第 五 章直 流 穩(wěn) 壓 電 源 在 生 產(chǎn) 、 生 活 和 科 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 主 要采 用 交 流 電 ， 但 在 某 些 場 合 ， 例 如 電 解 、電 鍍 、 蓄 電 池 的 充 電 、 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 等 ，都 需 要 直 流 電 源 供 電 。 此 外 ， 在 電 子 線路 和 自 動(dòng) 控 制 裝 置 中 還 需 要 用 非 常 穩(wěn) 定的 直 流 電 源 電 壓 。 為 了 得 到 直 流 電 ， 除了 用 直 流 發(fā) 電 機(jī) 外 ， 目 前 廣 泛 采 用 各 種半 導(dǎo) 體 直 流 電 源 。 半 導(dǎo) 體 直 流 電 源 由 整 流 變 壓 器 、 整 流 電 路 、 濾 波 電 路 、 穩(wěn) 壓 電路 等 環(huán) 節(jié) 組 成 。 整 流 變 壓 器 Tr： 將 交 流 電 源 電 壓 u 1變 換 為 符 合 整 流 要 求 的 交 流電 壓 u2。 濾 波 電 路 ： 將 單 向 脈 動(dòng) 直 流 電 壓 u3變 換 為 脈 動(dòng) 較 小 的 直 流 電 壓u4。 整 流 電 路 ： 將 交 流 電 壓 u2變 換 為 單 向 脈 動(dòng) 的 直 流 電 壓 u3。 穩(wěn) 壓 電 路 ： 在 交 流 電 源 電 壓 波 動(dòng) 及 負(fù) 載 變 化 時(shí) ， 使 直 流 輸 出 電壓 uo穩(wěn) 定 。 整 流 電 路 濾 波 電 路 穩(wěn) 壓 電 路u1 u2 u4 uou3Tr 1 整 流 電 路 整 流 電 路 的 作 用 是 將 交 流 電 壓 變 換 為 單 向 脈 動(dòng) 的 直 流電 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 ， 這 些 整 流 電 路 主 要 應(yīng) 用 在 電 子 儀 器 中 。 在要 求 整 流 功 率 較 大 的 場 合 ， 采 用 單 相 整 流 電 路 ， 會(huì) 造 成 三相 電 網(wǎng) 負(fù) 載 的 不 平 衡 ， 影 響 供 電 質(zhì) 量 ， 這 時(shí) 應(yīng) 采 用 三 相 橋式 整 流 電 路 。 在 整 流 電 路 中 ， 整 流 元 件 為 二 極 管 ， 為 分 析 問 題 簡 單起 見 ， 可 把 二 極 管 當(dāng) 作 理 想 元 件 來 處 理 ， 即 二 極 管 的 正 向?qū)?通 電 阻 為 零 ， 反 向 電 阻 為 無 窮 大 。 1 單 相 半 波 整 流 電 路 忽 略 二 極 管 正 向 壓 降 ，則 uo=u+- 所 以 u o=0-+ u0時(shí) ：二 極 管 正 向 導(dǎo) 通 ，io 0u0時(shí) ：D 1、 D3正 向 導(dǎo) 通 ， D2、 D4反 向 截 止 ，io0 ， uo=u0 D4 D2D1D3 RL ab uTr uoio+- u0 ， uo=-u0 D4 D2D1D3 RLab uTr uoio-+ ttu 2 3uo、 io的 波 形 與 平 均 值 tUu sin2: 設(shè) UUUo 9.045.02 LLoo RURUI 9.0uoio D4 D2D1D3 RLab uTr uoio oD II 21 UUDRM 2二 極 管 的 平 均 電 流二 極 管 的 最 高 反 向 電 壓 例 已 知 負(fù) 載 電 阻 RL=80， 負(fù) 載 電 壓 Uo=110V， 采 用橋 式 整 流 電 路 ， 交 流 電 源 電 壓 為 380V， 如 何 選 擇整 流 二 極 管 ？解 )(4.180110 ARUI Loo )(7.021 AII oD )(1229.01109.0 VUU o UUo 9.0 )(18913421.11222 VUDRM 可 選 用 2CZ11C型 二 極 管 ， 其 最 大 整 流 電 流 為 1A， 反向 工 作 峰 值 電 壓 為 300V。 考 慮 到 變 壓 器 副 繞 組 及 管 子 上 的 壓 降 ， 變 壓 器 的 副邊 電 壓 大 約 要 比 計(jì) 算 值 高 出 10%， 所 以 2 濾 波 電 路 交 流 電 壓 經(jīng) 整 流 后 輸 出 的 是 單 向 脈 動(dòng) 的 直 流 電 壓 ， 其中 既 含 有 直 流 成 分 又 含 有 交 流 成 份 。 濾 波 電 路 的 作 用 是 利用 電 容 元 件 兩 端 電 壓 不 能 躍 變 或 電 感 元 件 中 電 流 不 能 躍 變的 特 性 , 將 電 容 元 件 與 負(fù) 載 并 聯(lián) 或 將 電 感 元 件 與 負(fù) 載 串 聯(lián) ，濾 掉 整 流 輸 出 電 壓 中 的 交 流 成 份 ， 保 留 其 直 流 成 份 ， 達(dá) 到輸 出 電 壓 平 滑 的 目 的 。 1 單 相 半 波 帶 電 容 濾 波的 整 流 電 路 uo uaTr b D RLC +uC tu 2 3 tUu sin2: 設(shè) D導(dǎo)通D截止 tuo D截 止C放 電 tuoO b ca D導(dǎo) 通C充 電d O a段 ： D導(dǎo) 通 ， 電 源 對(duì) C充 電 ， uo=uC=u； a b段 ： 從 a點(diǎn) 開 始 ， u和 uC都 開 始 下 降 ， u按 正 弦 規(guī) 律下 降 ， uC按 指 數(shù) 規(guī) 律 下 降 ， 開 始 uC下 降 速 度 大 于 u， 所 以 D導(dǎo) 通 ， uo=uC=u； b c段 ： 從 b點(diǎn) 開 始 ， u下 降 速 度 大 于 uC ， 所 以 D截 止 ， uo=uC， 按 指 數(shù) 規(guī) 律 變 化 ， 變 化 快 慢 決 定 于 =RLC； c d段 ： uuC， D又 導(dǎo) 通 ， uo=uC=u， 重 復(fù) 上 一 周 期 。uo uaTr b D RLC +uC tu 2 3 tUu sin2: 設(shè) tuoO tuo 無 電 容 濾波帶 電 容 濾波 帶 電 容 濾 波 時(shí) ， uo的脈 動(dòng) 大 為 減 小 ， 其 平 均 值Uo增 大 。 uo uaTr b D RLC +uC tuoO tuo 無 電 容 濾波帶 電 容 濾波 在 空 載 時(shí) ： Uuu Co 2 隨 著 負(fù) 載 的 增 大 （ RL ） ， 放 電 時(shí) 間 常 數(shù) =RLC ， 放 電 加快 ， 所 以 Uo 。 UUUo 4.12 uo uaTr b D RLC +uC通 常 規(guī) 定 ：單 相 半 波 帶 電 容 濾 波的 整 流 電 路 單 相 全 波 帶 電 容 濾 波的 整 流 電 路 UUo UUo 2.1 單 相 半 波 帶 電 容 濾 波 整 流 電 路 的 特 點(diǎn)一 般 取 25)-(3C TR L (T： 電 源 電 壓 的 周 期 )(2) 流 過 二 極 管 的 瞬 時(shí) 電 流 很 大 =RLC愈 大 Uo愈 大 負(fù) 載 電 流 的 平 均 值 愈 大 整 流 管 導(dǎo) 通 角 愈 小 iD的 峰 值 也 就 愈 大 。(1) 輸 出 電 壓 Uo與 時(shí) 間 常 數(shù) =RLC有 關(guān) =RLC愈 大 電 容 C放 電 愈 慢 Uo(uo的 平 均 值 )愈 大 。 (3) 二 極 管 承 受 的 最 高 反 向 電 壓 UUDRM 22(4)、 輸 出 外 特 性 Uo與 Io的 關(guān) 系 曲 線Uo 帶 電 容 濾 波1.4U0.45U I o無 電 容 濾 波 帶 電 容 濾 波 的整 流 電 路 ， 其 外 特性 較 差 ， 或 者 說 帶負(fù) 載 能 力 較 差 。 電容 濾 波 電 路 適 用 于輸 出 電 壓 較 高 ， 負(fù)載 電 流 較 小 且 變 化也 較 小 的 場 合 。 uo uaTr b D RLC +uC io 2 電 感 濾 波 電 路電 路 結(jié) 構(gòu) ： 在 整 流 電 路 與 負(fù) 載 之 間 串 聯(lián) 一個(gè) 電 感 L就 構(gòu) 成 了 電 感 濾 波 電 路 。 uo uTr b RLLa u （ 1） 濾 波 原 理 對(duì) u的 直 流 分 量 ： f=0， XL=0 ， 相 當(dāng) 于 短 路 ， 電 壓 大部 分 降 在 RL上 ； 對(duì) u的 交 流 分 量 ： f越 高 ， XL越 大 ， 電 壓大 部 分 降 在 XL上 。 因 此 ， uo主 要 是 u的 直 流 成 分 ， uo是比 較 平 滑 的 直 流 電 壓 。 Uo=0.9U當(dāng) 忽 略 L的 直 流 電 阻 時(shí) ， uo的 平 均 值 約 為 ： uo uTr b RLLa u L uo uTr b RLa u（ 2） 電 感 濾 波 的 特 點(diǎn) : 整 流 管 導(dǎo) 通 角 較 大 ， 峰 值 電 流 很 小 ， 輸 出 外 特 性 比較 平 坦 ， 適 用 于 低 電 壓 大 電 流 (R L較 小 )的 場 合 。 缺 點(diǎn) 是 電感 鐵 芯 笨 重 ， 體 積 大 ， 易 引 起 電 磁 干 擾 。 3 復(fù) 合 濾 波 電 路 單 獨(dú) 使 用 電 容 或 電 感 構(gòu) 成 的 濾 波 電 路 ， 濾 波 效果 不 夠 理 想 ， 為 了 滿 足 較 高 的 濾 波 要 求 常 采 用 電 容和 電 感 組 成 的 LC、 CLC-型 等 復(fù) 合 濾 波 電 路 。這 兩 種 濾 波 電 路 適 用 于 負(fù) 載 電 流 較 大 ，要 求 輸 出 電 壓 脈 動(dòng) 較 小 的 場 合 。L C + C +C + L C +C + L C +C + R 在 負(fù) 載 較 輕 時(shí) ， 常 采 用 電 阻 代 替 笨 重 的 電 感 ，構(gòu) 成 CRC-型 濾 波 電 路 ， 同 樣 可 以 獲 得 脈 動(dòng) 很 小 的輸 出 電 壓 。 但 電 阻 對(duì) 交 、 直 流 均 有 壓 降 和 功 率 損 耗 ，所 以 只 適 用 于 負(fù) 載 電 流 較 小 的 場 合 。 u D1 RL uou D2 C （ 無 電 容 濾 波 ）UUo 9.0 （ 有 電 容 濾 波 ）UUo 2.1 同 ）（ 有 、 無 電 容 濾 波 ， 相UU RM 22 UUD o 電 容 濾 波 ，虛 焊 ， 則 為 半 波 整 流 帶如 果 2 被 短 接 。短 路 ， 則 正 半 周 時(shí) 電 源如 果 2D 源 將 被 短 接 。如 果 輸 出 端 短 路 ， 則 電 作 業(yè) 18.2.2 3 穩(wěn) 壓 電 路 經(jīng) 整 流 和 濾 波 后 的 直 流 電 壓 往 往 還 會(huì) 隨 交 流 電 源 電 壓的 波 動(dòng) 或 負(fù) 載 的 變 化 而 變 化 。 為 了 得 到 很 穩(wěn) 定 的 直 流 電 壓 ，直 流 穩(wěn) 壓 電 源 還 需 在 整 流 、 濾 波 電 路 之 后 再 加 一 級(jí) 穩(wěn) 壓 電路 。 最 簡 單 的 穩(wěn) 壓 電 路 是 采 用 穩(wěn) 壓 管 和 限 流 電 阻 組 成 。U oUi R RLDZ IZ Io 穩(wěn) 壓 電 路Ui是 經(jīng) 整流 和 濾 波后 的 電 壓 UoUi R RLDZ IZ Io * 當(dāng) 交 流 電 源 電 壓波 動(dòng) 而 使 Ui變 化 時(shí)Uo= Ui -URIZ URUR Uo=Ui -UR若 Ui Uo = Ui -URI Z UR Uo=Ui -UR若 Ui UoUi R RLDZ IZ IoURURUR U o=Ui -URUR Uo=Ui -URIZ UR Uo=Ui -URUo=Ui -URIZ * 當(dāng) 交 流 電 源 電 壓不 變 而 負(fù) 載 變 化 時(shí)若 Io若 Io D4 D2D1D3ab uTr UoR RLDZ IZ IoC +uC一 個(gè) 完 整 的 半 導(dǎo) 體 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 4 串 聯(lián) 型 穩(wěn) 壓 電 路 由 一 個(gè) 穩(wěn) 壓 管 和 一 個(gè)電 阻 組 成 的 穩(wěn) 壓 電 路 ， 結(jié)構(gòu) 簡 單 ， 但 受 穩(wěn) 壓 管 最 大穩(wěn) 定 電 流 的 限 制 ， 負(fù) 載 電流 不 能 太 大 。 另 外 ， 輸 出電 壓 不 可 調(diào) 且 穩(wěn) 定 性 也 不理 想 。 串 聯(lián) 型 穩(wěn) 壓 器 克 服 了上 述 缺 點(diǎn) ， 目 前 應(yīng) 用 較 為廣 泛 。 UoUi R RLDZ IZ Io穩(wěn) 壓 電 路 UZ R1RpR2 RaRbUFUi UoR3 Io-+UBUCE oba bF URR RUU )( FZuoB UUAU UZ R1RpR2 RaRbUFUi UoR3 Io-+UBUCE自 動(dòng) 調(diào) 整 過 程Uo UB UF IC UCE Uo由 于 是 串 聯(lián) 電 壓 負(fù) 反 饋 ， 所 以 稱 為 串 聯(lián) 型 穩(wěn) 壓 電 路 。 U i有 內(nèi) 阻 目 前 所 使 用 的 穩(wěn) 壓 器 已 集 成 化 ， 但 以 串 聯(lián) 型 穩(wěn) 壓 電 路 為 其 基 礎(chǔ) 。最 具 代 表 性 的 集 成 穩(wěn) 壓 器 有 W78 系 列 和 W79 系 列 。W78 1 23 W79 1 231.輸 入 端2.輸 出 端（ 正 電 壓 ）3.公 共 端 1.公 共 端2.輸 出 端（ 負(fù) 電 壓 ）3.輸 入 端 W78 系 列 輸 出 正 電 壓 有 5V、 6V、 8V、 9V、 10V、 12V、15V、 18V、 24V等 多 種 ， 若 要 獲 得 負(fù) 電 壓 ， 選 用 W79 系 列 即 可 。 比 如 W7805輸 出 +5V電 壓 ， 比 如 W7905輸 出 -5V電 壓 。 基 本電 路 W78 1 23Ui UoC1 C2W79 3 21Ui UoC1 C2 C 1用 來 抵 消 輸 入 端 引 線 過 長 引 起 的 電 感 效 應(yīng) ， 防 止 產(chǎn) 生 自 激 振 蕩 ； C2用 來改 善 穩(wěn) 壓 器 在 負(fù) 載 電 流 瞬 時(shí) 變 動(dòng) 時(shí) ， 輸 出 電 壓 引 起 的 波 動(dòng) 。 幾 種 應(yīng) 用 電 路 ： ZXXo UUU 提 高輸 出 電 壓的 電 路 W78 1 23Ui C1 UoC2UXXUZDZ 擴(kuò) 大輸 出 電 流的 電 路 1 23Ui C1 UoC2TIR W78 IB ICI1 I2I3 IoR RUI IIIIIIII BE RBCo 2 2122)1( )( 2133 0 IIII ，令是 公 共 端 電 流 ， 很 小 ， Io比 I2擴(kuò) 大 了 W78151 23Ui W79153 21 +15V-15V輸 出正 負(fù) 電 壓的 電 路 W78 R3R4Ui Uo-+ R1R2UXX輸 出電 壓 可調(diào) 的 電路 oURR RURR R 21 1XX43 3 XX43 312 )1( URR RRRUo The End