第8章 直流稳压电源

C1
C2
RL
uo
滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。
Uo=1.2U2
返回
(3) RC– 型滤波电路
u1
u2
R
uo1´
C1
C2
RL uo
比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。 R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直 流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输 出电压脉动很小的场合。
RL
b
桥式整流电容滤波电路
返回
Exit
1）空载时的情形 u2
u1 u1
a
D4
u2
D3
b
D1
C
D2
+S uo
– RL
设t1时刻接 通电源
t1
uo
充电结束
没有电容t 时
的输出波形
u2>0时，电容快速 充电至u2的最大值， 随后因无放电通路
而维持这个最大值
t
空载时,滤波输出电压平均值为
U0 2U2
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稳压性能可用稳压系数Sr和输出电阻 RO两个主要性能参数描述。 1． 稳压系数Sr 稳压系数Sr定义为：负载电阻RL一定时， 输出电压相对变化量与其输入电压相对变 化量的比值，即
Sr
U o U I
/UO /UI
|RL不变
U o U I
•UI Uo
|RL不变
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设rZ为稳压管动态电阻，其值相比R和RL而言很小 Uo rz // RL rz U I R rz // RL R rz
则 Sr Uo /UO rZ • U I rZ • U I U I /U I R rZ Uo R Uo
可见，选择rZ小的稳压管、适当增大R，有 利于稳压电路输出电压的稳定；但是，加大R， UR变大，则UI要加大，这又使稳压系数Sr增大； 电路设计时，应综合考虑、合理选择R和UI值， 稳压系数Sr才可能做到比较小。
直 流 稳 压 电 源
半波整流电路
组成与功能 小功率整流滤波电路
全波整流电路 桥式整流电路 电源滤波电路 倍压整流电路
其他形式的滤波电路
二极管稳压电路
组成及稳压原理 主要性能参数
串联型反馈式稳压电路
二极管稳压电路设计时参数的选择 工作原理及电路分析 串联型反馈式稳压电路设计
集成稳压电路
三端集成稳压电路分类 三端集成稳压器的组成框图及功能概述
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2．输出电阻
输出电阻RO定义：UI一定时，输出电压变化量与 输出电流变化量的比值，即
主要根据流过二极管的平均电流ID和所承受最大 反向电压URM选择, 留有10%余量，二极管允许最 大整流电流IF应满足
IF
1.1ID
1.1UO RL
0.495U2 RL
最大反向工作电压
UR≥1.1URM=1.1×1.414U2
半波整流电路只利用了半个周期交流电压，输出 电压低，效率低，且脉动系数大，实际中较少用 到。
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。
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Exit
1. 电容滤波电路
（1）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
u1
u1
D4
u2
D1
S +
D3
C–
uo
D2
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8.2.6 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。
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1. 电感滤波电路
当RLC=（3～5）T/2时 ：
U0 2U2
U0 (1.18 ~ 1.27)U2 1.2U2
返回
（2）整流滤波输出电流的平均值IO
I0
UO RL
1.2 U2 RL
（3）整流二极管正向电流的平均值ID
ID
1 2
I
0
UO 2RL
0.6 U2 RL
（4）整流二极管最高反向电压URM
U RM 2U 2
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8.3 二极管稳压电路 整流滤波电路存在两个方面问题： 其一，输出直流电压受电网电压
波动影响不稳定。 其二，当负载电阻变化时，输出
直流电压发生变化。 基于上述两方面的原因，实际中，
在整流滤波电路后面接入稳压电路。
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8.3.1 二极管稳压电路的组成及稳压原理
1. 电路
IR R
限流调压 IO
T
D
a
u2
RL
uo
U RM 2U 2
b
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（5）脉动系数S
定义：输出电压中基波分量幅值Uo1m与输出电 压平均值之比，即
S UO1m UO
半波电压uO用付立叶级数展开，其基波分量幅 值Uo1m为
则
U O1m
U2 2
U2
S UO1m 2 1.57
UO
2
U
2
2
返回
2
4. 二极管选择原则
单相整流电路
几种常见的硅整流桥外形：
+ ~~ -
~+~-
+AC-
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Exit
3. 主要参数
（1）整流输出电压的平均值UO
若
u2 2U2sin t
则
2
U0
2
(
0
2U2sin t)d(t)
0.9U2 （2）整流输出电流的平均值IO
I0
UO RL
0.9 U2 RL
返回
（3）整流二极管正向电流的平均值ID
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2. 电压电流波形图
u2>0 时
D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路:
u2<0 时
D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路:
u2 uD4,uD2
uo
uD3,uD1
A D1 B D2
A
RLD3B RLD4A
输出是脉动的直流电压！ u2
D4
D1 D3
D2 B
t t t
RL uo
返回
Exit
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（5） 脉动系数
近似估算时，同样将滤波输出波形近似用锯
齿波代替，以此为基础可以证明[1]滤波电路输出
电压脉动系数S可近似表为：
T
1
S
4RLC T 4RLC 1
T
τ2=RLC比周期T大得越多，S越小，滤波效果 越百C为好欧几。姆百小 左微功 右法率 ，～整加一流大、滤R二L波C千，电微靠路法加、左大R右LC为来。几满为十足进欧。一姆实步～际减几取 小纹波电压，在滤波电路输出端加稳压电路。
u1 u1
a u2 D4
D3
b
D1
C
D2
+S uo
– RL
u2
t uo
t
τ2=RLC越大， uo下降越慢，滤 波效果越好。
返回
Exit
RLC是不是越大越好呢？
a
RLC 越大ＵO 越高， u1 u1
IO 越大整流二极管导通时 间越短 iD 的峰值电流越大。
iD iC IO
u2 D4
D3
b
较大的冲击电流将严重影响二极管的寿命。
+ u
–
C+
+ UI
DZ
Iz
+
RL UO
–
–
2. 工作原理
稳压电路
UO = UZ IR = IO + IZ
UZ
设设UI负一载定R，L一负定载，RL变UI化变化
I U
RLU(IIO)UIZR UIZO(UZ ) IR IZ
UO 基本不U变O 基本IR不(I变RR) 基IR本R 不变
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8.3.2 稳压电路主要性能参数
当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍
电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。
对直流分量: XL=0 ，L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L上。因此,在 负载上得到比较平滑的直流电压。
返回
Exit
(2) LC– 型滤波电路
u1
u2
L
uo1
8.2 小功率整流滤波电路
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，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。
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Exit
8.2.1 半波整流电路
1. 电路工作原理
u2 >0 时，二极管导通 u1 忽略二极管正向压降：
uo=u2
u2<0时，二极管截止,
2）带电阻负载RL时 的情形
当u2>0且上升时，D1、D3 导通，电容充电，充电时 间常数比较小，因此输出 能跟随u2快速上升至u2的 最大值。
当u2>0且开始下降时， D1~D4截止，电容放电， 充电时间常数很大，因此 输出缓慢下降。
当输出电压下降到使D2、 D4导通时，电容再次快速 充电，至u2的最大值后， D1~D4再次截止，电容放 电使输出再次缓慢下降， 如此周而复始的进行。
三端集成稳压器的应用
开关稳压电路
开关稳压电路分类 串联型开关稳压电路 并联型开关稳压电路
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8.1 直流稳压电源的组成及各部分的作用 直流稳压电源是电子设备的重要组成部分，
其作用是将电力网交流电压变换为电子设 备所需要的稳定的直流电源电压。直流电 源的组成框图如下图所示。
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8.1 直流稳压电源的组成及各部分的作用
ID
1 2
பைடு நூலகம்
I0
UO 2RL
0.45U2 RL
（4）整流二极管最高反向电压URM
当D1和D3导通时，D2 A
和D4反偏。
D4
RL
此时二极管的反偏电 u2 压为u2。
D1 D3
uo
D2
B
U RM 2U 2
返回
(5) 脉动系数Ｓ
用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:
uo
2 2U 2 (
4 3
输出电流为0。
u1
uo=0
Ta
D
u2 iL RL
uo
b
T
D
a
iL=0
u2
RL
uo
b
返回
Exit
2. 电压电流波形图 由上分析，不难得到 右图所示半波整流电 路有关电压、电流波 形如右图所示。输出 电压uO为单向脉动电 压。
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3. 主要参数
（1）整流输出电压的平均值UO
若
u2 2U2sin t
L
u1
u2
RL uo
返回
Exit
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。
返回
Exit
滤波电路
2. 复式滤波电路
(1) 倒L型滤波电路
L
Uo=0.9U2
u1
u2
C uo1
RL uo
滤波原理
D1
C
D2
+S uo
– RL
通常选
T RLC (3 ~ 5) 2
T是电源电压的周期
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3. 主要参数 （1）整流滤波输出电压的平均值UO
滤波电路输出电压波形很难用确定的数学解析 式表示，近似估算时，其输出波形近似用锯齿波代 替，这样，滤波电路输出电压近似满足：
U0
2U
2
(1
4
T RLC
)
当负载开路，即RL=∞时 ：
电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L。 L
u1
u2
RL
uo
电感滤波电路
返回
Exit
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： Uo=0.9U2
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8.2.3 桥式整流电路
1. 电路工作原理
+
T
u1
u2
D4
D1 D3
D2
-
桥式整流电路
u2正半周时 电流通路
RL uo
返回
Exit
u2负半周时 电流通路
-
T
u1
D4
u2
D1
RL
D3
u0
D2
+
桥式整流电路
返回
Exit
四只二极管连成电桥形式，故称为桥式整 流电路。
图（b）是电路图中简化画法。
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4. 二极管选择原则
考虑到整流滤波电路中二极管的导通时间很短，
二极管瞬时电流很大。为了确保二极管的安全使
用，通常选
IF
(2
~
3) I D
（2
~
3）1 2
UO RL
二极管最大反向工作电压 UR≥1.1URM=1.1×1.414U2
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。
cos 2
t 4 15
cos 4
t
4 35
cos 6
t
)
4 2U 2 S U o1m 3π 2 0.67
U o 2 2U 2 3
π
返回
4. 二极管选择原则
根据流过二极管的平均电流ID和所承受最大反向 电压URM选择, 留有10%余量，二极管允许最大整 流电流IF应满足
IF
1.1ID
1.1UO RL
u1
整 u2 流 u3
滤 波 u4
稳 压 uo
电
电
电
路
路
路
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。
返回
Exit
0.495U2 RL
最大反向工作电压
UR≥1.1URM=1.1×1.414U2
半波整流电路只利用了半个周期交流电压，输出 电压低，效率低，且脉动系数大，实际中较少用
到。
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8.2.4 电源滤波电路
交流 整流 电压
脉动
滤波
直流电压
直流 电压
结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负RL串联。
则
U0
1
2
0
(
2U2sin t)d(t)
2
U2
0.45U 2
（2）整流输出电流的平均值IO
I0
UO RL
0.45 U2 RL
返回
（3）整流二极管正向电流的平均值ID
ID
I0
UO RL
0.45 U2 RL
（4）整流二极管最高反向电压URM
u2<0时，二极管截止, 输出电流为0。 因此，二极管的反偏 u1 电压为u2。