電子設(shè)備所需的直流電源課件

電子設(shè)備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電，經(jīng)“整流”、“濾波”、“穩(wěn)壓”后獲得。整流：指把大小、方向都變化的交流電變成單向脈動(dòng)的直流電，能完成整流任務(wù)的設(shè)備稱為整流器。濾波：指濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑，能完成濾波任務(wù)的設(shè)備稱為濾波器。穩(wěn)壓：指輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整使輸出電壓維持在原值。

第七章直流穩(wěn)壓電源

本章將介紹串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的原理和應(yīng)用。7.1.1整流電路1.電路組成單相橋式整流電路如圖7.1（a）所示，圖7.1（b）是其簡(jiǎn)化電路。

（a）電路原理圖（b）電路簡(jiǎn)化圖圖7.1單相橋式整流電路7.1整流和濾波電路

圖7.2單相橋式整流電路輸出波形

濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用，如圖7.3所示。

（a）原理圖（b）波形圖圖7.3電容濾波電路7.1.2濾波電路2.

電容濾波的特點(diǎn)

(1)濾波后的輸出電壓中直流分量提高了，交流分量降低了。(2)電容濾波適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。(3)存在浪涌電流?？稍谡鞫O管兩端并接一只0.01μF的電容器來(lái)防止浪涌電流燒壞整流二極管。(4)RLC值的改變可以影響輸出直流電壓的大小。RL開(kāi)路時(shí)，輸出UL約為1.4U2；C開(kāi)路時(shí)，輸出UL約為0.9U2；若C的容量減小，則輸出UL小于1.2U2。7.2.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.4所示。

圖7.4并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路7.2穩(wěn)壓電路1.

電路組成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.5所示。電路由四部分組成。

圖7.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路7.2.2

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路T1T2T3(1)采樣單元采樣單元有R1、R2、和RP組成，與負(fù)載RL并聯(lián)，通過(guò)它可以反映輸出電壓Uo的變化。(2)基準(zhǔn)單元基準(zhǔn)單元由限流電阻R3與穩(wěn)壓管T3組成。（3）放大單元放大單元由三極管T2組成。（4）調(diào)整單元調(diào)整單元由三極管T1組成，它是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。T1必須選擇大功率三極管。2.工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的自動(dòng)穩(wěn)壓過(guò)程按電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載電阻變動(dòng)兩種情況分述如下：

Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑當(dāng)Ui↓或RL↑時(shí)的調(diào)整過(guò)程與上述相反。由上分析可知，這是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。正因?yàn)殡娐穬?nèi)有深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。

[例]在圖7.5中，設(shè)穩(wěn)壓管工作電壓UZ=6V，采樣單元中R1=R2=RP，試估算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。解：Uomax==3×6=18V

Uomin===9V

故：該串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓可在9V~18V之間調(diào)節(jié)。3.穩(wěn)壓電源的主要電參數(shù)

4.基準(zhǔn)電路目前，集成穩(wěn)壓器已達(dá)百余種，并且成為模擬集成電路的一個(gè)重要分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調(diào)試方便，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在電子電路中應(yīng)用十分廣泛。集成穩(wěn)壓器有三端及多端兩種外部結(jié)構(gòu)形式。輸出電壓有可調(diào)和固定兩種形式：固定式輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值，使用時(shí)不能再調(diào)節(jié)；可調(diào)式可通過(guò)外接元件，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。此外，還有輸出正電壓和輸出負(fù)電壓的集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。常用的型號(hào)有W78××系列、W79××系列、W317系列、W337系列。7.2.3

三端集成穩(wěn)壓器(a)外形（b）符號(hào)圖7.6固定輸出三端集成穩(wěn)壓器的外形及符號(hào)(1)基本應(yīng)用電路固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路如圖7.7所示。圖中：C1用以抑制過(guò)電壓，抵消因輸入線過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生的電感效應(yīng)并消除自激振蕩；C2用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，即瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。C1，C2一般選滌綸電容，容量為0.1μF至幾個(gè)μF。安裝時(shí)，兩電容應(yīng)直接與三端集成穩(wěn)壓器的引腳根部相連。圖7.7固定輸出三端集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路(2)擴(kuò)展輸出電壓的應(yīng)用電路如果需要高于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓，可采用如圖7.8所示的升壓電路。

圖7.8提高輸出電壓電路

圖7.9所示電路是用W78XX和μA741組成的輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。圖中集成運(yùn)放作為電壓跟隨器使用，它的電源借助于三端集成穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。

圖7.9輸出電壓可調(diào)電路由圖7.9可知當(dāng)電位器滑動(dòng)端在最上端時(shí)，可得最大輸出電壓

Uomax=當(dāng)電位器滑動(dòng)端在最下端時(shí)，可得最小輸出電壓

Uomin=故輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為≤Uo≤(3)擴(kuò)展輸出電流的應(yīng)用電路擴(kuò)展輸出電流的應(yīng)用電路如圖7.10所示。圖7.10擴(kuò)大輸出電流電路

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路種類：按開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生的方式劃分有自激式和他激式穩(wěn)壓電路。按開(kāi)關(guān)電路與負(fù)載的連接方式劃分有串聯(lián)型和并聯(lián)型。

串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中開(kāi)關(guān)調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)連接，輸出端通調(diào)整管及整流二極管與電網(wǎng)相連，電網(wǎng)隔離性差，且只有一路電壓輸出。

并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中輸出端與電網(wǎng)間由開(kāi)關(guān)變壓器進(jìn)行電氣上的隔離，安全性好，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)可以做到多路電壓輸出，但電路復(fù)雜，對(duì)開(kāi)關(guān)調(diào)整管要求高；按控制方式劃分有脈寬調(diào)制（PWM）和脈頻調(diào)制（PFM）。由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路輸出功率一般較大，盡管開(kāi)關(guān)調(diào)整管相對(duì)功耗較小，但絕對(duì)功耗仍較大，因此實(shí)用中，必須加裝散熱片。7.3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路

1.脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路簡(jiǎn)化原理電路如圖

脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的基本電路如圖7.13所示。圖7.13脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路(2)穩(wěn)壓原理當(dāng)輸入的交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載電流發(fā)生改變時(shí)，都將引起輸出電壓Uo的改變，由于負(fù)反饋?zhàn)饔?，電路能自?dòng)調(diào)整而使Uo基本上維持穩(wěn)定不變。穩(wěn)壓過(guò)程如下：若Uo↑→UF↑(UF>UR)→uo1為負(fù)值→uo2輸出高電平變窄（to↓）→Uo↓從而使輸出電壓基本不變。反之，若Uo↓→UF↓(UR>UF)→uo1為正值→uo2輸出高電平變寬（to↑）→Uo↑同樣使輸出電壓基本不變。

2.脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的基本原理圖

脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的基本電路如圖7.14所示。

圖7.14脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路1.直流穩(wěn)壓電源應(yīng)包含整流、濾波和穩(wěn)壓三個(gè)部分。整流元件為二極管，濾波元件有電容和電感，濾波電容應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)