第6章直流穩(wěn)壓電源

1、 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路整流濾波電路整流濾波電路串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路開關(guān)式穩(wěn)壓電路開關(guān)式穩(wěn)壓電路本章小結(jié)本章小結(jié)第第 6 6 章章直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器幾乎所有電子線路都需要有穩(wěn)定的直流電源提供能量。雖然有些情幾乎所有電子線路都需要有穩(wěn)定的直流電源提供能量。雖然有些情況下可用化學電池作為直流電源，但大多數(shù)情況是需要利用電網(wǎng)提況下可用化學電池作為直流電源，但大多數(shù)情況是需要利用電網(wǎng)提供的交流電源經(jīng)過轉(zhuǎn)換而得到直流電源的。直流穩(wěn)壓電源就是把交供的交流電源經(jīng)過轉(zhuǎn)換而得到直流電源的。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電通過整流變成脈動的直流電，再經(jīng)過濾波穩(wěn)壓變成

2、穩(wěn)定的直流流電通過整流變成脈動的直流電，再經(jīng)過濾波穩(wěn)壓變成穩(wěn)定的直流電的設備。電的設備。它由三部分組成，即整流、濾波和穩(wěn)壓。它由三部分組成，即整流、濾波和穩(wěn)壓。直流穩(wěn)壓電源的直流穩(wěn)壓電源的組成組成如圖所示如圖所示調(diào)壓調(diào)壓整流整流濾波濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓 整流電路整流電路（Generating Current Circuit） 濾波電路濾波電路 ( ( Filtering Circuit ) 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 ( Regulated Circuit( Regulated Circuit )掌握整流濾波電路有關(guān)參數(shù)及元器件參數(shù)的選擇掌握整流濾波電路有關(guān)參數(shù)及元器件參數(shù)的選擇 主要要求：主要要求：理解整流濾

3、波電路的電路組成及工作原理理解整流濾波電路的電路組成及工作原理6.1 整流濾波電路整流濾波電路6.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路全波整流電路由全波整流電路由變壓器變壓器、整流二極管整流二極管和和負載負載三部分組成。三部分組成。變壓器次級具有中心抽頭，次級兩繞組電壓變壓器次級具有中心抽頭，次級兩繞組電壓u u2 2大小相等，大小相等，同名端如圖；同名端如圖；二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂?，將交流電變成脈動的直流電，二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂?，將交流電變成脈動的直流電，稱整流二極管；稱整流二極管； 整整流流電電路路負載負載RL將電能轉(zhuǎn)將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。換成其他能量。1 工作原理工作原理正半周正半

4、周 （a a正正，b b負負）VD導通，導通，電流流向自上而下。電流流向自上而下。負半周負半周 （a a負負，b b正正）VD截止，截止，負載上無電流。負載上無電流。u2加在加在VD兩兩端。端。故一個周期內(nèi)，故一個周期內(nèi)，RL上產(chǎn)生單方上產(chǎn)生單方向的脈動電壓向的脈動電壓uo。22MDRM2UUU2 單相半波整流電路的指標單相半波整流電路的指標1）負載上輸出電壓）負載上輸出電壓Uo2220O54 . 021)( dsin221UUttUUU2為為u2的有效值的有效值2）流過負載的平均電流）流過負載的平均電流IoL2LOO54 . 0RURUI3）流過整流二極管的平均電流）流過整流二極管的平均電流

5、IdL2OD45. 021RUII4）整流二極管所承受的最大反向電壓）整流二極管所承受的最大反向電壓UDRMU2M為電壓為電壓u2的峰值的峰值6.1.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路當當u2正正半周時，半周時，a正正，b負負當當u2負負半周時，半周時，a負負，b正正 a bRL電流流向電流流向 ceRL電流流向電流流向 ceec橋式整流電路圖橋式整流電路圖簡化邏輯圖簡化邏輯圖1 工作原理工作原理當當u2正半周正半周時，時，RL上上產(chǎn)生電壓產(chǎn)生電壓uo，波形如，波形如圖圖(b)中中u2為上半周的為上半周的波形。波形。半周內(nèi)，半周內(nèi)，D2，D4截止。截止。當當u2負半周負半周時，時，RL上上產(chǎn)

6、生電壓產(chǎn)生電壓uo，波形如，波形如圖圖(b)中中u2為負半周的為負半周的波形。波形。半周內(nèi)，半周內(nèi)，D1，D3截止。截止。整流管所承受的整流管所承受的反向電反向電壓波形壓波形如如（d d）所示。所示。流過負載流過負載RL及二極管的及二極管的電流波形電流波形如如（c）所示。所示。（管子最大允許平均電流應是管子最大允許平均電流應是I ID D的的2424倍倍，最大反向工作電壓應，最大反向工作電壓應是是U UDRMDRM的的2323倍倍。） 22MDRM2UUU2 單相橋式整流電路的指標單相橋式整流電路的指標1）負載上輸出電壓）負載上輸出電壓Uo2220O9 . 022)( dsin21UUttUU

7、U2為為u2的有效值的有效值2）流過負載的平均電流）流過負載的平均電流IoL2LOO9 . 0RURUI3）流過整流二極管的平均電流）流過整流二極管的平均電流IdL2OD45. 021RUII4）整流二極管所承受的最大反向電壓）整流二極管所承受的最大反向電壓UDRMU2M為電壓為電壓u2的峰值的峰值 注注意意選管的依據(jù)選管的依據(jù) 例例6.1.1解解A7 . 021A80110ODLOOIIRUI，172VV12222V1229 . 02RMO2UUUU，8 . 2134380n則變壓器變比A55. 1A1 . 1O II變壓器二次側(cè)電流為6.1.3 倍壓整流電路倍壓整流電路利用倍壓整流可以得到

8、利用倍壓整流可以得到比輸入交流電壓高很多比輸入交流電壓高很多倍的直流電壓。設電容倍的直流電壓。設電容初始電壓為初始電壓為0 0。當當u2正半周正半周時，時，VD1導通，導通，C1充電，在理想情況下，充電至充電，在理想情況下，充電至2C12Uu當當u2負半周負半周時，時，VD1截止，截止，VD2導通，導通，C2充電，最高充電至充電，最高充電至2C222Uu當當u2再次正半周再次正半周時，時，VD1、VD2截止，截止，VD3導通，導通，C3充電，最高可充電至充電，最高可充電至 。依次類推，若在上述倍壓整流電路中多加幾級就可以得到電壓近。依次類推，若在上述倍壓整流電路中多加幾級就可以得到電壓近似增大

9、幾倍的直流電壓，只要將負載接至有關(guān)電容兩端即可。似增大幾倍的直流電壓，只要將負載接至有關(guān)電容兩端即可。 23C22Uu倍壓整流電路中，每個二極管承受最高反向電壓為倍壓整流電路中，每個二極管承受最高反向電壓為 ；電容電容C1的耐壓應大于的耐壓應大于 ；其余電容耐壓應大于；其余電容耐壓應大于 。222U22U222U6.1.4 濾波電路濾波電路1.電容濾波電路電容濾波電路電容濾波電路電容濾波電路負載開路輸出波形負載開路輸出波形負載較大時輸出波形負載較大時輸出波形當當負載開路負載開路（RL）時，電容只充電不放電，時，電容只充電不放電，迅速充到迅速充到uOuC時有時有22UuuCO當當存在負載存在負載

10、（RL）時，電容充電后經(jīng)過負時，電容充電后經(jīng)過負載載RL放電，時間常數(shù)為放電，時間常數(shù)為CRL當當負載較大負載較大時，時，uO按指數(shù)規(guī)律下降，當按指數(shù)規(guī)律下降，當u2值再增大后，電容繼續(xù)充電。為保證輸值再增大后，電容繼續(xù)充電。為保證輸出平滑，一般應滿足出平滑，一般應滿足RLC（3 35 5）T/2/2，其中，其中T為交流周期。為交流周期。使用單相橋式整流、使用單相橋式整流、電容濾波時的直流電壓一般為電容濾波時的直流電壓一般為UO1.2U2。例例6.1.2解解2RM2UU壓二極管承受最大反向電V3525222RMUUmA1252502121LDII25VV2 . 1301.22 . 1O22OU

11、UUU所以，又例例6.1.2解解252)53(LLTCRTCR，取根據(jù)4171F120202. 0525120k25030LOOLRTCIURV251.2O2UU2.電感濾波電路電感濾波電路電感濾波電路中，電感濾波電路中，RL越小則負越小則負載電流越大，電感濾波效果越載電流越大，電感濾波效果越好。一般有：好。一般有：2O9 . 0 UU二極管承受的反向峰值電壓仍為二極管承受的反向峰值電壓仍為22U3.LC濾波電路濾波電路與電感濾波相比，與電感濾波相比，LC濾波的優(yōu)點是：濾波的優(yōu)點是：外特性較好，輸出電壓對負載影響外特性較好，輸出電壓對負載影響小，電感元件限制了電流的脈動峰小，電感元件限制了電流

12、的脈動峰值，減小了對整流二極管的沖擊。值，減小了對整流二極管的沖擊。適用于電流較大，要求電壓脈動較適用于電流較大，要求電壓脈動較小的場合。同樣，直流輸出電壓有小的場合。同樣，直流輸出電壓有2O9 . 0 UU4. 形形濾波電路濾波電路LC形形電路圖電路圖RC形形電路圖電路圖形濾波電路形濾波電路的輸出波形的輸出波形更加平滑，適當選擇電路更加平滑，適當選擇電路參數(shù)有參數(shù)有2O2 . 1 UU當負載電阻當負載電阻RL值較大，負值較大，負載電流較小時，可用載電流較小時，可用RC形濾波電路。形濾波電路。一般要求一般要求R和和C2取值滿足取值滿足RC21主要要求：主要要求：6.2 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓

13、電路電路理解分立及集成穩(wěn)壓電路的工作原理理解分立及集成穩(wěn)壓電路的工作原理掌握穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇掌握穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇6.2.1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路就是指在負載不變而輸入電壓變化時，輸出電壓不變；或就是指在負載不變而輸入電壓變化時，輸出電壓不變；或者當輸入電壓不變而負載改變時，輸出電壓也不變的電路。者當輸入電壓不變而負載改變時，輸出電壓也不變的電路。當輸入電壓當輸入電壓UI不變不變時，若時，若RL減小減小，穩(wěn)壓過，穩(wěn)壓過程如下：程如下：UO I IOIR UR UOIZURIRR RL當負載不變時，若輸入電壓當負載不變時，若輸入電壓U UI I增

14、大，則增大，則UO應增大，整個穩(wěn)壓過程如下：應增大，整個穩(wěn)壓過程如下：UIUO IZIR UR UO硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路也稱為并聯(lián)穩(wěn)壓電路也稱為并聯(lián)穩(wěn)壓電路6.2.2 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇1.硅穩(wěn)壓管的選擇硅穩(wěn)壓管的選擇可以根據(jù)下列條件初選管子：可以根據(jù)下列條件初選管子：maxLmaxZOZ)32(IIUU2.輸入電壓輸入電壓UI的確定的確定輸入電壓輸入電壓UI高，高，R大，穩(wěn)定性能好，但損耗大，一般有大，穩(wěn)定性能好，但損耗大，一般有OI)32(UU 3.限流電阻限流電阻R的選擇的選擇選擇選擇R主要確定其阻值和安全功率兩項重要參數(shù)。主要確定其阻值和安

15、全功率兩項重要參數(shù)。(1)R的阻值的阻值ZminLmaxZIminZIIRUUILmaxZmaxZIminIIUUR有ZmaxLminZImaxZIIRUUILminZmaxZImaxIIUUR有LmaxZmaxZIminLminZmaxZImaxIIUURIIUUR的取值范圍有則(2)R的安全功率的安全功率PRRUURUP2ZImax2RmR)()32()32(R的安全功率的安全功率PR應適當選擇大一些。應適當選擇大一些。例例6.2.1解解V10OZUU20mAmA1010223LmaxZmax IImA5mA23V5 .109ZminZmaxZIIU，W25. 0RMPV25V105 .

16、2)32(OIUU例例6.2.1解解LmaxZmaxZIminLminZmaxZImaxIIUURIIUUV5 .229 . 0V5 .271 . 1IIminIImaxUUUUmA105V10V5 .22mA023V10V5 .27）（）（R833761RW93. 0820)V10V5 .27(5 . 2)(5 . 222ZImaxRRUUP主要要求：主要要求：6.3 串聯(lián)型晶體管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路理解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成理解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成了解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理及應用了解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理及應用串聯(lián)型晶體三極管穩(wěn)壓電路框圖如下：串聯(lián)型晶體三極管穩(wěn)壓電路框圖如下：

17、+ + -UIUO -電壓調(diào)整環(huán)節(jié)電壓調(diào)整環(huán)節(jié)比較放大電路比較放大電路基準電壓基準電壓 采樣電路采樣電路 + +6.3.1 帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖中晶體管圖中晶體管VT代替了可變限流電阻代替了可變限流電阻R；在基極電路中，接；在基極電路中，接有有VZ，與，與R構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓器。構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓過程如下所述：穩(wěn)壓過程如下所述：UOUC1IC1UOUB1UBE1反之亦然。反之亦然。當當負載不變負載不變，UI升高時，升高時，通過反饋使通過反饋使UO基本保持不變基本保持不變UIUC1 UO UB2UB1UBE1IC1 UO

18、反之亦然。反之亦然。當當UI不變不變，UO降低時，通過反饋使降低時，通過反饋使UO基本保持不變基本保持不變1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理2.帶放大電路的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路帶放大電路的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路采樣環(huán)節(jié)采樣環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)比較放大比較放大環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)基準電壓基準電壓反饋穩(wěn)壓過程如下所述：反饋穩(wěn)壓過程如下所述：UIIC1UOUBE2UCE1反之亦然。反之亦然。(或或IO )UOUFUC2UBE1IB16.3.2 穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標1.穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)00IIOOOTIUUUU，2.輸出電阻輸出電阻00OOOITUIUr，3.溫度系數(shù)溫度系數(shù))C/mV

19、(00OTOIIUTUS，4.動態(tài)電阻動態(tài)電阻fZSCnIUr 5.電源效率電源效率%100IIOOIOIUIUPP6.3.3 提高穩(wěn)壓性能的措施和保護電路提高穩(wěn)壓性能的措施和保護電路1.提高穩(wěn)壓性能提高穩(wěn)壓性能有源負載有源負載2.保護電路保護電路負載短路保護負載短路保護正常工作時正常工作時VT3截止，當一截止，當一旦負載短路時則旦負載短路時則VT3導通，導通，保護調(diào)整管保護調(diào)整管VT1避免因過電避免因過電流而損壞。流而損壞。負載短路保護負載短路保護正常工作時正常工作時VT3截止，當截止，當IL增大增大道某一值時則道某一值時則VT3導通，保護調(diào)導通，保護調(diào)整管整管VT1避免因過電流而損壞。避免

20、因過電流而損壞。LBE3FmFmLBE3IUURURIU有Rm稱為過載信號檢測稱為過載信號檢測電阻或電流取樣電阻電阻或電流取樣電阻主要要求：主要要求：6.4 開關(guān)式穩(wěn)壓電開關(guān)式穩(wěn)壓電路路理解開關(guān)式穩(wěn)壓電路組成理解開關(guān)式穩(wěn)壓電路組成了解對開關(guān)式穩(wěn)壓電路應用了解對開關(guān)式穩(wěn)壓電路應用6.4.1 開關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理1.開關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理開關(guān)式穩(wěn)壓電路的工作原理圖中圖中S是一個周期性導通和截止的調(diào)整開關(guān)，則在負載上得是一個周期性導通和截止的調(diào)整開關(guān)，則在負載上得到的脈沖輸出電壓平均值為到的脈沖輸出電壓平均值為 ，T為開關(guān)工作周為開關(guān)工作周期，期，t1為開關(guān)接通時間，為

21、開關(guān)接通時間，q為開關(guān)工作的占空比。為開關(guān)工作的占空比。II1OqUUTtU2.開關(guān)式穩(wěn)壓電路實例開關(guān)式穩(wěn)壓電路實例采樣檢測采樣檢測比較比較放大放大脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制調(diào)整調(diào)整濾波濾波6.4.2 微機直流穩(wěn)壓電源微機直流穩(wěn)壓電源高壓整流濾波器高壓整流濾波器電網(wǎng)濾波電網(wǎng)濾波上述微機穩(wěn)壓源的特點是：電路簡單，邏輯關(guān)系清楚易懂，調(diào)上述微機穩(wěn)壓源的特點是：電路簡單，邏輯關(guān)系清楚易懂，調(diào)整方便，抗干擾能力強，便于維修和故障診斷，比較適用。整方便，抗干擾能力強，便于維修和故障診斷，比較適用。但應注意以下幾點：但應注意以下幾點：有四組輸出電壓：有四組輸出電壓：-12V-12V、+12V+12V、-5V-5V、+

22、5V+5V。其中。其中+5V+5V是主輸出電壓，是主輸出電壓，一般不可空載。一般不可空載。雙管半橋式變換電路采用它的激振蕩電路，具有較好的保護性能，當雙管半橋式變換電路采用它的激振蕩電路，具有較好的保護性能，當各檔空載時會自動保持截流狀態(tài)，因此空載時無法測量電壓。各檔空載時會自動保持截流狀態(tài)，因此空載時無法測量電壓。微機穩(wěn)壓源過壓、過流保護一般都是截止方式，一旦失去保護動作，微機穩(wěn)壓源過壓、過流保護一般都是截止方式，一旦失去保護動作，必須重新啟動才能恢復輸出。必須重新啟動才能恢復輸出。機殼內(nèi)裝有一個電扇，用于管子散熱，風扇供電可以是直流電也可以機殼內(nèi)裝有一個電扇，用于管子散熱，風扇供電可以是直

23、流電也可以是交流電，應用中不能從電扇的故障判斷電源的故障。是交流電，應用中不能從電扇的故障判斷電源的故障。主要要求：主要要求：6.5 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器理解集成穩(wěn)壓器種類特點及外部電特性理解集成穩(wěn)壓器種類特點及外部電特性了解集成穩(wěn)壓器的基本應用電路了解集成穩(wěn)壓器的基本應用電路6.5.1 單片式多端集成穩(wěn)壓器單片式多端集成穩(wěn)壓器723單片穩(wěn)壓器的部分電路的功能模塊單片穩(wěn)壓器的部分電路的功能模塊應用應用723單片穩(wěn)壓器構(gòu)成帶單片穩(wěn)壓器構(gòu)成帶100mA限流限流的的12V穩(wěn)壓源部分原理圖穩(wěn)壓源部分原理圖限流限流去波紋去波紋并消振并消振平衡電阻平衡電阻R3R1/R2當當R10，R2時，輸出時，輸出7V

24、，若要低于，若要低于7V輸出可調(diào)輸出可調(diào)UR值，值，在在5V40V之間任何輸入電壓均可使用。之間任何輸入電壓均可使用。6.5.2 單片式三端集成穩(wěn)壓器單片式三端集成穩(wěn)壓器1.固定輸出的三端穩(wěn)壓器固定輸出的三端穩(wěn)壓器(1)正電壓輸出穩(wěn)壓器正電壓輸出穩(wěn)壓器常用的有常用的有7800系列，系列，00表示兩位數(shù)的輸出穩(wěn)表示兩位數(shù)的輸出穩(wěn)壓值，分別為壓值，分別為5、6、9、12、15、18、24V。例如例如7812輸出輸出+12V恒壓。恒壓。(2)負電壓輸出穩(wěn)壓器負電壓輸出穩(wěn)壓器常用的有常用的有7900系列，系列，00表示兩位數(shù)的輸出穩(wěn)表示兩位數(shù)的輸出穩(wěn)壓值，分別為壓值，分別為-5、-6、-9、-12、-15、-18、-24V。例如。例如7905輸出輸出-5V恒壓。恒壓。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器輸出電壓三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器輸出電壓1.2537V，輸出電流可達，