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1、第第18章直流稳压电源章直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压u4uou3u2u1交流电源交流电源负载负载变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压第1页/共40页18.1 整流电路整流电路整流电路的作用整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性第2页/共40页uDO18.1.1 单相半波整流电路2.2
2、.工作原理工作原理 u u 正半周，正半周，V Va aVVb b，二极管二极管D D导通；导通；3.3.工作波形工作波形 u 负半周，VaVVb b，二二极管极管 D D1 1、D D3 3 导通，导通，D D2 2、D D4 4 截止截止 。3.3.工作波形工作波形uD2uD41.1.电路结构电路结构 uouD t tRLuiouo1234ab+动画u第6页/共40页-+u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通导通，D1、D3截止截止u2uL第7页/共40页整流电压平均值：UO=20.45U0.9U整流电流平均值:IO=UO/RL=0.9 U/RL 流过二极管的平均电流：ID=IO/2=0
3、.45 U/RL u2uL4.主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=2U第8页/共40页单相桥式整流电路的简化画法单相桥式整流电路的简化画法+uo RLio+u 第9页/共40页例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。I=Io/0.9=2 1.11=2.2 A 变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器容量变压器容量 S=U I=122 2.2=268.4 V A变压器副边电压 U=1.1Uo/0.9 122 V 可选用二极管2CZ55E，其最大整流电流为1A
4、，反向工作峰值电压为300V。解：解：二极管反向工作峰值电压第10页/共40页例例2 2 2 2：试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D D2 2 或或D D4 4 断断开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。如果如果D D2 2 或或D D4 4 接反，后果如何接反，后果如何？如果如果D D2 2 或或D D4 4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：解：当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo o=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流
5、通过，负载两端无电压，uo o=0=0。uo u 234twtw234oo第11页/共40页 如果如果D D2 2或或D D4 4接反接反 则正半周时，二极管D1、D3、D4或D2导通，电流经D1、D3、D4或D2而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D3、D4或D2将被烧坏。如果如果D D2 2或或D D4 4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3第12页/共40页18.2 滤波器滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波原理
6、：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,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。方法方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。第13页/共40页 18.2.1 电容滤波器 1.1.电路结构电路结构2.2.工作原理工作原理 u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC 增加，uo=uC。u u u uC时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载R RL L 放电，放电，u uC C按指数规律下降，按指数规律下降，u uo o=u uC 。+Cici +aDuoubRLio=u
7、C 3.3.工作波形工作波形二极管承受的最高反向电压为 。动画uou tO tO第14页/共40页4.4.电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(T T 电源电压的周期电源电压的周期)(1)(1)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。R RL LC C 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U Uo o 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：Uo=1.2 U (桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）当负载当负载R RL L 开路时，开路时，U UOO 为了得到比较平直的输出电压第15页/共40页(2)(2)外特性曲线外特性曲线有电容滤
8、波1.41.4U U 无电容滤波0.45.45U U UooIO 结论 采用电容滤波时，输出电采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。带负载能力较差。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。(3)(3)流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：选管时一般取：I IOM OM=2=2 I ID D RLC 越大O 越高，IO 越大整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。iD tuo tOO第16页/共40页例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL=200，要求
9、直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值 uRLuo+C解：1.1.选择整流二极管选择整流二极管可选用二极管2CP11IOM=100mA UDRM=50V 第17页/共40页例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。取 RLC=5 T/2已知RL=50 uRLuo+C解：2.选择滤波电容器可选用C=250 F，耐压为50V的极性电容器第18页/共40页18.
10、2.2 电感电容滤波器1.1.电路结构电路结构L uRLuo+C2.2.滤波原理滤波原理 对直流分量对直流分量:X XL L=0=0=0=0，L L L L相当于短路相当于短路,电压大部分降电压大部分降在在R RL L上。对谐波分量上。对谐波分量:f f 越高越高,X XL L越大越大,电压大部分降电压大部分降在在L 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。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。LCLC滤波适合于
11、电流较大、要求输出电压脉动较滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。小的场合，用于高频时更为合适。第19页/共40页18.2.3 形滤波器 形形 LC LC 滤波器滤波器 滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。L uRLuo+C2+C1 形形 RC RC 滤波器滤波器R uRLuo o+C2+C1 R R 愈大，愈大，C C2 2愈大，愈大，滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但R R 大将使直大将使直流压降增加，流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。出电压脉动很
12、小的场合。第20页/共40页18.3 直流稳压电源直流稳压电源 稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。输出电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。内阻越小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是
13、一个独立的电子部件。以是一个独立的电子部件。第21页/共40页18.3.1 稳压二极管稳压电路2.2.工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR 设UI一定，负载RL变化UO 基本不变 IR(IRR)基本不变 UO(UZ)IZ 1.1.电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压稳压电路第22页/共40页18.3.1 稳压管稳压电路2.2.工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZUI UZ 设负载设负载R RL L一定，一定，U UI I 变化变化 UO 基本不变 IRR IZ IR 1.1.电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz第2
14、3页/共40页3.3.参数的选择参数的选择(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5 3)ICM(3)UI=(2 3)UO(4)为保证稳压为保证稳压管安全工作管安全工作为保证稳压为保证稳压管正常工作管正常工作 适用于输出电压固适用于输出电压固定、输出电流不大、且定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。负载变动不大的场合。第24页/共40页18.3.2 恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。UORFR2R1+RL+UZRDZ+UUORFR2R1+RLRDZ+UZ+U反相输入恒压源同相输入恒压源改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。第25页/共40页UiTR2UZRLUO+R3+UB+DZ
15、+Uf+R118.3.3 串联型稳压电路1.1.电路结构电路结构 串联型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。调整元件比较放大基准电压取样电路第26页/共40页 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程：2.2.稳压过程稳压过程 由电路图可知由电路图可知UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。UITR2UZRLUO+R3+UB+DZ+Uf+R1第27页/共40页3.3.输出电压及调节范围输出电压及调节范围 输出电压输出电压UiTR2UZRLUO+R3+UB+DZ+Uf+R1第28页/共40页18.3
16、.4 集成稳压电源单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高可靠性高,使使用灵活用灵活,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端,故称之为三端集成稳压器。故称之为三端集成稳压器。1.分类XXXX两位数字为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出可调电压输出正电压78XX 输出负电压79XX（1.25 37 V 连续可调）第29页/共40页2.2.外形及引脚功能外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1输入端3 公共端2 输出端W7900系列稳压器外形1 公共端3输入端2 输出端塑料
17、封装塑料封装第30页/共40页3.3.性能特点性能特点（78007800、79007900系列）系列）输出电流超过 1.5 A（加散热器）不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为 4%输出电压额定值有输出电压额定值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等 。第31页/共40页4.4.主要参数主要参数(1)1)电压调整率电压调整率S SU U(稳压系数稳压系数)反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。(2)2)电流调整率电流调整率S SI I 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电
18、路的带负载能力。0.0050.02%0.11.0%第32页/共40页(3)输出电压 UO (6)最大输入电压 UiM (7)最大功耗 PM (4)最大输出电流 IOM (5)最小输入、输出电压差 (Ui-UO)min 第33页/共40页输出为固定正电压时的接法如图所示。(1)(1)输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路输入与输输入与输出之间的出之间的电压不得电压不得低于低于3V3V5.5.三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压有较大的波
19、动。即用来有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。改善负载的瞬态响应。用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线较长时的电感效应，较长时的电感效应，防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。即用以改善波形。即用以改善波形。第34页/共40页(2)(2)同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F第35页/共40页U UXXXX:为为W78XXW78XX固定输出电压。固定输出电压。U UOO=U=UXX XX+U+UZ Z（3 3）提高输出电压的电路提高输出电压的电路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_第36页/共40页W78C1C2+Ui+Uo123RIRICIBI1I3I2Io（4 4）提高输出电流的电路提高输出电流的电路第37页/共40页（5 5 5 5）输出电压可调式电路输出电压可调式电路(式中，式中，UXX=5V)通过调节电位器滑动端可以得到不同的输通过调节电位器滑动端可以得到不同的输通过调节电位器滑动端可以得到不同的输通过调节电位器滑动端可以得到不同的输出电压。出电压。出电压。出电压。第38页/共40页作业：18.1.418.2.318.3.6第39页/共40页感谢您的观赏！第40页/共40页