《电路分析基础》-第9章 直流稳压电源

9.1概述9.1.1直流稳压电源的基本组成其基本组成如图9-1所示。整流部分的作用是利用具有单向导电性的整流元件(一般为半导体二极管)，将正负交替的正弦交流电压转变成为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压包含很大的脉动成分，距理想的直流电压相差很远。稳压部分一般较为复杂些，由稳压器件组成，其作用是采取某些措施，使脉动系数减小，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。下一页9.1概述9.1.2稳压电源的主要技术指标1.特性指标特性指标是指表明稳压电源工作特征的参数，如输入、输出电压及输出电流，电压可调范围等。2.质量指标质量指标是指衡量稳压电源稳定性能状况的参数。(1)稳压系数γ。(2)输出电阻ro。下一页上一页9.1概述9.1.2稳压电源的主要技术指标(3)纹波电压S。指稳压电路输出端中含有的交流分量，通常用有效值或峰值表示。(4)温度系数ST。上一页返回9.2单相整流电路9.2.1单相半波整流电路电路如图9-2所示，其中D为整流二极管，u1为电源变压器的原边电压，u2为电源变压器的副边电压，iL、uL分别为负载RL的电流和电压，uD为二极管上的电压。下一页9.2单相整流电路9.2.1单相半波整流电路下一页上一页9.2单相整流电路9.2.2双管全波整流电路全波整流电路如图9-4所示。由于负载电流由两管轮流供给，因此流过每个整流管的平均电流为0.5U/RL，约比半波整流时减小一半。下一页上一页9.2单相整流电路9.2.3桥式全波整流电路桥式整流电路如图9-5(a)所示。桥式整流电路的工作原理可用图9-5(b)和(c)来说明。由于在u2的两个半周中，流过RL的电流方向相同，所以桥式整流电路和全波整流电路的作用一样，具有全波整流的各种优点。同时，桥式整流电路中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Udmax=2U2m。下一页上一页9.2单相整流电路9.2.4倍压整流电路图9-6(a)中电路是一种常用的三倍压整流电路，其工作原理见图9-6(b)、(c)和(d)。当交流电压u2为正半周时(第一个半周，这时1端为正，2端为负)D1导通，电容C1被充电到U2m，极性如图9-6(b)所示。该电路中每个整流管所承受的最大反向电压均为2U2m,，每个电容所承受的最大电压不高于2U2m。这两点也适用于按照同样结构原理构成的多倍压整流电路，如图9-7所示。4种常用整流电路的特性如表9-1所示。上一页返回9.3滤波电路1.电容滤波电路电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。电容滤波电路如图9-8(a)所示，加上电容C后，负载RL上的电压波形就与没有滤波电容时的电压波形不同，如图9-8(b)所示。2.电感滤波电路利用电感的电抗性，同样可以达到滤波的目的。在整流电路和负载RL之间，串联一个电感L就构成了一个简单的电感滤波电路，如图9-9所示。下一页9.3滤波电路3.复式滤波电路如图9-10为LC滤波电路。图9-11为LC-π型滤波电路。另外还有RC-π型滤波电路。几种常用滤波器的比较如表9-2所示。与电容滤波电路比较，LC滤波电路的优点是：外特性比较好，输出电压对负载影响小，电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。它主要适用于电流较大、要求电压脉动较小的场合。上一页返回9.4稳压电路9.4.1稳压二极管稳压电路(并联型稳压电路)稳压二极管都是用硅晶体制作的，故也称为硅稳压管。其稳压电路如图9-12所示。1.稳压原理稳压二极管的稳压作用是利用PN结的击穿特性实现的。(1)(2)下一页9.4稳压电路9.4.1稳压二极管稳压电路(并联型稳压电路)2.稳压二极管稳压电路参数的选择1)稳压二极管的选择UZ=UoIZmax≥(2~3)Iomax2)输入电压Ui的确定Ui高，R大，稳定性能好，但损耗大。一般Ui=(2~3)Uo下一页上一页9.4稳压电路9.4.1稳压二极管稳压电路(并联型稳压电路)3)限流电阻R的选择(1)R的阻值。(2)R的功率PR为下一页上一页9.4稳压电路9.4.2串联型稳压电路1.电路结构典型的串联型三极管稳压电路如图9-13所示。图9-14为其原理框图。2.稳压原理(1)下一页上一页9.4稳压电路9.4.2串联型稳压电路(2)下一页上一页9.4稳压电路9.4.2串联型稳压电路3.输出电压调节范围图9-13所示稳压电路中有一个电位器R4串接在R3和R5之间，可以通过调节R4来改变输出电压Uo。下一页上一页9.4稳压电路9.4.2串联型稳压电路4.调节管的选择调节管承担了全部的负载电流，为此，必须充分考虑其安全问题。1)最大集电极允许电流ICM2)最大允许功耗PCM3)击穿电压U(BR)CEO上一页返回9.5集成稳压器9.5.1三端固定输出式集成稳压器1.三端固定式集成稳压器外形及管脚排列三端固定式集成稳压器的外形和管脚排列如图9-15所示。由于它只有输入、输出和公共地端三个端子，故称为三端稳压器。2.三端固定式集成稳压器的型号组成及其意义三端固定式集成稳压器的型号组成及其意义如图9-16所示。3.三端固定式集成稳压器的应用1)固定输出稳压器电路组成如图9-17所示。下一页9.5集成稳压器9.5.1三端固定输出式集成稳压器2)提高输出电压的方法如果需要输出电压高于三端稳压器输出电压时，可采用图9-18所示电路。图9-18(a)中，图9-18(b)中，下一页上一页9.5集成稳压器9.5.1三端固定输出式集成稳压器3)提高输出电流的方法当负载电流大于三端稳压器输出电流时，可采用一些措施对电路进行改进，以扩展电路的输出电流。图9-19所示电路。在图9-19(a)中下一页上一页9.5集成稳压器9.5.1三端固定输出式集成稳压器图9-19(b)中，是由两个相同的三端稳压器并联而成的，其输出电流当然也就为单片三端稳压器的2倍，即I0=2IXX4)具有正、负电压输出的稳压电源如图9-20所示，电源变压器带有中心抽头并接地，输出端得到大小相等、极性相反的电压。下一页上一页9.5集成稳压器9.5.2三端可调集成稳压器型号的标注由五部分组成，其意义如图9-21所示。它克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点，继承了三端固定式集成稳压器的诸多优点。三端可调集成稳压器CW317和CW337是一种悬浮式串联调整稳压器，它们的外形如图9-22所示。典型应用电路如图9-23所示。上一页返回9.6开关稳压电源9.6.1开关稳压电源结构框图开关稳压电源结构框图如图9-24所示。1.开关调整管在开关脉冲的作用下，使调整管工作在饱和或截止状态，输出断续的脉冲电压，如图9-25所示。2.滤波器把矩形脉冲变成连续的平滑直流电压Uo。3.开关时间控制器控制开关管导通时间长短，从而改变输出电压高低。下一页9.6开关稳压电源9.6.2开关稳压电源的工作原理1.串联式开关稳压电源串联式开关稳压电源的电路如图9-25所示。串联式开关电路由开关管V1、储能电路(包括电感L、电容C和续流二极管V2)及控制器组成。控制器可使V1处于开/关状态并可稳定输出电压。2.并联式开关稳压电源将串联式开关稳压电源的储能电感L与续流二极管位置互换，使储能电感L与负载并联，即成为并联式开关稳压电源。其电路如图9-26所示。在实际使用时，为了防止交流电源与电子设备整机地板带电，储能电感以互感变压器的形式出现，如图9-27所示。下一页上一页9.6开关稳压电源9.6.3实例分析图9-28为自激串联调宽式开关稳压电路。1.杭干扰、消磁及整流滤波电路电网220V,50Hz交流电压经G01、T01组成互感滤波器式抗干扰电路后，直接加V01~V04组成的桥式整流电路进行整流，C06滤波得到不稳定的260V左右的直流电压(220Vx1.2)；热敏电阻RT，和消磁线圈L01)、组成消磁电路，消除彩色显像管内部金属部件上的剩磁，否则将产生色斑。2.自激振荡过程(1)脉冲上升阶段下一页上一页9.6开关稳压电源9.6.3实例分析(2)脉冲平顶阶段。(3)脉冲下降阶段。(4)脉冲间歇阶段。3.稳压过程4.过压保护过压保护电路是由稳压二极管V07来完成的。上一页返回小结(1)无沦何种类型的稳压电源，都必须输出稳定的电压，稳压电源的主要技术指标包括特性指标和质量指标，它们从不同角度反映稳压电源的工作特性。(2)硅稳压管稳压电路利用硅稳压管的稳压特性来实现负载两端电压稳定。(3)晶体管串联稳压电源由于带有负反馈放大环节，故输出电压稳定且可在一定范围内可调，输出电流较大，但效率不高。(4)三端稳压器既有固定式和可调式，又有正电压输出和负电压输出，使用方便，性能稳定。(5)开关电源的调整管工作在开关状态。它具有体积小、效率高、稳压范围宽的优点。但它高频泄漏较大，对周围电路有影响。返回图9-1稳压电源的基本组成返回图9-2单相半波整流电路返回图9-4双管全波整流电路返回图9-5桥式整流电路返回图9-6倍压整流电路返回图9-7多倍压整流电路返回表9-14种常用整流电路的特性返回图9-8电容滤波电路返回图9-9电感滤波电路返回图9-10LC滤波电路返回图9-11LC-π型滤波电路返回表9-2常用滤波器的比较返回图9-12硅稳压管稳压电路返回图9-13串联型二极管稳压电路返回图9-14串联型二极管稳压电路原理框图返回图9-15集成稳压器返回图9-16三端固定式集成稳压器的型号组成及其意义返回图9-17固定输出稳压器返回图9-18三端稳压器的电压打展返回图