电工学第18章直流稳压电源

1、18.2 18.2 滤波器滤波器18.3 18.3 直流稳压电源直流稳压电源18.1 18.1 整流电路整流电路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u u4 4u uo ou u3 3u u2 2u u1 1 整流电路整流电路 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、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。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

2、导电性t u uD DO O u u 负半周，负半周，V Va a VVVb b，二极二极管管 1 1、3 3 导通，导通，2 2、4 4 截止截止 。u uo ou uD D t t t tu uD1D1u uD3D3 u ut U2U2U2 4. 参数计算参数计算LLRURUI9 . 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttII ) d( sin21ttU U0.9 oU (1) (1) 输出直流电压高；输出直流电压高； (2) (2) 脉动较小；脉动较小； (3) (3) 二极管承受的最大反向电压较低；二极管承受的最大反向电压较低； (4) (4)

3、 电源变压器得到充分利用。电源变压器得到充分利用。 目前，半导体器件厂已将整流二目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可输出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。靠性，使用起来非常方便。单相桥式整流电路，已知交流电网电压为单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220V，负载电阻负载电阻 RL = 50 ，负载电压，负载电压Uo=100V，试求变压器，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。的变比和容量，并选择二极管。V 1119 . 0

4、1009 . 0o UU A122121oD IIV 17212222DRM UU A250110Loo RUI 考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出压器副边电压一般应高出 5%10%5%10%，即取，即取 U U = 1.1 = 1.1 111 111 122 V122 V例例1 1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V220 V，负载电阻，负载电阻 R RL L = 50 = 50 ，负载电压，负载电压U Uo=100Vo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。试求变压器

5、的变比和容量，并选择二极管。81122220 .K 变变比比 I I = 1.11 = 1.11 I Io o= 2 = 2 1.11 = 1.11 = 2. 2 A2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A变压器副边电压变压器副边电压 U U 122 V 122 V A1D IV 172DRM U 可选用二极管可选用二极管2CZ11C2CZ11C，其最大整流电流为，其最大整流电流为1A1A，反向工作峰值电压为反向工作峰值电压为300V300V。uo+ +_ _ u+ +_ _RLD2D4 D1D3当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，

6、电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导导通，负载中有电流通，负载中有电流过，负载电压过，负载电压uo o= =u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压， uo o =0=0。 uo u 234tt234oo 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流导通，电流经经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压器及此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电

7、源及D1或或D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。uo+ +_ _ u+ +_ _RLD2D4 D1 D3共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阴极组中阳极电位最高的二极管导通； D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o 三相变压器原绕组接成三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形三角形，副绕组接成星形共阳极组共阳极组共阴极组共阴极组 在在 t1 t2 期间期间共阴极组中共阴极组中a a点电位最高，点电位最高，D D1 1 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中b b点电位

8、最低，点电位最低，D D4 4 导通。导通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t u uo oo ott1t2t3t4t5t6t7t8t9 在在 t2 t3 期间期间共阴极组中共阴极组中a a点电位最高，点电位最高，D D1 1 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中c c点电位最低，点电位最低，D D6 6 导通。导通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D

9、3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto o 在在 t3 t4 期间期间共阴极组中共阴极组中b b点电位最高，点电位最高，D D3 3 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中c c点电位最低，点电位最低，D D6 6 导通。导通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o负载

10、电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto o 在在 t4 t5 期间期间共阴极组中共阴极组中b b点电位最高，点电位最高，D D3 3 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中a a点电位最低，点电位最低，D D2 2 导通。导通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t t

11、1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto ot1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto o 在一个周期中，每个二极在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导管只有三分之一的时间导通（导通角为通（导通角为120）。）。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o c cb ba au u+ + + o o变压器副边电压变压器副边电压负载电压负载电压u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t LL34. 2oRURUI o31DII UU23DRM ) )d(30 sin(231ab26ttU

12、 UU2.34 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电滤波电路利用储能元件电容两端的电压压(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, 滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达电路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的目的。到平滑输出电压波形的目的。 方法：方法：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串串联联) )。 u u u uC C时，二极管导通，时

13、，二极管导通，电源在给负载电源在给负载R RL L供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电， u uC C 增加，增加，u uo o= = u uC C 。 CC+ +C Ci ic ci i + + +a aD Du uo ou ub bR RL Li io o= = u uC C 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压为为 。UU22DRM u uo oU2U2u u t tO O t tO O25)(3LTCR 一一般般取取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值U Uo o与放电时间与放电时间 常数常数R RL LC C有关。有关。 近似估算

14、取：近似估算取： U Uo o = 1. 2 = 1. 2 U U ( ( 桥式、全桥式、全波）波） U Uo o = 1. 0 = 1. 0 U U （半波）半波）U2 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有电容有电容滤波滤波 无电容滤波无电容滤波0 U Uo oo oI IO O 结论结论 因此电容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。 R RL LC C 越大越大O O 越高，越高，I IO O 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 i iD D 的峰值电流越大。

15、的峰值电流越大。u uo oU2 t tO Oi iD D t tO O例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率源频率 f f=50Hz=50Hz，负载电阻，负载电阻 R RL L = 200 = 200 ，要求直流输，要求直流输出电压出电压U Uo o=30V=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 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII u uR RL Lu uo o+ + + + +C C解：解：25V1.230 21O .UU可选用二极管可选用二极管2CP112CP11I

16、 IOM OM =100mA =100mA U URWM RWM =50V=50V 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整流滤波电路，已知交流电源频率频率 f f=50Hz=50Hz，负载电阻，负载电阻 R RL L = 200 = 200 ，要求直流输出，要求直流输出电压电压U Uo o=30V=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。取取 R RL LC C = 5 = 5 T/2T/2已知已知R RL L = 50 = 50 S 05. 025015L CR u uR RL Lu uo o+ + + + +C C解：解：2. 2. 选择滤波

17、电容器选择滤波电容器F250F102502000.05 0506L R.C可选用可选用C C=250=250 F F，耐压为，耐压为50V50V的极性电容器的极性电容器L L u uR RL Lu uo o+ + + + +C C 滤波效果滤波效果比比LCLC滤波器更滤波器更好，但二极管好，但二极管的冲击电流较的冲击电流较大。大。 比比 形形 LC LC 滤波器的体滤波器的体积小、成本低。积小、成本低。L L u uR RL Lu uo o+ + + + +C C2 2+ +C C1 1R R u uR RL Lu+ + + + +C C2 2+ +C C1 1 交直流收扩两用机电源交直流收扩

18、两用机电源N N1 1N N3 3C C2 20.0470.047 F FD D2 2D D3 3D D4 4D D1 12CZ12A2CZ12A4 4N N2 2FUFU2 23A3A20002000 F/50VF/50V+ +C C1 124V24VFUFU1 11A1A直流直流24V24V交流交流220V220V 如图电源输出电压如图电源输出电压为为24V, 24V, 电流为电流为1.8A1.8A。变压器。变压器副绕组副绕组N N3 3 的电压约为的电压约为20V, C20V, C2 2起抑制高频干扰作用；副绕起抑制高频干扰作用；副绕组组N N2 2的电压为的电压为5.5V5.5V，供照

19、明，供照明指示灯用。直流指示灯用。直流 24V24V电池的电池的极性可任意接入。极性可任意接入。U UO O = U= UZ Z I IR R = I= IO O + + I IZ ZU UI IU UZ ZR RL L ( (I IO O ) ) I IR R 设设U UI I一定，负载一定，负载R RL L变化变化U UO O 基本不变基本不变 I IR R ( (I IR RR R) ) 基本不变基本不变 U UO O ( (U UZ Z ) ) I IZ Z + +U UI IR RL L+ +C CI IO OU UO O+ + +u uI IR RR RD DZ ZI Iz z限流

20、调压限流调压稳压电路稳压电路U UO O = U= UZ Z I IR R = I= IO O + + I IZ ZU UI IU UZ ZU UI I U UZ Z U UO O 基本不变基本不变 I IR RR R I IZ Z I IR R + +U UI IR RL L+ +C CI IO OU UO O+ + +u uI IR RR RD DZ ZI Iz zZIZMIZMOOIMmin IIRUU (1) (1) U UZ Z = = U UO O(2) (2) I IZMZM= = (1.5 3) (1.5 3) I IO OM M(3) (3) U UI I = (2 3) =

21、 (2 3) U UO O(4) (4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。U UO OR RF FR R2 2R R1 1+ + + + R RL L+ +U UZ ZR RD DZ Z+U+UU UO OR RF FR R2 2R R1 1+ + + + +R RL LR RD DZ Z+ +U UZ Z+U+U反相输入恒压源反相输入恒压源同相输入恒压源同相输入恒压源ZFO1URRU ZFO)(11URRU 改变改变 R RF F 即可调节恒压源的输出

22、电压。即可调节恒压源的输出电压。U Ui iT TR R2 2U UZ ZR RL LU UO O + +R R3 3+ + + +U UB B+ +D DZ Z+ +U Uf f+ +R R1 11R 1R 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。路和调整元件四部分组成。调整调整元件元件比较比较放大放大基准基准电压电压取样取样电路电路 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压压U UO O 升高时，有如下稳压过程：升高时，有如下稳压过程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoB

23、UUAU U UO O U Uf f U UB B U UO O I IC C U UCE CE 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。压电路。U UI IT TR R2 2U UZ ZR RL LU UO O + +R R3 3+ + + +U UB B+ +D DZ Z+ +U Uf f+ +R R1 11R 1R Z211BO)(1URRRUU U Ui iT TR R2 2U UZ ZR RL LU UO O + +R R3 3+ + + +U UB B+ +D DZ Z+ +U Uf f+ +R R1 11R 1R 1. 分类分类单片

24、集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用灵活用灵活, ,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端, ,故称之为三端集成稳压器。故称之为三端集成稳压器。两位数字为输出电压值两位数字为输出电压值三三端端稳稳压压器器输出固定电压输出固定电压输出正电压输出正电压78XX 78XX 输出负电压输出负电压79XX 79XX （1. 25 37 V 1. 25 37 V 连续可调）连续可调）W7800W7800系列稳压器外形系列稳压器外形11输入端输入端3 3 公共端公共端2 2

25、 输出端输出端W7900W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 1 公共端公共端3 3输入端输入端2 2 输出端输出端 输出电流超过输出电流超过 1. 5 A（加散热器）（加散热器） 不需要外接元件不需要外接元件 内部有过热保护内部有过热保护 内部有过流保护内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为输出电压容差为 4% 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。动对稳压电路的影响。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.0050.02% 0.11.0%0.11.0%(3) (3) 输出电压输出电压 U UO O (6) (6) 最大输入电压最大输入电压 U UiMiM (7) (7) 最大功耗最大功耗 P PM M OMOIMM)(IUUP (4) (4) 最大输出电流最大输出电流 I