chapter18直流穩(wěn)壓電源

第18章直流穩(wěn)壓電源18.2濾波器18.3直流穩(wěn)壓電源18.1整流電路本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計(jì)算;2.了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第18章直流穩(wěn)壓電源第18章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓18.1

整流電路整流:

利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。uDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；u0=u

uD=03.工作波形

u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管D

截止。u0=0uD=u1.電路結(jié)構(gòu)

–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值(2)整流電流平均值(3)流過每管電流平均值(4)每管承受的最高反向電壓(5)變壓器副邊電流有效值IuoOuDO5.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿足：

ID<IOM

，UDRM<URWM

半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用的元件少。缺點(diǎn)：只利用了電源的半個(gè)周期，所以電源利用率低;輸出的直流成分比較低；輸出波形的脈動(dòng)大；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。故半波整流只用在要求不高，輸出電流較小的場合。18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管

D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3.工作波形1.電路結(jié)構(gòu)－RLuiouo1234ab+

–+

–－uD2uD4uouDttuuD1uD3018.1.2單相橋式整流電路2.工作原理uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)RLuiouo1234ab+

–+

–u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管2、4導(dǎo)通，1、3截止。uouDtt－－uuD1uD303.工作波形4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值IuD1uD300uo

(1)輸出直流電壓高；

(2)脈動(dòng)較小；

(3)電源變壓器得到充分利用。目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來非常方便。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)：ACAC+_ACAC+_解：變壓器副邊電壓有效值例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試選擇二極管并求變壓器的變比和容量。流過每只二極管電流平均值每只二極管承受的最高反向電壓整流電流的平均值考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出5%~10%，即取

U=1.1111122V例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試選擇二極管并求變壓器的變比和容量。

I=1.11Io=1.112=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4

D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

如果D2或D4接反則正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D2、D3或D1、D4將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類似，電源及D3或D1也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4

D1

D3uo+_~u+_RLD2D4

D1

D318.2

濾波器

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。

18.2.1電容濾波器

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理電壓增加時(shí)u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=u

。

當(dāng)電壓u下降的同時(shí)，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uc下降的速度比u慢，所以有u<uC，二極管截止uo=uC

。+C

–++–aDuoubRLio=uC二極管承受的最高反向電壓為(負(fù)載開路）uoutOtOici4.電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。篣o

=1.0U

（半波）

Uo

=1.2U(

橋式、全波）當(dāng)負(fù)載RL開路時(shí)，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波無電容濾波0.45U

UooIO

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時(shí)電流很大

C

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短iD

的峰值電流越大。uotOiDtO例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值

uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CP11IOM=100mAURWM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=200

uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器18.2.2電感及LC濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場合，用于高頻時(shí)更為合適。18.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。L

uRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器R

uRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場合。交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源N1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1FU11A直流24V交流～220V如圖電源輸出電壓為24V,電流為1.8A。變壓器副繞組N3的電壓約為20V,C2起抑制高頻干擾作用；副繞組N2的電壓為5.5V，供照明指示燈用。直流24V電池的極性可任意接入。~20V~5.5VRL-24VN1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V+－+－RLN1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V+－N1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V－＋18.3

直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變UoIR

(IRR)UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路IZ18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ

（Uo）設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變Uo

IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIzIZ+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI

=(2~3)UO(4)適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場合。18.3.2恒壓源

由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。UORFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。+_RLUoUo∞＋－＋+_UI+_R3R2R1DZ18.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)∞＋－＋+_UIR3R2R1DZUiUOTR2RL+–R3++––+DZR1+_RLUo∞＋－＋+_UIR3R2R1DZ∞＋－＋+_UIR3R2R1DZUiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UOUfUBUOUO=UE=UB－UBE由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R118.3.4

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.

分類XX兩位數(shù)字為穩(wěn)定電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝穩(wěn)定輸出XX伏穩(wěn)定輸出－XX伏3.

性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流1.5A（加散熱器）(L-0.1AM-0.5A)少量外接元件內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。4.主要參數(shù)

(1)電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù))

反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。

(2)電流調(diào)整率SI

反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電流變化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)輸出電壓UO

(6)最大輸入電壓UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大輸出電流IOM

(5)最小輸入、輸出電壓差(Ui-UO)min

輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。

(1)

輸出為固定電壓的電路5.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_