電工技術課件：第10章 直流穩(wěn)壓電源

第10章

直流穩(wěn)壓電源10.1整流電路10.2濾波電路10.3穩(wěn)壓電路

在電子技術的應用領域中，許多地方需要電壓非常穩(wěn)定的直流電源，如一些自動控制裝置及電子設備。在需要直流供電的場合里，廣泛采用的是由交流電變換為直流電的各種半導體直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的組成由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成

.交流電源負載變壓整流濾波穩(wěn)壓ututututut電源變壓器：將交流電降壓，變換為所需要的電壓值；整流電路：將交流電壓轉換為單向脈動直流電壓；濾波電路：將交流分量濾出，使輸出電壓平滑；穩(wěn)壓電路：使輸出電壓不受電網(wǎng)電壓的波動、負載和溫

度變化的影響，提高輸出電壓的穩(wěn)定性.

直流穩(wěn)壓電源的組成單相整流電路中最常用的是橋式整流電路整流電路的任務利用半導體單向導電元件把交流電壓轉變?yōu)槊}動的直流電壓。整流電路的種類整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流；三相半波、三相橋式全波整流等多種電路。為簡化分析，我們把二極管當作理想元件處理，即二極管正向導通，反向截止。10.1整流電路10.1.1單相半波整流電路ioTrD+ab~uottu2uoio工作原理設整流變壓器副邊電壓為根據(jù)二極管的單向導電性u2>0時二極管導通，uo=u2

u2<0時二極管截止，uo=0

二極管承受的最大反向電壓：u2RLt0uoTUo單相半波整流電壓的平均值為

整流電流的平均值為

通過二極管的平均電流：【例1】有一單相半波整流電路，已知變壓器副邊電壓U2=20V，RL=900Ω，試求UO、IO及UDRM，并選用二極管。解查二極管參數(shù)，選用2AP4(16mA,50V)。為了使用安全此項參數(shù)選擇應比計算值大一倍左右。10.1.2單相橋式整流電路單相半波整流只利用了電源的半個周期，整流輸出電壓低，脈動幅度較大。為此采用單相橋式整流電路，由四個二極管接成電橋的形式。~RLuoa~TrRLbu2uo~RLuo~RLuouoa~TrRLbu2D1D3變壓器副邊電壓u2為正半周時，二極管D1、D3導通，而二極管D2、D4截止；t0u0當副邊電壓u2為負半周時，二極管D2、D4導通，而二極管D1、D3截止。t0u2D2、D4導通D1、D3導通D1、D3導通D2、D4導通-+整流后輸出的是脈動直流，既有直流成分又有交流成份。uoa~TrRLbu2D2D4+-Tt0Uo整流電流的平均值為

單相橋式整流電壓的平均值為

流過每個二極管的平均電流為負載電流的一半u0uoa~TrRLbu2D1D3D4D2變壓器副邊在正負半周均有電流流過，變壓器副邊電流為正弦量.每個二極管所承受的最高反向電壓為i2t0i2變壓器副邊電流有效值【例2】單相橋式整流電路，已知RL=160Ω，要求輸出電壓的平均值為20V，試選擇合適的二極管并確定變壓器副邊電流的有效值。解：因UO=20V，IO=UO/RL=20/160=125mA流過二極管的平均電流為ID=0.5IO=0.5×125=62.5mA變壓器副邊電壓的有效值為 U2=UO/0.9=20/0.9=22.2V二極管承受的最高反向電壓為

查附錄資料，應選用2CZ52B(100mA，50V)二極管。

變壓器副邊電流的有效值為

I2=1.11Io=1.11×125=138.8mA整流電壓平均值t0uot0uot0uo電路整流電壓波形二極管平均電流二極管反向電壓副邊電流有效值常見的幾種整流電路U2UoIo半波U2UoU2Io全波UoU2Io橋式10.2濾波電路整流電路的輸出是單向脈動電壓，除直流分量外，還含有較高的諧波成分，必須在整流電路后加接濾波器，改善輸出電壓的脈動程度。濾波原理：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,將電容與負載RL并聯(lián)(或將電感與負載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。10.2.1電容濾波電路TrDRLab~uO=uCCD截止D導通t0uoD導通mn0m:變壓器副邊電壓u2在正半周上升段，二極管D導通，電流流經(jīng)負載電阻RL，并給電容器C充電。經(jīng)過峰值后，變壓器副邊電壓u按正弦規(guī)律下降，當u2<uC時，二極管D承受反向電壓截止。mn:電容器通過負載電阻RL按指數(shù)規(guī)律緩慢放電，uC下降的速度由時間常數(shù)τ=RLC決定。

+u2-u2<uC單相半波整流(接電容濾波)+--+10.2.1電容濾波電路TrDRLab~uO=uCCD截止D導通t0u0D導通mn+u2-u2<uC單相半波整流(接電容濾波)若負載電阻RL斷開，C無放電回路二極管截止時承受的最高反向電壓+--+單相橋式整流(接電容濾波)t0-+a~Trbu2RLuoD1D2D3D4C輸出電壓的脈動程度與放電時間常數(shù)RLC有關，C越大，負載越輕(RL越大)，脈動就會越小.一般取

即可達到要求，此時輸出電壓Uo由下式估算：(T:電源電壓的周期)(半波)(全波)uo二極管最高反向電壓

電容濾波電路中元件的選擇：帶電容濾波的橋式整流電路

二極管導通時間比不帶電容濾波的時間短得多二極管將承受較大的沖擊電流，容易造成損壞，在選擇二極管時應留有充分的余地，一般按(2~3)ID

選擇二極管的最大整流電流。

由于濾波電容保持有電壓輸出，應注意二極管截止時所承受的最高反向電壓UDRM有所不同:帶電容濾波的半波整流電路常用電容器一般在101-103微法，其耐壓值應大于輸出電壓的最大值，一般大容量電容具有極性。【例3】

單相橋式整流帶電容濾波的電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200Ω，要求輸出直流電壓UO=20V，選擇整流二極管和濾波電容。~RLu2uoC解：流過負載的平均電流為流過二極管的電流為

變壓器副邊電壓的有效值，按UO=1.2U2計算

二極管承受的最高反向電壓為

查附錄可知，應選用2CZ52B(100mA，50V)。

~RLuoC電容的選擇應選用C=250μF，耐壓為50V的電解電容。

u210.2.2電感濾波電路(LC濾波器)

~TrRL＋uo－CL＋u2－當電感線圈的電感量較大時，往往要帶鐵心，使整個電路體積大，笨重。易引起電磁干擾。所以，電感濾波電路只適用于低電壓，大電流的場合。

經(jīng)橋式整流后輸出的單向脈動電壓可分解為直流分量和諧波分量。直流分量全部加到負載RL上，頻愈高，交流分量在XL上的壓降愈大。加到RL上的交流分量壓降愈小，從而負載RL上輸出的電壓脈動減小，波形變平滑。10.2.3形濾波電路形LC濾波器的濾波效果更好，但整流二極管的沖擊電流較大.

電感線圈的體積大，有時可用電阻代替電感線圈構成

形RC濾波器。R愈大，濾波效果愈好，但R太大，將使輸出電壓下降，所以適用于負載電流較小、電壓脈動很小場合。

RLC2LC1＋u2－＋uo－形LC濾波電路RLC2RC1＋u2－＋uo－形RC濾波電路10.3穩(wěn)壓電路經(jīng)整流和濾波后，雖脈動程度有了最大改善，但直流電壓幅度還會隨著電網(wǎng)的波動或負載的變化而變化。最簡單的直流穩(wěn)壓電源是利用穩(wěn)壓管組成的。10.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路RL＋UI－C~＋Uo－IoDZRIZ1.電路結構由硅穩(wěn)壓管Dz和限流電阻R組成最簡單的直流穩(wěn)壓電路。整流和濾波后得到的直流電壓UI加在電阻R與穩(wěn)壓管Dz組成的穩(wěn)壓電路的輸入端，這樣在負載上就可以得到一個比較穩(wěn)定的直流電壓.

2.工作原理RL＋UI－C~＋Uo－IoDZRIZ當電網(wǎng)電壓波動或負載波動時，輸出電壓近似保持不變u↑→Uo↑→IZ↑↑(穩(wěn)壓管特性)→IR↑Uo近似不變(或者RL↑)3.穩(wěn)壓管的選擇Uz=UO，

IZM=(1.5~3)IOM，UI=(2~3)UO

IR＋u2－+UR-←UR↑↓【例4】

在穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中，已知負載電阻RL由開路變至1.2KΩ，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出UI=30V。今要求輸出直流電壓UO=10V，試選擇合適的穩(wěn)壓管。RL＋Ui－C~＋Uo－IoDZRIZ解：當RL=1.2KΩ時查附錄可知，應選用2CW59，其參數(shù)為

Uz=10～11.8V，IZM=20mA10.3.2恒壓源由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運算放大器組成恒壓源RL+UO-DZRF+UZ-R2+UR++–R1RL+UO-DZRF+UZ-R2+UR++–R1反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源10.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為了擴大運算放大器輸出電流的變化范圍，把同相輸入恒壓源的輸出接在大電流晶體管T的基極而從發(fā)射極輸出，就變成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

調(diào)整管T構成一射極輸出器，其作用是進行電流放大。以穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uz視為輸入電壓，經(jīng)過同相比例放大，再由取樣電路RF和R1構成的串聯(lián)電壓負反饋電路反饋至運放的反相輸入端子.RL+UO-DZ+UZ-R2R1RFTIo++–+UI-10.3.4

三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器最簡單的集成穩(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。目前最普遍應用的三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器是78系列和79系列。78系列是正壓輸出，79系列是負壓輸出。其內(nèi)部電路是在串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路的基礎上構成的。78/79系列的最后兩位數(shù)表示該集成電路的輸出電壓值。例如W7815的輸出電壓為15V，W7915的輸出電壓為-15V。

W78xx系列穩(wěn)壓器123123W78159824UI為整流濾波后的輸出直流電壓。典型應用只需在輸入端和輸出端與地之間各并聯(lián)一個電容即可。前者抵消較長輸入線的電感效應，防止產(chǎn)生自激振蕩。后者用于吸收負載突變所產(chǎn)生的電壓抖動雜波。CiCoW78xx123+UI-+Uo-++三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器的基本應用電路幾種三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器的應用電路1．正負電壓同時輸出的電路~CCiCoW