第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源福建师范大学福建师范大学福清分校福清分校1学习要点1整流电路（二极管单向导电性）：半波整流； 全波整流：桥式整流。2滤波电路：电容滤波（桥式整流）；电感滤波。3稳压电路：稳压管稳压电路；串联式稳压电路；电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程）。4集成稳压器：三端固定式集成稳压器及其使用 ； 三端可调式集成稳压器。5 开关型稳压电路、可控硅整流电路、单结管的触发电路。2 10.1 10.1 直流电源的直流电源的组成组成电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:采用负反馈技术进一步稳定直流电压，减少电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定。直流稳压电源作用将交流电转为直流电压。3 10.2 10.2 单相整流电路单相整流电路 10.2.1 10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。4输出电压平均值（U0）：二极管上的平均电流：ID=I0二极管上承受的最高电压：输出电压脉动系数:u u 正半周，正半周，VaVbVaVb，二极管，二极管D D导通；导通； u u 负半周，负半周，VaVbVa0 0 时时u u2 20 I I I IOMOMOMOM时，时，时，时，U U U UR R R R较大，较大，较大，较大，T T T T导通导通导通导通 ，I I I IO O O O= = = =I I I IOM OM OM OM + I+ I+ I+ IC C C CR R 可由功率管可由功率管 T T的的U UBEBE和稳压器的和稳压器的I IOMOM确定确定, , 即即R R U UBEBE /I /IOM OM 。U U U UO O O O= U= U= U= UXX XX XX XX + U+ U+ U+ UZ Z Z Z3.3.提高输出电压的电路提高输出电压的电路U UO OC CO OLM78XXLM78XXC Ci iU UI I+ +_ _+ +_ _1 12 23 3U UXXXXU UZ ZR RD DZ Z+ +_ _+ +_ _444. 4. 使输出电压可调使输出电压可调450 30 V 连续可调电路连续可调电路Uo (0 30 V)LM3171 12 23+UiC10.33 F10 FR1R2C31 F1.25VC2R3+ 3 k 120 680 +32 V10 V当当 R2 = 0UO= 0 V46利用三端集成稳压器组成恒流源利用三端集成稳压器组成恒流源 稳压器做恒流源稳压器做恒流源 可调稳压器做恒流源电路可调稳压器做恒流源电路小电流恒流源小电流恒流源大电流恒流源大电流恒流源4710.810.8开关型稳压电路开关型稳压电路10.8.110.8.1开关型稳压电路的特点和分类开关型稳压电路的特点和分类特点：特点： 线性稳压电路的缺点：调整管功耗大、电源效率低(40% 60%)。 开关型稳压电路（switching mode regulating circuit）可克服上述不足。它的调整管工作在开关状态，饱和导通时，电流较大，但管压降很小；截止时，管压降较大，但流经管子的电流很小。若管子在转换时所用的过渡时间占开关周期的10%以下，那么效率可达(80% 90%)。 开关稳压电路的优点：效率高、稳压范围宽、对电网要求不高、体积小、重量轻。 开关稳压电路的缺点：输出电压含较大纹波、对电子设备干扰较大、电路复杂。48分类： 脉冲宽度调制型(PWM)、脉冲频率调制型(PFM)和混合调制型； 低压开关稳压电路、高压开关稳压电路； 自激式、它激式；双极型三极管、MOS管和可控硅开关电路等。开关稳压电源框图49 开关稳压电源中的控制部分目前都由集成开关稳压器来工作。其代表产品有UC3842、UC3854、TL494等。这类脉宽调制器需要外接开关功率调整管，其电路复杂，但应用灵活。另一类是把脉宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，构成单片集成开关稳压器，其代表产品有LH1605、A78S40等脉冲宽度调制式开关型稳压电路50 当当 u ut t u uA A 时时，u uB B = = + + U UOPPOPP，调调整整管管饱饱和和导导通通，i iE E 向向负负载载提提供供电电流流，并并将将能能量量储储存存在在电电感感的的磁场中；磁场中； 当当 u ut t u uA A 时时，u uB B = = - - U UOPPOPP，调调整整管管截截止止， i iE E = = 0 0，电电感感释释放放能能量量，产产生生的的电电流流流流过过负负载载和和二极管。二极管。 调调整整管管处处于于开开关关状状态态，发发射射极极电电位位是是高高低低交交替替的的脉脉冲冲波波形形，经经 LC LC 滤滤波波电电路路后后，负负载载上上得得到到较平滑的输出电压。较平滑的输出电压。51 10.910.9可控整流电路可控整流电路10.9.110.9.1晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性阳极阳极阴极阴极控制极控制极一、结构：一、结构：晶闸管是用硅材料制成的半导体器件， 它由4层半导体材料(PNPN)构成。有3个PN结：J1、 J2和J3。由P1引出阳极A，N2引出阴极K, 中间的P2引出控制极G。 52 晶闸管可以看成是一个PNP型晶体管与一个NPN型晶体管连接在一起的晶体管组。它的V1集电极与V2的基极相连， V2的集电极又和V1的基极相连，这样就构成了正反馈电路。 二、工作原理1.控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。-阻断2. 控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极加正向电压，晶闸管-导通。 晶闸管导通后，管压降很小，约为晶闸管导通后，管压降很小，约为 1 V 1 V 左右。左右。53三、伏安特性和主要参数UBO 正向转折电压IH 维持电流正向阻断特性：IG= 0 ，阳极电压不超过一定值，管子处于阻断状态。正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。控制极电流 IG 0 时， 晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。反向特性：与二极管的反向特性相似。5410.9.210.9.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路 ：控制角；：控制角； ：导电角：导电角一、电路组成及工作原理 在 u2 正半周，当控制极加触发脉冲，VT1 和 VD2 导通； 在 u2 负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和 VD1 导通； 由于全控整流电路需用由于全控整流电路需用4 4只晶闸管，触只晶闸管，触发电路比较复杂，因此在通信整流设备发电路比较复杂，因此在通信整流设备中一般都采用桥式半控整流电路。中一般都采用桥式半控整流电路。55二、电路参数的估算即：即：输出电压平均值：输出电流平均值： 晶闸管承受的最大反向电压：00 60601201201801800 00.0.4 40.0.8 81.1.0 0U UO(AV)O(AV)/ /U U2 25610.9.310.9.3单结管触发电路单结管触发电路 晶闸管导通并能正常工作的条件是：除在阳极与阴极之间加上正向电压外，还必须在控制极与阴极之间加上适当的触发信号。产生和控制触发信号的电路称为触发电路。为了保证晶闸管的可靠工作，对触发信号有以下6 6点要求： (1) 触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。 (2) 触发电路的漏电压不超过 0.25 V。 (3) 触发脉冲的前沿时间小于 10 10 s s。 (4) 触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于 20 20 s s。 (5) 控制角的范围接近或大于 150150 。 (6) 触发电路必须与主电路同步。57一、单结管的结构及特性一、单结管的结构及特性单结晶体管单结晶体管又称为又称为双基极晶体管。双基极晶体管。符号符号等效电路等效电路58特性：特性：分压比分压比峰峰点点U UP P：峰点电压：峰点电压：I IP P：峰点电流：峰点电流U UV V：谷点电压：谷点电压I IV V：谷点电流：谷点电流谷点谷点59二、单结管的脉冲发生电路 通常R1和R2的阻值远小于单结管两基极间的电阻rBB，两基极间的电压UBBEB。截止时，电源VBB经R对C充电。当uC上升到单结管的峰点电压UP时，单结管导通，电容C经R1和单结管放电，uR1升高。C不断放电，uC降至谷点电压UV，UR1也减小到IVR1。当uC(uE)UV时，iE由谷点电流IV减至反向饱和电流IS，uR1也由IVR1降至最低限度iB2R1。iB2为单结管截止时流过基极B2、B1的电流。这样在R1两端得到一系列前沿很陡的周期性尖顶脉冲。60三、单结管的触发电路同步触发电路采用变压器实现。电源u1经变压器T降压后进行整流；再经电阻R3和稳压管VZ削波，得到梯形波，用它作为单结管振荡电路的同步电源，调整R，即可改变第一个触发脉冲的相位。其移相范围取决于经削波后梯形波平顶段的电压，而且电容C充电也必须占有一定的时间，所以小于180，移相范围约为140。 61本章小结本章小结1、利用二极管的单向导电性可以组成单相半 波、单相全波和单相桥式三种基本整流电路。2、滤波电路是尽量滤掉输出电压中的脉动成 份，保留其中的直流成份3、稳压电路是在电网电压波动或负载电流变化 时、使输出电压保持基本稳定。有硅稳压管稳 压电路、串联型直流稳压电路、集成稳压器、 开关型稳压电路4、可控整流电路、单结管脉冲电路。62