青島科技大學 數(shù)電 陳爽版第10章 直流電源

1、模 擬 電 子 技 術直流電源直流電源第第 十十 章章10.6*開關開關型穩(wěn)壓電源型穩(wěn)壓電源10.1 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10.2 整流電路整流電路10.3 濾波電路濾波電路10.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10. 5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路模 擬 電 子 技 術 主要講述主要講述:直流電源的有關電路。直流電源的有關電路。重點掌握重點掌握:整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的工作原理和基本計算；電路的工作原理和基本計算；正確理解正確理解:直流電源電路的組成和各部直流電源電路的組成和各部分的作用，了解集成穩(wěn)壓器的工作原理分的

2、作用，了解集成穩(wěn)壓器的工作原理和使用方法。和使用方法。內(nèi)容簡介模 擬 電 子 技 術濾波電路濾波電路整流電路整流電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路變壓器變壓器交流交流220V220V50Hz50Hz負負載載直流穩(wěn)壓電源的方框圖直流穩(wěn)壓電源的方框圖模 擬 電 子 技 術10.2.1 整流電路的分析方法及其基本參數(shù)整流電路的分析方法及其基本參數(shù) 一、工作原理一、工作原理圖圖10.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路)sin(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U tO 2 3 uD22U 模 擬 電 子 技 術二、主要參數(shù)二、主要參數(shù)負載電阻上電壓的平均值（整流輸出的直流電壓值）。

3、負載電阻上電壓的平均值（整流輸出的直流電壓值）。圖圖10.2.3 單相半波整流電路輸出電壓平均值單相半波整流電路輸出電壓平均值 O(AV)d)t()tsin(UU LLO(AV)RU.RUI)AV(O 245. 0U 2）負載電流的平均值：）負載電流的平均值：1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值UO(AV)：(10.2.1)(10.2.2)模 擬 電 子 技 術3）輸出電壓脈動系數(shù)輸出電壓脈動系數(shù)S式中：式中：UO1M 整流輸出電壓的整流輸出電壓的基波峰值基波峰值 半波整流電路的脈動系數(shù)半波整流電路的脈動系數(shù))AV(OMOUUS1 221/UUMO 57122222./U/US (10.2.3)

4、(10.2.4)模 擬 電 子 技 術三、二極管的選擇三、二極管的選擇根據(jù)上述數(shù)值，選擇參數(shù)相符的二極管，為安全起見根據(jù)上述數(shù)值，選擇參數(shù)相符的二極管，為安全起見LO(AV)D(AV)RU.II UURmaxL2O(AV)F5011RU.I.I 最大整流平均電流：最大整流平均電流：最高反向工作電壓：最高反向工作電壓：2R211U.U (10.2.5)(10.2.6)(10.2.7)(10.2.8)模 擬 電 子 技 術10.2.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路一、單相橋式整流電路的組成一、單相橋式整流電路的組成二極管的：二極管的：陰極相連輸出正陰極相連輸出正+陽極相連輸出負陽極相連輸出負-

5、陰陽相連接陰陽相連接交流交流模 擬 電 子 技 術 tO 2 3 uDU2uD2,uD4V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1u2u1輸入正半周輸入正半周二、二、 工作原理工作原理輸入負半周輸入負半周+uo 2 iD= iO tOIm 2 3 tO 2 3 u222UiD1,iD3id1,iD3O t 3 uO22UiD2,iD4+uo 模 擬 電 子 技 術簡化畫法簡化畫法把四只二極管封裝把四只二極管封裝在一起稱為在一起稱為整流橋整流橋模 擬 電 子 技 術1) ) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值)t()tsin(UU 0 O(AV)d21229 . 022UU 2) )輸出電流

6、平均值輸出電流平均值LRU. to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD = iO22U22UU2三、橋式整流的輸出參數(shù)三、橋式整流的輸出參數(shù)LO(AV)RUI)AV(O (10.2.10)模 擬 電 子 技 術3)脈動系數(shù)脈動系數(shù) S根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的基波基波UO1M的的角頻率是角頻率是u2的的2倍倍，即，即100Hz，故脈動系數(shù)：故脈動系數(shù)：670321.UUS)AV(OMO /UUMO212232 (10.2.11)模 擬 電 子 技 術四、二極管的選擇四、二極管的選擇選用二極管的參數(shù)：選用二極管的參數(shù)：2) )

7、二極管最大反向壓二極管最大反向壓 UURmax1) ) 二極管平均電流二極管平均電流LOO(AV)D(AV)RUII L245. 0RU O(AV)FI.I U.UR(10.2.12)(10.2.13)(10.2.14)(10.2.15)最大整流電流：最大整流電流：最高反向電壓：最高反向電壓：模 擬 電 子 技 術圖圖10.2.7 利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源+ +- -+ +- -模 擬 電 子 技 術 例例 10.2.2 單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率 f = 50 Hz，U2=30V,負載電阻負載電阻 RL = 100

8、 ，試問：，試問：(1)輸出電壓和輸出電流的平均值為多少？輸出電壓和輸出電流的平均值為多少？ (2)整流二極管的最大整流電流整流二極管的最大整流電流IF與最高反向工作電壓與最高反向工作電壓UR。 解解 27VV O(AV) .U.U輸出輸出電流平均值：電流平均值： A0.27100 27LO(AV)O(AV) RUI2.二極管最大整流電流二極管最大整流電流：42.5V30V R .U.U1. 輸出電壓輸出電壓平均值：平均值： A0.1521.121.1O(AV)F .II二極管最高反壓二極管最高反壓：模 擬 電 子 技 術10.3 濾波電路濾波電路作用：作用：整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的

9、，但是脈動較整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是脈動較大，含有較大的諧波成分，不能適應大多數(shù)電子線路及設大，含有較大的諧波成分，不能適應大多數(shù)電子線路及設備的需要。備的需要。 1) 采用無源電路采用無源電路； 2)理想情況下，在濾波后保留直流成分，而濾去所有交理想情況下，在濾波后保留直流成分，而濾去所有交流成分；流成分； 3)能夠輸出較大電流。能夠輸出較大電流。將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。顯著特點：顯著特點：模 擬 電 子 技 術Cio + uo= uc RLD1D4D3D2+u2 10.3.1 電容電容濾波電路濾波電路一、濾波一、濾波原理原理電

10、解電容電解電容注意注意:電容電容正、負極正、負極O tuO 2 22U模 擬 電 子 技 術io + uo= uc RLD1D4D3D2+u D 導通時給導通時給 C 充電，充電，D 截止時截止時 C 向向 RL 放電放電；濾波后濾波后 uo 的平均值提高。的平均值提高。電容電容充電充電電容電容放電放電C利用電容的利用電容的充、放電充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。作用，使輸出電壓趨于平滑。模 擬 電 子 技 術圖圖10.3.1 單相橋式整流電容濾波電路及穩(wěn)態(tài)時的波形分析單相橋式整流電容濾波電路及穩(wěn)態(tài)時的波形分析ab段：段：電容充電電容充電bcd段段：電容放電：電容放電陰影部分：陰影部分：電源

11、內(nèi)阻上的壓降電源內(nèi)阻上的壓降abd考慮電考慮電源內(nèi)阻源內(nèi)阻理想情理想情況下況下模 擬 電 子 技 術二二. 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 U UO(AV)當當 RL = 時：時：O tuO 2 22U當當 RL 為有限值時：為有限值時：2O(AV)UUU. 通常取通常取RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR RL = 為獲得良好濾波效果，一般?。簽楂@得良好濾波效果，一般取：( (T 為輸入交流電壓的周期為輸入交流電壓的周期) )UO = 1.2U2290UUAVO.)( 當當C很小時很小時:模 擬 電 子 技 術三、三、脈動系數(shù)脈動系數(shù) STCRTSL 4(10.3.4)模 擬 電

12、子 技 術四、整流二極管的導通角四、整流二極管的導通角在未加濾波電容之前，二極管在未加濾波電容之前，二極管的的導通角導通角=。加濾波電容后，只有當電容充加濾波電容后，只有當電容充電時，二極管才導通，每只二極管電時，二極管才導通，每只二極管的的導通角導通角。而且，。而且，R、C的值愈的值愈大，濾波效果愈好，導通角大，濾波效果愈好，導通角將愈將愈小。小。 整流二極管在短暫的時間內(nèi)將流過整流二極管在短暫的時間內(nèi)將流過一個很大的沖擊電流為電容充電。這對二極管的壽命很不利，通常應一個很大的沖擊電流為電容充電。這對二極管的壽命很不利，通常應選擇其選擇其最大整流平均電流最大整流平均電流IF大于負載電流的大于

13、負載電流的23倍倍。模 擬 電 子 技 術五、電容濾波電路的輸出特性和濾波特性五、電容濾波電路的輸出特性和濾波特性輸出特性輸出特性: 輸出輸出電壓平均值電壓平均值 UO(A V) 和輸出和輸出電流平電流平均值均值 IO(A V) 的關系的關系.濾波特性濾波特性: 脈動系數(shù)脈動系數(shù)S和輸出和輸出電流平均值電流平均值 IO(A V) 的的關系。關系。1.4u20.9u2IO(AV)UO(AV)模 擬 電 子 技 術10.3.2 倍壓整流電路倍壓整流電路倍壓整流電路：倍壓整流電路：利用濾波電容的存儲作用，由多利用濾波電容的存儲作用，由多個電容和二極管可以獲得幾倍于變壓器副邊電壓個電容和二極管可以獲得

14、幾倍于變壓器副邊電壓的輸出電壓。的輸出電壓。模 擬 電 子 技 術圖圖10.3.6 二倍壓整流電路二倍壓整流電路模 擬 電 子 技 術圖圖10.3.7 多倍壓整流電路多倍壓整流電路模 擬 電 子 技 術10.3.3 其它形式的濾波電路其它形式的濾波電路 一、一、 電感濾波電路電感濾波電路整流后的輸出電壓：整流后的輸出電壓：直流分量直流分量被電感被電感 L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在 L 上上 電感越大，濾波效果越好電感越大，濾波效果越好模 擬 電 子 技 術二、二、 復式濾波電路復式濾波電路 型濾波型濾波LC濾波濾波模 擬 電 子 技 術10.4 穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管

15、及其穩(wěn)壓電路10.4.1 穩(wěn)壓穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路管穩(wěn)壓電路的組成的組成10.4.2 穩(wěn)壓穩(wěn)壓原理原理限流電阻限流電阻IZIZMUOUiUz2cw544.7VUi=UR+UoIR=IDZ+IL=510mA=90mAIDZ=IR-IL模 擬 電 子 技 術10.4.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標1) 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)Sr：負載一定時，穩(wěn)壓電路：負載一定時，穩(wěn)壓電路輸出電壓相輸出電壓相對變化量對變化量與其與其輸入電壓相對變化量之比輸入電壓相對變化量之比，即，即Sr表明電網(wǎng)電壓波動的影響表明電網(wǎng)電壓波動的影響，其值愈小，電網(wǎng)電，其值愈小，電網(wǎng)電壓變化時輸出電壓的變化愈小。壓變化時輸出

16、電壓的變化愈小。IIOOrU/UU/US RL=常數(shù)常數(shù)Ui整流濾波后、穩(wěn)壓之前的額定整流濾波后、穩(wěn)壓之前的額定直流電壓直流電壓。Uo穩(wěn)壓器的額定輸出直流電壓穩(wěn)壓器的額定輸出直流電壓。UiUi的變化量的變化量。UoUi的變化引起的變化引起Uo的變化量的變化量。模 擬 電 子 技 術2）輸出電阻）輸出電阻Ro ：穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路輸入電壓一定輸入電壓一定時時輸出電壓變化量輸出電壓變化量與與輸出電流變化量之比輸出電流變化量之比，即，即RO表明負載電阻對穩(wěn)表明負載電阻對穩(wěn)壓性能的影響。壓性能的影響。圖圖10.4.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的交流等效電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的交流等效電路)rR(rR/rRozzz O

17、OoIUR UI=常數(shù)常數(shù)UI=常數(shù)常數(shù)模 擬 電 子 技 術U2交流交流UiUo計算結果計算結果測試條件測試條件直流直流交流交流直流直流交流交流Ro Sr10V10VUo1Rl=24010V10VUo2Rl=10VRl=2406VRl=240OOoIUR IIOOrU/UU/US 實驗十實驗十 表表2.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)測試紀錄表：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)測試紀錄表： OOOOIIUURL=常數(shù)常數(shù)UI=常數(shù)常數(shù)模 擬 電 子 技 術10.5.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本原理的基本原理返回返回10.5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一、基本調(diào)整管電路一、基本調(diào)整管電路調(diào)整管調(diào)整管穩(wěn)壓的實質(zhì)

18、：穩(wěn)壓的實質(zhì)： UCE 的自動調(diào)節(jié)的自動調(diào)節(jié) 使使輸出電壓恒定。輸出電壓恒定。UOUi串聯(lián)電壓串聯(lián)電壓負反饋負反饋UOUiUo=Ui-UceILmax=(1+)(IZM-IZ )線性串聯(lián)穩(wěn)壓電路線性串聯(lián)穩(wěn)壓電路輸出電流的最大變化范圍：輸出電流的最大變化范圍：ILmax=IZM-IZ模 擬 電 子 技 術二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路返回返回1、電路的構成、電路的構成UOUi調(diào)解輸出電壓調(diào)解輸出電壓模 擬 電 子 技 術Uo+UI RLV1+UCE UZUF 2.穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理 +UI 取取樣樣電電路路調(diào)整管調(diào)整管比較放比較放大電路大電路基準電基準電壓壓模 擬

19、 電 子 技 術O1ZNURRRRRUUUP Z33OURRRRRU Z3321OURRRRUmax Z33OURRRRRUmin （10.5.3)（10.5.4)（10.5.5)3.輸出電壓的可調(diào)范圍輸出電壓的可調(diào)范圍模 擬 電 子 技 術圖圖10.5.4 用復合管作調(diào)整管用復合管作調(diào)整管返回返回模 擬 電 子 技 術W7800 系列系列( (正電源正電源) )5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V型號命名：型號命名：輸出電流輸出電流78L / 79L 100 mA78M / 79M 500 mA78 / 79 1.5 A輸出電壓輸出電壓10.5. 3 集

20、成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路一、一、W7800三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器W7900 系列系列( (負電源負電源) )例如：例如：W7812 輸出輸出 12 V，最大電流，最大電流 1.5 AW78M15 輸出輸出 15 V，最大電流，最大電流 0.5 AW78L05 輸出輸出 5 V，最大電流，最大電流 0.1 A模 擬 電 子 技 術返回返回圖圖10.5. 13 W7805電電路中的穩(wěn)壓電路部分路中的穩(wěn)壓電路部分1、電路分析、電路分析10.5. 3 集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路模 擬 電 子 技 術一、外形一、外形CW78051 3 2UIUOGNDCW79051 3 2UIUOGND符號符號W7800+2

21、13W790013_2_塑料封裝塑料封裝金屬封裝金屬封裝10.5. 4 三端穩(wěn)壓穩(wěn)壓器的應用三端穩(wěn)壓穩(wěn)壓器的應用模 擬 電 子 技 術1.基本應用電路基本應用電路Uo = 12VW7812123Co+UiCiC30.33 F0.1 F 100 FRL防止輸入端短路時防止輸入端短路時 C3反向放電損壞穩(wěn)壓器反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入抵消輸入長接線的長接線的電感效應，電感效應，防止自激防止自激改善負載改善負載的瞬態(tài)響的瞬態(tài)響應，消除應，消除高頻噪聲高頻噪聲二、二、W7800應用應用模 擬 電 子 技 術4. 正、負輸出穩(wěn)壓電路正、負輸出穩(wěn)壓電路24V24V220VW7815W79151 000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1 000 F