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：指輸入電壓波動或負載變化引起輸出電壓變化時，能自動調(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）是其簡化電路。

（a）電路原理圖（b）電路簡化圖圖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

(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)電容濾波適用于負載電流較小的場合。(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開路時，輸出UL約為1.4U2；C開路時，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，與負載RL并聯(lián)，通過它可以反映輸出電壓Uo的變化。(2)基準單元基準單元由限流電阻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)壓電路的自動穩(wěn)壓過程按電網(wǎng)波動和負載電阻變動兩種情況分述如下：

Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑當Ui↓或RL↑時的調(diào)整過程與上述相反。由上分析可知，這是一個負反饋系統(tǒng)。正因為電路內(nèi)有深度電壓串聯(lián)負反饋，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.基準電路目前，集成穩(wěn)壓器已達百余種，并且成為模擬集成電路的一個重要分支。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，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準值，使用時不能再調(diào)節(jié)；可調(diào)式可通過外接元件，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）符號圖7.6固定輸出三端集成穩(wěn)壓器的外形及符號(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用以抑制過電壓，抵消因輸入線過長產(chǎn)生的電感效應(yīng)并消除自激振蕩；C2用以改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，即瞬時增減負載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。C1，C2一般選滌綸電容，容量為0.1μF至幾個μF。安裝時，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可知當電位器滑動端在最上端時，可得最大輸出電壓

Uomax=當電位器滑動端在最下端時，可得最小輸出電壓

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

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

串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路中開關(guān)調(diào)整管與負載串聯(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)型開關(guān)穩(wěn)壓電路中輸出端與電網(wǎng)間由開關(guān)變壓器進行電氣上的隔離，安全性好，通過開關(guān)變壓器的次級可以做到多路電壓輸出，但電路復(fù)雜，對開關(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）。由于開關(guān)穩(wěn)壓電路輸出功率一般較大，盡管開關(guān)調(diào)整管相對功耗較小，但絕對功耗仍較大，因此實用中，必須加裝散熱片。7.3開關(guān)穩(wěn)壓電路

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

脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開關(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)型開關(guān)穩(wěn)壓電路(2)穩(wěn)壓原理當輸入的交流電源電壓波動或負載電流發(fā)生改變時，都將引起輸出電壓Uo的改變，由于負反饋作用，電路能自動調(diào)整而使Uo基本上維持穩(wěn)定不變。穩(wěn)壓過程如下：若Uo↑→UF↑(UF>UR)→uo1為負值→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)型開關(guān)穩(wěn)壓電路脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的基本原理圖

脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開關(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)與負載并聯(lián)