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1、模块八 直流稳压电源,8.1 直流稳压电源的组成和功能 8.2 单相整流电路 8.3 滤波电路 8.4 稳压电路 8.5 集成稳压电源,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。,8.1直流稳压电源的组成和功能,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,本课主要介绍： 单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流,把交流电压转变为直流脉动的电压。,整流电路分类：,整流电路的任务：,8.2 单相整流电路,
2、1.单相半波整流电路,二极管导通，忽略二极管正向压降， uo=u2,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。,二极管截止, uo=0,u2 0 时:,u20时:,单相半波整流电压波形,输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )：,Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,2.单相全波整流电路,原理：,变压器副边中心抽头， 感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时， D1导通， D2截止。,当u2负半周时， D2导通， D1截止。,单相全波整流电压波形,+,忽略二极管正向压降,输出电压平均值（
3、Uo）,输出电流平均值（Io )：,Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,二极管上的平均电流：,二极管承受的最高反向电压：,3. 单相桥式整流电路,组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时电流通路,D1 、D4导通， D2、D3截止,u2负半周时电流通路,D2、D3 导通， D1 、D4截止,u20 时,D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路: a D1 RLD4b,u20 时,D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路: b D2 RLD4a,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,整流输出电压平均值： Uo=0.9U2,负载电流平均值
4、: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL,二极管平均电流：ID=Io/2,集成硅整流桥：,4. 整流电路的主要参数,负载电压 Uo的平均值为:,负载上的(平均)电流:,(1)整流输出电压的平均值,S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越小越好。,2. 脉动系数,用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:,平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)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。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,(3)二极管平均电流与反向峰值电压,（
5、选购时：二极管额定电流 2ID),（选购时：最大反向电压 2URM),8.3 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。,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,1. 电容滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,(1)电容滤波原理,RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,a,uc,RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),无滤波电容 时的波形,加入滤波电容 时的波形,u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2,u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截
6、止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数 = RL C,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻),近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL,(b) 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,(2)电容滤波电路的特点,(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,(c) 二极管承受的最
7、高反向电压,2. 电感滤波电路,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。,电感滤波原理,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。,对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上,3. RC 型滤波器,改善滤波特性的方法：采取多级滤波,RC 型滤波器,将RC 型滤波器中的电阻换为电感，变为LC 型滤波器,8.4 稳压电路,稳压电路的作用:,稳压电源类型:,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,稳压电路的主要性能指标,
8、(1)稳压系数 S（越小越好）,稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。,(2)输出电阻Ro （越小越好）,输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,1. 稳压管稳压电路,（1）工作原理,（2） 稳压管稳压电路的主要指标,（1）输出电压 UOUZ （2）输出电流 IZmax IZmin IZM IZ （3）稳压系数,（4）输出电阻,简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。,（3）特点,2. 串联
9、型稳压电路,(1)基本调整管稳压电路,稳压原理：电路引入电压负反馈，稳定输出电压。,不管什么原因引起UO变化，都将通过UCE的调节使UO稳定，故称晶体管为调整管。,若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。,(2)具有放大环节的串联式稳压电源,稳压原理,当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时,(3) 输出电压的确定和调节范围,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。,(4) 实际的稳压电源采取的改进措施,1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放 2.调整管采用复合三极管 3. 采用辅助电源(比较放大部分的电源) 4. 用
10、恒流源负载代替集电极电阻以提高增益 5. 内部加短路和过热保护电路,集成化集成稳压电源,优点：结构简单、调节方便、输出电压稳定、纹 波电压小。 缺点：效率低，仅为30%-40%，为解决散热问题， 需安装体积较大的散热器。,线性稳压电源,开关型稳压电源,特点：调整管工作在开关状态，那么当其截止 时，因电流很小而管耗小；当其饱和时， 因管压降很小而管耗小；这将可大大提高 电路的效率。效率可达70%-95%。,（1）、串联开关型稳压电路,T截止， D导通， uE UD ；L 释放能量，C 放电。,T、D 均工作在开关状态。,T饱和导通， D截止，uE UI；L 储能，C 充电。,uBUH时,uBUL
11、时,电路组成及工作原理,3.开关型稳压电源,波形分析及输出电压平均值,关键技术：大功率高频管，高质量磁性材料 稳压原理：若某种原因使输出电压升高，则应减小占空比。,稳压原理,脉冲宽度调制式：PWM电路作用： UO Ton UO ,其它控制方式： 脉冲频率调制式： UO T（脉宽不变） UO 混合调制式： UO T Ton UO ,在串联开关型稳压电路中 UO UI，故为降压型电路。,（2）、并联开关型稳压电路（升压型）,T截止，L产生感生电动势， D导通； UI与L所产生的感生电动势相加对C 充电。,T饱和导通， L 储能， D截止，C 对负载放电。,uBUH时,uBUL时,要研究调整管在饱和
12、导通和截止状态下电路的工作情况。,工作原理,输出电压,只有L足够大，才能升压；只有C足够大，输出电压交流分量才足够小!,在周期不变的情况下，uB占空比越大，输出电压平均值越高。,8.5 集成稳压电源,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路 类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端,W7800系列稳压器外形及接线图,+10V,+5V,注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！,1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端,W7900系列稳压器外形及接线图,-10V,-5V,集成稳压电源应用电路,U1=220V U2=8V,UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V,