直流电源幻灯片.ppt

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1、直流电源第1页，共87页，编辑于2022年，星期一 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。10.1直流电源的组成及各部分作用图 10.1 直流稳压电源的框图 第2页，共87页，编辑于2022年，星期一 整流电路（rectifier）的作用是将交流电变换成单方向的直流电。整流电路种类较多，按整流元件的类型，分二极管整流和可控硅整流；按交流电源的相数，分单相和多相整流

2、；按流过负载的电流波形，分半波和全波整流；按输出电压相对于电源变压器次级电压的倍数，又分一倍压、二倍压及多倍压整流等。10.2 整流电路整流电路第3页，共87页，编辑于2022年，星期一10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路 1.工作原理工作原理 单相半波整流电路是一种最简单的整流电路，电路组成如图10.2所示。设二极管VD为理想二极管，RL为纯电阻负载。交流电网电压经电源变压器降压后，变为整流电路需要的交流电压 图 10.2 单相半波整流电路 第4页，共87页，编辑于2022年，星期一U2为其有效值。在u2正半周，a端电位高于b端电位，故VD导通。电流流经的路径为a端VDRLb端，若

3、忽略变压器次级内阻，则RL端电压即电路的输出电压为 在u2负半周，b端电位高于a端电位，故VD截止，且 u2及uo波形如图8.3所示。由图可见，正弦交流电压u2经半波整流后变为单一方向的直流电压uo。第5页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.3 半波整流电路波形图 第6页，共87页，编辑于2022年，星期一2.主要参数主要参数（1）输出电压平均值Uo。Uo越高，表明整流电路性能越好。第7页，共87页，编辑于2022年，星期一（2）输出电流平均值Io（AV）此式说明,在半波整流情况下,负载上所得的直流电压只有变压器次级绕组电压有效值的45%。如果考虑二极管的正向电阻和变压器等效电阻上的

4、压降,则UO（AV）数值还要低。其中的直流分量即为输出电压平均值Uo（AV）。第8页，共87页，编辑于2022年，星期一 （3）输出电压脉动系数S。除直流分量外，uo还有不同频率的谐波分量。如第二项为基波，第三项为二次谐波，它们反映了uo的起伏或者说脉动程度。其中基波峰值与输出电压平均值之比定义为输出电压的脉动系数S（ripple factor），则半波整流电路的脉动系数为(10-4)S越小，表明输出电压的脉动越小，整流电路性能越好。单相半波整流电路结构简单，只需一只整流二极管，但输出电压脉动大，平均值低。将其改进之后可得到单相全波整流电路。第9页，共87页，编辑于2022年，星期一 3.选管

5、原则选管原则 一般选管根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择。在单相半波整流电路中，二极管的正向平均电流等于负载电流的平均值。即二极管的最大整流电流二极管的最大反向工作电压等于变压器副边的峰值电压 一般情况下，允许电网电压有 10%的波动，因此应留有10%的余地，即选取 IF1.1ID（AV）第10页，共87页，编辑于2022年，星期一10.2.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 1.工作原理工作原理 单相桥式整流电路（bridge rectifier circuit）如图10.4所示。与单相全波整流电路相比，桥式整流电路的变压器次级无中心抽头，但二极管数目增加，

6、由四个二极管VD1VD4构成整流桥。仍设，VD1VD4均为理想二极管。u2正半周，a端电位高于b端电位，故VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，电流流经路径为a端VD1RLVD3b端（如图中实心箭头所指）；u2负半周，b端电位高于a端电位，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，电流路径为b端VD2RLVD4a端（流经负载RL时，方向如图中空心箭头所指）。即两两对对交交替替导导通通的的二二极极管管引引导导正正、负负半半周周电电流流在在整整个周期内以同一方向流过负载个周期内以同一方向流过负载，u2及uo波形如图10.5所示。第11页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.4 单相桥式整流

7、电路 第12页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.5 桥式整流电路波形图 第13页，共87页，编辑于2022年，星期一2.直流电压直流电压UO（AV）和直流电流和直流电流IO（AV）的计算的计算 由输出波形可看出,全波整流输出波形是半波整流时的两倍,所以输出直流电压也为半波时的两倍,即第14页，共87页，编辑于2022年，星期一 3.脉动系数脉动系数S 全波整流电路输出电压的基波频率为2,求得基波最大值为故脉动系数为 第15页，共87页，编辑于2022年，星期一 4.二极管的选择二极管的选择 桥式整流电路对整流二极管的参数要求主要有两项：（1）最大整流电流IF。图10.4中流过每个二

8、极管的电流平均值 再考虑到电网电压可能有10%的波动，故应保证 第16页，共87页，编辑于2022年，星期一 （2）最大反向工作电压UR。图10.4中每个二极管截止时承受的最大反向电压为 考虑到电网电压可能有10%的波动，故应保证 第17页，共87页，编辑于2022年，星期一 10.3 滤波电路滤波电路 整流电路的输出虽为单一方向的直流电，但因其含有较大的谐波成分，故波形起伏明显，脉动系数大，不能适应大多数电子设备的需要。一般整流电路之后，还需接入滤波电路（filters）以滤除谐波成分，使脉动的直流电变为比较平滑的直流电。1.电容滤波电容滤波 在桥式整流电路的基础上，输出端并联一个电容C就构

9、成了电容滤波电路（capacitance filter），如图10.6(a)所示。第18页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.6 单相桥式整流电容滤波电路及工作波形(a)电路；(b)理想情况下uo波形；(c)二极管电流波形 第19页，共87页，编辑于2022年，星期一 可见，电容滤波是通过电容的储能作用（充放电过程），即在u2升高时，把部分能量储存起来（充电），在u2降低时，又把储存的能量释放出来（放电），从而在负载RL上得到一个比较平滑的、近似锯齿形的输出电压uo，使其脉动程度大为降低，并且平均值提高。若设整流电路内阻（即变压器次级内阻与二极管导通电阻之和）为R，则电容C的充电时间

10、常数 放电时间常数 第20页，共87页，编辑于2022年，星期一通常RLR，故滤波效果取决于放电时间常数f。C和RL越大，f就越大，电路的放电过程更缓慢，因而输出电压更平滑，平均值更高。电容滤波以后,输出直流电压提高了,同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关。图10.7 RLC对电容滤波的影响 第21页，共87页，编辑于2022年，星期一 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VO（AV）=1.2U2。（或者，电容滤波要获

11、得较好的效果，工程上也通常应满足RLC610。）脉动系数第22页，共87页，编辑于2022年，星期一 使用电容滤波电路时还应注意以下几点：（1）电容滤波适用于负载电流Io较小且变化不大的场合。原因是，当Io=0（即负载RL开路）时，电容充电至 后不再放电，故有 ；随着Io的增大（或负载RL的减小），C的放电时间常数f减小，放电加速，Uo将明显减小。（2）所需电容容量较大，至少应满足RLC(35)的条件。由于一般采用电解电容，因此使用时要特别注意正负极性不能接反，否则电容会被击穿。第23页，共87页，编辑于2022年，星期一 （3）流过每个二极管的冲击电流很大。由于增加了电容支路，流过每个二极管

12、的电流比未并联电容之前增大，但每个二极管的导通时间反而减小，因此在二极管导通的短暂时间内，将有很大的冲击电流流过，如图 10.6(c)所示。这一点在选择二极管时必须注意，应选择最大整流电流IF较大的管子。第24页，共87页，编辑于2022年，星期一 【例】桥式整流电容滤波电路如图10-9所示，已知输出电压Uo=-30 V，RL=200，电源频率f=50 Hz。试问 （1）电容C的极性如何？（2）变压器次级电压u2的有效值为多少？若电网电压的波动范围为10%，求电容耐压值。（3）电容C开路或短路时，电路会产生什么后果？第25页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.8 电路图 第26页，共

13、87页，编辑于2022年，星期一 解解（1）电容C的极性。分析电路可知，负载电流将自下而上流过RL，所以电容极性应上负下正。（2）变压器次级电压u2的有效值及电容耐压值。据公式有 电路空载时电容将承受最大电压，再考虑电网电压的波动，则电容耐压应为 第27页，共87页，编辑于2022年，星期一同时电容容量应满足的要求，若取RLC=2T，则有 所以实际可选取200 F/50 V的电解电容。（3）电容C开路时，电路变为单相桥式整流，故有Uo=0.9U2=0.925=22.5V而当电容C短路时，即负载被短路，Uo=0 V，VD1VD4将因电流过大而损坏。第28页，共87页，编辑于2022年，星期一2、

14、二倍压整流电路二倍压整流电路 图10.9 二倍压整流电路 第29页，共87页，编辑于2022年，星期一多倍压整流电路多倍压整流电路 图10.10 多倍压整流电路 第30页，共87页，编辑于2022年，星期一 2.电感滤波电感滤波 当负载电流较大时，电容滤波已不适合，这时可选用电感滤波（inductance filter），如图10.11所示（图中的桥式整流部分采用了简化画法）。图 10.11 单相桥式整流电感滤波电路 第31页，共87页，编辑于2022年，星期一 电感与电容一样具有储能作用。当u2升高导致流过电感L的电流增大时，L中产生的自感电动势能阻止电流的增大，并且将一部分电能转化成磁场能

15、储存起来；当u2降低导致流过L的电流减小时，L中的自感电动势又能阻止电流的减小，同时释放出存储的能量以补偿电流的减小。这样，经电感滤波后，输出电流和电压的波形也可以变得平滑，脉动减小。显然，L越大，滤波效果越好。由于L上的直流压降很小，可以忽略，故电感滤波电路的输出电压平均值与桥式整流电路相同，即 Uo0.9U2第32页，共87页，编辑于2022年，星期一 3.复式滤波复式滤波 为了进一步提高滤波效果，使输出电压脉动更小，可以采用复式滤波的方法。图10-11为几种常用的复式滤波电路结构及其输出特性。由图可见，RC-型滤波在Io增加时，其输出特性较电容滤波为差；LC-型滤波的输出特性与电容滤波类

16、似；LC滤波的输出特性较电感滤波更佳。实际电路中以电容滤波的应用最为广泛，它适用于负载电流较小且变化不大的场合；在电容滤波、RC-型滤波和LC-型滤波中，电容容量的选择均应满足RLC(35)；虽然电感滤波和LC滤波的输出特性较好，带负载能力强，适用于大电流或负载变化大的场合，但因电感滤波器体积大，十分笨重，故通常只用于工频大功率整流或高频电源中。第33页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10-11 复式滤波电路(a)RC-型滤波电路；(b)LC滤波电路；(b)(c)LC-型滤波电路；(d)输出特性曲线 第34页，共87页，编辑于2022年，星期一表表 1 各种滤波器性能比较各种滤波器性能

17、比较 外特性序号 性能 类型(小电流)适用场合 整流管的冲击电流 外特性 1电容滤波 1.2 小电流 大2RC-型滤波 1.2小电流 大 3LC-型滤波 1.2小电流大4L滤波 0.9大电流小5LC滤波 0.9适应性较强小第35页，共87页，编辑于2022年，星期一10.4 10.4 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 10.1210.12稳压电源方框图稳压电源方框图 引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输入电输入电压的变化。压的变化。负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。从而使

18、输入电压发生变化。第36页，共87页，编辑于2022年，星期一1、稳压管稳压电路、稳压管稳压电路 图10.13稳压管稳压电路 第37页，共87页，编辑于2022年，星期一2、稳压原理稳压原理 (1)输入电压UI保持不变,当负载电阻RL减小,IL增大时,由于电流在电阻R上的压降升高,输出电压UO将下降。由于稳压管并联在输出端,由伏安特性可看出,当稳压管两端的电压略有下降时,电流Iz将急剧减小,而IR=IL+IDz,所以IR基本维持不变,R上的压降也就维持不变,从而保证输出电压UO基本不变,即RLILIRUOIDzIR=IL+IDz UO第38页，共87页，编辑于2022年，星期一 (2)负载电阻

19、RL不变,当电网电压升高时,将使UI增加,随之输出电压UO也增大,由稳压管伏安特性可见,IDz将急剧增加,则电阻R上的压降增大,UO=UI-UR,从而使输出电压基本保持不变,即 UIUOIDzIRUR UO 第39页，共87页，编辑于2022年，星期一3、稳压电路的性能参数稳压电路的性能参数 稳压电路的稳压性能主要可通过稳压系数Sr（coefficient of voltage stabilization）和输出电阻Ro两项参数来衡量。稳压系数Sr定义为在固定负载条件下，输出电压的相对变化量Uo/Uo与输入电压的相对变化量Ui/UI之比,即 工程上还有一个类似的概念，称为电压调整率Su，是指当

20、输入电压变化10%时的输出电压变化量Uo。稳稳压压系系数数和和电电压压调调整整率率均均表表征征了了稳稳压压电路抗电网电压波动能力的大小电路抗电网电压波动能力的大小，Sr或Su越小，电路的稳压性能越好。第40页，共87页，编辑于2022年，星期一输出电阻定义为在固定输入电压条件下，负载变化产生的输出电压变化量Uo与负载输出电流变化量Io之比,即(10-17)工程上也有一个类似的概念，称为电流调整率Si，是指当Io在0Iomax范围内变化时的输出电压变化量Uo。输输出出电电阻阻和和电电流流调调整整率率均均表表征征了稳压电路抗负载变化能力的大小了稳压电路抗负载变化能力的大小，Ro或Si越小，电路的稳

21、压性能越好。第41页，共87页，编辑于2022年，星期一当Rrz时(2)输出电阻rO。从图可求得输出电阻为(1)稳压系数第42页，共87页，编辑于2022年，星期一4、电路参数选择 在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压UO,负载电流IL的最小值和最大值（或是负载电阻的最大值和最小值），输入电压UI的波动范围（10%）。一、稳压电路输入电压UI的选择 根据经验，一般取UI=（23）UO ，UI就可以确定其他参数。二、稳压管的选择第43页，共87页，编辑于2022年，星期一稳压电阻的计算稳压电阻的计算 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由

22、此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即 当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即(1)(1)(2)(2)稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！第45页，共87页，编辑于2022年，星期一 【例】稳压电路如图所示,稳压管为2CW14,其参数是Uz=6V,Iz=10mA,Pz=200mW,rz15。整流滤波输出电压UI=15V。(1)试计算当UI变化10%,负载电阻在0.52k范围变化时,限流电阻R值。(2)按所选定的电阻R值,计算该电路的稳压系数及输

23、出电阻。解解第46页，共87页，编辑于2022年，星期一即0.29kR0.34k,可选R=320,电阻的额定功率 第47页，共87页，编辑于2022年，星期一(2)第48页，共87页，编辑于2022年，星期一10.5 串联型稳压电路串联型稳压电路 一、基本调整管电路一、基本调整管电路1、稳压原理、稳压原理UB不变不变10.5.1 串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理第49页，共87页，编辑于2022年，星期一二、具有放大环节的串联型稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路1.1.电路构成电路构成基准电压电路基准电压电路采样电路采样电路比较放大电路比较放大电路调整管电路调整管电路第5

24、0页，共87页，编辑于2022年，星期一3.3.输出电压的调节范围输出电压的调节范围2.稳压原理稳压原理UOUNUB UO UO UN UB UO引入了负反馈引入了负反馈第51页，共87页，编辑于2022年，星期一4.调整管的选择调整管的选择参数确定：参数确定：调整管一般为大功率管，选调整管一般为大功率管，选择时主要考虑三个极限参数：择时主要考虑三个极限参数：第52页，共87页，编辑于2022年，星期一三、串联型稳压电路的方框图三、串联型稳压电路的方框图实用的串联型稳压电路至少包括调整管、基准电压电路、实用的串联型稳压电路至少包括调整管、基准电压电路、取样电路、比较放大电路四个部分组成。此外为

25、使电路安取样电路、比较放大电路四个部分组成。此外为使电路安全工作，还常在电路中加保护电路。全工作，还常在电路中加保护电路。图图10.14串联型稳压电路的方框图串联型稳压电路的方框图第53页，共87页，编辑于2022年，星期一例例1 电路如图所示，已知输入电压电路如图所示，已知输入电压U I 的波动范围为的波动范围为10%，调整管的饱和压降，调整管的饱和压降U CES=2V，输出电压的调节范围为，输出电压的调节范围为520V，R1R3200。试问：。试问：（1）稳压管的稳定电压）稳压管的稳定电压UZ 和和R2的取值各为多少？的取值各为多少？（2）为使调整管正常工作，）为使调整管正常工作，U I

26、的取值至少应取多少？的取值至少应取多少？第54页，共87页，编辑于2022年，星期一 解：解：（1）代入数据得：代入数据得：R2600，UZ=4V。第55页，共87页，编辑于2022年，星期一（2）为为使使调调整整管管正正常常工工作作，须须在在输输入入电电压压最最低低且且输输出出电电压压最最高时，保证调整管工作在放大状态。高时，保证调整管工作在放大状态。故故U I 至少取至少取25V。第56页，共87页，编辑于2022年，星期一例例2 电路如图所示，已知集成运放输出电流电路如图所示，已知集成运放输出电流IO 最大值为最大值为2mA,调整管的电流放大倍数为调整管的电流放大倍数为30。试问：。试问

27、：（1）最大负载电流）最大负载电流ILmax 约为多少？约为多少？（2）若要求稳压电路的输出电流为）若要求稳压电路的输出电流为1A，应采取什么办，应采取什么办法？画出改进部分的电路图。法？画出改进部分的电路图。第57页，共87页，编辑于2022年，星期一 解：解：（1）第58页，共87页，编辑于2022年，星期一（2）可以将调整管采用复合管。）可以将调整管采用复合管。第59页，共87页，编辑于2022年，星期一10.5.2集成稳压器中的基准电压电路和保护电路集成稳压器中的基准电压电路和保护电路一、基准电压电路一、基准电压电路串联型稳压电路的输出电压取决于基准电压。要求基准电压应具串联型稳压电路

28、的输出电压取决于基准电压。要求基准电压应具有温度系数为零，输出电阻小，噪声低。有温度系数为零，输出电阻小，噪声低。1.稳压管基准电压电路稳压管基准电压电路稳压管具有正温度系数，而稳压管具有正温度系数，而晶体管具有负温度系数。能晶体管具有负温度系数。能进行温度补偿。进行温度补偿。电路采用射极输出形式，引入电路采用射极输出形式，引入电压负反馈。电压负反馈。第60页，共87页，编辑于2022年，星期一零温度系数基准电压源电路零温度系数基准电压源电路基准电压：基准电压：UREF=IER2+mUBE在在m、n、稳压管的、稳压管的UZ和二极管的和二极管的UBE的温度系数确定的情况下，的温度系数确定的情况下

29、，只要只要R1和和R2按要求选定，基准电压温度系数则为零。按要求选定，基准电压温度系数则为零。第61页，共87页，编辑于2022年，星期一2.能隙基准电压源电路能隙基准电压源电路（CJ336/329,MC1403,AD580）UREF UgoUgo为硅材料在为硅材料在0K时外推禁带宽度时外推禁带宽度的电压值的电压值基准电压与温度无关，从而获得很好基准电压与温度无关，从而获得很好的稳定性。的稳定性。第62页，共87页，编辑于2022年，星期一二、保护电路二、保护电路R4 很小，约为很小，约为 1 。负负载载电电流流超超过过某某一一值值后后，VT2 导导通通，限限制制 VT1 中中的的电电流，保护

30、调整管。流，保护调整管。保护电路的输出特性：保护电路的输出特性：正常稳压区正常稳压区限流保护限流保护1.过流保护电路（限流型）过流保护电路（限流型）过流过流时，使调整管发射电流限制在时，使调整管发射电流限制在某一数值的电路某一数值的电路。在集成稳压器电路内部有各种保护电路，如过流保护、在集成稳压器电路内部有各种保护电路，如过流保护、短路保护、调整管安全区保护、芯片过热保护。短路保护、调整管安全区保护、芯片过热保护。不适应于大功率电路不适应于大功率电路第63页，共87页，编辑于2022年，星期一截流型截流型过流保护电路过流保护电路图图10.15截流型过流保护电路及其输出特性截流型过流保护电路及其

31、输出特性T1为调整管为调整管R0为取样电阻，它为取样电阻，它与与T2、R1和和R2构构成保护电路成保护电路保护原理保护原理过流时，使调整管发射电流过流时，使调整管发射电流迅速减小到较小数值迅速减小到较小数值的电路的电路。第64页，共87页，编辑于2022年，星期一2.调整管的安全工作区保护电路调整管的安全工作区保护电路3.芯片过热保护电路芯片过热保护电路第65页，共87页，编辑于2022年，星期一10.5.3 三端集成稳压器三端集成稳压器 如果将调整管、比较放大电路、基准电源、取样电路及连接导线等制作在一片硅片上，就构成了集成稳压电路。其中，三端集成稳压器因其体积小、性能稳定、价格低廉、使用方

32、便，目前得到了广泛应用。所谓“三端”，就是该集成稳压器只有三个引出端，因而能以最简方式接入电路。三端集成稳压器按功能分为固定式和可调式两类，下面以图10.16所示的W7800和W117为例，分别对这两类电路加以介绍。第66页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.16 三端稳压器的方框图(a)固定式W7800；(b)可调式W117 第67页，共87页，编辑于2022年，星期一 1.W7800三端稳压器三端稳压器 W7800系列芯片的输出电压为固定值，有5 V、6 V、9 V、12 V、15 V、18 V和24 V七种，其型号的后两位数字即表示输出电压；输出电流有1.5 A（W7800）、

33、0.5 A（W78M00）和0.1 A（W78L00）三种。第68页，共87页，编辑于2022年，星期一 例如,W7805就表示输出电压为5 V，最大输出电流为1.5 A。W7805的简化框图如图10.17所示，三个引出端分别为不稳定电压Ui输入端（1端）、稳定电压Uo输出端（2端）以及公共接地端（3端）。主要包括启动电路、基准电压电路、比较放大电路、调整管、取样电路和保护电路等部分。启动电路仅在刚通电时起作用，帮助恒流源建立工作点，使基准电压电路、比较放大电路和调整管等投入正常工作，一旦输出电压Uo建立，启动电路即停止工作。V3、V4、VD5、VD6和R2组成能隙基准电压电路（bandgap

34、 reference circuit），它能够为稳压电路提供十分稳定的基准电压。取样信号来自R20和R19的分压，它与基准电压相比较，两者的差值经由V3、V4构成的共射放大电路放大，去调节由V16、V17构成的调整管的管压降，最终达到稳压目的。保护电路包括过流保护、短路保护、调整管安全工作区保护和芯片过热保护等，其主要目的都是保证调整管能够安全工作，不至损坏。第69页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.17 W7805简化框图 第70页，共87页，编辑于2022年，星期一 2.W117三端稳压器三端稳压器 W117是一种只需外接很少元件就能输出可调电压的三端集成稳压器，输出电流有1.

35、5 A（W117）、0.5 A（W117M）和0.1 A（W117L）三种。其原理框图如图10.18所示，三个引出端分别为不稳定电压Ui输入端（1端）、稳定电压Uo输出端（2端）以及调整端（3端）。由图可见，该电路仍然是通过电压负反馈作用，将输出电压的变化量放大后，反馈控制调整管的管压降，使输出电压自动进行调节，从而维持稳定。调调整整端端是是基基准准电电压压电电路路的的公公共共端端，由于该端的端电流Iadj很小（约50 A），因而当外接调整电阻R1、R2后，输出电压为 式中,基准电压UREF的典型值为1.25 V。第71页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.18 W117的原理框图

36、第72页，共87页，编辑于2022年，星期一10.5.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用 1.W7800的应用的应用基本应用电路如图10.19所示。W7800的输出电压Uo为某一固定值，等于输出端（2端）与公共端（3端）之间的电位差，即Uo=U23。其中，Uo允许有5%的偏差。为使三端稳压器能正常工作，Ui与Uo之差应大于35 V，且Ui35 V。C1和C2用于防止自激振荡，减小高频噪声和改善负载的瞬态响应。当输出电压Uo较高且C2容量较大时，输入端和输出端之间应跨接保护二极管VD，因为输入端一旦短路，C2端电压将反向作用于调整管，易造成调整管的损坏。而加VD之后，当输入端发生短路时

37、，C2上的电压可通过VD经稳压器内部电路放电。此外，还必须注意防止稳压器的公共接地端开路。因为当接地端断开时，输出电压接近于不稳定的输入电压，即Uo=Ui，可能使负载过压受损。第73页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.19 W7800的基本应用电路 第74页，共87页，编辑于2022年，星期一 由于W7800的输出电流有限（只有1.5 A、0.5 A、0.1 A三种），若所需负载电流IL超过稳压器的最大输出电流Iomax，可采用外接功率管的方法来扩大输出电流，如图10-20所示。外接功率管T为NPN型硅管，若其发射结压降为UBE，电流放大系数为，则负载电流最大可达ILmax=(1+

38、)(Iomax-IR)二极管VD的作用是为抵消UBE对Uo的影响，维持输出电压的稳定。因为当UBE=UD时，Uo=IRR=U23。第75页，共87页，编辑于2022年，星期一图10.20第76页，共87页，编辑于2022年，星期一 以上输出电压Uo均为正值。许多电子设备均需正、负双电源供电，此时可将W7800和W7900配合使用，如图10.21所示。W7900系列属于负压输出，即输出端对公共端呈负电压，它的电路结构和工作原理与W7800类似。W7900的输出电压有-5 V、-6 V、-9 V、-12 V、-15 V、-18 V和-24 V等七种，输出电流有1.5 A、0.5 A和0.1 A等三

39、种。图中由于负载与电源公共地未接通，因此需增加二极管VD、VD起保护作用。需要特别注意的是，当采用TO-3封装的7800系列时，其金属外壳为地端，而同样封装的7900系列，其金属外壳为负压输入端。因此，由两者构成多路稳压电源时，若将7800的外壳接印制板的公共地，7900系列的外壳及散热器就必须与印制板的公共地绝缘，否则将造成电源短路。第77页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.21 正、负输出稳压电路 第78页，共87页，编辑于2022年，星期一 2.W117的应用的应用 W117的主要应用是实现输出电压可调的稳压电路。【例】由W117组成的可调稳压电路如图10.22所示。已知UR

40、EF=1.25 V，R1=240。为获得1.2537 V的输出电压，试求R2的最大阻值。图 10.22 电路图 第79页，共87页，编辑于2022年，星期一 解解 图10.22电路中，为保证稳压器空载时也能正常工作，R1一般取为240。R2的大小则可根据输出电压的调节范围来确定：当其滑动端位于最下方时，R2=0，Uo=U23=1.25 V；当其滑动端位于最上方时，R2最大,如要使Uo=37 V，则由于 即 所以 第80页，共87页，编辑于2022年，星期一*10.6 开关型稳压电路开关型稳压电路 开关型稳压电路（switching mode regulating circuit）可克服上述不足

41、。它的调整管工作在开开关关状状态态，要么饱和导通，要么截止。调整管饱和导通时，虽电流较大，但管压降近似为零；截止时，虽管压降较大，但流经管子的电流近似为零，所以调整管开关状态下的管耗始终很小。若能使管子在导通状态和截止状态之间转换时所用的过渡时间尽可能少（占开关周期的10%以下），那么调整管的功耗就会大大减少。目前开关型稳压电源以其高效率、体积小等优势，得到了越来越广泛的应用，已成为计算机、通信等电子设备电源的主流。第81页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.23 串联开关型稳压电源的原理框图 第82页，共87页，编辑于2022年，星期一 电路的工作原理如下：基准电压电路产生稳定电压

42、UREF，取样电压UN1与UREF的差值经A1放大后输入A2同相端，设为u2+。u2+与A2反相端的三角波信号u2-相比较，得到控制信号uB，uB控制调整管V，使V处于开关状态，进而决定电感L、电容C和二极管VD的状态：当uB为高电平（电位有时亦称电平）时，V饱和导通（设导通时间为ton），其饱和管压降UCES很小，故发发射射极极、集集电电极极之之间间近近似似短短路路，发射极电位uE=Ui-UCESUi。此时二极管VD因反偏而截止，电感L存储能量同时向电容C充电，负载RL中有电流流过；当uB为低电平时，V截止（设截止时间为toff，即调整管的开关周期t=ton+toff），基极电流和发射极电流

43、均为零，故发发射射极极、集集电电极极之之间间近近似似断断路路。此时电感L产生的自感电动势使二极管VD导通，uE=-UD0。第83页，共87页，编辑于2022年，星期一 L中存储的能量通过VD向RL释放，使RL上继续有同方向的电流流过（故VD称为续流二极管），同时电容C放电。u2-、uB、uE和uo的波形如图10.24所示。由图可见，电路利用A2的输出信号uB控制调整管V，从而将连续的输入电压Ui变成断续的矩形波电压uE，再经续流滤波环节加以平滑后，变为平稳的直流输出电压Uo。由于RL变化时会影响LC滤波环节的滤波效果，因此开关型稳压电路适用于负载固定、输出电压调节范围不大的场合。若忽略L中的直

44、流压降，则Uo即为uE的直流分量，即 第84页，共87页，编辑于2022年，星期一式中，q称为占空比（duty ratio），它等于调整管导通时间ton与开关周期t之比。由式(10-26)可见，改变q即可改变输出电压Uo。当输出电压Uo由于某种原因增大时，取样电压u1-随之增大，使u2+减小，即图10.23中代表u2+的虚线向下移动，导致调整管V的导通时间ton减小，uB的占空比q减小，因此Uo减小，维持了输出电压的稳定。而当Uo减小时，反馈控制的结果将使uB的占空比q增大，从而使Uo增大，同样维持了输出电压稳定。第85页，共87页，编辑于2022年，星期一图 10.24 图10.23电路工作

45、波形第86页，共87页，编辑于2022年，星期一 上述稳压过程中占空比q的改变是在保持开关周期t不变的前提下，通过改变导通时间ton来达到的，称为脉宽调制型（PWM）开关电源。显然，如果保持ton不变而改变振荡频率f（即开关周期t）或同时改变ton和toff，也同样可以改变占空比q，达到稳压目的，这两类开关电源分别称为脉频调制型（PFM）和混合调制型。此外，图10.23的调整管与负载是串联形式，因而UoUi。实际应用中，有时需要UoUi，这时可采取调整管与负载并联的形式，故称为并联开关型稳压电源。开关电源目前已成为电力电子学科的一个重要分支，其发展趋势是进一步提高开关频率以减小体积和重量，同时克服开关电源工作频率对交流电网和供电负载造成的射频干扰（RFI）及电磁干扰（EMI)。众多的专家学者正在为此而努力。第87页，共87页，编辑于2022年，星期一