1、在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC電壓，這需要通過整流、濾波和穩(wěn)壓來實現(xiàn)。DC穩(wěn)壓電源是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的電子設(shè)備。本章主要介紹DC穩(wěn)壓電源的組成和工作原理，以及集成穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓電路的原理和應(yīng)用。第八章DC穩(wěn)壓電路，本章學習要點，硅穩(wěn)壓電路是最簡單的穩(wěn)壓電路，用于穩(wěn)定性要求低的場合。它通過電壓調(diào)節(jié)器的電流調(diào)節(jié)和限流電阻的電壓調(diào)節(jié)來保持負載上的DC電壓穩(wěn)定。串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電源常用于低功耗電路。電路中引入負反饋，使輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)。集成穩(wěn)壓器應(yīng)用廣泛，尤其是三端集成穩(wěn)壓器性能可靠，使用方便。其應(yīng)用電路有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種基本形式。為了降低調(diào)節(jié)管的功耗，提高功率效率，開

2、關(guān)穩(wěn)壓電路常用于大中型功率穩(wěn)壓電路中。小功率DC穩(wěn)壓電源的組成如圖8-1所示，由四部分組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。圖8-1，8.1 DC穩(wěn)壓電源的組成，DC穩(wěn)壓電源的組成結(jié)構(gòu)，大功率管連接外殼，電力變壓器，橋式整流器，三端穩(wěn)壓器的外部散熱器，濾波電容，DC穩(wěn)壓電源的工作過程，DC電壓輸出，電壓幅度降低，全波DC，紋波濾波，(1)電力變壓器：(2)整流電路：將幅值和方向變化的正弦交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動直流電。硅整流組合裝置也叫橋樁。(3)濾波電路：為了濾除整流輸出電壓中包含的較大諧波分量(這些諧波分量稱為紋波)，必須采用濾波電路。(4)穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是在電網(wǎng)電壓、負載

3、電流和溫度變化時，采取一些措施保證輸出DC電壓的穩(wěn)定。硅穩(wěn)壓器的DC穩(wěn)壓電路是DC穩(wěn)壓電路最簡單的工作原理：硅穩(wěn)壓器是經(jīng)過特殊工藝制造的表面接觸半導體二極管，其伏安特性如圖8-2所示。8.2 DC穩(wěn)壓器電路，2CW11硅穩(wěn)壓器，反向擊穿電壓。從圖中可以看出，當反向電壓增加到一定值時，反向電流急劇增加，發(fā)生反向擊穿。UZ代表反向擊穿電壓，也稱為穩(wěn)壓器的穩(wěn)定電壓。硅電壓調(diào)節(jié)器工作在反向擊穿狀態(tài)。從圖中可以看出，當流經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器的電流在大范圍內(nèi)變化時，電壓調(diào)節(jié)器兩端的電壓幾乎不變。利用電壓調(diào)節(jié)器的這一特性，如果電壓調(diào)節(jié)器中的電流能夠保持在有限的范圍內(nèi)，則負載的電壓能夠穩(wěn)定到一定程度。調(diào)壓器的工作狀態(tài)

4、，一個由硅調(diào)壓器組成的調(diào)壓器電路如圖8-3所示。其中電阻器r充當限流器。因為負載電阻R1與調(diào)節(jié)器VDZ并聯(lián)，所以它也被稱為并聯(lián)穩(wěn)壓電路。如圖8-3所示，由硅穩(wěn)壓管、穩(wěn)壓管和限流電阻R組成的穩(wěn)壓電路一般在兩種情況下引起輸出電壓變化：一是負載變化，二是電網(wǎng)電壓變化。圖8-3所示電路的穩(wěn)壓過程如下：由于某種原因，輸出電壓UO穩(wěn)壓管電流izi的限流電阻r上的電壓UR接近初始值，趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定機制是通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器電流IZ來減小輸入電壓UI對電阻R的變化。從以上分析可以看出，調(diào)壓器VDZ起著電流調(diào)節(jié)的作用，而限流電阻R起著電壓調(diào)節(jié)的作用。當輸出電壓有微小變化時因此，應(yīng)限制輸出電流I0的變化范圍，以確保流經(jīng)

5、穩(wěn)壓器的電流不超過IZM，也不小于穩(wěn)壓器的穩(wěn)定工作電流IZ。IZM是電壓調(diào)節(jié)器的最大允許工作電流。電壓調(diào)節(jié)器的工作電流，硅電壓調(diào)節(jié)器的電壓調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的估計(1)電壓調(diào)節(jié)器的選擇(2)輸入電壓UI的確定(3)限流電阻的計算。然而，由于其輸出電壓不可調(diào)，負載電流變化范圍小，穩(wěn)定性差，輸出電阻大(約幾歐姆至幾十歐姆)，僅適用于輸出電壓固定且要求不高的場合。硅穩(wěn)壓電路參數(shù)，串聯(lián)穩(wěn)壓電路是目前比較常見的一種穩(wěn)壓電路。圖8-4(a)和(b)分別示出了帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路的電氣原理圖和框圖。從圖中可以看出，串聯(lián)穩(wěn)壓電路包括以下幾個部分：采樣電路、參考電壓、比較放大電路和調(diào)節(jié)電路。圖8-4，串聯(lián)穩(wěn)壓

6、電路，調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中的大功率管，比較放大器，提供參考電壓的穩(wěn)壓管，采樣環(huán)節(jié)，采樣電路的功能是取出輸出電壓的變化，電路中的采樣環(huán)節(jié)由1、2個分壓器組成。參考電壓鏈路由電路中的3和VDZ組成。比較放大器由VT1單管直流放大器組成。調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)由調(diào)節(jié)管VT2組成，其基極電壓由比較放大環(huán)節(jié)的輸出控制?？梢?，串聯(lián)穩(wěn)壓電路的工作原理是通過采樣電路反映輸出電壓的變化，并與參考電壓進行比較。比較結(jié)果放大后，送至調(diào)節(jié)管控制輸出電壓，從而獲得穩(wěn)定的輸出電壓。各部分的作用和工作原理，如圖8-5所示為輸出電壓可調(diào)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路。如果R1和R2是固定的，輸出電壓可以通過調(diào)節(jié)電位器RW來調(diào)節(jié)。圖8-5，典型電路的應(yīng)用，改變RW可

7、以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整。集成穩(wěn)壓器具有體積小、可靠性高、溫度特性好、使用靈活、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表等電子設(shè)備中。8.3三端集成穩(wěn)壓器，特別是三端集成穩(wěn)壓器，集成芯片只引出三個端子，分別作為輸入端子、輸出端子和公共端子，基本不需要外部元件，內(nèi)部限流保護、過熱保護和過壓保護電路使用起來更安全、更方便。三端集成穩(wěn)壓器的框圖如圖8-6所示。從圖中可以看出，三端集成穩(wěn)壓器由啟動電路、基準電源、放大電路、調(diào)節(jié)管、采樣電路和保護電路組成。圖8-6三端集成穩(wěn)壓器的組成和工作原理：當輸出電壓因電網(wǎng)電壓波動和負載變化而變化時，采樣電路檢測到變化的電壓，并將其發(fā)送到放大器的輸入端，與參考電源的參考電壓進

8、行比較。比較后的誤差電壓經(jīng)放大電路放大后輸出，控制調(diào)節(jié)管上的壓降，使輸出電壓趨于穩(wěn)定。每個電路的功能：保護電路對電路進行限流保護、過熱保護和過壓保護；啟動電路的作用是當DC輸入電壓接通時，使調(diào)整管、放大電路和參考電源建立起各自的工作電流，當穩(wěn)壓電路正常工作時，啟動電路斷開。三端集成穩(wěn)壓器的工作原理，該穩(wěn)壓器芯片屬于模擬集成電路，它只有輸入、輸出和公共三端，無需外部元件也能正常工作。芯片內(nèi)置過熱保護、短路限流保護和調(diào)節(jié)管安全工作區(qū)保護電路。它有極好的最常用的可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器LM317和LM337。LM317是一款三端集成穩(wěn)壓器，具有可調(diào)正電壓輸出，可在1.2v和35v輸出電壓范圍內(nèi)提供大于

9、. 5a的輸出電流。該穩(wěn)壓器的電壓調(diào)節(jié)率和負載調(diào)節(jié)率優(yōu)于標準的固定輸出三端集成穩(wěn)壓器，并具有集成電路特有的全過載保護功能。這包括片內(nèi)短路限流保護、熱過載保護和調(diào)節(jié)管安全工作區(qū)保護。即使調(diào)節(jié)端子暫停，所有過載保護電路仍具有保護功能。LM317是可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器，采用標準晶體管塑料封裝，便于安裝和使用。如圖8-8(a)、圖8-8(b)所示，典型電路應(yīng)用、物理圖、典型應(yīng)用電路、引腳圖和輸出電壓調(diào)整關(guān)系為UO=UREF(1 R2/R1)，其中UREF一般為1.25伏，R1一般為240伏，R2一般為4.7千伏.典型的電路應(yīng)用，功率輸入、功率輸出、調(diào)節(jié)R2以改變輸出電壓、保護二極管、保護二極管，三端

10、集成穩(wěn)壓器的外形如圖8-9所示，主要封裝在金屬外殼中，如圖8-9(a)和(d)所示，塑料封裝中，如圖8-9(b)和(c)所示，在圖8-9(b)的頂部有一個鋁制散熱器。但是，不同的封裝和不同的系列有不同的引腳，在使用時必須注意。具體使用以技術(shù)手冊為準。三端集成穩(wěn)壓器的封裝和外形，金屬外殼封裝，金屬外殼封裝，塑料封裝，塑料封裝，圖8-9，散熱器，三端集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路如圖8-10所示，輸出電壓形式為固定輸出。圖8-10，基本應(yīng)用電路，保護二極管，濾波電容，橋式整流器和變壓器，如圖8-11所示，是LM317的實際應(yīng)用電路。為了提高穩(wěn)壓電路的性能，電路中還采取了電流擴展、過流和過壓保護措施。大功

11、率晶體管3DD15D以發(fā)射極跟隨器的形式連接到調(diào)節(jié)器LM317的輸出端，以提供一定的功率放大，從而提高調(diào)節(jié)器電路的輸出電流和功率。3DD15D必須與散熱器外部連接。晶體管VT2、VT3和采樣電阻R6構(gòu)成過電流保護電路。二極管VD5與LM317并聯(lián)可防止輸入端短路損壞穩(wěn)壓裝置LM317，二極管VD6可防止電容器C3上的瞬時過電壓影響穩(wěn)壓裝置LM317。發(fā)光二極管作為功率指示器，其支路的電阻R1作為限流功能?？烧{(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路、實際應(yīng)用電路圖(圖8-11)、過流保護、電流擴展大功率管、采樣電路、輸出電壓調(diào)節(jié)、濾波電容、橋式整流器，圖8-12為可調(diào)輸出電壓三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路，可輸出正負電壓。這種穩(wěn)壓器依靠外部電阻來調(diào)節(jié)輸出電壓。為了保證輸出電壓的準確性和穩(wěn)定性，應(yīng)選擇精度較高的電阻，該電阻應(yīng)靠近穩(wěn)壓器，以防止輸出電流在連接電阻上產(chǎn)生誤差電壓。圖8-12，正負可調(diào)輸出調(diào)節(jié)器的應(yīng)用電路。開關(guān)電源的調(diào)節(jié)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功率損耗低，效率高，可達70%和90%。開關(guān)電源的濾波電路體積小，因為開關(guān)頻率通常在幾十千赫以上，所以濾波電容的容量大大減小。開關(guān)電源對電網(wǎng)要求不高，這是因為開關(guān)電源的輸出電壓主要與調(diào)節(jié)管的通斷時間之比有關(guān)，輸入DC電壓幅值的變化對其影響不大。開關(guān)電源的控制電路復雜，輸出電壓中的紋波和噪聲分量較大。8.4開關(guān)穩(wěn)壓電源，串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源框圖如圖8-13