中南大学电子技术课件——稳压电源

(9-4)
一、单相半波整流电路的工作原理
T u1
a
u2 b
D
iL
u2 >0 时，二极管 导通。
RL
uo
忽略二极管正 向压降： uo=u2 u2<0时，二极 管截止,输出电 流为0。
T u1
a u2
D iL=0
RL
uo
uo=0
b
(9-5)
T u1
a u2
D iL RL uo
(1) 输出电压波形： uo
(9-28)
§7.5 稳压电路
常用稳压电路 (小功率设备) 稳压管 稳压电路 线性 稳压电路
开关型 稳压电路
效率较高， 目前用的也 比较多，但 因学时有限， 这里不做介 绍。
(9-29)
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。
以下主要讨 论线性稳压 电路。
例1：下图电路中，变压器副边电压有效值为2U2。 （1）画出u2、uD1和uO的波形（2）求出输出电压平均值UO（AV）
(9-14)
§7.3.1 电容滤波电路
一、滤波原理
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析， 其电路如图所示。 a D4
u1
u1
u2
D3 b
D1
S C
+ –
uo RL
D2
桥式整流电容滤波电路
(9-15)
a
u1
u1
u2
D4
D3 b
D1
S C
+ –
uo RL
D2
1. RL未接入时(忽略整流电路内阻) u2
(9-25)
一、 RC– 型滤波电路
u1
u2 C1
R uo1´ C2
RL
uo
(9-26)
二、 L-C 型滤波电路
L
u1
u2 uo1
C
RL
uo
(9-27)
三、LC – 型滤波电路
L
uo1
u1
u2
C1
C2
RL
uo
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。 请自行分析LC – 型滤波电路的输出电压和脉动系 数等基本参数。
(9-32)
二. 具有放大环节的串联型稳压电路 １）串联型稳压电路结构： 串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样 电路和调整元件四部分组成。
调整元件
+ T + 比 + 基 取 较 _ 准 U 放 FUO 样 R 大
UI –
+ _C2 RL U O
–
(9-33)
调整元件 + + 基 _ 准 U R T UI – 比 取 较 放 样 FU O 大 + _C2 +
IL 1 Uo ( 2 ~ 3) ( 2 ~ 3) 2 2 RL
(9-20)
(3) 输出特性(外特性) uo
1.4U2
电容滤波 纯电阻负载
0.9U2
0
IL
输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 也 随之改变。 如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多。
结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流
比 + 基 取 较 _ 准 U 放 FUO 样 R 大
(9-35)
一种实际的串联式稳压电源
+
UI _ R3 T1 R RW1 R1 +
T2 UZ
RW2 UB2 R 2
RW
RL
UO
_
２）稳压原理
当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时 Uo Uo UB2
UBE2( = UB2-UZ）
UC2
(9-36)
第7章
直流稳压电源
(9-1)
第7章 直流稳压电源
§7.1 直流稳压电源的组成和功能 §7.2 单相整流电路 §7.3 滤波电路 §7.4 稳压电路 * §7.5 集成稳压电源
(9-2)
§7.1 直流稳压电源的组成和功能
u1 u2
整 流 U3 电 路
滤 波 U4 电 路
稳 压 电 路
Uo
• 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。
o 2
(9-23)
L
u1
u2
RL
uo
二、电感滤波的特点
整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特
性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场
合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁
干扰。
(9-24)
*§7.3.3 其他形式的滤波电路
改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如： RC– 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤 波电路。 L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。 LC – 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型 滤波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。
uo
uD4,uD2
uD3,uD1
输出是脉动的直流电压！
t
uo
t
(9-10)
几种常见的硅整流桥外形：
~ + ~ ~ + ~ + A C -
(9-11)
四、整流电路的主要参数
1、整流输出电压的平均值
整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是 衡量整流电路性能的两个主要指标。
整流输出电压平均值（Uo） 全波整流时，负载电压 Uo的平均值为:
RL UO
–
调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以 是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。
比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路， 集成运算放大器。
基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出 输出电压UO的一部分和基准电压相比较。
(9-34)
调整元件 + UI – T + + _C2 RL U O – 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。
+ UI _
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+ UO _
RW2 UB2 R 2
３、输出电压的确定和调节范围
R1 R2 RW U Z U BE 2 UO RW 2 R2
R1 R2 RW U Z U BE 2 U O max R2 R1 R2 RW U Z U BE 2 U O min RW R2
• 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。
(9-3)
§7.2 单相整流电路
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。
S
C
D2
+ –
uo RL
b
3. RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻) u2 电容充电时，电容 电压滞后于u2。
RLC越小，输出电 uo 压越低。
t
整流电路的 输出电流
t
(9-19)
二、电容滤波电路的特点
(1) 输出电压 Uo与放电时间常数 RLC 有关。 RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大 T 一般取τ d R L C (3 5) (T:电源电压的周期) 2 近似估算:Uo=1.2U2。 (2) 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 故一般选管时，取 I DF
(9-37)
+ UI _
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+ UO _
RW2 UB2 R 2
４ 、影响稳压特性的主要因素
1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例： UIVC2 Uo
2. 流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定， 降低了稳压精度。 3. 温度变化时，T2组成的放大电路产生零点 漂移，使输出电压的稳定度变差。
t
t
(9-17)
a
iD D4
u1
u1
u2
D3 b
只有整流电路输出 电压大于uo时，才 有充电电流iD 。因 此整流电路的输出 电流是脉冲波。 可见，采用电容滤 波时，整流管的导 通角较小。
D1
S CBaidu Nhomakorabea
+ –
uo RL
D2 u2
t
uo
整流电路的 输出电流iD
t
(9-18)
a
u1
u1
u2
D4
D3 D1
t
b
(2) 二极管上的平均电 流： ID = IL
(3) 二极管上承受的最高电压：U RM (4) 输出电压平均值（Uo）：
2U2
1 2π Uo uo d t 2π 0
2U 2 0 .45U 2 π
(9-6)
二、单相全波整流电路的工作原理
T
a u2
u2 b
D1 iL uo D2 RL
设t1时刻接 通电源 整流电路为 电容充电
t1
uo 充电结束
没有电容 t 时的输出 波形
t
(9-16)
a
u1
u1
u2
D4
D3 b
D1
S C
+ –
uo RL
D2
2. RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) u2 电容通过RL放电， 在整流电路电压小 于电容电压时，二 极管截止，整流电 uo 路不为电容充电， uo会逐渐下降。
1 U2 I D I o 0.45 2 RL
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
U RM 2U 2
(9-13)
§7.3 滤波电路
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
直流 电压
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。 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。
R L IO I R U O( U Z ) I Z I R ( IO I Z ) UO
(9-31)
例2： 单相桥式整流电路中 （1）若一只二极管接反，请分析电路能否正常工作，试说明理由； （2）试在电路中添加电容滤波环节和稳压管并联稳压环节。
解：
（1）假如D1接反，在 的负半周，D1和D2正偏导通，会将 电源短接而过流，烧坏二极管。
(1) 输出电压波形： uo
u1
t
(2) 二极管上承受的 最高电压：
U RM 2 2U 2
1 (3) 二极管上的平均电流： I D I L 2
(4) uo平均值Uo： Uo=0.9U2
(9-7)
三、单相桥式整流电路的工作原理
T u1
+
u2 D4 D1 D3 D2
u2正半周时 电流通路
RL uo
桥式整流电路
(9-8)
T
u1 u2 D4 D1 D3 D2
u2负半周时 电流通路
RL
u0
+
桥式整流电路
(9-9)
桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
A
D4 u2 B
u2
D3
D1
D2
RL
u2>0 时 D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D1 RLD3B
t
u2<0 时
D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A
较小且负载变动不大的场合。
(9-21)
§7.3.2 电感滤波
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。 L
u1
u2
RL
uo
电感滤波电路
(9-22)
L
u1
u2
RL
uo
一、滤波原理
对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波分量: f 越高，XL 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。 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压 约为： U =0.9U
(9-39)
+
UI _
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1
+
RW2 UB2 R 2
RW
RL
UO
_
2. 采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 3. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。 4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。
(9-40)
§7.6 集成稳压电源
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。
（2）U O( AV ) 0.9U 2
(9-30)
§7.5.1 串联反馈式稳压电路
一、稳压管稳压电路
1 、稳压电路的原理：p421
UO UI U R
负载不变，电网波动：
u2 U I U O( U Z ) I Z I R U R
电网不变，负载波动：
UO
(9-38)
五、改进措施
1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构 成的放大器，可以解决零点漂移的问题。 T R UI UF A V + R1
RW R2
RL Uo
UZ
串联反馈式稳压电路
R2 R Uz UO R1 R2 RW
'' W
R1 R2 RW UO Uz '' R2 RW
1 Uo 2π

2π
0
u o d t 0 .9U 2
0.9U 2 IL RL
(9-12)
负载上的(平均)电流:
2、平均电流与反向峰值电压
平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管 的主要依据。 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。