模拟电路与数字电路(第2版)课件集：第7章 直流稳压电源

1、几乎所有的电子电路工作时都需要直流几乎所有的电子电路工作时都需要直流电源提供能量电源提供能量. .便携式低功率系统可以使用便携式低功率系统可以使用电池电池, ,但对于大功率电子设备但对于大功率电子设备, ,使用电池的费使用电池的费用太高用太高, ,所以都采用直流电源供电所以都采用直流电源供电. .第第7 7章章 直流稳压电源直流稳压电源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转变为平滑的直流电压转变为

2、平滑的直流电压u4。稳压电路稳压电路: 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的的 稳定。稳定。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 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo7.1 7.1 直流稳压电源的基本组成直流稳压电源的基本组成7.2 整流电路整流电路7.2.1 半波整流电路半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止, uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD主要参数：主要

3、参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）输出电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL 220 V1212R2+Luuu2L1DD27.2.2 单相全波整流电路单相全波整流电路+变压器副边中变压器副边中心抽

4、头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时， D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.8 u2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0

5、 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID = IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 7.2.3 桥式全波整流电路桥式全波整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时： D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL

6、输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.8u2输出电流平均值输出电流平均值:IL= UL/RL =0.8 u2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脉动系数脉动系数1:用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 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LLACLLACUUUUS11 67

7、. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+ +- +7.3.1 电容滤波电容滤波7.3 滤波电路滤波电路+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C（1）空载（）空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。由于由于RL=，无放电回，无放电回路，所以路，所以uC保持。保持。22uuuCL （2）接入）接入RL（且（且RLC较大）时较大）时u2tiDtu2 uC时：时：二极管导通

8、，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很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电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(a) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)2)53(TCRL u2tiDtuc= uL纯电

9、阻负载时，纯电阻负载时，I2=1.52IL为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。1.LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC122.RC型滤波电路型滤波电路7.3.2 其他滤波电路其他滤波电路7.4 稳压电路稳压电路稳压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7.4.1 7.4.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直

10、，较大的电流变化，只会引起较小由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRU i由图知：由图知：(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI2、限流电阻的计算、限流电阻的计算（1 1）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，

11、流过稳压二时，流过稳压二极管的电流最小。此时极管的电流最小。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。即。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI （2 2）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，流过稳压二极时，流过稳压二极管的电流最大。此时管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由此可计算出，由此可计算出稳压电稳压电阻的最小值阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RU

12、IZILImaxminRRR 所以：所以：7.4.2 7.4.2 晶体管串联型稳压电路晶体管串联型稳压电路稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（ 1 1 ） 提 高 带 负 载 能） 提 高 带 负 载 能力力在输出端加一射在输出端加一射极输出器极输出器UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo改进：改进：（2 2）使输出电压可调）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AU

13、FUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRRUo+UI RLT1+UCE 并联型并联型稳压电路稳压电路 调整管与负载并联调整管与负载并联串联型串联型稳压电路稳压电路 调整管与负载串联调整管与负载串联串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理+UI 取取样样电电路路调整管调整管比较放比较放大电路大电路基准电压基准电压UZUF 一、结构和稳压原理一、结构和稳压原理 稳压的实质：稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定的自动调节使输出电压恒定二、输出电压的调节范围二、输出电

14、压的调节范围+Uo +UI R 2RLR 1R1UFUZR2RPZp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 串联式稳压电路的串联式稳压电路的优点优点：结构简单，稳压性能好，：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。技术成熟，应用广泛。缺点：缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有输出效率低，只有2040；输出电压总是小；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。于输入电压，两者极性也只能是相同的。*7.4.3 晶体管开关型稳压电路晶体管开关型稳压电

15、路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态和、截止）状态开关型稳压电路开关型稳压电路 一、一、 串联型开关稳压电路串联型开关稳压电路开关稳压电源的基本工作原理开关稳压电源的基本工作原理调整管调整管取样取样电路电路开关调整管控制开关调整管控制组成框图组成框图滤波滤波+UI +Uo RLT1AC基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定频率固定的三角波的三角波误差放大误差放大续流续流工作波形工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式脉宽调制式 ( (PWM) ) 当

16、当S为高电平为高电平时，时，T饱和。饱和。uEU I。电感。电感L储存能量。二极储存能量。二极管管D反向截止。反向截止。 当当S为低电平为低电平时，时，T截止。截止。iE0。L产生反电势，并产生反电势，并通过通过RL、D构成的构成的回路释放能量。回路释放能量。由于反电势的存由于反电势的存在，在，D处于导通状处于导通状态。态。uE0。BJT的工作周期的工作周期T为：为： ffonttT0占空比为：占空比为： Tontq 则输出电压的平均值为：则输出电压的平均值为： 3221tEEOdd1ttttutuTU IIOqUUTtUon 即：即： )(-)-(2CESI1DUTTUUTT 稳压原理：稳压

17、原理： UoqUoUAUFCW7800 系列系列( (正电源正电源) ) CW7900 系列系列( (负电源负电源) )5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V78、79 系列的型号命名系列的型号命名输出电流输出电流78L / 79L 输出电流输出电流 100 mA78M / 9M 输出电流输出电流 500 mA78 / 79 输出电流输出电流 1.5 A输出电压输出电压7.4.4 7.4.4 集成稳压电路集成稳压电路一一. 三端固定式集成稳压器的命名三端固定式集成稳压器的命名例如：例如：CW7805 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 1.5 ACW78M

18、05 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 0.5 ACW78L05 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 0.1 A封装封装CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符号符号CW7800入入出出213CW790013入入2出出塑料封装塑料封装金属封装金属封装+UOW781522C311CUi+20V+15V注意：注意：输入电压输入电压Ui一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。二二. 三端固定式集成稳压器的使用三端固定式集成稳压器的使用 C1、C2的作用：的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。瞬态响应。2. 输出正负电压输出正负电压+C21CW7812W79121CC2+-+-iUUO 1O 2U-+1321整流电路（利用二极管的单向导电性）整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：半波整流：UL=0. 45U2 全波整流：全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：桥式整流：UL=0.9U22滤波电路滤波电