现代电子线路06直流稳压电源

2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.1第六章：直流稳压电源本章内容：§6.1整流滤波电路§6.2稳压电路2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.2§6.1整流滤波电路整流电路滤波电路稳压电路u1Uou2u3u4RL直流稳压电源的结构u1：市电。220V，50Hz（中国）；110V，60Hz（美国）。电源变压器：将电网电压u1变为合适的交流电压u2。滤波电路：将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路：清除电网波动及负载变化的影响，保持输出直流电压Uo的稳定。整流电路：将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.3一、单相桥式整流电路uoD4D2D1D3RLu1u2iL利用二极管单向导电性，使变压器次级电压在RL上产生单向电流，实现电压的单向化。12u2正半周：D1、D3导通，D2、D4截止。电流通路为：1→D1→RL→D3→2u2负半周：D2、D4导通，D1、D3截止。电流通路为：2→D2→RL→D4→1RL上的电流均为从上到下（单向化）2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.4iL简化画法工作波形u2uott2uoRLu1u22020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.5将uo展开为傅里叶级数：)6cos7544cos5342cos3142(2tttUumo直流分量：2229.0222UUUUmotUtUumsin2sin222振幅有效值定义脉动系数%6732234直流分量最低次谐波的振幅S整流二极管的选择：最大正向电流LLoFRURUII2245.029.021最高反向峰值电压22UURM2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.6二、电源滤波电路1、滤波电路结构电容滤波Γ型滤波π型滤波（多用于小电流负载）（多用于小电流负载）（对负载电流适应性较强，用于大电流负载时可不接电容）C+CL+C2RC1++2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.72、电容滤波电路t22VD4D2D1D3uo0tiD0ioiDio⑴、工作原理①、未接负载时，（S断开）整流桥对C充电，22Uuo输出电压恒定②、接入负载后，（S闭合）电容通过负载RL放电，电压下降，同时u2电压上升，当u2uC时，整流桥导通，向电容充电，同时提供负载电流。随着u2的下降，当u2uC时，整流桥截止，电容又开始放电。D1D3导通D2D4导通uoRLioSCu1u2+2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.8⑵、特点②、整流二极管导通角θπ。而负载功率由整流桥提供，故整流二极管导通时的瞬时电流很大，比输出电流大很多倍。且滤波效果越好，导通角越小，瞬时电流越大。通常选择整流二极管时要求IF2~3IRL。①、负载平均电压Uo升高，纹波减小。RLC越大，电容放电越缓慢，负载电压中的纹波成分越小，脉动系数越小，平均电压越高。为得到平滑的输出，一般取2)5~3(TCRLT为电源周期2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.9③、滤波效果与负载电流的关系随着负载电流Io的增加，输出电压Uo减小，脉动系数S增加。t22U0UoRLC=∞RLC大RLC小Uo与RLC的关系Uo与Io的关系若满足2)5~3(TCRL时，22.1UUo22U0UoIo29.0URLC减小S与Io的关系0SIoRLC减小0.672020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.10§6.2稳压电路一、稳压管稳压电路1、工作原理并联型稳压电路。DZ为稳压管，R为限流电阻，若流过DZ的电流在稳定电流范围（IZmin~IZmax）内，可使Uo基本恒定。Cu1u2RUIDZIRUoRLIOIZ稳压电路+2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.11当UI变化、负载不变时：UIUOIZ、IOIRUO=UI-IR当UI不变、负载变化时：RLIZI几乎不变UO基本不变IOCu1u2RUIDZIRUoRLIOIZ+2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.122、电路参数⑴、稳压电路指标①、输出电压与输出电流ZoUU（不可调）ZmaxZminOIII~②、稳压系数与输出电阻交流等效电路oiZoiLZLZiioorUURrUURrRRrUUUUS//////稳压系数RΔUIrZΔUoRLRoZZorRrR//rZ越小，稳压性能越好；R越大，对UI波动的抑制越好。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.13⑵、元件参数选择已知Uo、负载电流范围（IRmin~IRmax）、电网电压（u1）波动（如±10%）①、确定UIoIUU)3~2(——经验公式②、选择稳压管oZUUOminOmaxZminZmaxIIIIOmaxZmaxII)3~2(查稳压管型号参数表（手册）确定稳压管型号Cu1u2RUIDZUoRLIO+2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.142020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.15③、选择限流电阻ROmaxZminZIminmaxIIUUR当u1最低、IR最大时，IZ最小，可确定R的最大值OminZmaxZImaxminIIUUR当u1最高、IR最小时，IZ最大，可确定R的最小值则R的取值范围是：OminZmaxZImaxOmaxZminZIminIIUURIIUU稳压管稳压电路结构简单，输出电压固定且不可调，带负载能力差，适用于负载变化不大、电压稳定性能不高的场合。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.16二、串联型稳压电路1、工作原理uoRLu1调整电路放大电路取样电路基准电路＋－＋－串联型稳压电源由取样电路、基准电压电路、放大电路和调整电路四部分组成，另外，为使电路安全工作，通常还需设置保护电路。⑴、方框图2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.17各部分功能：调整电路：根据放大电路的输出变化调节输出电压的值。基准电路：为放大电路提供固定的参考电压（基准电压）；取样电路：按比例将输出电压的一部分反馈到放大电路的输入端，构成负反馈，稳定输出电压；放大电路：将取样电路的反馈信号与基准电压进行比较放大，并控制调整电路的状态；2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.18⑵、原理电路基准电路：R、DZ构成稳压管稳压电路提供基准电压UZ。调整电路放大电路取样电路UoRLU1＋－＋－R2＋－R3DZR1RTA2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.19⑶、工作原理若由于电网电压波动或负载电阻的变化等原因使输出电压Uo升高，则稳压的过程为：UoU－UBUo＝(Ui－UCE)平衡时，ZopUURRRRR3213ZpoURRRRRU3321UBEIBICUCEUoRLUi＋－＋－R2＋－R3DZR1RTAU－UBRpIBIC2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.20⑴、输出电压的可调范围ZOminURRRRRU32321电位器R2置于最上端时（RP＝R2），输出电压最小：ZOmaxURRRRU3321电位器R2置于最下端时（RP＝0），输出电压最大：2、电路参数2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.21⑵、调整管的选择调整管提供负载电流，管压降UCE=UI-Uo，管耗较大，为大功率管，选择时主要考虑极限参数①、集电极最大允许电流ICMOmaxOmaxRCMIIII1②、c-e间反向击穿电压U(BR)CEO③、集电极最大允许耗散功率PCMOminImaxCEOBRUUU)()(OminImaxLmaxCMUUIP2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.223、稳压电路的保护电路*保护电路过流保护短路保护调整管安全工作区保护芯片过热保护⑴、限流型过流保护电路UiRoT1UoT2接放大电路保护电路保护电路由T2和Ro构成，选择合适的Ro，使输出电流未超过额定值时，IoRo0.7V，T2截止。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.23当输出电流超过额定值时，Ro两端的电压降大于T2发射结开启电压，T2导通，T2集电极从T1基极电流分流，限制调整管的发射极电流。UiRoT1UoT2接放大电路UoIo0Io限流型保护电路结构简单，但保护电路起作用后调整管仍有较大的工作电流，功耗较大，故不适用于大功率电路。输出特性2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.24⑵、截流型过流保护电路Io0输出特性UoUiRoT1UoT2接放大电路R1R2Io保护电路ABoooAURIUABURRRU212则oooooBBEUURIRRRUUU)(2122未过流时，T2截止。过流时，T2导通，T1基极电流分流，使UA、Uo下降，而Uo下降幅度大于UB下降的幅度，这进一步使UBE2增大，从而分得更多的T1基极电流，这个正反馈过程将使输出电流减小到较小数值。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.25++++u220V50HzCuiuoT1T2T3T4DZ1DZ2UZ2UZ1RZ2RZ1R1RWR2C1C2F100F100RLC3F5UB2R3R4R5R6R7UE4UB4UC4Io+--+Rd4、实用串联型稳压电源*变压整流滤波调整截流保护基准比较放大取样2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.26三、集成稳压电路（三端稳压器）固定式稳压电路可调式稳压电路7800系列：输出正电压，如7805，指输出电压为5V；7900系列：输出负电压，如7905，指输出电压为－5V。117/217/317系列：输出可调的正电压；137/237/337系列：输出可调的负电压。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.27+_W7805UI+_Uo132CI0.1~1FCo1µF+10V+5V7800系列：1231端：输入端2端：公共端3端：输出端典型应用电路2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.28+_W7905UI+_Uo231CI0.1~1FCo1µF-10V-5V典型应用电路7900系列：1231端：公共端2端：输入端3端：输出端2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第六章No.29实用双输出稳压电源220V～中心抽头W7805W7905470