(9-1)第7章直流穩壓電源§7.1直流穩壓電源的組成和功能§7.2單相整流電路§7.3濾波電路§7.4倍壓整流電路的工作原理§7.5穩壓電路§7.6集成穩壓電源*(9-2)電源變壓器:將交流電網電壓u1變為合適的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩壓電路u1u2u3u4uo整流電路濾波電路穩壓電路整流電路:將交流電壓u2變為脈動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉變為平滑的直流電壓u4。穩壓電路:清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩定。§7.1直流穩壓電源的組成和功能(9-3)整流電路的任務：把交流電壓轉變為直流脈動的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。§7.2單相整流電路(9-4)§7.2.1單相半波整流電路的工作原理u2>0時，二極管導通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正向壓降：

uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u2<0時，二極管截止,輸出電流為0。uo=0(9-5)uo(4)輸出電壓平均值（Uo）：(1)輸出電壓波形：u1u2aTbDRLuoiL(3)二極管上承受的最高電壓：(2)二極管上的平均電流：ID=IL(9-6)§7.2.2單相全波整流電路的工作原理u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(4)uo平均值Uo：Uo=0.9U2(1)輸出電壓波形：(2)二極管上承受的最高電壓：uo(3)二極管上的平均電流：(9-7)§7.2.3單相橋式整流電路的工作原理橋式整流電路+-u2正半周時電流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo(9-8)橋式整流電路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2負半周時電流通路(9-9)u2>0時D1,D3導通D2,D4截止電流通路:A

D1RLD3Bu2<0時D2,D4導通D1,D3截止電流通路:BD2RLD4A輸出是脈動的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB(9-10)幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~(9-11)§7.2.4整流電路的主要參數1.整流輸出電壓平均值（Uo）全波整流時，負載電壓Uo的平均值為:負載上的(平均)電流:一、整流輸出電壓的平均值與脈動系數整流輸出電壓的平均值Uo和輸出電壓的脈動系數S是衡量整流電路性能的兩個主要指標。(9-12)

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值Uo之比。2.脈動系數Ｓ用傅氏級數對全波整流的輸出uo

分解后可得:(9-13)平均電流(ID)與反向峰值電壓(URM)是選擇整流管的主要依據。例如：在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導通。因此，流過每只整流二極管的平均電流ID

是負載平均電流的一半。

二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：二、平均電流與反向峰值電壓(9-14)濾波電路的結構特點:電容與負載RL并聯，或電感與負載RL串聯。交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。§7.3濾波電路(9-15)§7.3.1電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–(9-16)1.RL未接入時(忽略整流電路內阻)u2tuot設t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–(9-17)2.RL接入（且RLC較大）時(忽略整流電路內阻)u2tuot電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會逐漸下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–(9-18)u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uo時，才有充電電流iD

。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–iD可見，采用電容濾波時，整流管的導通角較小。(9-19)u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。整流電路的輸出電流RLC越小，輸出電壓越低。3.RL接入（且RLC較大）時(考慮整流電路內阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–(9-20)一般取(T:電源電壓的周期)近似估算:Uo=1.2U2。(2)流過二極管瞬時電流很大。RLC越大Uo越高

負載電流的平均值越大;

整流管導電時間越短iD的峰值電流越大故一般選管時，取二、電容濾波電路的特點(1)輸出電壓Uo與放電時間常數RLC有關。RLC愈大電容器放電愈慢Uo(平均值)愈大(9-21)輸出波形隨負載電阻RL或C

的變化而改變,Uo

和S也隨之改變。如:RL愈小(IL

越大),Uo下降多,S增大。結論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負載電流較小且負載變動不大的場合。(3)輸出特性(外特性)uo電容濾波純電阻負載1.4U20.9U20IL(9-22)§7.3.2電感濾波電路結構:

在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構成了電感濾波電路。電感濾波電路u2u1RLLuo(9-23)一、濾波原理對直流分量:

XL=0相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:

f

越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：u2u1RLLuo(9-24)二、電感濾波的特點整流管導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。缺點是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。u2u1RLLuo(9-25)*§7.3.3其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–型濾波電路：在電容濾波后再接一級RC濾波電路。性能及應用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。(9-26)uoRu2u1C1C2uo1′RL一、RC–型濾波電路設uo1的直流分量為U′O，交流分量的基波的幅值為U′O1m，則：uo的直流分量：(9-27)uoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值：(9-28)通常選擇濾波元件的參數使得：uo的脈動系數S與uo1的脈動系數S′的關系：(9-29)二、L-C

型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設uo1的直流分量為U′O，交流分量的基波的幅值為U′O1m，：(9-30)通常選擇濾波元件的參數使得：uo的脈動系數S與uo1的脈動系數S′的關系：(9-31)三、LC–

型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，LC–型濾波電路輸出電壓的脈動系數比只有LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。請自行分析LC–

型濾波電路的輸出電壓和脈動系數等基本參數。(9-32)一、二倍壓整流電路u2的正半周時：D1導通，D2截止，理想情況下，電容C1的電壓充到：u2的負半周時：D2導通，D1截止，理想情況下，電容C2的電壓充到：負載上的電壓：+–u1u2+–D1C2C1D2uoRL*§7.4倍壓整流電路的工作原理(9-33)+–二、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D1構成回路，C1充電到：u2的第一個負半周：u2、C2、D2、C1構成回路，C2充電到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6(9-34)+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二個正半周：u2、C1、C3、D3、C2構成回路，C1補充電荷，C3充電到：u2的第二個負半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1構成回路，C2補充電荷，C4充電到：把電容接在相應電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。(9-35)穩壓管穩壓電路開關型穩壓電路線性穩壓電路常用穩壓電路(小功率設備)以下主要討論線性穩壓電路。電路最簡單，但是帶負載能力差，一般只提供基準電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因學時有限，這里不做介紹。§7.5穩壓電路(9-36)§7.5.1串聯反饋式穩壓電路一、電路結構的一般形式1.串聯式直流穩壓電路的基本形式負載電流的變化量可以比穩壓管工作電流的變化量擴大（1+）倍。TUORL+–+–UZUIiRiZiL實際上是射極輸出器，Uo=UZ-UBE

。但帶負載的能力比穩壓管強。(9-37)TUORL+–+–UZUIiRiZiL串聯式直流穩壓電路的基本形式兩個主要缺點：(1)穩壓效果不好。Uo=UZ–UBE(2)輸出電壓不可調。改進的方法：在穩壓電路中引入帶電壓負反饋的放大環節。(9-38)串聯式穩壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和調整元件四部分組成。T+_UIUO比較放大基準取樣URFUO+_C2RL調整元件+–+–2.具有放大環節的串聯型穩壓電路(9-39)T+_UIUO比較放大基準取樣URFUO+_C2RL調整元件+–+–調整元件T：與負載串聯，通過全部負載電流。可以是單個功率管，復合管或用幾個功率管并聯。比較放大器：可以是單管放大電路，差動放大電路，集成運算放大器。基準電壓：可由穩壓管穩壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準電壓相比較。(9-40)T+_UIUO比較放大基準取樣URFUO+_C2RL調整元件+–+–

因調整管與負載接成射極輸出器形式，為深度串聯電壓負反饋，故稱之為串聯反饋式穩壓電路。(9-41)一種實際的串聯式穩壓電源二、穩壓原理UoUB2UBE2(=UB2-UZ）UC2Uo當UI增加或輸出電流減小使Uo升高時R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(9-42)三、輸出電壓的確定和調節范圍R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(9-43)七、串聯反饋式穩壓電路缺點損耗(P=UCEIL)大電源的效率(=Po/Pi=UoIL/UiIi)較低為了提高效率，可采用開關型穩壓電源。調整管工作在線性放大區，當負載電流較大時:(9-44)§7.5.2穩壓電路的主要性能指標一、穩壓系數S

穩壓系數S反映電網電壓波動時對穩壓電路的影響。定義為當負載固定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。二、輸出電阻Ro

輸出電阻用來反映穩壓電路受負載變化的影響。定義為當輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實際上就是電源戴維南等效電路的內阻。(9-45)隨著半導體工藝的發展，現在已生產并廣泛應用的單片集成穩壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優點。最簡單的集成穩壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩壓器。本節主要介紹常用的W7800系列三端集成穩壓器，其內部也是串聯型晶體管穩壓電路。該組件的外形如下圖，穩壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內，電路內部附有短路和過熱保護環節。§7.6集成穩壓電源(9-46)1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩壓器外形123(9-47)注：型號后XX兩位數字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成穩壓器固定式可調式正穩壓W78XX負穩壓W79XX§7.6.2集成穩壓電源的分類(9-48)

一、輸出為固定電壓的電路§7.6.2應用電路輸出為固定正壓時的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩壓器基本接線圖CoW7800CIUI+_Uo1320.1~1F1μF(9-49)二、輸出正負電壓的電路正負電壓同時輸出電路W78XXCIUI+