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第十九章直流稳压电源 返回 哈尔滨工业大学电工学教研室 19 1直流稳压电源的组成和功能 19 5集成稳压电源 19 3滤波电路 19 2整流电路 19 4稳压电路 返回 目录 直流稳压电源的作用 从交流电源变换成平滑而稳定的直流电 直流稳压电源广泛应用于 1 工农业生产中 2 国防军事中 3 科学实验中 4 日常生活中 返回 19 1直流稳压电源的组成和功能 一 组成 直流稳压电源由变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路四部分构成 返回 电源变压器 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2 整流电路 将交流电压u2变为脉动的直流电压uR 滤波电路 将脉动直流电压uR转变为较平滑的直流电压uF 稳压电路 清除电网波动及负载变化的影响 保持输出直流电压U0的稳定 19 1直流稳压电源的组成和功能 二 功能 返回 以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路 19 2单相整流电路 整流电路的任务 利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直流电压 整流电路的种类 整流电路有单相半波 全波 桥式和倍压整流 三相半波 三相桥式全波整流等多种电路 为分析简单起见 我们把二极管当作理想元件处理 即二极管的正向导通电阻为零 反向电阻为无穷大 返回 19 2 1单相半波整流电路的工作原理 电路组成 当u2 0时 二极管导通 如果忽略二极管正向压降 则 uo u2 导通 iD io uo RL 返回 19 2 1单相半波整流电路的工作原理 电路组成 当u2 0时 二极管导通 如果忽略二极管正向压降 则 uo 0 iD io 0 截止 返回 单相半波整流电路输出电压波形 单相半波整流电路输出电压平均值 返回 单相半波整流电路中二极管的平均电流和输出电流 单相半波整流电路中二极管上承受的最高反向电压 返回 19 2 2单相桥式全波整流电路的工作原理 单相桥式全波整流电路组成 返回 单相桥式全波整流电路工作原理 当u2 0时 二极管D1 D3导通 返回 单相桥式全波整流电路工作原理 当u2 0时 二极管D2 D4导通 返回 单相桥式全波整流电路的波形 返回 单相桥式全波整流电路输出电压波形 单相桥式整流电路输出电压平均值 单相桥式全波整流电路输出电流平均值 返回 单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压 单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流 返回 19 2 3单相全波整流电路的工作原理 电路组成 工作原理 当u2 0 D1导通 D2截止 输出uo为全波整流波形 当u2 0 D2导通 D1截止 返回 单相全波整流电路输出电压波形 单相全波整流电路输出电压平均值 单相全波整流电路输出电流平均值 返回 单相全波整流电路二极管上承受的最高反向电压 单相全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流 返回 思考 单相桥式全波整流与单相全波整流异同 变压器 二极管反向电压 输出电压波形 整流元件数量 二极管平均电流 输出电压平均值 无中心抽头 4 全波 有中心抽头 2 全波 实际中单相桥式整流应用较多 返回 单相桥式整流电路中的整流电桥可由四个整流二极管组成 也可直接用集成的整流桥块代替 整流桥块 二极管桥 选择整流元件的主要指标 1 平均整流电流 2 反向耐压 返回 整流桥实物照片 返回 返回 19 3滤波电路 滤波的基本概念 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流 其中既有直流成分又有交流成份 滤波电路就是利用储能元件电容两端的电压 或通过电感中的电流 不能突变的特性 将电容与负载RL并联 或将电感与负载RL串联 滤掉整流电路输出电压中的交流成份 保留其直流成份 达到平滑输出电压波形的目的 这一过程称为滤波 返回 19 3 1电容滤波电路 一 滤波电路 1 单相半波整流电容滤波电路 返回 2 单相桥式整流电容滤波电路 一 滤波电路 返回 半波整流滤波电路 C 100UF 波形图 整流二极管中的电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 470UF 波形图 整流二极管中的冲击电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 1000UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 3300UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 6800UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 全波整流滤波电路 C 100UF 波形图 输出电压 二极管冲击电流 返回 全波整流滤波电路 C 470UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 全波整流滤波电路 C 1000UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 全波整流滤波电路 C 3300UF 波形图 滤波输出电压 整流二极管中的冲击电流 返回 全波整流滤波电路 C 6800UF 波形图 整流二极管中的冲击电流 滤波输出电压 返回 近似估算 U0 1 2U2 2 流过二极管瞬时电流很大 RLC越大 U0越高 负载电流的平均值越大 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 一般选管时 取 二 电容滤波电路的特点 1 输出电压U0与时间常数RLC有关 RLC愈大 电容器放电愈慢 U0 平均值 愈大 返回 输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变 U0和S也随之改变 如 RL愈小 Io越大 Uo下降多 S增大 3 输出特性 外特性 1 4U2 0 9U2 电阻负载有电容滤波 电阻负载无电容滤波 返回 1 并联电容滤波后 输出电压直流成份 即输出电压平均值 提高了 脉动成份降低了 即输出波形平滑 通过以上半波 全波整流电容滤波电路的波形图和分析可以看出 3 输出电压随输出电流 负载电流 增大而下降较快 输出特性较软 4 滤波电容愈大 滤波效果愈好 但整流二极管的导通时间愈短 其中的电流冲击也愈大 2 电容放电时间常数RLC愈大 放电愈慢 输出电压愈高 脉动愈小 滤波效果愈好 电容滤波电路适用于输出电压较高 负载电流较小且负载变动不大的场合 返回 19 3 2电感滤波 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路 一 电感滤波电路结构 返回 二 电感滤波原理 对直流分量 f 0 XL 0 L相当于短路 电压大部分降在RL上 U0 0 9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时 输出平均电压约为 对谐波分量 f越高 XL越大 电压大部分降在XL上 因此 在输出端得到比较平滑的直流电压 三 电感滤波的特点 整流管导电角较大 峰值电流很小 输出特性比较平坦 适用于低电压大电流 RL较小 的场合 缺点是电感铁芯笨重 体积大 易引起电磁干扰 返回 19 3 3LC型 型滤波 为了进一步改善滤波特性 可采取多级滤波的办法 如在电容滤波后再接一级RC滤波电路 或在电感滤波后面再接一电容 从而构成LC型或RC LC 型滤波电路 其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 L C型滤波电路结构 返回 RC 型滤波电路结构 RC 型滤波电路特点 R愈大 C2愈大 滤波效果愈好 但R太大 将使直流压降增加 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 返回 LC 型滤波电路结构 LC 型滤波电路特点 滤波效果比LC滤波器更好 但整流二极管中的冲击电流较大 电感线圈体积大而笨重 成本高 返回 19 4稳压电路 在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路 线性稳压电路和开关型稳压电路等 其中稳压管稳压电路最简单 但是带负载能力差 一般只提供基准电压 不作为电源使用 开关型稳压电源效率较高 目前用的也比较多 但因学时有限 这里不做介绍 以下主要讨论线性稳压电路 返回 稳压电路的主要性能指标 1 稳压系数S 稳压系数S用来反映电网电压波动对稳压电路的影响 定义为当负载固定时 输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比 2 输出电阻Ro 输出电阻Ro用来反映稳压电路受负载变化的影响 定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比 它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻 稳压电路的主要作用 为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳定的输出电压 返回 19 4 1稳压管稳压电路 一 电路结构 返回 二 工作原理 在稳压管的稳压区 电流变化较大时 稳压管两端电压变化较小 1 电网电压波动 2 负载波动 通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的 返回 三 稳压管稳压电路特点 优点 电路简单 元件少 缺点 稳压效果不太好 输出电压不可调 四 稳压管选择办法 五 限流电阻R的选择原则 1 2 返回 19 4 2串联反馈式稳压电路 串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成 1 基准电压环节 2 比较放大环节 3 取样环节 4 调整环节 一 电路结构的一般形式 返回 调整元件T与负载串联 通过全部负载电流 比较放大器可以是单管放大电路或集成运算放大器 调整元件可以是单个功率管 复合管或用几个功率管并联 基准电压可由稳压管稳压电路组成 取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较 因调整管与负载接成射极输出器形式 为深度串联电压负反馈 故称之为串联反馈式稳压电路 二 电路的组成 返回 一 一种实际的晶体管串联反馈式稳压电源 二 稳压原理 当Ui增加或输出电流减小使Uo升高时 返回 三 输出电压的确定和调节范围 4 调整管rce愈大越好 rce小则 Ui引起的 Uo大 四 影响稳压特性的主要因素 1 比较放大部分的AV和电压反馈系数F愈大越好 2 基准电压愈稳定越好 3 放大部分的电源愈稳定越好 调节RP可改变Uo达到调压的目的 稳压实质 通过负反馈使输出电压稳定 返回 在运放理想条件下 AV ri 五 选用增益高的集成运放作为放大环节的串联反馈式稳压电源 返回 六 存在的缺点 串联反馈式稳压电源外围元件较多 另外 调整管工作在线性放大区 当负载电流较大时 其损耗 P UCE Io 大 电源的效率为 Po Pi UoIo UiIi 较低 为了提高效率 可采用开关型稳压电源 返回 19 5集成稳压电源 19 5 1集成稳压电源简介 三端集成稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内 电路内部附有短路和过热保护环节 随着半导体工艺的发展 现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源 具有体积小 可靠性高 使用灵活 价格低廉等优点 最简单的集成稳压电源只有输入 输出和公共引出端 故称之为三端集成稳压器 本节主要介绍常用的7800 7900系列固定输出式三端集成稳压器组件及其应用 其内部也是串联型晶体管稳压电路 根据输出端电压是否可调可分为固定输出式和可变输出式两类 返回 分类 注意 7800 7900系列型号后两位数字XX代表输出电压值 返回 三端集成稳压器实物照片 返回 三端集成稳压器管脚排列 78系列 输出正电压 79系列 输出负电压 输入 输出 公共端 输入 输出 公共端 返回 一 输出为固定正电压的电路 19 5 2应用电路 输出为固定正压时7800系列稳压器的基本接线图如图所示 注意 输入与输出端之间的电压差不得低于3V 返回 二 输出正 负电压的电路 返回 UXX 为78XX固定输出电压 则Uo UXX UZ 三 提