uo=UZ。根據穩(wěn)壓管的特性，當UZ升高一點時，IZ將會顯著增加，這樣必然使電阻R上的壓降增大，吸收了Ui的增加部分，從而保持Uo不變。2．穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓過程簡述如下：

（2）設電網電壓不變，當負載電阻RL阻值增大時，IL減小，限流電阻R上壓降UR將會減小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以導致Uo升高，即UZ升高，這樣必然使IZ顯著增加。由于流過限流電阻R的電流為IR=IZ+IL，這樣可以使流過R上的電流基本不變，導致壓降UR基本不變，則Uo也就保持不變。穩(wěn)壓過程簡述如下：

二極管穩(wěn)壓電路輸出電流小，輸出電壓不可調，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)壓電路作為基準電壓電路，利用晶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、使輸出電壓更穩(wěn)定（穩(wěn)壓系數(shù)Sr可做到小于1%）、輸出電阻更?。ㄝ敵鲭娮鑂O可小于0.1Ω）；通過改變反饋網絡參數(shù)使輸出電壓可在一定范圍內連續(xù)調節(jié)。10.4串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路10.4.1串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路工作原理及電路分析電路的組成串聯(lián)型反饋式穩(wěn)壓電路由“調整管”、“取樣電路”、“基準電壓電路”、“比較放大電路”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T+_UIUO比較放大基準取樣URFUO+_C2RL調整元件+–+–與負載串聯(lián)，通過全部負載電流?？梢允菃蝹€功率管，復合管或用幾個功率管并聯(lián)?？梢允菃喂芊糯箅娐罚顒臃糯箅娐?，集成運算放大器?？捎煞€(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓Uo的一部分和基準電壓相比較。

因調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，故稱之為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。

“調整管”連成射極輸出器形式，通過集-射極電壓UCE自動調整，使輸出電壓穩(wěn)定；“基準電壓電路”由R

和DZ組成，給“比較放大電路”同相輸入端提供穩(wěn)定“基準電壓”與比較放大電路反相輸入端取樣電壓US進行比較“取樣電路”由R1、R2、RW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，確定輸出電壓大小控制調整管T導通程度以改變調整管TUCE朝著與Uo同方向變化、保證Uo穩(wěn)定。其穩(wěn)壓原理簡述如下：電網電壓波動或RL加大，使得輸出電壓Uo升高，產生下列負反饋過程：

Uo↑→US↑→UB↓→Uo↓牽制Uo上升。反之，Uo↓→US↓→UB↑→Uo↑

需要指出，調整管T電壓調整作用是由取樣電壓US和基準電壓UZ之間差值被比較放大器放大后通過控制調整管來實現(xiàn)的，兩者之間有差值才能實現(xiàn)調整；如果Uo不變，調整管電壓UCE也將不變，調整管T也就失去電壓調整作用。所以,輸出電壓Uo不可能絕對穩(wěn)定，總會有些微小變化，即輸出電壓Uo只能是相對穩(wěn)定。3.輸出電壓的調節(jié)范圍

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R1電流大大于放大電路輸入端電流，有：

當RW滑動頭滑至最上端，RW1=0、RW2=RW，Uo為最小值：

當RW滑動頭滑至最下端，RW2=0、RW1=RW，Uo為最大值：

調節(jié)RW滑動頭，Uo在UOmin～UOmax間連續(xù)變化。給實際應用帶來很大的方便。

現(xiàn)在已生產并廣泛應用的單片集成穩(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。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內部也是串聯(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通功率管的外殼內，電路內部附有短路和過熱保護環(huán)節(jié)。10.5集成穩(wěn)壓電路W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形123

硅片封裝在普通功率管的外殼內，電路內部附有短路和過熱保護環(huán)節(jié)。1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端注：型號后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成穩(wěn)壓器固定