直流稳压电路的详解与分析技术

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1、第 13讲 直 流 稳 压 电 源一 、 直 流 稳 压 电 源 的 组 成 和 功 能二 、 单 相 整 流 电 路 (17.2.1)三 、 滤 波 电 路四 、 稳 压 电 路 (12.8.2)五 、 集 成 稳 压 电 源 (12.8.2) 电 源 变 压 器 : 将 交 流 电 网 电 压 u1变 为 合 适 的 交 流电 压 u2。 整 流 电 路 : 将 交 流 电 压 u2变 为 脉 动 的 直 流 电 压 u3。 滤 波 电 路 : 将 脉 动 直 流 电 压 u3转 变 为 平 滑 的 直 流电 压 u4。 稳 压 电 路 : 清 除 电 网 波 动 及 负 载 变 化 的

2、影 响 ,保 持输 出 电 压 uo的 稳 定 。一、直流稳压电源的组成和功能整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路u1 u2 u3 u4 uo 单 相三 相 二 极 管可 控 硅桥 式倍 压 整 流半 波全 波本 课 主 要 介 绍 ：单 相 半 波 整 流 ， 单 相 全 波 整 流 ， 单 相 桥 式 整 流把 交 流 电 压 转 变 为 直 流 脉 动 的 电 压 。整 流 电 路 分 类 ：整 流 电 路 的 任 务 ： 二、单相整流电路1.单相半波整流电路二 极 管 导 通 ， 忽 略 二极 管 正 向 压 降 ， uo=u2u1 u2

3、aTb DRL uo为 分 析 简 单 起 见 ， 把 二 极 管 当 作 理 想 元 件 处 理 ， 即二 极 管 的 正 向 导 通 电 阻 为 零 ， 反 向 电 阻 为 无 穷 大 。二 极 管 截 止 , u o=0+ io+ u2 0 时 :u20 时D1,D4导 通D2,D3截 止电 流 通 路 :a D1RLD4b u20 时D2,D3导 通D1,D4截 止电 流 通 路 :b D2RLD4a单 相 桥 式 整 流 电 路 输 出 波 形 及 二 极 管 上 电 压 波 形u2 D3 D2D1D4 RLuoab 整 流 输 出 电 压 平 均 值 ： Uo=0.9U2负 载 电

4、 流 平 均 值 :I o= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二 极 管 平 均 电 流 ： ID=Io/2二极管最大反向电压：DRM 22U U=u2 ttuD2,uD3uD1,uD4 tuo 集 成 硅 整 流 桥 ： u2 uo+ + - + 4. 整流电路的主要参数 负 载 电 压 Uo的 平 均 值 为 :( )= oo tduU 2021 负 载 上 的 (平 均 )电 流 : Lo RUI o= (1)整 流 输 出 电 压 的 平 均 值 uo 20 t S定 义 ： 整 流 输 出 电 压 的 基 波 峰 值 Uo1M与 Uo平 均 值之 比 。 S越 小 越 好 。

5、2. 脉 动 系 数 6703222 324 221 .UUUUS oMo = 用 傅 氏 级 数 对 全 波 整 流 的 输 出 uo 分 解 后 可 得 : )6cos3544cos1542cos342(2 2 tttUuo = uo 20 t基波基波峰值输出电压平均值 平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主要依据。oD II 21= 22UURM = 例 如 ： 在 桥 式 整 流 电 路 中 ， 每 个 二 极 管 只 有 半 周导 通 。 因 此 ， 流 过 每 只 整 流 二 极 管 的 平 均 电 流 ID是 负 载 平 均 电 流 的 一 半 。二 极 管

6、截 止 时 两 端 承 受 的 最 大 反 向 电 压 ：(3)二 极 管 平 均 电 流 与 反 向 峰 值 电 压（选购时：二极管额定电流 2ID)（选购时：最 大 反 向 电 压 2URM) 三、滤波电路滤 波 电 路 的 结 构 特 点 : 电 容 与 负 载 RL 并 联 ， 或电 感 与 负 载 RL串 联 。交 流电 压 脉 动直 流 电 压整流滤波直 流电 压R LLRLC 1. 电容滤波电路以 单 向 桥 式 整 流 电 容 滤 波 为 例 进 行 分 析 ，其 电 路 如 图 所 示 。(1)电 容 滤 波 原 理a桥式整流电容滤波电路u1 u2u1 b D4 D 2D1D

7、3 RL uoSC RL未 接 入 时 (忽 略 整 流 电 路 内 阻 )u2 tuo t设 t1时 刻 接通 电 源 t1整 流 电 路 为电 容 充 电 充 电 结 束 没 有 电 容时 的 输 出波 形au1 u2u1 b D4 D2D1D3 RL uoSC uc RL接 入 （ 且 RLC较 大 ） 时 (忽 略 整 流 电 路 内 阻 )u1 u2u1 b D4 D2D1D3 RL uoSCu2 tuo t无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形 uo tu2上升， u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电，u o= uc u2 u2下降， u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而

8、截止。电容C通过RL放电， uc按指数规律下降，时间常数 = RL C u2 tuo t只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。二 极 管 中 的电 流u1 u2u1 b D4 D2D1D3 RL uoSC u2 tuo t电容充电时，电容电压滞后于u2。RLC越小，输出电压越低。u1 u2u1 b D4 D2D1D3 RL uoSCRL接 入 （ 且 RLC较 大 ） 时 (考 虑 整 流 电 路 内 阻 ) 一 般 取 )105( TCR L = (T:电 源 电 压 的 周 期 )近 似 估 算 : Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) 流 过 二

9、 极 管 瞬 时 电 流 很 大RLC 越 大 Uo越 高 负 载 电 流 的 平 均 值 越 大 ; 整 流 管 导 电 时 间 越 短 iD的 峰 值 电 流 越 大(2)电 容 滤 波 电 路 的 特 点(a) 输 出 电 压 平 均 值 Uo与 时 间 常 数 RLC 有 关RLC 愈 大 电 容 器 放 电 愈 慢 Uo(平 均 值 )愈 大(c) 二 极 管 承 受 的 最 高 反 向 电 压 22UURM = 2. 电感滤波电路电 路 结 构 : 在 桥 式 整 流 电 路 与 负 载 间 串 入 一 电 感 L就 构 成 了 电 感 滤 波 电 路 。u2u1 RLL uo 电

10、 感 滤 波 原 理对 谐 波 分 量 : f 越 高 ， X L 越 大 ,电 压 大 部 分 降 在 XL上 。 因 此 ， 在 输 出 端 得 到 比 较 平 滑 的 直 流 电 压 。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1 RL L uo对 直 流 分 量 : XL=0 相 当 于 短 路 ,电 压 大 部 分 降 在 RL上 3. RC 型滤波器改 善 滤 波 特 性 的 方 法 ： 采 取 多 级 滤 波 uoRu2u1 C1 C2uo1 RLRC 型滤波器将RC 型滤波器中的电阻换为电感，变为LC 型滤波器 四、稳压电路稳 压 电 路 的 作 用

11、:交 流电 压 脉 动直 流 电 压整流滤波有 波 纹 的直 流 电 压稳压直 流电 压 稳 压 电 源 类 型 : 以 下 主 要 讨论 线 性 稳 压电 路 。稳 压 管稳 压 电 路 开 关 型稳 压 电 路线 性稳 压 电 路常 用 稳 压 电 路(小 功 率 设 备 )电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。 1. 稳压电路的主要性能指标(1)稳 压 系 数 S（ 越 小 越 好 ）稳 压 系 数 S反 映 电 网 电 压 波 动 时 对 稳 压 电 路 的 影响 。 定 义 为 当 负 载 固 定 时

12、 ， 输 出 电 压 的 相 对 变 化量 与 输 入 电 压 的 相 对 变 化 量 之 比 。 I Ioo UUUUS =(2)输 出 电 阻 Ro （ 越 小 越 好 ）输 出 电 阻 用 来 反 映 稳 压 电 路 受 负 载 变 化 的 影 响 。定 义 为 当 输 入 电 压 固 定 时 输 出 电 压 变 化 量 与 输 出电 流 变 化 量 之 比 。 它 实 际 上 就 是 电 源 戴 维 南 等 效电 路 的 内 阻 。 2. 串联反馈式稳压电路(1)电 路 结 构 的 一 般 形 式串 联 式 稳 压 电 路 的 组 成 ：（ 1） 基 准 电 压 ； （ 2） 比 较

13、放 大 ；（ 3） 输 出 电 压 取 样 电 路 ； （ 4） 调 整 元 件 UOT+_UI 比较放大基 准电压 Uo 取样UR FUO RL调 整 元 件 + 因 调 整 管 与 负 载 接 成 射 极 输 出 器 形 式 ，为 深 度 串 联 电 压 负 反 馈 ， 故 称 之 为 ： 串 联 反 馈 式 稳 压 电 路 。若因输入电压变化或负载变化而使UO加大,比较放大电路使UB1变小,从而使UO降低. UOT1+_UI 比较放大基 准电压 Uo 取样UR FUO RL调 整 元 件 + UB1 +UIUoRLR3比较放大 T1调整管R 3 、 T2比较放大 R1 、 RW 、R2采

14、样电阻R 、 U Z基准电压 (2)一 种 实 际 的 串 联 式 稳 压 电 源R3 T1T2 U Z RRW1RW2 R1RWR2 RL UO+_ +_UI UB2 稳 压 原 理U o UB2 UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo当 UI 增 加 或 输 出 电 流 减 小 使 Uo升 高 时R3 T1T2 UZ RRW1RW2 R1RWR2 RL UO+_ +_UI UB2UC2 （UB1 ） (3) 输 出 电 压 的 确 定 和 调 节 范 围因为： OU2BEZ UU + 22W RR +21 WRRR += ( )222 21 BEZW WO UURR RRRU

15、+=所以：22 21 ZW W URR RRR +=忽略UBE2R3 T1T2 UZ RRW1RW2 R1RWR2 RL UO+_ +_UI UB2 例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。R3 T1T2 UZ RRW1RW2 R1RWR2 RL UO+_ +_UI UB2 221 ZW WOmin URR RRRU += 4=6V4.74.7 += 4.74.7+4.7221 ZWOmax UR RRRU += 4=12V4.74.7 += 4.74.7 (4) 实 际 的 稳 压 电 源 采 取 的 改 进 措 施1. 比 较 放 大 级 采 用 差

16、 动 放 大 器 或 集 成 运 放2.调 整 管 采 用 复 合 三 极 管3. 采 用 辅 助 电 源 (比 较 放 大 部 分 的 电 源 )4. 用 恒 流 源 负 载 代 替 集 电 极 电 阻 以 提 高 增 益5. 内 部 加 短 路 和 过 热 保 护 电 路R3 T1T2 UZ RRW1RW2 R1RWR2 RL UO+_ +_UI UB2集成化集成稳压电源 五、集成稳压电源特 点 ： 体 积 小 ,可 靠 性 高 ,使 用 灵 活 ,价 格 低 廉内 部 电 路 ： 串 联 型 晶 体 管 稳 压 电 路类 型 ： W7800系 列 稳 定 正 电 压W7805 输 出 +

17、5V W7809 输 出 +9V W7812 输 出 +12V W7815 输 出 +15V W7900系 列 稳 定 负 电 压W7905 输 出 -5V W7909 输 出 -9V W7912 输 出 -12V W7915 输 出 -15V 1端 : 输 入 端2端 : 公 共 端3端 : 输 出 端W7800系列稳压器外形及接线图1 23 +_ W7805UI +_Uo1 32CI0.11F Co1F+10V +5V注 意 ： 输 入 与 输 出 端 之 间 的 电 压 不 得 低 于 3V！ 1端 : 公 共 端2端 : 输 入 端3端 : 输 出 端W7900系列稳压器外形及接线图1 23 + W7905UI +Uo2 31CI0.11F Co1F-10V -5V 集成稳压电源应用电路u2u1 C1300FU 1=220VU2=8V UC1=1.2 U2 =9.6VUo=5V+_ CoW7805 +_ Uo1 32 1F RLCI1F