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1、第第5 5章章机械工业出版社同名教材机械工业出版社同名教材配套电子教案配套电子教案第第5 5章章 直流稳压电源电路直流稳压电源电路直流稳压电源组成框图：直流稳压电源组成框图：图图5-1 直流稳压电源组成框图直流稳压电源组成框图5.1 整流电路整流电路5.1.1 半波整流半波整流 工作原理工作原理u2正半周，正半周，VD正偏导通；正偏导通；u2负半周，负半周，VD反偏截止。反偏截止。图图5-2 半波整流电路半波整流电路 a）电路）电路 b）输入输出电压波形）输入输出电压波形 电压电流计算电压电流计算5.1.2 全波整流全波整流全波整流相当于二个半波整流电路。全波整流相当于二个半波整流电路。工作原
2、理工作原理u2正半周，正半周，VD1导通，导通，VD2截止；截止；u2负半周，负半周，VD1截止，截止，VD2导通。导通。图图5-3 全波整流电路全波整流电路a）电路）电路 b）输入输出电压波形）输入输出电压波形 电压电流计算电压电流计算u2负半周，负半周，VD2、VD4导通，导通，VD1、VD3截止（电流截止（电流实际流向如虚线所示）。实际流向如虚线所示）。5.1.3 桥式整流桥式整流 工作原理工作原理4个二极管分成二组，轮流导通：个二极管分成二组，轮流导通：u2正半周，正半周，VD1、VD3导通，导通，VD2、VD4截止（电流实截止（电流实际流向如实线所示）；际流向如实线所示）；输出波形、
3、输出波形、UO、IO、ID、脉动系数、脉动系数S与全波整流时相同，与全波整流时相同，但二极管承受的最大反向电压为但二极管承受的最大反向电压为 电压电流计算电压电流计算【例【例5-1】已知桥式整流电路，分析下列情况下电路正】已知桥式整流电路，分析下列情况下电路正负半周工作状态：负半周工作状态：VD1反接；反接；VD1短路；短路；VD1开路；开路；VD1、VD2均反接；均反接；VD1、VD2、VD3均反接；均反接；VD1VD4均反接。均反接。解：解：VD1反接反接u2正半周时，无输出电流，正半周时，无输出电流，uO=0；u2负半周时，负半周时，u2短路，变压器原付边线圈均流过很大电流。短路，变压器
4、原付边线圈均流过很大电流。轻则轻则VD1、VD2和变压器温度大大上升，发烫；和变压器温度大大上升，发烫；重则重则VD1、VD2击穿，变压器烧毁损坏。击穿，变压器烧毁损坏。VD1短路短路u2正半周时，正常工作；正半周时，正常工作；u2负半周时，同负半周时，同VD1反接情况。反接情况。VD1开路开路u2正半周时，无输出电流，正半周时，无输出电流，uO=0；u2负半周，正常工作。负半周，正常工作。整个电路相当于半波整流，整个电路相当于半波整流，uO=0.45 U2。VD1、VD2均反接均反接，电路正负半周均截止，无输出电流，电路正负半周均截止，无输出电流，uO=0。VD1、VD2、VD3均反接均反接
5、，与情况（，与情况（1）状态相似。）状态相似。VD1VD4均反接均反接，正负半周均能整流工作，输出电压极，正负半周均能整流工作，输出电压极性相反。性相反。5.2 滤波电路滤波电路 利用电感电容对不同频率的交流信号呈现不同阻抗的利用电感电容对不同频率的交流信号呈现不同阻抗的特点，可以滤去大部分脉动成分。特点，可以滤去大部分脉动成分。工作原理工作原理图图5-5 电容滤波电容滤波图图5-6 单相桥式整流电容滤波电路单相桥式整流电容滤波电路a)u2、uO、uC波形波形 b)二极管电流二极管电流iD的波形的波形 电容滤波输出电压平均值电容滤波输出电压平均值电容滤波输出电压平均值一般很难精确计算，主要取决
6、电容滤波输出电压平均值一般很难精确计算，主要取决于放电时间常数于放电时间常数d=RLC。RL（开路）时，（开路）时，C0时，桥式整流，时，桥式整流，UO=0.9U2。一般来说，满足一般来说，满足RLC（35）时时，UO=1.2 U2（桥式整流）（桥式整流）UO=1.0 U2（半波整流）（半波整流）可用下式估算：可用下式估算：图图5-7 RLC对对uO的影响的影响 由于整流二极管导通角较小，导通时电流很大。由于整流二极管导通角较小，导通时电流很大。电容滤波的特点电容滤波的特点 电路简单、轻便。电路简单、轻便。输出电压平均值升高（原因是电容储能）。输出电压平均值升高（原因是电容储能）。外特性较差（
7、即输出电压平均值随负载电流增大而很快外特性较差（即输出电压平均值随负载电流增大而很快下降，带负载能力差）。下降，带负载能力差）。对整流二极管有很大的冲击电流，选管参数要求较高。对整流二极管有很大的冲击电流，选管参数要求较高。冲击电流主要体现在以下两个方面：冲击电流主要体现在以下两个方面：若电容初始电压为若电容初始电压为0，开机瞬间，相当于短路，整流，开机瞬间，相当于短路，整流二极管会流过很大的电流；二极管会流过很大的电流；电容滤波电容滤波适用于负载电流变化不大的场合适用于负载电流变化不大的场合。图图5-8 例例5-2 uO波形波形【例【例5-2】已知电路如图已知电路如图5-5所示，所示，U2=
8、12V，f=50Hz，RL=100，试求下，试求下列情况下输出电压平均值列情况下输出电压平均值uO。正常工作，并求滤波电容容量；正常工作，并求滤波电容容量；RL开路；开路；C开路；开路；VD2开路；开路；VD2、C同时开路；同时开路；分别定性画出分别定性画出、题题UO波形。波形。解：解：正常工作正常工作：UO1=1.2U2=1.212=14.4V最小电容量：最小电容量：C=(35)=(35)=300500F 12=17.0V 若若RL开路，开路，UO2=U2=若若C开路，开路，UO3=0.9U2=0.912=10.8V 若若VD2开路，相当于半波整流，开路，相当于半波整流，UO4=1.0U2=
9、12V 若若VD2、C同时开路，同时开路，UO5=0.45U2=5.4V 分别定性画出分别定性画出、题题uO波形如图波形如图5-8所示。所示。5.3 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路 电路和工作原理电路和工作原理图图5-9 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 输入电压输入电压UI变化变化 负载负载RL变化（输出电流变化（输出电流IL变化）变化）元件选择元件选择 限流电阻限流电阻R越大，电压调节作用越明显。但是越大，电压调节作用越明显。但是R大大小受到其他参数的限制，一般可按下列式求取：小受到其他参数的限制，一般可按下列式求取：稳压管动态电阻稳压管动态电阻rZ越小，电流调节作用越明显；越小，电流调节作
10、用越明显；适用于负载电流较小，且变化不大的场合。适用于负载电流较小，且变化不大的场合。适用场合适用场合 电路组成电路组成5.4 线性串联型稳压电路线性串联型稳压电路5.4.1 线性串联型稳压电路概述线性串联型稳压电路概述图图5-10 串联型稳压电路串联型稳压电路 比较放大比较放大 由由V2、R4组成比较放大电路，将基准电压和取组成比较放大电路，将基准电压和取样电压比较并放大；样电压比较并放大；4个组成部分：个组成部分：基准基准 由由R3、VS组成稳压管稳组成稳压管稳压电路，提供基准电压；压电路，提供基准电压；取样取样 由由R1、R2组成输出电组成输出电压分压取样电路；压分压取样电路；调整调整
11、V1为调整管，根据比较放大的信号控制和调整输出电为调整管，根据比较放大的信号控制和调整输出电压。压。属电压串联负反馈电路，电压负反馈，能稳定输出电压。属电压串联负反馈电路，电压负反馈，能稳定输出电压。工作原理工作原理 输出电压输出电压 按输出电压高低（以按输出电压高低（以78系列为例）可分为系列为例）可分为7805、7806、7808、7809、7812、7815、7818、7824V（末（末2位数字位数字为输出电压值）；为输出电压值）；78系列输出正电压，引脚系列输出正电压，引脚1、2、3依次为输入端、公共依次为输入端、公共端和输出端；端和输出端；5.3.2 三端集成稳压器三端集成稳压器 输
12、出电压固定的集成稳压器输出电压固定的集成稳压器78/79系列系列 分类分类79系列输出负电压，引脚系列输出负电压，引脚1、2、3依次为公共端、输入端依次为公共端、输入端和输出端。和输出端。按输出电流大小可分按输出电流大小可分78L（0.1A）、）、78M（0.5A）、）、78（1.5A）、）、78T（3A）、）、78H（5A）、）、78P（10A）系列。）系列。典型应用电路典型应用电路图图5-13 78系列集成稳压器典型应用电路系列集成稳压器典型应用电路 输出电压可调的集成稳压器输出电压可调的集成稳压器LM317/337引脚引脚1、2、3依次为调整端（依次为调整端（Adjust）、输出端和输入
13、端。）、输出端和输入端。317输出正电压，输出正电压，337输出负电压。输出负电压。特点：特点：UREF=1.25V；IADJ 50A。工作原理工作原理 LM317典型应用电路典型应用电路图图5-15 LM317典型应用电路典型应用电路5.5 开关型直流稳压电路开关型直流稳压电路 工作原理工作原理 电路电路图图5-17 开关型稳压电路示意图开关型稳压电路示意图 UI、UD、UO波形波形图图5-18 开关型稳压电路开关型稳压电路UI、UD、UO波形波形 输出电压：输出电压：LC滤波器滤波器图图5-19 滤波器工作示意图滤波器工作示意图a）充电阶段）充电阶段 b）放电阶段）放电阶段串联型属降压型变
14、换，并联型属升压型变换。串联型属降压型变换，并联型属升压型变换。开关型稳压电路分类开关型稳压电路分类 串联型和并联型串联型和并联型图图5-20 并联型开关稳压电路原理图并联型开关稳压电路原理图a）电路组成）电路组成 b）L充电充电 c）L放电放电 频率调制型频率调制型（PFM）：）：ton不变，不变，改变改变T（频率），从（频率），从而改变占空比而改变占空比q，改，改变输出电压变输出电压UO。脉宽调制型和频率调制型脉宽调制型和频率调制型脉宽调制型（脉宽调制型（PWM）：）：T不变，改变不变，改变ton，从而，从而改变占空比改变占空比q，改变输，改变输出电压出电压UO。图图5-21 开关电源调制
15、型式开关电源调制型式a）PWM b）PFM反激式：在开关元件截止时传递能量。反激式：在开关元件截止时传递能量。正激式和反激式正激式和反激式正激式：在开关元件导通时传递能量；正激式：在开关元件导通时传递能量；图图5-22 正激式和反激式开关电源正激式和反激式开关电源a）正激式）正激式 b）反激式）反激式 与串联型线性电源相比，开关电源的主要优点是与串联型线性电源相比，开关电源的主要优点是效率高；调整管功耗低，不需要较大的散热器；用轻量效率高；调整管功耗低，不需要较大的散热器；用轻量的高频变压器替代笨重的工频变压器，体小量轻。的高频变压器替代笨重的工频变压器，体小量轻。开关电源中的开关元件开关电源中的开关元件 开关元件是关键元件，要求高频，大电流，通态电开关元件是关键元件，要求高频，大电流，通态电压低，驱动控制简单等，目前常用压低，驱动控制简单等，目前常用MOSFET、VMOS和和IGBT，小功率开关电源也使用双极型晶体管，其中以，小功率开关电源也使用双极型晶体管，其中以IGBT最为理想。最为理想。开关电源与线性电源性能比较开关电源与线性电源性能比较表表5-1 开关电源与线性电源性能比较开关电源与线性电源性能比较