18直流稳压电源解析

(18-1)第18章直流稳压电源(18-2)•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影响,保持输出电压uo的稳定。直流稳压电源的组成和功能(18-3)整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。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。§1整流电路(18-4)§1.1单相半波整流电路u0时，二极管导通。iLu1uaTbDRLuo忽略二极管正向压降：uo=uu1uaTbDRLuoiO=0u0时，二极管截止,输出电流为0。uo=0(18-5)tuo(4)输出电压平均值（Uo）：(1)输出电压波形：u1uaTbDRLuoioπ2045.0π2dπ21UUtuUoo(3)二极管上承受的最高电压：UURM2(2)二极管上的平均电流：ID=IO=UO/RL(18-6)单相全波整流电路u1uaTbD1RLuoD2uiO(4)uo平均值Uo：Uo=0.9U(1)输出电压波形：(2)二极管上承受的最高电压：UURM22tuo(3)二极管上的平均电流：oDII21(18-7)§1.2单相桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1uTD4D2D1D3RLuo(18-8)桥式整流电路-+u0u1uTD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路(18-9)u0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:AD1RLD3Bu0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1tuouD4D2D1D3RLuoAB(18-10)1.全波整流输出电压平均值（Uo）π2090dπ21U.tuUoo负载上的(平均)电流:LORU.I902.每个二极管流过的平均电流(ID)LoDRU.II45021UURM2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。3.反向峰值电压(URM)二极管截止时两端承受的最大反向电压(18-11)几种常见的硅整流桥外形：+AC-~+~-~+-~(18-12)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原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。§2滤波电路(18-13)§2.1电容滤波器（C滤波器）(-)(+)(+)(-)＋－＋－DuOuiRLsin2Utu==ucC＋OuOt2UD导通D导通D截止OuOt2UD导通D导通D截止★通常取UO=U（半波）UO=1.2U（全波）2UOuOt（1）输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数RLC有关系。RLC大一些，脉动就小一些。为了得到比较平直的输出电压，一般要求RL（10~15）/ωC即RLC（3~5）T/2(18-14)输出电压随负载电阻RL变化有较大的变化,即外特性较差（带负载的能力较差）。如:RL愈小(IL越大),Uo下降多。(2)输出特性(外特性)uo电容滤波无电容滤波1.4U0.45U0Io(3)流过二极管瞬时电流很大。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(4)二极管上的最高反向电压URM电路无电容滤波有电容滤波单相半波整流单相桥式整流√2U√2U2√2U√2U(18-15)例1、有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo为30V，选择整流二极管及滤波电容器。uiu＋－D2D3D4RLuOiO＋－D1C＋结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。滤波电容的数值一般在几十微法到几千微法，视负载电流的大小而定，其耐压应大于输出电压的最大值，通常采用极性电容。(18-16)流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压V352522DRMUU变压器副边电压的有效值A075020030212121LOOD.RUIIuRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管25V1.23021O.UU可选用二极管2CP11IOM=100mAURWM=50V(18-17)一、L-C型滤波电路uu1LuoCRLuo1LC滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合于高频滤波。§2.2-3其他形式的滤波电路(18-18)二、LC–型滤波电路uu1LuoC2RLuo1C1显然，LC–型滤波电路输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，提高了输出电压。整流二极管的冲击电流较大(18-19)uoRuu1C1C2uo1´RL三、RC–型滤波电路将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。(18-20)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)以下主要讨论线性稳压电路。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。§3直流稳压电源(18-21)稳压管稳压电路2.工作原理UO=UZIR=IO+IZUIUZRL(IO)IR设UI一定，负载RL变化UO基本不变IR(IRR)基本不变UO(UZ)IZ1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路(18-22)18.3.1稳压管稳压电路2.工作原理UO=UZIR=IO+IZUIUZUIUZ设负载RL一定，UI变化UO基本不变IRRIZIR1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz(18-23)2恒压源1FZoRRuu-1FZoRR）uu（1+DZ++∞RFR1R2uo++URRLDZ++∞RFR1R2uo++URRL+UZ-+UZ-(18-24)3串联型稳压电路'10Z''12(1)RUURR++(18-25)随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。4集成稳压电源(18-26)1端:输入端2端:输出端3端:公共端W7800系列稳压器外形1231端:公共端2端:输出端3端:输入端W7900系列稳压器外形123(18-27)注：型号后XX两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成稳压器固定式可调式正稳压W78XX负稳压W79XX集成稳压电源的分类(18-28)应用电路输出为固定正压时的接法如图所示。注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1230.1~1F1µF抵消输入端较长接线的电感效应，防止自激瞬时增减负载电流不致引起输出电压有较大的波动(18-29)（1）输出正负电压的电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+_UO123+_CIW79XX12COCO3UO(18-30)COW78XXCIUI+_+_UO123UXXUZRDZUXX:为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ（2）提高输出电压的电路(18-31)（3）扩大输出电流的电路I2I1=IR+IB=-UBE/R+IC/βW78XX＋－UiRCiCo＋－UoIRICI2I3I1IB132IO(18-32)（4）∞W78**R3U**UO＋－＋－312CiUi－＋CoR4R1R2++(18-33)（4）输出电压可调式电路用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的7－30V可调式稳压电源。W7805123R1CICoUI76234UoR2F0070.3333V10k0.1µ(18-34)ooURRRUUU2121++-(UXX=5V)运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高,输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。123R1CICoUI76234UoR2F0070.3333V10k0.1µW7805)1(12RRUUXXo+XXooUUU+1Uo1