第1章功率電子線路1.5整流與穩壓電路1.5.1整流電路1.5.2串聯型穩壓器

1.5.3開關型穩壓器

整流電路的功能是將電力網提供的交流電壓變換為直流電壓。穩壓電路具有調節功能，將整流電路輸出的不穩定直流電壓轉換為穩定的直流電壓。1.5.1整流電路

整流電路有半波、全波、橋式三種基本形式。

一、半波整流電路

半波整流電路如圖1–5–1(a)所示。在圖1–5–1(a)中，Tr—

電源變壓器；D—

整流二極管；RL

—

負載電阻；CL—濾波電容。設

v2=V2msin

t忽略二極管的導通電壓，并設導通電阻為RD。

v2>vo二極管導通，電容充電。

v2<vo

二極管截止，電容放電。

動態平衡后，二極管電流iD=iO

是一串窄脈沖序列。

如圖1–5–2(a)所示，CL一定時，RL越小，紋波越大。

如圖1–5–2(b)所示，RL一定時，CL越大，紋波越小。參見圖1–5–1(b)和圖1–5–1(c)，經過RLCL的濾波，輸出電壓是直流電壓VO和一個鋸齒狀波動電壓的疊加。波動電壓稱為紋波電壓。直流電壓VO及紋波電壓的大小與RL

和CL的數值有關。二、全波和橋式整流電路1．全波整流電路全波整流電路如圖1–5–4(a)所示。

當v2>vO時，二極管導通，所以在v2

的正負半周D1

和D2

輪流導通。

穩態波形如圖1–5–4(b)所示。O由于電流脈沖的頻率比半波整流提高一倍，輸出的直流電流IO和輸出電壓VO比半波整流電路大，RL和CL的濾波作用提高，紋波電壓比半波整流電路小。2．橋式整流電路圖1–5–5橋式整流電路及其電壓和電流波形

如圖1–5–5(a)所示，v2正峰值附近D1、D3導通，D2、D4截止。

v2

負峰值附近D2、D4

導通，D1、D3

截止。

圖1-5-5橋式整流電路及其電壓和電流波形

IO與VO與全波整流電路相同，但截止時的反向電壓由兩只二極管共同承擔。電壓和電流的波形如圖1–5–5(d)、(e)、(f)所示。

三、三種整流電路的性能1．半波整流電路優點：元件少，電路簡單。缺點：VO小，紋波大。

2．全波整流電路優點：VO大，紋波小。缺點：二極管承受的反向電壓高。

3．橋式整流電路

優點：VO

大，紋波小，輸出功率相同時，變壓器的伏安容量比全波整流小。

缺點：二極管數量多。四、倍壓整流電路倍壓整流電路如圖1–5–9所示。適用于VO

大，IO

小的場合。

動態平衡后，v2

正峰值附近D1

導通，向CL1

充電，充電電壓vO1，v2

負峰值附近D2

導通，向CL2

充電，充電電壓vO2。負載RL

上的電壓為半波整流電路的兩倍。

同樣原理可以構成多次倍壓電路。1.5.2串聯型穩壓器一、工作原理1．組成串聯型穩壓器的組成如圖1-5-12(a)所示。圖1-5-12(a)串聯穩壓電路的組成方框圖

串聯型穩壓器組成：調整管、取樣電路、基準電壓源和比較放大器。

調整管——功率管或復合管與負載串聯。

比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運放等。

串聯型穩壓器組成：調整管、取樣電路、基準電壓源和比較放大器。調整管——功率管或復合管與負載串聯。比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運放等。圖1-5-12(a)串聯穩壓電路的組成方框圖

基準電壓源——溫度系數很小的電壓源電路。

比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運放等。串聯型穩壓器的工作原理如圖1–5–12(b)所示。T5—調整管，工作在放大區。

VB5

VCE5

。

R1、R2取樣電路。取樣電壓

基準電壓VREF

由T1、T2

組成的差分放大器作為比較放大器，T3、T4

為有源負載。

當VS=VREF

VO=VI-VCE5=VREF/n

若VI

或RL

變化使VO

增加VO

VS

(VREF

不變)

VC2=VB5

VCES

VO

。

反之亦然。

二、穩壓性能1．穩壓系數SV

輸入電壓變化

VI

時，輸出電壓的相對變化量稱為穩壓系數

2．負載調整率

SI

輸入電壓VI不變，輸出電流變化時，輸出電壓的相對變化量稱為負載調整率

1．穩壓系數SV

2．負載調整率

SI

3．輸出電阻Ro

將穩壓源等效為一個電壓源時的內阻。除以上參數外，還有紋波抑制比Srip和輸出電壓溫度系數ST等。三、集成串聯穩壓電源

1．基準電壓源電路

穩壓二極管構成的基準電壓源電路如圖1–5–13(a)所示。設T管的發射結和D2、D3的正向導通電壓均相等，用V(on)表示。基準電壓VREF

VZ(6~8

V)具有正溫度系數，V(on)

具有負溫度系數。

滿足時，基準電壓VREF的溫度系數如圖1–5–13(b)所示的能隙基準電壓源電路中

忽略T3

管的基極電流

VT

具有正溫度系數，VBE(on)

具有負溫度系數。適當選擇電阻的比值(R2/R3)，可以使VREF

的溫度系數為零。

2．7800系列三端式集成串聯穩壓電路

典型應用電路圖1-5-14(a)所示。

輸出電壓VO

固定，5

V、6

V、9

V、

。

輸入電壓VI

一般應比輸出電壓高3

V以上。

C1、C2

消振作用。

內部電路如圖1-5-14(b)所示。

3．基準電壓電路

能隙基準電路，由T1、T2、T7、R1、R3、R10

及R2、T5、T6、T3、T4

組成。

4．比較放大器

基準電路和比較放大器形成一個整體，由T3、T4、T11、有源負載T9

構成CE–CC組和放大器。

5．調整管T16、T17組成復合調整管。圖1–5–14(b)6．保護電路

過流保護，T15、R11、R12。

過熱保護，T14、R7

組成，R7

具有正溫度系數。

7．啟動電路由D1及T12、T13、R4、R5、R18等組成。1.5.3開關型穩壓器

開關型穩壓器的調整管工作在開關狀態，通過控制開關的啟閉時間來調整輸出電壓。

一、直流–直流變換器1．降壓型變換器

圖1–5–15(a)原理電路

如圖1–5–15(a)所示，電路由開關S、續流二極管D和低通濾波器L1、C2

組成。

S閉合：vA=VI，D截止，電感L1

充電。

S斷開：vA=0，D導通(設VD(on)=0)，電感L1

放電。

圖1-5-15降壓型變壓器的原理電路及相應的波形降壓型變換器的波形如圖1-5-15(b)所示，忽略VO

上疊加的紋波電壓，S閉合。

vL=vA-VO=VI-VO

根據

為保持iL

連續得VO=dVI

調整d可以就可以改變輸出電壓，d恒小于1，所以為降壓型變換器。

2．升壓型變換器

升壓型變換器如圖

1–5–16所示。圖1-5-16升壓型變換器原理電路

當S閉合時，D截止，vA=0。

當S斷開時，D導通，vA=VO。

根據求得

d恒小于1，所以為升壓型變換器。

開關型穩壓器的調整管工作在開關狀態，所以效率比串聯型穩壓器高。一般采用直接整流，不需要電源變壓器，具有體積小、重量輕的特點。

開關型穩壓器存在紋波電壓高的缺點，同時產生的電磁干擾比串聯型穩壓器大。

圖1-5-16升壓型變換器原理電路二、開關穩壓電路的工作原理降壓型變換器構成的開關穩壓電路如圖1–5–18(a)、(b)所示。當VS=VREF

時誤差放大器輸出靜態電壓，經電壓比較器使T1

管的導通時間為ton

或占空系數為d0，穩壓器的輸出電壓

調解過程如下：VO

VS

ton

d

VO

反之亦然。三、開關穩壓電路舉例

用集成串聯穩壓器LM105構成開關穩壓電路如圖

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