直流稳压电源的原理与设计学习教案

1、会计学1第一页，共54页。纯电阻负载半波整流电压纯电阻负载半波整流电压(diny)波形波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD t 2 3 4 0u2 0二极管导通二极管导通uo=u2u20二极管截止二极管截止uo=0 整流与滤波整流与滤波(lb)电路电路-半波整流半波整流第1页/共54页第二页，共54页。u1u2aTbDRLuouDiouo 2 0 t纯电阻负载纯电阻负载(fzi)半波整流参半波整流参数数2220200045. 02sin22121UUttdUtduULLRURUI/45. 0/200002022257.122sin21IIItdtIImm2IID00IID22UUDRM

2、直流电压反向(fn xin)电压直流电流有效值电流(dinli)二极管电流第2页/共54页第三页，共54页。u1u2aTbD1RLuoD2u2io单相全波整流电压单相全波整流电压(diny)波形波形u2uouD1 t 2 3 4 0uD2+0 ：uD2 = 2u2+ 整流整流(zhngli)与滤波电路与滤波电路-全波整流全波整流(zhngli)第3页/共54页第四页，共54页。单相单相(dn xin)全波整流主要参数全波整流主要参数u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo 2 0 t22200009 . 022)(sin21)(1UUttdUtduULLRURUI/9 . 0/2000021

3、IID0257. 1DDIII222UUDRM第4页/共54页第五页，共54页。u1u2TD3D2D1D4RLuo桥式整流电路桥式整流电路(dinl)波形波形 整流整流(zhngli)与滤波电路与滤波电路-桥式整流桥式整流(zhngli)uo 2 0 t正半周正半周D1、D4 导通，导通， D2 、D3截止截止(jizh)负半周负半周D2、D3 导通，导通， D1 、D4截止截止第5页/共54页第六页，共54页。桥式整流(zhngli)电路参数u1u2TD3D2D1D4RLuouo 2 0 t22200009 . 022)(sin21)(1UUttdUtduULLRURUI/9 . 0/200

4、0021IID22UUDRM057. 1DDII 0257. 12DII 第6页/共54页第七页，共54页。 S定义：整流输出定义：整流输出(shch)电压的基波峰值电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。脉动脉动(midng)系数系数6703222324221.UUUUSoMo用傅氏级数用傅氏级数(j sh)对全波整流的输出对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuouo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值第7页/共54页第八页，共54页。全波整全波整流电路流电路桥

5、式整桥式整流电路流电路半波整半波整流电路流电路290 U.LRU.29022U571.670.22ULRU.24502450U.290 U.LRU.290670.222U)AV(OU)AV(OIS2maxRULRU.2450LRU.2450LRU.2450)AV(DI整流电路性能的简单整流电路性能的简单(jindn)对比对比 第8页/共54页第九页，共54页。二、滤波二、滤波(lb)电路电路滤波电路的结构滤波电路的结构(jigu)特点特点:交流交流(jioli)(jioli)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RLLRLCRLL第9页/共54页第十页，共54页。u2

6、tuot只有整流电路输出电压只有整流电路输出电压大于大于uc时，才有充电电时，才有充电电流。因此流。因此(ync)二极管中二极管中的电流是脉冲波。的电流是脉冲波。二极管中的电流二极管中的电流(dinli)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC1. 电容滤波电容滤波(lb)电路电路第10页/共54页第十一页，共54页。uot当当u2上升到上升到 大于电容上的电压大于电容上的电压uc，u2对电容充电对电容充电(chng din)，充电，充电(chng din)时间常数时间常数= rd C很小很小,每次都能充满每次都能充满uo= uc当当u2下降到下降到 小于电容上的电压时。小于电容上的电压时。

7、二极管承受反向电压而截止。电二极管承受反向电压而截止。电容容C通过通过RL放电，放电， uc按指数规律按指数规律下降，时间常数下降，时间常数(sh jin chn sh) = RL C比较大比较大,放电慢放电慢.22 U第11页/共54页第十二页，共54页。u2tuot电容充电电容充电(chng din)时，电容电时，电容电压滞后于压滞后于u2。RLC越小，输越小，输出出(shch)电压电压越低。越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路考虑整流电路(dinl)内阻内阻)第12页/共54页第十三页，共54页。一般取一般取)105(

8、TCRL(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似近似(jn s)估算估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) 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 ; 整流管导电时间整流管导电时间(shjin)越短越短 iD的峰值电流的峰值电流越大越大(2)电容滤波电容滤波(lb)电路的特点电路的特点(a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 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(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22UURM第

9、13页/共54页第十四页，共54页。串联式稳压串联式稳压(wn y)电路电路稳压电路稳压电路(dinl)(dinl)的作用的作用: :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有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压第14页/共54页第十五页，共54页。稳压电源类型稳压电源类型(lixng):以下主要以下主要讨论讨论(toln)线线性稳压电性稳压电路。路。稳压二极管稳压二极管稳压电源稳压电源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) )电路最简单电路最简单，但是带负，但是带负载能力差，载能力差，一般只提

10、供一般只提供(tgng)基基准电压，不准电压，不作为电源使作为电源使用。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，这里不做介绍。介绍。第15页/共54页第十六页，共54页。一一. . 硅稳压硅稳压(wn y)(wn y)二极管稳压二极管稳压(wn y)(wn y)电路电路 利用利用(lyng)稳压二极稳压二极管的反向击穿特性。管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起大的电流变化，只会引起较小的电压变化。较小的电压变化。 硅稳压硅稳压(wn y)(wn y)二极管二极管稳压稳压(wn y)(wn y)

11、电路电路1. 1. 稳压原理稳压原理第16页/共54页第十七页，共54页。(1) (1) 当输入电压当输入电压(diny)(diny)变化时如何稳压变化时如何稳压根据根据(gnj)电路图电路图可知可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 输入输入(shr)(shr)电压电压VIVI的增加，的增加，必然引起必然引起VOVO的增加，即的增加，即VZVZ增加，增加，从而使从而使IZIZ增加，增加，IRIR增加，使增加，使VRVR增加，从而使输出电压增加，从而使输出电压VOVO减小。减小。这一稳压过程可概括如下：这一稳压过程可概括如下： VIVOVZIZIRVRVO第17页/共54页第十八页，

12、共54页。 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 这里这里VO减小应理解为，由于减小应理解为，由于(yuy)输入电压输入电压VI的增加，的增加，在稳压二极管的调节下，使在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。第18页/共54页第十九页，共54页。2.2.稳压稳压(wn y)(wn y)电阻的计算电阻的计算稳压二极管的动态电阻稳压二极管的动态电阻(dinz)(dinz)越小，稳压电阻越小，稳压电阻(dinz)R(dinz)R越大，越大，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压稳压(wn

13、 y)(wn y)电阻电阻R 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的变化就可引起足够大的VR变变化，就可达到足够的稳压效果。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，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要值，损耗就要加大。加大。稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击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，与稳压电阻穿特性的动态

14、电阻有关，与稳压电阻R的阻值大的阻值大小有关。小有关。第19页/共54页第二十页，共54页。稳压电阻的计算稳压电阻的计算(j sun)如下如下 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时流最小。此时IZIZ不应小于不应小于IZminIZmin，由此可计算出稳压电阻，由此可计算出稳压电阻(dinz)(dinz)的最大值，实际选用的稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻(dinz)(dinz)应小于最应小于最大值。即大值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR(1)(1)第20页/共54页第二十一页，共54页。稳压二极管在

15、使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成否则会造成(zo chn)(zo chn)损坏！损坏！LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR 当输入电压最大，负载电流最小时，流过当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时IZIZ不应超过不应超过(chogu)IZmax(chogu)IZmax，由，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即此可计算出稳压电阻的最小值。即(2)(2)第21页/共54页第二十二页，共54页。三三. . 串联串联(chunlin

16、)(chunlin)型稳压电源型稳压电源1. 1. 串联串联(chunlin)(chunlin)型稳压电源的型稳压电源的构成构成 VO =VI-VR VO =VI-VR，当当VIR VRVIR VR在一定程在一定程度度(chngd)(chngd)上抵消了上抵消了VIVI增加对输增加对输出电压的影响。出电压的影响。若负载电流若负载电流ILRVRILRVR在在一定程度一定程度(chngd)(chngd)上抵消了因上抵消了因ILIL增加，使增加，使VIVI减小，对输出电压减减小，对输出电压减小的影响。小的影响。 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图第22页/共5

17、4页第二十三页，共54页。 在实际电路中，可变电阻在实际电路中，可变电阻R R是用一个三极管来替代的，控制基极是用一个三极管来替代的，控制基极(j j)(j j)电位，从而就控制了三极管的管压降电位，从而就控制了三极管的管压降VCEVCE，VCEVCE相当于相当于VRVR。 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图串联型稳压电源的构成：串联型稳压电源的构成：调整管、放大调整管、放大(fngd)(fngd)环节、比较环节、基准电压源环节、比较环节、基准电压源第23页/共54页第二十四页，共54页。2.2.工作工作(gngzu)(gngzu)原原理理1 1输入输入(shr)(shr)电压变化电压变

18、化时时VIVOVfVO1VCEVO实质实质(shzh)(shzh)：电压：电压负反馈负反馈2 2负载电流变化时负载电流变化时ILVIVOVfVO1VCEVOQvCE/ViC/mAQ第24页/共54页第二十五页，共54页。3.3.输出电压调节范围输出电压调节范围(fnwi)(fnwi)的计的计算算REF2321O)+(1=VRRRRV可见，调节可见，调节R2可以改变输出可以改变输出(shch)电压。电压。根据根据(gnj)(gnj)“虚短虚短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV VREFVfoFVFVV第25页/共54页第二十六页，共54页。稳压稳压(wn y)(wn y)原理原

19、理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo当当 UI 增加或输出增加或输出(shch)电流减小使电流减小使 Uo升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1 ）第26页/共54页第二十七页，共54页。(3) 输出输出(shch)电压的确定和调节范围电压的确定和调节范围因为：因为：OU2BEZUU22WRR21WRRR22221BEZWWOUURRRRRU所以：所以：2221ZWWURRRRR忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第27页/共54页第二十八页，共54页。例：例：U

20、I=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输，求输出出(shch)电压的调节范围。电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU4=6V4.74.74.74.7 4.7221ZWOmaxURRRRU4=12V4.74.74.74.7第28页/共54页第二十九页，共54页。10.3 三端三端(sn dun)集集成稳压器成稳压器一一. 输出电压固定输出电压固定(gdng)的三端集成稳压器的三端集成稳压器 （正电压（正电压 78 、负电压、负电压 79 ）恒流源恒流源基准电压电路基准电压电路调整电路调整电路比较放大比

21、较放大减流保护减流保护过热保护过热保护启动电路启动电路取取样样电电路路R4T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO第29页/共54页第三十页，共54页。1端端: 公共端公共端2端端: 输入输入(shr)端端3端端: 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形(wi xn)及典型接线图及典型接线图123+W7905UI+Uo231CI0.11 FCo1F-10V-5V第30页/共54页第三十一页，共54页。1端端: 输入输入(shr)

22、端端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(wi xn)及典型接线图及典型接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：输入与输出注意：输入与输出(shch)端端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！第31页/共54页第三十二页，共54页。10.2.4 三端集成三端集成(j chn)稳压稳压器的应用器的应用1 . 固 定 式 应 用固 定 式 应 用(yngyng)举例举例第32页/共54页第三十三页，共54页。10.2.4 三端三端(sn dun)集成稳压器集成稳压器的应用的应用2 . 可 调 式

23、应 用可 调 式 应 用(yngyng)举例举例第33页/共54页第三十四页，共54页。10.2.4 三端三端(sn dun)集成稳压集成稳压器的应用器的应用2 . 可 调 式 应 用可 调 式 应 用(yngyng)举例举例第34页/共54页第三十五页，共54页。四四. 稳压电路稳压电路(dinl)的主要性能指的主要性能指标标输出电压输出电压(diny)变化量变化量TSIRVKVT OoIVO 稳 压稳 压 ( w n y)系数系数00IIOOO / TIVVVV 输出电阻输出电阻00OOoI TVIVR温度系数温度系数00OI TVTTVS第35页/共54页第三十六页，共54页。直流稳压电

24、源的设计直流稳压电源的设计(shj)方方法法直流稳压电源的设计的依据是技术指标直流稳压电源的设计的依据是技术指标设计的内容设计的内容(nirng)包括：包括： 电路结构选择、参数计算、器件选择、具体电路电路结构选择、参数计算、器件选择、具体电路设计步骤包括：设计步骤包括： 根据市场、技术潮流、主要指标选择电源类型和电路结构根据市场、技术潮流、主要指标选择电源类型和电路结构 根据电压关系计算各部分的电压根据电压关系计算各部分的电压 根据电流关系计算各部分的电流根据电流关系计算各部分的电流 根据功率关系计算各部分的功率根据功率关系计算各部分的功率 根据电压、电流、功率选择器件根据电压、电流、功率选

25、择器件设计结果包括：设计结果包括： 具体电路图，设计到电路、器件型号、管脚具体电路图，设计到电路、器件型号、管脚 第36页/共54页第三十七页，共54页。电路结构(jigu)的选择稳压(wn y)类型: 线性串联直流稳压(wn y)电源和开关式稳压(wn y)电源;稳压(wn y)器件: 三端稳压(wn y)器,晶体管稳压(wn y),其他集成稳压(wn y)器;滤波电路: 电容滤波,电感滤波,电感电容滤波;整流电路: 桥式整流,全波整流,半波整流;工频变压器降压.得到如下电路: 第37页/共54页第三十八页，共54页。电路(dinl)参数的计算电压的计算T1220/?D11N4007D21N

26、4007D31N4007D41N4007D51N4007C1?UF/?VC4?UF/?VC20.1UFC30.1UFR1?12J1CON212J2CON2Vin1GND2Vout3U1LM7805U2Ui UU0第38页/共54页第三十九页，共54页。电路(dinl)参数的计算电流的计算T1220/?D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007C1?UF/?VC4?UF/?VC20.1UFC30.1UFR1?12J1CON212J2CON2Vin1GND2Vout3U1LM7805I0IiI2ID ID0第39页/共54页第四十页，共54页。电路(dinl)

27、元件参数的选取1、稳压器件: 三端(sn dun)稳压器, 正稳压系列 78LXX：100mA78MXX：500mA78XX ：1A78HXX： 5AXX=05，06，08，09，12，15，24负稳压系列：79LXX；79MXX；79XX；正可调稳压系列：LM117；LM217；LM317 Uo=1.25-25V Iomax=1.5A负可调稳压系列：LM137；LM237；LM337 Uo=-（1.25-25）V Iomax=1.5A第40页/共54页第四十一页，共54页。2、输出滤波(lb)电容3、稳压器前后(qinhu)小滤波电容作用：是输出电压波形更平滑，减少负载对电源的影响，提高动态

28、响应。取值范围：取值太小时，起不到应有的作用；太大时会(sh hu)造成冲击太大；反馈相移大，甚至自激。参考输出电流取值：耐压：=50%的裕量100mA500mA 1A1.5A3A5A47F100F220F470F1000F2200F主要目的是滤除高频干扰，电解电容的高频特性较差，小容量的无极性电容高频特性好，起到互补作用。也有利于改善动态特性。取值在0.01F0.33F第41页/共54页第四十二页，共54页。4、泻放电阻(dinz)5、滤波(lb)电容6、整流(zhngli)二极管:、保护二极管滤波电容越大纹波越小，但整流冲击大，电流有效值大，要求变压器和整流管的功率和电流都要大。2)53(

29、TCRL0021IID005 . 225. 1DDIII057. 15 . 2DFII22UVDRM给稳压器的漏电流提供泻放回路，防止空载电压高于正常输出电压。RU0/Is Is一般在微安数量级。第42页/共54页第四十三页，共54页。DII22222IUP21PP 功率功率30-8080-200200-400400以上以上效率0.80.850.90.95第43页/共54页第四十四页，共54页。铁芯与磁导率铁芯与磁导率表征表征(bio zhn)各种材料导磁能力的物理量各种材料导磁能力的物理量（亨（亨/米）米）70104 真空中的磁导率真空中的磁导率( )为常数为常数0一般材料的磁导率一般材料的

30、磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率r0r1r，则称为磁性材料，则称为磁性材料1r，则称为非磁性材料，则称为非磁性材料第44页/共54页第四十五页，共54页。三、三、 功率功率(gngl)损耗损耗Fe2cosPRIUIP铜损耗铜损耗(snho)Pcu铁损耗铁损耗(snho)PFe铁损由磁滞和涡流产生。铁损由磁滞和涡流产生。PCu线圈电阻线圈电阻R上的损耗上的损耗PFe 处于交变磁化下的铁心的损耗处于交变磁化下的铁心的损耗（1）磁滞损耗）磁滞损耗 （ Ph）由磁滞所产生的能量损耗称为由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗（磁滞损耗（ Ph）。）。单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率磁场交变的频率 f。第45页/共54页第四十六页，共54页。(2)涡流损耗（涡流损耗（