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1、课程主讲人：（本科）第10章 直流电源ppt课件第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院大功率线性稳压电源大功率线性稳压电源稳压电源稳压电源稳压电源稳压电源稳压电源稳压电源第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院电网电网电压电压电源电源变压变压器器整流整流电路电路 1. 电源变压器电源变压器 把把220V(或或380V)的电网电压变换成符合整流、滤波、的电网电压变换成符合整流、滤波、稳压需要的交流电压。稳压需要的交流电压。 2. 整流电路整流电路 将变压器二次正弦交流
2、电压变换为单一方向的脉动将变压器二次正弦交流电压变换为单一方向的脉动电压。常采用具有单向导电性的二极管或晶闸管。电压。常采用具有单向导电性的二极管或晶闸管。 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院电网电网电压电压电源电源变压变压器器整流整流电路电路滤波滤波器器稳压稳压电路电路负负载载 3. 滤波电路滤波电路 将单一方向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压将单一方向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压，滤波电路主要由电容、电感等成为比较平滑的直流电压，滤波电路主要由电容、电感等储能元件组成。储能元件组成。 4. 稳压电路稳压电路 使输出的直流电压在电网波动和负
3、载电流变化时保持使输出的直流电压在电网波动和负载电流变化时保持稳定。稳定。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院?手机充电器内部结构某装备电源前级电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1. 工作原理工作原理当当u2为正半周时，为正半周时，2. 波形波形(iO、uO、uD)VD导通，导通，uO=u2 。 当当u2为负半周时，为负半周时，VD截止，截止，uO=0 0 。图图 10.2.1 10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路图图 10.2.2 10.2.2 单相半波单相半波整流电路波形图整流电路波形图uD
4、Ou tOuoO2第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院3. 参数计算参数计算 （1）输出直流电压（输出电压的平均值输出直流电压（输出电压的平均值 ） 2202O(AV)(dsin2)(dsin221ttUttUU （2）输出电流平均值）输出电流平均值IO L2LOO45. 0RURUI OU 02)(dsin221ttU 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院（3）脉动系数）脉动系数 SOO1mUUS 输出电压基波的最大值输出电压基波的最大值UO1m与其平均值与其平均值UO 之比。之比。为求为求UO1m，可将波形用傅里叶级数表示。可将波形用傅里叶级数表示。.4co
5、s15222cos322sin2222222O tUtUtUUu 1.5745. 02222 UU 说明半波整流电路的脉动很大，其基波的峰值约为平说明半波整流电路的脉动很大，其基波的峰值约为平均值的均值的1.57倍。倍。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院（1）二极管正向平均电流）二极管正向平均电流ID （2）二极管的反向电压最大值）二极管的反向电压最大值URM 3.二极管的选择二极管的选择第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院选择二极管的最高反向工作电压选择二极管的最高反向工作电压UR 由于允许电网电压有由于允许电网电压有10%的波动，为了安全起见，的波动，为了
6、安全起见，选择二极管时，变压器二次电压大约要高出选择二极管时，变压器二次电压大约要高出10%，选择，选择二极管的最大整流电流二极管的最大整流电流IF 优点：优点：使用元件少。使用元件少。缺点：缺点：输出波形脉动大；输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率直流成分小；变压器利用率低。低。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 例例10.2.1 单相半波整流电路如图所示，已知负载电阻单相半波整流电路如图所示，已知负载电阻RL=750，变压器二次电压的有效值，变压器二次电压的有效值18V，试求，试求 (1)输出电压的平均值输出电压的平均值UO、二极管正向平均电流、二极管正向平均电流ID
7、、二极管最大反向峰值电压二极管最大反向峰值电压URM； (2)选择二极管。选择二极管。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院输出电压的平均值输出电压的平均值 UOV .18V 1845. 045. 02O UU解：解： (1) UO、IO、ID输出电流的平均值输出电流的平均值 IOmA 8 .10mA 7501 . 8LOO RUI二极管正向平均值二极管正向平均值 IDmA 8 .10OD II第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院二极管的最高反向工作电压二极管的最高反向工作电压UR 2R2.11UU mA 8.811mA .810.11.11DF II二极管的最大
8、整流电流二极管的最大整流电流IF（2）选择二极管）选择二极管二极管的最大反向峰值电压二极管的最大反向峰值电压URM V .525V 18222RM UUV 28.05V .525.11 二极管选择二极管选择2AP4（最大整（最大整流电流流电流16mAz，最高反向工作，最高反向工作电压为电压为50V）第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院RLuo图图 10.2.3 10.2.3 单相桥式整流电路单相桥式整流电路1. 电路结构电路结构第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院uD2uD4 uouD t tRLuiouo1234ab+ + ut U2U2U2 2. 工作原理工
9、作原理第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院uD2uD4RLu2iouo1234ab+ + u2 正半周，正半周，VaVb，二极二极管管 1、3 导通，导通，2、4 截止截止 。uouD t tuD1uD3 u2t U2U2U2 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 3. 参数计算参数计算 （1）输出电压平均值）输出电压平均值 2O9 . 0 UU （2）输出电流平均值）输出电流平均值 L2LOO9 . 0RURUI 比半波整流时增加一倍比半波整流时增加一倍第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院（3）脉动系数）脉动系数 SOO1mUUS 0.67.9
10、032422 UU 说明基波的峰值约为平均值的说明基波的峰值约为平均值的0.67倍，所以桥式整倍，所以桥式整流电路的脉动比单相半波整流电路小很多。流电路的脉动比单相半波整流电路小很多。 .)4cos1542cos342(22O ttUu 用傅里叶级数将输出电压用傅里叶级数将输出电压uO展开为展开为第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院（1）二极管正向平均电流）二极管正向平均电流ID L2OD45. 02RUII （2）二极管的反向电压最大值）二极管的反向电压最大值URM 22mRM2UUU 4.二极管的选择二极管的选择是负载平均电流的一半是负载平均电流的一半第第1010章章 直流
11、电源直流电源电气与电子工程学院选择二极管的最高反向工作电压选择二极管的最高反向工作电压UR 2R2.11UU 由于允许电网电压有由于允许电网电压有10%的波动，为了安全起见，的波动，为了安全起见，选择二极管时，变压器二次电压大约要高出选择二极管时，变压器二次电压大约要高出10%。L2DF45. 0.11.11RUII 选择二极管的最大整流电流选择二极管的最大整流电流IF 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 例例10.2.2 单相半波整流电路如图所示，已知负载电阻单相半波整流电路如图所示，已知负载电阻RL=100，负载电压，负载电压UO=27V，试求：，试求： (1)变压器二次
12、电压的有效值变压器二次电压的有效值U2、二极管正向平均电流、二极管正向平均电流ID、二极管最大反向峰值电压二极管最大反向峰值电压URM ； (2)若二极管若二极管VD1断开，则会出现什么现象？断开，则会出现什么现象？ 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院变压器二次电压的变压器二次电压的 有效值有效值U2解：解： (1) U2、ID、URM输出电流的平均值输出电流的平均值 IO第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院二极管正向平均值二极管正向平均值 ID二极管的反向电压最大值二极管的反向电压最大值URM 若二极管若二极管VD1开路，电路开路，电路变为半波整流，如变压器
13、二次变为半波整流，如变压器二次电压的有效值不变，电压的有效值不变，输出电压输出电压的平均值为的平均值为13.5V，仅为原来仅为原来的一半。的一半。 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院uou1u2u1D4D2D1D3RLu2ttuo变压器短路变压器短路烧毁烧毁桥式整流电路中，若桥式整流电路中，若D3断路、短路，反向断路、短路，反向会出现什么现象？会出现什么现象？应用举例：故障分析应用举例：故障分析第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院常见的整流模块常见的整流模块整流桥模块整流桥模块第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 单相桥式整流电路与半波整流电路
14、相比，输出电压单相桥式整流电路与半波整流电路相比，输出电压的平均值大一倍，而脉动系数降低很多，因此得到了广的平均值大一倍，而脉动系数降低很多，因此得到了广泛的应用，但单相桥式整流电路需用泛的应用，但单相桥式整流电路需用4只二极管，给安装只二极管，给安装带来不便，现在已生产出硅桥堆，就是用集成技术将四带来不便，现在已生产出硅桥堆，就是用集成技术将四个二极管个二极管(PN结结)集成在一个硅片上，引出四根线。集成在一个硅片上，引出四根线。 除了上述两种整流电路外，还有单相全波整流、三相除了上述两种整流电路外，还有单相全波整流、三相半波整流和三相桥式整流等电路，表半波整流和三相桥式整流等电路，表10.
15、2.1列出几种整流电列出几种整流电路、波形和参数以供参考。路、波形和参数以供参考。 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院表表 单相整流电路的主要参数单相整流电路的主要参数 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院电容滤波电路电容滤波电路1.单相半波整流电容滤波电路单相半波整流电容滤波电路 电容滤波电路是最电容滤波电路是最简单的滤波器，电容简单的滤波器，电容C并联在负载两端，一并联在负载两端，一般采用大容量的电解般采用大容量的电解电容，单相半波整流电容，单相半波整流电容滤波电路如图所电容滤波电路如图所示。示。(1)电
16、路组成电路组成图图10.3.1 单相半波整流电单相半波整流电容滤波电路容滤波电路 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院（2）工作原理工作原理 u uC时，时，二极管导通，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的同时供电的同时也给电容充电，也给电容充电， uC 增加，增加，uO= uC 。 u uC时，时，二极管截止，电容通过负载二极管截止，电容通过负载RL 放电，放电，uC按按指数规律下降，指数规律下降， uO= uC 。图图10.3.2 10.3.2 单相半波整流电容滤波波形单相半波整流电容滤波波形 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院（3）参数计算）参
17、数计算图图10.3.3 RLC变化对变化对UO波形影响波形影响 RLC 越大越大 电容器放电越慢电容器放电越慢 输出电压的平均值输出电压的平均值UO 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。 在实际工作中，一般取在实际工作中，一般取 T为电网交流电压的周期为电网交流电压的周期电容器耐压电容器耐压2O2UU 当当RL(IO=0)时，时，脉动系数，脉动系数S=0 。输出电压的脉动与放电时间常数输出电压的脉动与放电时间常数RLC有关有关 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院当当C0时，时， UO最小为最小为0.45U2。 对于不同的对于不同的C值，有不同的输出电压，对于单相半波值，有不同
18、的输出电压，对于单相半波整流电容滤波电路，当满足式整流电容滤波电路，当满足式RLC(35)T/2的关系，并且的关系，并且整流电路的内阻不太大时，输出电压的平均值整流电路的内阻不太大时，输出电压的平均值UO与与U2的关的关系约为系约为当当C一定，一定，RL=(负载开路负载开路)时，时，UO最大为最大为 22U输出电压平均值输出电压平均值UO第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 UO与与IO之间的关系曲线称为之间的关系曲线称为外特性外特性，如图所示，与，如图所示，与无电容滤波时比较，输出电压无电容滤波时比较，输出电压UO随负载的变化而变，外随负载的变化而变，外特性较差，带负载能力较
19、差。特性较差，带负载能力较差。图图10.3.4 10.3.4 单相半波整流电单相半波整流电容滤波电路外特性容滤波电路外特性 IO增加增加，RL减小，脉动成分增加，减小，脉动成分增加，UO减小减小。 因此电容滤波适合于要因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。较小且负载变化较小的场合。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院(4) 导通角导通角 二极管中将流过较大的冲击电流，对管子的寿命不利二极管中将流过较大的冲击电流，对管子的寿命不利，应选较大容量的管子。，应选较大容量的管子。 RLC 越大越大UO 越高，越高，IO 越大越大整
20、流二极管导通时间整流二极管导通时间越短越短 iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。 二极管的最大反向峰值电压二极管的最大反向峰值电压 图图10.3.5 单相半波整流单相半波整流电容滤波电路导通角电容滤波电路导通角 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院u2 uC时：时：VD1、VD3导通，导通，C充电充电（2）工作原理工作原理2单相桥式整流电容滤波电路单相桥式整流电容滤波电路（1）电路组成）电路组成u2 uC时：时：VD2、VD4导通，导通，C放电放电图图10.3.6 10.3.6 单相半波整流电单相半波整流电容滤波电路波形容滤波电路波形 第第1010章章 直流电源直流电源电气与
21、电子工程学院（3）参数计算）参数计算输出电压的脉动与放电时间常数输出电压的脉动与放电时间常数RLC有关有关 对于不同的对于不同的C值，有不同的输出电压值，有不同的输出电压，输出电压的平输出电压的平均值均值UO与与U2的关系约为的关系约为输出电压平均值输出电压平均值UO电容器耐压电容器耐压二极管的最大反向峰值电压二极管的最大反向峰值电压 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 外特性曲线外特性曲线 因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。IO= 0时，即负载开路，时，即负载开路， 。
22、2O2UU IO增大时，即负载减小，放电快，增大时，即负载减小，放电快，UO减小。减小。有电容有电容滤波滤波 无电容滤波无电容滤波0 UO(AV)oIO(AV)图图10.3.7 10.3.7 单相桥式整流单相桥式整流电容滤波电路外特性电容滤波电路外特性 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院单相桥式整流滤波电路如图所示，已知负载电阻单相桥式整流滤波电路如图所示，已知负载电阻RL=100，二次电压的有效值，二次电压的有效值U2=20V，试求：，试求： (1)输出直流电压输出直流电压=？ (2)若测量的若测量的U0=18V，是什麽原因？，是什麽原因？（3）若测量的）若测量的U0=20
23、V，是什麽原因？，是什麽原因？（4）若测量的）若测量的U0=28V，是什麽原因？若测量的，是什麽原因？若测量的U0=9V，是什麽原因？，是什麽原因？应用举例：故障分析应用举例：故障分析第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院图图 10.3.8 10.3.8 电感滤波电路电感滤波电路1.工作原理工作原理 直流分量直流分量: XL=0 ，L相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。 谐波分量谐波分量: f 越高越高,XL越大越大,电压大部分降在电压大部分降在L上。上。 因此，因此，在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。 当流过当流过L的电流
24、发生的电流发生变化时，线圈中产生自变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉使负载电流和电压的脉动减小。动减小。电感滤波电路电感滤波电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院2.输出直流电压输出直流电压 整流电路输出电压可分为两部分：直流分量和交流分量。整流电路输出电压可分为两部分：直流分量和交流分量。 一是直流分量一是直流分量UO ：即整流电路输出电压的平均值。即整流电路输出电压的平均值。半波整流半波整流 UO= 0.45U2， 桥式整流桥式整流UO=0.9U2。 二是交流分量二是交流分量ua： 设电感线圈的电阻设电感线圈的电阻R，感抗，
25、感抗 L。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 设电感线圈的电阻设电感线圈的电阻R，感抗，感抗 L 。则此电感滤波电路输出电压的平均值为则此电感滤波电路输出电压的平均值为 可以看出，在电感线圈不变的情况下，负载电阻可以看出，在电感线圈不变的情况下，负载电阻RL越小越小(负载电流越大负载电流越大)，输出电压的交流分量越小，脉动越，输出电压的交流分量越小，脉动越小。因此电感滤波电路适用于负载电流较大的场合。小。因此电感滤波电路适用于负载电流较大的场合。 电感滤波电路输出电压的交流分量为电感滤波电路输出电压的交流分量为 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院LC - 形
26、滤波电路形滤波电路其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路RC - 形滤波电路形滤波电路LC 滤波电路滤波电路图图 10.3.9 10.3.9 其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1. LC 滤波电路滤波电路所以输出电压脉动成分比仅用电感滤波时更小。所以输出电压脉动成分比仅用电感滤波时更小。 由图可知，该电路中输出电压的交流分量在由图可知，该电路中输出电压的交流分量在 CR j1/L它是在电感滤波的基础上，在它是在电感滤波的基础上，在RL上并联滤波电容上并联滤波电容C构成。构成。 和和 L j之间分压得到。之间分压得到。 图图10.3.10 LC
27、 滤波电路滤波电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院2. LC - 滤波电路滤波电路 由于输入端接了电容，输出的直流电压均值比由于输入端接了电容，输出的直流电压均值比LC滤滤波电路的高些，因此提高了输出直流电压。由于在电容波电路的高些，因此提高了输出直流电压。由于在电容C1两端所得到的已较平滑的输出电压，再经过电感两端所得到的已较平滑的输出电压，再经过电感L和电容和电容C2进行滤波，使输出电压的脉动大大减小，波形更加平滑，进行滤波，使输出电压的脉动大大减小，波形更加平滑，所以，所以， LC- 形滤波器的滤波性能比形滤波器的滤波性能比LC滤波更好，输出电滤波更好，输出电压也高，
28、在各种电子设备中得到了广泛应用。压也高，在各种电子设备中得到了广泛应用。 在电容滤波的基础上在电容滤波的基础上再加一级再加一级LC滤波，就可以滤波，就可以构成构成LC- - 滤波电路。滤波电路。图图10.3.11 LC - 滤波电路滤波电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院3. RC- - 滤波电路滤波电路 经电容经电容Cl滤波后，较小的脉动电压又被滤波后，较小的脉动电压又被R衰减，再衰减，再经经C2滤波，使滤波效果更好。同时也应注意到，整流管滤波，使滤波效果更好。同时也应注意到，整流管冲击电流比较大，电流流过电阻时，会有直流分量的压冲击电流比较大，电流流过电阻时，会有直流分
29、量的压降，所以降，所以RC- 形滤波一般适用于输出电流小且负载较稳形滤波一般适用于输出电流小且负载较稳定的场合。定的场合。图图10.3.12 RC- 滤波电路滤波电路 当负载电流较小时，当负载电流较小时，为了使滤波电路结构简单、为了使滤波电路结构简单、经济，常常采用经济，常常采用RC- 形形滤滤波电路。波电路。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院图图 各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比较序号序号 性能性能类型类型U O（AV）/U2适用场合适用场合整流管的整流管的冲击电流冲击电流外特性外特性1电容滤波电容滤波 1.2小电流小电流大大软软2RC- 形滤波形滤波 1.2小电
30、流小电流大大更软更软3LC - 形滤波形滤波 1.2小电流小电流大大软软4电感滤波电感滤波0.9大电流大电流小小硬硬5LC 滤波滤波0.9适应性较强适应性较强小小硬硬第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 从前面的分析可知，整流滤波电路的输出电压平均从前面的分析可知，整流滤波电路的输出电压平均值是不稳定的，引起输出电压变化的原因是：值是不稳定的，引起输出电压变化的原因是： 1.因整流滤波电路的输出电压因整流滤波电路的输出电压UO与变压器二次电压与变压器二次电压U2有关，当有关，当电网电压波动电网电压波动时，时，UO将随之产生相应
31、的变化。将随之产生相应的变化。 2.因整流滤波电路存在内阻，当因整流滤波电路存在内阻，当负载电流变化负载电流变化时，时，输出电压平均值将随之发生变化。输出电压平均值将随之发生变化。 因此，必须通过稳压电路因此，必须通过稳压电路(也称稳压器也称稳压器)进行稳压，进行稳压，才能使负载获得稳定的直流电压。本节介绍稳压管稳压才能使负载获得稳定的直流电压。本节介绍稳压管稳压电路。电路。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院图图 10.4.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 电路组成电路组成 如图所示，输入电压如图所示，输入电压UI是整流滤波后的电压，经限流是整流滤波后的电压，经限流电阻电
32、阻R和稳压管和稳压管VDZ组成稳压电路接到负载电阻上，因其组成稳压电路接到负载电阻上，因其稳压管稳压管VDZ与负载电阻与负载电阻RL并联，此电路也叫并联，此电路也叫并联型稳压电并联型稳压电路路。这种电路主要用于对稳压要求不高的场合。这种电路主要用于对稳压要求不高的场合。图图10.4.2 稳压管伏安特性稳压管伏安特性第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院2. 工作原理工作原理(1) RL 不变，不变， UI 升高升高UIUOIZURUO=UI UR基本不变基本不变UO图图 10.4.3 10.4.3 稳压管稳压稳压管稳压电路的工作原理电路的工作原理(2) UI 不变，不变，RL 减
33、小减小RLILURUOIZIR=IL+IZUO基本不变基本不变ZUU OLZOIIIIUUURR 输出电压输出电压 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1.稳压系数稳压系数 Sr常数常数 LIIOOr/RUUUUS 稳压系数稳压系数Sr定义为当负载不定义为当负载不变时，输出电压的相对变化量与变时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。输入电压的相对变化量之比。 Sr反映电网电压波动时对反映电网电压波动时对稳压电路的影响。其值越小，稳压电路的影响。其值越小，说明稳压电路的稳压性能越好。说明稳压电路的稳压性能越好。图图10.4.4 10.4.4 估算估算Sr的等效电路的等
34、效电路估算估算Sr的等效电路如图所示，其中的等效电路如图所示，其中rZ为稳压管的动态电阻为稳压管的动态电阻第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院常数常数 LIIOOr/RUUUUS IOUULZLZ/RrRRr 当当 rZ RL ， rZ R 时，时，IZOURrU 仅考虑变化量仅考虑变化量因此，稳压系数因此，稳压系数可得可得OIZUURrUUUUS IIOOr/= UI是整流滤波后的直流电是整流滤波后的直流电压。由上式可知，压。由上式可知，rZ越小，越小，R越越大，大，Sr越小，说明稳压电路的越小，说明稳压电路的稳压性能越好。稳压性能越好。图图10.4.4 估算估算Sr的等效电
35、路的等效电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 稳压电路还有许多其他指标：电压调整率、电流稳压电路还有许多其他指标：电压调整率、电流调整率、纹波抑制比、输出电压的温度系数等。调整率、纹波抑制比、输出电压的温度系数等。 2.输出电阻输出电阻 Ro图图10.4.5 输出电阻输出电阻Ro等效电路等效电路 反映稳压电路受负载变化的影响。反映稳压电路受负载变化的影响。实际上就是电源戴维宁等效电路的内阻，实际上就是电源戴维宁等效电路的内阻，其等效电路如图所示。其等效电路如图所示。 Ro定义为稳压电路输入电压定义为稳压电路输入电压UI一定时，输出电压的一定时，输出电压的变化量与输出电流变化
36、量之比。变化量与输出电流变化量之比。 负载电阻负载电阻RL开路，输入电压开路，输入电压UI不变，因此不变，因此UI=0，得，得第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院R太大太大 R的阻值必须选择适当，的阻值必须选择适当，才能保证稳压电路很好地实现才能保证稳压电路很好地实现稳压作用。稳压作用。IR很小很小IZ可能减少到可能减少到IZmin以下，失去稳压作用以下，失去稳压作用R太小太小IR很大很大IZ有可能增大到有可能增大到IZmax以上，造成损坏以上，造成损坏 设电网电压最高时的整流滤波输出电压为设电网电压最高时的整流滤波输出电压为UImax，最低时为最低时为UImin；负载电流的最
37、大值；负载电流的最大值ILmax，最小值，最小值ILmin，稳压电阻的计算如下：稳压电阻的计算如下：第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院LZOIIIIUUURR ；LLRUIZ (1)当电网电压最小，负当电网电压最小，负载电流最大时，流过稳压管载电流最大时，流过稳压管的电流的电流IZ最小，此时最小，此时IZ不应不应小于小于IZmin，即即ZminLmaxZinImIIRUU 得得 (2)当电网电压最大，负当电网电压最大，负载电流最小时，流过稳压管载电流最小时，流过稳压管的电流的电流IZ最大，此时最大，此时IZ不应不应大于大于IZmax，即，即 ZmaxLminZImaxIIRU
38、U 得得第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 电路如图所示，设稳压管的稳压值电路如图所示，设稳压管的稳压值UZ6V，IZmax40mA，IZmin5mA，UImax15V，UImin12V，ILmax20mA，ILmin10mA，试求，试求（1）限流电阻）限流电阻R ;（2） 当当IZ由由IZmax变变IZmin时，时，UZ的变化量为的变化量为0.3V，求输出，求输出电阻电阻RO和稳压系数和稳压系数Sr 。例例10.4.1 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院解：解： 240k24. 0k)205612( 180k18. 0k)1040615(因此限流电阻因此限
39、流电阻R可取可取200。（1）限流电阻）限流电阻R 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 （2） 当当IZ由由IZmax变变IZmin时，时，UZ的变化量为的变化量为0.3V，求输，求输出电阻出电阻RO和稳压系数和稳压系数Sr 。解：解：稳压管的动态电阻稳压管的动态电阻 6 . 8k)5403 . 0(输出电阻输出电阻 估算稳压系数时，取估算稳压系数时，取 稳压系数稳压系数%7 . 9097. 065 .132006 . 8 V5 .13)1215(21 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1. 调整电路调整电
40、路2. 采样电路采样电路4. 比较放大电路比较放大电路3. 基准电压电路基准电压电路10.5.1 串联型直流稳压电路的组成串联型直流稳压电路的组成第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院当输出电压当输出电压UO发生波动时，调发生波动时，调整管集电极与发射极之间的电整管集电极与发射极之间的电压压UCE发生相应的变化，补偿发生相应的变化，补偿UO的波动，使的波动，使UO稳定。稳定。当输出电压发生变化时，当输出电压发生变化时，采样电阻对变化量进行采样电阻对变化量进行采样，并传送到放大电采样，并传送到放大电路的反相输入端。路的反相输入端。基准电压由稳压管基准电压由稳压管VDZ提供，接提供，
41、接在集成运放的同相输入端，采样在集成运放的同相输入端，采样电压与基准电压进行比较，得到电压与基准电压进行比较，得到的差值再由放大电路进行放大。的差值再由放大电路进行放大。将采样电路送来的变化将采样电路送来的变化量进行放大，然后传送量进行放大，然后传送到调整管的基极。到调整管的基极。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 集成运放两输入端电位集成运放两输入端电位UO UF UB UO IC UCE UI 或或 IL 设集成运放放大倍数为设集成运放放大倍数为A，则输出端电位，则输出端电位稳压原理：稳压原理：第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1. 输出电压输出电压UO
42、及其可调节范围及其可调节范围因虚短因虚短 ，则，则O32132FZURRRRRUU Z32321OURRRRRU 即即O32132FZURRRRRUU 当当 R2滑至最上端时，滑至最上端时，当当 R2 的滑至最下端时，的滑至最下端时，第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院2.调整管的选择调整管的选择(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM(2)集电极和发射极之间的最大允许电压集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO(3)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCMCOICEC)(IUUIUPC RLmaxCMIII 2Imax(BR)CEO21 .1U
43、UU EmaxOmin2CmaxOminImaxCM)2 . 11 . 1()(IUUIUUP EmaxOmin2CmaxOminImaxCM)2 . 11 . 1()(IUUIUUP 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院稳压电路的输入直流电压为：稳压电路的输入直流电压为：V)83(OmaxI UU变压器二次电压为：变压器二次电压为：1.21 . 1I2UU 为保证调整管工作在为保证调整管工作在放大状态，通常使：放大状态，通常使： UCE=（38）V第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院10.6.1 基准电压源基准电压源10.6.2 保护电路保护电路10.6.3
44、三端固定式输出集成稳压器及其应用三端固定式输出集成稳压器及其应用10.6.4 三端可调输出集成稳压器及其应用三端可调输出集成稳压器及其应用第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院启启动动电电路路+UIUo+基基准准电电压压源源调整电路调整电路比较放大比较放大电路电路采采样样电电路路保护保护电路电路第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院基准电压基准电压UR1. 稳压管基准电压源稳压管基准电压源 图中图中VDZ具有正温度系数。即温度升高时，稳压值具有正温度系数。即温度升高时，稳压值UZ增大电压源的输出电阻近似为稳压管的内阻。增大电压源的输出电阻近似为稳压管的内阻。UR=U
45、Z该基准电压源适用于要求较低的稳压电路。该基准电压源适用于要求较低的稳压电路。 UZ一般在一般在67.5V之间。之间。图图10.6.1 稳压管基准电压源稳压管基准电压源 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院2.有温度补偿的基准电压源有温度补偿的基准电压源基准电压为基准电压为:URUZ十十UBE2 图中稳压管图中稳压管VDZ的稳定电压是的稳定电压是UZ，具有，具有正温度系数正温度系数，而，而VT2的发的发射结正向偏置时射结正向偏置时具有具有负的温度系数负的温度系数，即在基极电流基本不变的情况下，即在基极电流基本不变的情况下，温度升高时，温度升高时，UBE2减小。减小。 当温度变化
46、时，当温度变化时，UZ与与UBE2变化相反，互相抵消，使变化相反，互相抵消，使UR变化很小，所以该电路有温度补偿的作用。变化很小，所以该电路有温度补偿的作用。 此外，电路中此外，电路中VT1接成射极输出器，接成射极输出器，VTl、VDZ和和VT2构成电压负反馈，进一步提高了构成电压负反馈，进一步提高了UR的稳定性，的稳定性， 且使输出电且使输出电阻较小。阻较小。图图10.6.2 10.6.2 有温度补偿的基准电压源有温度补偿的基准电压源 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院图图10.6.3 10.6.3 带隙基准电压源带隙基准电压源 3. 带隙基准电压源带隙基准电压源 上述采用
47、稳压管基准上述采用稳压管基准电压源提供的基准电压值电压源提供的基准电压值都比较高，噪声也较大，都比较高，噪声也较大，为了获得只有温度补偿的为了获得只有温度补偿的低基准电压的基准电压源，低基准电压的基准电压源，可采用可采用带隙基准电压源带隙基准电压源，电路如图所示。电路如图所示。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1.限流型保护电路限流型保护电路图图 10.6.4 10.6.4 限流型保护电路限流型保护电路调整管调整管保护电路保护电路R4 很小，约为很小，约为 1 。正常工作时正常工作时IL不超过不超过额定值，额定值，R4的压降很小，的压降很小，VT2截止。当截止。当IL超过某一
48、超过某一值后，值后， R4的压降增大，的压降增大，VT2 导通，限制导通，限制 VT1 中中的基极电流，保护调整的基极电流，保护调整管。管。保护电路的输出特性：保护电路的输出特性：UOILO正常稳压区正常稳压区限流保护限流保护图图 BE24UUR 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院2.截流型保护电路截流型保护电路IL增大时，增大时，UR4增大，增大，VT2导通放大，导通放大，IC2增大，增大，IB1减小。减小。IC2 IB1 UO UE2 UBE2 IC2使使 VT2 饱和，输出电压下降到饱和，输出电压下降到0.3 V 左右。左右。 正常工作正常工作时，时，VT2截止。截止。
49、图图10.6.5 10.6.5 截流型保护电路截流型保护电路 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院VT2饱和饱和UCES=0.3V。48CES2BE1ORIUUUULR 较小，约为较小，约为1V。负载故障排除后，负载故障排除后，IL 减小，引起正反馈过程：减小，引起正反馈过程：UR4 UB2 IC2 IB1 UOIC2 使稳压电路的输出恢复到原来的数值。使稳压电路的输出恢复到原来的数值。UE2 UBE2 第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院 集成稳压器分类集成稳压器分类:三端固定式三端固定式、三端可调式三端可调式、多端可调式。多端可调式。 三端固定式输出集成稳压
50、器，只有输入，输出和公共三端固定式输出集成稳压器，只有输入，输出和公共引出端，主要输出电压有：引出端，主要输出电压有：5V、6V、9V、12V、15V、18V、 24V。 三端固定式应用最为普遍的是三端固定式应用最为普遍的是W78和和W79系系列稳压器，型号的列稳压器，型号的后两位数字表示输出电压值后两位数字表示输出电压值。 如如W7805输出输出+5V电压，电压，W7905则输出则输出- -5V电压。电压。第第1010章章 直流电源直流电源电气与电子工程学院1. W7800/W7900系列的外形及引脚系列的外形及引脚W7800W7800系列的外形及引脚系列的外形及引脚W7800INOUTGN