chap09直流稳压电源ppt课件

1、电子技术电子技术第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源模拟电路部分模拟电路部分1第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源9.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能9.2 单相整流电路单相整流电路9.3 滤波电路滤波电路9.4 倍压整流电路的任务原理倍压整流电路的任务原理9.5 稳压电路稳压电路9.6 集成稳压电源集成稳压电源*2电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为适宜的交变为适宜的交流电压流电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路

2、整流电路: 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转变为平滑的直流转变为平滑的直流电压电压u4。稳压电路稳压电路: 去除电网动摇及负载变化的影响去除电网动摇及负载变化的影响,坚持坚持输出电压输出电压uo的稳定。的稳定。9.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能3整流电路的义务：把交流电压转变为直流脉动的整流电路的义务：把交流电压转变为直流脉动的电压。电压。9.2 单相整流电路单相整流电路常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。

3、为分析简单起见，把二极管当作理想元件处置，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处置，即二极管的正导游通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正导游通电阻为零，反向电阻为无穷大。49.2.1 单相半波整流电路的任务原理单相半波整流电路的任务原理u2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降： uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直

4、流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB10几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+ A C -+ A C -+- + - 119.2.4 整流电路的主要参数整流电路的主要参数 1. 整流输出电压平均值整流输出电压平均值Uo全波整流时，负载电压全波整流时，负载电压 Uo的平均值为的平均值为:ooU.tduU2029021负载上的负载上的(平均平均)电流电流:LLRU.I290一、整流输出电压的平均值与脉动系数一、整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值整流输

5、出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数和输出电压的脉动系数S是是衡量整流电路性能的两个主要目的。衡量整流电路性能的两个主要目的。12 S定义：整流输出电压的基波峰值定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值与平均值Uo之比。之比。2. 脉动系数脉动系数6703222324221.UUUUSomo用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo13平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(URM)是选择整流管是选择整流管的主要根据。的主要根据。LoDRU.II24502122UURM例如

6、：例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只需半周在桥式整流电路中，每个二极管只需半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流流 ID 是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端接受的最大反向电压：二极管截止时两端接受的最大反向电压：二、平均电流与反向峰值电压二、平均电流与反向峰值电压149.3 滤波电路滤波电路滤波电路的构造特点滤波电路的构造特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，并联，或电感与负载或电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：利用储能元件电容两端的电压原理：利

7、用储能元件电容两端的电压(或经过电或经过电感中的电流感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 滤掉整流电滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保管其直流成路输出电压中的交流成份，保管其直流成份，到达平滑输出电压波形的目的。份，到达平滑输出电压波形的目的。159.3.1 电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进展分析，以单向桥式整流电容滤波为例进展分析，其电路如下图。其电路如下图。一、滤波原理一、滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+161. RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时辰时辰接通

8、电源接通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电终了充电终了没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+172. RL接入且接入且RLC较大时较大时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容经过电容经过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+18u2tuot只需整流电路输出只需整流电路输出电压大于电压大于uo时，才时，才有充电电流有充电电流iD 。因。因此整

9、流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，整流管的导通角较小。通角较小。19u2tuot电容充电时，电容电容充电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小，输出电越小，输出电压越低。压越低。3. RL接入且接入且RLC较大时较大时 (思索整流电路内阻思索整流电路内阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+20普通取普通取2)53(TCRLd(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:

10、Uo=1.2U2。(2) 流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大故普通选管时，取故普通选管时，取LoLDFRUII21)32(2)32(二、电容滤波电路的特点二、电容滤波电路的特点(1) 输出电压输出电压 Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大21输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改动的变化而改动, Uo 和和S 也随之

11、改动。也随之改动。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负结论：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的场所。载电流较小且负载变动不大的场所。(3) 输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容滤波电容滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL229.3.2 电感滤波电感滤波电路构造电路构造: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo23一、滤波原理一、滤波原理对直流分量对直流分

12、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。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，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。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo24二、电感滤波的特点二、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场的场所。缺陷是电感铁芯笨重

13、，体积大，易引起电磁所。缺陷是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuo25*9.3.3 其他方式的滤波电路其他方式的滤波电路改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：在电容滤波后再接一级型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。 性能及运用场所分别与电容滤波和电感滤波类似。性能及运用场所分别与电容滤波和电感滤波类似。LC 型滤波电路：在电容滤波后面再接型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。26uoRu

14、2u1C1C2uo1 RL一、一、 RC 型滤波电路型滤波电路设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，那么：，那么：uo的直流分量：的直流分量：oLLoURRRU27uoRu2u1C1C2uo1 RLuo的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：moCLCLmoUjXRRjXRU1221)/()/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(128通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：)/(12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/

15、(1uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的关系：的关系：SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(1212129二、二、 L-C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，：，：29 . 0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(30moCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：LRC1momoCLCmoULCUjXjXjXU121111uo的脉动系数的脉动

16、系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的关系：的关系：SLCUULCUUSomoomo2121111131三、三、LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然， LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只需数比只需LC滤波时更小，波形更加平滑；由滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因此较只需于在输入端接入了电容，因此较只需LC滤波滤波时，提高了输出电压。时，提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出电压和脉动型滤波电路的输出电压和脉动系数等根本参数。系数等根本参数。32*9.4 倍压整流电路的任务原理倍压整流电路的任务

17、原理一、二倍压整流电路一、二倍压整流电路u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C1的电压充到：的电压充到：22Uu2的负半周时：的负半周时：D2导通，导通，D1截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C2的电压充到：的电压充到：22U负载上的电压：负载上的电压：222Uuo+u1u2+D1C2C1D2uoRL33+22U二、多倍压整流电路二、多倍压整流电路+222Uu2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，构成回路，C1充电到：充电到：22Uu2的第一个负半周：的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，构成回

18、路，C2充电到：充电到：222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C634+22U+222U+222U+222U+222U+222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成构成回路，回路， C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：222Uu2的第二个负半周：的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构成回路，构成回路， C2补充电荷，补充电荷， C4充电到：充电到：222U把电容接在相应电容组的两端，即可获把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。得所需的多

19、倍压直流输出。359.5 稳压电路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线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带负载才但是带负载才干差，普通只干差，普通只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源运不作为电源运用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做引这里不做引见。见。369.5.1 串联反响式稳压电路串联反响式稳压电路一、电路构造的普通方式一、电路构造的普通方式1. 串联式直流稳压电路的根本

20、方式串联式直流稳压电路的根本方式负载电流的变化量可以比稳压管任务电流的变负载电流的变化量可以比稳压管任务电流的变化量扩展化量扩展1+倍。倍。TUORL+UZUI iRiZiL实践上是射极输出实践上是射极输出器，器，Uo=UZ-UBE 。但带负载的才干比但带负载的才干比稳压管强。稳压管强。BZRiii, 0BELiii)1 (37TUORL+UZUI iRiZiL串联式直流稳压电路的根本方式串联式直流稳压电路的根本方式两个主要缺陷：两个主要缺陷：(1) 稳压效果不好。稳压效果不好。 Uo=UZ UBE(2) 输出电压不可调。输出电压不可调。改良的方法：在稳压电路中引入带电压负改良的方法：在稳压电

21、路中引入带电压负反响的放大环节。反响的放大环节。38串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样串联式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。电路和调整元件四部分组成。T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+2. 具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路39T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+调整元件调整元件T：与负载串联，经过全部负载电流。可以：与负载串联，经过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。

22、比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路，比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。集成运算放大器。基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压输出电压UO的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。40T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+ 因调整管与负载接成射极输出器方式，因调整管与负载接成射极输出器方式，为深度串联电压负反响，故称之为串为深度串联电压负反响，故称之为串联反响式稳压电路。联反响式稳压电路。41一种实践的串联式稳压电源一种实践的串联式稳压

23、电源二二 、稳压原理、稳压原理UoUB2UBE2( = UB2-UZUC2Uo当当 UI 添加或输出电流减小使添加或输出电流减小使 Uo升高升高时时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB242三三 、输出电压确实定和调理范围、输出电压确实定和调理范围 22221BEZWWOUURRRRRU R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2 2221minBEZWWOUURRRRRU 2221maxBEZWOUURRRRU 43四四 、影响稳压特性的主要要素、影响稳压特性的主要要素 2. 流过稳压管的电压随流过稳压管的电压随 UI 动摇，使动摇，使

24、UZ 不稳定不稳定，降低了稳压精度。，降低了稳压精度。1. 电路对电网电压的动摇抑制才干较差。例：电路对电网电压的动摇抑制才干较差。例：UIVC2 Uo R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23. 温度变化时，温度变化时，T2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生零点漂移，时输出电压的稳定度变差。漂移，时输出电压的稳定度变差。44五、改良措施五、改良措施在运放理想条件下在运放理想条件下:RRoUFURRU1)1 (21 1. 选用差动放大器或运放构成的放大器替代选用差动放大器或运放构成的放大器替代T2管构管构成的放大器，可以处理零点漂移的问题。成的放大器，可以处

25、理零点漂移的问题。串联反响式稳压电路串联反响式稳压电路UITR1R2UFRLUo AV+-RWRUZ45采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)。用恒流源负载替代集电极电阻以提高增益。用恒流源负载替代集电极电阻以提高增益。4. 调整管采用复合三极管以扩展输出电流的范围。调整管采用复合三极管以扩展输出电流的范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB246*六六 、过流维护、过流维护 为防止运用中因某种缘由输出短路或过为防止运用中因某种缘由输出短路或过载载致使调整管流过很大的电流，使之致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需有快速维护措施。常见维

26、护电烧坏故需有快速维护措施。常见维护电路有两类路有两类T1RT1IL1. 限流型：当调整管的电流超越额定值时，对调限流型：当调整管的电流超越额定值时，对调整管的基极电流进展分流，使发射极电流不至整管的基极电流进展分流，使发射极电流不至于过大。于过大。当当IL不超越额定值不超越额定值时，时，T1截止；截止；当当IL超越额定值时，超越额定值时， T1导通，其集电极导通，其集电极从从T1的基极分流。的基极分流。R为一小电阻，用于检测负载电流。为一小电阻，用于检测负载电流。472. 截流型截流型: 过流时使调整管截止或接近截止。过流时使调整管截止或接近截止。T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R

27、4输出电流在额定值以内时：输出电流在额定值以内时：三极管三极管T2截止，截止，这时，电压负反这时，电压负反响保证电路正常响保证电路正常任务。任务。UO U+ UO UB1 48输出电流超出额定值时：输出电流超出额定值时：因输出电压降低，三极管因输出电压降低，三极管T2逐渐导通，逐渐导通，U+ ，稳压管截止，电压负反响被切断。这样稳压管截止，电压负反响被切断。这样U+ UB1 UC1 (=UO)UB2 IC2 U+ T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R4最终最终UO降降低到零。低到零。49七、串联反响式稳压电路缺陷七、串联反响式稳压电路缺陷损耗损耗 (P=UCE IL) 大大电源的效率电

28、源的效率 ( =Po/Pi=UoIL/UiIi) 较较低低为了提高效率，可采用开关型稳压电源。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。调整管任务在线性放大区，当负载电流较大时调整管任务在线性放大区，当负载电流较大时:509.5.2 稳压电路的主要性能目的稳压电路的主要性能目的一、稳压系数一、稳压系数 S 稳压系数稳压系数S反映电网电压动摇时对稳压电路的影反映电网电压动摇时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。量与输入电压的相对变化量之比。IIooUUUUS二、输出电阻二、输出电阻Ro 输出电阻用来反映稳压电路

29、受负载变化的影响。输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实践上就是电源戴维南等效电流变化量之比。它实践上就是电源戴维南等效电路的内阻。电路的内阻。519.6 集成稳压电源集成稳压电源随着半导体工艺的开展，如今已消费并广泛运随着半导体工艺的开展，如今已消费并广泛运用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，运用灵敏，价钱低廉等优点。最简单的集成稳压电运用灵敏，价钱低廉等优点。最简单的集成稳压电源只需输入，输出和公共引出端，故称之为三端集源只需输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节主要引见常用的本节主要引见常用的W7800系列三端集成稳压系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如以下图，稳压器的硅片封装在该组件的外形如以下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热维普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热维护环节。护环节。521端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端