1、 電子設備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網供電，經“整流”、“濾波”、“穩壓后獲得。所謂“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，能完成整流任務的設備稱為整流器。所謂“濾波指濾除脈動直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑，能完成濾波任務的設備稱為濾波器。所謂“穩壓指輸入電壓波動或負載變化引起輸出電壓變化時，能自動調整使輸出電壓維持在原值。本章將著重介紹單相橋式整流電路、電容濾波電路、串聯型穩壓電路、開關型穩壓電路的原理和應用。 第第9章章 直流穩壓電源直流穩壓電源 9.1.1整流電路整流電路 1. 電路組成電路組成單相橋式整流電路如圖單相橋式整流電路如圖9.1a所示，圖所示，

2、圖9.1b） 是是其簡化電路。其簡化電路。 （a） 電路原理圖電路原理圖 （b電路簡化電路簡化圖圖 圖圖9.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 9.1 整流和濾波電路整流和濾波電路2工作原理 當u2(t)為正半周時，V1、V3正偏而導通，V2、V4反偏而截止。電流經V1RLV3形成回路，RL上輸出電壓波形與u2(t)的正半周波形相同，電流iL從b流向c。 當u2(t)為負半周時，V1、V3截止，V2、V4導通，電流經V2RL V4形成回路，RL上輸出電壓波形是u2(t)的負半周波形倒相，電流iL仍從b流向c。所以無論u2(t)為正半周還是負半周，流過RL的電流方向是一致的。單相橋式整流的輸出

3、波形如圖9.2所示。 圖9.2 單相橋式整流電路輸出波形 3參數估算 sintdt 因而，二極管最大整流應電流滿足IF IL ；最高反向工作電壓應滿足URM U2 。 22022UTUTL229 . 022UU LLLLRURUI29 . 0LVII2122UUDRM 例例9.1 如圖如圖9.1所示的單相橋式整流電路，若要求所示的單相橋式整流電路，若要求在負載上得到在負載上得到24直流電壓，直流電壓，100mA的直流電流，求的直流電流，求整流變壓器次級電壓整流變壓器次級電壓U2，并選出整流二極管。，并選出整流二極管。 解：解：IF = IL =50mA URM =U2 =37.5V 根據上述數

4、據，查表可選出最大整流電流為根據上述數據，查表可選出最大整流電流為100mA，最高反向工作電壓為最高反向工作電壓為50V的整流二極管的整流二極管2CZ52B。 VUUL7.269.0249.02 1. 工作原理 首先電源對電容充電，當充到最大值時電容放電。由于充電時間常數比放電時間常數小很多，所以充電快，放電慢。在下一個周期電源電壓高于電容電壓時再次對電容充電，以后循環重復，波形如圖9.4b） 所示。 2. 參數估算 UL1.2U2 C(3 5) UC(1.5 2)U2 式中T為電網交流電壓的周期。LRT2 濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容

5、濾波電路最常用，如圖常用，如圖9.4所示。所示。 （a原理圖原理圖 （b波形圖波形圖 圖圖9.4 電容濾波電路電容濾波電路 9.1.2 濾波電路濾波電路 例例9.2 已知單相橋式整流電容濾波電路如圖已知單相橋式整流電容濾波電路如圖9.4a所示。要求所示。要求UL=12V，IL=100mA，電網工作頻率為，電網工作頻率為50Hz。試計算整流變壓器次數電。試計算整流變壓器次數電壓有效值壓有效值U2，并計算，并計算RL和和C的值。的值。 解：解： V C(3 5) =(3 5) =(24.3 41.5)F UC(1.5 2)U2=15 20 V102 .1122 .12LUUkIURLLL2 . 1

6、1012LRT23102 . 1202. 0 故：整流變壓器次數電壓有效值為10V，負載RL為1.2k，濾波電容器的參數為47F/25V。 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。可在整流二極管兩端并接一只0.01F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。 9.2.1 并聯型穩壓電路并聯型穩壓電路 并聯型穩壓電路如圖并聯型穩壓電

7、路如圖9.6所示。所示。 圖圖9.6 并聯型直流穩壓電路并聯型直流穩壓電路 9.2 穩壓電路穩壓電路 其穩壓過程分述如下： 當交流電網波動而RL未變動時，若電網電壓上升，那么 UiULIZIURUL 當電網未波動而負載RL變動時，若RL 減小，那么 ILIURULIZIURUL 選擇穩壓管時，一般可按以下公式估算 UZ=UL IZmax=(1.53)ILmax Ui=(2 3)UZ 例例9.3 設電網波動引起整流濾波電路的輸出電壓設電網波動引起整流濾波電路的輸出電壓變化變化10%，RL=1k，要求，要求UL=10V，試確定圖，試確定圖9.6中穩壓電路元件的參數。中穩壓電路元件的參數。 解：解：

8、(1) 根據根據UZ=UL=10V 得得 IL= =10mA=ILmax 由式由式 IZmax=(1.53)ILmax ，可查手冊選擇，可查手冊選擇2CW17穩壓管，其參數為：穩壓管，其參數為：UZ=(9 10.5)V，IZ=5mA，PZ=250mW，IZmax=23mA，rz=25。 110LLRU (2) 取Ui =25V，Ui 變化10%時可算得 Uimax=27.5V Uimin=22.5V （3求出限流電阻 Rmin = 0.76 k Rmax = 0.83 k 所以R的取值范圍為0.76 kR0.83k，其功率為：23105 .27maxmaxZLiIUU105105 .22max

9、minLZLiIIUU=0.41W 故可選擇標稱值為820/0.5W的電阻器 并聯型穩壓電路結構簡單，但受穩壓管最大電流限制，又不能任意調節輸出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調節，負載電流小，要求不甚高的場合。 760)105 .27()(2min2max2RUURUPLiRR 1. 電路組成電路組成串聯型穩壓電路如圖串聯型穩壓電路如圖9.7所示。電路由四部分組成。所示。電路由四部分組成。 圖圖9.7 串聯型穩壓電路串聯型穩壓電路 9.2.2 串聯型穩壓電路串聯型穩壓電路 (1) 采樣單元 采樣單元有R1、R2、和RP組成，與負載RL并聯，通過它可以反映輸出電壓Uo的變化。 (2) 基準單元

10、基準單元由限流電阻R3與穩壓管V3組成。 （3放大單元 放大單元由三極管V2組成。 （4調整單元 調整單元由三極管V1組成，它是串聯型穩壓電路的核心元件。V1必須選擇大功率三極管 。 2. 工作原理串聯型穩壓電路的自動穩壓過程按電網波動和負載電阻變動兩種情況分述如下： UiUoUfUBE2IB2IC2UCE2 UBE1IB1UCE1Uo RLUoUfUBE2IB2IC2UCE2 UBE1IB1UCE1Uo 當Ui或RL 時的調整過程與上述相反。 由上分析可知，這是一個負反饋系統。正因為電路內有深度電壓串聯負反饋，所以才能使輸出電壓穩定。 串聯型穩壓電路的輸出電壓Uo，由采樣單元的分壓比和基準電

11、壓的乘積決定。因此調節電位器RP的滑動端子，可調節輸出電壓Uo的大小。Uo的調節范圍為 Uomax= Uomin= ZURRPRR221ZURPRRPRR221 例9.4 在圖9.7中，設穩壓管工作電壓UZ=6V，采樣單元中R1=R2=RP，試估算輸出電壓的調節范圍。 解：由式9.14可估算出 Uomax= = 36 = 18V Uomin= = = 9V 故：該串聯型穩壓電路的輸出電壓可在9V18V之間調節。 ZURRPRR221ZURPRRPRR221623 串聯型穩壓電路中的放大單元也可由集成運放組成，如圖9.8所示。圖中用復合管代替了V1，以便擴大輸出電流；基準電壓UZ和采樣反饋電壓U

12、f分別接于集成運放的同相和反相輸入端。其穩壓過程為： UoUf(UZ Uf)UB2UB1Uo 圖9.8 采用集成運放和復合調整管的串聯型穩壓 目前，集成穩壓器已達百余種，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，安裝調試方便，可靠性高等優點，在電子電路中應用十分廣泛。 集成穩壓器有三端及多端兩種外部結構形式。輸出電壓有可調和固定兩種形式：固定式輸出電壓為標準值，使用時不能再調節；可調式可通過外接元件，在較大范圍內調節輸出電壓。此外，還有輸出正電壓和輸出負電壓的集成穩壓器。 穩壓電源以小功率三端集成穩壓器應用最為普遍。常用的型號有W78系列、W79系列、W317系

13、列、W337系列。 9.2.3 三端集成穩壓器三端集成穩壓器 1. 固定輸出的三端集成穩壓器 固定輸出的三端集成穩壓器的三端指輸入端、輸出端及公共端三個引出端，其外形及符號如圖9.9所示。固定輸出的三端集成穩壓器W78系列和W79系列各有七個品種，輸出電壓分別為5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V；最大輸出電流可達1.5A；公共端的靜態電流為8mA。型號后兩位數字為輸出電壓值 。 在根據穩定電壓值選擇穩壓器的型號時，要求經整流濾波后的電壓要高于三端集成穩壓器的輸出電壓23V輸出負電壓時要低23V），但不宜過大。 (a) 外形 （b符號 圖9.9 固定輸出三端集成穩壓器的外形及符號

14、(1) 基本應用電路 固定輸出的三端集成穩壓器的基本應用電路如圖9.10所示。圖中：C1用以抑制過電壓，抵消因輸入線過長產生的電感效應并消除自激振蕩；C2用以改善負載的瞬態響應，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0.1F至幾個F。安裝時，兩電容應直接與三端集成穩壓器的引腳根部相連。 圖9.10 固定輸出三端集成穩壓器基本應用電路 (2) 擴展輸出電壓的應用電路 如果需要高于三端集成穩壓器的輸出電壓，可采用如圖9.11所示的升壓電路。 圖9.11 提高輸出電壓電路 圖中三端集成穩壓器工作在懸浮狀態，穩壓電路的輸出電壓為 Uo= UXX +IQR2

15、若R1、R2阻值較小，則可忽略IQ R2，于是 Uo UXX 圖9.11所示電路的缺點是：當穩壓電路輸入電壓Ui變化時，IQ也發生變化，這將影響穩壓電路的穩壓精度，特別是R2較大時這種影響更明顯。 )1(12RR)1(12RR 圖9.12所示電路是用W78XX和A741組成的輸出電壓可調的穩壓電路。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壓器的輸入直流電壓。 圖9.12 輸出電壓可調電路 由圖9.12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= 故輸出電壓調節范圍為 Uo XXURRPRR121XXUR

16、PRRPRR121XXURPRRPRR121XXURRPRR121 例例9.5 在圖在圖9.12中，若選用三端集成穩壓器中，若選用三端集成穩壓器W7815，已知已知RP=500，欲使輸出電壓調節范圍為，欲使輸出電壓調節范圍為2045V，求，求R1和和R2的電阻值。的電阻值。 解：由上式可得解：由上式可得 45= 20= 解得解得 R1= 400 R2=300 15500121RRRR (3) 擴展輸出電流的應用電路 擴展輸出電流的應用電路如圖9.13所示。 圖9.13 擴大輸出電流電路 (4) 恒流源應用電路 恒流源應用電路如圖9.14所示。 圖9.14 恒流源應用電

17、路 2. 可調輸出的三端集成穩壓器 可調輸出的三端集成穩壓器W317正輸出）、W337負輸出是近幾年較新的產品，其最大輸入、輸出電壓差極限為40V，輸出電壓1.235V或 1.2V 35V連續可調，輸出電流0.51.5A，最小負載電流為5mA，輸出端與調整端之間基準電壓為1.25V，調整端靜態電流為50A。其外形及符號如圖9.15所示。 圖9.15 可調輸出三端集成穩壓器 (1) 基本應用電路圖9.16所示是W317可調輸出三端集成穩壓器基本應用電路。 圖9.16 W317基本應用線路 圖中 V1 是為了防止輸入短路，C1 放電而損壞三端集成穩壓器內部調整管發射結而接入。如果輸入不會短路、輸出

18、電壓低于7V時，V1可不接。V2是為了防止輸出短路時，C2放電損壞三端集成穩壓器中放大管發射結而接入。如果RP上電壓低于 7 V或 C2 容量小于1F時，V2也可省略不接。 W317是依靠外接電阻給定輸出電壓的，要求RP的接地點應與負載電流返回點的接地點相同。同時，R1、RP應選擇同種材料做的電阻，精度盡量高一些。輸出端電容C2應采用鉭電容或采用33F的電解電容。 圖9.17所示是W337可調負電壓輸出三端集成穩壓器應用電路。 （a基本應用電路 （b加保護二極管的應用電路 圖9.17 W337的應用電路 (2) 顯示器慢啟動應用電路 圖9.18所示電路是用W317組成的顯示器慢啟動應用電路。

19、圖9.18 顯示器慢啟動應用電路 (3) 電子控制應用電路 圖9.19所示是用W317組成的為TTL門電路供電的應用電路。圖中輸出電壓的“有”、“無”，可由A點輸入脈沖的高、低電平來控制。 圖9.19 電子控制應用電路 開關型穩壓電路種類繁多，按開關信號產生的方式開關型穩壓電路種類繁多，按開關信號產生的方式劃分有自激式和他激式穩壓電路。按開關電路與負載劃分有自激式和他激式穩壓電路。按開關電路與負載的連接方式劃分有串聯型和并聯型。串聯型開關穩壓的連接方式劃分有串聯型和并聯型。串聯型開關穩壓電路中開關調整管與負載串聯連接，輸出端通過調整電路中開關調整管與負載串聯連接，輸出端通過調整管及整流二極管與

20、電網相連，電網隔離性差，且只有管及整流二極管與電網相連，電網隔離性差，且只有一路電壓輸出。并聯型開關穩壓電路中輸出端與電網一路電壓輸出。并聯型開關穩壓電路中輸出端與電網間由開關變壓器進行電氣上的隔離，安全性好，通過間由開關變壓器進行電氣上的隔離，安全性好，通過開關變壓器的次級可以做到多路電壓輸出，但電路復開關變壓器的次級可以做到多路電壓輸出，但電路復雜，對開關調整管要求高；按控制方式劃分有脈寬調雜，對開關調整管要求高；按控制方式劃分有脈寬調制制PWM和脈頻調制和脈頻調制PFM）。）。 由于開關穩壓電路輸出功率一般較大，盡管開關由于開關穩壓電路輸出功率一般較大，盡管開關調整管相對功耗較小，但絕對

21、功耗仍較大，因此實用調整管相對功耗較小，但絕對功耗仍較大，因此實用中，必須加裝散熱片。中，必須加裝散熱片。 9.3 開關穩壓電路開關穩壓電路 1. 脈寬調制式串聯型開關穩壓電路脈寬調制式串聯型開關穩壓電路的基本電路如圖9.20所示。 圖9.20 脈寬調制式串聯型開關穩壓電路 9.3.1開關穩壓電路的工作原理開關穩壓電路的工作原理 (1) 工作過程 由電壓比較器的特點可知，當uo1 uT時，u+ u ，uo2為高電平，反之，uo2為低電平。 當uo2為高電平時，V1飽和導通，輸入電壓Ui經濾波電感L加在濾波電容C和負載RL兩端，在此期間，iL增長，L和C儲存能量，V2因反偏而截止。當uo2為低電

22、平時，V1由飽和導通轉換為截止，由于電感電流iL不能突變，iL經RL和續流二極管衰減而釋放能量，此時濾波電容C也向RL放電，因而RL兩端仍能獲得連續的輸出電壓。當開關調整管在uo2的作用下又進入飽和導通，L、C再一次充電，以后V1又截止，L、C又放電，如此循環不已。 (2) 穩壓原理 當輸入的交流電源電壓波動或負載電流發生改變時，都將引起輸出電壓Uo的改變，由于負反饋作用，電路能自動調整而使Uo基本上維持穩定不變。穩壓過程如下： 假設UoUF (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，假設 Uo UF (UR UF )uo1 為正值uo2

23、輸出高電平變寬to）Uo 同樣使輸出電壓基本不變。 2. 脈寬調制式并聯型開關穩壓電路 脈寬調制式并聯型開關穩壓電路的基本電路如圖9.21所示。 圖9.21 脈寬調制式并聯型開關穩壓電路 1. 采用集成控制器的開關穩壓電路 圖9.22所示是采用CW3524集成控制器組成的脈寬調制式串聯型開關穩壓電源實用電路，該穩壓電源輸出電壓Uo=5V，輸出電流Io=1A。 圖9.22 用CW3524的開關穩壓電源 9.3.2 開關電源電路分析開關電源電路分析 (1) 電路結構 CW3524集成控制器 CW3524芯片共有16只引腳，各引腳功能如圖9.23所示，其中P15、P8分別接輸入電壓Ui的正、負端；P

24、12、P11和P14、P13為驅動開關調整管基極的開關信號的兩個輸出端即脈寬調制式電壓比較器輸出信號uo2），兩個輸出端可單獨使用，亦可并聯使用，連接時一端接開關調整管基極，另一端接P8腳即地）；P1、P2分別為比較放大器A1的反相和同相輸入端；P16為基準電壓源輸出端；P6、P7分別為三角波振蕩器外接振蕩元件RT和CT的聯結端，P9為防止自激的相位校正元件R4和C4的聯接端。 (1) 工作過程 在觸發脈沖作用下，V1處于開關狀態，當V1基極電壓為正時飽和導通，Ui對L1進行充電，充電電流為I1，此時L1儲存能量；當V1基極為負時，V1截止，儲存在變壓器初級線圈中的能量通過次級線圈L2及二極管

25、V2向電容C充電，產生輸出直流電壓。 (2) 穩壓原理 當輸入的交流電源電壓波動或負載電流發生變化，引起輸出電壓Uo變化時，通過取樣比較電路組成的控制電路去改變開關調整管的導通與截止時間，使輸出電壓得以穩定。開關管導通時間to增大時，輸出電壓升高；反之，導通時間to減小時，輸出電壓就降低。當由于某種原因使輸出電壓升高時，通過取樣比較電路使V1提前截止，引起to Uo，使輸出電壓保持穩定。 圖9.23 CW3524引腳圖 外電路 開關調整管V1、V2均為PNP型硅功率管，V1選3CD15，V2選3CG14；V3為續流二極管；L和C組成型濾波電路，L=0.9mH,C=470F；R1和R2組成采樣分

26、壓器電路；R3和R4是基準電壓源的分壓電路；R5為限流電阻，R6為過載保護取樣電阻。 RT一般在1.8k100k之間選取，CT一般在0.1F 1000F之間選取。控制器的最高頻率為300kHz，工作時一般取在100kHz以下。 (2) 工作原理及穩壓過程 CW3524內部的基準電壓源UR=5V，由P16腳引出，通過R3和R4都是5k分壓，以 UR=2.5V加在比較放大器的反相輸入端P1腳）；輸出電壓Uo通過R1和R2都是5 k分壓，以 Uo=2.5V加在比較放大器的同相輸入端P2腳），此時，比較放大器因u+= u ，其輸出uo1=0。調整管在集成控制器作用下，開關穩壓電路輸入電壓Ui = 2

27、8 V 時，輸出電壓為穩定值5V。 2121 當輸出電壓因輸入電壓電網波動引起或負載變化引起變動時，若Uouo1為正，uo2高電平脈寬變寬P12輸出高電平脈寬變寬） 開關調整管PNP導通時間變短to）Uo，Uo維持不變。 此電路中開關調整管采用的是PNP型管，因此比較放大器的反相輸入端和同相輸入端的輸入信號與圖9.20虛框中所示的應該對調；另外，uo2高電平脈寬變寬時，PNP型管導通時間反而變短，分析時應予以注意。 2. 開關電源電路分析 圖9.24所示為某顯示器開關電源。 圖9.24 由TDA4605組成的開關電源 (1) TDA4605 TDA4605芯片共有8只引腳，各引腳功能如下。 P

28、1腳是取樣電壓反饋輸入端，通過對輸出電壓取樣，控制開關管導通時間，使輸出電壓保持穩定，實現自動穩壓。 P2腳是定時端，外接RC積分電路，當對電容C充電使其電壓達到3V時，則內部電路翻轉，電容C通過內部閉合的等效開關很快放電至1V，并在1V上維持一定時間。對電容C何時再啟動充電由P8腳決定，當P8腳上的信號極性由正向負跳變時，P2腳內部電路翻轉，等效開關斷開，開始對電容C充電。 P3腳是過小輸入保護端，一般連接到整流濾波輸出端。當P3腳電壓下降到1V以下時，保護電路動作，P5腳無驅動信號輸出，開關管截止；若P3腳電壓超過1.7V，P2腳產生一額外電流對外接的電容C充電，P3腳電壓越高，P2腳輸出

29、的電流也越大，這樣使電容C充電至3V的時間縮短，相應的開關管導通時間也縮短，起到穩定輸出電壓的作用，使因輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的趨勢得到抑制。 P4腳為地端。 P5腳為開關管驅動脈沖輸出端，在P2腳電容C充電期間，輸出驅動脈沖，使開關管導通。這種驅動適合于場效應管。 P6腳是電源端，它內部設有監視電路，只有P6腳電壓達到12V時，該集成電路才啟動工作。啟動后，P6腳需6.9V以上的電壓維持工作，當電壓降至6.9V以下時，集成電路停止工作。 P7腳是軟啟動端，外接啟動電容，在內部3V基準電壓對電容充電期間，控制開關管的導通時間。 (2) 電路分析 起振過程 P6腳得到直流電壓，P2腳內部

30、開關斷開，輸入直流電壓通過R810給C811充電。P5腳輸出驅動脈沖，開關調整管導通，脈沖變壓器儲能。 當C811上電壓充到3V時，TDA4605內部電路翻轉，P5腳停止輸出驅動脈沖，同時P2腳內部的等效開關接通，C811快速放電，并最終箝位在1V左右。因開關管截止，脈沖變壓器初級繞組在開關管導通期間儲存的能量由次級各繞組經整流二極管釋放，通過相應的電感和電容濾波得到各組穩定的直流電壓輸出。當次級能量釋放至一定時，不足以使各整流二極管導通，次級繞組中電流突然截止，這樣在各繞組上產生一個極性反轉的電動勢，由此在T802的反饋繞組2端產生由正到負的跳變，該跳變經R812、R806加至TDA4605的P8腳，使內部電路又觸發，P2腳內部的等效開關斷開，又開始對C811充電，P5腳再次輸出驅動脈沖，開關管