直流稳压电源教学课件

电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。直流电源的方框图如图15.01所示。1.1.1 单相桥式整流电路(1)(1)工作原理工作原理 单单相相桥桥式式整整流流电电路路是是最最基基本本的的将将交交流流转转换换为为直直流流的的 电电 路路，其其 电电 路路 如如 图图15.02（a）所示。）所示。（a）桥式整流电路（b）波形图图15.02单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路 中中的的二二极极管管是是作作为为开开关关运运用用，具具有有单单向向导导电电性。性。根据图根据图15.02(a)的电路图可知：的电路图可知：当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。电阻上得到正弦波的正半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图电路的波形图见图15.02(b)。当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。电阻上得到正弦波的负半周。根据图根据图15.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压。）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为（2）参数计算流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压1.1.2 滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L型）型）（c）型滤波电路型滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或电感并联，或电感与负载与负载RL串联。串联。一、电容滤波电路一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi01、空载时的情况输出电压为U2，二极管承受的最高反向电压URM=2U22、接负载的情况在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内冲得的电荷，所以充电电流较大。3、结论（1）二极管的导通角，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。一、电容滤波电路一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi0（2）输出电流的平均值大UL由放电时间常数决定=RLCRLCUL一般取RLC（35）T（半波整流）RLC（35）T/2（全波整流）此时，输出电压的平均值为通常取来估算。一、电容滤波电路一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi0（3）脉动系数小（按桥式整流电路计算，参见清华本）（4）电路的外特性一般情况ULI00.45U2半波0.9U2全波SI0157%67%半波全波外特性滤波特性电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。一、电容滤波电路一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi04、电路参数的近似估算（1）整流二极管的选择滤波电容的容量愈大，导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。但流过整流管的平均电流：半波整流时：全波整流时：整流管的耐压：由于电容电压最高为U2，所以UDRM=一、电容滤波电路一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi04、电路参数的近似估算（2）滤波电容的估算容量：C耐压：（3）变压器次级参数的估算U2=U0/1.2（全波整流）I2=（1.52）I0一、电容滤波电路一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi05、小结电路形式变压器次级电压（有效值）负载开路时的输出电压带负载时输出电压（估算值）整流管的最大反向电压UDRM整流管的平均电流半波U2U2mU22U2I0全波U2+U2U2m1.2U22U2I0/2桥式U2U2m1.2U2U2I0/2二、电感滤波电路二、电感滤波电路u0Ltt工作原理：当忽略电感线圈的直流电阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。特点：（1）电感滤波电路的外特性是很平坦的，U0随I0增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。I00.9U2三、电感滤波电路三、电感滤波电路特点：（2）导通角=，因而避免了过大的冲击电流。（3）输出电压没有电容滤波高。电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。（4）缺点：电感体积大，成本高，输出电压稍低。（5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。u0LttI00.9U2C1.2.1 稳压电源概述1.2.2 线性串联型稳压电源1.2.3 集成稳压电源（三端集成稳压器及其应用）引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输输入电压的变化，入电压的变化，参见参见图图16.0116.01。一、引起输出电压不稳定的原因一、引起输出电压不稳定的原因负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。从而使输入电压发生变化。图图16.0116.01稳压电源方框图稳压电源方框图即1.2.2 线性串联型稳压电源线性串联型稳压电源 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。大，效率低。一、线性串联型稳压电路的工作原理二、稳压电路的保护环节一、线性串联型稳压电路的工作原理一、线性串联型稳压电路的工作原理(1)(1)线性串联型稳压电源的构成线性串联型稳压电源的构成线性串联稳压电源的工作原理可用图线性串联稳压电源的工作原理可用图16.0316.03来说明。来说明。显然，VO=VI-VR，当VI增加时，R受控制而增加，使VR增加，从而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IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而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。图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图 图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图 在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，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。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图16.04所示。它由调调整整管管、放放大大环环节节、比比较较环环节节、基基准准电电压压源源几个部分组成。图图16.04 16.04 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图(2)(2)线性串联型稳压电源的工作原理线性串联型稳压电源的工作原理 根根 据据 图图 16.0416.04分分两种情况两种情况来加以讨论。来加以讨论。1 1输入电压变化，输入电压变化，负载电流保持不变负载电流保持不变 输输入入电电压压VI的的增增加加，必必然然会会使使输输出出电电压压VO有有所所增增加加，输输出出电电压压经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号Vf与与基基准准源源电电压压VREF比比较较，获获得得误误差差信信号号V。误误差差信信号号经经放放大大后后，用用VO1去去控控制制调调整整管管的的管管压压降降VCE增增加加，从从而而抵消输入电压增加的影响。抵消输入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO（动画16-2）2 2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负负载载电电流流IL的的增增加加，必必然然会会使使输输入入电电压压VI有有所所减减小小，输输出出电电压压VO必必然然有有所所下下降降，经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号Vf与与基基准准源源电电压压VREF比比较较，获获得得的的误误差差信信号号使使VO1增增加加，从从而而使使调调整整管管的的管管压压降降VCE下下降降，从而抵消因从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。增加，使输入电压减小的影响。ILVIVOVfVO1VCEVO3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算根据图根据图16.0416.04可知可知VfVREF调节调节R2显然可以改变输出电压。显然可以改变输出电压。（动画16-1）1.2.3 1.2.3 集成稳压电源集成稳压电源一、集成稳压电路一、集成稳压电路1.输输出出电电压压固固定定的的三三端端集集成成稳稳压压器器 （正正电电压压 78 、负负电电压压 79 ）恒流源恒流源基准电压电路基准电压电路调整电路调整电路比较放大比较放大减流保护减流保护过热保护过热保护启动电路启动电路取取样样电电路路2.可调式三端集成稳压器（正电压可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压、负电压LM337）输出电压输出电压基准电压Iadj调整管TVREFIVBVI+VoR2R1I2I1一、集成稳压电路一、集成稳压电路1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端1、W7800系列稳压器外形及接线图系列稳压器外形及接线图+_W7805UI+_Uo132CICo1F+1V+5V注意：注意：输入与输出端输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！二、集成稳压电路的应用二、集成稳压电路的应用1端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端2、W7900系列稳压器外形及接线图系列稳压器外形及接线图+W7905UI+Uo231CICo1F-1V-5V二、集成稳压电路的应用二、集成稳压电路的应用u2u1 C1300FU1=220VU2=8VUC1=1.2 U2=9.6VUo=5V+_CoW7805+_Uo1321FRLCI二、集成稳压电路的应用二、集成稳压电路的应用3、实际应用接线图、实际应用接线图4.可调式应用举例可调式应用举例二、集成稳压电路的应用二、集成稳压电路的应用三、三端集成稳压器三、三端集成稳压器(1)(1)概述概述 将将串串联联稳稳压压电电源源和和保保护护电电路路集集成成在在一一起起就就是是集集成成稳稳压压器器。早早期期的的集集成成稳稳压压器器外外引引线线较较多多，现现在在的的集集成成稳稳压压器器只只有有三三个个：输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端，称称为为三三端端集集成成稳压器。稳压器。它的电路符号见图它的电路符号见图16.0716.07，外形如图，外形如图16.0816.08所示。所示。图图16.07 16.07 集成稳压器符号集成稳压器符号要特别注意，不同型号，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。同的，要查手册确定。图图16.08 16.08 外形图外形图照片(2)(2)线性三端集成稳压器的分类线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：三端集成稳压器有如下几种：1.1.三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-5.5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6.6.大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3-为民品级为民品级。军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150；工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150；民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。(3)(3)应用电路应用电路三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器的的典型应用电路如图典型应用电路如图16.0916.09所示。所示。可可调调输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器的的内内部部，在在输输出出端端和和公公共共端端之之间间是是1.251.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。16.0916.09应用电路应用电路(固定固定)三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的的典型应用电路如图典型应用电路如图16.116.1所示。所示。图图16.116.1应用电路应用电路(可调可调)（4 4）利用三端集成稳压器组成恒流源）利用三端集成稳压器组成恒流源 图图16.1116.11稳压器做恒流源稳压器做恒流源图图16.1216.12可调稳压器做恒流源电路可调稳压器做恒流源电路 (a)(a)小电流恒流源小电流恒流源 (b)b)大电流恒流源大电流恒流源 三端集成稳压器可三端集成稳压器可 做做恒流源恒流源使用使用,电路见电路见 图图16.1116.11和和16.1216.12。（5 5）可调式应用举例可调式应用举例本 章 小 结直流稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，滤波电路可减小脉动使直流电压平滑，稳压电路的作用是在 电网电压波动或负载电流变化时保持输出电压基本不变。整流电路有半波和全波两种，最常用的是单相桥式整流电路。分析整流电路时，应分别判断在变压器副边电压正、负半周两种情况下二极管的工作状态，从而得到负载两端电压、二极管端电压及其电流波形并由此得到输出电压和 电流的平均值，以及二极管的最大整流平均电流和所能承受的最高反向电压。滤波电路通常有电容滤波、电感滤波和复式滤波，本章重点介绍了电容滤波电路。稳压管稳压电路结构简单，但输出电压不可调，仅适用于负载电流较小且其变化范围也较小的情况。在串联型稳压电源中，调整管、基准电压电路、输出电压取样电路和比较放大电路是基本组成部分。电路中引入了深度电压负反馈，从而使输出电压稳定。集成稳压器仅有输入端、输出端和公共端三个引出端，使用方便，稳压性较好。谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生