第18章 直流稳压电源.ppt

1、1,2020年7月9日星期四,第十八章 直流稳压电源,几乎所有的电子电路都需要稳定的直流电源，有的使用化学电源如电池、电瓶等，但大部分都使用交流电网供电。主要原因是传输方便、使用方便、价格便宜等，所以得到了广泛的应用。,整流的主要元件是单向导电元件. 如二极管、晶闸管。,逆变的主要元件是晶闸管。,一般交流电源和直流电源是可以互换的。从交流到直流的称为整流，从直流到交流的称为逆变。,2,2020年7月9日星期四,直流稳压电源从工作状态可分为：,线性稳压电源,开关稳压电源,线性稳压电源,优点：,输出平稳，元件少。,缺点：效率低。,开关稳压电源,优点：效率高。,缺点：纹波大。,下面我们讨论线性稳压电

2、源的组成部分及工作原理,3,2020年7月9日星期四,半导体直流电源的原理框图,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,1、整流变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。,2、整流电路：将交流电源电压变换为单向脉动电压。,3、滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。,4、稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使 直 流输出电压稳定。,4,2020年7月9日星期四,181 整流电路,整流电路：,18.1.1、单相半波整流电路,i D,设变压器副边电压为,根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端有输出电压；,整流元件：,1、电路,2、工作原理,而在加反向电压时

3、二极管截止，负载得不到输出电压。,负载的电压波形及电流波形见右下曲线图 。,将交流电压变换为单向脉动电压的电路。,是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。,5,2020年7月9日星期四,3、输出直流电压UO，直流电流IO,二极管只在半个周期能够导电，而负载上得到的电压是单一方向，大小随时间而变的(单向脉动电压)。,对这种整流的输出电压，常用一个周期的平均值来表示它的大小。其平均值为：,如果电路负载已知，则整流输出电流的平均值为,6,2020年7月9日星期四,4、二极管的平均电流和最大反向电压,二极管所承受的平均电流和最大反向电压：,例,有一单相整流电路,负载电阻为 750,变压器副边电压为20V，

4、,试求Uo、Io及UDRM、并选用二极管。,解,查二极管参数(P358)，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。,7,2020年7月9日星期四,18.1.2、单相桥式整流电路,单相半波整流电路只利用了电源的半个周期，并且整流电压的脉动较大。为此常采用全波整流电路，最常见的就是单相桥式整流电路，它有四个二极管接成电桥的形式构成。下图给出了桥式整流电路的四种画法。,1、电路,该电路的特点是：两阴两阳接负载， 阴阳交会接电源。,8,2020年7月9日星期四,在变压器副边电压u为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止；,当副边电压u为负半周时，

5、二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。,2、桥式整流电路的工作原理,D2、D4通,D1、D3通,D1、D3通,D2、D4通,9,2020年7月9日星期四,3、输出直流电压与直流电流,10,2020年7月9日星期四,4、二极管的平均电流和最大反向电压,11,2020年7月9日星期四,整流电压平均值,电 路,整流电压波形,二极管平均电流,二极管反向电压,副边电流有效值,常见的几种整流电路,12,2020年7月9日星期四,从前面的讨论得知，无论是哪种整流电路，其输出电压或电流都存在着脉动现象。这在少数要求不高的场合，如电镀、电解以及直流电磁铁等处可以应用。而各种电子设备，都要求平稳的直流电源

6、，因此要加滤波器以改善输出波形的脉动程度。对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。,182 滤波器,13,2020年7月9日星期四,滤波器的基本组成元件是电容或电感。利用它们在所供给的能量较多时储存一部分能量，然后再逐渐释放出来，从而得到比较平滑的波形。,182 滤波器,下面介绍几种常用的滤波电路,从另一个角度来看，是利用L、C对不同频率所呈显的不同阻抗，将其合理地安排在电路中，就可以降低不需要的交流成分，保留直流成分，达到滤波的目的。,14,2020年7月9日星期四,D截止,D导通,1、电路与工作原理,（1）

7、未接电容时的波形,（2）接电容以后,根据以上的分析，负载上的电压的脉动程度大为减小，对于全波及桥式整流电路，其原理相同，只是波形更加平稳。,18.2.1、电容滤波器(C滤波器),15,2020年7月9日星期四,在负载不同的情况下，取用输出电流Io愈大输出平均电压Uo愈小。其外特性曲线如右图：,采用电容滤波时，输出电压 的脉动程度与电容器的放电时间常数RLC有关，其值愈大则脉动程度就愈小。一般认为,或,即可达到要求，此时输出电压Uo由下式估算：,(半波),(全波),电容滤波器输出电压的脉动程度有所改善，但带负载能力较差。,(RL=),16,2020年7月9日星期四,由于二极管的导通时间较短，因此

8、通过二极管的的电流峰值较大，应避免电流冲击损坏二极管；,由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止时所承受的最高反向电压UDRM有所不同，带电容滤波的半波整流电路,带电容滤波的桥式整流电路UDRM不变；,常用电容器一般在101103微法，视负载电流大小而定。其耐压值应大于输出电压的最大值，一般大容量电容具有极性。,电容滤波电路中元件的选择：,17,2020年7月9日星期四,电感电容滤波电路,由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗，L比RL大得愈多则滤波效果就愈好。,一般需要线圈的电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。,LC滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适

9、合于高频滤波。,18.2.2、电感电容滤波器(LC滤波器),要进一步减小输出电压的脉动程度，可在滤波电容之前串入铁心电感线圈L即LC滤波器。,18,2020年7月9日星期四,形LC滤波电路,如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波电容。 形LC滤波器的效果更好，但整流二极管的冲击电流较大。,由于线圈体积大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成 形RC滤波器。R愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。,形RC滤波电路,18.2.3、形滤波器,19,2020年7月9日星期四,如图电源输出电压为24V，电流为1.8A。变压器副绕组N3的电压约为20V，

10、C2起抑制高频干扰作用；副绕组N2的电压为5.5V，供照明指示灯用。 直流24V电池的极性可任意接入。,实际电源举例,20,2020年7月9日星期四,经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。,如图采用桥式整流和电容滤波，得到直流电压Ui，再经过限流电阻R和稳压管DZ ，使负载得到一个比较稳定的直流电压。,稳压管稳压电路,183 直流稳压电源,一、电路,18.3.1、稳压管稳压电路（并联式稳压电源）,最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。,21,2020年7月9日星期四,稳压管稳压电路,保持负载电压Uo近似不变。,当电源电压升高时,当负载增加

11、时,保持负载电压Uo近似不变。,二、工作原理,u, Ui, Uo , IZ , UR , Uo,（RL）, Io, UR, Uo , IZ , UR ,22,2020年7月9日星期四,三、R的选择,最坏的情况,IZmax,IZmin,23,2020年7月9日星期四,三、R的选择,R称为限流电阻，也叫稳压电阻。,最坏的情况,注意：R可能无解；同时注意电阻的功率。,24,2020年7月9日星期四,四、DZ的选择：,优点：结构简单，调试方便,缺点：输出UO不能调整，输出电流受限，输 出电压的稳压性较差。效率很低,25,2020年7月9日星期四,18.3.2恒压源,反相输入恒压源,同相输入恒压源,26

12、,2020年7月9日星期四,18.3.3 串联型稳压电路,一、稳压管稳压电路的缺点,二、串联型晶体管稳压电路的引出,3、输出稳定性不高。,2、工作电流小，带负载差。,1、输出电压不能任意调整。,27,2020年7月9日星期四,由于晶体管和负载是串联的，所以称为串联型稳压电源。,T叫调整管，,二、串联型晶体管稳压电路的引出,28,2020年7月9日星期四,输出电压的求法,三、具有放大环节的串联型晶体管稳压电路的原理图,29,2020年7月9日星期四,四、使用运算放大器的串联型稳压电源,30,2020年7月9日星期四,18.3.4 集成稳压电源,稳压电源的应用场合相当广泛，但分立件串联型稳压电源及

13、由运放构成的稳压电源结构比较复杂，还要注意加接保护电路。因此，单片集成稳压电源应运而生并且得到广泛应用。基本可以做到免调试，且体积小、可靠性高、使用灵活、价格低廉。,31,2020年7月9日星期四,一、外形图和主要参数,目前最普遍应用的单片稳压电源是W（LM）7800系列和W（LM）7900系列。其内部电路是在串联型晶体管稳压电路的基础上构成的。只有三个引出端：输入端1、输出端 2 和公共端 3 (俗称三端集成稳压器)。,32,2020年7月9日星期四,W7800系列为正电源输出，典型应用只需在输入端和输出端与地之间各并联一个电容即可。前者抵消较长输入线的电感效应，防止产生自激振荡。后者用于吸收负载突变所产生的电压抖动杂波。,W7900系列为负电压输出，除功能电极位置有差异外与W7800系列的应用电路一致。,二、典型应用电路,33,2020年7月9日星期四,三、正、负电