直流穩(wěn)壓電源原理與設計-

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

au2bRL

uou2純電阻負載半波整流電壓波形uDD

uouDt2340u2

>0二極管導通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純電阻負載半波整流參數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

導通，D2

、D3截止負半周D2、D3

導通，D1

、D4截止u1u2橋式整流電路參數TD3D2D1D4RLuouo20t脈動系數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

直流電壓整流濾波直流電壓濾波電路的結構特點:LRLRLCRLLu2uott二極管中的電流只有整流電路輸出電壓大于uc時，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u2

上升到大于電容上的電壓uc，u2

對電容充電，充電時間常數t=rd

C很小,每次都能充滿uo=

uc當u2

下降到小于電容上的電壓時。二極管承受反向電壓而截止。電

容C通過RL放電，uc按指數規(guī)律下降，時間常數

=

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u2電容充電時，電容電壓滯后于u2。uou1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC(考慮整流電路內阻)=RLC

3

(5

-10)T

(T:電源電壓的周期)Io=

Uo/RL近似估算:

Uo=1.2U2(b)流過二極管瞬時電流很大RLC

越大

Uo越高整流管導電時間越短負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(a)輸出電壓平均值Uo與時間常數RLC

有關電容器放電愈慢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式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動

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)壓電源開關型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路

(小功率設備)電路最簡單，

但是帶負載能

力差，一般只

提供基準電壓，不作為電源使

用。效率較高，

目前用的也

比較多，但

因學時有限，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，只會引起較小的電壓變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(1)

當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓根據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減小應理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而

已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調節(jié)系統。2.穩(wěn)壓電阻的計算穩(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態(tài)電阻有關，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關。穩(wěn)壓二極管的動態(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換為電壓的變化從而起到調節(jié)作用，同時R也是限流電阻。顯然R

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

的數值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計算如下(1)當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應小于最大值。即穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！(2)當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即三.

串聯型穩(wěn)壓電源1.

串聯型穩(wěn)壓電源的構成VO

=VI-VR，當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。串聯穩(wěn)壓電源示意圖在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當于VR。串聯型穩(wěn)壓電路方框圖串聯型穩(wěn)壓電源的構成：調整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源2.工作原理1．輸入電壓變化時VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓2．負載電流變化時IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑實質：電壓負反饋3.輸出電壓調節(jié)范圍的計算可見，調節(jié)R2可以改變輸出電壓。根據“虛短”Vf≈VREF穩(wěn)壓原理Uo

UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2

（UB1

）當UI

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

UB2UC2（UB1

）(3)輸出電壓的確定和調節(jié)范圍OUBE

2Z因為：U

+

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)壓器恒流源基準電壓電路比較放大（正電壓78

、負電壓

79

）減流保護

調整電路過熱保護啟動電路取樣電路端: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)壓器的應用1.固定式應用舉例10.2.4

三端集成穩(wěn)壓器的應用2.可調式應用舉例10.2.4

三端集成穩(wěn)壓器的應用2.可調式應用舉例四.

穩(wěn)壓電路的主要性能指標輸出電壓變化量穩(wěn)壓系數輸出電阻溫度系數直流穩(wěn)壓電源的設計方法直流穩(wěn)壓電源的設計的依據是技術指標設計的內容包括：電路結構選擇、參數計算、器件選擇、具體電路設計步驟包括：根據市場、技術潮流、主要指標選擇電源類型和電路結構根據電壓關系計算各部分的電壓根據電流關系計算各部分的電流根據功率關系計算各部分的功率根據電壓、電流、功率選擇器件設計結果包括：具體電路圖，設計到電路、器件型號、管腳電路結構的選擇穩(wěn)壓類型:線性串聯直流穩(wěn)壓電源和開關式穩(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:電路參數的計算—電壓的計算U2Ui△

UU0電路參數的計算—電流的計算I0IiI2Id

Id0電路元件參數的選取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負穩(wěn)壓系列：79LXX；79MXX；79XX；正可調穩(wěn)壓系列：LM117；LM217；LM317Uo=1.25-25V

Iomax=1.5A負可調穩(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，減少負載對電源的影響，提高動態(tài)響應。取值范圍：取值太小時，起不到應有的作用；太大時會造成沖擊太大；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，起到互補作用。也有利于改善動態(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鐵芯與磁導率表征各種材料導磁能力的物理量真空中的磁導率(

)為常數（亨/米）一般材料的磁導率

和真空中的磁導率之比，稱為這種材料的相對磁導率，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。變壓器和電機中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。設計時應適當選擇值以減小鐵心飽和程度。(2)渦流損耗（

Pe）渦流：交變磁通在鐵心內產生感應電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內環(huán)流。渦流損耗:

由渦流所產生的功率損耗。渦流損耗轉化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。磁滯損耗轉化為熱能，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構變壓器符號：單相變壓器一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。磁芯形狀及特點形狀特點EE、EITYPE大小齊全有JIS及IEC標準EER、ETDTYPE大小齊全有JIS及IEC標準LP、EEDTYPElow

profile

（扁平特性）適合高密度裝配C型變壓器EI變壓器產器特點：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，所以應用十分廣泛。?EI型鐵芯變壓器全部采取冷軋取向硅鋼帶沖制的鐵芯，比采用其他材質的變壓器損耗小、效率高，溫升低。功率大小根據要求訂制單相，三相（1VA—100KVA）。R型變壓器

采用取向性高磁導率硅鋼帶制成的，無切割環(huán)形截面的R鐵芯是變壓器的一個革命性突破。R變壓器具有體積小，重量輕和漏磁小等特點，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，使用高品質的材料，因而體積小，重量輕，使用這種變壓器，你就可以將產品重新設計成更新穎的形狀，并且降低成本。高效率由于鐵芯無切割，損失就很小，使用高品質的材料和緊湊結構，把鐵芯與繞組之間的距離降到最小，這樣，R變壓器的效率通常可達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。產熱量最小，無噪音由于R變壓器是用高品質低損耗的材料制成，具有均勻圓形截面和連續(xù)的繞線，電阻損耗和產熱都非常低，且由于沒有切割，磁致伸縮應力就很易被吸收，因而保證了實際應用無噪音。勵磁電流小R變壓器設計合理，因而具有鐵損低，產熱