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第 10 章 直流稳压电源. 目 录. 10.1 单相整流电路. 10.1.1 单相半波整流电路. 10.1.2 单相全波 整流. 10.1.3 桥式全波整流电路. 10.2 滤波电路. 10.2.1 电容滤波电路. 10.2.2 电感滤波电路. 10.2.3 其他滤波电路. 10.3 硅稳压管稳压电路. 10.3.1 硅稳压管电路及工作原理. 10.3.2 硅稳压管稳压电路的特点. 10.4 串联型稳压电路. 10.4.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理. 目 录. 10.4.2 输出电压的调节.

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  1. 第10章 直流稳压电源 目 录 10.1 单相整流电路 10.1.1 单相半波整流电路 10.1.2 单相全波整流 10.1.3 桥式全波整流电路 10.2滤波电路 10.2.1电容滤波电路 10.2.2 电感滤波电路 10.2.3 其他滤波电路 10.3硅稳压管稳压电路 10.3.1 硅稳压管电路及工作原理 10.3.2 硅稳压管稳压电路的特点 10.4串联型稳压电路 10.4.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理

  2. 目 录 10.4.2 输出电压的调节 10.4.3 分立元件组成的串联型稳压电路 10.4.4稳压电路的保护措施 10.4.5稳压电路的质量指标 10.5 三端集成稳压电源 10.5.1概述 10.5.2线性三端集成稳压器的分类 10.5.3应用电路 10.5.4 利用三端集成稳压器组成恒流源 10.6 开关直流稳压电源 10.7 DC-DC变换器 10.7.1 工作原理 10.7.2电路原理 10.7.3 典型应用

  3. 本章要点: 1.单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算。 • 2.具有放大环节的简单串联型稳压电源的工作原理和电压调整范围。 • 3. 集成三端稳压电路的使用方法。 • ４.开关电源的工作原理和使用方法。 ５. DC-DC变换器的使用方法及应用。 本章难点: 1.滤波电路的工作原理 。 2.开关稳压电源的工作原理。

  4. 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 u1 u2 u3 u4 uo 直流稳压电源的组成和功能 稳 压 电 路 整 流 电 路 滤 波 电 路 • 电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。 • 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 • 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,保持输出电压uo的稳定。

  5. 10.1 单相整流电路 u2 t  2 3 0 4 + + uL io – – uD 10.1.1单相半波整流电路 u2 >0 时: 二极管导通，uL=u2 二极管截止, uL=0 u2<0时:

  6. IL uL t 0  2 主要参数： （1）输出电压平均值UL： （2）输出电流平均值Io ： IL= UL /RL =0.45 u2/ RL

  7. IL uD t  2 0 URM 2 u URM= 2 （3）流过二极管的平均电流： ID= IL （4）二极管承受的最高反向电压：

  8. + + – – + + – – 10.1.2 单相全波整流 １.工作原理： 变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2 当u2正半周时， D1导通，D2截止。 当u2负半周时， D2导通，D1截止。

  9. u2 t  2 3 0 4 uL uD1 uD2 全波整流电压波形

  10. IL uL t  0 2 2.主要参数 （1）输出电压平均值UL： （2）输出电流平均值IL ： IL= UL /RL =0.9 u2/ RL

  11. uD t  0 2 （3）流过二极管的平均电流： ID= IL/2 （4）二极管承受的最高反向电压：

  12. 10.3 单相整流电路 + u2 – uL （1）组成：由四个二极管组成桥路 （2）工作原理： u2正半周时: D1、D3导通， D2、D4截止

  13. - + u2 uL u2负半周时： D2、D4导通， D1、D3截止

  14. 二极管承受的最大反向电压： u2 2 u URM= 2 uL （3）主要参数： 输出电压平均值：UL=0.9u2 输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2/ RL 流过二极管的平均电流：ID=IL/2

  15. uL t  0 2 基波峰值 基波 输出电压平均值 脉动系数Ｓ1: 用傅氏级数对桥式整流的输出 uL分解后可得:

  16. +  –  – + ~+~-  u2 uL 集成硅整流桥：

  17. 滤波 整流 RL C L RL 10.2 滤波电路 交流 电压 脉动 直流电压 直流 电压 滤波电路的结构特点:电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。

  18. a D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C RL D2 b 10.2.1 电容滤波电路 1. 工作原理 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。

  19. a D4 u1 u1 S u2 u2 uo D1 t1 uo D3 设t1时刻接通电源 C RL t t D2 b 整流电路为电容充电 RL未接入时(忽略整流电路内阻) 没有电容时的输出波形 uc 充电结束

  20. u2 t a D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C uo RL D2 b t RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) 加入滤波电容 时的波形 无滤波电容 时的波形

  21. uo t u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数= RL C u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2

  22. a D4 u1 u1 S u2 u2 uo D1 uo D3 C RL t t D2 b 只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。 二极管中的电流

  23. u2 a t D4 uo u1 u1 S u2 D1 uo D3 C t RL D2 b RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻) 电容充电时，电容电压滞后于u2。 RLC越小，输出电压越低。

  24. = ³ - ) 一般取 R C ( 5 10 T τ (T: 电源电压的周期) L 2. 电容滤波电路的特点 (a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关 RLC 愈大 电容器放电愈慢  Uo(平均值)愈大 近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL (b) 流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大  Uo越高负载电流的平均值越大 ;整流管导电时间越短  iD的峰值电流越大 (c) 二极管承受的最高反向电压

  25. 3.输出特性 输出特性是用来表示电路输出电压和输出电流之间的关系曲线，它是一种外电路特性。

  26. =10(V) 【例10-2】某电子设备要求直流电压 Uo=12V，直流电流 Io=60mA，电源用的是工频市电220V，50Hz，采用单相桥式整流电容滤波电路，试选择电路中的元件。 解(1) 电源变压器参数的计算 取UI=1.2Uo，则 变压器的变压比为 流过变压器次级线圈的电流有效值为 II=2Io=60×2=120(mA)

  27. (2)整流二极管的选择 流过二极管的平均电流为 二极管承受的反向最大电压为 (3)选择滤波电容 取RLC=2T，得电容容量为 根据上面计算所得和参数，查表就可选择合适的电路元件。

  28. 10.2.2 电感滤波电路 电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L。 对直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上 对谐波分量:f越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 输出电压平均值: UL=0.9U2

  29. LC滤波电路 RCπ型滤波电路 10.2.3其它滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。

  30. 滤波 稳压 整流 交流 电压 脉动 直流电压 有波纹的 直流电压 直流 电压 10.3 硅稳压管稳压电路 稳压电路的作用:

  31. 常用稳压电路 (小功率设备) 开关型 稳压管 线性 稳压电路 稳压电路 稳压电路 稳压电源类型: 效率较高，目前用的也比较多。 电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。 以下主要讨论线性稳压电路。

  32. 10.3.1硅稳压管电路及工作原理 1. 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。

  33. Ui Uo UZ Uo UR I IZ 稳压原理： 由图知： (1) 当输入电压变化时

  34. IL Uo UR IZ IR Uo (2)当负载电流变化时 稳压过程：

  35. 2.电路参数计算 (1)稳压管型号的确定 一般选用稳压管型号要看 UZ，IZM和rZ。一般选取 rZ<Ro, Ro为所要求的输出电阻 (2)输入电压UI的确定 一般选取

  36. (3)稳压电阻的计算 稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。 稳压电阻R的作用: 将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。 显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的UR变化，就可达到足够的稳压效果。 但R 的数值越大，就需要较大的输入电压UI值，损耗就要加大。

  37. UR Uo ︳ Ui 稳压电阻的计算如下 (1)当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即 (2)当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即

  38. 【例10-3】为了保护稳压管，经常在图10-11所示电路中加一限流电阻。假设稳压电路的输入电压为15V，稳压管的输出电压为12V，稳压管的安全工作电流范围为5～50mA，负载电流为400Ω，求限流电阻的取值范围。 解 依题意可知流过负载电阻的电流为 因此流过限流电阻的总电流变化范围为 而限流电阻两端的电压为3V，便可求得R的范围为

  39. 10.3.2 硅稳压管稳压电路的特点 这种稳压电路的输出电压是不能调节的，负载电流变化范围较小，输出电阻较大，约几个欧姆到几10欧姆，因此稳压性能较差。但其电路结构简单，负载短路时，稳压管不会损坏。因此仅适用于Uo固定和要求不高的场合。

  40. 10.4 串联型稳压电源 10.4.1 串联型稳压电路的组成和稳压原理 改进： （1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器 稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调 UO=UZ-0.7V

  41. 改进： （2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数 UO=AUFUZ-0.7V 为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。

  42. 1.组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。

  43. Ui Uo Uo1 Uf Uo UCE 2.工作原理 实质：电压负反馈 （1）输入电压变化时

  44. IL Uo UCE Uf Uo1 Uo （2）负载电流变化时

  45. 10.4.2 输出电压的调节 用负反馈的理论计算： 可见，调节R1或R2可以改变输出电压。

  46. 10.4.3 分立元件组成的串联式稳压电路

  47. Uo UB3 Uo UBE3=（UB3-UZ） UC3 （UB2 ） 稳压原理 当 Ui增加或输出电流减小使 Uo升高时

  48. 因为： 所以： (3) 输出电压的调节范围

  49. 将参数代入，可求出输出电压的调节范围。

  50. 10.4串联型稳压电源 10.4.4稳压电路的保护措施 1．限流型保护电路 限流型保护电路是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，使输出电流得以限制。 　 当Io 较小时在RS上产生的压降不能使TS导通,TS不起作用 当Io>IOM(负载短路)时在 RS上产生的压降足以使TS导通,TS对IA分流，从而使IB，Io减小，保护了调整管T。

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