第18章直流穩(wěn)壓電源

第18章直流穩(wěn)壓電源18.2濾波器18.3直流穩(wěn)壓電源18.1整流電路本章要求：

1.

理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計(jì)算；

2.

了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理；

3.

了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第18章直流穩(wěn)壓電源第18章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓。u4uou3u2u1整流變壓器整流電路濾波器穩(wěn)壓環(huán)節(jié)負(fù)載交流電源整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。濾波器：減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合負(fù)載的需要。穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。18.1整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。＊分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦?。uDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM(5)變壓器副邊電流有效值I變壓器副邊電壓有效值5.整流二極管的選擇

流過每管電流的平均值ID與最高反向電壓URM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWMURM

半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元件少。缺點(diǎn)：只利用了電源的半個(gè)周期，所以電源利用率低，輸出的直流成分比較低；輸出波形的脈動(dòng)大；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。故半波整流只用在要求不高，輸出電流較小的場(chǎng)合。18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管

D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－u18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)RLuiouo1234ab+–+–u

正半周，Va>Vb，二極管1、3導(dǎo)通，2、4截止。

u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管2、4導(dǎo)通，1、3截止。uouDttuD1uD3－－u4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM(5)變壓器副邊電流有效值I特點(diǎn)：(1)輸出直流電壓高；

(2)脈動(dòng)較??；

(3)二極管承受的最大反向電壓較低；(4)電源變壓器得到充分利用。目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來非常方便。5.整流二極管的選擇選管時(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWMURM

與半波整流時(shí)相同解：變壓器副邊電壓有效值例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。流過每只二極管電流平均值每只二極管承受的最高反向電壓整流電流的平均值

考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出5%-10%，即取

U=1.1111122V例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?，已知交流電網(wǎng)電為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓

U

122V可選用二極管2CZ55E，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。解：例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2或D4斷開時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

則正半周時(shí)，二極管D1、D2或D4、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D2或D4、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D2或D4、D3將被燒壞。如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反18.2濾波器

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)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(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。濾波原理：方法：1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO18.2.1電容濾波器（2）截止二極管上承受的最高反向電壓URM4.參數(shù)計(jì)算（1）整流電壓平均值UO近似估算取：

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當(dāng)負(fù)載RL開路時(shí)(半波），UO

5.電容器的選擇(T—電源電壓的周期)輸出電壓的脈動(dòng)程度和平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。為了得到比較平直的輸出電壓（1）電容值的選擇（2）電容的耐壓值>例1：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CZ52BIOM=100mAURWM=50V

例1：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知

RL=50uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器18.2.2電感電容濾波器（LC濾波器）1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理

對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)交流分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。

當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為合適。18.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加。主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。18.3直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。

18.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路結(jié)構(gòu)+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路18.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUO

(UZ)設(shè)負(fù)載RL一定，UI

變化UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI

=(2~3)UO

適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。例1：有一穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，負(fù)載電阻RL由開路變到3kΩ，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出UI=30V，今要求輸出電壓UO=12V

，試選擇穩(wěn)壓二極管DZ。負(fù)載電流最大值解：IOM=UO/RL=12/(3×103)=4mA

IZM=(1.5~3)IOM=(6~12)mAUZ

=UO=12V因此可以選擇2CW60的穩(wěn)壓管。UZ=（11.5~12.5）V

IZ=5mA

IZM=19mAUiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–UF+–R118.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)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。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程

由電路圖可知UOUFUBUOICUCE

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。UITR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–UF+–R1+_UCE3.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–UF+–R118.3.3

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

最簡(jiǎn)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。分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓W78XX系列：輸出正電壓

W117/217/317系列W79XX系列：輸出負(fù)電壓

(1)型號(hào)命名：

W78XX系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7808輸出+8VW7812輸出+12VW7815輸出+15V

W79XX系列——穩(wěn)定負(fù)電壓

W7905輸出-5VW7908輸出-8VW7912輸出-12VW7915輸出-15V1.固定式三端集成穩(wěn)壓器W78XX、W79XX系列穩(wěn)壓器有金屬封裝和塑料封裝兩種（2）外形及引腳功能外形封裝和引腳功能圖

使用時(shí)必須注意引腳功