第7章 直流稳压电路

第第7 7章章 直流稳压电路直流稳压电路7.1 7.1 整流电路整流电路7.2 7.2 滤波电路滤波电路7.3 7.3 稳压电路稳压电路7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路7.5 7.5 实训：实训：整流滤波电路的整流滤波电路的MultisimMultisim仿真测试仿真测试7.1.17.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路将交流电变为直流电的过程，称为整流。利用半导体二极管的将交流电变为直流电的过程，称为整流。利用半导体二极管的单向导电性可以组成整流电路。此电路简单、方便、经济，下面着单向导电性可以组成整流电路。此电路简单、方便、经济，下面着重分析各种整流电路的工作原理和特点。重分析各种整流电路的工作原理和特点。1 1电路组成及工作原理电路组成及工作原理单相半波整流电路如单相半波整流电路如图图7-27-2所示。它是最简单的整流电路，由整所示。它是最简单的整流电路，由整流变压器、整流二极管流变压器、整流二极管VDVD及负载电阻及负载电阻R RL L组成。其中组成。其中u u1 1，u u2 2分别为整流分别为整流变压器的原边和副边交流电压。电路的工作情况如下：变压器的原边和副边交流电压。电路的工作情况如下：设变压器副边电压为设变压器副边电压为7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回图图7-27-2中，在中，在u u2 2的正半周（的正半周（）期间，）期间，a a端为正，端为正，b b端为端为负，二极管因正向电压作用而导通。电流从负，二极管因正向电压作用而导通。电流从a a端流出，经二极管端流出，经二极管VDVD流流过负载电阻过负载电阻R RL L回到回到b b端。如果略去二极管的正向压降，则在负载端。如果略去二极管的正向压降，则在负载R RL L两两端的电压端的电压u u0 0就等于就等于u u2 2。其电流、电压波形如。其电流、电压波形如图图7-37-3（b b）、（）、（c c）所示。所示。在在u u2 2的负半周（的负半周（）期间，）期间，a a端为负，端为负，b b端为正，二极端为正，二极管承受反向电压而截止，负载中没有电流，故管承受反向电压而截止，负载中没有电流，故u u2 2=0=0。这时，二极管。这时，二极管承受了全部承受了全部u u2 2，其波形如，其波形如图图7-37-3（d d）所示。所示。尽管尽管u u2 2是交变的，但因二极管的单向导电作用，使得负载上的是交变的，但因二极管的单向导电作用，使得负载上的电流电流i io o和电压和电压u uo o都是单一方向。这种电路只有在都是单一方向。这种电路只有在u u2 2的半个周期内负载的半个周期内负载上才有电流，故称为半波整流电路。上才有电流，故称为半波整流电路。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页2 2参数计算参数计算（1 1）负载上的直流电压和电流）负载上的直流电压和电流负载上的直流输出电压负载上的直流输出电压U UO O和直流电流和直流电流I IO O都是指一个周期内的平均都是指一个周期内的平均值，由于负载电压值，由于负载电压u uo o为半波脉动，在整个周期中负载电压平均值为半波脉动，在整个周期中负载电压平均值负载上的电流平均值为负载上的电流平均值为（2 2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压由于二极管与负载串联，所以，流经二极管的电流平均值就是由于二极管与负载串联，所以，流经二极管的电流平均值就是流经负载电阻流经负载电阻R RL L的电流平均值，的电流平均值，7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页即：即：二极管截止时承受的最高反向电压就是整流变压器副边交流电二极管截止时承受的最高反向电压就是整流变压器副边交流电压压u u2 2的最大值，即：的最大值，即：根据根据I ID D和和U URMRM可以选择合适的整流二极管。可以选择合适的整流二极管。半波整流电路结构简单，但只利用交流电压半个周期，直流输半波整流电路结构简单，但只利用交流电压半个周期，直流输出电压低，波动大，整流效率低。出电压低，波动大，整流效率低。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页7.1.27.1.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路单相半波整流的缺点是只利用了电源电压的半个周期，同时整单相半波整流的缺点是只利用了电源电压的半个周期，同时整流电压的脉动较大。为了克服这些缺点，常采用全波整流电路，其流电压的脉动较大。为了克服这些缺点，常采用全波整流电路，其中最常用的是单相桥式整流电路。中最常用的是单相桥式整流电路。1 1电路组成及工作原理电路组成及工作原理单相桥式整流电路是由单相桥式整流电路是由4 4个整流二极管接成电桥的形式构成，如个整流二极管接成电桥的形式构成，如图图7-47-4（a a）所示。所示。图图7-47-4（b b）所示为单相桥式整流电路的一种简便所示为单相桥式整流电路的一种简便画法。画法。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页单相桥式整流电路的工作情况如下：单相桥式整流电路的工作情况如下：设整流变压器副边电压为：设整流变压器副边电压为：当当u u2 2为正半周（为正半周（）时，其极性为上正下负，即）时，其极性为上正下负，即a a点点电位高于电位高于b b点电位，二极管点电位，二极管VDVD1 1，VDVD3 3因承受正向电压而导通，因承受正向电压而导通，VDVD2 2，VDVD4 4因承受反向电压而截止。此时电流的路径为：因承受反向电压而截止。此时电流的路径为：如如图图7-57-5（a a）所示。所示。当当u u2 2为负半周（为负半周（）时，其极性为上负下正，即）时，其极性为上负下正，即a a点点电位低于电位低于b b点电位，二极管点电位，二极管VDVD2 2，VDVD4 4因承受正向电压而导通，因承受正向电压而导通，VDVD1 1，VDVD3 3因承受反向电压而截止。因承受反向电压而截止。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页此时电流的路径为：此时电流的路径为：，如图，如图7-7-5 5（b b）所示。）所示。从上分析可见，无论电压从上分析可见，无论电压u u2 2是在正半周还是在负半周，负载电是在正半周还是在负半周，负载电阻阻R RL L上都有相同方向的电流流过，因此在负载电阻上都有相同方向的电流流过，因此在负载电阻R RL L得到的是单向脉得到的是单向脉动电压和电流。忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电动电压和电流。忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路的波形如路的波形如图图7-67-6所示。所示。2 2参数计算参数计算（1 1）负载上的电压平均值和电流平均值。）负载上的电压平均值和电流平均值。单相桥式整流电压的平均值为：单相桥式整流电压的平均值为：7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页流过负载电阻流过负载电阻R RL L的电流平均值为：的电流平均值为：（2 2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压因为桥式整流电路中每两个二极管串联导通半个周期，所以流因为桥式整流电路中每两个二极管串联导通半个周期，所以流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即：经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即：每个二极管在截止时承受的最高反向电压为每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u u2 2的最大值，即：的最大值，即：7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页（3 3）整流变压器副边电压有效值和电流有效值。）整流变压器副边电压有效值和电流有效值。整流变压器副边电压有效值为：整流变压器副边电压有效值为：整流变压器副边电流有效值为：整流变压器副边电流有效值为：除了用分立组件组成桥式整流电路外，现在半导体器件厂已将除了用分立组件组成桥式整流电路外，现在半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制造成单相整流桥模块，这些模块只有输整流二极管封装在一起，制造成单相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引脚，减少了接线，提高了电路工作的可靠性，入交流和输出直流引脚，减少了接线，提高了电路工作的可靠性，使用起来非常方便。单相整流桥模块的外形如使用起来非常方便。单相整流桥模块的外形如图图7-77-7所示。所示。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页7.1.37.1.3三相桥式整流电路三相桥式整流电路1 1电路组成及工作原理电路组成及工作原理为了能获得脉动程度更小的直流输出，保持三相负载的平衡，为了能获得脉动程度更小的直流输出，保持三相负载的平衡，常采用三相整流电路。常采用三相整流电路。三相桥式整流电路如三相桥式整流电路如图图7-97-9所示，所示，6 6个二极管组成三相桥式整流个二极管组成三相桥式整流电路，经三相变压器接三相电源，变压器的原边为三角形连接，副电路，经三相变压器接三相电源，变压器的原边为三角形连接，副边为星形连接，副边三相电压分别为边为星形连接，副边三相电压分别为 其波形如其波形如图图7-7-1010（a a）所示。所示。三相桥式整流电路中，三相桥式整流电路中，6 6个二极管分成共阳极和共阴极两组，个二极管分成共阳极和共阴极两组，7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页第一组二极管第一组二极管VDVD1 1、VDVD3 3和和VDVD5 5的阴极接在一起，具有相同的电位，的阴极接在一起，具有相同的电位，所以在某一瞬间，阳极电位最高的那个二极管导通；第二组二极管所以在某一瞬间，阳极电位最高的那个二极管导通；第二组二极管VDVD2 2、VDVD4 4和和VDVD6 6的阳极接在一起，在某一瞬间，阴极电位最低的那个的阳极接在一起，在某一瞬间，阴极电位最低的那个二极管导通。每一组中的二极管导通。每一组中的3 3个二极管轮流导通，在同一瞬间，每组各个二极管轮流导通，在同一瞬间，每组各有一个二极管导通。有一个二极管导通。由如图由如图7-107-10（a a）所示的波形可知，在）所示的波形可知，在0 0t t1 1期间期间c c相电压为正，相电压为正，b b相电压为负，相电压为负，a a相电压虽然也为正，但低于相电压虽然也为正，但低于c c相电压，因此，在这段相电压，因此，在这段时间内，如图时间内，如图7-97-9所示电路中的所示电路中的c c点电位最高，点电位最高，b b点电位最低，于是二点电位最低，于是二极管极管VDVD5 5和和VDVD4 4导通。如果忽略二极管的正向压降，加在负载上的电压导通。如果忽略二极管的正向压降，加在负载上的电压就是线电压。就是线电压。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页由于由于VDVD5 5导通，导通，VDVD1 1和和VDVD3 3的阴极电位基本上等于的阴极电位基本上等于c c点的电位，而它点的电位，而它们的阳极电位均低于们的阳极电位均低于c c点电位，因此二极管点电位，因此二极管VDVD1 1和和VDVD3 3截止。而截止。而VDVD4 4导通，导通，又使又使VDVD2 2和和VDVD6 6的阳极电位基本上等于的阳极电位基本上等于b b点的电位，而它们的阴极电位点的电位，而它们的阴极电位均高于均高于b b点电位，因此二极管点电位，因此二极管VDVD2 2和和VDVD6 6也截止。在这段时间内的电流也截止。在这段时间内的电流通路为：通路为：。在在t tl lt t2 2期间，从图期间，从图7-107-10（a a）可以看出，）可以看出，a a点电位最高，点电位最高，b b点电点电位仍然最低，于是二极管位仍然最低，于是二极管VDVD1 1和和VDVD4 4导通，负载电压导通，负载电压u u0 0为线电压为线电压u uabab电流电流通路为：通路为：同理，在同理，在t t2 2t t3 3期间，期间，a a点电位最高，点电位最高，c c点电位最低，于是二极管点电位最低，于是二极管VDVD1 1和和VDVD6 6导通，负载电压导通，负载电压u u0 0为线电压为线电压u uacac ，电流通路为：，电流通路为：7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页依此类推，就可以列出如图依此类推，就可以列出如图7-97-9所示电路中二极管的导通次序，所示电路中二极管的导通次序，如图如图7-10（b b）所示。极连接的）所示。极连接的3 3个二极管个二极管VDVD1 1、VDVD3 3、VDVD5 5在在t t1 1、t t3 3、t t5 5等时刻导通；共阳极连接的等时刻导通；共阳极连接的3 3个二极管个二极管VDVD2 2、VDVD4 4、VDVD6 6在在t t2 2、t t4 4、t t6 6等等时刻导通。每个二极管导通时刻导通。每个二极管导通1/31/3周期。周期。从分析以上各段时间负载上的电压可知，在三相桥式整流电路从分析以上各段时间负载上的电压可知，在三相桥式整流电路中，整流输出电压中，整流输出电压u u0 0分别由三相变压器线电压轮流提供，输出电压分别由三相变压器线电压轮流提供，输出电压u u0 0的瞬时值始终与该变压器副边线电压相等，的瞬时值始终与该变压器副边线电压相等，u uo o的最小值出现的时刻的最小值出现的时刻偏离它的最大值偏离它的最大值 三相桥式整流电路输出电压三相桥式整流电路输出电压u u0 0的波形如图的波形如图7-7-1010（c c）所示。）所示。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页2 2参数计算参数计算（1 1）负载上的电压和电流的平均值）负载上的电压和电流的平均值负载上的电压为脉动的线电压，以图负载上的电压为脉动的线电压，以图7-107-10（c c）中的时间段）中的时间段t t1 1t t2 2为例计算负载为例计算负载R RL L两端的电压平均值。在两端的电压平均值。在t t1 1t t2 2期间，负载期间，负载R RL L两端电两端电压的瞬时值等于变压器副边线电压压的瞬时值等于变压器副边线电压u uabab，由于，由于u uabab超前超前u ua a3030。设设 则：则：式中，式中，U U2 2为变压器副边相电压的有效值。为变压器副边相电压的有效值。7.1 7.1 整流电路整流电路下一页 返回上一页负载中电流的平均值为：负载中电流的平均值为：（2 2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压因为在一个周期内每个二极管导通因为在一个周期内每个二极管导通1/31/3周期（导通角为周期（导通角为120120），），所以通过二极管的电流平均值为：所以通过二极管的电流平均值为：二极管承受的最高反向电压为变压器副边线电压的最大值，即：二极管承受的最高反向电压为变压器副边线电压的最大值，即：7.1 7.1 整流电路整流电路返回上一页7.2.17.2.1电容滤波电路电容滤波电路1 1电路组成及工作原理电路组成及工作原理单相半波整流电容滤波如单相半波整流电容滤波如图图7-117-11（a a）所示。图中滤波电容所示。图中滤波电容C C与与负载电阻负载电阻R RL L并联。并联。当变压器二次电压当变压器二次电压u u2 2为正半周时，二极管为正半周时，二极管VDVD导通，通过二极管导通，通过二极管的电流一部分流入负载的电流一部分流入负载RLRL，另一部分对电容，另一部分对电容C C充电，使电容两端建立充电，使电容两端建立起电压起电压u uc c。由于充电回路的电阻很小（主要为二极管的正向导通电。由于充电回路的电阻很小（主要为二极管的正向导通电阻与变压器次级绕组电阻），阻与变压器次级绕组电阻），u uc c几乎跟随交流电压几乎跟随交流电压u u2 2同时达到最大同时达到最大值。值。u u2 2达到最大值后开始下降，出现达到最大值后开始下降，出现u u2 2小于小于u uc c，使二极管承受反向电，使二极管承受反向电压而截止。压而截止。7.2 7.2 滤波电路滤波电路下一页 返回于是电容于是电容C C通过负载通过负载RLRL放电，由于放电，由于RLRL一般较大，所以放电较慢。一般较大，所以放电较慢。在交流电源电压在交流电源电压u u2 2进入负半周时，二极管更加截止，电容进入负半周时，二极管更加截止，电容C C的放电电的放电电流继续流过流继续流过R RL L，因此，因此R RL L上的输出电压上的输出电压u uo o不为零。直到下一个周期到来，不为零。直到下一个周期到来，u u2 2由零又向最大值上升，当由零又向最大值上升，当u u2 2上升到大于上升到大于u uc c时时 ，二极管，二极管VDVD又重新导又重新导通，电容通，电容C C又重新充电到，如此周而复始不断循环，使负载获得如图又重新充电到，如此周而复始不断循环，使负载获得如图7-117-11（b b）所示的电压波形）所示的电压波形u uo o。由此可见，电路在一个周期内滤波电。由此可见，电路在一个周期内滤波电容器容器C C充放电各一次。充放电各一次。对于带电容滤波的单相桥式整流电路的工作原理，类同于带电对于带电容滤波的单相桥式整流电路的工作原理，类同于带电容滤波的半波整流电路，如容滤波的半波整流电路，如图图7-127-12（a a）所示。所不同的只是在一个所示。所不同的只是在一个周期内电容充放电各两次，其输出波形更加平滑，周期内电容充放电各两次，其输出波形更加平滑，7.2 7.2 滤波电路滤波电路下一页 返回上一页其输出电压也有所提高，它的波形如其输出电压也有所提高，它的波形如图图7-127-12（b b）中实线部分所中实线部分所示。示。2 2参数计算参数计算电容滤波的效果与放电时间常数电容滤波的效果与放电时间常数=R=RL LC C的大小有关，在的大小有关，在愈大愈大的情况下，放电越缓慢，负载上的电压越平滑，输出电压的平均值的情况下，放电越缓慢，负载上的电压越平滑，输出电压的平均值也可得到提高，故滤波电容愈大效果愈好。为了获得较好的效果，也可得到提高，故滤波电容愈大效果愈好。为了获得较好的效果，通常选取通常选取式中，式中，T T为交流电压的周期。滤波电容为交流电压的周期。滤波电容C C一般选择体积小、容量一般选择体积小、容量大的电解电容器。大的电解电容器。7.2 7.2 滤波电路滤波电路下一页 返回上一页电容滤波仅适用于负载电流较小且变化不大的场合。因为若负电容滤波仅适用于负载电流较小且变化不大的场合。因为若负载电流很大（即负载电阻载电流很大（即负载电阻RLRL小，负载电流很大），则小，负载电流很大），则很小，所以很小，所以电容电容C C的充放电就快，输出电压的脉动程度增大，其平均值下降。的充放电就快，输出电压的脉动程度增大，其平均值下降。7.2.27.2.2电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路如电感滤波电路如图图7-137-13所示，即在整流电路与负载电阻所示，即在整流电路与负载电阻R RL L之间之间串联一个电感器串联一个电感器L L。交流电压。交流电压u u2 2经桥式整流后变成脉动直流电压，其经桥式整流后变成脉动直流电压，其中既含有各次谐波的交流分量，又含有直流分量。对于直流分量，中既含有各次谐波的交流分量，又含有直流分量。对于直流分量，电感电感L L的感抗的感抗X XL L0 0，电感相当于短路，所以直流分量基本上都降在，电感相当于短路，所以直流分量基本上都降在电阻电阻R RL L上；对于交流分量，谐波频率越高，电感感抗越大，因而交上；对于交流分量，谐波频率越高，电感感抗越大，因而交流分量大部分降在电感流分量大部分降在电感L L上。上。7.2 7.2 滤波电路滤波电路下一页 返回上一页这样，在输出端即可得到较平滑的电压波形。这样，在输出端即可得到较平滑的电压波形。与电容滤波相比，电感滤波的特点是：与电容滤波相比，电感滤波的特点是：（1 1）二极管的导电角较大（大于）二极管的导电角较大（大于1801800 0），（是因为电感），（是因为电感L L的反的反电动势使二极管导电角增大），峰值电流很小，输出特性较平坦。电动势使二极管导电角增大），峰值电流很小，输出特性较平坦。（2 2）输出电压没有电容滤波的高。当忽略电感线圈的电阻时，）输出电压没有电容滤波的高。当忽略电感线圈的电阻时，输出的直流电压与不加电感时一样，为输出的直流电压与不加电感时一样，为 。负载改变时，。负载改变时，对输出电压的影响也较小。因此，电感滤波适用于负载电压较低、对输出电压的影响也较小。因此，电感滤波适用于负载电压较低、电流较大以及负载变化较大的场合。它的缺点是制作复杂、体积大、电流较大以及负载变化较大的场合。它的缺点是制作复杂、体积大、笨重，且存在电磁干扰。笨重，且存在电磁干扰。7.2 7.2 滤波电路滤波电路下一页 返回上一页7.2.37.2.3复合滤波电路复合滤波电路单独使用电容或电感构成的滤波电路，滤波效果不够理想。为单独使用电容或电感构成的滤波电路，滤波效果不够理想。为了满足较高的滤波要求，常采用由电容和电感组成的了满足较高的滤波要求，常采用由电容和电感组成的LCLC，型型LCLC滤滤波型）等复合滤波电路，其电路形式如波型）等复合滤波电路，其电路形式如图图7-147-14（a a）和和图图7-147-14（b b）所示。这两种滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较所示。这两种滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成如小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成如图图7-147-14（c c）所示的所示的型型RCRC型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。电流较小的场合。7.2 7.2 滤波电路滤波电路返回上一页7.3.17.3.1稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路如稳压管稳压电路如图图7-157-15所示。稳压管所示。稳压管VDVDZ Z反向并联在负载电阻反向并联在负载电阻R RL L两端，且工作在反向击穿状态。电阻两端，且工作在反向击穿状态。电阻R R起限流和分压作用，稳压电起限流和分压作用，稳压电路的输入电压路的输入电压U Ui i来自整流滤波电路的输出电压。来自整流滤波电路的输出电压。稳压管稳压电路的工作原理如下：稳压管稳压电路的工作原理如下：当输入电压当输入电压U Ui i波动时，会引起输出电压波动时，会引起输出电压U Uo o波动。如波动。如U Ui i升高将引起升高将引起U U0 0=U Uz z随之升高，这会导致稳压管的电流随之升高，这会导致稳压管的电流U U0 0急剧增加，因此电阻急剧增加，因此电阻R R上的上的电流电流I IR R和电压和电压U UR R也跟着迅速增大，也跟着迅速增大，U UR R的增大抵消了的增大抵消了U Ui i的增加，从而使的增加，从而使输出电压输出电压U U0 0基本上保持不变。这一自动调压过程可表示如下：基本上保持不变。这一自动调压过程可表示如下：7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回反之，当反之，当U Ui i减小时，减小时，U UR R相应减小，仍可保持相应减小，仍可保持U U0 0基本不变。基本不变。当负载电流当负载电流I I0 0变化引起输出电压变化引起输出电压U U0 0发生变化时，同样会引起发生变化时，同样会引起I IZ Z的的相应变化，使得相应变化，使得U U0 0保持基本稳定。如当保持基本稳定。如当I I0 0增大时，增大时，I IR R和和U UR R均会随之增均会随之增大而使大而使U U0 0下降，这将导致下降，这将导致I IZ Z急剧减小，使急剧减小，使I IR R仍维持原有数值，保持仍维持原有数值，保持U UR R不变，从而使不变，从而使U U0 0得到稳定。得到稳定。可见，这种稳压电路中稳压管可见，这种稳压电路中稳压管VDVDZ Z起着自动调节的作用，电阻起着自动调节的作用，电阻R R一方面保证稳压管的工作电流不超过最大稳定电流一方面保证稳压管的工作电流不超过最大稳定电流I IZMZM；另一方面还；另一方面还起到电压补偿作用。起到电压补偿作用。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页7.3.27.3.2串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路硅稳压管稳压电路虽很简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，硅稳压管稳压电路虽很简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大。另外，输出电压不可调且稳定性也不够理想。负载电流不能太大。另外，输出电压不可调且稳定性也不够理想。若要获得稳定性高且连续可调的输出直流电压，可以采用由三极管若要获得稳定性高且连续可调的输出直流电压，可以采用由三极管或集成运算放大器所组成的串联型直流稳压电路。或集成运算放大器所组成的串联型直流稳压电路。1.1.电路的组成电路的组成串联型直流稳压电路的基本原理图如串联型直流稳压电路的基本原理图如图图7-167-16所示所示整个电路由四部分组成：整个电路由四部分组成：（1 1）取样环节。由）取样环节。由R R1 1，R RP P，R R2 2组成的分压电路构成。组成的分压电路构成。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页它将输出电压它将输出电压U U0 0分出一部分作为取样电压分出一部分作为取样电压U Uf f送到比较放大环节。送到比较放大环节。（2 2）基准电压。由稳压二极管）基准电压。由稳压二极管VDVDZ Z和电阻和电阻R R3 3构成的稳压电路组成。构成的稳压电路组成。它为电路提供一个稳定的基准电压它为电路提供一个稳定的基准电压U UZ Z，作为调整、比较的标准。，作为调整、比较的标准。设设V V2 2发射结电压发射结电压U UBE2BE2可以忽略，则：可以忽略，则：或或用电位器用电位器R RP P即可调节输出电压即可调节输出电压U U0 0的大小，但的大小，但U U0 0必定大于或等于必定大于或等于U UZ Z。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页（3 3）比较放大环节。由）比较放大环节。由V V2 2和和R R4 4构成的直流放大电路组成。其作构成的直流放大电路组成。其作用是将取样电压用是将取样电压U Uf f与基准电压与基准电压U UZ Z之差放大后去控制调整管之差放大后去控制调整管V V1 1。（4 4）调整环节。由工作在线性放大区的功率管）调整环节。由工作在线性放大区的功率管V V1 1组成。组成。V V1 1的基的基极电流极电流I IB1B1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流I IC1C1和集、射电压和集、射电压U UCE1CE1改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。2.2.工作原理工作原理电路的工作原理如下：电路的工作原理如下：当输入电压当输入电压U Ui i或输出电流或输出电流I I0 0变化引起输出电压变化引起输出电压U U0 0增加时，取样电增加时，取样电压压U Uf f相应增大，使相应增大，使V V2 2管的基极电流管的基极电流I IB2B2和集电极电流和集电极电流I IC2C2随之增加，随之增加，V V2 2管的集电极电位管的集电极电位U UC2C2下降，下降，7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页因此因此V V1 1管的基极电流管的基极电流I IB1B1下降，下降，I IC1C1下降，下降，U UCE1CE1增加，增加，U U0 0下降，从下降，从而使而使U U0 0保持基本稳定。这一自动调压过程可以表示如下：保持基本稳定。这一自动调压过程可以表示如下：7.3.3 7.3.3 集成稳压器集成稳压器由分立组件组成的直流稳压电路需要外接不少元件，因而体积由分立组件组成的直流稳压电路需要外接不少元件，因而体积大，使用不便。集成稳压器是将稳压电路的主要元件甚至全部元件大，使用不便。集成稳压器是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。作可靠等特点。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页1 1三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器三端型集成稳压器有三个接线端，即输入端、输出端和公共端。三端型集成稳压器有三个接线端，即输入端、输出端和公共端。三端固定输出集成稳压器通用产品有三端固定输出集成稳压器通用产品有W 78XX W 78XX 系列（正电源）和系列（正电源）和W79XXW79XX系列（负电源），其型号的意义为：（系列（负电源），其型号的意义为：（1 1）W78XXW78XX或或W 79XXW 79XX后面后面所加的字母表示额定输出电流。如所加的字母表示额定输出电流。如L L表示表示0.1A0.1A，M M表示表示0.5A0.5A，无字母，无字母表示表示1.5A1.5A；（；（2 2）最后的两位数字表示额定电压。如）最后的两位数字表示额定电压。如W7805W7805表示输出表示输出电压为电压为+5V+5V，额定电流为，额定电流为1.5A1.5A。如。如图图7-187-18所示为所示为W 78XXW 78XX和和W 79W 79系列稳系列稳压器的外形和管脚排列图。压器的外形和管脚排列图。（1 1）基本电路应用电路）基本电路应用电路图图7-197-19是是W7800W7800系列集成稳压器输出固定电压的稳压电路。系列集成稳压器输出固定电压的稳压电路。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页输入端的电容输入端的电容C C2 2用以抵消其较长接线的电感效应，防止产生自用以抵消其较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，（接线不长时可以不用），激振荡，（接线不长时可以不用），C C2 2一般在一般在0.11uF0.11uF。输出端的电。输出端的电容容C C3 3用来改善暂态响应，使瞬时增减负载电流时不致引起输出电压用来改善暂态响应，使瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动，削弱电路的高频噪声，有较大的波动，削弱电路的高频噪声，C C3 3可用可用1 1 u uF F电容。电容。W7900W7900系列输出固定负电压稳压电路，其工作原理及电路的组成系列输出固定负电压稳压电路，其工作原理及电路的组成与与W7800W7800系列基本相同，实际中，可根据负载所需电压及电流的大小系列基本相同，实际中，可根据负载所需电压及电流的大小选择不同型号的集成稳压器。选择不同型号的集成稳压器。若输出电压比较高，应在输入端与输出端之间跨接一个保护二若输出电压比较高，应在输入端与输出端之间跨接一个保护二极管极管VDVD，如，如图图7-197-19中的虚线所示。其作用是在输入端短路时，使输中的虚线所示。其作用是在输入端短路时，使输出通过二极管放电，以保护集成稳压器内部的调整管。输入直流电出通过二极管放电，以保护集成稳压器内部的调整管。输入直流电压压U U i i的值应至少比的值应至少比U U o o高高3V3V。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页（2 2）提高输出电压的电路）提高输出电压的电路如果实际需要的直流电压超过集成稳压器的电压数值，可外接如果实际需要的直流电压超过集成稳压器的电压数值，可外接一些元件提高输出电压，如一些元件提高输出电压，如图图7-207-20所示电路。图中所示电路。图中R R1 1、R R2 2为外接电阻，为外接电阻，R R1 1两端的电压为集成稳压器的额定电压两端的电压为集成稳压器的额定电压U U0000，R R1 1上流过的电流上流过的电流 ，集成稳压器的静态电流为，集成稳压器的静态电流为I IQ Q。可以看出可以看出稳压电路的输出电压为稳压电路的输出电压为7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页由于由于I IQ Q一般很小，一般很小，因此输出电压为，因此输出电压为 由此可以看出，改变外接电阻由此可以看出，改变外接电阻R R 1 1、R R 2 2可以提高输出电压。可以提高输出电压。（3 3）扩大输出电流的电路）扩大输出电流的电路三端集成稳压器的输出电流有一定的限制，例如三端集成稳压器的输出电流有一定的限制，例如1.5A1.5A，0.5A0.5A或或0.1A0.1A。当负载所需电流大于现有三端稳压器的输出电流时，可以通。当负载所需电流大于现有三端稳压器的输出电流时，可以通过外接功率管的方法来扩大输出电流，其电路如过外接功率管的方法来扩大输出电流，其电路如图图7-217-21所示，图中所示，图中I I3 3为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以 ，则可得：则可得：7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页式中，式中，为功率管的电流放大系数，为功率管的电流放大系数，I IC C为功率管的集电极电流。为功率管的集电极电流。设设 ，R R0.50.5，I I2 21A1A，则可由上式计算出，则可由上式计算出I I0 05A5A，可见，可见I I0 0比比I I2 2扩大了。电阻扩大了。电阻R R的作用是使功率管在输出电流较大的作用是使功率管在输出电流较大时才能导通，其阻值可按下式确定：时才能导通，其阻值可按下式确定：（4 4）输出正、负电压的电路）输出正、负电压的电路将将W78XXW78XX系列和系列和W79XXW79XX系列稳压器组成如系列稳压器组成如图图7-227-22所示的电路，可所示的电路，可以输出正、负电压。以输出正、负电压。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页2.2.三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。可调式三端稳压器种类很多，常用的的稳压电路，应用更为灵活。可调式三端稳压器种类很多，常用的是是CW117CW117和和CW137CW137系列，前者输出连续可调正电压系列，前者输出连续可调正电压1.25V37V1.25V37V，后者输，后者输出连续可调负电压出连续可调负电压1.25V1.25V37V37V，它们的基准电压，它们的基准电压U UREFREF为为1.25V1.25V，可，可输出额定电流为输出额定电流为0.1A0.1A，0.5A0.5A或或1.5A1.5A。图图7-237-23为为 CW117CW117，CW137CW137的外形的外形和管脚排列图。和管脚排列图。7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页图图7-247-24为三端可调输出集成稳压器的基本应用电路。为防止输为三端可调输出集成稳压器的基本应用电路。为防止输入端发生短路时，入端发生短路时，C C4 4向稳压器反向放电而损坏，故在稳压器两端反向稳压器反向放电而损坏，故在稳压器两端反向并一只二极管向并一只二极管VDVD1 1。VDVD2 2则是为防止因输出端发生短路则是为防止因输出端发生短路C C2 2向调整端放向调整端放电可能损坏稳压器而设置的。电可能损坏稳压器而设置的。C C2 2可减小输出电压的纹波。可减小输出电压的纹波。R R1 1 、R Rp p 构构成取样电路，可通过调节成取样电路，可通过调节R Rp p来改变输出电压的大小。来改变输出电压的大小。其输出电压的大小可表示为其输出电压的大小可表示为:由于基准电流由于基准电流 ，可以忽略，基准电压，可以忽略，基准电压 ，所以所以7.3 7.3 稳压电路稳压电路下一页 返回上一页可见，当可见，当R R2 2=0=0时，时，U Uo o=1.25V=1.25V，当，当R R2 2=2.2k=2.2k时，时，U Uo o24V24V。为保证电路在负载开路时能正常工作，为保证电路在负载开路时能正常工作，R R1 1的选取很重要。由于的选取很重要。由于元件参数具有一定的分散性，实际运用中可选取静态工作电流元件参数具有一定的分散性，实际运用中可选取静态工作电流I IQ Q=10mA=10mA，于是，于是R R1 1可确定为可确定为取标称值取标称值120120。若。若R R1 1的取值太大，会使输出电压偏高。的取值太大，会使输出电压偏高。7.3 7.3 稳压电路稳压电路返回上一页7.4.17.4.1开关型稳压电源的特点及分类开关型稳压电源的特点及分类1.1.开关型稳压电源的特点开关型稳压电源的特点(1)(1)损耗小、效率高损耗小、效率高 开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，因此管耗小、效率高，通常效率可达因此管耗小、效率高，通常效率可达80809090左右。左右。(2)(2)体积小、重量轻体积小、重量轻 开关型稳压电源发热小，因此调整管只需开关型稳压电源发热小，因此调整管只需加较小的散热片，同时由于一般开关型稳压电源直接采用加较小的散热片，同时由于一般开关型稳压电源直接采用220V220V交流交流电源整流而不需电源变压器，使得重量大为减轻，体积也随之减小。电源整流而不需电源变压器，使得重量大为减轻，体积也随之减小。(3)(3)稳压范围宽稳压范围宽 开关型稳压电源在输入交流电源电压变化较大开关型稳压电源在输入交流电源电压变化较大时，输出直流电压的波动一般小于时，输出直流电压的波动一般小于2 2。7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回如额定输入电压为如额定输入电压为220V220V的开关型稳压电源，一般允许输入电压的开关型稳压电源，一般允许输入电压在在130260V130260V变化。变化。(4)(4)滤波电容小滤波电容小 开关型稳压电源一般工作在几十千赫兹的高频开关型稳压电源一般工作在几十千赫兹的高频下，因此所需滤波电容小，滤波效果好。下，因此所需滤波电容小，滤波效果好。(5)(5)安全可靠安全可靠 开关型稳压电源中一般具有多种保护电路，即使开关型稳压电源中一般具有多种保护电路，即使负载短路也能可靠保护。负载短路也能可靠保护。2.2.开关型稳压电源的分类开关型稳压电源的分类开关型稳压电源的类型很多，按开关三极管的连接方式分有串开关型稳压电源的类型很多，按开关三极管的连接方式分有串联型和并联型；按稳压电路的启动方式分有他激式和自激式；按稳联型和并联型；按稳压电路的启动方式分有他激式和自激式；按稳压电路的控制方式分有脉冲宽度调整方式和脉冲频率调整方式。压电路的控制方式分有脉冲宽度调整方式和脉冲频率调整方式。7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页7.4.27.4.2开关型稳压电源的工作原理开关型稳压电源的工作原理开关型稳压电源一般由整流电路、开关电路、滤波电路和反馈开关型稳压电源一般由整流电路、开关电路、滤波电路和反馈电路几部分组成，下面以串联型脉冲宽度调整方式的开关型稳压电电路几部分组成，下面以串联型脉冲宽度调整方式的开关型稳压电源为例简述其电路结构和工作原理。源为例简述其电路结构和工作原理。开关型稳压电源的原理框图如开关型稳压电源的原理框图如图图7-257-25所示。图中整流滤波电路所示。图中整流滤波电路的作用是将输入的交流电压的作用是将输入的交流电压u ui i变换为直流电压变换为直流电压U Ui i；VTVT是高压开关三极是高压开关三极管，受开关脉冲控制以稳定输出电压；方波发生器的作用是产生开管，受开关脉冲控制以稳定输出电压；方波发生器的作用是产生开关脉冲并根据输出端的反馈信号来调整脉冲宽度；取样反馈电路的关脉冲并根据输出端的反馈信号来调整脉冲宽度；取样反馈电路的作用是检测输出直流电压作用是检测输出直流电压U Uo o的变化并送方波发生器（即脉宽调整电的变化并送方波发生器（即脉宽调整电路）；路）；7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页L L和和C C的作用是滤波，的作用是滤波，VDVD的作用是续流，三者共同作用使负载的作用是续流，三者共同作用使负载R RL L上获得平稳的直流电压上获得平稳的直流电压U UO O。稳压电路的工作原理是：当方波发生器输出高电平时，稳压电路的工作原理是：当方波发生器输出高电平时，VTVT饱和饱和导通导通(U(UCESCES0)0)，使，使A A点对地电压点对地电压 ；当方波发生器输出；当方波发生器输出低电平时，低电平时，VTVT截止，截止，A A点对地电压为零。若用点对地电压为零。若用t tonon表示开关管的导通时表示开关管的导通时间，用间，用t toffoff表示开关管的截止时间，用表示开关管的截止时间，用T T表示开关管的工作周期（即表示开关管的工作周期（即方波发生器的脉冲周期），则方波发生器的脉冲周期），则T=tT=tonon+t toffoff。A A点的电压波形如点的电压波形如图图7-7-2626所示。所示。设开关管的导通时间设开关管的导通时间t tonon与工作周期之比为占空比与工作周期之比为占空比D D，则有，则有7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页因此输出电压的平均值为因此输出电压的平均值为由此可知，在输入电压由此可知，在输入电压U Ui i一定时，通过调整占空比一定时，通过调整占空比D D（即脉冲宽（即脉冲宽度度t tonon)可以改变输出电压可以改变输出电压U Uo o的值；同理在输入电压的值；同理在输入电压U Ui i变化时，也可以变化时，也可以通过调整占空比通过调整占空比D D来保持输出电压来保持输出电压U Uo o基本不变，从而实现了输出电压基本不变，从而实现了输出电压的稳定。的稳定。由于开关管的输出电压由于开关管的输出电压u uA A为直流脉冲电压，不能直接输出到负为直流脉冲电压，不能直接输出到负载，为此在载，为此在u uA A与负载与负载R RL L之间接入了由之间接入了由L,CL,C组成的滤波和组成的滤波和VDVD构成的续流构成的续流电路，以保持负载中电流的连续和负载两端电压的稳定。一般开关电路，以保持负载中电流的连续和负载两端电压的稳定。一般开关型稳压电源的开关频率在型稳压电源的开关频率在10100kHz10100kHz之间，开关频率高，之间，开关频率高，7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页所需滤波电容所需滤波电容C C和电感和电感L L的值就相对减小，有利于开关型稳压电的值就相对减小，有利于开关型稳压电源的成本降低，体积减小。源的成本降低，体积减小。7.4.37.4.3集成开关稳压器集成开关稳压器常见的集成开关稳压器通常分为两类，一类是单片集成脉宽调常见的集成开关稳压器通常分为两类，一类是单片集成脉宽调制器，其代表产品有制器，其代表产品有CW1524CW1524等，这类脉宽调制器需外接开关功率管，等，这类脉宽调制器需外接开关功率管，电路复杂，但应用灵活。另一类是单片集成开关稳压器，它是将脉电路复杂，但应用灵活。另一类是单片集成开关稳压器，它是将脉宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，其代表产品有宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，其代表产品有CW4900/4962CW4900/4962等，这类集成开关稳压器集成度更高，使用方便。等，这类集成开关稳压器集成度更高，使用方便。7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页1.CW15241.CW1524稳压器稳压器CW1524CW1524系列是采用双极性工艺制作的模拟、数字混合集成电路，系列是采用双极性工艺制作的模拟、数字混合集成电路，内部电路包括：误差放大器、振荡器、脉宽调制器、触发器、两只内部电路包括：误差放大器、振荡器、脉宽调制器、触发器、两只输出功率晶体管及过流、过热保护电路等，输出功率晶体管及过流、过热保护电路等，CW1524/2524/3524CW1524/2524/3524的区的区别在于工作结温不同。其最大输入电压为别在于工作结温不同。其最大输入电压为40V40V，最高工作频率为，最高工作频率为100KHz100KHz，内部基准电压为，内部基准电压为5V5V，能够承受的负载能力为，能够承受的负载能力为50mA50mA，封装形，封装形式为双列直插式，引脚排列如式为双列直插式，引脚排列如图图7-257-25所示。所示。各管脚的功能为：各管脚的功能为：1 1、2 2脚分别是误差放大器的反相与同相输入脚分别是误差放大器的反相与同相输入端，端，3 3脚为振荡器输出端，脚为振荡器输出端，4 4、5 5脚为限流取样端，脚为限流取样端，6 6、7 7脚为外接定时脚为外接定时电阻和定时电容端，电阻和定时电容端，8 8脚是接地端，脚是接地端，9 9脚是补偿端，脚是补偿端，7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页1010脚是关闭控制端，脚是关闭控制端，1111、1212脚分别是输出端，脚分别是输出端，1616脚是基准电压脚是基准电压端。端。图图7-267-26所示为由所示为由CW1524CW1524构成的开关型稳压电路。构成的开关型稳压电路。各管脚的工作情况：整流输出电压各管脚的工作情况：整流输出电压U U1 1由由1515脚输入，取样误差电脚输入，取样误差电压经压经R R1 1、R R2 2分压加于分压加于1 1脚，脚，1616脚来的基准电压经脚来的基准电压经R R3 3、R R4 4分压后加于分压后加于2 2脚。脚。6 6、7 7脚的脚的R R5 5、C C2 2决定振荡器的振荡频率，决定振荡器的振荡频率，9 9脚的脚的R R6 6、C C3 3用于防止电路用于防止电路产生寄生振荡，引脚产生寄生振荡，引脚1111、1212、1313、1414分别连接在一起，将输出管分别连接在一起，将输出管A A和和输出管输出管B B并联运行去驱动外接的调整管并联运行去驱动外接的调整管T T1 1、T T2 2 。R R7 7为限流电阻，为限流电阻，L L、C C4 4是外接的滤波器，是外接的滤波器，D D3 3是续流二极管，是续流二极管，R R0 0为过流保护检测电阻。该电为过流保护检测电阻。该电路本身有独立的振荡器，为他激式开关稳压电源，可提供路本身有独立的振荡器，为他激式开关稳压电源，可提供1A1A、5A5A的的输出。输出。7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页2.CW49622.CW4962稳压器稳压器CW4962CW4962将开关功率管集成在芯片内部，构成电路时，只需少量将开关功率管集成在芯片内部，构成电路时，只需少量外围元件。其最大输入电压为外围元件。其最大输入电压为46V46V，输出电压范围为，输出电压范围为5.140V5.140V连接可连接可调。变换效率为调。变换效率为90%90%，工作频率高达，工作频率高达100kHz100kHz，脉冲占空比也可以在，脉冲占空比也可以在（01000100）%内调整。该器件具有慢起动、过流、过热保护功能。内调整。该器件具有慢起动、过流、过热保护功能。CW4960CW4960额定输出电流为额定输出电流为2.5A2.5A，过流保护为，过流保护为34.5A34.5A，只需很小的散热，只需很小的散热片。它采用单列片。它采用单列7 7脚封装形式，如脚封装形式，如图图7-277-27（a a）所示。所示。CW 4962CW 4962额定输额定输出电流出电流1.5A1.5A，过流保护电流为，过流保护电流为2 23.5A3.5A，不用散热片，它采用双列直，不用散热片，它采用双列直插式插式1616脚封装，如脚封装，如图图7-277-27（b b）所示。所示。7.4 7.4 开关型稳压电路开关型稳压电路下一页 返回上一页由于由于CW4962CW4962内部电路完全相同，因此它们的应用电路也完全相内部电路完全相同，因此它们的应用电路也完全相同，其典型应用电路如同，其典型应用电路如图图7-287-28所示。输入端所接电容所示。输入端所接电容C C1 1可以减小输可以减小输出电压