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1、第第9 9章章 直流稳压电源直流稳压电源9.1 9.1 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路9.2 9.2 串联型稳压电路串联型稳压电路9.3 9.3 集成稳压管集成稳压管9.4 9.4 开关型稳压电源简介开关型稳压电源简介 9.1 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路 整流、滤波后得到的直流输出电压往往会随时间而有些变化，造成这种直流输出电压不稳定的原因有二：其一是当负载改变时，负载电流将随着改变，原因是整流变压器和整流二极管、滤波电容都有一定的等效电阻，因此当负载电流变化，即使交流电网电压不变，直流输出电压也会改变；其二是电网电压常有变化，在正常情况下变化10%是常见的，当电网电压变化时，即使负载
2、未变，直流输出电压也会改变。因此在整流滤波电路后面再加一级稳压电路，以获得稳定的直流输出电压。9.1.1 硅稳压管稳压电路的工作原理及主要指标硅稳压管稳压电路的工作原理及主要指标 1.硅稳压管稳压电路如图所示。图中稳压管VDZ与负载电阻RL并联，在并联后与整流滤波电路连接时，要串联一个限流电阻R。由于VDZ与RL并联，所以也称并联稳压电路。以下讨论稳压电路工作原理。(1)如果输入电压Ui不变而负载电阻RL减小，这时负载上电流IL要增加，电阻R上的电流IR=IL+IVDZ也有增大的趋势，则UR=IRR也趋于增大，这将引起输出电压UO=UVDZ的下降。稳压管的反向伏安特性已经表明，如果UVDZ略有
3、减小，稳压管电流IVDZ将显著减小，IVDZ的减少量将补偿IL所需要的增加量，使得IR基本不变，这样输出电压UO=UiIRR也就基本稳定下来。当然，负载电阻RL增大时，IL减小，IVDZ增加，保证了IR基本不变，同样稳定了输出电压UO。(2）如果负载电阻RL保持不变，而电网电压的波动引起输入电压Ui升高时，电路的传输作用使输出电压也就是稳压管两端电压也趋于上升。由稳压管反向特性知，IVDZ将显著增加，于是电流IR=IVDZ+IL加大，所以电压UR升高，即输入电压的增加量基本降落在电阻R上，从而使输出电压UO基本上没有变化，达到了稳定输出电压的目的，同理，电压Ui降低时，也通过类似过程来稳定UO
4、。9.1.2 稳压管和限流电阻的选择稳压管和限流电阻的选择 1.硅稳压管的选择硅稳压管的选择 可根据下列条件初选管子：UVDZ=UO IVDZmax(23)ILmax (7.2.1)当Ui增加时，都会使硅稳压管的IVDZ增加，所以电流选择应适当大一些。2.输入电压输入电压Ui的确定的确定 Ui高，R大，稳定性能好，但损耗大。一般 Ui=(23)UO (7.2.2)3.限流电阻限流电阻R的选择的选择 选择R，主要确定阻值和功率。(1)R的阻值。在Ui最小和IL最大时，流过稳压管的电流最小，此时电流不能低于稳压管最小稳定电流。ILmaxI VDZmin即 在Ui最高和IL最小时，流过稳压管的电流最
5、大，这时应保证IVDZ不大于稳压管最大电流值。（2）R的功率PR。PR=(23)PR适当选择大一些。例7.2.1 选择图7.2.1稳压电路元件参数。要求：UO=10V，IL=010mA，Ui波动范围为10%。解（1）选择稳压管。UVDZ=UO=10 V IVDZmax=2ILmax=21010-3=20 mA选2CW7管。UVDZ=910.5V,IVDZmax=23mA,IVDZmin=5 mA PRM=0.25 W (2)确定Ui Ui=(23)UO=2.510=25V (3)选择R Uimax=1.1Ui=27.5 V Uimin=0.9Ui=22.5 V 取R=820。电阻功率取PR=1
6、 W。9.2 9.2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路 并联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳压值不能随意调节，而且输出电流很小，由式7.14可知，Iomax=（1/32/3）IZmax，而 IZmax一 般 只 有2040mA。为了加大输出电流，使输出电压可调节，常用串联型晶体管稳压电路,如图7.14所示。图7.14 串联型稳压电路（a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放大器的串联型稳压电路 图7.14 串联型稳压电路（a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放大器的串联型稳压电路 图（a）是由分立元件组成的串联型稳压电路，当电网电压波动或负载变化时，可能使输出电压Uo上升或下降
7、。为了使输出电压Uo不变，可以利用负反馈原理使其稳定。假设因某种原因使输出电压Uo上升，其稳压过程为UoUb2Ub1（Uc2）Uo。串联型稳压电路的输出电压可由Rp进行调节。（715）式中，R=R1+Rp+R2,Rp是RP的下半部分阻值。如果将图（a）中的放大元件改成集成运放，不但可以提高放大倍数，而且能提高灵敏度，这样就构成了由运算放大器组成的串联型稳压电路，电路如图（b）所示。假设因某种原因使输出电压Uo下降，其稳压过程为UoU-Ub1Uo。串联型稳压电路包括四大部分，其组成框图如图所示。图7.15 串联型稳压电路组成框图 9.3 集成稳压器及应用集成稳压器及应用 集成稳压器将取样、基准、
8、比较放大、调整及保护环节集成于一个芯片，按引出端不同可分为三端固定式、三端可调式和多端可调式等。三端稳压器有输入端、输出端和公共端（接地）三个接线端点，由于它所需外接元件较少，便于安装调试，工作可靠，因此在实际使用中得到广泛应用。其外形如图7.16所示。图7.16三端稳压器外形图（a）三端固定式；（b）三端可调式 图7.16三端稳压器外形图（a）三端固定式；（b）三端可调式 图7.16三端稳压器外形图（a）三端固定式；（b）三端可调式 图7.16三端稳压器外形图（a）三端固定式；（b）三端可调式 9.3.1.9.3.1.固定输出的三端稳压器固定输出的三端稳压器 常用的三端固定稳压器有7800系
9、列、7900系列，其外型如图（a）所示。型号中78表示输出为正电压值，79表示输出为负电压值，00表示输出电压的稳定值。根据输出电流的大小不同，又分为CW78系列，最大输出电流 11.5A；CW78M00系 列，最 大 输 出 电 流 0.5A；CW78L00系列，最大输出电流100mA左右，7800系列输出电压等级有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，7900系列有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V。如CW7815，表明输出+15V电压，输出电流可达1.5A，CW79M12，表明输出-12V电压，输出电流为-0.5A 9.3.2.9.3.2.三端可调
10、输出稳压器三端可调输出稳压器 前面介绍78、79系列集成稳压器，只能输出固定电压值，在实际应用中不太方便。CW117、CW217、CW317、CW337和CW337L系列为可调输出稳压器，其外型如图（b）所示。在图所示电路中CW317是三端可调式正电压输出稳压器，而CW337是三端可调式负电压输出稳压器。三端可调集成稳压器输出电压为1.2537V，输出电流可达1.5A。CW317的基本应用电路如图所示，它只需外接两个电阻(R1和RP)来确定输出电压。为了使电路正常工作，它的输出电流不应小于5mA，调节端的电流约为50A，输出电压的表达式为（916）（917）在上式中RP阻值很小,可忽略，由此可
11、得 图所示电路中C1为预防自激振荡产生,C2用来改善输出电压波形。图7.17 可调输出稳压电源 9.3.3.9.3.3.三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用 1）输出固定电压应用电路 输出固定电压的应用电路如图所示，其中图（a）为输出固定正电压，图（b）为输出固定负电压，图中Ci用以抵消输入端因接线较长而产生的电感效应。为防止自激振荡，其取值范围在0.11F之间（若接线不长时可不用），Co用以改善负载的瞬态响应，一般取1F左右，其作用是减少高频噪声。图7.18固定输出的稳压电路（a）输出固定正电压;（b）输出固定负电压 图7.18固定输出的稳压电路（a）输出固定正电压;（b）输出固定负电压
12、 2）输出正、负电压稳压电路 当需要正、负两组电源输出时，可采用W7800系列和W7900系列各一块，按下图接线，即可得到正负对称的两组电源。图7.19 正负对称输出稳压电路 9.4 9.4 开关型稳压电路简介开关型稳压电路简介 串联型稳压器中的调整管工作在放大区，由于负载电流连续通过调整管，因此管子功率损耗大，电源效率低，一般只有20%24%。若用开关型稳压电路，它可使调整管工作在开关状态，管子损耗很小，效率可提高到60%80%，甚至可高达90%以上。开关型稳压电路如图7.20所示。图7.20 开关型稳压电路及波形（a）开关型稳压电路;（b）波形 9.4.1.9.4.1.开关型稳压电路的工作
13、原理开关型稳压电路的工作原理 开关型稳压电路就是把串联型稳压电路的调整管，由线性工作状态改成开关工作状态，如图（a）所示。方波发生器为一开关信号发生器，当它输出高电平时，V管饱合导通；当它输出低电平时，V管截止。输出电压波形如图（b）所示。其中导通时间ton与开关周期Tn之比定义为占空比D，即（718）输出电压平均值为（719)式中，ton为调整管的导通时间，toff为调整管的截止时间，Tn为调整管的开关周期，D为调整管的占空比。对于一定的输入电压Ui，通过调节占空比，即可调节输出电压Uo。调节占空比的方法有两种：一种是固定开关的频率来改变脉冲的宽度ton，称为脉宽调制型开关电源，用PWM表示
14、；另一种是固定脉冲宽度而改变开关周期，称为脉冲频率调制型开关电源，用PFM表示。9.4.2.9.4.2.开关型稳压电路应用实例开关型稳压电路应用实例 图所示为一PWM型开关电源，该电路用反馈环路来实现自动调节，在取样、比较放大环节后，再加入一个脉宽调节器PWM。它可将比较放大后的输出电压量转换成与固定频率相应脉宽的脉冲序列，而产生一个固定频率的脉冲，其脉冲宽度根据比较放大器的输出电压量而改变。脉宽调制器产生一串矩形脉冲，当脉冲是低电平时，V2截止，Ii全部流过V1而饱和导通；当脉冲是高电平时，V2饱和导通，使开关管V1截止。这样开关电源向负载提供的能量是断续的。为了使负载得到连续的能量供给，开关型稳压电源还必须有一套平波装置。当V1饱和导通时，续流二极管截止，此时A点的电位近似等于输入电压，即UAUi，这时电感L储能，电容C充电，同时给负载提供能量输出。当V截止时，电感释放能量，电容放电。适当选择C和L值，可在V1关断期间保证负载电流连续。图7.22所示为开关型电源的组成框图。图7.21 脉宽调制型开关电源图 图7.22 开关电源的组成框图