8 直流稳压电源

8直流稳压电源8.2整流电路8.1直流稳压电源概述

8.3滤波电路

8.4稳压电路本章点睛信号产生电路基本放大或集成放大电路功率放大电路电源电路负载电子电路要想正常工作，首先就要有与之相配的直流稳压电源。大多数电子设备都由50Hz/220V的交流电网供电，因此如何将交流电转换成稳定的直流电就是本章要讨论的内容。问题1：为什么要用直流稳压电源？问题2：“交流”与“直流”本质的区别是什么？如何才能实现将交流电变为直流电？问题3：直流稳压电源由哪些部分组成？问题4：直流稳压电源有哪几种类型？8.1直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u4uou3u2u1交流电源负载变压器整流器滤波器稳压器整流电路的作用:

将交流电压转变为单向脉动的直流电压。

常见的整流电路：

半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等分析时可把二极管当作理想元件处理：

二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：

利用二极管的单向导电性8.2.1单相半波整流电路8.2.3全波桥式整流电路8.2.2

单相全波整流电路8.2整流电路3、介绍开关型稳压电源

1、直流稳压电源的基本电路及工作原理2、集成稳压器的特点、性能指标及其应用电路8.2整流电路4、简介单相可控整流整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。整流电路：出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。

单相半波整流电路

8.2.1单相半波整流电路全波整流电路由变压器、整流二极管和负载三部分组成。单相半波整流电路电压与电流的波形1.输出电压平均值从图所示波形电路中，负载上得到的整流电压是单方向的，但其大小是变化的，是一个单向脉动的电压，由此可求出其平均电压值为2.流过二极管的平均电流iV

由于流过负载的电流就等于流过二极管的电流，所以整流电路的主要技术指标3.二极管承受的最高反向电压URM

在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器次级电压u2的最大值，即

4.脉动系数S脉动系数S是衡量整流电路输出电压平滑程度的指标。由于负载上得到的电压Uo是一个非正弦周期信号，可用付氏级数展开为

脉动系数的定义为最低次谐波的峰值与输出电压平均值之比，即

单相半波整流电路的特点是结构简单，但输出电压的平均值低、脉动系数大。【例】图是电热用具(例如电热毯)的温度控制电路。整流二极管的作用是使保温时的耗电仅为升温时的一半。如果此电热用具在升温时耗电100W,试计算对整流二极管的要求，并选择管子的型号。

电热用具温度控制电路当整流电路的变压器副边电压的有效值U2和负载电阻值确定后，电路对二极管参数的要求也就确定了。半波整流电路中的二极管安全工作条件如下。8.2.2单相全波整流电路全波整流电路由变压器、整流二极管和负载三部分组成。变压器次级具有中心抽头，次级两绕组电压u2大小相等，同名端如图；二极管正向导通反向截止，将交流电变成脉动的直流电，称整流二极管；

负载RL将电能转换成其它能量。

单相全波整流电路（a）电路图（b）波形图1）流过负载的电流平均值2）最大反向电压3）傅立叶级数可将输出电压UO

4）脉动系数注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:

输入（交流）—用有效值或最大值；输出（交直流）—用平均值；整流管正向电流—用平均值；整流管反向电压—用最大值。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。8.2.3单相桥式整流电路当u2正半周时，a正，b负当u2负半周时，a负，b正

a

b

RL电流流向

ceRL电流流向

ceec电路如图单相桥式整流电路的工作原理单相桥式整流电路+-u2正半周时电流通路TRLuou1D4D2D1D3u2AB+-单相桥式整流电路-+u0u1TRLu2负半周时电流通路TRLu1D4D2D1D3u2AB-++_单相桥式整流电路的工作原理u2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A

D1

RL

D3Bu2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:B

D2

RL

D4A输出是脉动的直流电压u2单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uou2D4D2D1D3RLuoAB+_2.技术指标计算及分析

（1）输出电压平均值Uo。由以上分析可知，桥式整流电路的整流电压平均值Uo比半波整流时增加一倍，即（2）直流电流Io。桥式整流电路通过负载电阻的直流电流也增加一倍，即（3）二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联轮换导通半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即（4）二极管承受的最高反向电压URM。由图可以看出，当V1和V3导通时，如果忽略二极管正向压降，此时，V2和V4的阴极接近于a点，阳极接近于b点，二极管由于承受反压而截止，其最高反压为u2的峰值，即(5)脉动系数S。全波桥式整流输出电压uo的付氏级数展开式为即

由以上分析可知，单相桥式整流电路，在变压器次级电压相同的情况下，输出电压平均值高、脉动系数小，管子承受的反向电压和半波整流电路一样。虽然二极管用了四只，但小功率二极管体积小，价格低廉，因此全波桥式整流电路得到了广泛的应用。想一想，比较一下单相半波整流单相全波整流

桥式整流负载电压二极管最大整流电流IM二极管最高反向工作电压URMVL=0.9V2VL=0.45V2VL=0.9V2IM＞ILIM＞0.5ILIM＞0.5ILURM＞1.41U2URM＞2.82U2URM＞1.41U2

小结1.单相桥式整流电路的组成、工作原理；2.电路主要参数的计算；8.3.1电容滤波电路8.3.2电感滤波电路8.3.3其它滤波电路8.3滤波电路滤波电路一般由电容、电感等储能元件，利用电容两端电压不能突变，电感中电流不能突变的功能进行设计8.3滤波电路8.3.1电容滤波电路1.电路和工作原理

半波整流电容滤波电路（a）电路图（b）波形图2.波形及输出电压当RL=

时：OtuO

2

当RL

为有限值时：通常取RC越大UO

越大RL=

为获得良好滤波效果，一般取：(T

为输入交流电压的周期)UO=1.2U21.电容滤波桥式滤波电路（1）空载（RL=∞）时：u2tuLtuc=uLu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。（2）接入RL（且RLC较大）时u2tiDtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。二极管中的电流uc=uL近似估算:UL=1.2U2(b)流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短

iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点：(a)UL与RLC的

关系：RLC愈大

C放电愈慢

UL(平均值)愈大RLC较大一般取：(T:电源电压的周期)u2tiDtuc=uL8.3.2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。输出电压平均值:UL=0.9U2对谐波分量:

f越高，XL越大,电压大部分降在电感上。

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8.3.3其它滤波电路

为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。LC滤波电路RCπ型滤波电路实例演示电源原理图电源版图

8.4稳压电路稳压电路，就是指在负载不变而输入电压变化时，输出电压不变；或者当输入电压不变而负载改变时，输出电压也不变的电路

稳压电路的作用:使直流电路在电网波动、负载变化、温度变化等因素影响下保证输出电压稳定。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一.稳压电源类型以下主要讨论线性稳压电路。稳压二极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，但因学时有限，这里不做介绍。

引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。稳压电源方框图即二、稳压电路的技术指标

用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。

VI和

IO引起的

VO可用下式表示

(1)稳压系数Sr定义为有时稳压系数也用下式定义当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。（4）电流调整率SI

(3)输出电阻Ro

(2)电压调整率SV一般特指ΔVi/Vi=±10%时的Sr输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。（6）输出电压的温度系数ST

如果考虑温度对输出电压的影响,则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数（5）纹波抑制比Srip

8.4.1线性稳压电路1.稳压二极管稳压电路利用稳压管的反向击穿特性。uiIZminIZmax稳压管稳压电路具有电路简单、元件数量少等优点，应用较为广泛。适用于负载电流小、负载电压不变的场合。从稳压管的特性可知，在电路中若能使稳压管始终工作在稳压区内，即：使稳压管的电流IZ满足条件：

IZmin≤

IZ≤

IZmax,则输出电压UO基本上保持不变，约为UZ。uiIZminIZmaxUZ

所以稳压二极管的稳压作用是利用稳压管中电流的调节实现稳压目的。电路中R必不可少，其作用是限流和电压、电流补偿。当输入电压UI不变时，若RL减小，稳压过程如下：UO

IOIR

URUOIZURIRRL当负载不变时，若输入电压UI增大，则UO应增大，整个稳压过程如下：UIUO

IZIR

URUO图8.3.1稳压管稳压电路由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。①输入电压最低、输出电流最大时，流经稳压管的电流最小，要使稳压管起到稳压作用，此最小电流必须大于稳压范围内的最小工作电流IZmin。②输入电压最大，输出电流最小时，流经稳压管的电流最大，要使稳压管起到稳压作用，，流经稳压管的电流必须小于稳压范围内的最大工作电流IZmax，即所以，调压电阻的范围2.串联型稳压电源+UI

取样电路调整管比较放大电路基准电压返回串联型稳压电路组成方框图

3.集成稳压器（1）集成三端稳压器（2）集成稳压器的应用

三端稳压器的典型应用

三端稳压器的扩流电路

可调稳压器LM317的典型应用32【实例演示】图8.3.8给出由7812和7912所组成了双路输出±12V稳压电路，版图如图8.3.9所示。8.4.2开关稳压电源单端电感降压型开关稳压电路

1.开关稳压电源工作原理单端电感升压型开关稳压电路

变换器型开关稳压电路方框图2.单片开关电源集成电路图8.3.13TOP221芯片的典型应用及外形8.5单相可控整流电路（拓展）实现输出直流电压的可控调整通常需要可控整流电路。晶闸管就是实现可控整流电路的可控整流器件。1.结构阳极A，阴极K，门极G