第九章 直流穩(wěn)壓電源

1、第九章 小功率直流穩(wěn)壓電源9.1 直流電源的組成及各部分的作用直流電源的組成及各部分的作用 9.2 整流電路整流電路9.3 濾波電路濾波電路9.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路uiUo 電源變壓器電源變壓器 整流電路整流電路濾波電路濾波電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路utoutoutoutouto單相小功率直流電源單相小功率直流電源將頻率為將頻率為50HZ、 有效值為有效值為220V的單相交流電壓的單相交流電壓 轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、 輸出電流為幾十毫安以下的直流輸出電流為幾十毫安以下的直流電壓。電壓。 9.1 直流電源的組成及各部分的作用直流電源的組成及各部分的作用 整流電路是將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓

2、的電路。整流電路是將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓的電路。utoutouto整流元件是具有單向?qū)щ娔芰Φ亩O管或晶閘管。整流元件是具有單向?qū)щ娔芰Φ亩O管或晶閘管。單相整流電路的形式：單相整流電路的形式：半波整流半波整流全波整流全波整流橋式整流橋式整流倍壓整流倍壓整流二極管用理想模型來處理。二極管用理想模型來處理。9.2 整流電路整流電路 9.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路 9.2.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 9.2 整流電路整流電路 一、工作原理DRLabu2 220V 50HZ + uD+uoio設(shè)變壓器副邊電壓為設(shè)變壓器副邊電壓為tsinU2u22 u2 t0 2 3 4

3、 2U2uo t0uD t02U22U2 io t09.2.1 單相半波整流電路 DRLabu2 220V 50HZ + uD+uoio二、主要參數(shù) 經(jīng)整流后得到的單向脈動(dòng)經(jīng)整流后得到的單向脈動(dòng)電壓，電壓， touo2U2含有豐富的諧波成分，含有豐富的諧波成分， 其其平均值平均值即為輸出電壓的直即為輸出電壓的直 流成分：流成分： )AV(OU 21 0) t(dtsinU22 T 2U22U45. 0 2U45. 0負(fù)載電流平均值：負(fù)載電流平均值： )AV(OIL)AV(ORUL2RU45. 0 20 21) t(duo 9.2.1 單相半波整流電路 三、二極管的選擇 在單相半波整流電路中，在

4、單相半波整流電路中， DRLabu2 220V 50HZ + uD+uoio二極管的正向平均電流二極管的正向平均電流 等于負(fù)載電流平均值等于負(fù)載電流平均值 )AV(O)AV(DII L2RU45. 0 二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓 等于變壓器副邊的峰值電壓等于變壓器副邊的峰值電壓 2maxRU2U 在選擇二極管時(shí)要留有在選擇二極管時(shí)要留有10%的余量，的余量， 一般?。阂话闳。?)AV(OFI1 . 1I 2RU21 . 1U 9.2.1 單相半波整流電路 負(fù)載上的電壓和負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。電流方向始終不變。 一、電路的組成構(gòu)成原則：構(gòu)成原則： 保證在變壓器副保

5、證在變壓器副邊電壓邊電壓u2的整個(gè)周期的整個(gè)周期內(nèi)，內(nèi)， 9.2.2 單相橋式整流電路 D4D1D2D3u2abRL+-uo220V 50HZ+-u2RLD1D4+ +- -uo220V 50HZ u2uo+ D4D1D2D3u2abRL+ +- -uo220V 50HZ二、工作原理u2to 2 3 2U2uotoiotou2 正半周正半周D1、D3 導(dǎo)通導(dǎo)通D2、D4 截止截止uo=u2D1D3導(dǎo)通導(dǎo)通iD1iD3u2 負(fù)半周負(fù)半周D1、D3 截止截止D2、D4 導(dǎo)通導(dǎo)通uo= -u2D2D4導(dǎo)通導(dǎo)通iD2iD4D1D3導(dǎo)通導(dǎo)通iD1iD3單向脈動(dòng)全波整流電壓電流單向脈動(dòng)全波整流電壓電流 9

6、.2.2 單相橋式整流電路 (+)(+)(-)(-)io(-)(-)(+)(+)tsinU2u22 設(shè)設(shè)u2to 2 3 2U2uotoiotoD1D3導(dǎo)通導(dǎo)通iD1iD3D2D4導(dǎo)通導(dǎo)通iD2iD4D1D3導(dǎo)通導(dǎo)通iD1iD3 )AV(OU 1) t(dtsinU22 0 2U222U9 . 0 L)AV(O)AV(ORUI L2RU9 . 0 9.2.2 單相橋式整流電路 三、輸出電壓和電流的平均值D4D1D2D3u2abRL+ +- -uo220V 50HZu2to 2 3 2U2uotoiotoD1D3導(dǎo)通導(dǎo)通iD1iD3D2D4導(dǎo)通導(dǎo)通iD2iD4D1D3導(dǎo)通導(dǎo)通iD1iD3四、二極

7、管的選擇 )AV(DI2I)AV(OL2RU45. 0 maxRU2U2)AV(DFI1 . 1I maxRRU1 . 1U 9.2.2 單相橋式整流電路 D4D1D2D3u2abRL+ +- -uo220V 50HZ 整流電路的輸出電壓是單一方向的，整流電路的輸出電壓是單一方向的， 但是脈動(dòng)較大，但是脈動(dòng)較大， 含有較大的諧波成分，含有較大的諧波成分， 不能適應(yīng)大多數(shù)電子線路及設(shè)備不能適應(yīng)大多數(shù)電子線路及設(shè)備 的需要。的需要。 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的諧波。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的諧波。濾波電路的特點(diǎn)：濾波電路的特點(diǎn)：均采用無源電路（電容濾波、電感濾波、均采用無源電路（電容濾

8、波、電感濾波、型濾型濾波）；波）；理想情況下，濾波后只保留直流成分，而濾去所理想情況下，濾波后只保留直流成分，而濾去所有交流成分；有交流成分；能夠輸出較大電流；能夠輸出較大電流；9.3 濾波電路濾波電路 9.3.1 濾波原理濾波原理 9.3.2 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 9.3 濾波電路濾波電路 D4D1D2D3u2RL+ +- -UOC+1、 不帶負(fù)載不帶負(fù)載RLuoto設(shè)設(shè)uC(0)=0u2 正半周正半周(+)(+)(-)(-)ob 段段bD1D3導(dǎo)通導(dǎo)通充電時(shí)間常數(shù)充電時(shí)間常數(shù)CRintC 很小很小,uC = u2bc 段段cD1D3 D2D4截止截止電容無放電回路，電容無放電回路，

9、uC 保持；保持；u2 負(fù)半周負(fù)半周 (-)(-)(+)(+)2U29.3.1 濾波原理 D4D1D2D3u2RL+ +- -UOC+uoto設(shè)設(shè)uC(0)=0u2 正半周正半周(+)(+)(-)(-)ob 段段bD1D3導(dǎo)導(dǎo)通通電容充電電容充電CRintC 很小很小,2U2bc 段段c電容放電電容放電CRLd 很大很大,u2 負(fù)半周負(fù)半周(-)(-)(+)(+)cd 段段d電容繼續(xù)放電電容繼續(xù)放電de 段段eD2D4導(dǎo)導(dǎo)通通電容充電電容充電D1D3導(dǎo)導(dǎo)通通D2D4導(dǎo)導(dǎo)通通2、 帶負(fù)載帶負(fù)載RL9.3.1 濾波原理 uotobD1D3導(dǎo)導(dǎo)通通2U2cdeD2D4導(dǎo)導(dǎo)通通D1D3導(dǎo)導(dǎo)通通D2D4

10、導(dǎo)導(dǎo)通通 電容濾波電路，電容濾波電路， 使使 脈動(dòng)減??；脈動(dòng)減小； RL愈大，愈大， RLC愈大，愈大， UO 越高；越高； 為獲得較好的濾波效果，為獲得較好的濾波效果， 一般?。阂话闳。?2T) 53(CRL 2)AV(OU) 2 . 11 . 1 (U 負(fù)載開路時(shí)，負(fù)載開路時(shí)， 2)AV(OU2U 濾波電容的耐壓值應(yīng)大于濾波電容的耐壓值應(yīng)大于2U21 . 1 D4D1D2D3u2RL+ +- -UOC+(+)(+)(-)(-)(-)(-)(+)(+)負(fù)載平均電壓負(fù)載平均電壓UO 升高，升高， 9.3.2 輸出電壓平均值 9.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 整流濾波電路的輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓整流濾波

11、電路的輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)的波動(dòng)而波動(dòng), 隨著負(fù)載電阻的變化而變化。隨著負(fù)載電阻的變化而變化。 為了獲得穩(wěn)定性好的電壓，為了獲得穩(wěn)定性好的電壓， 必須采取穩(wěn)壓措施。必須采取穩(wěn)壓措施。 9.4.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 9.4.2 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路9.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器DZ +CRRLu2D1D4UI+UO+穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 ORIUUU IRIDZIOODZRIII 9.4.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連

12、續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。壓性能優(yōu)越。1、電路的構(gòu)成、電路的構(gòu)成TDZRRLUI+UO+A R1R2R3四個(gè)部分：四個(gè)部分： 基準(zhǔn)電壓電路：基準(zhǔn)電壓電路： R, DZ 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓輸出電壓取樣電路：輸出電壓取樣電路： R1, R2, R3 取樣取樣環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)比較放大電路：比較放大電路： 運(yùn)放運(yùn)放A 比較比較放大放大調(diào)整環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)： 調(diào)整管調(diào)整管T 調(diào)整調(diào)整環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)電路引入串聯(lián)電壓負(fù)反饋；電路引入串聯(lián)電壓負(fù)反饋； 輸出電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)。輸出電壓在一定范圍

13、內(nèi)可調(diào)。 2、穩(wěn)壓原理、穩(wěn)壓原理 UO UN UB UBE=UB UO UBE IB IE UCE=UI RLIE UCE UI=UCE+UO UO 9.4.2 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路TDZRRLUI+UO+A R1R2R3 T 的調(diào)整作用是依靠的調(diào)整作用是依靠UN和和UZ 之間的偏差來實(shí)現(xiàn)的，之間的偏差來實(shí)現(xiàn)的，UO不可能達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定。不可能達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定。 串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，反饋越深，反饋越深，調(diào)整作用越強(qiáng)，調(diào)整作用越強(qiáng)，輸出電壓越穩(wěn)定，輸出電壓越穩(wěn)定，穩(wěn)壓系穩(wěn)壓系數(shù)數(shù)Sr和輸出電阻和輸出電阻Ro越小。越小。3、輸出電壓可調(diào)范圍、輸出電壓可調(diào)范圍 NP2R 2R

14、NUO32132URRRRR ZPUU PNUU Z32321oURRRRRU 當(dāng)當(dāng)R2的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，的滑動(dòng)端在最上端時(shí)， Z32321minOURRRRRU 最??；最??； 當(dāng)當(dāng)R2的滑動(dòng)端在最下端時(shí)，的滑動(dòng)端在最下端時(shí)， Z3321maxOURRRRU 最大；最大； 9.4.2 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1、輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器、輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器W7800系列：系列：W7900系列：系列：輸出電壓為正；輸出電壓為正；5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電壓為負(fù)；輸出電壓為負(fù)；-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V 電路組成：

15、電路組成：串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路W7800 123輸入端輸入端 輸出端輸出端 公共端公共端 輸入端與輸出端電壓差不能小于輸入端與輸出端電壓差不能小于3V。 9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器 W7800系列三端穩(wěn)壓器的輸出電流有系列三端穩(wěn)壓器的輸出電流有1.5A(W7800)、0.5A(W78M00)、0.1A(W78L00)三個(gè)檔次。三個(gè)檔次。金屬封裝金屬封裝 123外殼外殼 塑料封裝塑料封裝 123W78001 輸入端輸入端2 輸出端輸出端3 公共端公共端(調(diào)整端調(diào)整端) 2、三端穩(wěn)壓器的外形、三端穩(wěn)壓器的外形9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器C1C2123 + +UI - -+ +W780

16、0 + +UO- -0.33F0.1FC310FDUI ： 整流濾波電壓；整流濾波電壓； UO ： 穩(wěn)壓輸出電壓；穩(wěn)壓輸出電壓； C1、C2 ： 實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償， 消除較長接線時(shí)的消除較長接線時(shí)的電感效應(yīng)；電感效應(yīng)； )F11 . 0 ( C3 ： 減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引起的低頻干擾；減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引起的低頻干擾； 瞬時(shí)增減電流時(shí)，瞬時(shí)增減電流時(shí)， 不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)；不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)； )F1 (以以上上 D： 當(dāng)輸入端短路時(shí)，當(dāng)輸入端短路時(shí)， 給給C3一個(gè)放電通路，一個(gè)放電通路， 防止防止C3兩端電兩端電 壓作用于調(diào)整管，壓作用于調(diào)整

17、管， 造成發(fā)射結(jié)的損壞。造成發(fā)射結(jié)的損壞。 輸入端與輸出端電壓差不能小于輸入端與輸出端電壓差不能小于2V。9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器3、W7800的基本應(yīng)用電路的基本應(yīng)用電路OU +2R OUO32121URRRRR O21321OURRRRRU 0R2 maxOU22RR minOUCiCo+ +UI - -W7800 + +UO- -R2R1R3RL+A +9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器4、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路 例題例題1OU +2R + +UI - -W7812 + +UO- -RpR3R4RL+A R1R29.4.3 三端集成穩(wěn)壓器4、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路、輸出

18、電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路 OUO32121URRRRR O21321OURRRRRU 0R2 maxOU22RR minOU例題例題2例題由三端固定輸出穩(wěn)壓器由三端固定輸出穩(wěn)壓器W7805組成的輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電組成的輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路如圖所示。試求電路輸出電壓路如圖所示。試求電路輸出電壓UO的可調(diào)范圍。的可調(diào)范圍。WR WR)1 ( O4W34WPURRRRRU 5RRRUU211ON PNUU 5RRRR)1 (RRRRU211W34W3O 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)1 5RRRRRRRU21134W3O V5 .22 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)0 5RRRRRRRRU211W34W3O V625. 5 輸出電壓輸出電壓 5.6

19、25V22.5V UI2.5kR2R1500UPRW1.5kR4R3W78052.5k2.5k+ +- -+ +- -UNAUO+15V15V24V24V21.6V-21.6V28.8V-28.8VD1 D2 UO+ Ci123+UO3211000 F1000 F0.33 F0.33 F1 F220V50HZC + +C+ CiW7815 +Co1 F +CoW7915RLD2 9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器5、正、負(fù)輸出穩(wěn)壓電路、正、負(fù)輸出穩(wěn)壓電路 W117、W217、W317系列；系列； 在輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上，在輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上， 外接一簡單電路；外接一簡

20、單電路； 調(diào)整管調(diào)整管 比較放比較放 大電路大電路 基準(zhǔn)電基準(zhǔn)電 壓電路壓電路 保護(hù)保護(hù) 電路電路 123 W117 123輸入端輸入端 輸出端輸出端 調(diào)整端調(diào)整端 +UIR1 R2 +UOUREF REF12OU)RR1 (U 輸出電壓輸出電壓1.237V；9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器6、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器以上以上1-為軍品級(jí)為軍品級(jí)；2-為工業(yè)品級(jí)為工業(yè)品級(jí)；3-為民品級(jí)為民品級(jí)。 軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55150； 工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25150

21、； 民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍0125。(1)三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為W117-/W117M-/W117L- W217-/W217M-/W217L-W317-/W317M-/W317L-(2)三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為W137-/W137M-/W137L-W237-/W237M-/W237L-W337-/W337M-/W337L-9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器6、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器W117系列調(diào)整端電流很小，約為系列調(diào)整端電流很小，約為50A。對(duì)于

22、特定的對(duì)于特定的W117、 W217和和W317系列穩(wěn)壓器，基系列穩(wěn)壓器，基準(zhǔn)電壓是準(zhǔn)電壓是1.21.3V中的某一個(gè)值，一般取中的某一個(gè)值，一般取1.25V。(1)三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為W117-/W117M-/W117L- W217-/W217M-/W217L-W317-/W317M-/W317L-(2)三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為型號(hào)為W137-/W137M-/W137L-W237-/W237M-/W237L-W337-/W337M-/W337L-9.4.3 三端集成穩(wěn)壓器6、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器W117、 W217和和W317的輸出端和輸入端電壓之的輸出端和輸入端電壓之差為差為340V。必須外接采樣電阻。必須外接采樣電阻。(1)三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為W117-/W117M-/