第七章 直流稳压电源

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,(7-,*,),第七章 直流稳压电源,7.1 直流稳压电源的组成和功能,7.5 集成稳压电源,7.3 滤波电路,7.2 单相整流电路,7.4 稳压电路,1,电源变压器: 将交流电网电压,u,1,变为合适的交流电压,u,2,。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,u,1,u,2,u,3,u,4,u,o,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,整流电路: 将交流电压,u,2,变为脉动的直流电压,u,3,。,滤波电路: 将脉动直流电压,u,3,转,变为平滑的直流电压,u,4,。,稳,压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压,u,0,的稳定。,7.1 直流稳压电源的组成和功能,2,整流电路的任务,是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。下面主要介绍前三种。,为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,7.2 单相整流电路,3,7.2.1 单相半波整流电路的工作原理,u,2,0,时，二极管导通。,二极管导通,i,0,u,1,u,2,a,T,b,D,R,L,u,0,忽略二极管正向压降：,u,0,=u,2,4,7.2.1 单相半波整流电路的工作原理,u,2,0,时,D,1,D,3,导通,D,2,D,4,截止,电流通路:,由,+经,D,1,R,L,D,3,-,u,2,0 时,D,2,D,4,导通,D,1,D,3,截止,电流通路:,由,-经,D,2,R,L,D,4,+,输出是脉动的直流电压！,u,2,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,u,D4,u,D2,u,D3,u,D1,u,o,u,2,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,+,-,12,几种常见的硅整流桥,+,A C -,+-,+ -,13,7.2.4 整流电路的主要参数,1、整流输出电压平均值（,U,0,）,负载电压,U,0,的平均值为:,负载上的(平均)电流:,恒量整流电路的性能指标主要有两个，其一是整流输出电压的平均值,U,o,；,其二是输出电压的脉动系数,S。,14,S,定义为整流输出电压的基波峰值,U,01M,与平均值,U,0,之比。,2、脉动系数,用傅氏级数对全波整流的输出,u,0,分解后可得:,15,平均电流,(,I,D,),与反向峰值电压,(,U,RM,),是选择整流管的主要依据。,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,I,D,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：,整流电路中整流管的选择,16,7.3 滤波电路,滤波原理:,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件,电容,两端的电压(或通过,电感,中的电流)不能突变的特性, 将,电容,与负载,R,L,并联(或将,电感,与负载,R,L,串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,17,7.3.1 电容滤波电路,桥式整流电容滤波电路,u,1,u,2,u,1,a,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,S,C,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,1、,滤波原理,18,u,1,u,2,u,1,a,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,S,C,R,L,未接入时,u,2,t,u,0,t,设,t,1,时刻接通电源,t,1,整流电路为电容充电,充电结束,忽略整流电路内阻,没有电容时的输出波形,19,u,1,u,2,u,1,a,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,S,C,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,u,2,t,u,0,t,忽略整流电路内阻,电容通过,R,L,放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，,u,0,会逐渐下降。,20,u,1,u,2,u,1,a,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,S,C,u,2,t,u,0,t,忽略整流电路内阻,只有整流电路输出电压大于,u,0,的时间区间，才有充电电流。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出电流,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,21,u,1,u,2,u,1,a,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,S,C,u,2,t,u,0,t,考虑整流电路内阻,电容充电时，电容电压滞后于,u,2,。,整流电路的输出电流,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,R,L,C,越小，输出电压越低,22,一般取,(,T:,电源电压的周期),近似估算:,U,0,=1.2U,2,。,(2) 流过二极管瞬时电流很大,R,L,C,越大,U,0,越高,负载电流的平均值越大,整流管导电时间越短,i,D,的峰值电流越大,故一般选管时，取,2、电容滤波电路的特点,(1) 输出电压,U,0,与时间常数,R,L,C,有关,R,L,C,愈大,电容器放电愈慢,U,0,(,平均值)愈大，,23,输出波形随负载电阻,R,L,或,C,的变化而改变,U,0,和,S,也随之改变。,如:,R,L,愈小(,I,0,越大),U,0,下降多,S,增大。,电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。,(3)、输出特性(外特性):,u,L,电容,滤波,纯电阻负载,1.4,U,2,0.9,U,2,0,I,L,结论,24,7.3.2 电感滤波,电感滤波电路,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感,L,就构成了电感滤波电路。,u,2,u,1,R,L,L,u,0,25,（1）滤波原理:,对直流分量(,f,=0):X,L,=0,相当于短路,电压大部分降在,R,L,上。对谐波分量:,f,越高,X,L,越大,电压大部分降在,X,L,上。,因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。,U,0,=0.9U,2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,u,2,u,1,R,L,L,u,0,26,（2）电感滤波的特点:,整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(,R,L,较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,u,2,u,1,R,L,L,u,0,27,7.3.3,RC-,滤波,为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法, 如在电容滤波后再接一级,RC,滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成,RC-,型或,L-C,型滤波电路，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 。,u,0,R,u,2,u,1,C,1,C,2,u,0,R,L,28,7.4 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),在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、线性稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳压电路,。,29,7.4.1 稳压电路的主要性能指标,1、稳压系数,S,稳压系数,S,反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。,2、输出电阻,R,0,输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,30,7.4.2 串联反馈式稳压电路,一 、电路结构的一般形式,串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,31,T,+,_,U,I,+,_,+,_,U,O,比较放大,基 准,取 样,U,R,FU,O,+,_,C,2,R,L,调整元件,调整元件,T,与负载串联，通过全部负载电流。,比较放大器,可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。,调整元件,可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。,基准电压,可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压,U,O,的一部分和基准电压相比较。,因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。,32,一种实际的串联式稳压电源,二 、稳压原理,U,0,U,B2,U,BE2,=（U,B2,-U,Z,）,U,C2,U,0,当,U,I,增加或输出电流减小使,U,0,升高时,R,3,T,1,T,2,U,Z,R,R,W1,R,W2,R,1,R,W,R,2,R,L,U,O,+,_,+,_,U,I,U,B2,33,三 、输出电压的确定和调节范围,四 、影响稳压特性的主要因素,1、比较放大部分的,A,V,和电压反馈系数,F,愈大越好；,2、基准电压愈稳定越好；,3、放大部分的电源愈稳定越好；,4、调整管,r,ce,愈大越好(,r,ce,小则,U,I,引起的,U,O,大)。,34,五、改进措施,串联反馈式稳压电路,在运放理想条件下(,A,V,=,r,i,=,)：,1、增加放大级数或选用增益高的集成运放,U,I,T,R,1,R,2,U,F,U,R,+,-,R,L,U,O,Av,+,-,35,2、,采用辅助电源,(比较放大部分的电源)。,3、,用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。,六 、过流保护,为避免使用中因某种原因输出短路或过载,致使调整管流过很大的电流,使之烧坏故需有快速保护措施。常见保护电路有两类,限流型,: 把电流限制在允许范围内,不再增大；,截留型,: 过流时使调整管截止或接近截止。,七、 缺点,调整管工作在线性放大区,当负载电流较大时,其损耗(,P=U,CE,I,0,),大；电源的效率(,=,P,0,/P,i,=U,0,I,0,/,U,i,I,i,),较低。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。,36,7.5 集成稳压电源,7.5.1 简介,随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。,本节主要介绍常用的,W7800,系列,三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。,该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。,37,1,端: 输入端,2,端: 公共端,3,端: 输出端,W7800,系列稳压器外形,1,2,3,1,端: 公共端,2,端: 输入端,3,端: 输出端,W7900,系列稳压器外形,1,2,3,38,分类:,型号后,XX,两位数字,代表输出电压值,W78,系列(输出正电压),W79,系列(输出负电压),输出电压额定电压值有:,5,V、9V、12V 、18V、 24V,等 。,39,一、输出为固定电压的电路,W7800,系列稳压器 基本接线图,7.5.2 应用电路,输出为固定正压时的接法如图所示,。,输入与输出端之间的电压不得低于3,V！,C,O,W7800,C,I,U,I,+,_,+,_,U,O,1,3,2,0.11,F,1,F,40,正负电压同时输出电路,二 、输出正负电压的电路,W78XX,C,I,U,I,+,_,U,O,1,3,2,+,_,C,I,W79XX,1,3,C,O,C,O,2,U,O,41,C,O,W78XX,C,I,U,I,+,_,+,_,U,O,1,3,2,U,XX,U,Z,R,D,Z,U,XX,:,为,W78XX,固定输出电压,U,O,=U,XX,+U,Z,三 、提高输出电压的电路,42,运算放大器作为电压跟随器使用, 它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低，可以克服稳压器输出电流变化的影响。,四、,输出电压可调式电路,用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用,W7805,组成的730,V,可调式稳压电源,。,W7805,1,3,2,R,1,C,I,C,O,U,I,7,6,2,3,4,U,O,R,2,F007,0.33,33,V,10,K,0.1,43,(U,XX,=5V),同时消除了(,I,O,R,2,),一项，稳压器输出用下式表示,。,44,