第6章 直流穩(wěn)壓電路

1、本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) 半波整流、全波整流和橋式整流半波整流、全波整流和橋式整流 電容濾波電容濾波 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 78/79系列輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器系列輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器 LM317/337輸出電壓可調(diào)的集成穩(wěn)壓器輸出電壓可調(diào)的集成穩(wěn)壓器 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路 重點(diǎn)重點(diǎn) 橋式整流、電容濾波、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和三端集成穩(wěn)壓器的典橋式整流、電容濾波、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和三端集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路。型應(yīng)用電路。直流穩(wěn)壓電源組成框圖及作用：直流穩(wěn)壓電源組成框圖及作用： 將單向脈動電壓變得稍稍平滑些。將單向脈動電壓變得稍稍平滑些。 將含有脈動成分的直流電壓變換為穩(wěn)

2、恒直流電壓。將含有脈動成分的直流電壓變換為穩(wěn)恒直流電壓。 將較高的交流電網(wǎng)電壓變換為較低的適用的交流電壓。將較高的交流電網(wǎng)電壓變換為較低的適用的交流電壓。 將交流電壓變換為單向脈動直流電壓。將交流電壓變換為單向脈動直流電壓。 輸出電壓平均值：輸出電壓平均值： UO = = U2 0.45U2 21ttdsinUm2 0 2 流過二極管流過二極管D和負(fù)載和負(fù)載RL電流平均值：電流平均值： IO = = LORUL2RU45. 0 二極管二端所承受的最大反向電壓：二極管二端所承受的最大反向電壓： UDrm= U2 2S=1.57 流過二極管流過二極管D1、D2的電流：的電流： LoDRUII245

3、. 021二極管所承受的最大反向電壓：二極管所承受的最大反向電壓： 222UUDrmS= =0.67 輸出電壓平均值：輸出電壓平均值： 22029 . 022sin1UUttdUUmo流過負(fù)載流過負(fù)載RL的電流：的電流： LLooRURUI29 . 04個二極管分成二組，輪流導(dǎo)通。個二極管分成二組，輪流導(dǎo)通。 與全波整流輸出波形相同，但二極管承受的最大反與全波整流輸出波形相同，但二極管承受的最大反向電壓為向電壓為 U2。 2p.182. 例例 6-1 倍壓整流電路帶負(fù)載能力很差，僅適用于需要高倍壓整流電路帶負(fù)載能力很差，僅適用于需要高電壓小電流且負(fù)載固定不變的場合。電壓小電流且負(fù)載固定不變的場

4、合。 電容濾波輸出電壓平均值一般很難精確計(jì)算，主電容濾波輸出電壓平均值一般很難精確計(jì)算，主要取決于放電時間常數(shù)要取決于放電時間常數(shù)d，即，即RL和和C的大小。的大小。 RL、C越大，輸出電壓平均值越高；越大，輸出電壓平均值越高； RL（開路）時，（開路）時，UO= U2； 2 C0時，橋式整流，時，橋式整流，UO=0.9U2； 滿足滿足RLC（35） 時（時（T=20ms），可用下式），可用下式估算：估算： 2T UO = 1.2 U2 （橋式整流）（橋式整流） UO = 1.0 U2 （半波整流）（半波整流） 電容初始時電壓為電容初始時電壓為0，開機(jī)瞬間相當(dāng)于短路，整流二極管會，開機(jī)瞬間相當(dāng)

5、于短路，整流二極管會流過很大電流；流過很大電流； 整流二極管導(dǎo)通角較小，導(dǎo)通時電流很大。整流二極管導(dǎo)通角較小，導(dǎo)通時電流很大。p.184. 例例 6-2UO = 0.9U2 當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)行濾波時，效果仍不理想時，可采用復(fù)當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)行濾波時，效果仍不理想時，可采用復(fù)式濾波電路。復(fù)式濾波電路常用的有式濾波電路。復(fù)式濾波電路常用的有LC型、型、LC型和型和RC 型型3種形式，種形式，如圖所示。它們的電路組成原則是，把對交流阻抗大的元件（如電感、如圖所示。它們的電路組成原則是，把對交流阻抗大的元件（如電感、電阻）與負(fù)載串聯(lián)，以降落較大的紋波電壓，而把對交流阻抗小的元件電阻）與負(fù)載

6、串聯(lián)，以降落較大的紋波電壓，而把對交流阻抗小的元件（如電容）與負(fù)載并聯(lián)，以旁路較大的紋波電流。其濾波原理與電容、（如電容）與負(fù)載并聯(lián)，以旁路較大的紋波電流。其濾波原理與電容、電感濾波類似。電感濾波類似。 類型性能電容濾波 電感濾波 LC濾波RC或LC型濾波U01.2U20.9U20.9U21.2U2二極管沖擊電流大小小大適用場合小電流負(fù)載大電流負(fù)載適應(yīng)性較強(qiáng)小電流負(fù)載各種濾波電路性能的比較各種濾波電路性能的比較 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 由由R R3 3、DZ組成穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，提供基準(zhǔn)電壓；穩(wěn)壓電路，提供基準(zhǔn)電壓； 取樣取樣 由由R R1 1R R2 2組成輸出電壓組成輸出電壓分壓取樣電路；分壓取

7、樣電路； 比較放大比較放大 由由V V2 2R R4 4組成比較組成比較放大電路，將基準(zhǔn)電壓和取樣放大電路，將基準(zhǔn)電壓和取樣電壓比較并放大；電壓比較并放大； 調(diào)整調(diào)整 V V1 1為調(diào)整管，根據(jù)比為調(diào)整管，根據(jù)比較放大的信號控制調(diào)整輸出電較放大的信號控制調(diào)整輸出電壓。壓。 ZZBEBOUUUURRRU2221221 RR1ZbeurrRRRA)1 (/22214221 kUiUZ=5 VA10 kUo10 kRwV1(b)R1R2R4R3R56-12 改進(jìn)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路ZOU)RR(U211 在運(yùn)放理想條件下在運(yùn)放理想條件下:RRoUFURRU1)1 (21串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路

8、UITR1R2UFRLUo AV+-RWRUZ注：注：型號后型號后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值兩位數(shù)字代表輸出電壓值三端集成三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器固定式固定式可調(diào)式可調(diào)式正穩(wěn)壓正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓負(fù)穩(wěn)壓W79XX1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 輸入端輸入端3端端: 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形123 內(nèi)部具有過流、過熱和安全工作區(qū)三種保護(hù)；內(nèi)部具有過流、過熱和安全工作區(qū)三種保護(hù)； 穩(wěn)壓性能優(yōu)良可靠，使用簡單方便，價格低廉，體積?。环€(wěn)壓性能優(yōu)良可靠，使用簡單方便，價格

9、低廉，體積小； 按輸出電流大小可分按輸出電流大小可分78L（0.1A）、）、78M（0.5A）、）、78（1.5A）、）、78T（3A）、）、78H（5A）、）、78P（10A）。）。 按輸出電壓高低可分為按輸出電壓高低可分為5、6、8、9、12、15、18、24V； 輸出正、負(fù)電壓的電路輸出正、負(fù)電壓的電路 UREF =1.25V； IADJ 50A。 REFPPREFPPADJOURRRRRURRIRIIRIU)1 ()()()(11111111P.189190. 例例6-3、 6-4、 6-5 為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源

10、。開關(guān)型穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá)效率可達(dá)7090%，造價低造價低，體積小體積小。現(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已?，F(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是紋波較大紋波較大，用于小信號放，用于小信號放大電路時，還應(yīng)采用第二級穩(wěn)壓措施。大電路時，還應(yīng)采用第二級穩(wěn)壓措施。 開關(guān)元件導(dǎo)通時，開關(guān)元件導(dǎo)通時，LC充電儲能，同時負(fù)載充電儲能，同時負(fù)載RL中有電流流過；中有電流流過； 開關(guān)元件截止時，開關(guān)元件截止時，L與與C中儲能向負(fù)載放電，二極管中儲能向負(fù)載放電，二極管D提供放電提供放電時的電

11、流通路；時的電流通路； 輸出電壓輸出電壓UO的大小與一個周期中開關(guān)元件導(dǎo)通的時間的大小與一個周期中開關(guān)元件導(dǎo)通的時間ton成正比。成正比。 UO = UI = qUI， 其中其中T為矩形脈沖周期，為矩形脈沖周期，q稱為矩形脈沖的占空比，稱為矩形脈沖的占空比，q=ton / T。 Tton開關(guān)元件導(dǎo)通開關(guān)元件導(dǎo)通開關(guān)元件截止開關(guān)元件截止+UiIDUoIDSIDVDIDLIDCID 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖6.246.24的電路加的電路加以說明以說明。它由。它由調(diào)整管調(diào)整管、濾波電路濾波電路、比較器比較器、三角波三角波發(fā)生器發(fā)生器、比較放大器比較放大器和和基準(zhǔn)源基準(zhǔn)源等

12、部分構(gòu)成。等部分構(gòu)成。 圖圖6.24 6.24 開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖 三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個方波，去控制三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個方波，去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時，向電感充電。當(dāng)調(diào)整調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時，必須給電感中電流提供一個泄放通路。管截止時，必須給電感中電流提供一個泄放通路。續(xù)續(xù)流二極管流二極管D即可起到這個作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。即可起到這個作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。 根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出放大器的輸出時，比較器輸出高電平高電平，對應(yīng)

13、調(diào)整管，對應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時間為的導(dǎo)通時間為t tonon；反之輸出為；反之輸出為低電平低電平，對應(yīng)調(diào)整管，對應(yīng)調(diào)整管的截止時間的截止時間t toffoff。 輸出波形中電位水平低于低輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對方波而言，電平最大值的部分，對方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分。相當(dāng)方波不存在的部分。 輸出波形中電位水平高于高電輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對方波而言，相平最小值的部分，對方波而言，相當(dāng)方波存在的部分。當(dāng)方波存在的部分。 為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出反饋，以確定基

14、準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出增加，比較放大器的輸出Vf減小，比減小，比較器方波輸出的較器方波輸出的toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時間減小，輸增加，調(diào)整管導(dǎo)通時間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。 各點(diǎn)波形見各點(diǎn)波形見圖圖16.14。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流方波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。 圖圖6.25 開關(guān)電源波形圖開關(guān)電源波形圖qVTtVtVVTtVTtvTtvTVT

15、ttIonIonCESIoffDE0EO)(1+)(1d1d1=11 可以通過改變比較器輸出方波的寬度可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為式稱為脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)。 q q稱為占空比稱為占空比方波方波高電平的時間占整個高電平的時間占整個周期的百分比。周期的百分比。在輸入電壓一定時，輸出在輸入電壓一定時，輸出電壓與占空比成正比。電壓與占空比成正比。 忽略電感的直流電阻，輸出電壓忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為即為vE的平的平均分量。于是有均分量。于是有1調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；電源效率大為提高；2調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸 出，必須在輸出端加濾波器；出，必須在輸出端加濾波器；3可通過