第18章直流穩(wěn)壓電源S講義教材

第18章直流穩(wěn)壓電源18.2濾波器18.3直流穩(wěn)壓電源18.1整流電路1/6/20251本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計算;2.了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第18章直流穩(wěn)壓電源1/6/20252第18章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓1/6/20253uDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLiou

tOuoO1/6/202554.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM(5)變壓器副邊電流有效值I1/6/202565.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓URM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWM

URM

7.常見故障分析6.特點及應(yīng)用

電路簡單，但變壓器利用率低，UO小，且脈動大。用于小電流、脈動要求不嚴(yán)格的電路。（1）D短路：無整流，uD=0，uO=u（2）D虛焊：無輸出，uD=u，uO=01/6/2025718.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)

－uouDttRLuiouo1234ab+–+–

－u1/6/2025818.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3

截止。3.工作波形uD1uD31.電路結(jié)構(gòu)

－uouDttRLuiouo1234ab+–+–+u－1/6/202594.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM(5)變壓器副邊電流有效值I1/6/2025105.整流二極管的選擇同半波整流一樣，選管時應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWM

URM

7.常見故障分析6.特點及應(yīng)用變壓器利用率高，輸出脈動小，但元件多，二極管的管壓降大。用于中、小功率的整流電路。1/6/202511RLu1234ab+–×RLu1234ab+–aRLu1234b+–（1）一只D短路：半周短路，燒壞二極管、變壓器（2）一只D虛焊：半波整流（3）一只D接反：半周短路，半周無輸出，燒壞二極管、變壓器1/6/202512例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器二次電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器二次電壓U

122V可選用二極管2CZ55E，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。解：1/6/202513試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

例2：uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo1/6/202514

如果D2或D4接反則正半周時，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D31/6/20251518.2濾波器

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。1/6/202516

18.2.1電容濾波器

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO1/6/2025174.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大

電容器放電越慢

輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當(dāng)負(fù)載RL開路時，UO

為了得到比較平直的輸出電壓1/6/202518(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結(jié)論

采用電容濾波時，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時電流很大選管時一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大

ＵO

越高，IO

越大

整流二極管導(dǎo)通時間越短

iD

的峰值電流越大。iDtuotOO1/6/202519例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CZ52BIOM=100mAURM=50V

1/6/202520例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5

T/2已知RL=200

uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250

F，耐壓為50V的極性電容器1/6/20252118.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。1/6/20252218.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。1/6/20252318.3直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。1/6/20252418.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR

設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路1/6/20252518.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUI

UZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz1/6/2025263.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~5)IOM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動不大的場合。1/6/202527UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R118.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路1/6/202528當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UO

Uf

UB

UO

IC

UCE

由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11/6/2025293.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11/6/20253018.3.3

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）1/6/2025312.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝1/6/2025323.性能特點（7800、7900系列）輸出電流超過1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。1/6/202533輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。(1)

輸出為固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓不得低于3V！4.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時增減負(fù)載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。用來抵消輸入端接線較長時的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振