电工学第11章-直流稳压电源-Microsoft-PowerPoint-演示文稿课件

1、本章要求了解:开关型稳压电路的组成和原理。理解:滤波电路的原理、串联型和集成稳压电路的原理应用。熟悉：全波整流、桥式整流电路的基本结构和工作原理掌握：全波整流、桥式整流电路的输出平均电压和电流的 计算。 大多数的电子电路都需要稳定的直流电源来供电，但目前市电供给的是交流电，因此需要将交流电源变换成直流电源。 单相交流电经电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图及各电路的输出波形如下图所示。11.1 直流稳压电源组成及各部分的作用 直流稳压电源的方框图牢记方框图 电源变压器的作用是将市电交流电压变换为整流所需的交流电压，有时也可以根据需要直接整流。 整流电路是将工频

2、交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。就是利用二极管的单向导电特性，将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。整流后的单极性电能不仅包含有用的直流分量，还有有害的交流分量，通常称为纹波。整流后电压可用于电镀、电解和蓄电池充电等对波形要求不高的工艺和设备中。 滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分，从而得到比较平滑的直流电。直流中含有较大的交流成分时，会影响负载的正常工作。由于采用滤波器的目的只是为了得到一个平滑的直流， 故滤波器又称平滑滤波器。 稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压，将不稳定的直流电压变换为不随交流电源电压波动和负载电流变化而变动的稳

3、定的直流电压。 各部分的作用11.2 整流电路11.2.1 全波整流电路 全波整流电路如下图a所示。变压器T二次侧中心抽头接地。变压器二次线圈上可以得到两个大小相等相位相反的交流电压，它们分别加到整流管VD1、VD2上。信号在正半周时，1端对地为正，2端对地为负，二极管VD1正偏导通而VD2反偏截止，电流流向如图b所示，在RL上得到波形为上半周的电压。信号在负半周时，2端对地为正，1端对地为负， VD2正偏导通而VD1反偏截止，电流流向如图c所示，在RL上得到波形为下半周的电压，但电流流向和正半周相同。最后在RL上得到波形如图d 所示，在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动

4、电压。整流原理全波整流电路输出电压的平均值为 流过负载的平均电流为 11.2.2 单相桥式整流电路 桥式整流电路如下图所示，4只整流二极管VD1 VD4组成一个电桥, 变压器次级线圈和RL分别接到电桥的两个对角线的两端。 这里，变压器没有中心抽头，其二次侧两端均不接地。该电路的构成原则就是保障在变压器二次电压的正、负半周内，负载上的电压和电流方向始终不变。桥式整流电路的工作原理可用下图b和图c来说明。 桥式全波整流电路当 为正半周时(1端为正，2端为负)，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，电流沿着图11-3b中虚线上箭头所指方向流过RL； 而当 为负半周时(1端为负，2端为正)，V

5、D1、VD3截止，VD2、VD4导通，电流沿着图11-3c中虚线上箭头所指方向流过RL。 每一个二极管所承受的最大反向电压比全波整流时小了一半，即注意：11.3 滤波电路 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 滤波电路有电容、电感、复式滤波电路等多种，现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如下图所示，在负载电阻上并联了一个

6、滤波电容C 桥式整流、电容滤波电路熟记结构1. 空载时的情况 输出电压UO恒为 2. 带电阻负载时的情况 输出电压Uo为 (1) 电容滤波以后, 输出直流电压提高了, 同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数RLC有关。 (2) 电容滤波的输出电压Uo随输出电流Io而变化。 11.4 稳压电路11.4.1 串联型稳压电路简介 将稳压管与适当数值的限流电阻相配合就可以组成稳压管稳压电路，这种电路虽然简单，但受稳压管最大稳定电流限制，输出电流不能太大，而且输出电压不可调，稳定性也不理想，实用的串联型稳压电路的方框图如下图所示。 串联型稳压电路主要有：取样电路、基准电压电路、比

7、较放大电路、电压调整电路（主要由调整管组成）组成。取样电路的作用是：把输出电压及其变化量采集出来加到比较放大电路的输入端；基准电压电路作用是：为稳压电路提供稳定的基准电压；比较放大电路作用是：将取样电路采集的电压与基准电压进行比较并放大，进而推动电压调整电路工作。电压调整电路作用是：在比较放大电路的推动下改变调整环节的压降，使输出电压稳定。串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。串联型稳压电路的方框图11.4.2 集成稳压器 将串联稳压电源和保护电路集成

8、在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号如下图所示，外形如下图所示。 集成稳压器与一般分立元件的稳压器比较，具有稳压性能好，可靠性高，组装和调试方便等优点，因此获得了广泛的应用。目前集成稳压器已发展到数百个品种，下面主要讲述三端固定电压式集成稳压器集成稳压器符号集成稳压器符号外形图 这类稳压器有输入、 输出和公共端三个端子。输出电压由制造厂家预先调整好， 使用时不能调节。常用的有 W7800系列和W7900系列等。W7800系列是三端固定正压集成稳压器。W7900系列是三端固定负压集成稳压器 。 三端固

9、定电压式集成稳压器芯片内部电路由基准电压源、 比较放大器、 调整电路、取样电路和保护电路等组成。型号的后两位数字表示输出电压。如：W7812，表示输出电压为12 V；W7912，表示输出电压为-12 V。注意： 如图 是W78系列基本应用电路，输入电容是用来改善纹波和抑制过电压的，输出电容是用来改善负载瞬态响应的，该电路输出电压不可调。需输出负电压时，选用W7900系列。 W78系列基本应用电路 下图是输出电压可调电路，通过改变电位器动端来改变输出电压。 输出电压可调电路 下图是同时输出正、负两组电压的电路接线图，它可利用W7800系列和W7900系列的三端固定电压式集成稳压器，很容易地组成正

10、、负电压同时输出的稳压电源。 同时输出正、负两组电压的接线图111.5 开关型稳压电源 11.5.1 开关型稳压电源的基本原理 开关稳压电源的方框图如图下所示。图中220V、50Hz的市电通过整流滤波转换成直流电压输到开关管。开关管将输入的直流电压转变为脉冲电压，该脉冲方波电压通过输出回路中的高频整流电路和滤波器转换成直流电压供给负载。开关管是开关稳压电源的核心器件。它和输出回路一起组成开关稳压电源的主回路。稳压的任务是由控制电路来完成的。控制电路内部包含有基准电源，振荡器，比较放大器，脉宽调制器(或脉频调制器)等。开关稳压电源按开关调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型；按稳压的控制方式

11、可分为脉冲宽度调制型和脉冲频率调制型。控制电路稳定输出电压的过程是：当负载阻值增大或输入电网电压升高而引起开关稳压电源的输出电压升高时，取样电路将这种变化送给控制电路，控制电路就能使高频变换器输出的脉冲方波的宽度变窄(或开关频率降低)，从而使开关稳压电源的输出电压下降， 起到稳定输出电压的作用；反之，当负载阻值减小或电网电压下降引起输出电压下降时，控制电路使高频变换器输出的脉冲方波的宽度展宽(或开关频率升高)，从而使输出电压上升。 开关稳压电源的框图11.5.2 串联型脉宽调制式开关稳压电路 串联型脉宽调制式开关稳压电路的主要回路如图所示。图中功率开关管与负载串联，故称串联型。 串联型脉宽调制

12、式开关稳压电路输出电压的平均值 式中，q=Ton/T称为脉冲波形占空比。 改变q就能改变输出直流电压 的大小 保持调整管周期T不变，改变脉冲宽度Ton就可以稳定输出电压。 11.5.3 并联型脉宽调制式开关稳压电路 串联型开关稳压电路的开关调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型电路。在实际应用中，还需要升压型电路，这类电路开关调整管与负载并联，所以称为并联型开关稳压电路。它通过电感的储能作用，将感生电动势与输入电压相叠加后作用于负载，因而输出电压大于输入电压。 并联型脉宽调制式开关稳压电路的主要回路如图所示 注意：并联型脉宽调制式开关稳压电路 11.6 Multisim在直流

13、稳压电源中的应用 依图在Multisim中创建电路，该电路由二极管构成的桥式整流、电容器滤波、串联稳压组成的直流稳压电源。运行仿真开关，从示波器观察稳压前后电压波形如图所示，从图中可以看出，经过整流滤波电压不很平稳，再经过稳压输出电压保持稳定，即使电源电压波动和负载变化，输出电压也基本保持稳定。桥式整流电路稳压前后电压波形 本章小结 （1）一般直流电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。全波整流时，每个整流管承受的最大反向电压URmax为2U2，通过每个二极管平均电流为负载电流的一半。单相桥式整流电路每个整流管承受的最大反向电压URmax为U2，总体性能优于全波整流电路。滤波电路有电容、电感、复式滤波电路等多种。