1、第10章直流稳压电源 10 1直流稳压电源的组成10 2整流电路10 3滤波电路10 4稳压电路 10 1直流稳压电源的组成 电子电路工作时都需要直流电源提供能量 电池因使用费用高一般只用于低功耗便携式的仪器设备中 本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源 一般直流电源由如下部分组成 整流电路 将工频交流电转换为脉动直流电 滤波电路 将脉动直流中的交流成分滤除 减少交流成分 增加直流成分 稳压电路 采用负反馈技术 对整流后的直流电压进一步进行稳定 直流电源的方框图如图10 1所示 返回 10 2整流电路 10 2 1桥式整流电路1 工作原理单相桥式整流电路是目前应用最广泛的将交流转换为直流的电
2、路 如图10 2 a 所示 在分析桥式整流电路的工作原理时 整流电路中的二极管是作为开关运用 具有单向导电性 根据图10 2 a 的电路图可知 当正半周时 二极管D1 D3导通 在负载电阻上得到正弦波的正半周 当负半周时 二极管D2 D4导通 在负载电阻上得到正弦波的负半周 在负载电阻上正 负半周经过合成 得到的是同一个方向的单向脉动电压 单相桥式整流电路的波形图如图10 2 b 所示 下一页 返回 10 2整流电路 2 参数计算根据图10 2 b 可知 输出电压是单相脉动电压 通常用它的平均值与直流电压等效 输出平均电压为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为 上一页 下一页 返回 10
3、 2整流电路 二极管所承受的最大反向电压为10 2 2常用整流组合元件将单相桥式整流电路的4只二极管制作在一起 封成一个器件称为整流桥 常用的整流组合元件有半桥堆和全桥堆 半桥堆的内部由2个二极管组成 而全桥堆的内部由4个二极管组成 上一页 返回 10 3滤波电路 10 3 1电容滤波电路1 电容滤波电路现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明 电容滤波电路如图10 3所示 在负载电阻上并联了一个滤波电容C 2 滤波原理若u2处于正半周 二极管D1 D3导通 变压器次端电压u2给电容器C充电 此时C相当于并联在u2上 所以输出波形同u2是正弦波 下一页 返回 10 3滤波电路 当u2到达 t 2
4、时 开始下降 先假设二极管关断 电容C就要以指数规律向负载RL放电 指数放电起始点的放电速率很大 在刚过 t 2时 正弦曲线下降的速率很慢 所以刚过 t 2时二极管仍然导通 在超过 t 2后的某个点 正弦曲线下降的速率越来越快 当刚超过指数曲线起始放电速率时 二极管关断 所以在t2到t3时刻 二极管导电 C充电 uc uo按正弦规律变化 t1到t2时刻二极管关断 Uc Uo按指数曲线下降 放电时间常数为RLC 电容滤波过程如图10 4所示 上一页 下一页 返回 10 3滤波电路 10 3 2电感滤波电路利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质 把电感L与整流电路的负载RL相串联 也可以起到滤波
5、的作用 桥式整流电感滤波电路如图10 6 a 所示 电感滤波的波形图如图10 6 b 所示 当流过电感的电流变化时 电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化 当通过电感线圈的电流增大时 电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反 阻止电流的增加 将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中 当通过电感线圈的电流减小时 自感电动势与电流方向相同 阻止电流的减小 同时释放出存储的能量 以补偿电流的减小 上一页 下一页 返回 10 3滤波电路 因此经电感滤波后 不但负载电流及电压的脉动减小 波形变得平滑 而且整流二极管的导通角增大 四个二极管D1 D3 D2 D4的导电角都是180 整流滤波电路的输出直流电
6、压与电网电压和负载电流有关 当U2和Io变化时 输出电压Uo也将跟随变化 为了克服这种影响 在整流滤波后面还需要增加稳压电路 上一页 返回 10 4稳压电路 10 4 1二极管稳压电路稳压二极管稳压电路的电路图如图10 7所示 它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的 由于反向特性陡直 虽然电流变化较大 但电压变化很小 1 当输人电压变化时如何稳压根据电路图可知Uo UD Ui UR Ui IRRIR IL IZ输人电压Ui的增加 必然引起Uo的增加 即UD增加 从而使IZ增加 IR增加 使UR增加 从而使输出电压Uo减小 这一稳压过程可概括如下 下一页 返回 10 4稳压电路 这里Uo减小应理
7、解为 由于输人电压Ui的增加 在稳压二极管的调节下 使Uo的增加没有那么大而已 Uo还是要增加一点的 这是一个有差调节系统 2 当负载电流变化时如何稳压负载电流Io的增加 必然引起IR的增加 即UR增加 从而使UD Uo减小 IZ减小 IZ的减小必然使IR减小 UR减小 从而使输出电压Uo增加这一稳压过程可概括如下 上一页 下一页 返回 10 4稳压电路 10 4 2集成稳压电路电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的7800系列和负电压输出的7900系列顾名思义 三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出 分别是输入端 公共端和输出端 它的样子像是普通的三极管 TO 220的标
8、准封装 也有9013样子的TO 92封装 早期的集成稳压器外引线较多 现在的集成稳压器只有三个外引线 输人端 输出端和公共端 它的电路符号如图10 8所示 外形如图10 9所示 要特别注意 不同型号 不同封装的集成稳压器 它们三个电极的位置是不同的 要查手册确定 上一页 下一页 返回 10 4稳压电路 1 固定输出稳压器在实际上工作中 可根据不同的需要 选取符合要求的CW7800 CW7900系列产品 电路组成如图10 10所示 图中C1可以防止由于输人引线较长时产生的电感而引起的自激 C2用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰 C3是容量较大的电解电容 主要用来进一步减小输出脉动和低频
9、干扰 要得到可调的输出电压 可采用图10 11所示电路 上一页 下一页 返回 10 4稳压电路 其输出电压Uo为通过调整R2可得所需电压 但它的可调范围小 2 具有正 负电压输出的稳压电源如图10 12所示 电源变压器带有中心抽头并接地 输出端得到大小相等 极性相反的电压 上一页 返回 图10 1直流电源的方框图 返回 图10 2单相桥式整流电路 返回 图10 3电容滤波电路 返回 图10 4电容滤波电路波形 返回 图10 6电感滤波电路及其波形图 返回 图10 7稳压二极管稳压电路的电路图 返回 图10 8集成稳压器符号 返回 图10 9外形图 返回 图10 10三端集成稳压器的典型应用 返回 图10 11提高输出电压 返回 图10 12正负对称的稳压电源 返回
