直流稳压电源的原理与设计

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比较大,
放电慢.
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C D2
S
uo RL
b
RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻) u2 电容充电时， 电容电压滞后 于u2。 uo RLC越小，输 出电压越低。
t
t
(2)电容滤波电路的特点
直流稳压电源的原理与设计
直流电源的组成及各部分的作用
电源变压器：把220V电网电压降至所需电压。
整流电路：把交流电压转换成脉动的直流电压。 滤波电路：减小脉动使输出电压平滑。 稳压电路：在电网电压波动或负载电流变化时保持输 电压基本不变。 出
整流与滤波电路-----半波整流
纯电阻负载半波整流电压波形
VI 0 T 0
直流稳压电源的设计方法
直流稳压电源的设计的依据是技术指标 设计的内容包括： 电路结构选择、参数计算、器件选择、具体电路 设计步骤包括： 根据市场、技术潮流、主要指标选择电源类型和电路结构 根据电压关系计算各部分的电压 根据电流关系计算各部分的电流 根据功率关系计算各部分的功率 根据电压、电流、功率选择器件 设计结果包括： 具体电路图，设计到电路、器件型号、管脚
半波整 流电路 桥式整 流电路 全波整 流电路
I O ( AV )
0.45U 2 RL
S
I D ( AV )
U R max 2
0.45U 2
1.57
0.45U 2 RL
2U2
0.9U 2
0.9U 2 RL 0.9U 2 RL
0.67
0.45U 2 RL
0.45U 2 RL
2U2
0.9U 2
0.67
2 2U 2
在实际电路中，可变电阻 R 是用一个三极管来 替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的 管压降VCE，VCE相当于VR。
串联型稳压电源的构成： 调整管、放大环节、比较环节、基准电压源
串联型稳压电路方框图
2.工作原理
实质：电压负反馈
iC /mA
Q` Q
vCE/V
1．输入电压变化时
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
(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
一般取τ RL C (5 10) T (T:电源电压的周期)
近似估算: Uo=1.2U2 (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 ; Io= Uo/RL
二、滤波电路
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
直流 电压
滤波电路的结构特点: L
C RL RL
L
RL
1. 电容滤波电路
u1
u1 u2 D4 D1 S C uo RL
D3 b
u2
D2
t
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。
uo
二极管中的电流
t
uo
t
当u2上升到 大于电容上的电压uc， u2对电容充电，充电时间常数 = rd C很小,每次都能充满 u 2 o= uc U2 当u2下降到 小于电容上的电压时。
U DRM 2U2
整流与滤波电路-----全波整流 u
2
单相全波整流电压波形 D1 T a
+
0

2
3
t 4
u1
u2 –
u2 b
+ –
io uo D2
RL+
uo
uD1
0 ~ ：
uD2
uD2 = 2u2
单相全波整流主要参数
T
a
u2 u2 b
D1
uo
RL
u1
io
uo D2
t 0 2
UI _
UZ
RW2 UB2 R 2
RL
UO
_
RW 2 R2 因为：UZ UBE 2 UO R1 R2 RW R1 R2 RW UBE 2 R1 R2 RW UZ UZ 所以：UO RW 2 R2 RW 2 R2
忽略UBE2
例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求 输出电压的调节范围。
0

2U 2 sin td t
2U 2

0.45U 2
I 0 U0 / RL 0.45U 2 / RL
I2 1 I 2m sin t 2 d t I 2m I 0 1.57I 0 2 0 2 2
二极管电流 反向电压
I D I2
I D0 I 0
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VR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VI值，损耗就要 加大。
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
桥式整流电路波形
T
u1
D3
D1
uo
RL
u2
D4 D2
uo
t 0 2
正半周D1、D4 导通， D2 、D3截止 负半周D2、D3 导通， D1 、D4截止
桥式整流电路参数
T
u1
D3
D1
uo
RL
u2
D4 D2
uo
t 0
2
U0
0
1

u0d (t )
0
1

2U 2 sin td (t )
电路结构的选择
稳压类型: 线性串联直流稳压电源和开关式稳压电源; 稳压器件: 三端稳压器,晶体管稳压,其他集成稳压器; 滤波电路: 电容滤波,电感滤波,电感电容滤波; 整流电路: 桥式整流,全波整流,半波整流; 工频变压器降压. 得到如下电路:
D1
1N4007
D3
1N4007 1
U1
Vin
1N4007
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。
一. 硅稳压二极管稳压电路
1. 稳压原理
利用稳压二极管的 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。
硅稳压二极管稳压电路
(1)
当输入电压变化时如何稳压
IR = IL + IZ
2. 可调式应用举例
四. 稳压电路的主要性能指标
输出电压变化量 稳压系数 输出电阻 温度系数
VO K V VI Ro I O ST T
VO / VO VI / VI
I O 0 T 0
VO Ro I O VO ST T
VI 0 T 0
10.3 三端集成稳压 器
启动电路
R4 T4 T5
一. 输出电压固定的三端集成稳压器
（正电压 78 、负电压 79 ）
恒流源
减流保护
DZ3 DZ4 T10 R9 R14 T12 R15 IO R10
调整电路
VI 1
T1
T11
T2 R3
T3
T9
R11 2 R12 VO
T14 R2 DZ1 DZ2 R1 D2 R5 VREF
U0
0
1

u0d (t )
0
1

2U 2 sin td (t )
2 2U 2

0.9U 2
I0 U0 / RL 0.9U2 / RL
I D0 1 I 0 I D I 2 1.57I D0 2 U DRM 2 2U2
整流与滤波电路-----桥式整流
Rm ax
VIm in VZ = I Zm in I Lm ax
(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
Rm in
VIm ax VZ = I Zm ax I Lm in
Rmin < R Rmax
+ R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+
UI _
RW2 UB2 R 2
UO _
R1 R 2 RW 4.7 4.7 4.7 UOmin UZ 4.7 4=6V 4.7 RW R 2 R1 R 2 RW 4.7 4.7 4.7 UOmax UZ 4=12V 4.7 R2
u2
0
2 3
T u1
uD D a u2 RL
t 4
uo uo uD
b
二极管导通
u2 >0
二极管截止
u2<0
uo=u2
uo=0
纯电阻负载半波整流参数
uD Ta
u1 u2 D
uo
t
io RL
uo
0

2
b 直流电压 直流电流 有效值电流
U0
1 2
0
2
u0d t
1 2
根据电路图可知 VO = VZ = VI VR VI I R R
输入电压VI 的增加， 必 然 引 起 VO 的 增 加 ， 即 VZ增加，从而使IZ增加， IR增加，使VR增加，从而 使输出电压VO减小。这一 稳压过程可概括如下：