chapter18穩(wěn)壓電源

1、第18章直流穩(wěn)壓電源18.1整流電路18.218.3濾波器直流穩(wěn)壓電源總目錄章目錄返回上一頁下一頁第18章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成變壓整流濾波穩(wěn)壓交流電源負(fù)載u3u2u4u1uo功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓總目錄章目錄返回上一頁下一頁變壓器的結(jié)構(gòu) 鐵心i2i+ 1+u2u1ZLNN二次繞組一次繞組12單相變壓器由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成一次繞組二次繞組繞組：厚0.35mm或 0.5mm鐵心變壓器的電路變壓器的磁路總目錄章目錄返回上一頁下一頁i2i1+u2u1ZLNN12單相變壓器IN1U1N1=電流變換 1 2 電壓變換= KINKU2N 221阻抗變換Z = U1= KU

2、2U2= K 2= K 2ZI2I1I2K總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.1整流電路整流電路的作用:將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娦猿Ｒ姷恼麟娐罚喊氩?、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整?等。分析時可把二極管當(dāng)作理想元件處理：二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.1.1單相半波整流電路1. 電路結(jié)構(gòu)3. 工作波形u2UiDTr ao+uo+uRLOwtuo2Ub2. 工作原理u正半周，VaVb，二極管D導(dǎo)通；Ow tw tuD Ou 負(fù)半周，V Vb，二極管D 、D導(dǎo)通，13-2UuD2D 、D截止。uD424總目錄

3、章目錄返回上一頁下一頁3uo2+18.1.2單相橋式整流電路3.u2U1. 電路結(jié)構(gòu)工作波形ioa4+u1RLw t buo2U2.工作原理wtwtuDu 負(fù)半周，VaID ， URWM URM例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為380 V， 負(fù)載電阻 RL = 80W，負(fù)載電壓Uo=110V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。= Io= Uo= 110 = 1.4A解：負(fù)載電流I= 0.7A二極管平均電流IoD2R80LU = Uo= 110 = 122V變壓器副邊電壓0.90.9考慮變壓器二次繞組及管子的壓降，副邊空載電壓 1221.1=134V變 比 K = 380 = 2.8

4、134=2 134 = 189VURM二極管最大反向電壓可選用二極管2CZ55E，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。UU0I0= 1.4 = 1.55AI =變壓器副邊電流有效值RL0.9RL0.90.9變壓器容量 S = U I = 134 1.55 = 208 VA總目錄章目錄返回上一頁下一頁例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2 或D4 斷開時負(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？uwt4D1+D2o+23u_RuL_ ouDD4o3wto234解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3

5、導(dǎo)通， 負(fù)載中有電流通過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時，D1和D3 截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo =0?？偰夸浾履夸浄祷厣弦豁撓乱豁揇1+D2+u_RLuo_D3D4如果D2或D4接反則正半周時，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D1、D4或D2、D3將被燒壞。如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1 或D3也將因電流過大而燒壞。總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.2濾波的基本概念:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路就是利用儲能元件電

6、容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，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。這一過程稱為濾波。濾波器總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.218.2.1 電容濾波電路1、工作原理：濾波器 uC 時，有一對二極管導(dǎo)通，對電容充電， t 充電非常小。 uC 時，所有二極管均截止，電容通過RL放電，t 放電 = RLC。濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。當(dāng)當(dāng)u2u2總目錄章目錄返回上一頁下一頁按指數(shù)規(guī)律下降充電放電速度與正弦波下降速度相似問題一二極管的最高反向電壓URM是多大？=URM2U2問題二二

7、極管的平均電流是多大？= 1 I2IDO總目錄章目錄返回上一頁下一頁2、二極管的選擇無濾波電容時。有濾波電容時 ，且二極管平均電流增大，故其峰值很大！小到一定程度，難于選擇二極管！總目錄章目錄返回上一頁下一頁導(dǎo)通角脈動 C t 放電UO(AV)RL q i 的峰值D3、電容的選擇4、優(yōu)缺點(diǎn)簡單易行，UO（AV）高，C 足夠大時交流分量較??； 不適于大電流或電流變化較大的負(fù)載。總目錄章目錄返回上一頁下一頁C的耐壓值應(yīng)大于 2U2。若負(fù)載開路UO（AV）？當(dāng)R C (35) T 時，U 1.2U 。L2O(AV)2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 = 2

8、00W，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。+u+uo+解：1.選擇整流二極管CRL流過二極管的電流I= 1 I= 1 UO= 1 30= 0.075 ADO22R2200LU = UO= 30 = 25V變壓器副邊電壓的有效值1.21.2二極管承受的最高反向電壓可選用二極管2CZ52B=2U =2 25 = 35 VUIOM =100mAURWM =50VRM總目錄章目錄返回上一頁下一頁例： 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 = 200W，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。+u+uo+解：2.選擇濾波電容器

9、CRL取 RLC = 5 T/2R C = 5 1 50 = 0.05 SL2已知RL = 200WC = 0.05 = 0.05 = 25010-6 F = 250mFRL200可選用C=250mF，耐壓為50V的極性電容器總目錄章目錄返回上一頁下一頁練習(xí)整流濾波電路如圖所示，變壓器副邊電壓有效值是10 V，（1）開關(guān)S打開后，電容器兩端電壓的平均值是（ 14.14 V ）；（2）開關(guān)S閉合時，輸出uO的平均電壓是（12 V）。(a)12 V(b)10 V(c)14.14 V(d)28.28 VSD1D2+uouc Ru2CD4D3-總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.2.2電感電容濾波器 L

10、1.電路結(jié)構(gòu)+u+uoCRL2.濾波原理當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動減小。對直流分量: XL=0 ，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量: 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。LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小 的場合，用于高頻時更為合適。總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.2.3p 形濾波器p 形 LC 濾波器 L濾波效果比+u+uo+C1LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。C2RLRp 形 RC 濾波器比p 形 LC濾波器的體積小、成本低。+u+C+uCRo12LR 愈大，

11、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很小的場合?？偰夸浾履夸浄祷厣弦豁撓乱豁?8.3 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)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨(dú)立的電子部件?？偰夸浾履夸浄祷厣弦豁撓乱豁?8.3.11. 電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路限流調(diào)壓IRIOR+uIz+UI+CDZRLUO2. 工作原理UO = UZI穩(wěn)壓電路U

12、IR = IO + IZZU設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化(UZ ) IZRL(IO) IR UOUO 基本不變 IR (IRR) 基本不變 總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.3.11. 電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路IRIOR+uIz+UI+CDZRLUO2. 工作原理IUZU= UI= I+ IZRZOOU設(shè)負(fù)載RL一定， UI 變化 IR UI UZ IZ UO 基本不變 IRR 總目錄章目錄返回上一頁下一頁3.參數(shù)的選擇適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動不大的場合。(1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) IOM(3) U= (2 3) UIO- UO- UO(4) R UImi

13、nUIMIZ + IOM為保證穩(wěn)壓管正常工作IZM+ Iomin為保證穩(wěn)壓管安全工作- UO- UOUIMUImin- I IOminZMROMZR總目錄章目錄返回上一頁下一頁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。+URF+URFRR1+RR+R21+UO+UZ+RDZUoLDRURZLZ2反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源U= - RF U= (1 + RF )UUOZOZRR11改變 RF 即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。DD總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)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。TRR+R311+R1+

14、URLUO+UBi+D UfRUZ2Z取樣電路調(diào)整 比較 基準(zhǔn)元件放大電壓總目錄章目錄返回上一頁下一頁2.穩(wěn)壓過程T由電路圖可知R1R1 + R2R1+UIRU- = Uf=RUO3+1 + R2R+1+RUU= U+LO+ZUUR2UZDZBfU= A(U- U)uo ZfB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，有如下穩(wěn)壓過程：UOUOUf IC UB UCE 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。總目錄章目錄返回上一頁下一頁3.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍TRR+R311+R1+URLUO+UBi+D UfUR2ZZ= UB= (1 +輸出電壓UOR1 R + R2)UZ1

15、總目錄章目錄返回上一頁下一頁18.3.4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.分類輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX輸出固定電壓XX兩位數(shù)字為輸出電壓值輸出可調(diào)電壓（1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）總目錄章目錄返回上一頁下一頁三端穩(wěn)壓器2. 外形及引腳功能2 輸出端3輸入端1 公共端W7900系列穩(wěn)壓器外形2 輸出端3 公共端1輸入端W7800系列穩(wěn)壓器外形總目錄章目錄返回上一頁下一頁3.性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器） 不需要外接元件內(nèi)

16、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?？偰夸浾履夸浄祷厣弦豁撓乱豁?. 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，電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓電路的影響。= UoUo 100%S0.0050.02%D Io = 0U UD T = 0I(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，輸出電流變化時輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。 US= o 100%0.11.0% U=0UoII T =0總目錄章目錄返回上一頁下一頁(3) 輸出電壓UO(4

17、) 最大輸出電流IOM(5) 最小輸入、輸出電壓差(Ui -UO ) min(6) 最大輸入電壓UiM(7) 最大功耗PM總目錄章目錄返回上一頁下一頁5. 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用(1)輸出為固定電壓的電路輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。12W7805輸入與輸出之間的電壓不得低于2V！+Ui+3CiCOUO1mF0.11mF_為了瞬時增減負(fù)載電流用來抵消輸入端接線較長時的電感效應(yīng)， 防止產(chǎn)生自激振蕩。即用以改善波形。時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)?？偰夸浾履夸浄祷厣弦豁撓乱豁?2)同時輸出正、負(fù)電壓的電路12+15VW7815CO1mF+3Ci24VC1000

18、mF 0.33mF220VCi0.33mF +COC24V11mF1000mFW7915 15V32總目錄章目錄返回上一頁下一頁（3）提高輸出電壓的電路12+W78XX+UI_URXX_3UO_+U_ZCiCODZUXX: 為W78XX固定輸出電壓UO= UXX + UZ總目錄章目錄返回上一頁下一頁（4）提高輸出電流的電路ICTIO= I2 + ICIBRIO12W78XX+I+IUR213UU_II3_OCiCO當(dāng) IO較小時，UR較小，T截止，IC=0。當(dāng)IO IOM時，UR較大，T導(dǎo)通，IO=IOM + ICR 可由功率管T的UBE和穩(wěn)壓器的IOM確定, 即R UBE /IOM ?？偰夸浾履夸浄祷厣弦豁撓乱豁揑1I2I3 0IB 0（5）三端穩(wěn)壓器組成恒流源xx+UXX U XXIOR總目錄章目錄返回上一頁下一頁（6）輸出電壓可調(diào)式電路UXX+2u1u2