第七章 直流稳压电源

1、第7章 直流稳压电源第第7章章 直流稳压电源直流稳压电源 7.1 整整 流流 与与 滤滤 波波 7.2 单向可控整流电路单向可控整流电路 7.3 线性集成稳压器线性集成稳压器 7.4 开关型稳压电源开关型稳压电源第7章 直流稳压电源 7.1整整 流流 与与 滤滤 波波 7.1.1半波整流电路半波整流电路 半波整流电路如图7 - 1(a)所示。 图中电源变压器T的作用是将电网的交流电压变换成整流电路所需的数值，它的初级和交流电网相连。VD为整流二极管， RL为负载。 .)4cos32sin211(2wtwtUumo 从式(7 - 1)可以看出，基波分量振幅(U2m2)比直流分量(U2m /)还要

2、大。 因此， 必须加接低通滤波器， 如图7 - 2(a)所示。 第7章 直流稳压电源图 7 -1半波整流电路 C1 C2 C3VD1VD2VD3 UiUo第7章 直流稳压电源图 7 2 加滤波电容的半波整流电路RLabV1V2VD2VD1Uou1第7章 直流稳压电源 在交流电刚接上时， 电容中本来没有电荷，电容上电压从零开始上升， 充电速度取决于充电电路的时间常数(rdRL)C。 由于(rd RL ， 所以充电时间常数近似为rd C，充电速度快， uo迅速上升。当t= t1时有u2= uo ，此后u2低于uoVD截止，这时电容C通过RL放电，放电时间常数为RL C，放电速度慢， uo变化平缓。

3、以后当u2又变化到比uo大，又开始充电过程。 从图(b)中的波形图可以看出，由于电容C的储能作用， RL 上的电压波动大大减小了。 时间常数RL C越大，电容放电越慢，输出电压uo波形越平稳， 不同RL C的输出波形如图7 - 3所示。当RL C很大时， 输出为一直流电压， uo UoU2m。而当负载电流较大时， 输出的直流分量Uo要减少， 一般有第7章 直流稳压电源W78M132UoUi0.33F0.1F3R1V13AD30Io图P7-3第7章 直流稳压电源 Uo(1.01.2)U2 (7 - 2) 式中U2为变压器次级电压有效值。 流过整流管的平均直流电流ID为 整流管所承受的最大反向电压

4、Udrmax为 UdrmaxU2mUo2 U2m LOLDRUII第7章 直流稳压电源 7.1.2 全波整流电路全波整流电路 半波整流电路最简单， 但其明显的缺点是波纹电压大。 除此之外， 交流电源的半个周期未被利用， 故输出平均电压较低。 利用两个管子交替工作，构成全波整流电路，可以克服半波整流电路的上述缺点。 全波整流电路如图7 - 4(a)所示。 变压器T次级中心抽头接地， 变压器次级线圈上可以得到两个大小相等、 相位相反的交流电压， 它们分别加到整流管VD1 、 VD2上。当1端对地为正，2端对地为负时，VD1 导通而VD2截止，如图(b)所示，在RL上得到波形为半波的电压。当1端对地

5、为负，2端对地为正时， VD1 截止而VD2 导通， 如图(c)所示， 在RL上也可得到波形为半波的电压。这样，当交流电压变化一个周期时，在RL上产生两个半波电压脉冲， 如图(d)所示。 第7章 直流稳压电源图 7 - 4全波整流电路RRLILIBIR ILR2R1VZUZICV第7章 直流稳压电源 所以这种电路叫全波整流电路。显然，这时输出电压的波动比半波整流时小，而输出的直流分量比半波整流时大1倍(为2U2m/)。 为了进一步减小波纹电压， 也需要加接滤波电容C， 其原理与半波整流时相同， 在有滤波电容的全波整流电路中， 如RL较小(负载电流大)， 则输出电压为 Uo1.2 U2 由于负载

6、电流由两管轮流供给， 因此流过每个整流管的平均电流为0.5UoRL， 约比半波整流时减小一半。 全波整流时每个整流管承受的最大反向电压Udrmax为2U2m。全波整流时输出波纹较小， 而且波纹电压的基本频率为交流电网电压频率f的两倍(2f100 Hz)， 波纹电压频率越高，滤波越容易。 第7章 直流稳压电源 7.1.3 桥式整流电路桥式整流电路 桥式整流电路如图7 - 5所示， 4个整流二极管组成一个电桥, 变压器次级线圈和RL分别接到电桥的两个对角线的两端。这里， 变压器没有中心抽头， 其次级两端均不接地，桥式整流工作原理可用图(b)、 (c)来说明。当u2为正半周时(1端为正，2端为负)，

7、 二极管VD1、 VD3导通， VD2、 VD4截止，电流沿着图(b)中虚线上箭头所指方向流过RL； 而当u2为负半周时(1端为负，2端为正)，VD1 、 VD3截止， VD2、 VD4导通，电流沿着图(c)中虚线上箭头所指方向流过RL。由于在u2的两个半周中，流过RL的电流方向相同， 所以桥式整流电路和全波整流电路的作用一样， 具有全波整流的各种优点。同时，桥式整流电路中每一个二极管所承受的最大反向电压比全波整流时小了一半， 即mdrUU2max第7章 直流稳压电源图 7 5 桥式整流电路u21VD12RLuo(a)u1VD2VD3VD4VD1RLuo(b)VD2VD3VD4u2VD1RLu

8、o(c)VD2VD3VD4u2T第7章 直流稳压电源 7.1.4 倍压整流电路倍压整流电路 以上所介绍的整流电路， 可以获得的最大整流输出电压， 其极限值为 。 在变压器次级电压U2受到限制不能提高的情况下， 欲获得较高的整流输出电压，可以采用倍压整流电路。这种电路常用来提供电压高、 电流小的直流电压， 如供给示波器中示波管的高压。 图7 - 6(a)中所示的电路是一种常用的三倍压整流电路， 其工作原理可参看图7 - 6(b)、 (c)和(d)。当交流电压u2为正半周时(第一个半周， 这时1端为正， 2端为负)，VD1导通，电容C1被充电到U2m，极性如图(b)所示。当u2为负半周时(第二个半

9、周， 这时1端为负，2端为正)， VD1 截止， 于是u2与C1上的电压串联在一起，经VD2对电容C2充电，使C2上电压达到2U2m，极性如图(c)所示。 22U第7章 直流稳压电源图 7 - 6三倍压整流电路u2 2Tu11C1C2 C3VD1VD2VD3U2m2U2m3U2m2U2m(a)u2C1VD121最终充电到2U2m(b)u2C1VD121最终充电到2U2m(c)U2mVD2C2u221C1C2 C3VD1VD2VD32U2m(d)U2m3最终充电到2U2m3第7章 直流稳压电源 在u2的第三个半周(正半周)时， u2与C1、 C2上电压相串联， 经VD3对C3进行充电，使C3上电

10、压达到2U2m，极性如图(d)所示。 这样， 在1、 3两端的电压(C1，C3电压相串联)将等于3U2m， 从而实现了三倍压整流。 该电路中每个整流管所承受的最大反向电压均为2U2m，每个电容所承受的最大电压不高于2U2m。这两点也适用于按照同样结构原理构成的多倍压整流电路，如图7 - 7所示。 这种电路的主要优点是可以用一个低压变压器和几个低反压的整流管以及几个低耐压的电容器获得nU2m的高直流输出电压。 但这种电路仅适用于高电压、 小电流的场合，否则会因负载电流过大而使电容放电加快，不能保持nU2m的电压输出。 第7章 直流稳压电源图 7 - 7多倍压整流电路u1VD2VD1VD3VD4V

11、D5VD6u2C1C22 2U2 2U22 2U2C32 2U2C5C42 2U2C62 2U2第7章 直流稳压电源 7.1.5平滑滤波器平滑滤波器 前面我们介绍了在负载RL两端并接滤波电容C的半波整流电路。 对于全波、 桥式和倍压整流电路，也可采用这种利用一个电容C构成的简单的滤波电路。这种滤波电路只有在RLC值很大的条件下，才能使输出电压的波纹较小。一般来说， 电容C的增大是有限度的，因此，为了进一步减小波纹电压， 可采用RC滤波器或LC滤波器， 如图7 - 8所示。 几种滤波器及电路主要性能比较如表7 - 1所示。 表 7 - 2 列出了带有电容滤波的4种整流电路的特性。 第7章 直流稳

12、压电源图 7 -8常用平滑滤波器电路CR(a)CL(b)L(d)C2R(c)C1C2C1第7章 直流稳压电源第7章 直流稳压电源第7章 直流稳压电源 7.1.6 整流电路设计举例整流电路设计举例 例 7 -1设计一个桥式整流电容滤波电路，用 220V、50Hz交流供电，要求输出直流电压Uo45V，负载电流IL200mA。 解（1） 电路。 电路如图7 - 9所示。 (2) 整流二极管的选择。 从表7 - 2可得 ID0.5IL0.5200100mA Uo1.2 U2 所以 U2 每个二极管承受的最大反向电压VU5 .372 . 15 . 42 . 10第7章 直流稳压电源图 7 9 例7 -

13、1桥式整流电容滤波电路U2RLUo 45V220VCT第7章 直流稳压电源vUUdr5 .525 .374 . 122max 根据ID和Udrmax进行选管。可选用整流二极管2CP31B(最大整流电流为250mA, 最大反向工作电压为100V)。 (3) 滤波电容C的确定。一般应使放电时间常数RLC大于电容C的充电周期(35)倍。对桥式整流来说，C的充电周期等于交流电网周期的一半, 即2)53(TCRL取TTCRL224第7章 直流稳压电源其中sfT02. 05011所以uFc17822502. 02VuFc50/200 (4) 对电源变压器T的要求。 变压器次级线圈电压的有效值U2在前面已经

14、求出，为37.5V。变压器次级线圈电流有效值I2比IL 大， I2与IL的关系取决于电流脉冲波形的形状，波形愈尖， 有效值越大。 一般取I2 (1.13) I2 。 这里取 I2 1.5 IL 1.5200300 mA这样就对电源变压器的绕制提出了依据。 第7章 直流稳压电源 7.1.7 稳压电源的主要性能指标稳压电源的主要性能指标 (1) 稳压系数S定义为S越大， 稳压性能越好。 (2) 输出电阻(电源内阻)Ro定义为Ro越小，稳压性能越好。 (3) 输出纹波电压。 输出纹波电压是指电源输出端的交流电压分量。 它的大小主要取决于滤波和稳压电路的质量， 也与整流电路的形式有关。 CLooiiR

15、uuuuS|/CiLOOuiuR第7章 直流稳压电源7.2 单向可控整流电路单向可控整流电路 7.2.1 晶闸管的基本工作原理晶闸管的基本工作原理 晶闸管是用硅材料制成的半导体器件， 它由4层半导体(PNPN)构成。有3个PN结：J1、 J2和J3。由p1引出阳极A，n2引出阴极C, 中间的p2引出控制极G， 如图7 - 10(a)所示， 晶闸管的符号如图(b)所示。 晶闸管可以看成是一个PNP型晶体管与一个NPN型晶体管按图7 - 11(a)和(b)所示那样连接在一起的晶体管组。由图7 - 11(b)可知，V1的集电极与V2的基极相连， V2的集电极又和V1的基极相连，这样就构成了正反馈电路

16、。 第7章 直流稳压电源图 7 -10晶闸管结构和符号p1n1p2n2GACJ1J2J3(a)ACG(b)第7章 直流稳压电源图7 - 11 晶闸管等效电路（a） 结构; （b） 符号p1n1p2p2n1n2V1V2ACG(a)CGAV2V1p1p2n1p2n2(b)n1第7章 直流稳压电源 它具有两个稳定状态： 两管同时截止和两管同时饱和。 前者相当于晶闸管的截止状态, 而后者则相当于导通状态。由此可见，晶闸管导通时的压降很低。 当晶闸管控制极不加触发信号(IG0)而阳极加正压时， J2结处于反偏。如果所加电压较低， 积累过程不会发生，晶闸管处于截止状态，流过晶闸管的电流等于J2结的漏电流。

17、 如果把晶闸管的阳极电压升高到一定数值时， 就会产生积累过程，使V1、 V2同时转换到饱和状态，晶闸管变为导通。 使晶闸管由截止转为导通的电压称为“正向转折电压”。 在晶闸管处于导通状态时，3个PN结都为正向偏置(因为两个等效三极管均饱和)，而且J2结上的正偏方向和其他两个结相反，所以晶闸管导通时的阳极电压和单个PN结差不多，一般只有1V多 .第7章 直流稳压电源 在晶闸管的控制极加触发信号(IG0)时，情况有所不同。 由于触发电流的输入，V2管的基极电流加大，从而使它的集电极电流(即V1的基极电流)以及V1的集电极电流都比较大。因此， 对应于同样的阳极电压，阳极电流要比不加触发时为大。 由于

18、电流大，在较低的阳极电压时就会产生积累过程，晶闸管较早地由截止转换为导通。 图7 - 12画出了IG为几种不同数值时的晶闸管的伏安特性。 晶闸管的反向特性与一般二极管相似。 在反向漏电流急剧增大时， 所对应的电压为反向击穿电压UBR。 第7章 直流稳压电源图 7 - 12晶闸管伏安特性IF0UAKUAKIR反向区UBR(反向击穿电压)截止区导通区UFU4U3U2U1UF(GO)IH1IH2IH3IH4IFX第7章 直流稳压电源 7.2.2 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻负载单相半波可控整流电路如图7 - 13(a)所示， 交流输入电压ui、触发电压ug的波形分别如图(b)和(c

19、)所示。在ui 正半周内，晶闸管承受正向电压。但是，在0之间，由于控制极未加入触发电压ug，所以晶闸管处于正向阻断状态。如果忽略晶闸管的正向漏电流，流过负载RL的电流iL就等于零，负载两端的电压uL也为零。负载电压uL的波形如图7 - 13(d)所示。 当t时， 晶闸管V因得到触发电压而导通。 如果忽略晶闸管的正向压降，负载电压的瞬时值uL就等于交流输入电压的瞬时值ui。负载电流iL的波形与负载电压的波形相似。 第7章 直流稳压电源图 7 13 电阻负载单相半波可控整流电路及其波形ui0 t(a)uiiLuTRLuL(b)uT0 t(e)uL0 t(d)iLuLiLug0 t(c)Vg第7章

20、直流稳压电源 当t时， 输入交流电压ui下降到零，负载电流iL也下降到零。晶闸管因流过它的电流为零而关断。 在正向阳极电压作用下，晶闸管不导通的电角度称为控制角， 通常用来表示。 晶闸管导通的电角度称为导通角， 用表示。 显然， 在这种半波可控整流电路中，导通角。 在2之间，晶闸管承受反向电压，无论控制极有无触发电压，晶闸管均处于反向阻断状态。输入电压ui全部加在晶闸管两端， 如图(e)所示。此时，负载电压和电流均等于零， 一直到ui的下一个周期的正半周并且触发脉冲加到控制极时， 晶闸管才重新导通。 第7章 直流稳压电源 改变控制角，负载电压的波形将改变，从而使输出负载电压的平均值改变。在晶闸

21、管导通期间()，忽略晶闸管的正向压降，输出负载电压uL就等于输入电压ui。因此，在一个周期内，负载电压平均值UL为121cos( 2sin) ()( cos)0.45222iLiaiaUUUt dttU(79) 第7章 直流稳压电源 由式(79)可以看出，在交流输入电压有效值Ui保持不变的情况下，负载电压平均值随着控制角的减小而增加。当0,该电路的工作与不可控整流电路完全相同。这时负载电压平均值UL等于0.45Ui，晶闸管的这种工作状态称为全导通状态。当180时，负载电压平均值UL0。该电路触发脉冲的相移范围为180。由式(79)可以得到负载电流平均值IL为1cos0.452LiLLLUUIR

22、R(710) 第7章 直流稳压电源 为了避免晶闸管过热，选择晶闸管时，必须考虑流过晶闸管的负载电流的有效值。根据图713(d)所示的波形可知，负载电压有效值U应为211( 2cos)()sin2242iiUUtdtU(711) 于是负载电流的有效值I为1sin242iLLUUIRR (712) 第7章 直流稳压电源 从波形图713(e)可以看出，当在0之间变化时，晶闸管承受的正向(或反向)电压的最大值UTm为交流输入电压的最大值Uim，即2TmimiUUU(713) 第7章 直流稳压电源 7.2.3 单相桥式可控整流电路 单相桥式可控整流电路如图714所示。其中，图714(a)所示电路由4只晶

23、闸管组成，通常称为单相桥式全控整流电路；图714(b)所示电路由两只晶闸管和两只整流二极管组成,通常称为单相桥式半控整流电路。由于全控整流电路需用4只晶闸管，所以触发电路比较复杂，因此，在通信整流设备中一般都采用桥式半控整流电路。下面只介绍单相桥式半控整流电路。 第7章 直流稳压电源图714 单相桥式可控整流电路 （a）全控；（b）半控 RLuiabV1V2VD2VD1(a)RLuiabV1V2VD2VD1(b)Uo第7章 直流稳压电源 假设输入电压ui如图715(a)所示，在t处给晶闸管V1加入触发脉冲，在t处给晶闸管V2加入触发脉冲，如图(b)所示。在输入电源电压正半周内，桥式电路中a端电

24、位高于b端电位，晶闸管V1和整流管VD2承受正向电压，VD2导通。但在0之间，晶闸管V1因未得到触发电压而不能导通，因此，输出负载电流iL与输出负载电压uL均等于零，如图715(c)和715(d)所示。在此期间，由于整流管VD2的导通压降接近于零，所以晶闸管V1承受的电压uV1基本上等于输入电源电压ui，如图715(e)所示。第7章 直流稳压电源 在之间，晶闸管V1和整流管VD2均处于导通状态，忽略V1和VD2的正向电压降，a点与c点同电位，b点与d点同电位，因此负载电压uL就等于输入电源电压ui。 在输入电源电压ui负半周内，b点电位高于a点电位，V2和VD1承受正向电压，VD1导通。但是在

25、期间，V2因未得到触发电压而不能导通，因此，负载电流iL和负载电压uL均等于零。第7章 直流稳压电源图715 电阻负载单相桥式半控整流电路的波形 uiO t(a)uGO t(b)iLO t(c)uLO t(d)uV1O t(e)第7章 直流稳压电源 在+2期间，V2和VD1都处于导通状态，输出电压uL等于输入电源电压ui。在此期间，由于V2处于导通状态，b点与c点同电位，所以V1承受的反向电压uV1等于ui。从输出电压uL的波形可以看出，在一个周期内，负载电压平均值UL为11cos2sin()0.92LiiUUtU第7章 直流稳压电源 将式(714)与式(79)加以比较可以看出，当输入电压和控

26、制角都相等时，桥式整流电路的整流电压平均值为半波整流电路的两倍。当0时，晶闸管全导通，UL0.9Ui。该值与不可控桥式整流电路输出电压平均值完全相等。当180时，负载电压等于零。因此，触发脉冲的移相范围为180。负载电流平均值为1cos0.92LiLLLUUIRR(715) 第7章 直流稳压电源 根据晶闸管和二极管两端电压的波形可以看出，晶闸管承受的最大正、反向电压UTm和二极管承受的最大反向电压Udrmax均为输入电源电压的最大值 max2TmdriUUU(716) 第7章 直流稳压电源 7.2.4 单结管触发电路单结管触发电路 晶闸管导通并能正常工作的条件是：除在阳极与阴极之间加上正向电压

27、外，还必须在控制极与阴极之间加上适当的触发信号。产生和控制触发信号的电路称为晶闸管触发电路。为了保证晶闸管的可靠工作，对触发信号有以下几点要求： (1)触发时能够提供足够的触发脉冲电压和电流，通常要求触发电压幅度为410V。 (2)为使触发时间准确,触发脉冲的前沿要陡,一般要求前沿时间小于10s。第7章 直流稳压电源 (3)触发脉冲要有足够的宽度，实践证明,触发脉冲的宽度最好取2040s。 (4)触发信号必须与主电路的交流电源同步，保证主电路中的晶闸管在每个周期的导通角相等，整流电路才能正常工作。 (5)为了均匀地调整晶闸管的导通角，触发信号的相位应能连续可调，并要求有足够宽的移相范围。对于单

28、相可控整流电路，移相范围要求接近或大于150。 (6)晶闸管不应导通时，触发电路输出的漏电电压不应超过0.25V，以免发生误导通。第7章 直流稳压电源 1单结管的结构及特性 单结管是单结晶体管(UJT)的简称，又称为双基极晶体管。它的内部结构和符号见图716。图716 单结管结构及符号 P区PN结EB2B1N型硅片(a)(b)B2B1E第7章 直流稳压电源 单结管的等效电路如图717(a)虚线框内所示，外接实验用电源EB及EE。图717(b)是单结管的特性曲线。自PN结处的A点至两个基极B1、B2之间的等效电阻分别为rB1、rB2，当接上电源EB后，A点与B1之间的电压为112BABBBBBB

29、rUUUrr(717) 式中rB1/(rB1rB2)称为单结管的分压比，其数值主要与管子的结构有关，一般在0.50.8之间。 第7章 直流稳压电源 图717 单结管等效电路及特性曲线 (a)等效电路；(b)特性曲线(未按比例) UDrB2(a)rB1RuEB1iEUAUBBEBEE(b)uEB1截止区负阻区饱和区0AIPIVUPPVBiE第7章 直流稳压电源 可以把单结管的特性曲线分为3个区域：截止区、负阻区和饱和区。图(b)曲线中的P点称为峰点，对应于P点的电压值称为峰点电压UP，即 UPUDUAUAUBB (718) 对应峰点的电流称为峰点电流IP。曲线中V点称为谷点，对应V点的电压电流值

30、分别称为谷点电压UV和谷点电流IV。第7章 直流稳压电源 2单结管触发电路工作原理 单结管振荡电路如图718(a)所示，这是一种应用广泛的自激振荡电路。通常R1和R2的阻值远小于单结管两基极间的电阻rBB，所以单结管两基极间的电压UBBEB。当单结管截止时，电源EB经R对C充电，电容器C两端的电压uC(等于uE)按指数规律升高，如图718(b)所示。 第7章 直流稳压电源 当uC上升到单结管的峰点电压UP时，单结管突然导通，电容C经R1和单结管放电，uR1突然升高。因为uC不能突变，所以放电开始时，uE不变，但iE由IP突增至IN，如图718(c)所示。随着C不断放电，uC(uE)逐渐降至谷点

31、电压UV，iE也由IN逐渐减小到谷点电流IV，UR1也逐渐减小到IVR1。 第7章 直流稳压电源 图718 单结管振荡电路 R2(a)RuBBEBi充(b)ie0INPVuER1i放CuC uEEB2B1iEiB2NIVIPUVUPt0uCUVUPuBB放电充电t0t1t2TuR1t0iB2 R1IMR1IVR1第7章 直流稳压电源 当uC(uE)UV时，iE由谷点电流IV突然减至反向饱和电流IS，uR1也由IVR1突然降至最低限度iB2R1。iB2为单结管截止时流过基极B2、B1的电流。此后，重复上述过程。这样在R1两端得到一系列前沿很陡的周期性尖顶脉冲，如图718(b)所示。改变R的阻值，

32、即可改变uC上升到UP所需的时间，因此可以调整输出脉冲的周期T或频率f。第7章 直流稳压电源 3同步和移相方法 上述的单结管振荡电路还不能直接用于晶闸管整流电路中，因为可控整流电路还要求触发脉冲与主电路的电源电压同步。单结管同步触发电路如图719(a)所示。它采用变压器实现同步。它的初级绕组与主电路由同一个交流电源供电，电源u1经变压器T降压后进行整流，得到图719(b)中ui波形；再经电阻R3和稳压管VZ削波，得到uZ波形。 第7章 直流稳压电源 它是个梯形波，用它作为单结管振荡电路的同步电源，当交流电源电压u2过零时，uZ也过零，即单结管的uBB=0，于是uP也近似为零，单结管E、B1之间

33、导通。所以电容C将迅速放完所存电荷，uC迅速降为零值。当u2再次过零变为正时，uC又从零值开始升高，重复上述过程。这样就保证了触发电路与主电路之间严格的同步关系，结果，在各个周期中，晶闸管的导通角相同。各点波形如图719(b)所示。第7章 直流稳压电源图719 单结管同步触发电路 RLV1V2VD1(a)uoVD2uiR1uGRVZuZCuCR2V3R3U2T t0uu1u2 t0uuIuZuR3uC tuG0UVUP tuo0UoUo(b)第7章 直流稳压电源 在图719(a)所示的电路中，人工调整R，即可改变第一个触发脉冲的相位。R减小，产生脉冲的数目增多，则第一个脉冲发出的时刻往前移，u

34、o波形上的角减小，增大，整流电压平均值uo升高，达到调节uo的目的，其移相范围主要取决于经削波后梯形波平顶段的电压，而且电容C充电也必须占有一定的时间，所以小于180，移相范围约为140。 第7章 直流稳压电源7.3 线性集成稳压器线性集成稳压器 集成稳压器与一般分立元件的稳压器比较，具有稳压性能好，可靠性高，组装和调试方便等优点，因此获得了广泛的应用。目前集成稳压器已发展到数百个品种，常用的有下列几种：第7章 直流稳压电源 (1)三端固定电压式集成稳压器：这类稳压器有输入、输出和公共端这三个端子。输出电压由制造厂家预先调整好，使用时不能调节。采用F-1，F-2型等标准晶体管外壳，或S-7型功

35、率塑料外壳，常用的有W78XX系列和W79XX系列等。 (2)三端电压可调式集成稳压器：这种稳压器有万能通用电源之称，外接少量元件就可以得到较大范围内的输出电压，使用十分方便，并能获得较高的稳压精度。常用的有LM11/217/317和LM137/237/337等。第7章 直流稳压电源 (3)跟踪稳压器(正、负电源集成稳压器)：在要求正负电源对称的场合(如运算放大器等)，就需采用跟踪稳压器。跟踪稳压器能保证正、负输出电压始终是平衡的，中点始终为地电位，并具有自动跟踪能力。常用的有MC1568MC1468等。 (4)浮置稳压器：如果要求输出电压的最大值超过40V，可采用MC1466MC1566型浮

36、置稳压器。 第7章 直流稳压电源 7.3.1 三端固定电压式集成稳压器 1基本原理 W78MXX系列和W78XX系列是三端固定正压集成稳压器。两个系列的区别是输出电流不同，W78MXX为0.5，78XX为1.5。W79MXX系列和W79XX系列是三端固定负压集成稳压器，与W78MXX系列和W78XX系列相对应。XX表示输出电压的大小，例如XX为05，则表示输出电压为5V，如果XX为12，则表示输出电压为12V。三端固定电压式集成稳压器原理框图和芯片内部电路分别如图720(a)和(b)所示。可以看出，它是由基准电压源、比较放大器、调整电路和取样电路等组成的。第7章 直流稳压电源图720 三端固定

37、电压式集成稳压器 比较放大器取样电路基准电压源调整电路UoRLUi(a)R18R4V12R5R6VZ1V14R7V13V10V5V6R15V7V1V2R3R10R8V8V9R9V11R16R2CV3V4R14R20R19公共输出输入R17R11R12V15V16V17R13VZ2(b)AR1第7章 直流稳压电源 1) 基准电压源 基准电压源的电压值是决定集成稳压器输出电压的重要部分，要求其内阻小，稳定性高，图720(b)中的Z1、12和电阻4、5、6、R18即构成了基准电压源。由图可知1267567()ZBERUUURRRRR(719) 当Z、BE12具有相同的温度系数时，基准电压UR就具有零

38、温漂的特性。第7章 直流稳压电源 )比较放大器 比较放大器将取样电压与基准电压的差值放大后，去控制调整电路的输出电压，要求具有高增益、低温漂和低噪声性能，图720(b)中虚线内所示的即为比较放大器，其电路基本结构与F007的输入级和中间级相同。 )调整电路 调整电路受比较器控制来调整输出电压，要求有足够的电流和承受较大的耗散功率，图中的16、17即构成了复合电路。第7章 直流稳压电源 )取样电路 取样电路取出输出电压的一部分送至比较放大器，由图中的R19、R20组成。稳压器输出电压可按下式计算:192019oRRRUUR(720) 第7章 直流稳压电源 ) 保护电路 保护电路是为了保证集成稳压

39、器安全工作所必需的附加电路，包含过流保护、芯片过热保护和调整管安全工作区域保护电路。过流保护电路由R11和15组成，R11接在调整管17的发射极与输出端之间。当输出电流超过规定值时，R11两端的压降超过0.7，16、V17基极电位下降，从而限制了输出电流最大值。 第7章 直流稳压电源 2典型应用 各种三端固定电压集成稳压器无论采用何种电路，应用方法都是相同的，图721(a)和(b)分别是W78M05和W79M15集成稳压器的实际应用电路。输入端电容C1用来减小输入电压中的波纹。输出端电容C2用来改善瞬态负载响应特性。要求输出电压不同时，可选用不同型号的集成稳压器。此外，还应当按要求的输出电流选

40、用适当的型号。例如输出电流小于100mA时，可选用W78LXX(或W79LXX)系列；输出电流小于500mA时，可选用W78MXX(或W79MXX)系列；输出电流小于1.5A时，可选用W78XX(或W79XX)系列。若需要更大的电流，则应采用扩流电路。第7章 直流稳压电源图721 集成稳压器的应用电路 (a)W 78M05132UoUi10V C10.33F C20.1F(b)W 79M15231Ui( 23V) C10.33FC20.1FUo( 15V)第7章 直流稳压电源 3扩展应用 1)提高输出电压的方法 三端固定电压集成稳压器的最高电压为24V。当需要提高输出电压时，可以采用722(a

41、)所示的升压电路，电阻R1两端电压为稳压器的标称输出电压。整个稳压电源的输出电压Uo由下式决定:22211()(1)XXoXXQXXQURUUIRUI RRR(721) 第7章 直流稳压电源 图722 提高输出电压的方法 (a)W 78132UoUiR1R2UXXIQ(b)W 79312UoUiR2R1UXXIQ第7章 直流稳压电源 式中，UXX为三端稳压器W78XX的标称输出电压；IQ为三端稳压器W78XX的静态工作电流。一般三端稳压器的IQ约为几个毫安。当R1、R2的阻值较小时，静态电流IQ在电阻R2两端的电压降IQR2可以忽略。这样式(7-28)就可近似为21(1)XXoRUUR(722

42、) 从式(722)可以看出，输出电压仅与R2/R1的比值和UXX有关。这种接法的缺点是当输入电压变化时，稳压器的静态电流IQ也变化，IQ的变化将降低稳压器的稳压精度。第7章 直流稳压电源 2) 扩展输出电流电路 三端稳压器可以通过外接功率晶体管扩展输出电流，如图723所示。图723(a)中外接的PNP管与W78MXX中的NPN调整管组成复合管，使用时应根据所需的负载电流选用适当的外接晶体管。第7章 直流稳压电源图723 扩展输出电流电路 (a)W 78M132UoUi0.33F0.1F(b)3R1V13AD30IoW 78M132UoUi0.33F0.1F3R1V13AD30R3AX62V2I

43、o第7章 直流稳压电源 由于R1中流过W78MXX的空载电流和部分负载电流，故其阻值不宜增大，一般约几欧姆。为了避免外接调整管因过流而损坏，应增加限流保护电路，如图723(b)所示。该稳压电源输出的最大电流由下式决定：20.3EHomUVIRR(723) 第7章 直流稳压电源 3) 跟踪稳压电源 图724为使用W78XX做正电源，用运算放大器和功率管做成跟踪正电源变化的负电源。 4) 高输入电压电路 当实际输入电压电路超过指标中规定的最高输入电压时，可以在三端稳压器输入端加一级简单的稳压电路，降去一部分电压，如图725所示。 第7章 直流稳压电源图724 跟踪稳压电源电路 3UiR1W78M2

44、17 F0075.1kR2236V23AX62Ui Uo Uo5.1k43AD30V1第7章 直流稳压电源图725 高输入电压电路 (a)78UoUi0.33F0.1FRVZTUi(b)78UoUi0.33F0.1FRVZTUi第7章 直流稳压电源 7.3.2 三端可调式集成稳压器 1. 117217317系列 117系列是输出电压为1.237V可调式三端线性集成稳压器，117系列的引脚图和原理图见图726。第7章 直流稳压电源图726 117系列的引脚图和原理图INADJOUT123213OUTINADJINADJOUT213(a) UiADJ保护电路Uo0.250050mA比较放大(b)第

45、7章 直流稳压电源 使用时，只要满足稳压器输入与输出的压差在340V之间，117系列的稳压器就能正常工作。典型应用电路如图727(a)所示。工作中LM117的输出和调节端之间形成1.25V的基准电压UREF，该基准电压加在设定电阻R1上，产生恒定电流，再流过输出设定电阻R2，得到的输出电压为211(1)oREFADJRUUIRR(724) 第7章 直流稳压电源图727 117系列稳压器应用电路VD1(b)UiLM117UiR1R2ADJ(a)LM117 UoUiUoUoADJR1R2VD2C3C2C15k240LM117UiR1R2ADJ(c)UoVZR3第7章 直流稳压电源 117系列稳压器

46、本身具有较高的稳压精度，但调整端通过电阻R2接地，这样输出电压的精度会受到R2的变化和调整端电流变化的影响。消除R2的影响，可以采用高精度稳压管代替电阻R2，电路如图727（c）所示，R3可以对输出电压微调，输出电压为32()(1)oREFZRUUUR(725) 第7章 直流稳压电源 2LM137237337系列 LM137237337系列是输出电压为-1.2-37V的可调式三端线性集成稳压器。与117系列类似，LM137系列稳压器需要外接两个电阻来决定输出电压，典型应用电路如图7-28所示。 输出电压连续可调的正、负输出稳压电源可以很方便地采用LM117和LM137来实现。电路如图729所示

47、。该电路的输出电压为1220V。 第7章 直流稳压电源图728 137系列应用电路 OUTADJIN123213OUTINADJ(a)(b)UiLM137 UoUiUoADJR1R2C1C21201F1F第7章 直流稳压电源图729 正、负可调输出稳压电源 1FUoUi25V1.220VLM117Ui25VUo1.220VLM17ADJ1F2k2k1201120110F10F0.1F0.1FADJ第7章 直流稳压电源 3LM196396 LM196/396大电流可调稳压器可以在1.2515V输出电压范围内提供大于10A的输出电流，芯片的耗散功率可达70W。LM196的引脚和典型应用电路如图73

48、0所示。输出电压为211.25(1)oRUVR(726) 第7章 直流稳压电源图730 LM196引脚和典型应用电路(a)LM196引脚; (b)LM196典型应用电路IN123(a)(b)UiR2C1C2OUTADJLM196ADJUoUiUoRLC3R1第7章 直流稳压电源 电阻R1和R2需选用温度系数小的电阻如金属膜电阻，误差小于1%。C3用于改善纹波抑制比和噪声(也可以不用该电容)。如果采用C3，C2必须选用1F以上的电容，并靠近稳压器输出端连接。C3和C2均应为钽电容。当电源的滤波电容距离稳压器较远时才采用C1，并且要用较粗的引线尽量靠近稳压器输入端连接。第7章 直流稳压电源 7.3

49、.3 正、负跟踪可调集成稳压器正、负跟踪可调集成稳压器 在需要正、负极性电压源，同时要求这种电源能够在外界电网电压波动及负载电流发生变化时有较好的正、负跟踪特性和优良的稳定性时，可以采用CW4194正负跟踪可调集成稳压器。 CW4194是由基准电压及高稳定度恒流源电路、误差信号放大电路、正负电压跟踪电路及其他电路(快速启动电路、内部偏置电路、芯片过热关闭电路、输出过流及短路保护电路)组成，内部框图如图731所示。 第7章 直流稳压电源图731 CW4194的内部框图 1234567141312111098 Ui Uo Uo UiNCCBALCNCNCNCGNDRSETRo20k热保护3R100

50、A电流源20kR第7章 直流稳压电源 CW4194典型应用电路如图732(a)所示，当外接电阻0在016.8变化时，输出电压变化范围为0.0542，外接电容C0是为了补偿和消除振荡。 在需要较大的输出电流场合(如功率放大器BTL、OCL电路中)，在CW4194典型应用电路上加扩流电路即可满足要求，如图732(b)所示。第7章 直流稳压电源 图732 CW4194应用电路(a)典型应用电路;(b)扩流应用电路 RC(a)0.001F Ui Ui0.001F71.5kRoRARB4.7FCo4.7FCo Uo Uo14731411125108CW4194147311112510 8 Uo Uo47

51、47Rs71.5kC0.1FV2RscV1V43DD(ICM5A VCE60V)Ro Uo UoC0100FC0100FC0.1FRscV33DG123CD(ICM5A VCE60V)(b)第7章 直流稳压电源7.4 开关型稳压电源开关型稳压电源 7.4.1 开关稳压电源的基本原理 开关稳压电源的方框图如图733所示。图中50Hz市电通过输入回路中的整流器和滤波器转换成直流电压输入高频变换器。高频变换器则把输入的直流电压转变为高频(20kHz)脉冲方波电压，该脉冲方波电压通过输出回路中的高频整流器和滤波器变成直流电压供给负载。 第7章 直流稳压电源图733 开关稳压电源方框图 输出整流器和滤波

52、器控制电路输入整流器和滤波器电源5060HzDC20500kHzDC脉宽或脉频调制振荡器基准比较器输出负载第7章 直流稳压电源 1串联型脉宽调制式开关稳压电路 串联型脉宽调制式开关稳压电路的主要回路如图734所示。图中功率开关管、输入电压、输出电压三者串联，故称串联型。在V、L、C、VD均为理想元件的情况下，当开关管基极上加有正脉冲电压时，V导通，此时电感L两端的电压为Ui-Uo，电压极性是左正右负，VD处于反偏截止，L上流过一个线性增长的电流，将从最小值ILm开始增加，此电流先向负载RL输送电流(此时电感上的电流低于负载电流，故C向RL放电)，当电感上电流大于RL上电流时，电感上电流一方面向

53、C充电，另一方面向RL输送，在此期间，电感上逐步积累磁能。 第7章 直流稳压电源 由uL波形得到()ioomooffononoiiionoffUU TU TTTUUUkUTTT(727) 第7章 直流稳压电源 图734 串联型脉宽调制式开关稳压电路UiVLuLUiVDCUoRL(a)0tTTonToffUiUi0tUi Uo UouL0tIDiLILmILmtiC00tUouo(b)第7章 直流稳压电源 2并联型脉宽调制式开关稳压电路并联型脉宽调制式开关稳压电路 并联型脉宽调制式开关稳压电路的主要回路如图735所示。 图735 并联型脉宽调制式开关稳压电路 UiVDC(a)RLUoLVDC(b

54、)RLUoLUiiiVDC(c)RLUoLUi第7章 直流稳压电源 7.4.2集成开关稳压器集成开关稳压器 常用的集成开关稳压器通常分为两类。一类是单片的脉宽调制器，其代表产品有SG1524，TL494等。这类脉宽调制器需要外接开关功率调整管，其电路复杂，但应用灵活。另一类是把脉宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，构成单片集成开关稳压器，其代表产品有LH1605、A78S40等。这类集成开关稳压器集成度更高，使用方便。第7章 直流稳压电源 1SG152425243524 SG1524系列是采用双极型工艺制作的模拟、数字混合集成电路，其原理框图及管脚图如图736所示。外接电容C及电阻决定频率f(f1.15/(RC)，开关管1和V2交替通/断，误差放大器根据输出电压控制开关管导通时间，保持输出电压恒定。CL管脚用于电流限制的保护电路，+CL与-CL之间接一电阻，其电压为0.2V以上就可以限制输出电流。SG1524部分内部电路的波形如图737所示 第7章 直流稳压电源图