12.1 整流与滤波电路12.2 稳压二极管稳压电路12.3 串联稳压电路12.4 开关稳压电源

第十二章 直流稳压电源

223/4/20

12.1.1 直流稳压电源的组成

12.1 整流与滤波电路

323/4/20

整流：是将工频交流电转换为脉动直流电。滤波：将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压：采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。

12.1.2 整流电路【整流】利用具有单向导电性能的整流元件，将交流电转换成单向脉动直流电的电路的过程称为整流。【整流分类】 整流电路按输入电源相数：分为单相整流电路和三相整流电路整流电路按输出波形：分为半波整流电路和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。

523/4/20

1 ．单相半波整流电路

单向半波整流电路及工作波形

输出整流电压的平均值为：

0

222o 45.02

)(sin22

1UUttdUU

723/4/20

流过负载电阻 RL 的电流平均值为：

L

2

L

oo 45.0

R

U

R

UI

流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等为：

L

2oD 45.0

R

UII

二极管截止时承受的最高反向电压为 u2 的最大值为：

22MRM 2UUU

823/4/20

2 ．单相桥式整流电路

923/4/20

单向桥式整流电路工作波形

1023/4/20

当正半周时，二极管 D1 、 D3 导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当负半周时，二极管 D2 、 D4 导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

单相全波整流电压的平均值为：

0

222o 9.02

2)(sin21

UUttdUU

1123/4/20

流过负载电阻 RL 的电流平均值为：

L

2

L

oo 9.0

R

U

R

UI

流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半：

L

2oD 45.0

2

1

R

UII

每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u2

的最大值：

22MRM 2UUU

1223/4/20

整流变压器副边电压有效值为：

oo

2 11.10.9

UU

U

整流变压器副边电流有效值为：

o22

2 11.111.1 IR

U

R

UI

LL

由以上计算，可以选择整流二极管和变压器。

1323/4/20

【注意】整流电路中的二极管是作为开关运用的，整流电路既有交流量，又有直流量

输入（交流）——用有效值或最大值；输出（交直流）——用平均值；整流管正向电流——用平均值；整流管反向电压——用最大值。

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波，得到平稳的直流电源。滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。

12.1.3 滤波电路

1523/4/20

1 ．电容滤波电路

电容滤波电路及工作波形

为了获得较平滑的输出电压，一般要求：

1623/4/20

— 般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值：

半波： 2o UU

全波： 2o 2.1 UU

CR

1

)15~10(L

2)5~3(L

TCR

1723/4/20

单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压为：

当负载开路时，承受的反向电压为最高。

【例 1 】 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz ，负载电阻 RL = 40 Ω ，要求直流输出电压 UO = 20 V ，选择整流二极管及滤波电容。

2CDR uuu

1823/4/20

解：选二极管：

V 172.1

20

2.1O

2 U

U

电流平均值：

A0.2540

20

2

1

2

1

2

1

L

OOD

R

UII

承受最高反压：

V 242 2RM UU

1923/4/20

选二极管应满足： IF= (2 -- 3) ID

s 02.05011 fT

s 04.02

4 L T

CR取

F 0001 40

s 0.04

C

2023/4/20

2 ．电感滤波电路

电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。

桥整流电感滤波电路

2123/4/20

1. 输入调整系数 Siu 和电压调整率 Su输出电流和环境温度不变时，稳压电路输入电压变化

△ Ui 对输出电压的影响%100

Ui

UoS iu

%100

UoUi

UoSu

12.2 稳压二极管稳压电路12.2.1 稳压电路的性能指标

2223/4/20

2. 输出电阻 Ro 和电流调整率输入电压和环境温度不变时，稳压电路由于负载

变化对输出电压的影响

Ui

UoRo

%100

Uo

UoS i

2323/4/20

U R

R+ +

_ _

Io+ _U

I R

I ZR

UoZ

12.2.2 稳压二极管稳压原理 1. 稳压原理

2423/4/20

稳压二极管工作在击穿状态，电流变化范围大而电压几乎不变。通过负反馈用电阻 R 上的压降来调整输出电压，使其达到稳定作用。输出电压 Uo = Uz （稳压管的稳压值）。

2. 限流电阻的选择稳压管稳压限流电阻是不可少的。选择限流电阻主要考虑稳压管工作电流的允许

范围 Izmin ≤ Iz ≤ Izmax

2523/4/20

由于 : oi

ORZ IR

UzUIII

所以 : maxmax

Immin O

zinZ I

R

UUI

maxmin

Immax

OZ

Zin

II

UUR

解得：

（ Izmin 发生在输入电压最小、限流电阻最大和输出电流最大时）

（ Izmax 发生在输入电压最大、限流电阻最小和输出电流最小时）

minmin

Immin O

zaxZ I

R

UUI

minmax

Immin

OZ

Zax

II

UUR

一般选择 Rmin ≤ R ≤ Rmax

又：

解得：

2723/4/20

12.3 串联稳压电路

12.3.1 线性稳压电路概述引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输

入电压的变化，将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的直流电压的电路称为直流稳压电路。直流稳压电路按调整器件的工作状态可分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。

串联型稳压电路 — 调整管与负载串联并联型稳压电路 — 调整管与负载并联

2823/4/20

12.3.2 串联型稳压电路的组成与工作原理

分立元件串联型稳压电路

串联型稳压电路组成

1 ．电路的组成及各部分的作用（ 1 ）取样环节 由 R1 、 RP 、 R2 组成的分压电路构成，它将输出电压 Uo 分出一部分作为取样电压 UF，送到比较放大环节。

（ 2 ）基准电压 由稳压二极管 DZ 和电阻 R3 构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压 UZ，作为调整、比较的标准。

（ 3 ）比较放大环节 由 V2 和 R4 构成的直流放大器组成，其作用是将取样电压 UF 与基准电压 UZ之差放大后去控制调整管 V1 。

（ 4 ）调整环节 由工作在线性放大区的功率管Vl 组成， Vl 的基极电流 IB1 受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1 和集、射电压 UCEl改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。

2. 稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定。

3 ．电路的输出电压设 V2 发射结电压 UBE2 可忽略，则：

oba

bZF U

RR

RUU

或 ZUR

RRU

b

bao

用电位器 RP即可调节输出电压 Uo 的大小，但Uo必定大于或等于 UZ 。

12.3.3线性集成稳压器 1.固定式三端稳压器外形和管脚排列

CW7800 系列 ( 正电源 ) 　　CW7900 系列 ( 负电源 )输出电压5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V输出电流78L ×× / 79L ×× — 输出电流 100 mA78M×× / 9M×× — 输出电流 500 mA78 ×× / 79 ×× — 输出电流 1.5 A例如： CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 ACW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 ACW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A

78/79×× 三端参数

2 ．固定式集成稳压器的应用电路（ 1 ）基本电路

（ 2 ）提高输出电压的电路

输出电压 Uo=U××+UZ

21 II

（ 3 ）扩大输出电流的电路。

图中 I3 为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以

，则可得：

R

UIIIIIIIII BE

2R12B2C2o )1()(

（ 4 ）能同时输出正、负电压的电路。

3823/4/20

3 ．可调式三端稳压器

外形和管脚排列

3923/4/20

可调式三端稳压器输出连续可调的直流电压。常见产品有CW117/CW217/CW317 ：系列稳压器输出连续可调的正电压；

CW137/CW237/CW337 ：系列稳压器输出连续可调的负电压，

可调范围为 1.2V ～ 37V, 最大输出电流均可达1.5A 。

可调式三端稳压器的应用电路与固定三端相似。

12.4 开关稳压电源

1 ．开关电源特点 调整管工作在开关状态 转换效率高，一般可达 65% ～ 90%

体积小、重量轻 稳压范围宽，电网电压可在 130V ～ 256V波动

12.4.1 开关稳压电源概述

2 ．开关电源缺点 存在尖峰干扰与电磁干扰 输出纹波电压较大 控制电路复杂3 ．开关电源类型 调整管与负载的连接方式：串联型开关稳压电路、并联型开关稳压电路。

调整管基极脉冲占空比按控制方式：脉宽控制、频率控制、混合控制

脉冲源产生电路：自激式、他激式

4223/4/20

4 ．串联型开关电源结构框图T

RL脉冲控制

脉冲源

滤波

比较放大

基准电压

采样

+ +

- -

Ui Uo占空比

4323/4/20

开关电源用脉冲占空比控制电路的输出矩形波，来控制调整管的饱和与截止时间，从而稳定输出电压。

当输出电压较低时：调整管饱和，输出电压升高当输出电压较高时：调整管截止，由续流电路维持负

载电流，输出电压下降。

12.4.2 开关稳压电源的工作原理

D

T

C R UoUi

+

_ _

+

L

D

T

CR Uo

Ui

+

_ _

+

L

调整管截止

调整管饱和导通

12.4.2 集成开关稳压电源器集成开关稳压器：将调整管、比较放大电路、基准电压、采样电路（输出可调的除外）、启动电路、输入欠压缩定控制和保护电路都集成在同一个芯片上。

常用的集成芯片：有五端 CW2575/2576 （串联型） /2577 （并联型）外接续流电路就可构成开关稳压电源。

作业 1 、 3、 4、 7