1、10.1 直流穩壓電源的組成及其作用直流穩壓電源的組成及其作用10.2 整流電流整流電流10.3 濾波電路濾波電路 10.4 穩壓電路穩壓電路10.5 集成穩壓電源集成穩壓電源10.6 直流穩壓電源應用實例直流穩壓電源應用實例 交流電源經過變壓器、整流、濾波和穩壓四個環節，交流電源經過變壓器、整流、濾波和穩壓四個環節，輸出穩定的電源供直流負載應用。輸出穩定的電源供直流負載應用。 整流電路整流電路 將在兩個方向流動的交流電變換為只在一個方將在兩個方向流動的交流電變換為只在一個方向流動的直流電。向流動的直流電。 變壓器部分變壓器部分 將電力網交流電壓變換為整流所需的交流電壓，將電力網交流電壓變換為

2、整流所需的交流電壓，同時達到隔離交流電路與直流電路的作用。同時達到隔離交流電路與直流電路的作用。 去掉整流后的單向脈動直流電中的脈動成分，去掉整流后的單向脈動直流電中的脈動成分，以便獲得比較平滑的直流電。以便獲得比較平滑的直流電。 濾波電路濾波電路 利用穩壓管或采用一些負反饋方式，可以使其電路利用穩壓管或采用一些負反饋方式，可以使其電路結構自動調節不穩定因素，從而得到穩定電壓。結構自動調節不穩定因素，從而得到穩定電壓。 穩壓電路穩壓電路 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。流等。 二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管的正向導通電阻

3、為零，反向電阻為無窮大。t uDO u 負半周，負半周，Va Vb， 二極管二極管D 截止截止 。 +aTrDuoubRLio動畫動畫u tOuoOt U2U2U2 LLRURUI45. 0oo oDII UU2DRM o57. 1 d) sin(212mIttII ) d( sin221ttU U0.45 oUuD2uD4 uouD t tRLuiouo1234ab+ + 動畫動畫ut U2U2U2 u 負半周，負半周，VauC時，二極管導通，電源在給負載時，二極管導通，電源在給負載RL供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +a

4、DuoubRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓UU22DRM 動畫動畫uoU2U2u tO tO 同理，單相橋式整流電容（同理，單相橋式整流電容（C C型）濾波電路的型）濾波電路的工作原理如下：工作原理如下：123uoOt 電壓上升時電容電壓上升時電容充電，將電能儲存在充電，將電能儲存在電容器中。電壓下降電容器中。電壓下降時電容器放電，將儲時電容器放電，將儲存的電能送給負載。存的電能送給負載。 如圖所示，隨著時間如圖所示，隨著時間常數常數的增加，輸出電壓的增加，輸出電壓越來越平滑，越來越平滑， uo的平均值的平均值也增加了。也增加了。有電容濾波的整流電路有電容濾波

5、的整流電路uou2D4D2D1D3RL+- -+Cuou2D4D2D1D3RL+- -+二極管承受的最高反向電壓？二極管承受的最高反向電壓？2DRM2UU 思考思考25)(3LTCR 一一般般取取 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間與放電時間 常數常數RLC有關。有關。 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓CNU2CN2UU 電容的耐壓值，電容的耐壓值，應大于其實際電壓的最大值，一般應大于其實際電壓的最大值，一般取取。近似估算?。航乒浪闳。篣o = 1.0 U (半波）半波） Uo = 1.2 U（橋式）（橋式）近似估算?。航乒浪闳。篣o =

6、 1.0 U (半波）半波） Uo = 1.2 U（橋式）（橋式）L2LOORURUI L2LOO2 . 1RURUI 單相半波整流、濾波電路的輸出電流平均值為單相半波整流、濾波電路的輸出電流平均值為 單相橋式整流、濾波電路的輸出電流平均值為單相橋式整流、濾波電路的輸出電流平均值為Hz60f120LRV60OU【例【例12-212-2】 一單相橋式整流、電容濾波電路，已知一單相橋式整流、電容濾波電路，已知電源頻率電源頻率 ，負載電阻，負載電阻 ，負載直流電壓，負載直流電壓 。試求：。試求：（1 1）整流二極管的平均電流及承受的最高反向電壓；）整流二極管的平均電流及承受的最高反向電壓；（2 2）

7、確定濾波電容器的電容值及耐壓值；）確定濾波電容器的電容值及耐壓值；（3 3）負載電阻斷路時的輸出電壓；）負載電阻斷路時的輸出電壓；（4 4）電容斷路時輸出電壓；）電容斷路時輸出電壓；解：解：A5 . 012060LOO RUIA25. 021OD II（1 1）整流二極管的平均電流）整流二極管的平均電流（2 2）濾波電容器的電容值）濾波電容器的電容值F)347208(601205 . 25 . 121)53(L fRC整流二極管承受的最高反向電壓整流二極管承受的最高反向電壓2DRM2UU （4 4）電容斷路時的輸出電壓相當于單相橋式整）電容斷路時的輸出電壓相當于單相橋式整流輸出電壓流輸出電壓2

8、CN2UU 2O2 . 1 UU V7 .7022CN UU濾波電容器的耐壓值濾波電容器的耐壓值因此因此V7 .7022O UUV459 . 02O UU（3 3）負載電阻斷路時的輸出電壓）負載電阻斷路時的輸出電壓1. 1. 工作原理工作原理 對直流分量對直流分量: XL = 0 相當于短路相當于短路, 大大部分整流電壓降在部分整流電壓降在RL上。上。 對諧波分量對諧波分量: f 越高越高,XL越大越大,電壓大部電壓大部分降在分降在XL上。上。u u2 2D D4 4D D2 2D D1 1D D3 3R RL L+ +- -+ +u uo oL L有電感濾波的整流電路有電感濾波的整流電路L

9、uRLuo+C 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，濾波器更好，但二極管的沖但二極管的沖擊電流較大。擊電流較大。 比比 形形 LC 濾波器的體積濾波器的體積小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 UO = UZ IR = IO + IZUIUZUO IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調壓限流調壓穩壓電路穩壓電路UZ IRUO由于某種原因使得輸出電壓降低時由于某種原因使得輸出電壓降低時UoIUZIZUo=UI - IR同理同理由于某種原因使得輸出電壓升高時，調節過程如下：由于某種原因使得輸出電壓升高時，調節過程如下：IU-來自整流濾波電路的輸出

10、。來自整流濾波電路的輸出。 1R2R電阻電阻 和和 為取樣電路為取樣電路A A為比較放大器為比較放大器 +UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB-+UOUI 串聯反饋型穩壓電路原理圖串聯反饋型穩壓電路原理圖取樣取樣電路電路比較比較放大器放大器整流整流濾波濾波電路電路輸出輸出各部分功能及作用各部分功能及作用nUI來自整流濾波電路的輸出，圖中來自整流濾波電路的輸出，圖中VT稱作調整管稱作調整管,其作用是通過電路自動調整其作用是通過電路自動調整VT集電極集電極發射極發射極之間的電壓之間的電壓UCE，使輸出電壓，使輸出電壓UO穩定。穩定。+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA

11、+-UB-+UOUI 串聯反饋型穩壓電路原理圖串聯反饋型穩壓電路原理圖nR1和和R2為取樣電路，其作用是把輸出電壓的變化為取樣電路，其作用是把輸出電壓的變化量通過量通過R1和和R2分壓取出，然后送入比較放大器分壓取出，然后送入比較放大器A的的反向輸入端，反向輸入端，R3和穩壓管和穩壓管DZ構成基準電壓使放大構成基準電壓使放大器的同相端電位固定。器的同相端電位固定。nA為比較放大器，其作用是把取樣電路取出的信號為比較放大器，其作用是把取樣電路取出的信號進行放大，以控制調整管進行放大，以控制調整管IB的變化，進而調整的變化，進而調整UCE的值。的值。LROU例如例如AUBUEUCEUOCEIUUU

12、 OU+UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB-+UOUI 串聯反饋型穩壓電路原理圖串聯反饋型穩壓電路原理圖n穩壓電路的穩壓過程實質就是負反饋的自動調節過程。穩壓電路的穩壓過程實質就是負反饋的自動調節過程。穩壓過程如下：穩壓過程如下：n如果外部因素如果外部因素(電網電壓波動；負載變化電網電壓波動；負載變化)使使UO有有減小的趨勢，則穩壓電路內部的調節過程就使減小的趨勢，則穩壓電路內部的調節過程就使UO有增加的趨勢。由于這兩種趨勢恰好相反，于是有增加的趨勢。由于這兩種趨勢恰好相反，于是使使UO基本維持不變。基本維持不變。n同理，若外部因素使同理，若外部因素使UO有增加的趨勢，也會

13、通過有增加的趨勢，也會通過穩壓電路內部的自動調節，使穩壓電路內部的自動調節，使UO基本保持不變。基本保持不變。O122AURRRU 3.3.輸出電壓的大小及調節方法輸出電壓的大小及調節方法 +UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB-+UOUI 串聯反饋型穩壓電路原理圖串聯反饋型穩壓電路原理圖A212OURRRU Z212URRR zU在在固定的情況下固定的情況下1R2R和和的大小的大小只要改變只要改變OU的值的值 就可以改變就可以改變Z21W2OmaxURRRRU ZW21W2OminURRRRRU 為了調節方便，為了調節方便， 在取樣電路中串聯一個電位計，如圖在取樣電路中串聯

14、一個電位計，如圖 +UREFVTAR3DZ+-R2R1RLUZUA+-UB-+UOUI 輸出電壓可調的串聯反饋型穩壓電路原理圖輸出電壓可調的串聯反饋型穩壓電路原理圖RW 改變電位計滑動端的位置就可以方便地調節輸改變電位計滑動端的位置就可以方便地調節輸出電壓的大小。出電壓的大小。1.1.串聯開關型穩壓電路的電路結構串聯開關型穩壓電路的電路結構2.2.工作原理工作原理 經過經過LC濾波電路提供給負載電流濾波電路提供給負載電流IU直流電壓直流電壓Bu若若 為高電平，調整管為高電平，調整管VTVT飽和導通飽和導通-二極管承受反向電壓而截止二極管承受反向電壓而截止（1 1）濾波過程）濾波過程向負載提供能

15、量。向負載提供能量。即在飽和導通期間，電感即在飽和導通期間，電感L儲存能量，電容儲存能量，電容C充充電，電壓電，電壓 IU R1uBUREF+-UIRLVDCUOL+圖12.15 串聯開關型穩壓電路結構圖A1-+A2-+三角波發生器基準電壓R2uAuFiE+-比較放大uTVT若若Bu為低電平，調整管為低電平，調整管VTVT截止截止 輸入電壓輸入電壓IU提供的能量被中斷提供的能量被中斷 R1uBUREF+-UIRLVDCUOL+圖12.15 串聯開關型穩壓電路結構圖A1-+A2-+三角波發生器基準電壓R2uAuFiE+-比較放大uTVT在電感在電感L兩端產生感應電動勢，通過二極管對負載釋兩端產生

16、感應電動勢，通過二極管對負載釋放能量，同時電容放能量，同時電容C通過負載放電，使負載獲得連續通過負載放電，使負載獲得連續而穩定的能量。而穩定的能量。 因此，稱為串聯開關型穩壓電路因此，稱為串聯開關型穩壓電路 R1uBUREF+-UIRLVDCUOL+圖12.15 串聯開關型穩壓電路結構圖A1-+A2-+三角波發生器基準電壓R2uAuFiE+-比較放大uTVT（2 2）穩壓過程）穩壓過程，則，則REFFUu Au若若為正。為正。AuTuBu與三角波電壓與三角波電壓 , ,通過電壓比較器通過電壓比較器A2A2比較后，比較后，得到得到VT VT 的基極電壓的基極電壓TAuu Bu當當時，時， 為高電

17、平為高電平; ;Bu為低電平。為低電平。 反之，反之，tuT圖12.16 uA與uB的波形圖uAOuAuTuBtOtoffton(a)(b)TTtqon 占空比占空比q0dddL0L0LtututuTttTononLu在穩態時一個周期內在穩態時一個周期內電感電壓電感電壓 的積分應的積分應為零，即為零，即ontOILUUu 在在期間，調整管期間，調整管VTVT飽和導通，飽和導通，offtOLUu在在期間調整管期間調整管VTVT截止，截止，。 0dddL0L0L tututuTttTonon若忽略調整管若忽略調整管VTVT的飽和壓降和二極管的飽和壓降和二極管VDVD的正向壓降的正向壓降 IonIO

18、qUTtUU 因此，積分得到因此，積分得到輸出電壓與占空比有關輸出電壓與占空比有關qOU可以通過改變占空比系數可以通過改變占空比系數，去調整輸出電壓，去調整輸出電壓的大小的大小 UFUOuAqUO當由于輸入電壓或負載的變化引起輸出電壓當由于輸入電壓或負載的變化引起輸出電壓OU發生波動時發生波動時 R1uBUREF+-UIRLVDCUOL+圖12.15 串聯開關型穩壓電路結構圖A1-+A2-+三角波發生器基準電壓R2uAuFiE+-比較放大uTVT使使OU基本保持不變，達到穩壓的目的。反之亦然?；颈３植蛔?，達到穩壓的目的。反之亦然。 例如：例如：1.1.三端集成穩壓器的型號及主要參數三端集成穩

19、壓器的型號及主要參數其常用的型號為：其常用的型號為： 固定輸出正電壓的集成穩壓器：固定輸出正電壓的集成穩壓器：W78XX系列。系列。固定輸出負電壓的集成穩壓器：固定輸出負電壓的集成穩壓器：W79XX系列。系列。電壓可調，輸出正電壓的集成穩壓器：電壓可調，輸出正電壓的集成穩壓器：W317、W117。電壓可調，輸出負電壓的集成穩壓器。電壓可調，輸出負電壓的集成穩壓器。W337、W137。 其中其中W78XX和和W79XX系列型號中的系列型號中的“XX”是代是代表輸出電壓值。每一種系列的穩壓器輸出電流又有：表輸出電壓值。每一種系列的穩壓器輸出電流又有： 1.5A( 78XX) 、0.5A(78MXX

20、) 及及0.1A（78LXX） 。W78XX系列外形及電路符號分別如圖系列外形及電路符號分別如圖12.17所示。所示。 2123（a）外形圖W78XX輸入端（b）電路符號1輸出端圖12.17 三端集成穩壓器電路符號分別如圖電路符號分別如圖12.1712.17所示。所示。 集成穩壓器主要參數有：集成穩壓器主要參數有： 輸出電壓輸出電壓UO：表示集成穩壓器可能輸出穩定電：表示集成穩壓器可能輸出穩定電壓的范圍。壓的范圍。 最小電壓差最小電壓差(UI-UO)min：為維持穩壓所需要的：為維持穩壓所需要的UI與與UO之差的最小值。之差的最小值。 容許輸入電壓的最大值容許輸入電壓的最大值UIM。 容許最大

21、輸出電流值容許最大輸出電流值IOM。 容許最大功耗容許最大功耗PCM。電壓調整率電壓調整率SJ： 輸出電阻輸出電阻RO。 IOOJUUUS 表示輸入電壓變化表示輸入電壓變化1V時，時，UO的相對變化率。的相對變化率。 2 2三端集成穩壓器的應用電路三端集成穩壓器的應用電路1) 1) 固定輸出電壓的穩壓電路固定輸出電壓的穩壓電路RLUIUOUI圖12.18 固定輸出電壓的穩壓電路UOC1+-+-123（b）W79XXC2+C1+-RL+-123（a）W78XXC2+減小輸入電壓的紋波，減小輸入電壓的紋波，抵消由于輸入引線較長抵消由于輸入引線較長而帶來的電感效應，而帶來的電感效應，防止產生自激振蕩

22、。防止產生自激振蕩。減小由于負載電流突變減小由于負載電流突變而引起的抖動雜波。而引起的抖動雜波。2C的作用的作用1C的作用：的作用：輸出正電壓：輸出正電壓：W78XXW78XX，圖（，圖（a a）輸出負電壓：輸出負電壓：W79XXW79XX，圖（，圖（b b）2) 2) 具有正、負兩路輸出的穩壓電路具有正、負兩路輸出的穩壓電路可同時選擇可同時選擇W78XX和和W79XX兩個穩壓器兩個穩壓器 W78XXUOUI1R1圖12.20 提高輸出電壓的接法+-+-+-UZ+-U23I1OZOOUUU OU1R 是是 兩端的電壓，兩端的電壓，也是穩壓器的標稱電壓，也是穩壓器的標稱電壓，ZU 是穩壓管的電壓

23、，根據所需輸出電壓是穩壓管的電壓，根據所需輸出電壓的大小，選擇合適的穩壓管來滿足要求的大小，選擇合適的穩壓管來滿足要求 當所需要輸出電壓高于集成穩壓器標稱的輸出電壓時當所需要輸出電壓高于集成穩壓器標稱的輸出電壓時 提高輸出電壓的穩壓電路提高輸出電壓的穩壓電路2.2.輸出電壓可調的穩壓電路輸出電壓可調的穩壓電路W78XX1圖12.21 輸出電壓可調的穩壓電路+-U23OR1+-UIRLCUOA-+R3+-RW+-OU當希望輸出的電壓可調時當希望輸出的電壓可調時 電壓調節范圍為電壓調節范圍為O11W2OmaxURRRRU OW11W2OmimURRRRRU3.輸出電流可擴展的穩壓電路輸出電流可擴展的穩壓電路R1UIRLUOR223W78XX1圖12.22 擴展輸出電流的穩壓電路C1+-VDIIIEIVDI1ICI2ILI3-當需要輸出電流比集成穩壓器輸出電流大時當需要輸出電流比集成穩壓器輸出電流大時 可采用外接功率晶體管來擴展電流可采用外接功率晶體管來擴展電流 在三極管發射結壓降與二極管正向壓降相等時，在三極管發射結壓降與二極管正向壓降相等時，有下式成立：有下式成立：2VD1ERIRI212E2C2L1IRRIIIII)( VD12E