G電子技術(shù)基礎(chǔ)-第7章_直流穩(wěn)壓電源

1、Chap第第7章章直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系自動(dòng)化工程系 雷永鋒雷永鋒2013Chap第第7 7章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源整流電路整流電路將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直 流電。流電。濾波電路濾波電路將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。穩(wěn)定直流電壓。Chap7.1 7.1 整流電路整流電路220Vu2uL整流電

2、路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴?.1.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 tUUsin2222202LO9 . 022dsin21UUttUUULLLRURUI209 . 0LLDRUII245. 0222UUDRMLLLIIRUI11. 19 . 022變壓器副邊電壓負(fù)載電壓負(fù)載電流二極管電流二極管最高反向電壓變壓器副邊電流Chap半波整流半波整流220Ve2iDuLe2E2miDuLUdc0.45E2220VuLioRL220VuLioRLe2e2e2uL全波整流全波整流Udc0.9E2Chap例7-1有一額定電壓為24V，阻值為5

3、0的直流負(fù)載，采用單相橋式整流電路供電，交流電源電壓為220V：（1）選擇整流二極管的型號(hào)；（2）計(jì)算整流變壓器的變化及容量。（1）變壓器副繞組電壓有效值為 每個(gè)二極管承受的最高反向電壓為 流過每個(gè)二極管的電流平均值為 因此可以先用2CP33AA晶體二級(jí)管（最大整流電流為0.5A，最高反向工作電壓為50V）（2）變壓器的變化 K=220/26.6=8.3變壓器副邊電流的有效值為 變壓器的容量為 VUoU6 .269 . 0/2VUUDRM6 .376 .26222ARUIILLD24.050224220AIIL52. 011. 12VAIUS8 .1352. 06 .2622220Vu2uLC

4、hap7.1.2 7.1.2 三相橋式整流電路三相橋式整流電路 在三相橋式整流電路中，每?jī)蓚€(gè)二極管導(dǎo)通的時(shí)間內(nèi)，加在負(fù)載電阻RL的電壓是變壓器副邊線電壓的瞬時(shí)值，例如在t1t2時(shí)間內(nèi)，D1、D4導(dǎo)通，加在負(fù)載電陰RL上的電壓為 )(sin322ttdUuabcos34. 2)(sin6)3/(1232320UttdUULLRURUI/34. 2/2003/0IID02205. 145. 232UUUUDRM輸出電壓負(fù)載電流因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)，每個(gè)二極管的導(dǎo)通時(shí)間是T/3，因此每只二極管的平均電流為每只二極管承受的最大反向電壓就是變壓器副邊線電壓的最大值，即Chap常用的整流電路比較常用的整流電路

5、比較 名稱負(fù)載直流電壓每 個(gè) 管子 承 受的 最 大反 向 電壓選擇管子的參數(shù)選擇變壓器的參數(shù)每 個(gè) 管子 的 平均電流每個(gè)管子承受的最大反向電壓變壓器副邊相電壓有效值變 壓 器副 邊 相電 流 有效值單相半波0.45U21.41U2Io3.14Uo2.22Uo+UD1.57 Io單相全波0.9U22.82U20.5 Io3.14Uo1.11 Uo+UD0.79 Io單相橋式0.9U21.41U20.5 Io1.57 Uo1.11 Uo+UD1.11 Io三相半波1.17U22.45U20.333 Io2.09 Uo0.85 Uo+UD0.577 Io三相橋式2.34U22.45U20.333

6、 Io1.05 Uo0.427Uo+UD0.816 IoChap7.2 7.2 濾波電路濾波電路7.2.1 電容濾波電路電容濾波電路 利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分，實(shí)現(xiàn)濾波。 利用電容充放電使輸出波形平滑, 輸出電壓與電容放電時(shí)間常數(shù) = RL C 有關(guān)輸出電壓輸出電壓時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)2) 53(TCRLUo= (1.11.4)U2 輸出的直流、電壓平均值受負(fù)載的影響較大。此電路帶載能力較差，通常用于輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且變化較小的場(chǎng)合。 Chap電感濾波電路電感濾波電路 u2u1u0u2u0 利用儲(chǔ)能元件電感器利用儲(chǔ)能元件電

7、感器的的電流不能突變的性質(zhì)，把電感電流不能突變的性質(zhì)，把電感與整流電路的負(fù)載與整流電路的負(fù)載L相串相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。聯(lián)，也可以起到濾波的作用。 整流管導(dǎo)電角較大整流管導(dǎo)電角較大, ,峰值峰值電流很小電流很小, ,輸出特性比較平坦輸出特性比較平坦, ,適用于低電壓大電流適用于低電壓大電流( (R RL L較小較小) )的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重重, ,體積大體積大, ,易引起電磁干擾。易引起電磁干擾。Chap7.2.2 電感電容濾波電路（電感電容濾波電路（LC濾波電路）濾波電路） （1）由于電感線圈對(duì)整流電流的交流分量具有感抗XL=2fL,諧波頻率越高,電感越

8、大, 感抗就越高, 濾波效果越好。因此,它適用于低電壓、大電流適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合的場(chǎng)合。（2）濾波電感較大，匝數(shù)越多，電阻亦較大，因而它兩端亦有一定的直流壓降，將會(huì)造成直流輸出電壓的下降。但一般情況下，電感線圈直流電阻小于RL，因而整流輸出的直流電壓幾乎全部降落在負(fù)載電阻上。（3）整流二極管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，峰值電流很??；因此，電流對(duì)管子無沖擊。 用于輸出電壓變化小用于輸出電壓變化小, 負(fù)載電流大場(chǎng)合負(fù)載電流大場(chǎng)合Chap7.2.3 型濾波電路型濾波電路 1. RC-1. RC- 型濾波型濾波電路電路 R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R太大，將使直流壓降增加。主要適用于負(fù)載電流較

9、小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。2. LC-2. LC- 型濾波型濾波電路電路 濾波效果比LC濾波器更好，但整流二極管中的沖擊電流較大。 電感線圈體積大而笨重、成本高。Chap7.3 7.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路7.3.1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 DZIZu1u2RRLC+UOUIIOUo=U1 - ( IL+IR ) R電網(wǎng)電壓波動(dòng)U2ULIZI(IR) UL 負(fù)載電流變化ILUL IZ I (IR) UL 1. 穩(wěn)壓原理 根據(jù) Iz 變化, 由UR 補(bǔ)償負(fù)裁電壓的變化Chap2. 2. 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則LZUULmaxZmax2IIL0) 32(UULminZmaxmaxL

10、maxZminIIUURIIUUloLoRUURIPLLR2max2)() 32() 32(穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管降壓電阻降壓電阻Chap7-3 .整流濾波電路如圖所示， 已知 UI=30V，U0=12V，R=2K，RL=4K， 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定 電 流 Izmin=5mA 與Izmax=18mA 試 求 ：(1) 通過負(fù)載和穩(wěn)壓管的電流 ； (2) 變壓器副邊電壓的有效值 ； (3) 通過二極管的平均電流和二極管承受的最高反向電壓。DZIZu1u2RRLC+UOUIIOUU2301 225I1.2VV.IIDRmA. mA121294 5UUDRMV.V222535352(3)(2)IUROOLmAmA1

11、243UUURIOVV()30 1218IURRRmA1829IIIzROmA 6(1)R 兩端的電壓通 過R的電流負(fù)載的電流穩(wěn)壓管的電流變壓器副邊電壓的有效值二極管的平均電流二極管承受的最高反向電壓Chap7.3.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 PR1R2RLRZDZUfUCE1UCE2U1T3R4R2ToUP1RP2RiU（2）基準(zhǔn)電壓環(huán)節(jié)：它是由穩(wěn)壓管DZ和限流電阻R3構(gòu)成的電路中獲得，即取穩(wěn)壓管的電壓UZ，它是一個(gè)穩(wěn)定性較高的直流電壓，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。 （3）比較放大電路：由三極管T2構(gòu)成，它將取樣電壓Uf和基準(zhǔn)電壓UZ比較產(chǎn)生的差值電壓放大后去控制調(diào)整管T1的壓降UC

12、E1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)：它由工作在線性區(qū)的功率管T組成，它的基極電流受比較放大電路輸出信號(hào)控制。只要控制調(diào)整管T1的基極電流IB，就可以改變集電極電流IC和集一射極電壓UCE，從而調(diào)整輸出電壓U0的大小。 （1）取樣電路：它是由R1、R2、RP組成的分壓器，它將輸出電壓的部分Uf取出，并到比較放大電路的輸入端。取樣電壓為OppfURRRRRU21221、電路組成2、穩(wěn)壓原理 反映輸出電壓U0變化的取樣信號(hào)Uf與基準(zhǔn)電壓UZ比較，產(chǎn)生差值電壓經(jīng)三極管放大后，控制調(diào)整管T1的UCE，從而抑制U0的變化。 UoUfUBE2=（Uf -UZ）UC2UoChap3.3.輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的確

13、定和調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R RP P可改變可改變U Uo o達(dá)到調(diào)壓的目的。達(dá)到調(diào)壓的目的。當(dāng)電位器RP動(dòng)端置下端時(shí) 當(dāng)電位器RP動(dòng)端置上端時(shí) 輸出電壓輸出電壓 ZppOURRRRRU2221ZpOURRRRU221maxZppOURRRRRU221minChap4. 4. 集成運(yùn)放作為放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源集成運(yùn)放作為放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源調(diào)整元件T與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電流。比較放大器可以是單管放大電路或集成運(yùn)算放大器。調(diào)整元件可以是單個(gè)功率管，復(fù)合管或用幾個(gè)功率管并聯(lián)。基準(zhǔn)電壓可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。在運(yùn)放理想條件下(AV= r

14、i= )：1P1oRR2P2+1(1)+RRUUURRF影響穩(wěn)壓特性的主要因素影響穩(wěn)壓特性的主要因素1、比較放大部分的AV和電壓反饋系數(shù)F 愈大越好；2、基準(zhǔn)電壓愈穩(wěn)定越好；3、放大部分的電源愈穩(wěn)定越好；4、調(diào)整管rce愈大越好(rce小則Ui引起的Uo大)。 存在的缺點(diǎn)存在的缺點(diǎn)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源外圍元件較多；另外，調(diào)整管工作在線性放大區(qū),當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，其損耗(P=UCEIo)大；電源的效率為( =Po/Pi=UoIo/UiIi)較低。為了提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。Chap7.4 7.4 隨著集成工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。它具有體積小、重量輕、使用調(diào)整方便、運(yùn)行可靠和價(jià)

15、格低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛地得到應(yīng)用。7.4.1 集成穩(wěn)壓電源的種類 按內(nèi)部工作方式內(nèi)部工作方式分為: 串聯(lián)型（調(diào)整電路與負(fù)載相串聯(lián)）、并聯(lián)型（調(diào)整電路與負(fù)載相 關(guān)聯(lián)）和開關(guān)型（調(diào)整電路工作在開關(guān)狀態(tài)）。按外部特點(diǎn)外部特點(diǎn)分三端固定式、三端可調(diào)式和多端可調(diào)式。 三端集成穩(wěn)壓電路，它只有三個(gè)引線端：不穩(wěn)定電壓輸入端（一般與整流濾波電路輸出相連）、穩(wěn)定電壓輸出端（與負(fù)載相連）和公共接地端。如W78系列，可提供1.5A電流和輸出為5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等各檔正的穩(wěn)定電壓輸出。 其型號(hào)的后兩位數(shù)字表示輸出電壓值。例如W7805，表示輸出電壓為5V，其它類推。輸出負(fù)壓的系列為W

16、79。7800/7900系列型號(hào)后兩位數(shù)字XX代表輸出電壓值。Chap三端集成穩(wěn)壓器管腳排列三端集成穩(wěn)壓器管腳排列7878系列輸出系列輸出電壓電壓7979系列系列輸出輸出電壓電壓78055V78066V78088V78099V781010V781212V781515V781818V782424V79055V79066V79088V79099V791010V791212V791515V791818V792424V輸輸入入輸輸出出公公共共端端輸輸入入輸輸出出公公共共端端Chap輸出電壓固定式兩種穩(wěn)壓器：輸出電壓固定式兩種穩(wěn)壓器：CW7800系列（輸出正電壓）, CW7900系列（輸出負(fù)電壓）輸出電

17、壓有：5v、6V 、 8V、 12V 、15V、 18V、 24V。-CW7800UiCiCo123+-+U0固定輸出的接法CW7800系列穩(wěn)壓器的外形管腳1231 2 3 UiU0地CW7800Chap7.4.2 開關(guān)直流穩(wěn)壓電源 傳統(tǒng)的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源其調(diào)整管是連續(xù)地工作在線性放大狀態(tài)；開關(guān)穩(wěn)壓電源其調(diào)整管是斷續(xù)地工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。 電壓的平均值為iiOUUTTonU脈沖頻率控制法脈沖頻率控制法，即保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變改變開關(guān)轉(zhuǎn)換周期T來調(diào)節(jié)輸出電壓Uo; 脈沖寬度控制法脈沖寬度控制法，即保持開關(guān)轉(zhuǎn)換周期T不變，改變開關(guān)導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間ton來調(diào)節(jié)輸出電壓U。；混合法混合法，即同時(shí)改變開關(guān)轉(zhuǎn)換周期T和開關(guān)導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間ton以調(diào)節(jié)輸出電壓Uo使輸出電壓保持穩(wěn)定。 VT1，VT2為復(fù)合開關(guān)調(diào)整管為復(fù)合開關(guān)調(diào)整管，它們同時(shí)與VT3管組成種特殊的多諧振蕩器，在VT3管截止時(shí),復(fù)合管飽和導(dǎo)通VT3管飽和時(shí)調(diào)整管截止。儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件C2