直流稳压电源

第10章直流稳压电源10.5.4

利用三端集成稳压器组成恒流源10.4.2

输出电压的调节10.4.3分立元件组成的串联型稳压电路10.4.4

稳压电路的保护措施10.4.5

稳压电路的质量指标10.5三端集成稳压电源10.5.1

概述10.5.2

线性三端集成稳压器的分类10.5.3

应用电路10.6

开关直流稳压电源10.7DC-DC变换器10.7.1

工作原理10.7.3

典型应用10.7.2

电路原理3.集成三端稳压电路的使用方法。第10章直流稳压电源本章要点:

1.

单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算。2.

具有放大环节的简单串联型稳压电源的工作原理和电压调整范围。3.

开关电源的工作原理和使用方法。4.DC-DC变换器的使用方法及应用。第10章直流稳压电源本章难点:1.

滤波电路的工作原理。2.

开关稳压电源的工作原理。第10章直流稳压电源电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压稳定。直流稳压电源的组成和功能：整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uoRL00000ttttt整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。`

第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路10.1.1

单相半波整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，相当于开关闭合

uo=u2

为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止,相当于开关断开

uo=0u2>0时:u2<0时:au1u2TbSRLuo+–u1u2aTbSRLuo+–+–u1u2aTbDRLuo+–+–第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路1.

单相半波整流电压波形u2uouD

t

2340u1u2aTbDRLuouD第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路2.输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：Io=Uo/RL=0.45U2/RL

uo

20tu1au1u2TbDRLuouDio第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路3.二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：uD

20tUDRM二极管上的平均电流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向电压:u1au1u2TbDRLuouDio第10章直流稳压电源10.1单相整流电路10.1.2

单相全波整流

工作原理：

变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。u1u2aTbD1RLuoD2u2iou1–++–+–+–第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路1.单相全波整流电压波形u2uouD1

t

2340uD2u1u2aTbD1RLuoD2u2iou1+–+–+0~

：uD2=2u2第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路2.输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：Io=Uo/RL=0.9U2/RL

uo

20tu1u2aTbD1RLuoD2u2iou1+–+–+第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路2.二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：二极管上的平均电流：二极管承受的最高反向电压：uD

20tu1u2aTbD1RLuoD2u2iou1+–+–+第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路组成：由四个二极管组成桥路10.1.3

桥式全波整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuoRLD1D3D2D4u2uou2uoRL第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路u2正半周时电流通路D1

、D4导通，D2、D3截止u2TD3D2D1D4RLuou1+–第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路u2负半周时电流通路D2、D3

导通，D1

、D4截止u2TD3D2D1D4RLuou1-+第10章直流稳压电源10.1单相整流电路u2>0时D1,D4导通D2,D3截止电流通路:a

D1

RL

D4bu2<0时D2,D3导通D1,D4截止电流通路:b

D2

RL

D4a1.单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形整流输出电压平均值：

Uo=0.9U2负载电流平均值:

Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二极管平均电流：ID=Io/2u2uouD2,uD3uD1,uD4u2D3D2D1D4RLuoab第10章直流稳压电源集成硅整流桥：~+~-

+–10.1

单相整流电路u2uo+

–

4.整流电路的主要参数

负载电压Uo的平均值为:负载上的(平均)电流:第10章直流稳压电源UoRLIo=(1)整流输出电压的平均值uo

20t10.1

单相整流电路第10章直流稳压电源

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越小越好。（2）脉动系数Ｓ用傅氏级数对全波整流的输出uo

分解后可得:基波基波峰值输出电压平均值10.1

单相整流电路uo

20t第10章直流稳压电源平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主要依据。ODII21=例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID

是负载平均电流的一半。

二极管截止时两端承受的最大反向电压：(3)二极管平均电流与反向峰值电压（选购时：二极管额定电流

2ID)（选购时：最大反向电压

2URM)10.1

单相整流电路第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路

【例

10-1】电路如图10-4所示，输入电压V，负载电阻RL=400Ω，求输出电压的平均值，流过负载的平均电流，流过各个二极管的平均电流及加在二极管上的最高反向电压。解输出平均电压为19.8(V)由欧姆定律可得=UO/RL=19.8/400=0.495(A)

由于每一个二极管只有一半的时间是导通的，因此可知0.495/2=0.245(A)

第10章直流稳压电源10.1

单相整流电路二极管反向承受的最高电压为22×1.414=31.1(V)

第10章直流稳压电源10.2

滤波电路滤波电路的结构特点:

电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压RLCRLL第10章直流稳压电源10.2.1

电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。1.工作原理10.2

滤波电路uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC第10章直流稳压电源RL未接入时(忽略整流电路内阻)10.2

滤波电路u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形ucuoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC第10章直流稳压电源RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)u2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC第10章直流稳压电源uotu2上升，u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电，uo=uc

u2u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电，uc按指数规律下降，时间常数

=RLC10.2

滤波电路第10章直流稳压电源u2tuot只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。二极管中的电流10.2

滤波电路uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC第10章直流稳压电源RL接入（且RLC较大）时(考虑整流电路内阻)u2tuot电容充电时，电容电压滞后于u2。RLC越小，输出电压越低。10.2

滤波电路uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC第10章直流稳压电源一般取)105(TCRτL-³=(T:电源电压的周期)近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL(b)流过二极管瞬时电流很大RLC越大

Uo越高

负载电流的平均值越大;

整流管导电时间越短

iD的峰值电流越大2.电容滤波电路的特点(a)输出电压平均值Uo与时间常数RLC有关RLC愈大

电容器放电愈慢

Uo(平均值)愈大(c)二极管承受的最高反向电压10.2

滤波电路第10章直流稳压电源10.2

滤波电路3.输出特性

输出特性是用来表示电路输出电压和输出电流之间的关系曲线，它是一种外电路特性。第10章直流稳压电源10.2

滤波电路

【例10-2】某电子设备要求直流电压Uo=12V，直流电流Io=60mA，电源用的是工频市电220V，50Hz，采用单相桥式整流电容滤波电路，试选择电路中的元件。解

(1)电源变压器参数的计算取UI=1.2Uo，则=10(V)变压器的变压比为流过变压器次级线圈的电流有效值为II=2Io=60×2=120(mA)

第10章直流稳压电源10.2

滤波电路(2)

整流二极管的选择流过二极管的平均电流为二极管承受的反向最大电压为(3)

选择滤波电容取RLC=2T，得电容容量为根据上面计算所得和参数，查表就可选择合适的电路元件。第10章直流稳压电源10.2.2

电感滤波电路电路结构:

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。10.2

滤波电路u2u1RLLuo第10章直流稳压电源电感滤波原理对谐波分量:

f

越高，XL越大,电压大部分降在XL上。

因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量:

XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上10.2

滤波电路u2u1RLLuo当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：Uo=0.9U2第10章直流稳压电源改善滤波特性的方法：采取多级滤波LC–

型滤波器uoLu2u1C1C2uo1´RLL型滤波器uoLu2u1CRLRC–

型滤波器uoRu2u1C1C2uo1´RL10.2

滤波电路10.2.3

其它滤波电路第10章直流稳压电源10.2

滤波电路名称半波整流全波整流电容滤波桥式整流电容滤波桥式整流电感滤波(空载)(二极管反向最大电压)

(带载)

(每管平均电流)

0.45U1

1.2U1

1.2U1

0.9U1

ID

0.5ID

0.5ID

0.5ID表10-1

各种整流电路的比较第10章直流稳压电源稳压电路的作用:交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压10.3

硅稳压管稳压电路

第10章直流稳压电源稳压电源类型:以下主要讨论线性稳压电路。稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)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。效率较高，目前用的也比较多。10.3

硅稳压管稳压电路

第10章直流稳压电源

利用稳压二极管的反向击穿特性。由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。1.工作原理10.3.1

硅稳压管电路及工作原理10.3

硅稳压管稳压电路

0UZ△UZ△IZuDiDIZminIZmaxUoUi

UR

︳(1)当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知第10章直流稳压电源

输入电压UI的增加，必然引起Uo的增加，即UZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使UR增加，从而使输出电压Uo减小。这一稳压过程可概括如下：

这里Uo减小应理解为，由于输入电压UI的增加，在稳压二极管的调节下，使Uo的增加没有那么大而已。Uo还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。UI↑→Uo↑→UZ↑→IZ↑→IR↑→UR↑→Uo↓(1)

当负载不变，电网变化时的稳压原理10.3

硅稳压管稳压电路

UoUi

UR

︳第10章直流稳压电源

负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，从而使UZ=Uo减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，UR减小，从而使输出电压Uo增加。这一稳压过程可概括如下：

IL↑→IR↑→UR↑→UZ↓（Uo↓）→IZ↓→IR↓→UR↓→Uo↑10.3硅稳压管稳压电路

(2)

当电网没有变化，负载变化时的稳压原理UR

Ui

Uo

第10章直流稳压电源10.3

硅稳压管稳压电路

2.

电路参数计算(1)

稳压管型号的确定一般选用稳压管型号要看UZ，IZM

和rZ

。一般选取rZ<Ro,Ro为所要求的输出电阻(2)

输入电压UI的确定一般选取第10章直流稳压电源10.3

硅稳压管稳压电路

(3)

稳压电阻的计算稳压电阻R的作用:

显然R的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的UR变化，就可达到足够的稳压效果。

但R的数值越大，就需要较大的输入电压UI值，损耗就要加大。

稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。

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R也是限流电阻。第10章直流稳压电源10.3

硅稳压管稳压电路

稳压电阻的计算如下

(1)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IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即

(2)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IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即UoUi

UR

︳第10章直流稳压电源10.3

硅稳压管稳压电路

【例10-3】为了保护稳压管，经常在图10-11所示电路中加一限流电阻。假设稳压电路的输入电压为15V，稳压管的输出电压为12V，稳压管的安全工作电流范围为5～50mA，负载电流为400Ω，求限流电阻的取值范围。解依题意可知流过负载电阻的电流为因此流过限流电阻的总电流变化范围为而限流电阻两端的电压为3V，便可求得R的范围为第10章直流稳压电源10.3硅稳压管稳压电路

10.3.2

硅稳压管稳压电路的特点

这种稳压电路的输出电压是不能调节的，负载电流变化范围较小，输出电阻较大，约几个欧姆到几10欧姆，因此稳压性能较差。但其电路结构简单，负载短路时，稳压管不会损坏。因此仅适用于Uo固定和要求不高的场合。第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源

Uo=UI-UR，当UI↑→R↑→UR↑→在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL↑→R↓→UR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使UI减小，对输出电压减小的影响。

串联稳压电源示意图10.4.1

串联型稳压电路的组成和稳压原理1.组成UiUo第10章直流稳压电源

在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降UCE，UCE相当于UR。

串联型稳压电源的构成：调整管、放大环节、比较环节、基准电压源。10.4

串联型稳压电源UfUiUUo1UoUiUo第10章直流稳压电源2.工作原理1．输入电压变化时实质：电压负反馈3．负载电流变化时10.4

串联型稳压电源UI↑→Uo↑→Uf↑→Uo1↓→UCE↑→Uo↓IL↑→UI↓→Uo↓→Uf↓→Uo1↑→UCE↓→Uo↑UfUiUUo1UoUiUo第10章直流稳压电源可见，调节R2可以改变输出电压。根据“虚短”Uf≈UREF10.4

串联型稳压电源10.4.2

输出电压的调节UfUiUUo1UoUiUo第10章直流稳压电源10.4串联型稳压电源T1调整管R1

、RW

、R2采样电阻R3

、T2比较放大R

、UZ基准电压R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUo+_+_UIUB210.4.3分立元件组成的串联型稳压电路(1)组成第10章直流稳压电源(2)稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo当UI增加或输出电流减小使Uo升高时10.4

串联型稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）第10章直流稳压电源(3)输出电压的确定和调节范围因为：oU2BEZUU+22WRR+21WRRR++=()22221BEZWWoUURRRRRU++++=所以：2221ZWWURRRRR+++=忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUo+_+_UIUB210.4

串联型稳压电源第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源

例：已知UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k

，求输出电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUo+_+_UIUB2第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源10.4.4

稳压电路的保护措施1．限流型保护电路

限流型保护电路是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，使输出电流得以限制。当Io较小时在RS上产生的压降不能使TS导通,TS不起作用

当Io>IOM

(负载短路)时在RS上产生的压降足以使TS导通,TS对IA分流，从而使IB，Io减小，保护了调整管T。第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源2.

截流型

当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零(因为Rf较负载RL小得多)

选取适当的R1，R2，当Io<IoM时，uBES<uoM，则保护管TS载止，电路正常工作第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源

当Io>IOM时，Io增加，uBES>uOM，则保护管TS导通，这时立即引起下列反馈过程：

ICS↑→IB↓→Io↓→UCE1↑→Uo↓→UR1↓(超过IoRS↓)

ICS↑UBES↓

随着这一过程的快速进行，使电路的输出电压和输出电流都迅速的减小，使它们的值都近似为零，从而实现了截流的作用，这种保护法的优点是调整管的功耗很小。第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源10.4.5

稳压电路的质量指标

稳压电路的枝术指标分为两大类：一类为特性指标，用来表示稳压电路规格，有输入电压、输出功率或输出直流电压和电流范围；另一类为质量指标，用来表示稳压性能，有以下几种指标。1.稳压系数ST

该指标反映了电网电压波动对稳压电路输出电压稳定性的影响。

2.负载调整特性SI

该指标反映了负载变化对输出电压稳定性的影响第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源3.输出电阻Ro

其含义与SI

相似。Ro

越小，负载变化对Uo

变化的影响越小，表示带负载能力越强。一般Ro<1Ω

。4.纹波抑制比SR

该指标反映稳压电路输入电压UI

中含有100Hz交流分量峰值或纹波电压的有效值经稳压后的减小程度。一般输出电压峰值UIP为几毫伏至几百毫伏。SR越大，表示UOP越小。第10章直流稳压电源10.4

串联型稳压电源5.

输出电压的温度系数ST

该指标反映温度对输出电压稳定性的影响，ST越小表示温度对稳压电路的影响越小。第10章直流稳压电源

输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78

、负电压79

）10.5.1概述10.5三端集成稳压器恒流源基准电压电路调整电路比较放大减流保护过热保护启动电路取样电路第10章直流稳压电源类型(1)W7800系列——稳定正电压

W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15V(2)W7900系列——稳定负电压

W7905输出-5VW7909输出-9VW7912输出-12VW7915输出-15V10.5三端集成稳压器12310.5.2

线性三端集成稳压器的分类

第10章直流稳压电源10.5三端集成稳压器(3)三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117--/CW117M--/CW117L--CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--(4)三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137--/CW137M--/CW137L-­-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--(5)三端低压差集成稳压器，CW1930，CW2930，CW3930三个小系列产品，可提供大于150mA的输出电流。

上述线性三端集成稳压器国标型号数字后缀--表示输出电压的稳定值，稳压值前有M的表示输出电流中等，稳压值前有L30表示输出电流最小，稳压值前没有英文字母的表示输出电流达到安培级为最大。第10章直流稳压电源1端:输入端2端:公共端3端:输出端+_W7805UI+_Uo132CI0.1~1

FCo1µF+10V+5V注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！10.5

三端集成稳压器10.5.3应用电路第10章直流稳压电源10.5

三端集成稳压器1端:公共端2端:输入端3端:输出端123–+W7905UI–+Uo231CI0.1~1

FCo1µF-10V-5V第10章直流稳压电源输出正、负电压的稳压电路10.5

三端集成稳压器CW7912+C10.1

F10µFU1CW7812-U1Uo-Uo0.1

F10µFC2C3C4-+第10章直流稳压电源输出电压可调的稳压电路如何消除IQ的影响呢？10.5三端集成稳压器UoCW78XXC1C20.1μF10μFR1R2++--U1123UXXI1I2

第10章直流稳压电源10.5三端集成稳压器CW78XX∞++-C1C20.1μF10μFR1R2++--U1123Uo第10章直流稳压电源10.5三端集成稳压器第10章直流稳压电源10.5三端集成稳压器W7805UIUo132CI0.33

FC21µFRLRIo10.5.4利用三端集成稳压器组成恒流源第10章直流稳压电源10.5

三端集成稳压器第10章直流稳压电源10.6

开关直流稳压电源10.6.1开关型稳压电路的工作原理A+LC1D-基准电压三角波发生器+-第10章直流稳压电源10.6开关直流稳压电源调整管导通时，向电感充电

调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。

为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，比较放大器的反相输入端电压增加，则比较放大器的输出电压将减小，比较器方波输出的增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。1.工作原理:第10章直流稳压电源10.6开关直流稳压电源

由于调整管发射极