直流穩(wěn)壓電源原理與設(shè)計(jì)-

直流穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計(jì)直流電源的組成及各部分的作用電源變壓器：把220V電網(wǎng)電壓降至所需電壓。整流電路：把交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電壓。濾波電路：減小脈動(dòng)使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路：在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)保持輸電壓基本不變。出u1T

au2bRL

uou2純電阻負(fù)載半波整流電壓波形uDD

uouDt2340u2

>0二極管導(dǎo)通uo=u2u2<0二極管截止uo=0整流與濾波電路-----半波整流u1u2T

aDRLuouDiob直流電壓直流電流有效值電流二極管電流反向電壓uo20t純電阻負(fù)載半波整流參數(shù)u1u2T

abRuoD22io單相全波整流電壓波形D1u2uouD1t2340uD2+–u

+–0

~

：uD2

=

2u2L

+整流與濾波電路-----全波整流單相全波整流主要參數(shù)u1aTbD1RLuoD2u2u2iouo20tu1u2D3D2D1D4橋式整流電路波形TRLuo整流與濾波電路-----橋式整流uo20t正半周D1、D4

導(dǎo)通，D2

、D3截止負(fù)半周D2、D3

導(dǎo)通，D1

、D4截止u1u2橋式整流電路參數(shù)TD3D2D1D4RLuouo20t脈動(dòng)系數(shù)Ｓuo0

2S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出uo

分解后可得:t基波基波峰值輸出電壓平均值半波整流電路橋式整流電路全波整流電路整流電路性能的簡單對比二、濾波電路交流電壓脈動(dòng)

直流電壓整流濾波直流電壓濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):LRLRLCRLLu2uott二極管中的電流只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC1.

電容濾波電路uot當(dāng)u2

上升到大于電容上的電壓uc，u2

對電容充電，充電時(shí)間常數(shù)t=rd

C很小,每次都能充滿uo=

uc當(dāng)u2

下降到小于電容上的電壓時(shí)。二極管承受反向電壓而截止。電

容C通過RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù)

=

RL

C比較大,放電慢.ttR

C越小，輸L出電壓越低。RL接入（且RLC較大）時(shí)u2電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。uou1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC(考慮整流電路內(nèi)阻)=RLC

3

(5

-10)T

(T:電源電壓的周期)Io=

Uo/RL近似估算:

Uo=1.2U2(b)流過二極管瞬時(shí)電流很大RLC

越大

Uo越高整流管導(dǎo)電時(shí)間越短負(fù)載電流的平均值越大;iD的峰值電流越大(2)電容濾波電路的特點(diǎn)(a)輸出電壓平均值Uo與時(shí)間常數(shù)RLC

有關(guān)電容器放電愈慢RLC

愈大

Uo(平均值)愈大一般取τ(c)二極管承受的最高反向電壓串聯(lián)式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動(dòng)

直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓穩(wěn)壓電源類型:以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路

(小功率設(shè)備)電路最簡單，

但是帶負(fù)載能

力差，一般只

提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使

用。效率較高，

目前用的也

比較多，但

因?qū)W時(shí)有限，這里不做介

紹。一.

硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1.

穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(1)

當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加，即

VZ增加，從而使IZ增加，

IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而

已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2.穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻R

的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化從而起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)R也是限流電阻。顯然R

的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。但R

的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下(1)當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會(huì)造成損壞！(2)當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即三.

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源1.

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成VO

=VI-VR，當(dāng)VI↑→R↑→VR↑→在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負(fù)載電流IL↑→R↓→VR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使

VI減小，對輸出電壓減小的影響。串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于VR。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成：調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源2.工作原理1．輸入電壓變化時(shí)VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓2．負(fù)載電流變化時(shí)IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑實(shí)質(zhì)：電壓負(fù)反饋3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算可見，調(diào)節(jié)R2可以改變輸出電壓。根據(jù)“虛短”Vf≈VREF穩(wěn)壓原理Uo

UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2

（UB1

）當(dāng)UI

增加或輸出電流減小使Uo升高時(shí)R3T1T2UZR1RWR2RL+_+UO_UIRRW1RW2

UB2UC2（UB1

）(3)輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍OUBE

2Z因?yàn)椋篣

+

U+

R2W+

RRW

2R

+

R=BE

22W

2=

R1Z(U

+

U1

2+

R2

+

RWOR+

R所以：U2W

2+

R2

+

RWZUR+

R)=

R1忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RL+_+UO_UIUB2例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k

，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RL+_+UO_UIUB2W

2ZOminUR+

R=

R1

+

R

2

+

RWU=4.7+

4.7+

4.7

4=6V4.7+

4.72=

R1

+

R

2

+

RWZOmaxURU=4.7+

4.7+

4.7

4=12V4.710.3

三端集成穩(wěn)壓器一.輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器恒流源基準(zhǔn)電壓電路比較放大（正電壓78

、負(fù)電壓

79

）減流保護(hù)

調(diào)整電路過熱保護(hù)啟動(dòng)電路取樣電路端:公共端端:輸入端端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖132–+UI–+Uo23W79051CI0.1~1

FCo1μF-10V-5V端:輸入端端:公共端端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖123+_UI_Uo13W78052CI0.1~1

FCo1μF+10V+5V+注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！10.2.4

三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1.固定式應(yīng)用舉例10.2.4

三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用2.可調(diào)式應(yīng)用舉例10.2.4

三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用2.可調(diào)式應(yīng)用舉例四.

穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)輸出電壓變化量穩(wěn)壓系數(shù)輸出電阻溫度系數(shù)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)的依據(jù)是技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：電路結(jié)構(gòu)選擇、參數(shù)計(jì)算、器件選擇、具體電路設(shè)計(jì)步驟包括：根據(jù)市場、技術(shù)潮流、主要指標(biāo)選擇電源類型和電路結(jié)構(gòu)根據(jù)電壓關(guān)系計(jì)算各部分的電壓根據(jù)電流關(guān)系計(jì)算各部分的電流根據(jù)功率關(guān)系計(jì)算各部分的功率根據(jù)電壓、電流、功率選擇器件設(shè)計(jì)結(jié)果包括：具體電路圖，設(shè)計(jì)到電路、器件型號、管腳電路結(jié)構(gòu)的選擇穩(wěn)壓類型:線性串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)式穩(wěn)壓電源;穩(wěn)壓器件:三端穩(wěn)壓器,晶體管穩(wěn)壓,其他集成穩(wěn)壓器;濾波電路:電容濾波,電感濾波,電感電容濾波;整流電路:橋式整流,全波整流,半波整流;工頻變壓器降壓.得到如下電路:電路參數(shù)的計(jì)算—電壓的計(jì)算U2Ui△

UU0電路參數(shù)的計(jì)算—電流的計(jì)算I0IiI2Id

Id0電路元件參數(shù)的選取1、穩(wěn)壓器件:三端穩(wěn)壓器,正穩(wěn)壓系列78LXX：100mA78MXX：500mA78XX

：1A78HXX：

5AXX=05，06，08，09，12，15，24負(fù)穩(wěn)壓系列：79LXX；79MXX；79XX；正可調(diào)穩(wěn)壓系列：LM117；LM217；LM317Uo=1.25-25V

Iomax=1.5A負(fù)可調(diào)穩(wěn)壓系列：LM137；LM237；LM337Uo=-（1.25-25）V

Iomax=1.5A2、輸出濾波電容作用：是輸出電壓波形更平滑，減少負(fù)載對電源的影響，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。取值范圍：取值太小時(shí)，起不到應(yīng)有的作用；太大時(shí)會(huì)造成沖擊太大；反饋相移大，甚至自激。參考輸出電流取值：<100mA500mA1A1.5A3A5A47μF100μF220μF470μF1000μF2200μF耐壓：〉=50%的裕量3、穩(wěn)壓器前后小濾波電容主要目的是濾除高頻干擾，電解電容的高頻特性較差，小容量的無極性電容高頻特性好，起到互補(bǔ)作用。也有利于改善動(dòng)態(tài)特性。取值在0.01μF~0.33μF4、瀉放電阻給穩(wěn)壓器的漏電流提供瀉放回路，防止空載電壓高于正常輸出電壓。R<U0/Is Is一般在微安數(shù)量級。5、濾波電容濾波電容越大紋波越小，但整流沖擊大，電流有效值大，要求變壓器和整流管的功率和電流都要大。6、整流二極管:、保護(hù)二極管7、變壓器功率30-8080-200200-400400以上效率0.80.850.90.95鐵芯與磁導(dǎo)率表征各種材料導(dǎo)磁能力的物理量真空中的磁導(dǎo)率(

)為常數(shù)（亨/米）一般材料的磁導(dǎo)率

和真空中的磁導(dǎo)率之比，稱為這種材料的相對磁導(dǎo)率，則稱為磁性材料，則稱為非磁性材料選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機(jī)中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)選擇值以減小鐵心飽和程度。(2)渦流損耗（

Pe）渦流：交變磁通在鐵心內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內(nèi)環(huán)流。渦流損耗:

由渦流所產(chǎn)生的功率損耗。渦流損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。磁滯損耗轉(zhuǎn)化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。減少磁滯損耗的措施：++–一–次繞組N1二次繞組N2鐵心變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器符號：單相變壓器一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。磁芯形狀及特點(diǎn)形狀特點(diǎn)EE、EITYPE大小齊全有JIS及IEC標(biāo)準(zhǔn)EER、ETDTYPE大小齊全有JIS及IEC標(biāo)準(zhǔn)LP、EEDTYPElow

profile

（扁平特性）適合高密度裝配C型變壓器EI變壓器產(chǎn)器特點(diǎn)：EI型鐵芯變壓器制造工藝簡單，成本相對較低。由于鐵芯片及與其相配套的線圈骨架均已形成系列并大量生產(chǎn)，所以應(yīng)用十分廣泛。?EI型鐵芯變壓器全部采取冷軋取向硅鋼帶沖制的鐵芯，比采用其他材質(zhì)的變壓器損耗小、效率高，溫升低。功率大小根據(jù)要求訂制單相，三相（1VA—100KVA）。R型變壓器

采用取向性高磁導(dǎo)率硅鋼帶制成的，無切割環(huán)形截面的R鐵芯是變壓器的一個(gè)革命性突破。R變壓器具有體積小，重量輕和漏磁小等特點(diǎn)，與E-I型、C型和環(huán)形變壓器相比有著更高的性能和可靠性。體積小，重量輕R變壓器具有無切割卷繞鐵芯，使用高品質(zhì)的材料，因而體積小，重量輕，使用這種變壓器，你就可以將產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)成更新穎的形狀，并且降低成本。高效率由于鐵芯無切割，損失就很小，使用高品質(zhì)的材料和緊湊結(jié)構(gòu)，把鐵芯與繞組之間的距離降到最小，這樣，R變壓器的效率通?？蛇_(dá)90%以上。漏磁最小R變壓器的鐵芯沒有磁隙而且繞線極勻衡，因而漏磁非常小，這樣，就無需采取任何防范措施來防止影響漏磁。產(chǎn)熱量最小，無噪音由于R變壓器是用高品質(zhì)低損耗的材料制成，具有均勻圓形截面和連續(xù)的繞線，電阻損耗和產(chǎn)熱都非常低，且由于沒有切割，磁致伸縮應(yīng)力就很易被吸收，因而保證了實(shí)際應(yīng)用無噪音。勵(lì)磁電流小R變壓器設(shè)計(jì)合理，因而具有鐵損低，產(chǎn)熱