第10章 直流稳压电源

第10章直流稳压电源§1小功率整流滤波电路§2串联反馈式稳压电路§3集成稳压电路§1小功率整流滤波电路直流稳压电源的作用及组成将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。变压器整流滤波稳压引起电压不稳定的原因1、交流电网电压的波动；2、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）；3、温度的影响；单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波一、整流电路的分类二、单相半波整流电路2设变压器输出电压：u2=U2sinωtiDu2tuotu1u2uoRL+－－＋则输出电压：2、电路特点优点：结构简单，元件少。缺点：输出波形脉动大，利用率低。1、工作原理22sin002oUttut22sin002oUttut3、电路分析211222(sincos2cos4)2315Uttt02220.45uUU0200.45LLuUIRR22RMUU57.12001uUSm输出电压的平均值的幅值负载上最低次谐波分量（1）输出直流电压：（2）负载平均电流（3）二极管所承受的最大反向电压（4）整流管平均整流电流=负载平均电流4、整流输出电压的脉动系数二、单相半波整流电路三、单相桥式整流电路u2正半周时:D1、D3导通，D2、D4截止u2ttuLu2负半周时：D2、D4导通，D1、D3截止-++–2设变压器输出电压：u2=U2sinωtu1u2220V+-RLuoD1D3D4D222442(cos2cos4)315Utt222sin02sin2oUttuUtt22220.9LuUU20.9LLLLuUIRR22RMUU1、输出直流电压：2、负载平均电流3、二极管所承受的最大反向电压4、整流管平均整流电流=IL/25、整流输出电压的脉动系数2242230.67322USU四、滤波电路2、几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型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。1、滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。RC低通滤波电路3、电容滤波电路充电放电（1）空载时的情况（2）接负载的情况在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内充得的电荷，所以充电电流较大。2输出电压为U2，二极管承受的最高反向电压URM=2U22四、滤波电路u1iou2CuoRLtuouo（3）结论二极管的导通角θπ，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。LR25122LtRCCUUe222(1)(1.18~1.27)4oLTuUURC（3）结论输出电压的平均值大：Uo由放电时间常数决定τ=RLC∴RLC↑→Uo↑∵一般取RLC≥（3~5）T/2，此时，输出电压的平均值为通常取来估算。21.2ouU3、电容滤波电路四、滤波电路充电放电u1iou2CuoRLtuoLR251141LSRCT脉动系数小电路的外特性UoIo22U0.9U2全波SIo67%全波外特性滤波特性电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。3、电容滤波电路四、滤波电路（3）结论充电放电u1iou2CuoRLtuoLR2514、电感滤波电路ouuLL工作原理：当忽略电感线圈的直流电阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。20.9LuU特点：（1）电感滤波电路的外特性是很平坦。UL随IL增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。0.9U2四、滤波电路ILUL（2）导通角θ=π，因而避免了过大的冲击电流。（3）输出电压没有电容滤波高。电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。（4）缺点：电感体积大，成本高，输出电压稍低。（5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。C五、倍压整流电路在实际应用中，有时需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。1、二倍压整流电路（1）倍压原理+－－+（2）讨论在实际电路中：RL较大，电流小，Uo近似为222U－+－+222U22Uu1RL2、多倍压整流电路－+－+－+22Un(n为奇数)22Un(n为偶数)222U222U222U倍压愈高，负载电流愈不能大。除第一个电容所承受的电压为外，其他每个电容所承受的电压均为222U22U222U每个二极管所承受的最高反向电压均为UI、IO和T引起的UO可用下式表示一、稳压电路的质量指标（1）当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压将要变化。（2）当电网电压波动时，使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。通常交流电网电压允许±10%的波动。（3）环境温度变化时，输出电压将变化。2、稳压电路的主要指标OOOOIOUIoOTIOUUUUUITKURISTUIT§2串联反馈式稳压电路1、为什么要稳压电路UO=f(UI,IO,T)一、稳压电路的质量指标2、稳压电路的主要指标(1)输入调整系数KUoooU=0II=0=ITUUKUU或ooo=0II=0/=/ITUUUUOOOOIOUIoOTIOUUUUUITKURISTUIT——反映了电网电压波动的影响。oooU=0I=0/=ITUUSU——电压调整率。或——稳压系数。（3）温度系数：电网电压和负载都不变时，由于温度变化而引起的输出电压的漂移。一、稳压电路的质量指标2、稳压电路的主要指标OOOOIOUIoOTIOUUUUUITKURISTUIT（2）输出电阻RoIoo=0o=0=UTURI——反映了负载变化的影响。有时用电流调整率表示：当Io从0变到最大时，输出电压的相对变化量，即：IoI=0o=0=UTUSUIoT=0=0=oUIUST1、电路的基本形式（1）原始设想RUIUoRL若UI↑→使R↑→△UI都加在R上，若RL↓→使R↓→维持Uo不变。iCuCE这个三极管是起调整作用的，故称为调整管。基准电源调整管UoUIcececRUI二、串联反馈式稳压电路的工作原理TRUIRLUoDZUZ若Ib↑→Ic↑→Uce↓即通过Ib控制Uce（2）稳压原理RL↑→IL↓电源内阻的影响Uo↑→Ube↓→Ib↓→Ic↓→Uce↑调整管之所以能够起调整电压的作用，关键在于用输出电压的变化量返回去控制调整管的基极电流。这种控制不灵敏，稳压性能不高。选用动态电阻小的稳压管做基准电压，以提高UZ的稳定性。当RL不变，UI变化时的稳压过程Ube=Uz－Uo(uz基本不变)UI↑→Uo↑→Ube↓→Ib↓→Ic↓→Uce↑Uo↓Uo=UI－Uce当ui不变，而RL变化（即IL变化）Uo↓1、电路的基本形式二、串联反馈式稳压电路的工作原理TUIRLUoDZUZRR212ooRUnURR2、带有放大环节的稳压电路（1）电路的组成T1：调整管。相当于可变电阻R，起调压作用。DZ、R3：组成稳压电路，用来稳定基准电压UZ。n称为分压比。二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZT2：起比较和放大信号的作用，RC是它的集电极负载，从T2取出的放大信号加到T1的基极。R1、R2：组成分压电路，取△U0的一部分，加到T2的基极，称为取样电路，TUIRLUoDZUZR（2）稳压过程RL↓或UI↓→U0↓→UB2↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑T2的放大倍数愈大，调整作用就愈强，输出电压就愈稳定。↓U0↑←UCE1↓←IC1↑←UBE1↑←UB1↑←UC2↑二、串联反馈式稳压电路的工作原理2、带有放大环节的稳压电路IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ（3）讨论在要求高的稳压电源中，调整管采用复合管，放大级采用多级放大器。但因为UZ≈UoR2/(R1+R2)，当Uo给定后，就应该选择较高的基准电压UZ，但稳定电压较高的稳压管，其温度系数比较大，为了克服这个缺点，可对稳压管加温度补偿。分压比n=R2/(R1+R2)要选得大一些，保证取样信号大一些。二、串联反馈式稳压电路的工作原理减小分压电阻R1、R2，使I1IB2，这样，当IB2变化时取样比n才能基本不变。但R1、R2不能过小，过小的分压电路，将浪费过多的电流，通常选择I1≥（5~10）IB2。2、带有放大环节的稳压电路IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ（4）串联型稳压电路的基本组成RL变压器整流滤波调整管交流输入取样比较放大基准电压二、串联反馈式稳压电路的工作原理串联型晶体管直流稳压电路根据对稳定程度不同要求而有简有繁，例如可采用多级放大器来提高稳压性能，但基本环节是相同的。2、带有放大环节的稳压电路IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ（5）电路的不足①Iz随Uo而波动，使UZ不稳定；T2的发射极电流也会影响UZ。②当温度变化时，由T2组成的放大环节将产生零点漂移，使Uo稳定度变差。③当负载电流变化较大时，相应地要求调整管的基极电流也有较大的变化范围，这部分电流要由放大管的集电极来提供，一般三极管不易达到这样的要求。二、串联反馈式稳压电路的工作原理2、带有放大环节的稳压电路④输出电压固定，不能调节。⑤T2的C极电阻RC接至电路的不稳定的输入端，UI的变化，通过RC加到T1的b极而被放大。IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZZwwUnUURRRRR002123、提高稳压电源性能的措施（1）改变取样比以调节输出电压的范围调节Rw，可改变取样比，从而使输出电压Uo得到调整。ZwWZURRRRRnUU2210或二、串联反馈式稳压电路的工作原理T1UIR2RCR1R3RLUoT3T2Rw121210.671500CbIAImA（2）调整管采用复合管输出电流由大功率管提供降低了驱动电流IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ例如：Io=1A，β1=30，β2=50，则β1β2=1500，这时调整管的基极电流只需3、提高稳压电源性能的措施二、串联反馈式稳压电路的工作原理（3）说明：若两只管子组成的复合管还不能满足要求，可用三只或四只管子组成复合管，但此时会产生穿透电流过大的问题。T1通常选用大功率管，为了充分利用管子，一般都加有散热片。两只电阻起平衡作用在一个大功率管不能负担输出电流时，可采用两管或多管并联运用。CBET1UIR2RCR1R3RLUoT3T2RwUBE3=0.7v，UZ=5.3v，UI=20v，β1=20，β2=50，R1=R2=200Ω，R3=1k，RC=2k要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？此时当Rw滑到最上端时，U0为多少？二、串联反馈式稳压电路的工作原理当U0=15v，I0=500mA时，求通过RC的电流IRC和流过稳压管的电流IZ？T1、T2组成复合管，β=β1β2=20×50=1000，UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V调节Rw的滑动端，可改变输出U0：Rw↓→UBE3↓→IC3↓→UB2(=UI－IC3RC)↑→UCE1↓→U0↑反之，Rw的滑动端往上调，U0愈低。3、提高稳压电源性能的措施（4）参数估算：T1UIR2RCR1R3