1、目 录,10.3.2 硅稳压管稳压电路的特点,10.1 单相整流电路,10.1.1 单相半波整流电路,10.1.2 单相全波整流,10.1.3 桥式全波整流电路,10.2 滤波电路,10.2.1 电容滤波电路,10.2.2 电感滤波电路,10.2.3 其他滤波电路,10.3 硅稳压管稳压电路,10.3.1 硅稳压管电路及工作原理,10.4 串联型稳压电路,10.4.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理,第10章 直流稳压电源,10.5.4 利用三端集成稳压器组成恒流源,10.4.2 输出电压的调节,10.4.3 分立元件组成的串联型稳压电路,10.4.4 稳压电路的保护措施,10.4.5 稳压电
2、路的质量指标,10.5 三端集成稳压电源,10.5.1 概述,10.5.2 线性三端集成稳压器的分类,10.5.3 应用电路,10.6 开关直流稳压电源,10.7 DC-DC变换器,10.7.1 工作原理,10.7.3 典型应用,10.7.2 电路原理,目 录,本章要点:,1. 单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算。,2. 具有放大环节的简单串联型稳压电源的工作原理和电压调整范围。,. 开关电源的工作原理和使用方法。,. DC-DC变换器的使用方法及应用。,3. 集成三端稳压电路的使用方法。,本章难点:,1. 滤波电路的工作原理 。,2. 开关稳压电源的工作原理。,电源变压器:
3、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。,直流稳压电源的组成和功能,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,二极管导通，uL=u2,二极管截止, uL=0,u2 0 时:,u20时:,10.1 单相整流电路,10.1.1 单相半波整流电路,主要参数：,IL= UL /RL =0.45 u2 / RL,（2）输出电流平均值Io ：,（1）输出电压平均值UL：,（3）流过二极管的平均电流：,ID = IL,（4）
4、二极管承受的最高反向电压：,.工作原理：,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。,10.1.2 单相全波整流,全波整流电压波形,IL= UL /RL =0.9 u2 / RL,2.主要参数,（2）输出电流平均值IL ：,（1）输出电压平均值UL：,（3）流过二极管的平均电流：,ID = IL/2,（4）二极管承受的最高反向电压：,（1）组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时:,D1 、D3导通， D2、D4截止,（2）工作原理：,10.3 单相整流电路,u2负半周时：,D2、D4 导通， D1 、D3截止,
5、输出电压平均值：UL=0.9u2,输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL,流过二极管的平均电流：ID=IL/2,（3）主要参数：,脉动系数1:,用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得:,集成硅整流桥：,10.2 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,10.2.1 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. 工作原理,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,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
6、,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,RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻),电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,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
7、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) 二极管承受的最高反向电压,3.输出特性,输出特性是用来表示电路输出电压和输出电流之间的关系曲线，它是一种外电路特性。,【例10-2】某电子设备要求直流电压 Uo=12V，直流电流 Io=60mA，电源用的是工频市电220V，50Hz，采用单相桥式整流电容滤波电路，试选择电路中的元件。,解 (1) 电源变压器参数的计算,取UI=1.2Uo，则,=10(V),变压器的变压比为,流过变压器次级线圈的电流有效值为,II=2Io=602=120(mA),(2
8、) 整流二极管的选择,流过二极管的平均电流为,二极管承受的反向最大电压为,(3) 选择滤波电容,取RLC=2T，得电容容量为,根据上面计算所得和参数，查表就可选择合适的电路元件。,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L。,输出电压平均值: UL=0.9U2,对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。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,10.2.2 电感滤波电路,为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。,LC滤波电路,RC型滤波电路,10.2.3 其它滤波电路,稳压电路的作用:,10.3 硅稳压管稳
9、压电路,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。,1. 稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。,由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。,10.3.1 硅稳压管电路及工作原理,稳压原理：,(1) 当输入电压变化时,由图知：,(2)当负载电流变化时,稳压过程：,2. 电路参数计算,(1) 稳压管型号的确定,一般选用稳压管型号要看 UZ，IZM 和rZ 。一般选取,rZRo, Ro为所要求的输出电阻,(2) 输入电压UI的确定,一般选取,(3) 稳压电阻的计算,稳压电阻R的作用:,稳压
10、二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。,将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。,显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的UR变化，就可达到足够的稳压效果。,但R 的数值越大，就需要较大的输入电压UI值，损耗就要加大。,稳压电阻的计算如下,(1)当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即,(2)当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即,【例10-3】
11、为了保护稳压管，经常在图10-11所示电路中加一限流电阻。假设稳压电路的输入电压为15V，稳压管的输出电压为12V，稳压管的安全工作电流范围为550mA，负载电流为400，求限流电阻的取值范围。,解 依题意可知流过负载电阻的电流为,因此流过限流电阻的总电流变化范围为,而限流电阻两端的电压为3V，便可求得R的范围为,10.3.2 硅稳压管稳压电路的特点,这种稳压电路的输出电压是不能调节的，负载电流变化范围较小，输出电阻较大，约几个欧姆到几10欧姆，因此稳压性能较差。但其电路结构简单，负载短路时，稳压管不会损坏。因此仅适用于Uo固定和要求不高的场合。,稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （
12、2）输出电压不可调,改进： （1）提高带负载能力在输出端加一射极输出器,UO=UZ-0.7V,10.4 串联型稳压电源,10.4.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理,改进： （2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数,UO=AUFUZ-0.7V,为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。,1.组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。,2.工作原理,（1）输入电压变化时,实质：电压负反馈,（2）负载电流变化时,10.4.2 输出电压的调节,可见，调节R1或R2可以改变输出电压。,用负反馈的理论计算：,10.4.3 分立元件组成的串联式稳压
13、电路,稳压原理,当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时,(3) 输出电压的调节范围,因为：,所以：,将参数代入，可求出输出电压的调节范围。,10.4 串联型稳压电源,10.4.4 稳压电路的保护措施,1限流型保护电路,限流型保护电路是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，使输出电流得以限制。,当Io 较小时在RS上产生的压降不能使TS导通,TS不起作用,当IoIOM (负载短路)时在 RS上产生的压降足以使TS导通,TS对IA分流，从而使IB，Io减小，保护了调整管T。,2. 截流型,当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零,(因为Rf较负载RL小得多
14、),选取适当的R1，R2，当IoIoM时，uBESuoM，则保护管TS载止，电路正常工作,当IoIOM时，Io增加，uBESuOM，则保护管TS导通，这时立即引起下列反馈过程 ：,随着这一过程的快速进行，使电路的输出电压和输出电流都迅速的减小，使它们的值都近似为零，从而实现了截流的作用，这种保护法的优点是调整管的功耗很小。,10.4.5 稳压电路的质量指标,稳压电路的枝术指标分为两大类：一类为特性指标，用来表示稳压电路规格，有输入电压、输出功率或输出直流电压和电流范围；另一类为质量指标，用来表示稳压性能，有以下几种指标。,1. 稳压系数ST,该指标反映了电网电压波动对稳压电路输出电压稳定性的影
15、响。,2. 负载调整特性SI,该指标反映了负载变化对输出电压稳定性的影响,3. 输出电阻Ro,其含义与SI 相似。Ro 越小，负载变化对Uo 变化的影响越小，表示带负载能力越强。一般Ro1 。,4. 纹波抑制比 SR,该指标反映稳压电路输入电压UI 中含有100Hz交流分量峰值或纹波电压的有效值经稳压后的减小程度。一般输出电压峰值UIP为几毫伏至几百毫伏。 SR越大，表示UOP越小。,5. 输出电压的温度系数ST,该指标反映温度对输出电压稳定性的影响， ST越小表示温度对稳压电路的影响越小。,10.5.1 概述,10.5 三端集成稳压器,调整管,过压保护,过热 保护,启动电路,取样电路,基准电
16、压源,过流保护,放大比较环节,电路组成及工作原理：,1. 启动电路,由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和R 18组成。上电后，R 4、D Z1先导通，使得T12和T13导通，随后T8和T9也导通，整个电路进入正常工作状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。,2. 基准电压源,由T1T7管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。,根据前面对带隙基准电压源的分析可知：,T7管的集电极电位：,因此，有：,整理可得：,3. 放大比较环节：,由T3和T4管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。T3和T4管既是基准电压电路的一部分，又
17、是比较放大器的放大管。取样电压UF叠加在基准电压上。输出电压：,4. 调整环节：,由T16和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过R 11接负载电阻R L，可以输出较大的电流。,5. 保护电路：, 过流保护电路由R11和T15组成。 调整管安全区保护电路由R13，DZ2和T15组成。 过热保护电路由DZ1、R7和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，R7的压降也增大，而U BE14却减小，使得T14管导通。其集电极电流IC14使得T16管的基极电流分流，从而限制了T16和T17管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。,类型(1)
18、W7800系列 稳定正电压W7805 输出+5VW7809 输出+9VW7812 输出+12VW7815 输出+15V(2) W7900系列 稳定负电压W7905 输出-5VW7909 输出-9VW7912 输出-12VW7915 输出-15V,1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端,10.5.2 线性三端集成稳压器的分类,(3)三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/ CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L-(4)三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137-/CW137M-/CW137L- C
19、W237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-(5)三端低压差集成稳压器，CW1930，CW2930，CW3930三个小系列产品，可提供大于150mA的输出电流。,上述线性三端集成稳压器国标型号数字后缀-表示输出电压的稳定值，稳压值前有M的表示输出电流中等，稳压值前有L30表示输出电流最小，稳压值前没有英文字母的表示输出电流达到安培级为最大。,1. 基本使用方法,+20V,+15V,注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。,10.5.3 应用电路,C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。,2. 输出正负电压,3. 输出
20、电压可调,由：,可得：,4.扩大输出电流,T 1是扩大输出电流的大功率BJT，T 2管是T1的保护管。 当输出电流较小，R 2上的压降也较小，T1、T2管都不导通。 IO= I,当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使R 2上的压降变大，T 1导通。 I O=I+IC1,5.三端可调式稳压器W117的内部结构：,电阻R 1和R 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：,电容C 1 ：防止自激。 电容C 2：减小电阻R 2上的电压波动。 D1、 D2：保护二极管。,W117的基本应用电路,10.6 集成开关式稳压电源,串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。 缺点：它的调整管
21、工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有2040；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。,为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态开关式稳压电路,T开关管；LC滤波环节； D续流二极管， R1、R 2取样电阻； 误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节。,1 .脉宽调制式开关稳压电路结构,当S为高电平时，T饱和。uEU I。电感L储存能量。二极管D反向截止。,2 .工作原理,当S为低电平时，T截止。iE0。L产生反电势，并通过RL、D构成的回路释放能量。由于反电势的存在，D处于导通状态。uE0。,BJT的工作周期T为：,占空比为：,则
22、输出电压的平均值为：,即：,稳压原理：,10.7 DC-DC变换器,在电源电路中，出于对温升、效率以及其他因素的考虑，DC-DC变换器应用很多，DC-DC变换器又称直流-直流变换器。要实现DC-DC变换的方法很多，这里只简单介绍利用集成电路MC34063进行DC-DC变换的方法，利用该集成电路，再配制合适的外围电路，可以实现降压、升压及电压反转等功能，由于电路比较简单、成本也低、效率较高、温升较低，因此这些电路被广泛应用。,MC34063具有以下特点。(1) 能在340V的输入电压下工作。(2) 带有短路电流限制功能。(3) 低静态工作电流。(4) 输出开关电流可达1.5A(无外接三极管)。(
23、5) 输出电压可调。(6) 工作振荡频率从100Hz100kHz。(7) 可构成升压、降压或反向电源变换器。,10.7 DC-DC变换器,由于内置有大电流的电源开关，MC34063能够控制的开关电流可达到1.5A，内部电路包含有参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制电路和开关晶体管。参考电压源是具有温度补偿的基准源，振荡器的振荡频率由3脚的外接定时电容决定，开关晶体管由比较器的反向输入端和与振荡器相连的逻辑控制电路置成ON，并由与振荡器输出同步的下一个脉冲置成OFF。,10.7.1 工作原理,电路工作原理是振荡器通过恒流源对外接在TC管脚 (3脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电
24、和放电的电流都是恒定的，所以振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平，当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通，反之当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。电流限制功能是SI检测端(5脚)通过检测连接在 和5脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过 管脚(3脚)对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是让输出开关管的关闭时间延长。,10.7.2 电路原理,10.7.3 典型应用,uo=(1+R4/R5)1.25V,uo=(1+R4/R5)1.25V,0.3V/0.3=1A,本章小结,1整流电路（利用二极管的单向导电性）半波整流：UL=0. 45U2 全波整流：UL=0.9U2桥式整流：UL=0.9U2 2滤波电路电容滤波（桥式整流）： UL=1.2U2 电感滤波： UL=0.9U2 3稳压电路稳压管稳压电路：UO=UZ串联式稳压电路：（1）电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程）（2）输出电压调节范围 4集成稳压器三端固定式集成稳压器（W7800、W7900）及其使用 三端可调式集成稳压器 5 开关式稳压器,
