源直流稳压电源实用教案

1、会计学1源直流稳压电源源直流稳压电源第一页，共48页。电源变压器电源变压器: 将交流将交流(jioli)电网电压电网电压u1变为合适的交流变为合适的交流(jioli)电压电压u2。整流整流(zhngli)电路电路: 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转变转变(zhunbin)为平滑的直流电压为平滑的直流电压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u0的稳定。的稳定。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u

2、4uo第1页/共48页第二页，共48页。整流电路整流电路(dinl)是把交流电压转变为是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路直流脉动的电压。常见的小功率整流电路(dinl)，有单相半波、全波、桥式整流等，有单相半波、全波、桥式整流等。目前广泛使用的是桥式整流电路目前广泛使用的是桥式整流电路(dinl)。为分析简单起见，我们把二极管当作理为分析简单起见，我们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。，反向电阻为无穷大。第2页/共48页第三页，共48页。u20:二极管导通二极管导通u0=u2i0=u0 /RLu20

3、 0 时时D D1 1,D,D3 3导通导通D D2 2,D,D4 4截止截止电流通路电流通路: :由由+ +经经D D1 1R RL LD D3 3- -u u2 20 0 时时D D2 2,D,D4 4导通导通D D1 1,D,D3 3截止截止电流通路电流通路: :由由- -经经D D2 2R RL LD D4 4+ +输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！桥式整流电路输出桥式整流电路输出(shch)波形及二极管上电压波形波形及二极管上电压波形第9页/共48页第十页，共48页。单相全波整流电压的平均值为： 0222o9 . 022)(sin21UUttdUU 流过负载电阻 RL的电流

4、平均值为： L2Loo9 . 0RURUI 流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即： L2oD45. 021RUII 每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u2的最大值，即： 22MRM2UUU 第10页/共48页第十一页，共48页。整流变压器副边电压有效值为：oo211. 10.9UUU整流变压器副边电流有效值为：o22211. 111. 1IRURUILL由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。 【注意】整流(zhngli)电路中的二极管是作为开关运用的，整流(zhngli)电路既有交流量，又有直流量，通常： 输入（交流）用有效值或最大值；输出（交直流）用平均值；整流(zhn

5、gli)管正向电流用平均值；整流(zhngli)管反向电压用最大值。 第11页/共48页第十二页，共48页。名 称 UO(带载 ) 二极管反向最大电压 每管平均电流 半波整流 245.0U 2 IO 桥式整流 0.9 2 0.5IO 半波整流、电容滤波 2U22 IO 桥式整流、电容滤波 22.1U 2 0.5IO 2U2U2U2U2U第12页/共48页第十三页，共48页。 例例：试设计一台输出电压为 24V，输出电流为 lA 的直流电源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。解解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电

6、压有效值为：3 .5345. 0240.45o2UUV整流二极管承受的最高反向电压为：2 .753 .5341. 122RMUUV流过整流二极管的平均电流为：1oD IIA因此可选用 2CZ12B整流二极管，其最大整流电流为 3 A，最高反向工作电压为 200V。第13页/共48页第十四页，共48页。（2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：7 .269 .0240.9o2UUV整流二极管承受的最高反向电压为：6 .377 .2641.122RMUUV流过整流二极管的平均电流为：5 .021oDIIA因此可选用四只 2CZ11A 整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最高反向工作

7、电压为 100V。第14页/共48页第十五页，共48页。滤波滤波(lb)原理原理:交流电压经整流电路交流电压经整流电路(dinl)整流后输出整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路份。滤波电路(dinl)利用储能元件电容两端利用储能元件电容两端的电压的电压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 将电容与负载将电容与负载RL并联并联(或将电感与负载或将电感与负载RL串联串联)，滤掉整流电路，滤掉整流电路(dinl)输出电压中的交流成输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形份，保留其直流

8、成份，达到平滑输出电压波形的目的。的目的。第15页/共48页第十六页，共48页。tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 电路 (b) 波形CRL+电容电容 C 放电的快慢取决于时间常数（放电的快慢取决于时间常数（CRL）的大小，时间常数越大，）的大小，时间常数越大，电容电容 C 放电越慢，输出电压放电越慢，输出电压 uo就越平坦，平均值也越高。就越平坦，平均值也越高。 第16页/共48页第十七页，共48页。u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2t充电充电(chng din)结束结束u0tRL未接入时的波形未接入时的波形(b xn)没有电容时的输出波形没有电容时的输出波

9、形t1设设t1时刻接通电源时刻接通电源1、RL未接入时未接入时第17页/共48页第十八页，共48页。2、RL接入（且接入（且RLC较大较大(jio d)）时）时 u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC电容通过电容通过RL放电放电(fng din)，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。u2tuot充电时间放电时间第18页/共48页第十九页，共48页。近似近似(jn s)估算估算: UL=1.2U22 2、 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整流管导电(

10、dodin)时间越短时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大电容电容(dinrng)滤波电路的滤波电路的特点：特点：1 1、 U UL L与与R RL LC C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)2T)53(CRLuLtRLC 较大较大第19页/共48页第二十页，共48页。 输出输出(shch)波形随负载电阻波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变。的变化而改变。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降下降(xijing)多。多。结论结论 电容滤波电路适用于输

11、出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大较小且负载变动不大(b d)的场合的场合。3 3、 输出特性输出特性( (外特性外特性) )uo电容电容滤波滤波1.4UO0.9UO0IL第20页/共48页第二十一页，共48页。1 1、滤波电容、滤波电容C C一般选择体积小，容量大的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。一般选择体积小，容量大的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。2 2、加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短

12、时间内承受较大的冲击、加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受较大的冲击(chngj)(chngj)电流（电流（ic+io)ic+io)。3 3、单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压为：、单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压为：udr=uc+u2udr=uc+u2 当负载开路时，承受的反向电压为最高，为：当负载开路时，承受的反向电压为最高，为： 222UURM注意事项第21页/共48页第二十二页，共48页。例例 ： 设 计 一 单 相 桥 式 整 流 、 电 容 滤 波 电 路 。 要 求 输 出 电 压48oUV，已知负载电阻100LR，交流电源频率

13、为 50Hz，试选择整流二极管和滤波电容器。 解解 ： 流过整流二极管的平均电流： 240A24.010048212121LooDRUIImA 变压器副边电压有效值： 402.1481.2o2UUV 整流二极管承受的最高反向电压： 4.564041.122RMUUV 因此可选择 2CZ11B 作整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最高反向工作电压为 200V。 取05.0202.0525LTCRs，则： 500F1050010005.06LRCF 第22页/共48页第二十三页，共48页。例例：单单相相桥桥式式电电容容滤滤波波整整流流，交交流流电电源源频频率率 f = 50 Hz，负负载载电电

14、阻阻 RL = 40 W，要要求求直直流流输输出出电电压压 UO = 20 V，选选择择整整流流二二极极管管及及滤滤波波电电容容。 解解1. 选选二二极极管管：V 172 .1202 .1O2UU 电电流流平平均均值值： 承承受受最最高高反反压压： 选选二二极极管管应应满满足足：IF (2 3) ID 可可选选：2CZ55C(IF = 1 A，URM = 100 V)或或 1 A、100 V 整整流流桥桥 2. 选选滤滤波波电电容容 s 02.05011fTs 04.024 LTCR取 F 0001 40s 0.04 C 可可选选： 1 000 mF，耐耐压压 50 V 的的电电解解电电容容。

15、 V 2422RMUU A0.2540 20212121LOOD RUII第23页/共48页第二十四页，共48页。电路电路(dinl)结构结构: 在桥式整流电路在桥式整流电路(dinl)与负载间串入一电感与负载间串入一电感L。输出输出(shch)电压平均值电压平均值: UL=0.9U2+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL谐波分量谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感电压大部分降在电感(din n)上。上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。直流分量直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压

16、大部分降在RL上上第24页/共48页第二十五页，共48页。电感电感(din n)滤波的特点滤波的特点优点：整流管导电角较大，峰值电流很优点：整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。的场合。缺点：做复杂、电感铁芯笨重，体积缺点：做复杂、电感铁芯笨重，体积(tj)大，易引起电磁干扰。大，易引起电磁干扰。u2u1RLLuo第25页/共48页第二十六页，共48页。 为进一步改善滤波特性为进一步改善滤波特性(txng)(txng)，采取多级滤波。，采取多级滤波。LC滤波滤波(lb)电路电路+uo+-LCu-i+C

17、 LC、CLC型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。的场合。CLC滤波电路滤波电路第26页/共48页第二十七页，共48页。CRC型滤波型滤波(lb)电路电路+uo+-LCu-i+CCLC滤波滤波(lb)电路电路 在负载较轻时，经常采用在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成电阻替代笨重的电感，构成(guchng)CRC型滤波型滤波电路，同样可以获得脉动很电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。小的输出电压。 电阻对交、直流均有压降电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。载电

18、流较小的场合。第27页/共48页第二十八页，共48页。5.3 直流稳压(wn y)电路直流稳压电路可分为两大类：直流稳压电路可分为两大类： 线性稳压电路：使用起来简单易行，但转换效率低，体积大；线性稳压电路：使用起来简单易行，但转换效率低，体积大； 串联串联(chunlin)型稳压电路型稳压电路 调整管与负载串联调整管与负载串联(chunlin) 并联型稳压电路并联型稳压电路 调整管与负载并联调整管与负载并联 开关稳压电路：体积小，转换效率高，但控制电路较复杂。随着开关稳压电路：体积小，转换效率高，但控制电路较复杂。随着自关断电力电子器件和电力集成电路的迅速发展，开关电源已得到自关断电力电子器

19、件和电力集成电路的迅速发展，开关电源已得到越来越广泛的应用。越来越广泛的应用。 直流稳压电路直流稳压电路: 将负载电流的变化和输入将负载电流的变化和输入(shr)电压的变化，形起的不稳定的直流电压变化，变换成稳定且可调的直流电压的电路电压的变化，形起的不稳定的直流电压变化，变换成稳定且可调的直流电压的电路第28页/共48页第二十九页，共48页。稳压稳压(wn y)(wn y)管稳压管稳压(wn y)(wn y)电路电路稳压稳压(wn y)(wn y)原理原理利用稳压利用稳压(wn y)(wn y)管的反向击穿特性。管的反向击穿特性。 iuUZIUIzminIzmax+UDziLRz-oU-+R

20、UIZILI 它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，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。适合于负载电流小，输出电压固定的场合。它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，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。适合于负载电流小，输出电压固定的场合。第29页/共48页第三十页，共48页。+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZIZL+=IIIRiZO=UUUUIRU i(1) (1) 当输入当输入(shr)(shr)电压变化时电压变化时UiUZUoUoURIIZ(2)(2)当负载当负载(fzi)(fzi)电压变化时电压变化时UoURUoIZI第30页/

21、共48页第三十一页，共48页。特点：特点： 与并联型稳压相比，稳定性高、电压值连续与并联型稳压相比，稳定性高、电压值连续(linx)调输出电流大。调输出电流大。电路组成电路组成(z chn)：取样环节、基准电压、比较放大、调整环节取样环节、基准电压、比较放大、调整环节+ +U UI I 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基准电压压+UiIoR1RLRaR2RbR4R3RPUBE2V1V2UBE1+UoUZ+ +UF 第31页/共48页第三十二页，共48页。（1 1）取样环节。由）取样环节。由R1R1、RPRP、R2R2组成的分压电路构成，它将输出电压组成的分压电路构成，

22、它将输出电压UoUo分出一部分作为取样电压分出一部分作为取样电压UFUF，送到比较放大环节。，送到比较放大环节。（2 2）基准电压。由稳压二极管）基准电压。由稳压二极管DZDZ和电阻和电阻R3R3构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UZUZ，作为调整、比较的标准。，作为调整、比较的标准。（3 3）比较放大环节。由）比较放大环节。由V2V2和和R4R4构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压UFUF与基准电压与基准电压UZUZ之差放大后去控制调整管之差放大后去控制调整管V1V1。 （4 4）调

23、整环节。由工作在线性放大区的功率管）调整环节。由工作在线性放大区的功率管VlVl组成，组成，VlVl的基极的基极(j j)(j j)电流电流IB1IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1IC1和集、射电压和集、射电压UCElUCEl改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。第32页/共48页第三十三页，共48页。UoUFIB2IC2UC2IB1UCE1Uo同理，当同理，当Ui或或Io变化使变化使Uo降低时，调整过程相反，降低时，调整过程相反，UCE1将减小使将减小使Uo保持基本保持

24、基本(jbn)不变。不变。该电路是依靠电压负反馈来稳定输出电压的。该电路是依靠电压负反馈来稳定输出电压的。+UiIoR1RLRaR2RbR4R3RPUBE2V1V2UBE1+UoUZ+ +UF 若输出若输出(shch)电压增大时：电压增大时：第33页/共48页第三十四页，共48页。设设V 2V 2发射结电压发射结电压(diny)U BE2(diny)U BE2可忽略，则：可忽略，则：obabZFURRRUU+ + 或：或：ZURRRUbbao+ + 用电位器用电位器RPRP即可调节输出即可调节输出(shch)(shch)电压电压UOUO的大小，但的大小，但UOUO必定大于或等于必定大于或等于U

25、ZUZ。第34页/共48页第三十五页，共48页。例例 : UZ=6V ，R1= R2= RP=100 ，则Ra+Rb= R1+ R2+ RP=300 ， Rb 最大为200 ，最小为100 。 求 Uo 的范围 （ 918V范围内连续可调）。 如如UZ=6V，R1=R2=RP=100，则：，则：Ra+Rb=R1+R2+RP=300， Rb最大为最大为200，最小为，最小为100。由此可知输出电压由此可知输出电压(diny)Uo在在918V范围内连续可调。范围内连续可调。第35页/共48页第三十六页，共48页。+UiIoR1RLR2R3RPV+UoUZ+ +UF + +其电路组成部分、工作原理及

26、输出电压的计算与前述电路完其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前述电路完全相同，唯一不同之处是放大全相同，唯一不同之处是放大(fngd)环节采用集成运算放环节采用集成运算放大大(fngd)器而不是晶体管。器而不是晶体管。第36页/共48页第三十七页，共48页。 集成稳压电路是将稳压电路的主要元件集成稳压电路是将稳压电路的主要元件(yunjin)甚至全部元件甚至全部元件(yunjin)制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的

27、集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是是3端式串联型集成稳压器。端式串联型集成稳压器。3端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。如个接线端子。如W78和和W79系列稳压器。系列稳压器。W78系列输出正电系列输出正电压有压有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多种，若要获得负等多种，若要获得负输出电压选输出电压选W79系列即可。例如系列即可。例如W7805输出输出+5 V电压，电压，W7905则输出则输出5 V电压。这类端稳压器在加装散热器的情况下，输出电流可达电压。这类端稳压器在加装散热

28、器的情况下，输出电流可达1.52.2A，最高输入电压为，最高输入电压为35V，最小输入、输出电压差为，最小输入、输出电压差为23V，输出电压变，输出电压变化率为化率为0.10.2。第37页/共48页第三十八页，共48页。CW7800 系列系列(xli)(正电源正电源)CW7900 系列系列(xli)(负电源负电源)5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V7878、79 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

29、出电压输出电压第38页/共48页第三十九页，共48页。CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符号符号(fho)CW7800+213CW790013_2_塑料塑料(slio)封装封装金属封装金属封装第39页/共48页第四十页，共48页。 一、输出为固定一、输出为固定(gdng)电压的电路电压的电路注意注意(zh y)：输入与输出端之间的电压不得低于：输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW78XXCIUI+_Uo1320.11 F1F输出输出(shch)为固定正压时为固定正压时抵消输入抵消输入长接线的长接

30、线的电感效应电感效应，防止自激防止自激改善负载的改善负载的瞬态响应，瞬态响应，消除高频噪消除高频噪声声第40页/共48页第四十一页，共48页。-+W7900系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW79XXCIUI-+Uo3210.11 F1F输出为固定输出为固定(gdng)负压时负压时注意注意(zh y)：输入与输出端之间的电压不得低于：输入与输出端之间的电压不得低于3V！第41页/共48页第四十二页，共48页。COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZ（2）提高输出）提高输出(shch)电压的电路电压的电路UXX : 为为W78XX固定固定(gdng)输出电压输出电压

31、UO = UXX + UZ第42页/共48页第四十三页，共48页。W78C1C2+Ui+Uo123RIRICIBI1I3I2Io（3）扩大）扩大(kud)输出电流的电路输出电流的电路图中图中 I3为稳压器公共为稳压器公共(gnggng)(gnggng)端电流，其值很小，可以忽略不计，所以端电流，其值很小，可以忽略不计，所以21II粆粆，则可得：，则可得： RUIIIIIIIIIBE2R12B2C2o)1()(b bb bb bb b+ + + + + + + + + 式中式中为三极管的电流为三极管的电流(dinli)(dinli)放大系数。设放大系数。设10 b b，3. 0BE UV，5. 0 R，12 IA，则可计算出，则可计算出5o IA，可见，可见Io比比I2扩大了。扩大了。 电阻电阻R的作用是使功率管在输出电流较大的作用是使功率管在输出电流较大时才能导通。时才能导通。 第43页/共48页第四十四页，共48页。（4）能同时）能同时(tngsh)输出正、负电压的电路输出正、负电压的电路24V24V220VW78151 000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1 000 F 0.1 F220 F W7915第44页/共48页第四十五页，共48页。 (1) (1)、直流稳压电源是由交流电源经过变换得来的，它由整流电路、滤波电、直流稳压电