第4章直流稳压电源

1、第4章 直流稳压电源 本章主要内容：n整流滤波电路整流滤波电路n稳压电路稳压电路 n单相可控整流电路单相可控整流电路 第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n一、直流稳压电源的组成直流稳压电源是一种当电网电压波动或负载改变时，能将输出电压维直流稳压电源是一种当电网电压波动或负载改变时，能将输出电压维持基本稳定的电源。其组成参见持基本稳定的电源。其组成参见P83P83页页- -图图4-14-1。一般由。一般由变压变压、整流整流、滤滤波波和和稳压稳压等几部分组成。等几部分组成。电源变压器电源变压器用来将电网电压变换到设备所需的电压值；用来将电网电压变换到设备所需的电压值；整流电路整流电路用来将交

2、流电压变换为单向脉动的直流电压；用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；的直流电压；稳压电路稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。输出直流电压的稳定。第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路利用二极管的单向导电性可实现单相整流和三相整流。利用二极管的单向导电性可实现单相整流和三相整流。单相整流多用小容量（单相整流多用小容量（200W以下）整流装置以下）整流装

3、置三相三相整流多用于大容量整流装置。整流多用于大容量整流装置。第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路1 1、单相半波整流电路、单相半波整流电路 单相半波整流电路图单相半波整流电路图(a)(a)所示，图中所示，图中T Tr r为电源变压器，用来将市电为电源变压器，用来将市电220V220V交交流电压变换为整流电路所要求的交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。设电电源有良好的隔离。设V V为整流二为整流二极管，令它为理想二极管，极管，令它为理想二极管，R RL L为要求为要求直流供电的负载等效电阻。直流供电的

4、负载等效电阻。第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路1 1、单相半波整流电路、单相半波整流电路 半波整流电路的参数估算：半波整流电路的参数估算： 变压器二次变压：变压器二次变压：)sin(222tUu22045. 0)()sin(221UtdtUUOLODRUII245. 0输出电压的平均值：输出电压的平均值：流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：二极管承受的反向峰值电压：二极管承受的反向峰值电压：22UURM第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路1 1、单相半波整流电路、单相半波整流电路 半波整流电路的特点半波整流电路的特点: : 负载上得到单方向的脉动

5、电压，由于电路只在负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在u u2 2的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。场合。整流二极管的选择：整流二极管的选择： 依据依据IFIID=I=IL， 查阅有关半导体手册查阅有关半导体手册22UURM第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路2 2、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路 工作原理和输出波形工作原理和输出波形: : 第

6、4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路2 2、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路 桥式整流电路的特点桥式整流电路的特点: :同方向的电流流过负载电阻同方向的电流流过负载电阻R RL L，故，故R RL L上得到单上得到单方方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压电压U UO O提高，脉动成分减小了。提高，脉动成分减小了。第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路n二、整流电路2 2

7、、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路 参数估算参数估算: : 整流输出电压平均值：整流输出电压平均值：二极管平均电流：二极管平均电流：二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：2209 . 022)()sin(21UUtdtUUoLLOODRURUII245. 022122UURM第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波电路 整流电路输出的是脉动直流电，含有很大的交流成份，不能直接用作电子设整流电路输出的是脉动直流电，含有很大的交流成份，不能直接用作电子设备的直流电源。备的直流电源。为此需要将脉动电流中的交流成份滤除掉，这一过程称为滤波。为此需要将脉动电流中的交流成份滤除掉，

8、这一过程称为滤波。滤波电路常用滤波电路常用电容器电容器和和电感器电感器等元件组成。等元件组成。常用的有电容滤波器、电感滤波器和复式滤波器常用的有电容滤波器、电感滤波器和复式滤波器第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波电路 1 1、电容滤波、电容滤波 电容滤波电路电容滤波电路: : +第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波电路 1 1、电容滤波、电容滤波 工作原理工作原理: : 设电容两端初始电压为零，并假定设电容两端初始电压为零，并假定t=0t=0时接通电路，时接通电路，u u2 2为正半周，为正半周，当当u u2 2由零上升时，由零上升时，D D1

9、 1、D D3 3导导 通，通，C C被充电，同时电流经被充电，同时电流经D D1 1、D D3 3向向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此间常数近似为零，因此u uo o= =u uc cu u2 2，在，在u u2 2达到最大值时，达到最大值时，u uc c也达到也达到最大值，然后最大值，然后u u2 2下降，此时，下降，此时，u uc c u u2 2，D D1 1、D D3 3截止，电容截止，电容C C向负载向负载电阻电阻R RL L放电，由于放电时间常数放电，由于放电时间常数=R=RL L

10、C C一般较大，电容电压一般较大，电容电压u uc c按按指数规律缓慢下降，当下降到指数规律缓慢下降，当下降到| |u u2 2|u uc c时，时，D D2 2、D D4 4导通，电容导通，电容C C再再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电 过程。其输出过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。电压波形近似为一锯齿波直流电压。第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波电路 波形及输出电压波形及输出电压: : 当当R RL L=时，时，22UUo当当R RL L为有限值时：为有限值时：2229 . 0UUUO通常取通常取U U

11、O O=1.2U=1.2U2 2RCRC越大越大U UO O越大越大为获得良好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：R RL LC(3-5)T/2C(3-5)T/2T T为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期1 1、电容滤波、电容滤波 第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波电路 1 1、电容滤波、电容滤波 选滤波电容选滤波电容T=1/f=1/50=0.02sT=1/f=1/50=0.02sR RL LC(3-5)T/2C(3-5)T/2当当RLRL开路时开路时U Uo o1.2U1.2U2 222UUo第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波

12、电路 2 2、电感滤波、电感滤波 和和 LC- LC- 型型滤波滤波第4章 直流稳压电源4.1 整流滤波电路三、滤波电路三、滤波电路 2 2、电感滤波、电感滤波和和 LC- 型型滤波滤波电感滤波电路特点电感滤波电路特点: :电感电感L L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。直流分量被电感直流分量被电感L L短路，交流分量主要降在短路，交流分量主要降在L L上，电上，电感越大，滤波效果越好。一般电感滤波电路只使用感越大，滤波效果越好。一般电感滤波电路只使用于低电压、大电流的场合。于低电压、大电流的场合。为了进一步减小负载电压中的纹波可采用为了进一步减小

13、负载电压中的纹波可采用 型型LCLC滤波滤波电路。由于电路。由于C C1 1、C C2 2对交流容抗小，而电对交流容抗小，而电 感对交流阻感对交流阻抗很大，因此，负载抗很大，因此，负载RLRL上的纹波电压很小。上的纹波电压很小。LC-LC- 型滤波的特点型滤波的特点: : 第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路一、稳压二极管及其稳压电路一、稳压二极管及其稳压电路 稳压管的特性：当工作在反向击穿时，流过稳压管的电流在相当大的范围内变化，其两端电压基本不变。利用该特性实现电源的稳压功能。稳压电路的功能：当电网电压变化或负载变化时通过电路保证输出电压基本不变。硅稳压管稳压电路及稳压原理：参见P90页第

14、4章 直流稳压电源4.2 稳压电路稳压二极管稳压二极管 稳压二极管在工作稳压二极管在工作时应反接，并串入一只时应反接，并串入一只电阻。电阻。 电阻起限流作用，电阻起限流作用，保护稳压管；其次是当保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作电流，从而起到稳压作用。作用。第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路稳压二极管稳压二极管2 2、主要参数、主要参数(1) 稳定电压稳定电压VZ在在规定的稳压管反向规定的稳压管反向工作电流工作电流IZ下，所对

15、应的下，所对应的反向工作电压反向工作电压。第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路稳压二极管稳压二极管(2) 动态电阻动态电阻rZ r rZ Z = = V VZ Z / / I IZ Z， r rZ Z愈小，反映稳压管的愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。击穿特性愈陡。 (3) (3) 最大耗散功率最大耗散功率 PZM 最大功率损耗取决于最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等结的面积和散热等条件。反向工作时条件。反向工作时PN结的功率损耗为结的功率损耗为 PZ= VZ IZ，由，由 PZM和和VZ可以决定可以决定IZmax。 (4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工

16、作电流和最小稳定工作电流IZmin 最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即即PZmax =VZIZmax 。而。而Izmin对应对应VZmin。 若若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路稳压二极管稳压二极管 IR IZ Io稳压管的稳压过程。稳压管的稳压过程。RLIoIRVoIZIRVo第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路 二、串联型稳压电路二、串联型稳压电路稳压电路用来在交流电源电压波动或负载变化时稳定直流稳压电路用来在交流电源电压波动或负载变化时稳定直流输出电压。采用三极管作为调整管输出电压。采用三极管作为调整管 并

17、与负载串联的稳压电并与负载串联的稳压电路，称为串联型晶体管稳压电路；当调整管工作在线性放路，称为串联型晶体管稳压电路；当调整管工作在线性放大状态则称为线性稳压器。大状态则称为线性稳压器。第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路 二、串联型稳压电路二、串联型稳压电路1 1、串联型稳压电路的工作原理、串联型稳压电路的工作原理 当输入电压当输入电压U UI I增大（或负载电流增大（或负载电流I IO O减小）引起输出电压减小）引起输出电压U UO O增加时，增加时，取样电压取样电压U UF F随之增大，随之增大，U UZ Z与与U UF F的的 差值减小，经差值减小，经A A放大后使调整管的基放大后使调

18、整管的基极电压极电压UBUBI I减小，集电极减小，集电极ICIC1 1减小，管压降减小，管压降U UCECE增大，输出电压增大，输出电压U UO O减小，减小，从而使稳压电路的输出电压上升趋势受到抑制，稳定了输出电压。从而使稳压电路的输出电压上升趋势受到抑制，稳定了输出电压。同例，当输入电压同例，当输入电压U UI I减小（或负载电流减小（或负载电流I IO O增大）引起输出电压增大）引起输出电压U UO O减小减小时，电路将产生与上述相反的稳压过程，维持电压基本不变。可见时，电路将产生与上述相反的稳压过程，维持电压基本不变。可见稳压的实质是稳压的实质是U UCECE的自动调节使输出电压恒定

19、。的自动调节使输出电压恒定。 主要应用于小功率的稳压电源中。主要应用于小功率的稳压电源中。第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路 二、二、串联型稳压电路串联型稳压电路 2 2、输出电压的调节范围、输出电压的调节范围 ZPPOURRRRRU221minZPOURRRRU221max第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器 *1 1、三端固定输出集成稳压器、三端固定输出集成稳压器 1 1）CW7800 CW7800 系列系列( (正电源正电源) )，CW7900 CW7900 系列系列( (负电源负电源) ) 输出电压：输出电压：5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/1

20、8 V/24 V 5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V 如如CW7805CW7805输出输出5V5V，最大电流，最大电流1.5A1.5A；CW78M05CW78M05输出输出5V5V，最大电流最大电流0.5A0.5A；CW78L05CW78L05输出输出5V5V，最大电流，最大电流0.1A 0.1A 。输出电流：输出电流： 78L78L/79L /79L 输出电流输出电流100mA100mA；78M78M/9M/9M 输出电流输出电流500mA 500mA ；7878/79/79 输出电流输出电流1.5A1.5A。输入端、输出端 、公共端 三个端子，输出电压固定第4章

21、 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器 *2 2）封装和符号）封装和符号第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器 *3 3）应用电路）应用电路 ARUIIQO5 . 023第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器* 2 2、三端可调输出集成稳压器、三端可调输出集成稳压器 三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的输出端，流到公共端的

22、电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压电路，应用更为灵外部元件方便地组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。活。第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器* 2 2、三端可调输出集成稳压器、三端可调输出集成稳压器 1 1）CW117/217/317CW117/217/317系列系列( (正电源正电源) )；CW137/237/337CW137/237/337系列系列( (负电源负电源) ) 工作温度：工作温度：CW117(137) -55CW117(137) -55 150150 C C；CW217(237) CW217(237) -25-25 150

23、150 C C；CW317(337)0CW317(337)0 125125 C C。基准电压：基准电压：1.25V1.25V输出电流：输出电流：L L型型输出电流输出电流100mA100mA；M M型型输出电流输出电流500mA500mA。 第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器 *2 2、三端可调输出集成稳压器、三端可调输出集成稳压器 2 2）CW117 CW117 内部结构内部结构第4章 直流稳压电源4.2 稳压电路三、集成稳压器三、集成稳压器 *2 2、三端可调输出集成稳压器、三端可调输出集成稳压器 3 3）基本应用电路）基本应用电路 U UREFREF=1.2

24、5V=1.25V，I IREFREF50A50A，使，使U UREFREF很稳定很稳定U UO O=U=UREFREF（R R1 1+R+R2 2）+I+IREFREFR R2 21.251.25（1+R1+R2 2/R/R1 1）第4章 直流稳压电源4.3 单相可控整流电路 单向晶闸管在正向电压作用下，通过改变控制极触发时间，单向晶闸管在正向电压作用下，通过改变控制极触发时间，即可控制晶闸管导通时间。即可控制晶闸管导通时间。利用晶闸管该特性，可以实现将交流电变为大小可利用晶闸管该特性，可以实现将交流电变为大小可调的直流电。而这种电路就称为调的直流电。而这种电路就称为可控整流电路可控整流电路。

25、第4章 直流稳压电源4.3 单相可控整流电路n一、单相半波可控整流电路（阻性负载）1. 电路结构如电路结构如 P96-图图4-23示。由主电路和触发电路组成示。由主电路和触发电路组成 2. 工作原理工作原理控制角控制角：晶闸管承受正向电压而不导通的角度范围：晶闸管承受正向电压而不导通的角度范围导通角导通角：晶闸管导通的范围，：晶闸管导通的范围，= - 。导通角越大，负载上电压平均值导通角越大，负载上电压平均值UL就越大。就越大。通过改变控制角通过改变控制角的大小，便可以调整输出电压的大小，便可以调整输出电压UL，实现可控，实现可控整流。整流。 波形图参见波形图参见P96-图图4.24第4章 直

26、流稳压电源4.3 单相可控整流电路n一、单相半波可控整流电路（阻性负载）2/cos145.02UUL3. 参数计算参数计算LLLRUI/22UUakmLAII负载电压：负载电压：负载电流：负载电流：晶闸管阳极电流：晶闸管阳极电流：晶闸管承受的最大反向电压：晶闸管承受的最大反向电压：第4章 直流稳压电源4.3 单相可控整流电路n二、单相半控桥式整流电路整流主电路与普通二极管桥式整流电路相似，只是将整流主电路与普通二极管桥式整流电路相似，只是将其中的两个二极管换成了晶闸管。其中的两个二极管换成了晶闸管。电路与波形图参见电路与波形图参见P98页页习 题一、填空题一、填空题 1. 直流稳压电源一般由

27、、 、 和 组成。2. 将交流电转换为直流电的过程称为 。3. 将脉动直流中的交流成分滤出掉，这一过程称为 。4. 稳压电路使直流输出电压不受 或 的影响。5. 串联型稳压电路由 、 、 和 组成。电源变压器整流电路滤波电路稳压电路整流滤波交流电源波动负载大小变化调整管基准电压取样电路比较放大电路二、选择题二、选择题 2ULR2U2U2U2U1 .设电源变压器次级电压的有效值是,则单相桥式整流电路中，A、1.2B、0.9C、0.45D、负载上的平均值是（ ）。2 .设电源变压器次级电压的有效值是2U,则单相桥式整流电路中，电阻性负载，理想二极管承受的最大反向电压是（ ）。A、小于22U B、等于22U C、大于22U3 .单相桥式整流、滤波电路中，设电源变压器次级电压的有效值是2U则空载时电路输出电压是（ ），负载时电路的输出电压是（ ）。