直流稳压电源

第七章直流稳压电源本章要求：了解直流稳压电源的组成、作用和主要技术指标；掌握整流滤波电路的工作原理；掌握串、并联型稳压电路的工作原理及应用；熟悉常用三端稳压器的应用电路。7.1直流稳压电源概述7.1.1直流稳压电源的组成与分类1.电源变压器电源变压器的作用是将交流电网提供的220V、50Hz市电变成所需的交流电压。2.整流器整流器的作用是将220V、50Hz交流电变成单向脉动的直流电。3.滤波器滤波器的作用是将整流所得的脉动直流电中的交流成分滤除。4.稳压器稳压器的作用是将滤波电路输出的直流电压稳定不变，即输出直流电压不随电网电压和负载的变化而变化。直流稳压电源有三类：一类是并联式稳压电源；二类是晶体管串联调整式稳压电源；三类是开关式稳压电源。7.1.2直流稳压电源的质量指标1.输出电压范围通用稳压电源的输出电压通常可在一定的范围内调节，且输出电压在该范围内连续可调。2.额定负载电流额定负载电流是稳压电源长时间工作所允许输出的最大电流。3.稳定程度抗电网不稳定度Sr是输出直流电压相对变化量与输入交流电压相对变化量之比，Sr越小越好，通常为千分之几。4.电源内阻5.纹波电压7.2整流滤波电路7.2.1整流电路1.半波整流电路（1）工作原理变压器次级电压u2＝U2sinωt，由于二极管的单向导电性只允许某半周的交流电通过二极管加在负载上，这样负载电流只有一个方向，从而实现了整流。导通过程为：当次级绕组电压极性上正下负时，VD导通，输出电压uo与u2相同；而另一个半周期内VD因加反向电压不导通，RL上无电压。（2）特点半波整流电路的优点是电路简单，元件少，缺点是交流电压中只有半个周期得到利用，输出直流电压低，Uo≈0.45U2。2.全波整流电路（1）工作原理在正半周（u2极性如标识“＋”和“－”所示）时，由于变压器有中心抽头，A点电位最高，B点居中，C点最低，VD1加正向电压导通，VD2加反向电压截止，uo≈u2，电流iD1由点A经VD1和RL至B点形成回路，方向由上至下；在负半周（u2极性与前相反）时，C点电位最高，B点居中，A点最低，VD2加正向电压导通，VD1加反向电压截止，uo≈u2，电流iD1由点C经VD2和RL至B点形成回路，方向由下至上。RL上的电流应是正负半周的合成，这样就在RL上获得单方向脉动电流，由于整个周期均被利用，故称全波整流，其输出直流电压Uo≈0.9U2（2）特点输出电压高，输出电流大，电源利用率高，但要求变压器具有中心抽头，体积大，笨重，电路的利用率低，适用于大功率输出场合。3.桥式整流电路（1）工作原理当u2为正半周（A端为“＋”，B端为“－”）时，VD1和VD3因加正向电压而导通，而VD2、VD4因加反向电压而截止，导通电流iL由A端→VD1→RL→VD3→B端，在RL上电流iL的方向由上至下；当u2为负半周（极性与前相反）时，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，导通电流由B端→VD2→RL→VD4→A端，在RL上电流iL的方向由下至上。这样在u2的一个周期内VD1、VD3和VD2、VD4轮流导通，在RL上获得同全波整流一样的脉动电流或电压。（4）特点桥式整流电路具有变压器利用率高、平均直流电压高、整流元件承受的反压较低等优点，故应用广泛。7.2.2滤波电路1.电容滤波电路（1）滤波电路及原理在整流电路中的RL两端并联一个大电容(一般为大容量电解电容)，就构成了电容滤波电路。在不加滤波电容的情况下，RL两端的电压波形为脉动直流电。接入滤波电容C后，在接通电源的瞬间，当Uab上升时，电容C两端电压跟随上升，如图中OA段，在次级输入电压的一个周期中，第二个1/4周期以及第三个1/4周期的部分时间内，由于Uab小于电容C上电压，而电容C两端电压又不能突变，故电容C上的电荷将通过RL放电，直到图中B点，此后Uab大于电容C上电压，又开始对C充电，如此继续下去。可见，接入电容C后，不但脉动大大变小，而且输出直流电压提高了。2.电感滤波电路（1）电感滤波电路及原理电感也是一种储能元件，当电流发生变化时，L中的感应电动势将阻止其变化，使流过L中的电流不能突变。当电流有变大的趋势时，感生电流的方向与原电流方向相反，阻碍电流增大，将部分能量储存起来；当电流有变小的趋势时，感生电流的方向与原电流方向相同，放出部分储存能量，阻碍电流减小。于是使输出电流与电压的脉动减小。（2）特点①通过二极管的电流不会出现瞬间值过大②当不考虑L的直流电阻时，L对直流无影响，对交流起分压作用③因L的直流电阻很小，负载上得到的输出电压和纯电阻负载相同Uo＝URL＝0.9U23.组合滤波电路如图7-7所示为常见的组合滤波电路，或称复式滤波电路，其工作原理是上述两种滤波电路的组合7.3稳压管稳压电路7.3.1稳压管稳压电路及稳压原理1.稳压电路2.稳压原理（1）电网电压波动时，使Ui变化时的稳压过程（2）负载电流Io(负载电阻RL)变化时的稳压过程3.稳压管稳压电路的特点优点是电路简单，工作可靠，稳压效果也较好。缺点是：输出电压的大小要由稳压管的稳压值来决定，不能根据需要加以调节；负载电流Io变化时，要靠Iz的变化来补偿，而Iz的变化范围仅在Izmin和Izmax之间，负载变化小；再是电压稳定度不够高，动态内阻还比较大（约几欧到几十欧姆）。7.3.2限流电阻的计算选择限流电阻应遵从的条件为：Izmin＜Iz＜Izmax限流电阻R应在其可选的最大值与最小值之间选取7.4串联型稳压电源7.4.1电路原理Uo＝Ui－UR，若Ui增加，会引起Uo增加,可调节可变电阻R，使压降UR加大，Ui的增量完全可以通过调整由R分走，使Uo基本不变，从而达到稳压的目的；反之，若Ui减小，会引起Uo减小，可调节可变电阻R使压降UR减小，使Uo基本不变，从而也达到稳压的目的。但是这种调整不能靠手动去完成，必须使R能自动调节。常用的方法是用晶体三极管的UCE去代替UR，如图7-10b)所示。改变基极电流IB，IC、UCE也会随之而变，从而使UCE随IB的控制而变化。7.4.2串联型晶体管稳压电路1.电路组成（1）调整电路：作用是调节自身的压降，保证输出电压不变；（2）比较放大电路：将输出电压同参考电压比较后所得的控制信号加以放大；（3）基准电压电路：获得恒定不变的电压，作为比较输出电压变化与否的标准；（4）取样电路：用于取出一部分输出电压。2.稳压原理(1)当Ui减小而RL不变时，电路可使Uo基本不变。其稳压过程如下：(2)当Ui不变而RL增大时，电路可使Uo基本不变。其稳压过程如下：3.输出电压的调整方法从电路上看，可将RW分为上下两部分，分别同R1、R2合二为一成R1′和R2′，在忽略VT2基极电流的情况下，流过R1′和R2′中的电流近似相等。只要对RW进行调整，则可得到不同的输出电压Uo7.4.3影响输出电压稳定的因素1.取样电路的影响必须保持取样电压只与输出电压有关，选取样电阻时，要选择温度特性好、精度高的电阻。2.基准环节的影响输出电压Uo的大小与UZ有关，必须保持UZ恒定，才能使Uo稳定。3.比较放大环节的影响一般要求比较放大电路的放大倍数大、稳定、零漂要小，才能提高输出电压的稳定度。4.调整管的影响调整灵敏度要高，取决于比较放大环节提供的推动电流的大小，在Io较大的场合，单级比较放大器不能提供足够的推动电流。7.5三端集成稳压电路7.5.1结构框图三端集成稳压电路只有三个引出端：输入端、输出端和公共端（调整端），使用十分方便。7.5.2三端集成稳压器的类型1．三端固定电压稳压器（1）三端固定正电压稳压器（2）三端固定负电压稳压器2.三端可调电压稳压器（1）三端可调正电压稳压器（2）三端可调负电压稳压器7.5.3三端集成稳压电路的应用1.品种选择方法选择合适的类型、对不同使用场合，选择不同的参数、是否需要附加功能2.使用中的注意事项3．应用电路举例（1）固定输出正电压输入端加短路保护的稳压器，如图7-13所示，图中的C1、C2为高频旁路电容，可抑制电路引入的高频干扰。（2）扩展输出电压的稳压器，如图7-14所示，图中的稳压管也可用电阻R代替。（3）用PNP型大功率管扩展输出电流的稳压器，如图7-15所示。输出电流为晶体三极管的集电极电流与稳压块的输出电流之和。（4）输出电压连续可调的集成稳压器，如图7-16所示。图中VD1、VD2都是用于保护集成稳压内的调整管，改变RW的阻值，可使输出电压在一定范围内变化。（5）图7-17为三端可调式集成稳压器CW317的基本应用电路，其输出电压Uo=1.2(1+R2/R1)，为保证空载时Uo的稳定，R1不宜高于240Ω。（6）图7-18为CW317的低电压输出电路，它把调整端直接接地，Uo=1.2V。（7）图7-19为CW317的可调高精度恒流源电路，由于IADJ很小可忽略，故输出电流Io=1.2/R,其中R的值为0.8~12Ω，则Io为大于100mA的高精度恒流源。