直流稳压电源2.ppt

第18章 直流稳压电源 18 直流稳压电源 第18章 直流稳压电源 引 言 电子电路工作时都需要直流电源提供 能量，电池因使用费用高，一般只用于低 功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何 把交流电源变换为直流稳压电源，一般直 流电源由如下部分组成： 第18章 直流稳压电源 1. 整流变压器:是将交流电源电压变换为符合整流 需要的电压。 下图是半导体直流电源的原理方框图，它表示 把交流电变换为直流电的过程。图中各环节的功能 如下： 第18章 直流稳压电源 2. 整流电路:是将交流电压变换单向脉动电压。其中的整 流元件（晶体二极管、电子二极管或晶闸管）所以能整 流，是因为它们都具有单向导电的共同特性。 3. 滤波器:是将脉动直流中的交流成分滤除，减少整流电 压的脉动程度，以适合负载的需要。 4. 稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直 流输出电压稳定。在对直流电压的稳定程度要求较低的电 路中，稳压环节也可以不要。 第18章 直流稳压电源 18.1 整 流 电 路 18.1.2 单相半波整流电路 如图所示是单相半波整流电路。它是最简单的整流电 路，由整流变压器Tr、整流元件D(晶体二极管)及负载电 阻RL组成。设整流变压器副边的电压为 第18章 直流稳压电源 其波形如图(a)所示。 第18章 直流稳压电源 在负载电阻RL上得到的是半被整流电压uo。可以认为uo 的这半个波和u的正半波是相同的。 负载上得到的整流电压虽然是单方向的(极性一定)，但 其大小是变化的。这种所谓单向脉动电压，常用一个周期 的平均值来说明它的大小。 单相半波整流电压的平均值为 整流电流的平均值 整流元件截止时所承受的最高反向电压UDRM 根据Uo，Io和UDRM就可以选择合适的整流元件。 第18章 直流稳压电源 18.1.2 单相桥式整流电路 1.工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换 为直流的电路。 第18章 直流稳压电源 在分析整流电路工作原理时，整 流电路中的二极管是作为开关运用，具 有单向导电性。电路图可知： 当正半周时二极管D1、D3导通 ，在负载电阻上得到正弦波的正半 周。 第18章 直流稳压电源 在分析整流电路工作原理时，整 流电路中的二极管是作为开关运用， 具有单向导电性。电路图可知： 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的 是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流 电路的波形图见图。 当负半周时二极管D2、D4导通 ，在负载电阻上得到正弦波的负半 周。 第18章 直流稳压电源 根据上面图可知，输出电压是单相脉动电压。通 常用它的平均值与直流电压等效。 输出平均电压为 2.参数计算 流过负载的平均电流为 流过二极管的平均电流为 二极管所承受的最大反向电压 第18章 直流稳压电源 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流 分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分 量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与 平均值的比值称为脉动系数S。 第18章 直流稳压电源 3.单相桥式整流电路的负载特性曲线 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电 压与负载电流之间的关系曲线 该曲线的斜率代表了整流电路的内阻。 第18章 直流稳压电源 几种滤波电路 （a）电容滤波器（C滤波器） （b）电感电容滤波器（LC滤波器） （c）型滤波器 滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或 电感与负载RL串联。 18.2 滤 波 器 第18章 直流稳压电源 18.1.1电容滤波器(C滤波器) （1）空载时的情况 输出电压为 U2 二极管承受的最高反向电压URM=2 U2 充电 放电 D u1u2 C RL uo i0 t uo 第18章 直流稳压电源 输出电流的平均值大，UL由放电时间常数决定 =RLC RLCUL 一般取 RLC（35）T （半波整流） RLC（35）T/2 （全波整流） 此时，输出电压的平均值为 通常取 来估算。 （3）结论 二极管的导通角，流过二极管的瞬时电流大，故常串入 一个限流电阻(1/25)RL。 （2）接负载的情况 在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量 守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内冲 得的电荷，所以充电电流较大。 第18章 直流稳压电源 脉动系数小 电路的外特性 UL I0 0.45 U2 半波 0.9 U2 全波 S I0 157% 67% 半波 全波 外特性 滤波特性 电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整 流电压较高的场合。 一般情况 第18章 直流稳压电源 2.电感电容滤波器(LC滤波器 ) （1）工作原理： 当忽略电感线圈的直流电阻时， 负载上的直流电压与不加滤波时负载上 的直流电压相同。 第18章 直流稳压电源 （2）特点： 电感滤波电路的外特性是很平坦的，U0随I0增大 而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内 阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。 导通角=，因而避免了过大的冲击电流。输出 电压没有电容滤波高。 电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高， 输出电流较大及负载变化较大的场合。 电感体积大，成本高，输出电压稍低。 为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。 第18章 直流稳压电源 3.形滤波器 如果要求输出电压的脉动更小，可以在LC滤波器的前 面再并联一个滤波电容C1，便构成了形LC滤波器。它的 滤波效果比LC滤波器更好，但整流二极管的冲击电流较大 。如图(a)所示。 用电阻去代替形滤波器中的电感线圈，便构成了形 RC滤波器。这种滤波电路主要适用于负载电流较小而又要 求输出电压脉动很小的场合。如图(b)所示。 第18章 直流稳压电源 + - u + + - C1 C2 RL R uo + - u + + - C1 C2 RLuo L (a) (b) 第18章 直流稳压电源 18.3 直流稳压电路 18.3.1稳压二极管稳压电源 串联反馈式稳压电路以稳压管电路为基础，利 用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路 中引入深度电压负反馈使输出电压稳定；并且，通 过改变反馈网络参数使输出电压可调。 最简单的直流稳压电路是采用稳压二极管来稳定 电压的。下图是一种稳压二极管稳压电路。 引起电压不稳定的原因是交流电压的波动和负载 电流的变化。 第18章 直流稳压电源 选择稳压二极管时，一般取 稳压二极管稳压电路 第18章 直流稳压电源 18.3.2 恒 压 源 由稳压二极管稳压电路和运算放大器组成的恒压源， 有下图所示的两种。 图(a)是反相输入恒压源，可得出 图(b)是同相输入恒压源，可得出 第18章 直流稳压电源 18.3.3 串联型稳压电源 1.基本电路 显然，VO =VI-VR，当VI增 加时，R受控制而增加，使VR 增加，从而在一定程度上抵消 了VI增加对输出电压的影响。 若负载电流IL增加，R受控制 而减小，使VR减小，从而在 一定程度上抵消了因IL增加， 使VI减小，对输出电压减小的 影响。 第18章 直流稳压电源 在实际电路中，可变电阻R是用一个三极 管来替代的，控制基极电位，从而就控制了 三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。要想输出 电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来 构成串联型稳压电路。 （1）电路组成 它由调整管、放大环节、比较环节、基 准电压源几个部分组成。 2.典型串联反馈式稳压电路 第18章 直流稳压电源 串联型稳压电路方框图 第18章 直流稳压电源 (2) 工作原理 当输入电压变化，负载电流保持不变 VIVOVfVO1VCEVO 第18章 直流稳压电源 负载电流变化，输入电压保持不变 ILVIVOVfVO1VCEVO 第18章 直流稳压电源 （3）输出电压调节范围的计算 根据图可知VfVREF 调节R2显然可以改变输出电压。 第18章 直流稳压电源 （4）稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短 路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部 降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调 整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电 源的短路进行保护。过载也会造成损坏。 保护的方法 反馈保护型温度保护型 截流型限流型 利用集成电路制造工艺， 在调整管旁制作PN结温度传感器。 当温度超标时，启动保护电路工作， 工作原理与反馈保护型相同。 第18章 直流稳压电源 截流型 限流型 当发生短路时，通过保 护电路使调整管截止， 从而限制了短路电流， 使之接近为零。 当发生短路时，通过电 路中取样电阻的反馈作 用，输出电流得以限制 。 第18章 直流稳压电源 1. 概述 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是 集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现 在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公 共端，称为三端集成稳压器。 18.3.4 集成稳压电源 特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路。 第18章 直流稳压电源 类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V 第18章 直流稳压电源 W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V 第18章 直流稳压电源 2. 输出电压固定的三端集成稳压器 恒流源 基准电压电路 调整电路 比较放大 减流保护 过热保护 启动电路 取 样 电 路 第18章 直流稳压电源 3.可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压LM337） 输出电压 基准电压 Iadj 调整管 T VREF I VB VI + Vo R2 R1 I2 I1 第18章 直流稳压电源 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端 1.W7800系列稳压器外形及接线图 1 2 3 + _ W7805 UI + _ U o 1 3 2 CI 0.11F Co 1F +10V +5V 注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！ 18.3.5 集成稳压电路的应用 第18章 直流稳压电源 1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端 2.W7