第十八章 直流稳压电源

1、第第章直流稳压电源章直流稳压电源功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。的直流电压。电源变压器电源变压器 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。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。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 滤波电路滤波电路 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, ,保持输出电保持输出电uO的稳定。的稳定。 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波

2、、桥式和倍压整流半波、全波、桥式和倍压整流; 单相和三相整流等。单相和三相整流等。 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。利用二极管的单向导电性。利用二极管的单向导电性。 下面下面重点分析半波和桥式整流、滤波电路。重点分析半波和桥式整流、滤波电路。t uDOuOOt U2 u tOt uDOuOOt U2U2VauC时，二极管导通时，二极管导通, 电源在给负载电源在给负载RL供电的同时供电的同时也给电容充电，也给电容充电， uC 增加，增加，uO= uC 。 CC二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为2RM22 UU +aDuOu

3、bRLiO+aDuOu2bRLiOuOU2U2u tO tOuOU22U22u tOu tO tO当当RL未接入时未接入时(电容初始电压为电容初始电压为0)：u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电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au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo =uc= U22c=RintC（Rint为充电回路等为充电回路等效电阻，很小）效电阻，很小）当当RL接入时（假设接入时（假设RL是是u2在从在从0上升时接入的）：上升时接入的）：u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容无滤波

4、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uot输入电压输入电压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 u2u2下降，下降， u2小于电容上的电压小于电容上的电压uc 。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数规律缓慢下降，时间常数规律缓慢下降，时间常数 = RL C，比较大比较大电容电容C周而复始的充放电，负载上得周而复始的充放电，负载上得vo近似锯齿波，近似锯齿波，vo=vC，负载电压的波，负载电压的波动大为减小。动大为减小。 C 越大，越大， RL

5、越大，越大，越大，越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。越小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uc时，才时，才有充电电流。因此有充电电流。因此二极管中的电流是二极管中的电流是脉冲波脉冲波,导通角导通角1.1 的电解电容。的电解电容。2U2 输出电压的脉动程度输出电压的脉动程度S S与平均值与平均值UO 和放电时间常数和放电时间常数 RLC有关。有关。 22U 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压25)(3LTCR 一般取一般取近似估算取：近似估算取：

6、 UO= 1. 2 U2( 桥式、全波）桥式、全波）UO= 1. 0 U2（半波）半波） U UO Oo oI IO O 外特性曲线外特性曲线0.90.9U U2 2有电容有电容滤波滤波无电容滤波无电容滤波22U采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差带负载能力较差。 电容滤波电容滤波外特性较软外特性较软，电容滤波电路简单，负载直流电压，电容滤波电路简单，负载直流电压Uo较较高，纹波较小，缺点是输出特性较差，高，纹波较小，缺点是输出特性较差，适用于输出电压较高，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负载电流较小且负

7、载变动不大的场合整流滤波电路中，整流滤波电路中，改变改变R RL LC C会对输出直流电压会对输出直流电压U UO O和脉动系数和脉动系数S S有影响，将有影响，将U UO O和和负载电流负载电流 IO 的关系曲线称为的关系曲线称为输出特性输出特性，将，将S S和和I IO O的关系曲线称为的关系曲线称为滤波特性滤波特性，二极管二极管的导通角的导通角导通角导通角的峰值脉动放电DOLiURC 无滤波电容时无滤波电容时。 有滤波电容时有滤波电容时 ，且二，且二极管平均电流增大，故其峰极管平均电流增大，故其峰值很大！值很大！小到一定程度，难于选择二极管！小到一定程度，难于选择二极管！二极管承受的最高

8、反向电压与无电容相同二极管承受的最高反向电压与无电容相同 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大R RL LC C 越大越大 U UO O越高越高 I IO O越大越大整流管导通时间越短整流管导通时间越短i iD D t tu uO O2U2 t t0 00 0选管时一般取选管时一般取 RM22UUI IO O =2 =2 I ID D i iD D峰值电流越大峰值电流越大。的耐压值应大于221 . 1UC 简单易行，简单易行，UO高，高，C 足够大时足够大时交流分量较小；不适交流分量较小；不适于大电流负载。于大电流负载。优缺点例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源有一单相桥式

9、整流滤波电路，已知交流电源频率频率 f = 50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出，要求直流输出电压电压UO=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。V 35V2522RM UU A075. 0A20030212121LOOD RUII解：解：25VV1.230 2 . 1O UUIOM =100mA URWM =50V 可选用二极管可选用二极管2CZ52B取取 RLC = 5 T/2已知已知 RL = 200 s 05. 0s25015L CR2. 选择滤波电容器选择滤波电容器F250F10250F2000.05 05. 06LRC可选用可选

10、用C = 250 F，耐压为，耐压为 50 V 的极性电容器。的极性电容器。解：解： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率频率 f = 50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出，要求直流输出电压电压UO=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。例：例：U21 . 1电容的耐电压电容的耐电压电感滤波电路电感滤波电路（1 1） 电路结构电路结构（2 2）滤波原理）滤波原理当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化，使负载电流和电压的脉动减小。

11、碍电流的变化，使负载电流和电压的脉动减小。LRLuO u+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 电感滤波适用于电感滤波适用于负载电流较大、负载波动大、要求输出负载电流较大、负载波动大、要求输出电压脉动较小电压脉动较小的场合，用于的场合，用于高频高频时更为合适时更为合适。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。在输出端得到比较平滑的直流电压。UO=0.9U忽略电感的直流电阻，输出平均电压约为：忽略电感的直流电阻，输出平均电压约为

12、：LRLuo u+ 为了减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前串接一个铁心为了减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前串接一个铁心电感线圈电感线圈L L，组成电感电容滤波电路。，组成电感电容滤波电路。 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，滤波器更好，但二极管的冲但二极管的冲击电流较大。击电流较大。 比比 形形 LC 滤波器的体积滤波器的体积小、成本低。小、成本低。 电阻和电容配合，使得脉动电压的交流分量较多地降落在电电阻和电容配合，使得脉动电压的交流分量较多地降落在电阻两端阻两端(因为电容因为电容C2的交流阻抗很小的交流阻抗很小)，而较少地降落在负载上，而较少地降落在负载上，从而起滤波作用。从而

13、起滤波作用。交直流收扩两用机电源交直流收扩两用机电源 如图电源输出电压如图电源输出电压为为24V, 电流为电流为1.8A。变。变压器二次绕组压器二次绕组N3 的电压的电压约为约为20V, C2起抑制高频起抑制高频干扰作用；二次绕组干扰作用；二次绕组N2的电压为的电压为 5.5V, 供照明供照明指示灯用。直流指示灯用。直流 24V电电池的极性可任意接入。池的极性可任意接入。直流电源应用电路直流电源应用电路稳压电源类型稳压电源类型 使用方便，工作使用方便，工作可靠和价格低。可靠和价格低。以下主要讨论线以下主要讨论线性稳压电路。性稳压电路。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常用

14、稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )线性线性稳压电路稳压电路电路最简单，但电路最简单，但是带负载能力差，是带负载能力差，一般只提供基准一般只提供基准电压，不作为电电压，不作为电源使用。源使用。效率较高，目前效率较高，目前用的也比较多，用的也比较多，但电路复杂。只但电路复杂。只作简单介绍。作简单介绍。UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ IRIZ限流调压限流调压RDZ稳压电路稳压电路UO = UZ IR = IO + IZU

15、I UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR UIUZ稳压电阻稳压电阻R的计算的计算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 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变化就可引起足够大的的UR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

16、，就需要较大的输入电压UI值，损值，损耗就要加大。耗就要加大。 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，与稳压电阻动态电阻有关，与稳压电阻R 的阻值的阻值大小大小有关。有关。稳压电阻稳压电阻R的计算如下的计算如下 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，流过稳时，流过稳压二极管的电流最小。此时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，由此可计算出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，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即电阻应小于最大值。即Lma

17、xZminZIminmax=IIUUR 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，流过稳时，流过稳压二极管的电流最大。此时压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由此，由此可计算出可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIUURmaxmin IOM时，时，UR较大，较大，T导通导通 ，IO=IOM + IC R 可由功率管可由功率管 T的的UBE和稳压器的和稳压器的IOM确定确定, 即即R UBE /IOM 实质实质:功率管功率管T分流了输出电流的一部分分流了输出电流的一部分(IC) 三端稳压器的

18、输出额定电流有限，当需要进一步增大输出电流、提高带负载能三端稳压器的输出额定电流有限，当需要进一步增大输出电流、提高带负载能力时，可外接功率管来扩大输出电流。力时，可外接功率管来扩大输出电流。稳压器公共端电流很小，所以稳压器公共端电流很小，所以I2I1C2W78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+ IRI1IBRUIIIIIIIIIIIIBERRBCo2221222)1 ( )( 取取UBE/RI2，则输出电流，则输出电流Io比比I2扩大了，实质是输出电流的一扩大了，实质是输出电流的一部分由功率管电流部分由功率管电流IC分流了，但电路仍有稳压作用。分流了，但电路仍有稳压作用。（

19、6 6）恒流源电路）恒流源电路W78XXUIIQ RL RIL+_UXX故有故有 IQ0此电路适用于需要此电路适用于需要直流电流源直流电流源的场合。的场合。LXX/IUR合理连线，构成5V的直流电源。 1接4，2接6，5接7、9，3接8、11、13，10接12。 电路如图所示，电路如图所示，R13.5k，R24k，RP6.8k。求：（。求：（1）试）试从图中说明一个完整的小功率直流电源应包括哪些环节？（从图中说明一个完整的小功率直流电源应包括哪些环节？（2）求）求当变压器原边加当变压器原边加220V的正弦交流电压时，的正弦交流电压时，Ui的值为多少？（的值为多少？（3）输出电压输出电压Uo的可

20、调电压范围是多少？的可调电压范围是多少？（1）变压器降压、桥式整流、电容滤波、稳压）变压器降压、桥式整流、电容滤波、稳压(2) Ui1.2U=1.220=24V（3）利用运放负反馈时的虚短、虚断得，）利用运放负反馈时的虚短、虚断得，OPPXXURRRRRU2115121121PPXXPPoRRRRRURRRRRUVUO94. 658 . 65 . 348 . 65 . 3minVUO43.2055 . 348 . 65 . 3max 线性稳压电路，虽然具有线性稳压电路，虽然具有结构简单，调整方便，输出纹波结构简单，调整方便，输出纹波较小较小等特点，但存在着以下等特点，但存在着以下两个问题两个问

21、题： （1）调整管）调整管损耗大，效率较低损耗大，效率较低，一般为，一般为40%60%，且要配备，且要配备散热器，使整机散热器，使整机结构笨重结构笨重。 （2）电源变压器的工作频率为）电源变压器的工作频率为50Hz，使得，使得变压器体积大变压器体积大（磁芯（磁芯面积与频率成反比）、重量重。面积与频率成反比）、重量重。 开关型稳压电路，就是从以上两方面着手改进而开关型稳压电路，就是从以上两方面着手改进而发明的一种稳压电源。发明的一种稳压电源。 串联型稳压电路串联型稳压电路中调整管工作在中调整管工作在放大放大状态，功耗状态，功耗较大、效率较低。较大、效率较低。开关型稳压电源开关型稳压电源调整管工作在调整管工作在饱和饱和导通和截止状态导通和截止状态 (即开关状态即开关状态)，与负载连接方式有串，与负载连接方式有串联和并联两种。联和并联两种。 开关型稳压电源具有效率高、体积小、适用面广、开关型稳压电源具有效率高、体积小、适用面广、可靠性高等特点，符合现代电子设备向小型化发展的可靠性高等特点，符合现代电子设备向小型化发展的方向，因而被广泛采用。相对于电子设备中的其他模方向，因而被广泛采用。相对于电子设备中的其他模块，开关型稳压电源工作电压较高，