直流稳压电源26324PPT学习教案

1、会计学1 直流稳压电源直流稳压电源26324 电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。 整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。 稳稳压电路压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。 10.1直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 整整 流流 电电 路路 滤滤 波波 电电 路路 稳稳 压压 电电 路路 整整 流流

2、电电 路路 滤滤 波波 电电 路路 稳稳 压压 电电 路路 u 1 u 2 u 3 u 4 u o 第1页/共54页 10.2 整流与滤波电路整流与滤波电路 1.半波整流电路半波整流电路 二极管导通，忽略二二极管导通，忽略二 极管正向压降，极管正向压降， uo=u2 u 1 u 2 a T b D RLu o 为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，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。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 二极管截止二极管截止, uo=0 + io + u2 0 时时: u20 时时 D1,D4导通导通 D2,D

3、3截止截止 电流通路电流通路: a D1 RLD4b u20 时时 D2,D3导通导通 D1,D4截止截止 电流通路电流通路: b D2 RLD4a 单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 u 2 D 3 D 2 D 1D 4 RL u o a b 整流输出电压平均值：整流输出电压平均值： Uo=0.9U2 负载电流平均值负载电流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二极管平均电流：二极管平均电流：ID=Io/2 二极管最大反向电压：二极管最大反向电压： DRM 2 2 UU= u2 t t uD2,uD3uD1,uD4 t u

4、o 第13页/共54页 集成硅整流桥：集成硅整流桥： u 2 uo + +- + 第14页/共54页 4. 整流电路的主要参数整流电路的主要参数 负载电压负载电压 Uo的平均值为的平均值为: ( ) = oo tdu U 2 0 2 1 负载上的负载上的(平均平均)电流电流: L o R U I o = (1)整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值 uo 2 0 t 第15页/共54页 S定义：定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。 （2）脉动系数）脉动系数 670 3 2 22 3 24 2 2 1 . U U U

5、U S o Mo = 用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得: )6cos 35 4 4cos 15 4 2cos 3 42 (2 2 tttUuo = uo 2 0 t 基波基波 基波峰值基波峰值 输出电压平均值输出电压平均值 第16页/共54页 平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管是选择整流管 的主要依据。的主要依据。 oD II 2 1 = 2 2UU RM = 例如：例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只

6、整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压： (3)二极管平均电流与反向峰值电压二极管平均电流与反向峰值电压 （选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2ID) （选购时：（选购时：最大反向电压最大反向电压 2URM) 第17页/共54页 二、滤波电二、滤波电 路路 滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，并联， 或电感与负载或电感与负载RL 串联。串联。 交流交流 电压电压 脉动脉动 直流电压直流电压 整流整流 滤波滤波 直流直流 电压电压 RL L

7、 RLC 第18页/共54页 1. 电容滤波电路电容滤波电路 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析以单向桥式整流电容滤波为例进行分析 ，其电路如图所示。，其电路如图所示。 (1)电容滤波原理电容滤波原理 a 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路 u 1 u 2 u 1 b D 4 D 2 D 1 D 3 RL uo S C 第19页/共54页 RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) u2 t uo t 设设t1时刻接通电源时刻接通电源 t1 整流电路为电容充电整流电路为电容充电 充电结束充电结束 没有电容没有电容 时的输出时的输出 波形波形 a u 1 u 2 u 1 b

8、D 4 D 2 D 1 D 3 RL uo S C uc 第20页/共54页 RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) u 1 u 2 u 1 b D 4 D 2 D 1 D 3 RL uo S C u2 t uo t 无滤波电容无滤波电容 时的波形时的波形 加入滤波电容加入滤波电容 时的波形时的波形 第21页/共54页 uo t u2上升，上升， u2大于电容大于电容 上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电， uo= uc u2 u2下降，下降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。

9、电容电容C通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数 规律下降，时间常数规律下降，时间常数 = RL C 第22页/共54页 u2 t uo t 只有整流电路输只有整流电路输 出电压大于出电压大于uc时时 ，才有充电电流，才有充电电流 。因此二极管中。因此二极管中 的电流是脉冲波的电流是脉冲波 。 二极管中的二极管中的 电流电流 u 1 u 2 u 1 b D 4 D 2 D 1 D 3 RL uo S C 第23页/共54页 u2 t uo t 电容充电时，电容充电时， 电容电压滞后电容电压滞后 于于u2。 RLC越小，输越小，输 出电压越低。出电压越低。 u 1 u 2 u 1 b D 4

10、 D 2 D 1 D 3 RL uo S C RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻) 第24页/共54页 一般取一般取)105(TCR L = (T:电源电压的周期电源电压的周期) 近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL (b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大 (2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 (a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC

11、有关有关 RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大 (c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压 2 2UU RM = 动画演示动画演示 第25页/共54页 2. 电感滤波电路电感滤波电路 电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感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。就构成了电感滤波电路。 u2u1 RL L uo 第26页/共54页 电感滤波原理电感滤波原理 对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比

12、较平滑的直流电压。 Uo=0.9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压 约为：约为： u2u1 RL L uo 对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上 第27页/共54页 3. RC 型型滤波器滤波器 改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤采取多级滤 波波 uo R u2u1 C1C2 uo1 RL RC 型型滤波器滤波器 将将RC 型型滤波器中的电阻换为电滤波器中的电阻换为电 感，变为感，变为LC 型型滤波器滤波器 第28页/共54页 10.3 串联式稳压电路串联式稳压电路 稳压

13、电路的作用稳压电路的作用: : 交流交流 电压电压 脉动脉动 直流电压直流电压 整流整流 滤波滤波 有波纹的有波纹的 直流电压直流电压 稳压稳压 直流直流 电压电压 第29页/共54页 稳压电源类型稳压电源类型: 以下主要讨以下主要讨 论线性稳压论线性稳压 电路。电路。 稳压管稳压管 稳压电路稳压电路 开关型开关型 稳压电路稳压电路 线性线性 稳压电路稳压电路 常用稳压电路常用稳压电路 ( (小功率设备小功率设备) ) 电路最简单，电路最简单， 但是带负载能但是带负载能 力差，一般只力差，一般只 提供基准电压提供基准电压 ，不作为电源，不作为电源 使用。使用。 效率较高，效率较高， 目前用的也

14、目前用的也 比较多，但比较多，但 因学时有限因学时有限 ，这里不做，这里不做 介绍。介绍。 第30页/共54页 一一. 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标 输出电压变化量输出电压变化量 TSIRVKV T = = OoIVO 稳压系数稳压系数 0 0 II OO O / / = = = = = = T I VV VV 输出电阻输出电阻 0 0 O O o I = = = = = = T V I V R 温度系数温度系数 0 0 O I = = = = = = T VT T V S 第31页/共54页 二二. . 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管的反利用稳压二极

15、管的反 向击穿特性。向击穿特性。 由于反向特性陡直由于反向特性陡直 ，较大的电流变化，较大的电流变化， 只会引起较小的电压只会引起较小的电压 变化。变化。 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 1. 1. 稳压原理稳压原理 第32页/共54页 (1) (1) 当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压 根据电路图可知根据电路图可知 ZLR +=III RIVVVVV RIRIZO = 输入电压输入电压VI的增加，必然引起的增加，必然引起VO的增加，即的增加，即VZ增加增加 ，从而使，从而使IZ增加，增加，IR增加，使增加，使VR增加，从而使输出电增加，从而使输出电 压压VO减小。这一

16、稳压过程可概括如下：减小。这一稳压过程可概括如下： 这里这里VO减小应理解为，由于输入电压减小应理解为，由于输入电压VI的增加的增加 ，在稳压二极管的调节下，使，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大的增加没有那么大 而已。而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系还是要增加一点的，这是一个有差调节系 统。统。 VIVOVZIZIRVRVO 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 第33页/共54页 (2) (2) 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流IL的增加，必然引起的增加，必然引起IR的增加，即的增加，即VR增加，增加， 从而使从而使VZ=VO减

17、小，减小，IZ减小。减小。IZ的减小必然使的减小必然使IR减小，减小， VR减小，从而使输出电压减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可增加。这一稳压过程可 概括如下：概括如下： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO 第34页/共54页 2.2.稳压电阻的计算稳压电阻的计算 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。的阻值大小有关。 稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大越大， 稳压性能越好。稳压性能越好。 稳压电阻稳压电阻R

18、 的作用的作用 将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化， 从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。 显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。变化，就可达到足够的稳压效果。 但但R 的数值越大，就需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。值，损耗就要加大。 第35页/共54页 稳压电阻的计算如稳压电阻的计算如 下下 当当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时时，

19、流过稳压二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出，由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即 LmaxZmin ZImin max = II VV R 当当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即 LminZmax ZImax min = II VV R maxmin RRR

20、(1)(1) (2)(2) 稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时 一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不 能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值， 否则会造成损坏！否则会造成损坏！ 第36页/共54页 三三. . 串联型稳压电源串联型稳压电源 1. 1. 串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成 VO =VI- -VR， 当当VIR VR在一定程度上抵消了在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。增加对输出电压的影响。 若负载电流若负载电流ILRVR在一定程度上抵消了因在一定程度上抵消了因IL增加，使增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。减小，对输出电压减小的影响。 串联稳压

21、电源示意图串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 第37页/共54页 在实际电路中，可变电阻在实际电路中，可变电阻R R是用一个三极管来替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代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管 压降压降VCE，VCE相当于相当于VR。 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图 串联型稳压电源的构成：串联型稳压电源的构成： 调整管、放大环节、比较环节、基准电压源调整管、放大环节、比较环节、基准电压源 第38页/共54页 2.2.工作原理工作原理 1 1输入电压变化时输入电压变化时 VIVOVfVO1VCEVO 实质：实质：电压负

22、反馈电压负反馈 2 2负载电流变化时负载电流变化时 ILVIVOVfVO1VCEVO Q vCE/V iC/mA Q 第39页/共54页 3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算 REF 23 21 O ) +(1=V RR RR V 可见，调节可见，调节R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。 根据根据“虚虚 短短” VfVREF oVo 321 32 f =VFV RRR RR V= V REF V f o F V F V V= 第40页/共54页 T1调整管调整管 R3 、 T2比较放大比较放大 R1 、 RW 、R2采样电阻采样电阻 R 、 UZ基准电压基准电压 3. 分立

23、元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 第41页/共54页 稳压原理稳压原理 UoUB2UBE2=（UB2-UZ ） UC2 （UB1 ）Uo 当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高升高 时时 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 UC2 （UB1 ） 动画演示动画演示 第42页/共54页 (3) 输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围 因为因为 ： O U 2BEZ UU 22

24、W RR 21W RRR = () 2 22 21 BEZ W W O UU RR RRR U =所以：所以： 22 21 Z W W U RR RRR = 忽略忽略UBE2 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 第43页/共54页 例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求，求 输出电压的调节范围。输出电压的调节范围。 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 2 21 Z W W Omin U RR RRR U = 4=6V 4.74.7

25、= 4.7 4.7 4.7 2 21 Z W Omax U R RRR U = 4=12V 4.74.7 = 4.7 4.7 第44页/共54页 10.4 三端集成稳压器三端集成稳压器 一一. 输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压（正电压 78 、负电压、负电压 79 ）恒流源恒流源 基准电压电路基准电压电路 调整电路调整电路 比较放大比较放大 减流保护减流保护 过热保护过热保护 启动电路启动电路 取取 样样 电电 路路 R4 T1 T4 T2T3 T5 DZ1DZ2 R3 R2 R1 VREF T14 T13 D2 D1 R5 R7 R6 T6 T7 T8 T9

26、T12 T10 T11 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 DZ3 DZ4 VF VO VI 1 2 3 IO 第45页/共54页 常用的集成三端稳压器的类型常用的集成三端稳压器的类型 类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V 第46页/共54页 1端端: 输入端输入端 2端端: 公共端公

27、共端 3端端: 输出端输出端 W7800系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图 1 2 3 + _ W7805 UI + _ U o 1 3 2 CI 0.11 F Co 1F +10V +5 V 注意：注意：输入与输出端输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！ 第47页/共54页 1端端: 公共端公共端 2端端: 输入端输入端 3端端: 输出端输出端 W7900系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图 1 2 3 + W7905 UI + U o 2 3 1 CI 0.11 F Co 1F -10V -5V 第48页/共54页 输出正、负电压的稳压电路输出正、负电压的稳压电路 第49页/共54页 IQ R 1 R2 输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路 I 1 I2 1 1 R U I XX = 012 III= 220 RIUU XX = 2 1 )(RI R U U Q XX XX = 2 1 2 )1 (RIU R R QXX = 如何消除如何消除IQ的影响呢？的影响呢？ 第50页/共54页 XX U R R U=)1 ( 1 2 0 第51页/共54页 作恒流源使用作恒流源使用 R I V5 O