1、第8章 直流穩壓電源8.1 單相整流濾波電路教學要求：1.掌握單相橋式整流電路的工作原理；2.掌握電容濾波電路的工作原理；3.了解電感濾波電路、型濾波電路的結構及原理。引言直流穩壓電源是將交流電變換成功率較小的直流電，一般由變壓、整流、濾波和穩壓等幾部分組成。整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩壓電路的作用是輸入交流電源電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩定。一、單相整流電路（一）半波整流電路單相半波整流電路如下圖(a)所示，圖中Tr為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交

2、流低電壓，同時保證直流電源與市電電源有良好的隔離。設V為整流二極管，令它為理想二極管，RL為要求直流供電的負載等效電阻。由圖可見，負載上得到單方向的脈動電壓，由于電路只在u2的正半周有輸出，所以稱為半波整流電路。半波整流電路結構簡單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動大，因此，它只使用于要求不高的場合。（二）橋式整流電路為了克服半波整流的缺點，常采用橋式整流電路，如下圖所示，圖中V1、V2、V3、V4四只整流 二極管接成電橋形式，故稱為橋式整流。1.工作原理和輸出波形設變壓器二次電壓u2=21/2U2sint，波形如電壓、電流波形圖(a)所示。在u2的正半周，即a點為正，b點為負時，V1、

3、V3承受正向電壓而導通，此時有電流流過RL，電流路徑為aV1RLV3b，此時V2、V4因反偏而截止，負載RL上得到一個半波電壓，如電壓、電流波形圖(b)中的0段所示。若略去二極管的正向壓降，則uOu2。電壓、電流波形在u2的負半周，即a點為負b點為正時，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而導通，此時有電流流過RL，電流路徑為bV2RLV4a。這時RL上得到一個與0段相同的半波電壓如電壓、電流波形圖(b)中的2段所示，若略去二極管的正向壓降，uu2。由此可見，在交流電壓u2的整個周期始終有同方向的電流流過負載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動的直流電壓。可見，橋式整流電路輸出電壓為半波整流

4、電路輸出電壓的兩倍，所以橋式整流電路輸出電壓平均值為u=2×0.45U2=0.9U2。橋式整流電路中，由于每兩只二極管只導通半個周期，故流過每只二極管的平均電流僅為負載電流的一半，在u2的正半周，V1、V3導通時，可將它們看成短路，這樣V2、V4就并聯在u2上，其承受的反向峰值電壓為UR=21/2U2。同理，V2、V4導通時，V1、V3截止，其承受的反向峰值電壓也為UR=21/2U2。二極管承受電壓的波形如電壓、電流波形圖(d)所示。由上圖可見，在交流電壓u2的整個周期始終有同方向的電流流過負載電阻RL，故RL上得到單方 向全波脈動的直流電壓。可見，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路

5、輸出電壓的兩倍。橋式整流電路與半波整流電路相比較，其輸出電壓UO提高，脈動成分減小了。2.參數估算       二、濾波電路整流電路將交流電變為脈動直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。應在整流電路的后面加接濾波電路，濾去交流成分。(一)電容濾波1.電路和工作原理設電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，u2為正半周，當u2由零上升時，V1、V3導通，C被充電，同時電流經V1、V3向負載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內阻，電容充電時間常數近似為零，因此uo=ucu2，在u2達到最大值時，uc也達到最大值，然后u

6、2下降，此時，uc>u2，V1、V3截止，電容C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數=RLC一般較大，電容電壓uc按指數規律緩慢下降，當下降到|u2|>uc時，V2、V4導通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充放電過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓。2.波形及輸出電壓  （二）其他形式濾波電路1.電感濾波電路電路如下圖所示，電感L起著阻止負載電流變化使之趨于平直的作用。直流分量被電感L 短路，交流分 量主要降在L 上 ，電感越大，濾波效果越好。一般電感濾波電路只使用于低電壓、大電流的場合。2.p 型濾波為了進一步減小負載電壓中的紋波

7、可采用p 型LC濾波電路。由于C1、C2對交流容抗小，而電 感對交流阻抗很大，因此，負載RL上的紋波電壓很小。8.2 線性集成穩壓器教學要求： 1.掌握串聯型穩壓電路的工作原理；2.掌握集成三端可調穩壓器的型號及特性；3.熟悉集成三端固定輸出穩壓器的型號、參數及應用。一、串聯型穩壓電路的工作原理穩壓電路用來在交流電源電壓波動或負載變化時穩定直流輸出電壓。采用三極管作為調整管 并與負載串聯的穩壓電路，稱為串聯型晶體管穩壓電路；調整管并與負載并聯的穩壓電路，稱為并聯型晶體管穩壓電路；當調整管工作在線性放大狀態則稱為線性穩壓器。（一）串聯型穩壓電路的工作原理當輸入電壓UI增大（或負載電流I

8、O減小）引起輸出電壓UO增加時，取樣電壓UF隨之增大，UZ與UF的 差值減小，經A放大后使調整管的基極電壓UBI減小，集電極IC1減小，管壓降UCE增大，輸出電壓UO減 小，從而使穩壓電路的輸出電壓上升趨勢受到抑制，穩定了輸出電壓。同例，當輸入電壓UI減小（或負載電流IO增大）引起輸出電壓UO減小時，電路將產生與上述相反的穩壓過程，維持電壓基本不變。可見穩壓的實質是UCE的自動調節使輸出電壓恒定。（二）輸出電壓的調節范圍二、三端固定輸出集成穩壓器CW7800 系列(正電源)，CW7900 系列(負電源)。輸出電壓：5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V輸出電

9、流：78L×× / 79L×× 輸出電流100 mA；78M×× / 9M×× 輸出電流 500 mA ；78 ×× / 79 ×× 輸出電流1.5 A 。如CW7805 輸出 5 V，最大電流1.5 A；CW78M05 輸出 5 V，最大電流0.5 A；CW78L05 輸出 5 V，最大電流0.1 A。封裝和符號：              （二）CW78

10、00 的內部結構啟動電路幫助穩壓器快速建立輸出電壓UO；調整電路由復合管構成；取樣電路輸出固定的電壓。CW7800系列穩壓器具有過熱、過流和過壓保護功能。（三）應用電路1.基本應用電路和基本應用電路如下圖所示。由于輸出電壓決定于集成穩壓器，所以輸出電壓為12V，最大輸出電流為1.5A。為使電路正常工作，要求輸入電壓U1比輸出電壓UO至少大2.53V。輸入端電容C1用以抵消輸入端較長接線的電感效應，以防止自激振蕩，還可抑制電源的高頻脈沖干擾。一般取0.11F。輸出端電容C2、C3用以改善負載的瞬態響應，消除電路的高頻噪聲，同時也具有消振作用。V是保護二極管，用來防止在輸入端短路時輸出電容C3所存

11、儲電荷通過穩壓器放電而損壞器件。CW7900系列的接線與CW7800系列基本相同。2.提高輸出電壓的電路                   提高電阻R2與R1的比值，可提高輸出電壓UO。缺點是當輸入電壓變化時，IQ也變 化，這使穩壓器的精度降低。     3.輸出正、負電壓的電路此電路采用CW7815和CW7915三端穩壓器各一塊組成的具有同時輸出+15V、-15V電壓的穩壓電路。4.

12、恒流源電路三、三端可調輸出集成穩壓器三端可調輸出集成穩壓器是在三端固定輸出集成穩壓器的基礎上發展起來的，集成片的輸入電流幾乎全部流到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地組成精密可調的穩壓電路，應用更為靈活。（一）典型產品型號命名CW117/217/317系列(正電源)；CW137/237/337系列(負電源)。 工作溫度：CW117(137) -55 150°C ；CW217(237) -25 150°C；CW317(337)0125°C .        基準電壓：1

13、.25V 輸出電流：L 型 輸出電流100 mA ；M 型 輸出電流500 mA 。（二）CW117 內部結構和基本應用電路     圖中ADJ稱為電壓調整端，因所有偏置電路和放大器的靜態工作點電流都流到穩壓器的輸出端，所以沒有單獨引出接地端。基本應用電路：靜態電流IQ(約10 mA)從輸出端流出，RL開路時流過R1，R1 =UREF/IQ= 125 W，R2=0 2.2 kW時，UO = 1.25 24 V。V1防止輸入端短路時C4反向放電損壞穩壓器 ；V2防止輸出端短路時C2通過調整端放電損壞穩壓器。C2用于減小輸出紋波電壓。R1、RP構成

14、取樣電路，這樣，實質電路構成串聯型穩壓電路，調節RP，可改變取樣比，即可調節輸出電壓UO的大小。030V連續可調電路：圖中R3、V組成穩壓電路，使A點電位為1.25V，這樣當R2=0時，UA電位與UREF相抵消，便可使UO=0V。8.3 開關集成穩壓電源教學要求：1.開關穩壓電源的基本工作原理；2.CW1524系列的各管腳功能及外部電路的連接特點；3.CW4960/4962的典型應用電路。引言線性集成穩壓器有很多優點，但調整管必須工作在線性放大區，管壓降比較大，同時要通過全部負載電流，所以管耗大，電源效率低，一般為40%60%。特別在輸入電壓升高、負載電流很大 時，管耗更大，不但電源效率低，同

15、時使調整管的工作可靠性降低。開關穩壓電源的調整管工作在開關狀態，依靠調節調整管導通時間來實現穩壓。由于調整管主要工作在截止和飽和兩種狀態，管耗小，故使穩壓電源有的效率明提顯高，可達80%90%，而且這一效率幾乎不受輸入電壓大小的影響，即開關穩壓電源 很寬的穩壓范圍。由于效率高使得電源的主要缺點是輸出電壓中含有較大的紋波。但由于開關電源優點顯著，故發展非常迅速，使用也越來越廣泛。一、開關電源的基本工作原理（一）串聯型開關穩壓電路串聯型開關穩壓電路的基本組成框圖如下圖所示。圖中，V1為開關調整管，它與負載RL串聯；V為續流二極管，L、C構成濾波器；R1和R2組成取樣電路、A為誤差放大器、C為電壓比

16、較器，它們與基準電壓源、三角波發生器組成開關調整管的控制電路。誤差放大器對來自輸出端的取樣電壓uF與基準電壓UREF的差值進行放大，其輸出電壓uA送到電壓比較器C的同相輸入端。三角波發生器產生一頻率固定的三角波電壓uT，它決定了電源的開關頻率。uT送至電壓比較器C的反相輸入端與uA進行比較，當uAuT時，電壓比較器C輸出電壓uB為高電平，當uAuT時，電壓比較器C輸出電壓uB為低電平，uB控制開關調整管V1的導通和截止。 1.工作波形（脈寬調制式PWM）2.穩壓原理開關調整管的導通時間為ton，截止時間為toff，開關的轉換周期為T，T=ton+toff，它取決于 三角波電壓uT的頻

17、率。D=ton/T稱為脈沖波形的占空比。UO正比于脈沖占空比D，調節D就可以改變 輸出電壓的大小，因此，這種電路稱為脈寬調制（PWM）式開關穩壓電路。在閉環條件下，電路能根據輸出電壓的大小自動調節調整管的導通和關斷時間，維持輸出電壓 的穩定。當輸出電壓UO升高時，取樣電壓uF增大，誤差放大器的輸出電壓uA下降，調整管的導通時間ton減小，占空比D減小，使輸出電壓減小，恢復到原大小。反之，輸出電壓UO下降，uF下降，uA上升，調整管的導通時間ton增大，占空比D增大，使輸出電壓增大，恢復到原大 小。從而實現了穩壓的目的。必須指出，當uF=UREF時，uA=0，脈沖占空比D=50%，此時穩壓電路的

18、輸出電壓UO等于 預定的標稱 值。所以，穩壓電源取樣電路的分壓比可根據uF=UREF求得。二、集成開關穩壓器及其應用集成開關穩壓器分為兩大類：單片脈寬調制式(外接開關功率管)如CW1524系列和單片集成開關穩壓器如CW4960/4962 。（一）CW1524/2524/3524(區別在于溫度范圍不同) 組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調制器、振蕩器、觸發器、 2 只輸出功率管、過熱保護。最大輸入電壓：40 V；最高工作頻率：100 kHz；每路輸出電流：100 mA；內部基準電壓：5 V(承受 50 mA 電流) ；        CW1524降壓型開關穩壓電源（二）CW4960/4962組成：基準電壓源、誤差放大器、脈寬調制器、開關功率管(內接)、軟啟動電路、過流限制、過熱保護 ；功能：慢起動、過流保護、過熱保護占空比可調(0 100 %)；最大輸入電壓：50 V ；輸出電壓：5.1 40 V 連續可調；最高工作頻率：100 kHz ；額定輸出電流：CW4960 2.5 A(過流保護 3.0    4.5 A) ，小散熱片；CW4960 1.5 A(過流保護 2.5 3.5 A) ，不用散熱片。CW4960/4962內部電路完全相同，主要由基準電壓源、誤差放