1、第五章 直流稳压电源,直流稳压电源的方框图,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,负载,整流：将交流变为直流的过程。,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,稳压：使直流电源的输出电压稳定，消除由于电网电压波动、负载变化等对输出电压的影响。,5-1 整流电路 5-2 整流器件的选用 5-3 滤波电路 5-4 稳压电路 5-5 集成稳压器 5-6 开关稳压电源简介,5-1 整流电路,一、单相整流电路,二、三相整流电路,一、 单相整流电路,1、单相半波整流电路,+ uL ,iF,1） 整流输出电压平均值,2） 二极管平均电流,3） 二极管最大反向电压,- u2 +,u2,优点：
2、结构简单，使用元件少,缺点：输出电压脉动小，电源利用率低,2、单相桥式整流电路,RL,iL,V4,V3,V2,V1,u2,u1,输入正半周,输入负半周,（1） 工作原理,iL,+ uL ,+ uL ,简化画法,习惯画法,二、三相整流电路,当输出功率较大时，若采用单相整流电路,必然会造成三相电网的不平衡,采用三相整流电路,1、三相半波整流电路,（1）电路组成和工作原理,共阴极接法,共阳极接法,t1,t2,t3,t4,uL,二次相电压有效值为,，其表达式为：,U相,V相,W相,在t1t2时间内,iL,+,-,uL,U相电位最高，V1导通,uL=uU,在t2t3时间内,V相电位最高，V2导通,uL=
3、uV,在t3t4时间内,W相电位最高，V3导通,uL=uW,T,一个周期出现三个波头,自然换相点,（2）有关计算公式,1） 整流输出电压平均值,2） 二极管平均电流,3） 二极管最大反向电压,例5-3,某工厂需一台直流电源，要求输出电压为12V，输出电流为100A，试计算用三相半波整流电路时，变压器二次相电压和整流二极管的有关参数。,解:,变压器二次侧绕组的相电压,流过二极管的平均电流,整流二极管承受的最大反向电压,URm=2.45 U22.4510.325V,优点：电路简单,缺点：输出脉动性仍较大，变压器利用率较低，由于直流电流通过变压器绕组，使变压器铁芯易发生直流磁化。,2、三相桥式整流电
4、路,（1）电路组成和工作原理,三相桥式整流电路,由两组三相半波整流电路（一个共阴极电路和一个共阳极电路）串联而成,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,+,-,uL,在t1t2时间内,U相电位最高， V相电位最低，V1、V5导通,uL=uUV,共阴极电路的自然换相点,共阳极电路的自然换相点,iL,在t2t3时间内,U相电位最高， W相电位最低，V1、V6导通,uL=uUW,在t3t4时间内,V相电位最高， W相电位最低，V2、V6导通,uL=uVW,其他依次类推,uL=uVU,uL=uWU,uL=uWV,T,一个周期出现六个波头,（2）有关计算公式,1） 整流输出电压平均值,2） 二极管平
5、均电流,3） 二极管最大反向电压,例5-4,一直流电源，采用三相桥式整流电路，负载电压和电流分别为60V和450A，整流二极管实际工作电流和反向工作电压各为多少？,解:,整流二极管的工作电流,整流二极管承受的最高反向工作电压,URm=2.45 U22.4525.662.72V,特点：变压利用率较高，输出电压脉动小，应用非常广泛。,变压器二次绕组的相电压,5-2 整流器件的选用,整流器件是整流装置的核心和主体，正确选用整流器件能够使整流装置在保证可靠运行的前提下降低成本。,一、整流二极管,二、硅整流堆,一、整流二极管,1、整流二极管的结构及外形,结构同普通二极管，一般采用硅材料制造，它的反向电流
6、很小，PN结的额定结温高，而且受温度影响小，PN结面积较大，允许通过较大的电流，一般工作在频率为3KMz以下的电路中。,2、整流二极管的型号,2CZ、2DZ系列管子型号采用统一的国家标准进行命名，ZP系列型号的意义如下：,3、整流二极管的主要参数,（1）反向工作峰值电压URWM 习惯称作“额定电压”或“最大反向电压”。一般规定为二极管反向击穿电压的1/2。,（2）正向平均电流IF（AV） 习惯称作 “额定电流”或“最大整流电流”。指在规定环境和标准散热条件下，允许连续通过的工频正弦半波电流的平均值。,4、整流二极管的检测,5、整流二极管的使用,冷却方式：,自冷,风冷,水冷,一般塑料封装的小电流
7、整流二极管，靠管脚来散热，使用时，管脚应保持在规定值以上。 大功率整流二极管需加相应的散热装置。,采用风冷或水冷的整流器件，起始工作时，必须按先启动冷却装置，再启动整流装置；停止工作时，先切断整流电路电源，再关闭冷却装置。水冷的整流器件还应设有断水保护装置，以免停水时整流器件温度过高而烧毁。,螺旋式自冷,平板式风冷,平板式水冷,二、硅整流堆,将硅整流器件按某种整流方式用绝缘瓷、环氧树脂和外壳封装成一体，习惯上统称为硅堆。,硅整流堆,1、硅整流堆的结构及外形,内部电气原理图,半桥,单相桥,三相桥,2、硅整流堆的型号,目前对各种硅整流堆尚无完全统一的命名标准,需参考有关生产厂产品说明书。,大部分生
8、产厂家按下述方法命名：,3、硅整流堆的主要参数,（1）额定反向峰值电压 （2）正向平均整流电流,4、硅整流堆的检测,5、硅整流堆的使用,5-3 滤波电路,一、电容滤波,二、电感滤波,三、复式滤波电路,四、电子滤波电路,一、电容滤波,V导通时给C 充电, V截止时C 向RL放电；,1. 电路和工作原理,滤波后uL 的波形变得平缓,平均值提高。,电容 充电,电容 放电,RL,V1,V4,V3,V2,iL,+uL= uc,+ u2 ,动画,例5-5 在单相桥式电容滤波整流中，若要求直流输出电压6V, 负载电流为60mA，试选择合适的整流二极管及滤波电容。,解:,（1） 选二极管,选二极管应满足:,I
9、FM （2 3） IF,可选: 2CZ82A（IF = 100mA， URM = 25V）,流过每只二极管的电流平均值:,每只二极管承受的最高反向电压：,（2） 选滤波电容,可选： 200 F, 耐压50 V 的电解电容,电容的耐压：,因，IL=60mA,查表，,变压器副边电压：,二、 电感滤波,整流后的输出电压：,直流分量被电感L 短路 交流分量主要降在L 上,负载电流越大，电感量越大，滤波效果越好,三、复式滤波电路,2. 型滤波,C1、C2对交流容抗小,L 对交流感抗很大,负载电流小时,1.LC-型滤波电路,LC- 型滤波电路,R,四、电子滤波电路,RC-型滤波电路中，R越大，滤波效果越好
10、，但同时在R上产生的电压损失也越大。,当三极管工作在放大状态时，c与e间的直流电阻RCE较小，而交流电阻rce却很大。,若用三极管代替电阻R，可解决电压损失与滤波的矛盾。电子滤波电路,解决思路：,电子滤波电路,应用：整流电流不很大，但滤波效果要求高的场合。,RC-型滤波电路,5-4 稳压电路,一、稳压二极管的工作特性和主要参数,二、简单稳压电路,三、晶体管串联稳压电路,整流,滤波,由于电网电压波动或负载变化，输出直流电压也随之会发生变化。,稳压,一、稳压二极管的工作特性和主要参数,1、工作特性,正向特性,反向特性,Uz,A,B,Izmin,Izmax,稳压原理：反向电流在很大范围内变化时，其两
11、端电压却基本保持不变。,为什么普通二极管不允许工作在反向击穿区，而稳压二极管却工作在该区？,因为，稳压管是采用特殊工艺制造的硅二极管，它的PN结可承受较大的反向电流和耗散功率，因此可以工作在反向击穿区。,硅稳压管使用注意事项：,（1）在使用时，稳压管应反接。即稳压管的负极接电源的高电位，而正极应接电源的低电位。,（2）电源电压高于稳压管的稳压值时，才起稳压作用。,（3）使用时，当一个稳压值不够时，可把多个稳压管串联使用，但绝不可并联使用。,2、主要参数,稳定电压Uz：稳压管工作时它两端所呈现的电压。,此外，还有动态电阻和温度系数。它们的参数值越小，稳压性能越好。,+,+,-,V1,V2,-,-
12、,具有温度补偿作用的稳压管2DW230,最大稳定电流Izmax ：稳压管正常工作时允许通过的最大电流。,最小稳定电流Izmin ：稳压正常工作时允许通过的最小电流。,稳定电流Iz ：稳压管正常工作时，反向电流的参考数值。它介于最大稳定电流和最小稳定电流之间。,最大耗散功率PzM ：稳压管正常工作时所能承受的最大的耗散功率。,二、简单稳压电路,1、电路组成,IL,简单稳压电路（又称“并联稳压电路”）,2、稳压原理,IR,（1）负载不变，电网电压变化,+,-,Ui,UiULIzIRURUL,（2）电网电压不变，负载变化,Iz,RL UL Iz IR UR UL,小结：利用稳压管电流的变化，引起限流
13、电阻R两端电压的变化，从而达到稳压的目的。,特点：电路结构简单，设计制作容易，但稳压性能较差，输出电压受稳压管自身参数的限制。,当电网电压升高时，调整R使其增大；反之R减小。,当负载增大时，调整R使其减小；反之R增大。,R为调整元件,简单串联稳压电路,简单稳压电路,用一个工作在放大状态的三极管代替R串联稳压电路,串联稳压电路,V1为调整管,ULUBE1 （ Uz不变） UCE1UL ,例：UL,反之，UL增大,+,-,Uz,-,UBE1,+,-,UCE1,电路特点：与简单稳压电路相比，稳压性能较好，带载能力增强了，但稳压性能仍较差，输出电压不可调。,三、晶体管串联稳压电路,+,-,+,+,+,
14、+,-,-,-,-,+,-,-,+,UL,Uz,UBE2,UBE1,UCE1,Ui,晶体管串联稳压电路,UB2,取样电路,1、电路组成：,基准电路,比较放大电路,调整电路,UB1,取样电路,基准电路,比较放大管,调整管,ULUB2UBE2IB2UC2（UB1）UCE1 （RL） UL,2、稳压原理,概括为：,ULUCE1 UL,ULUCE1 UL,反之，概括为：,当电网电压升高或RL增大时，输出电压有上升的趋势，其稳压过程如下：,3、输出电压的调节,当忽略V2管的基极电流时,忽略UBE2，上式整理得,改变抽头位置，即可调节输出电压UL的大小,4、调整管的选用,（1）管压降UCE应适当，一般取3
15、8V,（2）极限参数应满足 ICM1.5ILM U（BR）CEOUimax-ULmin PCM1.5ILmax U（BR）CEO,其中， Uimin最小输入电压，考虑电网电压允许10%的波动，Uimax=1.1Ui（V）,ILM最大负载电流（A）ULmin最小输出电压（v）,【例5-6】在带放大环节的串联稳压电路中，已知基准电压UZ=6V，R1=RP=R2=300，调整管的管压降UCE不小于2V，UBE忽略不计。求： （1）稳压电路输出电压UL的调节范围。,解：,（1）当RP滑到最上端时，输出电压最小,当RP滑到最下端时，输出电压最大,所以，输出电压的调节范围是：9VUL18V,（2）RP滑动
16、触点位于中点时的UL。,（3）为使调整管能正常工作，变压器二次侧电压有效值U2至少应取多少？,（2）RP滑动触点位于中点时，,（3）因为三极管UCE不小于2V，要求稳压电路输入电压至少为,变压器二次侧电压的有效值为：,Ui=ULmax+UCE=20V1.2U2,串联稳压电路的组成框图,5-5 集成稳压器,一、三端集成稳压器的型号和参数,二、三端集成稳压器的应用,把串联稳压电路中的取样、基准、比较放大、调整和保护环节等集成于一个半导体芯片上，构成集成稳压器。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：输入端、输出端和公共端（或调整端），称为三端集成稳压器。,集成稳压器具有体积小、质量轻
17、、使用方便、可靠性高等优点，因而得到广泛应用。,一、三端集成稳压器的型号和参数,1、三端固定输出集成稳压器,金属封装,塑料封装,1,3,2,1,2,3,三端固定输出稳压器各管脚的功能,固定正压输出集成稳压器，国标型号为CW78-/CW78M-/CW78L- 固定负压输出集成稳压器，国标型号为CW79-/CW79M-/CW79L-,型号中的表示该电路输出电压值，分别为5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V共七种,2、三端可调输出集成稳压器,展示外形（外形同固定输出的）,金属封装,塑料封装,1,3,2,1,2,3,可调正压输出集成稳压器，国标型号为CW117-/CW117MCW117L-
18、CW217-/CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L- 可调负压输出集成稳压器，国标型号为CW137-/CW137MCW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-CW337L-,三端可调输出稳压器各管脚的功能,3、三端集成稳压器的主要参数,最大输入电压Uimax稳压器正常工作时允许输入的最大电压,其他参数见教材表5-15和表5-16,输出电压范围UL稳压器符合指标要求时的输出电压范围,最大输出电流ILM保证稳压器安全工作时允许输出的最大电流,最小输入输出压差（Ui-UL）min保证稳压器正常工作所要求的输入电压与输出电压的
19、最小差值,二、三端集成稳压器的应用,（1）基本应用电路,三端固定正输出的基本应用电路,三端固定负输出的基本应用电路,用于减小输入电压的脉动和防止过电压,用于削弱电路的高频干扰,1、固定输出集成稳压电路,（2）提高输出电压的稳压电路,（3）扩大输出电流的稳压电路,输出电压为：,输出电流为：,IL=Io+IC,其中，Uxx为集成稳压器的额定电压,其中，IoCW78的输出电流IC外接大功率管的集电极电流,（4）同时输出正、负电压的稳压电路,2、三端可调式集成稳压电路,（1）基本应用电路,正压输出,负压输出,输出电压：,（2）提高输出电压的应用电路,5-6 开关稳压电源简介,一、并联型开关稳压电路,二
20、、串联型开关稳压电路,一、并联型开关稳压电路,以上介绍的稳压电源都属于线性稳压电源。虽然这种稳压电源优点很多，但调整管的功耗大，电源变压器笨重、耗能。使电源的利用率大为降低。,开关稳压电路中，调整管工作在开关状态，管耗小，电源体积小、效率高，稳压性能好、稳压范围大。广泛应用在对稳压电源要求较高的场合。,开关稳压电源的形式很多，根据电源供给能量的连接方式不同分为：并联稳压电路和串联稳压电路两种。,1、基本结构,并联型开关稳压电源框图,开关调整管,储能电路,2、工作原理,储能电路的工作原理：,V1截止（L产生上“-” 下“+”的感生电动势，释放能量）iC（C充电，V2导通） Uo （下“+” 上“
21、-”）,iL,+,-,iC,+,-,+,并联型储能电路原理图,输入高电平,输入低电平,调整管V1饱和导通期间，储能电感L储能，由储能电容C向负载供电；调整管V1截止期间，储能电感L释放能量对储能电容C充电，同时向负载供电。另外L和C还起滤波作用。,小结：,脉冲变压器的并联型开关稳压电路,高电平,低电平,并联型开关稳压电源框图,Uo,例：,取样电压升高,偏差信号升高,脉冲信号宽度变窄,V1管开通时间缩短,输入储能电路的能量减少,Uo ,反之，相反,二、串联型开关稳压电路,1、电路结构,调整管V1与储能电感L串联,2、工作原理,Uo,取样电压UP ,当UP UN时, Uo1为高电位,V3正向导通, V1基极电位,V1截止,储能电感L向负载输出电流,Uo,串联型开关稳压电路,例如：,反之，相反,集成运放输出低电位时，调整管V1饱和导通，储能电感L储能，由储能电容C向负载供电；当集成运放翻转输出高电位时，调整管V1截止，储能电感L对储能电容C充电，同时向负载供电这样便在负载上获得平稳的直流电压。,小结：,
