讲义第7章直流稳压电源概要

第7章 直流稳压电源现实生活当中，需要直流电源的地方很多：（1）小型直流电动机，电子设备中 （小功率）（2）电解，电镀，电机车，直流电动机 （大功率）为了得到直流电，目前广泛采用由交流电变为直流电的各种半导体直流电源。

图7-1给出了一般半导体直流电源的原理框图。

直流电源的功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压。

（1）整流变压器：将220/50V HZ 的交流电变换为低压交流电。

（2）整流电路：利用二极管的单向导电性，将正弦电压转换成单向脉动直流电压。

（3）滤波电路：滤掉单向脉动直流电压中的交流分量，保留直流分量，减小脉动，使电压平滑。

（4）稳压电路：使输出的直流电压稳定，不受负载和电网电压影响7.1 单相桥式整流电路1、电路组成 （如图7-2所示）整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压变换为直流电的电子电路。

小功率的整流使用较多的是单相桥式整流电路。

它由单相电源变压器T ，四只整流二极管14VD VD 和负载电阻L R 组成。

四只整流二极管接成电桥形式，因此称作单相桥式整流电路。

2、工作原理与波形分析前提：假设电源变压器和二极管都是理想器件。

分析时忽略变压器绕组阻抗上的电压降、二极管的正向电压降和反向饱和电流。

把二极管当作理想元件：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

分析：设电源变压器二次电压为：222sin u U t ω=（桥式电路的输入电压）（1）0t ωπ=，即2u 的正半周时，a b V V ，二极管1VD 、3VD 正向电压导通，二极管2VD 、4VD 承受反向电压截止。

则电流i 的通路为：13L a VD R VD b a →→→→→在0π区间，负载电阻L R 上得到一个近似对于2u 的正半波电压，如图7-3（b ）所示（2）2t ωππ=，即2u 的负半周时，a b V V ，二极管2VD 、4VD 正向电压导通，二极管1VD 、3VD 承受反向电压截止。

则电流i 的通路为：24L b VD R VD a b →→→→→在2ππ区间，负载电阻L R 上得到一个近似对于2u 的正半波电压，如图7-3（b ）所示。

结论：当电源电压2u 变化一周时，在负载电阻L R 上得到的电压o u 和电流o i 是单方向全部正脉动波形。

3、定量计算（1）负载电阻L R 上的电压平均值及电流平均值22200211()2sin ()20.9o o U U u d t U td t U ππωωωπππ===⨯=⎰⎰ ；20.9o o L LU U I R R == （2）变压器二次电压有效值：2 1.110.9o o U U U == 变压器二次电流有效值：22 1.11 1.11o o L LU U I I R R === （3）整流二极管的额定值 （选取整流二极管的依据） 二极管的正向电流额定值：210.452DF o LU I I R == 二极管承受的最高反向电压：22DRM U U =（4）输出电压的脉动程度脉动系数S ：最低次谐波分量的幅值与直流分量的比值称作脉动系数。

o u 的傅里叶级数展开式为：2244(2cos 2cos 4)315o U u t t ωωπ=---，则脉动系数S 为：224230.670.9U S U π=≈ 脉动系数越小，脉动程度也越小。

常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；桥式有单相和三相整流等。

（书上129页，例题7-1、7-2）7.2 滤波电路交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。

这种电压用来作电镀、蓄电池充电的电源是允许的，但作为电子设备的电源，将产生不良影响，使之不能正常工作。

在整流电路之后，必须加接滤波电路，尽量减小输出电压中的交流分量，留下直流分量，使之接近于理想的直流电压。

滤波电路：将电容与负载L R 并联或者将电感与负载L R 串联)。

7.2.1 电容滤波电路1、电路连接方式 （如图7-5所示）结构：在单相桥式整流电路的输出端和负载L R 之间并联电容C 构成。

2、滤波过程（1）滤波原理：滤波电路利用储能元件电容C 两端的电压不能突变的特性, 滤掉整流电路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。

（2）滤波过程① 2u 从零上升到最大值，二极管导通1VD 、3VD 正向电压导通，二极管2VD 、4VD 承受反向电压截止。

电源在给负载L R 供电的同时也给电容C 充电，C u 增加，o C u u = 。

② 2u 从最大值开始下降，2C u u 时o C u u =；当2C u u 时所有二极管截止，电容C 通过负载L R 放电，C u 按指数规律下降，o C u u =。

（电路波形如图7-6所示）3、电容滤波电路的特点（1）输出电压的脉动程度与平均值o U 与放电时间常数L R C 有关。

L R C 越大→电容器放电越慢→输出电压的平均值o U 越大，波形越平滑（2）外特性曲线 （如图7-7所示）采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。

因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。

（3）流过二极管的瞬时电流很大L R C 越大→o U 越高，o I 越大→二极管导通时间越短→二极管的峰值电流越大→产生冲击电流，容易损坏二极管二极管上有冲击电流，选管时应留有足够的余量。

4、输出平均电压的计算单相半波时：2o U U = ； 单相全波时：21.2o U U = 为了得到比较平直的输出电压，一般取L (35)2T τR C =≥- （T —电源电压的周期）（书上133页，例题7-3）7.2.2 电感滤波电路1、电路结构 （如图7-8所示）电感滤波电路：在整流电路的输出端和负载L R 之间串联电感L 构成。

2、滤波原理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的变化，使负载电流和电压的脉动减小。

对直流分量: 感抗0L X =，电感L 相当于短路，电压大部分降在负载L R 上。

对交流分量：频率f 越高，感抗L X 越大,电压大部分降在电感L 上。

因此，在负载上得到比较平滑的直流电压。

LC 滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。

7.3 硅稳压二极管稳压电路整流滤波后输出电压o U 是不稳定的电压，它随交流电网电压的波动和负载电流的大小而变化。

（1）交流电网电压本身就是不稳定的，允许有10±％波动；（2）整流器本身有内阻，负载L R 变动→o U 变（3）温度变→整流滤波器参数变→o U 变整流滤波后输出电压o U 不能直接供给放大电路、精密测量仪器、计算机的电源时，会带来很大的误差，甚至不能工作，因此需要进行稳压。

稳压：是指在电网波动、负载L R 变化和温度变化时都能保持输出的直流电压恒定。

硅稳压二极管稳压电路是最简单的稳压电路，利用稳压二极管反向可逆击穿具有稳压特性来进行稳压。

（稳压特性：稳压二极管进入稳压区后，在min max Z Z I I 电流变化范围内，稳定电压Z U 的变化值Z U ∆很小。

）1、稳压二极管稳压电路的组成 （如图7-14所示）在电容滤波后，由限流电阻R 和稳压管VS 组成稳压电路。

负载L R 和稳压管VS 是并联，所以也叫并联型稳压电源。

原则：VS 必须始终在击穿状态，且Z I 在minmax Z Z I I 上下范围之内。

这样L U 始终为Z U 稳定不变。

2、稳压过程负载L R 和稳压管VS 是并联，对于限流电阻R 则有：R Z L I I I =+；R O L U U U =-（1）假定负载电阻L R 一定（即L I 一定） 2()O L Z R R L L O R L U U U I I U U U U U U ↑→↑→↑→↑→↑→↑→↓=-→稳定 （负反馈过程）（2）假定交流电源电压2U 不变()()L L R R L L O R Z R R L L O R L R I I U U U U U I I U U U U U U ↓→↑→↑→↑→↓=-→↓→↓→↓→↑=-→稳定3、选取稳压二极管和限流电阻（1）选取稳压二极管选取原则：maxmax (1.53)Z L Z L U U I I =⎧⎨=⎩ （2）滤波后电压选取：(23)O L U U = （3）限流电阻R 的选取限流电阻R ：max min max min min maxO LO L Z L Z L U U U U R I I I I --++ max O U —整流滤波后输出电压最大值；min O U —整流滤波后输出电压最小值限流电阻R 的额定功率：2max ()(23)O L R U U P R-= （书上138页，例题7-4）7.4 集成稳压电路7.4.1 串联型稳压电路1、简单的串联型稳压电路当电网电压波动引起o u 减小，或负载电阻L R 减小时，输出电压L U 将随之 减小（即E U 降低）；稳压管两端电压基本不变（即B U 不变）；故晶体管的 BE B E U U U =-增大，导致B I （E I ）增大，从而使L U 增大。

因此可以保 持L U 基本不变。

反之亦然。

缺点：（1）直接用L U 的变化去调节调整管，稳压效果不理想；（2）L U 不能连续可调。

2、具有放大环节的串联型稳压电路（1）电路组成① 取样电路：它是由1R 、2R 、和电位器RP 组成的分压取 样电路，它将输出电压的部分F U 取出，并到比较放大电路 的输入端。

取样电压为2212P F B L pR R U U U R R R ''+==++ ② 基准电压：它是由稳压管VS 和限流电阻3R 构成的电路中 获得，即取稳压管的电压Z U ，它是一个稳定性较高的直流电压，作为调整、比较的标准。

③ 比较放大电路：由三极管2V 和电阻4R 构成，它将取样电压F U 和基准电压Z U 比较产生的差值电压放大后去控制调整管1V 的压降1CE U 。

④ 调整环节：它由工作在线性区的功率管1V 组成，它的基极电流受比较放大电路输出信号控制。

只要控制调整管1V 的基极电流1B I ，就可以改变集电极电流1C I 和集一射极电压1CE U ，从而调整输出电压L U 的大小。

⑤ 保护电路：电阻R 和二极管VD 构成限流型过电流保护电路。

（2）稳压原理反映输出电压L U 变化的取样信号F U 与基准电压Z U 比较，产生差值电压经三极管放大后，控制调整管1V 的集一射极电压1CE U ，从而抑制L U 的变化。

稳压实质：通过负反馈使输出电压稳定。

（3）输出电压的确定和调节范围① 输出电压：2122122222()P p B L p Z L BE P Z B BE R R U U R R R R R R U U U R R U U U ''+⎫=++⎪++⇒=+⎬''+⎪=+⎭ ② 调节RP 可改变L U 达到调压的目的1）当电位器RP 的滑点向下滑动到下端，即0P R ''=时：12max 22()p Z L BE R R R U U U R ++=+ 2）当电位器RP 的滑点向上滑动到上端，即PRP R R ''=时：12min 22()p Z L BE p R R R U U U R R ++=++。