第七章 直流穩(wěn)壓電源

1、(7-1),第七章 直流穩(wěn)壓電源,§7.1 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能,§7.5 集成穩(wěn)壓電源,§7.3 濾波電路,§7.2 單相整流電路,§7.4 穩(wěn)壓電路,(7-2),電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。,整 流 電 路,濾 波 電 路,穩(wěn) 壓 電 路,整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。,濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷?/p>

2、u4。,穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓u0的穩(wěn)定。,§7.1 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能,,(7-3),整流電路的任務(wù)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見(jiàn)的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。下面主要介紹前三種。為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。,§7.2 單相整流電路,(7-4),§7.2.1 單相半波

3、整流電路的工作原理,u2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。,二極管導(dǎo)通,忽略二極管正向壓降： u0=u2,(7-5),§7.2.1 單相半波整流電路的工作原理,u2<0時(shí)，二極管截止,輸出電流為0。,二極管截止,u0=0,(7-6),輸出電壓波形與大小,輸出電壓平均值（U0）：,輸出電壓波形：,(7-7),輸出電壓波形與大小,二極管上承受的最高電壓：,二極管上的平均電流：,ID=I0,輸出電壓波形：,(7-8),&#

4、167;7.2.2 單相全波整流電路的工作原理,只給出分析結(jié)果，請(qǐng)自行分析。,(7-9),輸出電壓波形與大小,u0平均值U0：,U0=0.9U2,輸出電壓波形：,二極管上承受的最高電壓：,二極管上的平均電流：,(7-10),§7.2.3 單相橋式整流電路的工作原理,橋式整流電路,u2正半周時(shí)電流通路,(7-11),§7.2.3 單相橋式整流電路的工作原理,橋式整流電路,u0,,u2負(fù)半周時(shí)電流通路,(7-12),,u

5、2>0 時(shí),D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由+經(jīng)D1?RL?D3?-,u2<0 時(shí),D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:由-經(jīng)D2?RL?D4?+,輸出是脈動(dòng)的直流電壓！,,,,,,,,,,橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形,(7-13),幾種常見(jiàn)的硅整流橋,(7-14),§7.2.4 整流電路的主要參數(shù),1、整流輸出電壓平均值（U0）,負(fù)載電壓 U0的平均值為:,負(fù)載上的(平均)電

6、流:,恒量整流電路的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)，其一是整流輸出電壓的平均值Uo；其二是輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S。,(7-15),S定義為整流輸出電壓的基波峰值U01M與平均值U0之比。,2、脈動(dòng)系數(shù)Ｓ,用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出u0分解后可得:,(7-16),平均電流(ID)與反向峰值電壓(URM)是選擇整流管的主要依據(jù)。,例如， 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流 ID 是負(fù)載平均電流的一半。,二極管截止

7、時(shí)兩端承受的最大反向電壓：,,,整流電路中整流管的選擇,(7-17),§7.3 濾波電路,濾波原理:,交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。,(7-18),§7.3.1 電容濾波電路,

8、橋式整流電容濾波電路,以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。,1、濾波原理,(7-19),RL未接入時(shí),,,充電結(jié)束,忽略整流電路內(nèi)阻,沒(méi)有電容時(shí)的輸出波形,(7-20),RL接入（且RLC較大）時(shí),忽略整流電路內(nèi)阻,電容通過(guò)RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電容充電，u0會(huì)逐漸下降。,(7-21),忽略整流電路內(nèi)阻,只有整流電路輸出電壓大于u0的時(shí)間區(qū)間，才有充電電流。因此整流電路的輸出電流

9、是脈沖波。,整流電路的輸出電流,RL接入（且RLC較大）時(shí),(7-22),考慮整流電路內(nèi)阻,電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。,RL接入（且RLC較大）時(shí),RLC越小，輸出電壓越低,(7-23),近似估算:U0=1.2U2。,(2) 流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大,RLC越大?U0越高,負(fù)載電流的平均值越大?整流管導(dǎo)電時(shí)間越短?iD的峰值電流越大,故一般選管時(shí)，取,2、電容濾波電路的特點(diǎn),(1) 輸出電壓U0與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān),RLC愈大?電容

10、器放電愈慢?U0(平均值)愈大，,(7-24),輸出波形隨負(fù)載電阻RL或C的變化而改變,U0和S也隨之改變。,如:RL愈小(I0越大),U0下降多,S增大。,電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。,(3)、輸出特性(外特性):,結(jié)論,(7-25),§7.3.2 電感濾波,電感濾波電路,電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。,(7-26),（1）濾波原理:,對(duì)直流分

11、量( f=0):XL=0 相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量: f 越高,XL越大,電壓大部分降在XL上。因此,在輸出端得到比較平滑的直流電壓。,U0=0.9U2,當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：,(7-27),（2）電感濾波的特點(diǎn):,整流管導(dǎo)電角較大,峰值電流很小,輸出特性比較平坦,適用于低電壓大電流(RL較小)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。,(7-28),§7.3.3 RC-?

12、濾波,為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法, 如在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路，或在電感濾波后面再接一電容。從而構(gòu)成RC-?型或L-C型濾波電路，其性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似 。,(7-29),§7.4 穩(wěn)壓電路,在小功率設(shè)備中常用的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、線性穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路等。其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源效率較高，目前用的也比較

13、多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。,(7-30),§7.4.1 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo),1、穩(wěn)壓系數(shù) S,穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。,2、輸出電阻R0,輸出電阻用來(lái)反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。,(7-31),§

14、7.4.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,一 、電路結(jié)構(gòu)的一般形式,串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。,(7-32),,,,T,,,,,,,,,,,+_,UI,+_,+_,UO,,,比較放大,基 準(zhǔn),取 樣,,,UR,FUO,,,,+_,,C2,,,,RL,調(diào)整元件,調(diào)整元件T與負(fù)載串聯(lián)，通過(guò)全部負(fù)載電流。比較放大器可以是單管放大電路，差動(dòng)放大電路，集成運(yùn)算放大器。調(diào)整元件可以是單

15、個(gè)功率管，復(fù)合管或用幾個(gè)功率管并聯(lián)?；鶞?zhǔn)電壓可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。 因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱(chēng)之為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。,(7-33),一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源,二 、穩(wěn)壓原理,,,,當(dāng)UI增加或輸出電流減小使U0升高時(shí),(7-34),三 、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍,四 、影響穩(wěn)壓特性的主要因素 1、比較放大部分的AV和電壓反饋系數(shù)F愈大越好；

16、 2、基準(zhǔn)電壓愈穩(wěn)定越好； 3、放大部分的電源愈穩(wěn)定越好； 4、調(diào)整管rce愈大越好(rce小則?UI引起的?UO大)。,(7-35),五、改進(jìn)措施,串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,在運(yùn)放理想條件下(AV= ? ri= ?)：,1、增加放大級(jí)數(shù)或選用增益高的集成運(yùn)放,(7-36),2、采用輔助電源(比較放大部分的電源)。3、用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益。,六 、過(guò)流保護(hù) 為避免使用中因某種原因輸出

17、短路或過(guò)載?致使調(diào)整管流過(guò)很大的電流,使之燒壞故需有快速保護(hù)措施。常見(jiàn)保護(hù)電路有兩類(lèi)——限流型: 把電流限制在允許范圍內(nèi),不再增大；截留型: 過(guò)流時(shí)使調(diào)整管截止或接近截止。,七、 缺點(diǎn),調(diào)整管工作在線性放大區(qū),當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí),其損耗(P=UCE?I0)大；電源的效率(? =P0/Pi=U0I0/UiIi)較低。為了提高效率，可采用開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源。,(7-37),§7.5 集成穩(wěn)壓電源,§7.5.1 簡(jiǎn)介

18、,隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。,(7-38),1端: 輸入端2端: 公共端3端: 輸出端,W7800系

19、列穩(wěn)壓器外形,1端: 公共端2端: 輸入端3端: 輸出端,W7900系列穩(wěn)壓器外形,,(7-39),分類(lèi):,型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值,W78系列(輸出正電壓) W79系列(輸出負(fù)電壓),,輸出電壓額定電壓值有:,5V、9V、12V 、18V、 24V等 。,(7-40),一、輸出為固定電壓的電路,W7800系列穩(wěn)壓器 基本接線圖,§7.5.2 應(yīng)用電路,輸出為固定正壓時(shí)的接法如圖所示。,輸入與輸出端之間的電壓

20、不得低于3V！,(7-41),,正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路,二 、輸出正負(fù)電壓的電路,(7-42),,UXX: 為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ,三 、提高輸出電壓的電路,(7-43),運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器使用, 它的電源就借助于穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。由于運(yùn)放的輸入阻抗很高 ,輸出阻抗很低，可以克服穩(wěn)壓器輸出電流變化的影響。,,四、 輸出電壓可調(diào)式電路,用三端穩(wěn)壓器也可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下圖是用W7805組成的7－30V