直流稳压电源24935课件.pptx

1、电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo第1页/共54页8.1 整流与滤波电路整流与滤波电路1.半波整流电路半波整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo为分析简单起见，把二极管当作理想元

2、件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止,uo=0+io+u2 0 时:u20 时D1,D4导通D2,D3截止电流通路:a D1RLD4bu20 时D2,D3导通D1,D4截止电流通路:b D2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1D4RLuoab整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 二极管平均电流：ID=Io/2二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：DRM22UU=u2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo第13页/共54页集成硅整流桥：u2uo+-+第14页/共54页4.整流电路的主

3、要参数整流电路的主要参数 负载电压 Uo的平均值为:()=ootduU2021负载上的(平均)电流:LoRUIo=(1)整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值uo 2 0 t第15页/共54页 S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越小越好。（2）脉动系数6703222324221.UUUUSoMo=用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo=uo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值第16页/共54页平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管是选

4、择整流管的主要依据。的主要依据。oDII21=22UURM=例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：(3)二极管平均电流与反向峰值电压（选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2ID)（选购时：（选购时：最大反向电压 2URM)第17页/共54页二、滤波电路二、滤波电路滤波电路的结构特点:电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流整流滤波滤波直流电压RLLRLC第18页/共54页1.电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图

5、所示。(1)电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第19页/共54页RL未接入时(忽略整流电路内阻)u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc第20页/共54页RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形第21页/共54页uotu2上升，上升，u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo=u

6、c u2u2下降，下降，u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电，uc按指数按指数规律下降，时间常数规律下降，时间常数 =RL C第22页/共54页u2tuot只有整流电路输只有整流电路输出电压大于出电压大于uc时，时，才有充电电流。才有充电电流。因此二极管中的因此二极管中的电流是脉冲波。电流是脉冲波。二极管中的电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第23页/共54页u2tuot电容充电时，电容充电时，电容电压滞后电容电压滞后于于u2。RLC越小，输越小，输出电压越低。出电压越低。u1u2u1bD4D2

7、D1D3RLuoSCRL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻)第24页/共54页一般取)105(TCRL=(T:电源电压的周期)近似估算:Uo=1.2U2 Io=Uo/RL(b)流过二极管瞬时电流很大RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大(2)电容滤波电路的特点(a)输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大(c)二极管承受的最高反向电压22UURM=动画演示第25页/共54页2.电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了

8、电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLuo第26页/共54页电感滤波原理对谐波分量:f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo对直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上第27页/共54页3.RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型滤波器滤波器将将RC 型型滤波器中的电阻换为电感，滤波器中的电阻换为电感，变为变为LC 型

9、型滤波器滤波器第28页/共54页8.2 串联式稳压电路串联式稳压电路稳压电路的作用:交流电压脉动直流电压整流整流滤波滤波有波纹的直流电压稳压稳压直流电压第29页/共54页稳压电源类型:以下主要讨论线性稳压电路。稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。第30页/共54页一一.稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标输出电压变化

10、量TSIRVKVT =OoIVO 稳压系数00IIOOO/=TIVVVV 输出电阻00OOoI=TVIVR温度系数00OI=TVTTVS第31页/共54页二.硅稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管的反向击穿特性。由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。硅稳压二极管稳压电路1.1.稳压原理第32页/共54页(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO=输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：这里VO减小应理解为，

11、由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。VIVOVZIZIRVRVO 硅稳压二极管稳压电路第33页/共54页(2)(2)当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO第34页/共54页2.2.稳压电阻的计算 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。稳压二极

12、管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。稳压电阻R 的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。但R 的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。第35页/共54页稳压电阻的计算如下 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于I IZminZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR 当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大

13、。此时I IZ Z不应超过I IZmaxZmax，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1)(2)(2)稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！第36页/共54页三.串联型稳压电源1.1.串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成 VO=VI-VR，当VIR VR在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流ILRVR在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图第37页/共54页 在实际电路中，可变电阻R R是用一个三极管来替

14、代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。串联型稳压电路方框图串联型稳压电源的构成：串联型稳压电源的构成：调整管、放大环节、比较环节、基准电压源第38页/共54页2.2.工作原理工作原理1 1输入电压变化时VIVOVfVO1VCEVO实质：实质：电压负反馈2 2负载电流变化时ILVIVOVfVO1VCEVOQvCE/ViC/mAQ第39页/共54页3.3.输出电压调节范围的计算REF2321O)+(1=VRRRRV可见，调节R2可以改变输出电压。根据“虚短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV=VREFVfoFVFVV=第40页/共54页T1调整管调

15、整管R3、T2比较放大比较放大R1、RW、R2采样电阻采样电阻R、UZ基准电压基准电压3.分立元件组成的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第41页/共54页稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）动画演示第42页/共54页(3)输出电压的确定和调节范围因为：因为：OU2BEZUU22WRR21WRRR=()22221BEZWWOUURRRRRU=所以：所以：2221ZWWURRRRR=忽略忽略UBE

16、2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第43页/共54页例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求，求输出电压的调节范围。输出电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU=4=6V4.74.7=4.74.74.7221ZWOmaxURRRRU=4=12V4.74.7=4.74.7第44页/共54页8.3 三端集成稳压器三端集成稳压器一.输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）恒流源基准电压电路调整电路比较放大减流保护过热保护启动电路取样电路R4

17、T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO第45页/共54页 常用的集成三端稳压器的类型常用的集成三端稳压器的类型类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V第46

18、页/共54页1端:输入端2端:公共端3端:输出端W7800系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！第47页/共54页1端:公共端2端:输入端3端:输出端W7900系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+W7905UI+Uo231CI0.11 FCo1F-10V-5V第48页/共54页输出正、负电压的稳压电路第49页/共54页IQR1R2输出电压可调的稳压电路I1I211RUIXX=012III=220RIUUXX=21)(RIRUUQXXXX

19、=212)1(RIURRQXX=如何消除IQ的影响呢？第50页/共54页XXURRU=)1(120第51页/共54页 作恒流源使用RIV5O第52页/共54页本章小结 1 1在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源的要求是：输出电压尽量不受电网电压波动、环节来实现。对直流电源的要求是：输出电压尽量不受电网电压波动、输出负载变化和温度变化的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换输出

20、负载变化和温度变化的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。效率高。2 2利用二极管的单向导电性可以构成整流电路，将交流电变为脉动直流利用二极管的单向导电性可以构成整流电路，将交流电变为脉动直流电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可以大大减小输出电压中电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可以大大减小输出电压中的脉动成分。滤波电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电的脉动成分。滤波电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。容滤波电路。3 3为了保证直流电源的输出电压不发生波动，需要在整流滤波电路的后为了保证直流电源的输出电压不发生波动，需要在整流滤波电路的后面

21、再接上稳压电路。最常用的稳压电路是串联式稳压电路。串联式稳压面再接上稳压电路。最常用的稳压电路是串联式稳压电路。串联式稳压电路是一种带有负反馈的闭环调节系统。它的调整管工作在线性放大状电路是一种带有负反馈的闭环调节系统。它的调整管工作在线性放大状态，通过控制调整管的压降来调整输出电压的大小。串联式稳压电路早态，通过控制调整管的压降来调整输出电压的大小。串联式稳压电路早已实现了集成化。输出电压固定和输出电压可调的集成串联式稳压器已已实现了集成化。输出电压固定和输出电压可调的集成串联式稳压器已经大量使用。经大量使用。4 4开关式稳压电源是一种转换效率高的稳压电路。其调整管工作在开关开关式稳压电源是一种转换效率高的稳压电路。其调整管工作在开关状态，通过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。状态，通过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。第53页/共54页谢谢您的观看！第54页/共54页