第十章穩(wěn)壓電源ppt課件

1、一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能二、單相整流電路三、濾波電路四、穩(wěn)壓電路五、集成穩(wěn)壓電源第十章第十章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源n電源變壓器電源變壓器: : 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2u2。n整流電路整流電路: : 將交流電壓將交流電壓u2u2變?yōu)槊}動的直流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓u3u3。n濾波電路濾波電路: : 將脈動直流電壓將脈動直流電壓u3u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4u4。n穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路: : 清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響, ,保持輸出電壓保持輸出電壓uouo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成

2、和功能整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo10.1 10.1 整流與濾波電路整流與濾波電路1.1.半波整流電路半波整流電路二極管導通，忽略二二極管導通，忽略二極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2 uo=u2u1u2aTbDRLuo為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管截止二極管截止, uo=0, uo=0+io+u2 0 時時:u20

3、 時時D1,D4導通導通D2,D3截止截止電流通路電流通路:a D1RLD4bu2uC時，二極管導通，電源在給負載時，二極管導通，電源在給負載RL供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 u uC時，二極管截止，電容通過負載時，二極管截止，電容通過負載RL 放電，放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，按指數(shù)規(guī)律下降， uo= uC 。+Cici +aDuoubRLio= uC （半波、全波（半波、全波 ） UU22DRM= =uoU2U2u tO tO（橋式（橋式 ） UU2=DRM1. 1. 電容濾波電路電容濾波電路(1)(1)電容濾波原理電容濾波原理25)(

4、3LTCR = =一般取一般取(1) (1) 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值UoUo與放電時間與放電時間 常數(shù)常數(shù)RLCRLC有關(guān)。有關(guān)。 RLC 越大越大 電容器放電越慢電容器放電越慢 輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值Uo 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：近似估算?。?Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）（半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓有電容濾波有電容濾波 無電容濾波無電容濾波0.45U UooIO 結(jié)論結(jié)論 采用電容濾波時，輸出電采用電容濾波時，輸出電壓受負載變化影響較

5、大，即壓受負載變化影響較大，即帶負載能力較差。帶負載能力較差。 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。小且負載變化較小的場合。 RLC RLC 越大越大O O 越高，越高，IO IO 越大越大整流二極管導通時間越整流二極管導通時間越短短 iD iD 的峰值電流越大。的峰值電流越大。iD tuoU2 tOO另：以單向橋式整流電容濾波為例進行分另：以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。析，其電路如圖所示。a橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL未接入時未接入時

6、(忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)設(shè)t1時刻時刻接通電源接通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束沒有電容沒有電容時的輸出時的輸出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRLRL接入且接入且RLCRLC較大時較大時 ( (忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻) )u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容無濾波電容時的波形時的波形加入濾波電容加入濾波電容時的波形時的波形uotu2上升，上升， u2大于電容大于電容上的電壓上的電壓uc，u2對電容充電，對電容充電，uo= uc u2u2下降，下降， u2小于電容上的電壓。小于

7、電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。二極管承受反向電壓而截止。電容電容C通過通過RL放電，放電， uc按指數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù) = RL Cu2tuot只有整流電路輸只有整流電路輸出電壓大于出電壓大于uc時，時，才有充電電流。才有充電電流。因此二極管中的因此二極管中的電流是脈沖波。電流是脈沖波。二極管中的二極管中的電流電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot電容充電時，電容充電時，電容電壓滯后電容電壓滯后于于u2u2。RLCRLC越小，輸出越小，輸出電壓越低。電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRLRL接入且接入且RLCRLC較大時

8、較大時 ( (考慮整流電路內(nèi)阻考慮整流電路內(nèi)阻) )一般取一般取)105(TCRL=(T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) (b) 流過二極管瞬時電流很大流過二極管瞬時電流很大RLC 越大越大 Uo越高越高負載電流的平均值越大負載電流的平均值越大 ; 整流管導電時間越短整流管導電時間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大(2)(2)電容濾波電路的特點電容濾波電路的特點(a) (a) 輸出電壓輸出電壓 平均值平均值UoUo與時間常數(shù)與時間常數(shù) RLC RLC 有關(guān)有關(guān)RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈

9、大愈大(c) (c) 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓22UURM=當RL開路時：222UURM=2. 2. 電感濾波電路電感濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): : 在橋式整流電路與負載間串入一電感在橋式整流電路與負載間串入一電感L L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo電感濾波原理電感濾波原理對諧波分量對諧波分量: f : f 越高，越高，XL XL 越大越大, ,電壓大部分降在電壓大部分降在XLXL上。上。 因而，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。因而，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓當忽略電感線圈的直

10、流電阻時，輸出平均電壓約為：約為：u2u1RLLuo對直流分量對直流分量: XL=0 : XL=0 相當于短路相當于短路, ,電壓大部分降在電壓大部分降在RLRL上上3. RC 3. RC 型濾波器型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC RC 型濾波器型濾波器將將RC RC 型濾波器中的電阻換為電型濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)楦校優(yōu)長C LC 型濾波器型濾波器10.2 10.2 串聯(lián)式穩(wěn)壓電路串聯(lián)式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)壓電路的作用: :交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直

11、流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流直流電壓電壓穩(wěn)壓電源類型穩(wěn)壓電源類型: :以下主要討以下主要討論線性穩(wěn)壓論線性穩(wěn)壓電路。電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型開關(guān)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) )電路最簡單，電路最簡單，但是帶負載但是帶負載能力差，一能力差，一般只提供基般只提供基準電壓，不準電壓，不作為電源使作為電源使用。用。效率較高，效率較高，目前用的也目前用的也比較多，但比較多，但因?qū)W時有限，因?qū)W時有限，這里不做介這里不做介紹。紹。一一. . 穩(wěn)壓電路的主要性能指標穩(wěn)壓電路的主要性能指標輸出電壓變化量輸出電壓變化量TSIRVKVT = =

12、 OoIVO 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)00IIOOO /= = = = = =TIVVVV 輸出電阻輸出電阻00OOoI= = = = = =TVIVR溫度系數(shù)溫度系數(shù)00OI = = = = = =TVTTVS二二. . 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 利用穩(wěn)壓二極管的反利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。向擊穿特性。 由于反向特性陡直，較由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。較小的電壓變化。 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1. 1. 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理(1)(1)當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知根據(jù)電路圖可知ZLR

13、+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 輸入電壓輸入電壓VIVI的增加，必然引起的增加，必然引起VOVO的增加，即的增加，即VZVZ增加，從而增加，從而使使IZIZ增加，增加，IRIR增加，使增加，使VRVR增加，從而使輸出電壓增加，從而使輸出電壓VOVO減小。這一減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：穩(wěn)壓過程可概括如下： 這里這里VOVO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓VIVI的的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VOVO的增加沒有那的增加沒有那么大而已。么大而已。VOVO還是要增加一點的，這是一個有差調(diào)還是要增加一點的，這是一個有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。節(jié)系統(tǒng)。V

14、IVOVZIZIRVRVO(2) (2) 當負載電流變化時如何穩(wěn)壓當負載電流變化時如何穩(wěn)壓 負載電流負載電流ILIL的增加，必然引起的增加，必然引起IRIR的增加，即的增加，即VRVR增加，從而增加，從而使使VZ=VOVZ=VO減小，減小，IZIZ減小。減小。IZIZ的減小必然使的減小必然使IRIR減小，減小，VRVR減小，從減小，從而使輸出電壓而使輸出電壓VOVO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下： ILIRVRVZ ILIRVRVZ（VOVO）IZIRVRVOIZIRVRVO2.2.穩(wěn)壓電阻的計算穩(wěn)壓電阻的計算 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穩(wěn)壓二極管穩(wěn)

15、壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊 穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R R的阻值大小有關(guān)。的阻值大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R R越大，越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻穩(wěn)壓電阻R R 的作用的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時從而起到調(diào)節(jié)作用，同時R R也是限流電阻。也是限流電阻。 顯然顯然R R 的數(shù)值越大，較小的數(shù)值越大，較小IZIZ的變化就可引起足夠大的的變化就可引起足夠大的VRVR變變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果?；?，就可達到足夠

16、的穩(wěn)壓效果。 但但R 的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損值，損耗就要加大。耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計算如下穩(wěn)壓電阻的計算如下 當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時管的電流最小。此時IZIZ不應(yīng)小于不應(yīng)小于IZminIZmin，由此可計算出，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即即LmaxZminZIminmax=IIVVR 當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過 穩(wěn)壓二極管的電流

17、最大。此時穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZIZ不應(yīng)超過不應(yīng)超過IZmaxIZmax，由，由 此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1)(2)(2) 穩(wěn)壓二極管在使用時穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！否則會造成損壞！三三. . 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源1. 1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成 VO =VI-VR VO =VI-VR，當當VIR VRVIR VR在一定程在一定程度上抵消了度上抵消了VI

18、VI增加對輸出電壓的增加對輸出電壓的影響。影響。若負載電流若負載電流ILRVRILRVR在一定程度上抵消了因在一定程度上抵消了因ILIL增加，增加，對輸出電壓減小的影響。對輸出電壓減小的影響。 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖 在實際電路中，可變電阻在實際電路中，可變電阻R R是用一個三極管來替代的，是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCEVCE，VCEVCE相相當于當于VRVR。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成：串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成：調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、

19、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源2.2.工作原理工作原理輸入電壓不變時，由于某種原因使輸入電壓不變時，由于某種原因使VOVO，則，則會有如下調(diào)節(jié)過程：會有如下調(diào)節(jié)過程：VI不變）不變）VOVfVO1VCEVO實質(zhì)：電壓負反饋實質(zhì)：電壓負反饋QvCE/ViC/mAQ3.3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算REF2321O)+(1=VRRRRV可見，調(diào)節(jié)可見，調(diào)節(jié)R2R2可以改變輸出電壓?？梢愿淖冚敵鲭妷?。根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV= VREFVfoFVFVV=T1調(diào)整管調(diào)整管R3 、 T2比較放大比較放大R1 、

20、RW 、R2采樣電阻采樣電阻R 、 UZ基準電壓基準電壓3. 3. 分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo當當 UI UI 一定一定 時，由于某種原因使時，由于某種原因使UoUo升高時：升高時：R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1 ）Uce1(3) (3) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍因為：因為：OU2BEZUU22WRR21WRRR=()22221BEZWWOUUR

21、RRRRU=所以：所以：2221ZWWURRRRR=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU=4=6V4.74.7=4.74.7 4.7221ZWOmaxURRRRU=4=12V4.74.7=4.74.710.3 10.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器一. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 （正電壓 78 、負電壓 79 ）恒流源恒流源基準電壓基準電

22、壓電路電路調(diào)整調(diào)整電路電路比較比較放大放大減流減流保護保護過熱過熱保護保護啟動電啟動電路路取取樣樣電電路路R4T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO 常用的集成三端穩(wěn)壓器的類型常用的集成三端穩(wěn)壓器的類型類型：類型：W7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出輸出+5V W7809 輸出輸出+9V W7812 輸出輸出+12V W7815 輸出輸出+15V W7900系列系列 穩(wěn)定負電壓穩(wěn)定負電壓 W7905 輸出輸出-5V

23、W7909 輸出輸出-9V W7912 輸出輸出-12V W7915 輸出輸出-15V1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)壓器外形及典型接線圖系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖123+_W7805UI+_Uo132CI0.11FCo1F+10V+5V注意：輸入與輸出端注意：輸入與輸出端 之間的電壓不之間的電壓不 得低于得低于3V！1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)壓器外形及典型接線圖系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖123+W7905UI+Uo231CI0.11FCo1F-10V-5V輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路IQR1R2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I1I211RUIXX=QIII=12220RIUUXX=21)(RIRUUQXXXX=212)1 (RIURRQXX=XXXXURRUUUURRRU=)1 (12000212 作恒流源使用作恒流源使用RIV5O本章小結(jié)本章小結(jié) 1 1在電子系統(tǒng)中，一般都要有直流電源供電。獲得直流在電子系統(tǒng)中，一般都要有直流電源供電。獲得直流電源的最常用的方法是由交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為直流電壓。這要通電源的最常用的方法是由交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為直流電壓。這要通過整流，濾波和穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。對直流電源