模电-直流稳压电源

电子技术基础 A（模拟部分）,10：直流稳压 电源,内容提要,10.1.1. 单相整流电路,10.1.2. 滤波电路,10.1.3. 倍压整流电路*,10.1.1 单相整流电路,1. 概述,小功率直流稳压电源的组成,功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压,10.1.1 单相整流电路,1. 概述,整流电路的作用：将交流电压转变为脉动直流电压,常见整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。,分析方法：把二极管当作理想元件处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,整流原理：利用二极管的单向导电性,10.1.1 单相整流电路,2. 工作原理,v2 正半周：D1、D3 导通，D2、D4 截止。,v2 负半周：D2、D4 导通，D1、D3 截止。,10.1.1 单相整流电路,3. 主要参数计算,整流平均电压 VO,220VAC,整流平均电流 IO,10.1.1 单相整流电路,4. 整流元件参数,二极管平均电流：,220VAC,二极管最大反向电压：,此二值是选择整流二极管的主要依据，一般应有 10% 余量。,10.1.1 单相整流电路,思考题：,桥式整流电路如图。 试分析： (1) D2 或 D4断开时负载电压波形。 (2)若 D2 或 D4 接反了，后果如何？ (3)若 D2 或 D4 因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,10.1.1 单相整流电路,思考题：,桥式整流电路如图。,(1) D2 或 D4断开，负载电压波形如图。,解：,10.1.1 单相整流电路,思考题：,桥式整流电路如图。解： (1) D2 或 D4断开，负载电压波形如图。,220VAC,(2)若 D2 或 D4 接反，后果是：,正半周，D1D2或 D3D4导通，电流经 D1D2或 D3D4造成电源短路，电流很大 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！,10.1.1 单相整流电路,思考题：,桥式整流电路如图。解： (1) D2 或 D4断开，负载电压波形如图。,220VAC,(2)若 D2 或 D4 接反，后果是：,(3)若 D2 或 D4 因击穿或烧坏而短路，后果是：,正半周，情况同(2) 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！,正半周，D1D2或 D3D4导通，电流经 D1D2或 D3D4造成电源短路，电流很大 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！,10.1.2 滤波电路,1. 概述,交流电压经整流后的输出是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。,滤波原理：滤波电路利用储能元件L或/和C构成低通滤波电路（实质上是根据C两端的电压或L中的电流不能突变或储能特性）, 滤掉（抑制）整流输出电压中的交流成份，保留其直流成份，平滑输出电压波形。,滤波目的：滤掉整流输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,10.1.2 滤波电路,1. 概述,常用滤波器结构：C型、LC型(倒L)、CRC型(P),10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,(a) v2 vC : 桥堆导通，电源同时给负载 RL和 C 供充电，vC= vO= v2,工作原理,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,(a) v2 vC : 桥堆导通，电源同时给负载 RL和 C 供充电，vC= vO= v2,工作原理,(b) v2 vC : 桥堆截止，C 对负载 RL 供放电，vC vO指数,If RL=，放电iO= 0, vC将被充至v2峰值!,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,(a) v2 vC : 桥堆导通，电源同时给负载 RL和 C供充电，vC= vO= v2,(b) v2 vC : 桥堆截止，C 对负载 RL 供放电，vC vO指数,工作原理,D承受最高反压为*：,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,电路特点,(a) vO的均值及其脉动度与 放电时间常数t =RLC 有关,t 越大 C 放电越慢 输出均压VO 越大，波形越平滑,为了得到比较平直的输出电压,T ：电源电压的周期,近似估算取： VO = 1. 2 V2 / 1. 0 V2 （全波/半波）,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,电路特点,(a) vO的均值及其脉动度与 放电时间常数t =RLC 有关,(b) 外特性曲线：,C滤波器的输出电压受负载影响较大，即带负载能力较差。故适合于要求输出电压较高、负载电流或负载变化较小的场合,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,电路特点,(a) vO的均值及其脉动度与 放电时间常数t =RLC 有关,(b) 外特性曲线：,(c) D导通角小，流峰值大：,t 越大VO 越高，IO 越大 整流 D 导通时间越短 iD 峰值电流越大。,选管时一般取： IOM = 2 ID,例题：整流滤波电路 如图，已知电源频率 f =50Hz，负载 RL = 200，要求直流 输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选择整流二极管及；(3) 滤波电容器。,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,220VAC,解：(1) 取VO= 1.2V2， 则变压器副边电压的有效值：,例题：整流滤波电路 如图，已知电源频率 f =50Hz，负载 RL = 200，要求直流 输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选择整流二极管及；(3) 滤波电容器。,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,220VAC,解：(2) 选取二极管：,选二极管2CP11,IOM =100mA VDRM= 50V,例题：整流滤波电路 如图，已知电源频率 f =50Hz，负载 RL = 200，要求直流 输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选择整流二极管及；(3) 滤波电容器。,10.1.2 滤波电路,2. 电容滤波器,220VAC,解：(3) 选取滤波电容：,选250/50V的电解电容器,10.1.2 滤波电路,3. 电感滤波器,当流过电感的电流发生 变化时，线圈中产生自感电势阻碍 电流变化，从而有效抑制负载电流和电压的脉动。,工作原理,滤波视角：直流分量(XL= 0，L短路)只施于RL；谐波分量(XL = jwLRL)大部施于L 较平滑直流电压vO。,储能视角：工作时L有储能，供电电压v2，L 储能对RL补电；v2，电源对L和 RL供电 连续、平稳和稳定vO。,L 越大越好！,10.1.2 滤波电路,3. 电感滤波器,(a) vO的均值及其脉动度 与放电时间常数t = L/RL有关,电路特点,220VAC,(b) D导通角大，纹波可进一步减少，接负载能力强：,(c) 电感体积大而笨重，因而适合于电流较大、要求输 出电压脉动较小的场合，或更合适于高频电源滤波,(d) 更进一步的改进：LC滤波器,例题：交直流收扩两用机电源,10.1.2 滤波电路,3. 电感滤波器,例题：交直流收扩两用机电源,10.1.2 滤波电路,3. 电感滤波器,220VAC,24VDC,10.2.1 稳压电源的质量指标,10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理,10.2.3 三端集成稳压器,10.2.4 三端集成稳压器的应用,10.2.0 概述,稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压值基本上与电网电压、负载及环境温度变化无关。理想稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。,10.2.1 稳压电源的质量指标,1. 输入调整因数（电压调整率）：,: 反映输入电压波动对输出电压的影响,: 电压调整率,: 稳压系数,反映负载电流和环温不变时，电网电压波动对稳压电路的影响,10.2.1 稳压电源的质量指标,2. 输出电阻：,: 反映电流 Io 变化对 Vo 的影响,: 电流调整率： Io 从0Max时， Vo 的相对变化率,反映输入电压、环温不变，输出电流变时输出电压保持稳定的能力，即稳压器带负载能力。,10.2.1 稳压电源的质量指标,3. 温度系数,4. 纹波抑制比,10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理,1. 电路组成,四部分：基准电压、比较放大、取样电路和调整元件,10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理,2. 稳压原理,由运放可知：,当 Vi 或 RL 变化时，输出电压Vo，稳压过程如下：,10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理,3. Vo 及其调节范围,设运放处于线性工作状态和深度负反馈状态，此时运放的两输入端的电压近似相等，因此有：,10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理,4. T 管的极限参数,调整管的电流、电压、功率受管子的极限参数制约：,实际使用时应考虑必要的余量！,10.2.3 三端集成稳压器,0. 概述,单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。,（1. 25 37V 连续可调）,三端 稳压器,分类,10.2.3 三端集成稳压器,0. 概述,外形,TO92,外观与三极管无异！,10.2.3 三端集成稳压器,0. 概述,性能,输出电压额定值系列有: 5V、6V、9V、12V 、15V、18V、24V等。,（7800、7900系列）, 输出电流超过 1. 5 A（加散热器）, 不需要外接元件, 调整管设有安全工作区保护, 内部有过热保护、过流保护, 输出电压容差为 4%,10.2.3 三端集成稳压器,0. 概述,参数,（7800、7900系列）, 电压调整率Sv(稳压系数), 电流调整率SI,反映负载电流和环温不变时，电网电压波动对稳压电路的影响,0.0050.02%,0.11.0%,反映输入电压、环温不变，输出电流变时输出电压保持稳定的能力，即稳压器带负载能力。,10.2.3 三端集成稳压器,0. 概述,参数, 电压调整率Sv(稳压系数), 电流调整率SI, 最大输出电流 IOM, 输出电压 Vo, 最小输入输出电压差 min(Vi -Vo ), 最大输入电压 ViM, 最大功耗 PM：,10.2.3 三端集成稳压器,1. 固定输出三端稳压器,78LXX型三端稳压器,差放,缓冲,取 样,调整管,控制 电流,热保护,过流保护,10.2.3 三端集成稳压器,2. 可调输出三端稳压器,LM317,10.2.4 三端集成稳压器的应用,1. 单路固定电压,输入与输出间的压差需3V！,改善波形：抵消输入引线电感效应，防止自激。,改善瞬态响应：负载电流瞬增减时，防止输出电压较大波动。,10.2.4 三端集成稳压器的应用,2. 双路 (±) 固定电压,10.2.4 三端集成稳压器的应用,3. 提高输出电压和电流,IO较小VR较小，T截止 ，IC= 0；IO IOMVR 较大，T导通 ，IO= IOM+ IC。,RVBE/IOM,10.2.4 三端集成稳压器的应用,4. 三端可调输出IC稳压器的应用,流过调整端 “1” 的电流 100 µA，在要求不高的场合它在R2上的压降可忽略。,实际 2、1 两端内含基准电压 1.25V，故