学习情境6直流稳压电源的设计与仿真

1、GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山学习情境学习情境6 直流稳压电源的直流稳压电源的设计与仿真设计与仿真u教学内容教学内容6.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成6.2 单相整流电路单相整流电路6.3 滤波电路滤波电路6.4 稳压管稳压电源稳压管稳压电源 6.5 串联型稳压电源串联型稳压电源 6.6 集成稳压电源集成稳压电源 6.7 开关稳压电源开关稳压电源GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山6.1 6.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成6.2 6.2 单相整流电路单相整流电路6.3 6.3 滤波电路滤波电路u本节教学目标本节教学目标1. 掌握小功率直流稳压电源的

2、组成及各部分的掌握小功率直流稳压电源的组成及各部分的作用作用 2. 熟悉单相半波和桥式整流电路的结构、工作熟悉单相半波和桥式整流电路的结构、工作原理，并能原理，并能估算直流输出电压的大小估算直流输出电压的大小。 3. 熟悉各种单相整流电路参数之间的关系，适熟悉各种单相整流电路参数之间的关系，适用场合。用场合。 4. 熟悉电容和电感滤波的电路结构，并能估算熟悉电容和电感滤波的电路结构，并能估算输出电压的大小，了解滤波电路的工作原理。输出电压的大小，了解滤波电路的工作原理。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山直流稳压的组成框图直流稳压的组成框图负载负载电源电源变压器变压器整流整流电路电路

3、滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路电网电网电压电压u电源变压器电源变压器：将电网电压变换成与负载电压幅值相适应的电压幅值。：将电网电压变换成与负载电压幅值相适应的电压幅值。u整流电路整流电路 ：将正弦交流电压整流成为单相的脉动电压。：将正弦交流电压整流成为单相的脉动电压。u滤波电路滤波电路 ：将脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。：将脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。u稳压电路稳压电路 ：使输出电压的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时：使输出电压的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。保持稳定。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、电路组成一、

4、电路组成P239 图图6.2+-u1RL+ uD -D+-uOu2+-iD(a)整流变压器整流变压器整流二极管整流二极管GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山P239 图图6.2+-u1RL+ uD -D+-uOu2+-iD(a)22U22ULRU22Ou2tOttOuO243i=iDtOuD(b)2202O(AV)45. 02)(sin22UUttdUULLRURUI2O(AV)O(AV)45. 0GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、二极管参数三、二极管参数+-u1RL+ uD -D+-uOu2+-iD(a)最大整流平均电流：最大整流平均电流：LFRUIII2O(AV)

5、D(AV)45. 0最高反向工作电压：最高反向工作电压：2RM2UUUR四、电路特点四、电路特点结构简单。结构简单。输出电压波形脉动大，变压器利用率低，存在直流磁滞损耗。输出电压波形脉动大，变压器利用率低，存在直流磁滞损耗。适用于输出电流较小，要求不高的场合。适用于输出电流较小，要求不高的场合。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、电路组成一、电路组成P241 图图6.3+-u1RLD1+-uOu2D3+-D2D4(a)+-u1RLD1+-uOu2D3+-D2D4(b)+-u1RL+-uOu2+-(c)GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山+-u1RLD1+-uOu2D3+

6、-D2D4(b)iOiD1iD3iD2iD4u2tOtOtOuO243iD1,iD2tOuD1tOiD3,iD4tOiO(d)P241图图6.322U22ULRU222202O(AV)9 . 022)(sin21UUttdUULLRURUI2O(AV)O(AV)9 . 0GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、二极管参数三、二极管参数最大整流平均电流：最大整流平均电流：LFRUIII2O(AV)D(AV)45. 02最高反向工作电压：最高反向工作电压：2RM2UUUR四、电路特点四、电路特点输出电压高，波形脉动小。输出电压高，波形脉动小。不存在变压器的直流磁滞损耗。不存在变压器的直流

7、磁滞损耗。+-u1RLD1+-uOu2D3+-D2D4(b)适用于小功率且对电压要求较高的场合。适用于小功率且对电压要求较高的场合。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山五、几种常见的硅整流桥外形五、几种常见的硅整流桥外形+ A C -+- + - GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、电路组成一、电路组成P243 图图6.5滤波电容滤波电容+-u1RLD1+-uOu2D3+-D2D4C+iCGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、滤波原理二、滤波原理1、RL未接入时未接入时+-u1RLD1+uO-u2D3+-D2D4C+iCS(a)GDSSPTGDSSPT广东广

8、东. .松山松山二、滤波原理二、滤波原理P243图图6.51、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）+-u1RLD1+uO-u2D3+-D2D4C+iCS(a)u2tOtO243uCtOiD1(b)t1设设t t1 1时刻接时刻接通电源通电源整流电路为整流电路为电容充电电容充电电容充电结束电容充电结束GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、滤波原理二、滤波原理P243 图图6.62、RL接入（接入（ RLC较大）时较大）时 （忽略整流电路内阻）（忽略整流电路内阻）+-u1RLD1+uO-u2D3+-D2D4C+iCS(a)u2tOtO243uO =uCtOiD1

9、(b)t1t2t3t4电容通过电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管放电，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，截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。RLC越小，输越小，输出电压越低。出电压越低。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、电路特点三、电路特点（1）输出电压）输出电压RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(AV)愈大愈大一般取一般取2)53(TCRLd(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算：半波整流近似估算：半波整流Uo=U2。 全波整流全波整流Uo=1.2U2。（2）流过二极管瞬时电流很大流

10、过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高 IO(AV)的平均值越大的平均值越大 ; 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。故一般选管时，取故一般选管时，取2)32()(AVODFII适用于输出电压较适用于输出电压较，负载电流较，负载电流较且负载变动且负载变动的场合。的场合。（3）适用场合适用场合GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、一、 RC-型型滤波电路滤波电路P244 图图6.72O(AV)2 . 1 UU+-u1u2+-C1+uORL+-uO+C2RO(AV)O(AV)URRRULLGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二

11、、二、电感电感滤波电路滤波电路P245 图图6.82O(AV)9 . 0 UU+-u1u2+-RL+-uOL半波整流时，半波整流时，L上的反电动势使整流管的导通角大于上的反电动势使整流管的导通角大于180。桥式整流时，由于桥式整流时，由于D中的电流不能反向，故导通角中的电流不能反向，故导通角=180。滤波效果：滤波效果：L愈大，愈大，R愈小，则滤波效果愈好。愈小，则滤波效果愈好。 故适用于负载电流较大的场合。故适用于负载电流较大的场合。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、三、LC滤波电路滤波电路P245图图6.92O(AV)9 . 0 UU+-u1u2+-RL+-uO+CLGDS

12、SPTGDSSPT广东广东. .松山松山四、四、LC -滤波电路滤波电路P245 图图6.92O(AV)2 . 1 UU比比LC滤波电路的波形更平滑，输出电压高。滤波电路的波形更平滑，输出电压高。+-u1u2+-C1+RL+-uO+C2LGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山性能性能类型类型UO(AV)/U2适用场合适用场合整流管的冲整流管的冲击电流击电流带负载能力带负载能力电容滤波电容滤波1.2小电流大弱RC- 型滤波型滤波1.2小电流大更弱LC- 型滤波型滤波1.2小电流大弱电感滤波电感滤波=0.9大电流小强LC滤波滤波=0.9较大电流小强GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山

13、松山1、设电源变压器次级电压有效值为、设电源变压器次级电压有效值为U2，在单相半波整流电路中，负载电阻，在单相半波整流电路中，负载电阻RL上的平均电压上的平均电压UO(AV)为为 。A、1.2U2B、0.9U2C、 0.45U2 D、U2 2、设电源变压器次级电压有效值为、设电源变压器次级电压有效值为U2，在单相桥式整流电路中，负载电阻，在单相桥式整流电路中，负载电阻RL上的平均电压上的平均电压UO(AV)为为 。A、1.2U2B、0.9U2C、 0.45U2 D、U2 3、理想二极管在单相桥式整流、电阻性负载电路中，承受的最大反向电压、理想二极管在单相桥式整流、电阻性负载电路中，承受的最大反

14、向电压URM为为 。A、小于、小于 U2B、 U2 C、大于、大于 U2 且小于且小于2 U2 D、2 U2 222224、单相全波或桥式整流电路中，电容滤波后，当满足、单相全波或桥式整流电路中，电容滤波后，当满足RLC(35)T/2时，负时，负载电阻载电阻RL上的平均电压上的平均电压UO(AV)为为 。A、1.4U2B、1.2U2C、 0.9U2 D、0.45U2 GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山5、理想二极管在单相半波整流、电容滤波电路中，导通角、理想二极管在单相半波整流、电容滤波电路中，导通角为为 。A、小于、小于180B、等于、等于180 C、 大于大于180 D、 等于

15、等于360 7、在单相半波或桥式整流电路中，电感滤波后，负载电阻、在单相半波或桥式整流电路中，电感滤波后，负载电阻RL上的平均电压上的平均电压UO(AV)为为 。A、1.4U2B、1.2U2C、 0.9U2 D、0.45U2 6、当满足、当满足RLC(35)T/2时，电容滤波电路常用在时，电容滤波电路常用在 的场合。的场合。A、平均电压低，负载电流小、平均电压低，负载电流小B、平均电压高，负载电流大、平均电压高，负载电流大C、 平均电压低，负载电流大平均电压低，负载电流大 D、平均电压高，负载电流小，负载变动小、平均电压高，负载电流小，负载变动小GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山6

16、.4 6.4 稳压管稳压电源稳压管稳压电源6.5 6.5 线性稳压电源线性稳压电源6.6 6.6 开关稳压电源开关稳压电源u本节教学目标本节教学目标1. 了解直流稳压电源的类型。了解直流稳压电源的类型。 2. 掌握并联稳压电源的结构和工作原理。掌握并联稳压电源的结构和工作原理。 3. 掌握串联稳压电源的结构，并能计算掌握串联稳压电源的结构，并能计算输出电压，了解稳压原理。输出电压，了解稳压原理。 4. 掌握集成三端稳压电源的命名含义和掌握集成三端稳压电源的命名含义和典型应用电路。典型应用电路。 5. 了解开关稳压电源的结构和工作原理，了解开关稳压电源的结构和工作原理，理解开关稳压电源的主要特点

17、。理解开关稳压电源的主要特点。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山常用稳压电源（小功率）有：常用稳压电源（小功率）有：稳压管稳压电路稳压管稳压电路线性稳压电路线性稳压电路开关型稳压电路开关型稳压电路电路最简单，但是带负载能力差，一般只提电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多。效率较高，目前用的也比较多。结构简单，调整方便，输出电压脉冲结构简单，调整方便，输出电压脉冲小，适应瞬态变化的能力强，稳压效小，适应瞬态变化的能力强，稳压效果好，输出电压可调。果好，输出电压可调。GDSSPTGDSSPT广东广东.

18、.松山松山一、电路组成一、电路组成P246 图图6.10-UZIZminIZmaxOiu（a）UIUORDZRL+-+-（b）稳压二极管稳压二极管并联型稳压电路并联型稳压电路GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、稳压过程二、稳压过程P246图图6.10IOIDZIR-UZIZminIZmaxOiu（a）UIUORDZRL+-+-（b）UIUOIDZIRURUO1、当电网电压波动时、当电网电压波动时GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、稳压过程二、稳压过程P246 图图6.10IOIDZIR-UZIZminIZmaxOiu（a）UIUORDZRL+-+-（b）URUOID

19、ZIRURUO2、当负载波动时、当负载波动时IRRL 或或IOGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、限流电阻的选择三、限流电阻的选择P246 图图6.10-UZIZminIZmaxOiu（a）IOIDZIRUIUORDZRL+-+-（b）ZmaxminImaxIIRUUOZZminmaxIminIIRUUOZGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、电路组成一、电路组成P248 图图6.11UIUOT1RLIO+-+-放大放大电路电路基准基准电压电压取样取样电路电路调整环节调整环节调整元件调整元件T T：与负载串联，通与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个过全部负载电流。

20、可以是单个功率管，复合管或用几个功率功率管，复合管或用几个功率管并联。管并联。比较放大器：比较放大器：可以是单管放大可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运电路，差动放大电路，集成运算放大器。算放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电可由稳压管稳压电路组成。路组成。取样电路取样电路取出输出电取出输出电压压UO的一部分和基准电压相的一部分和基准电压相比较。比较。因调整管与负载接成射极输出因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为馈，故称之为串联反馈式稳压串联反馈式稳压电路。电路。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、稳压原理二、稳压

21、原理P248图图6.11UIUOR3DZR1T1RL+-RWRW1RW2IOT2UZ+-R4+-R2UF+-UBE1- +UFIB2UC2IB1UCE1UOUOUI 或或IO稳压原理：稳压原理：当当 UI 增加或输出电流增加或输出电流IO减小使减小使 Uo升高时升高时GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、输出电压及调节范围三、输出电压及调节范围UIUOR3DZR1T1RL+-RWRW1RW2IOT2UZ+-R4+-R2UF+-UBE1- +OWWBEURRRRRUUU21222ZF222111BEZWWOUURRRRU221max1BEZWOUURRRU221min1BEZWOUU

22、RRRUGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山四、影响稳压特性的主要因素四、影响稳压特性的主要因素UIUOR3DZR1T1RL+-RWRW1RW2IOT2UZ+-R4+-R2UF+-UBE1- +2、流过稳压管的电压随、流过稳压管的电压随 UI 波动，使波动，使UZ 不稳定，降低不稳定，降低了稳压精度。了稳压精度。1 1、电路对电网电压的波动抑、电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：制能力较差。例： UIUC2 Uo 3、温度变化时，、温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，使输组成的放大电路产生零点漂移，使输出电压的稳定度变差。出电压的稳定度变差。缺点缺点：调整管工作在线性放大区

23、，当负载电流较大时，损：调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时，损耗大，电源效率低，一般只有耗大，电源效率低，一般只有20%40%。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山五、改进型的电路：解决零点漂移问题五、改进型的电路：解决零点漂移问题UIUOAR2RDZR1TRL+-RWRW1RW2IOU-UIdUBEUCEUOUOUI 或或IOZWWOURRRRU22111GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、分类一、分类集成三端集成三端稳压器稳压器固定输出固定输出可调输出可调输出固定正输出：固定正输出：W78XX固定负输出：固定负输出：W79XXCW317、CW337系列系列输出

24、电压分七个等级：输出电压分七个等级：注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值5V、6V、8V、12V 、15V、18V、 24V 。输出电流分三个等级：输出电流分三个等级： 1.5A（W7800、W7900）、）、500mA（W78M00、W79M00）、）、100mA（W78L00、W79L00）GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、外形二、外形P364 T7.5.71端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端W7900系

25、列稳压器外形系列稳压器外形123W78001 2 3塑料直插式塑料直插式123金属菱形金属菱形GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、基本应用三、基本应用1、输出为固定电压的电路、输出为固定电压的电路RLUOUI+-C1W7800C2+-INOUTGND0.33F0.1F注意：注意：为了保证调整管工作在线性区，又不至于损坏，必须正确为了保证调整管工作在线性区，又不至于损坏，必须正确选择输入电压。选择输入电压。改善输入纹波电压改善输入纹波电压改善负载的瞬态响应改善负载的瞬态响应GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、基本应用三、基本应用2、输出正负电压的电路、输出正负电压的电

26、路+UOUI+-C1W7800C21IN3OUT2GND0.33F0.1FC1C2-UOW79002IN3OUT1GNDGDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山12433O1WWXXRRRRRUU三、基本应用三、基本应用3、扩展输出电压的电路、扩展输出电压的电路R3UOUI+-C1W7800C2INOUTGND0.33F0.1F A+-R4RWRW1RW2GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山一、特点一、特点 功率损耗小，效率高，可达功率损耗小，效率高，可达66%90%。 稳压范围宽。稳压范围宽。 体积小，重量轻。体积小，重量轻。 对电网电压要求不高，允许电网电压波动超过对电网电

27、压要求不高，允许电网电压波动超过10%。 输出纹波较大。输出纹波较大。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山二、种类二、种类 （1）按连接形式：串联型、并联型。）按连接形式：串联型、并联型。 （2）按控制方式：）按控制方式：PWM型、型、PFM型。型。 （3）按电源：低压开关型、高压开关型）按电源：低压开关型、高压开关型（无工频变压器型）（无工频变压器型）GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山三、串联型开关稳压电源三、串联型开关稳压电源P256 T6.23UOUI+-+-RL基准电压基准电压开关调整管开关调整管LC滤波滤波脉宽调制脉宽调制比较放大比较放大采采样样电电路路原理框图

28、原理框图GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山P256 T6.23基本电路图基本电路图R1UOUI+-uAC A2+-R2RLT1 A1振荡器振荡器基准电压基准电压+LuEuBuTuFuREFD （1）调整管的基极采用脉宽（）调整管的基极采用脉宽（PWM）脉冲去驱动。）脉冲去驱动。 （2）调整管输出电压）调整管输出电压UE是较高频率的矩形波电压。是较高频率的矩形波电压。 （3）LC滤波电路将矩形波电压变成平滑的直流电压输出。滤波电路将矩形波电压变成平滑的直流电压输出。 （4）续流二极管）续流二极管D提供了电感释放能量的通路，使负载电流维持继续导通。提供了电感释放能量的通路，使负载电流维

29、持继续导通。GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山P370 T7.6.1稳压原理稳压原理R1UOUI+-uAC A2+-R2RLT1 A1振荡器振荡器基准电压基准电压+LuEuBuTuFuREFDUFUAT1DUOUOUI 或或IOIIOUDUTTU1GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山1、电路如图、电路如图2所示。已知所示。已知U2=20V，稳压管，稳压管UZ=9V，R=300 ，RL=300。（1）正常情况下，）正常情况下，UO= ；A、9VB、12VC、24V D、28V （2）若不慎将稳压管开路了，则电路的输出电压）若不慎将稳压管开路了，则电路的输出电压UO约为约为

30、。A、9VB、12VC、24V D、28V RLD1+-uOu2D3+-D2D4图图2+CRDZIDZIRIO（3）若电阻）若电阻R被短路了，则被短路了，则 。A、UO将为将为0B、变为半波整流、变为半波整流C、电容、电容C将因过压而击穿将因过压而击穿D、稳压管过流而烧坏、稳压管过流而烧坏 GDSSPTGDSSPT广东广东. .松山松山2、电路如图、电路如图2所示。设电路正常工作，且负载不变，当电网电压波动而使所示。设电路正常工作，且负载不变，当电网电压波动而使U2增大时，增大时，IDZ将将 ；A、增大、增大B、减小、减小C、基本不变、基本不变D、变为零、变为零 RLD1+-uOu2D3+-D2D4图图2+CRDZIDZIRIO4、电路如图、电路如图2所示，若二极管所示，若二极管D1反接，则反接，则 。A、UO减小一半减小一半B、 UO不变不变C、D3、D4可能被损坏可能被损坏D、 D1、D2或变压器可能被损坏或变压器可能