第9章 直流稳压电源课件.ppt

第第9章直流稳压电源章直流稳压电源学习要点学习要点第第9章直流稳压电源章直流稳压电源整流变压器：将正弦交流电源电压变换为符合整流需要的电压。整流变压器：将正弦交流电源电压变换为符合整流需要的电压。整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件（晶体二极管、晶闸管），将交流电压整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件（晶体二极管、晶闸管），将交流电压变换为单向脉动电压。变换为单向脉动电压。滤波电路：减小整流电压的脉动程度，使输出电压成为比较平滑的直流电压滤波电路：减小整流电压的脉动程度，使输出电压成为比较平滑的直流电压。稳压电路：在交流电源电压波动或负载变化时，使直流输出电压稳定。稳压电路：在交流电源电压波动或负载变化时，使直流输出电压稳定。9.1单相整流滤波电路单相整流滤波电路单相半波整流电路单相半波整流电路 一种最简单的整流电路，由变压器、二极管一种最简单的整流电路，由变压器、二极管D和负载电阻和负载电阻RL组成。组成。 设整流变压器的副边的电压设整流变压器的副边的电压 tUusin当当u2在正半周时，电流从在正半周时，电流从A点流出，经二极管点流出，经二极管D 和负载电阻和负载电阻RL流入流入B点，输出电压点，输出电压tUuusin222O当当u2在负半周时，在负半周时，二极管二极管D因承受反向电压，而处于截止状态因承受反向电压，而处于截止状态,输出电压输出电压Ou变压器的副边电压变压器的副边电压u2、输出电压、输出电压uO和二极管端电压和二极管端电压uD的波形。的波形。 整流输出电压整流输出电压uO是一个单向脉动直流电压，是一个单向脉动直流电压，其大小用一个周期内的平均值表示，或者称其大小用一个周期内的平均值表示，或者称为半波的直流分量。为半波的直流分量。 )( dsin221)( d212 0 2 0 OOttUtuU22O45. 02UUU流过负载电阻流过负载电阻RL的负载电流（整流电流）的负载电流（整流电流）的平均值的平均值IO为为 L2LOO45. 0RURUI二极管二极管D正向电流的平均值正向电流的平均值ID，即一个周期内通过二极管，即一个周期内通过二极管D的平均电流的平均电流L2LOOD45. 0RURUII 单相半波整流电路中二极管截止时承受的最高反向电压就是变压器副边交流电压的单相半波整流电路中二极管截止时承受的最高反向电压就是变压器副边交流电压的幅值幅值U2max 22maxRmax2UUU 考虑到电网电压的波动（允许波动幅度考虑到电网电压的波动（允许波动幅度10），在实际选择时，至少要留有），在实际选择时，至少要留有10的余地，以保证二极管安全工作，所以应遵循如下原则：的余地，以保证二极管安全工作，所以应遵循如下原则： （1）所要选的二极管的参数最大整流电流）所要选的二极管的参数最大整流电流IF应大于实际流过二极管的平均电流应大于实际流过二极管的平均电流ID DF1 . 1 II （2）所要选的二极管的参数最高反向工作电压）所要选的二极管的参数最高反向工作电压UR应大于其实际承受的最高反向电压应大于其实际承受的最高反向电压URmax RmaxR1 . 1 UU302U200LR【例例9-1】 在所示的电路中，已知变压器的副边电压有效值在所示的电路中，已知变压器的副边电压有效值V，负载电阻，负载电阻。试求：（。试求：（1）整流电压平均值和整流电流平均值；（）整流电压平均值和整流电流平均值；（2）二极管所）二极管所承受的最大反向电压和流过的电流平均值，并选择所用二极管的型号。承受的最大反向电压和流过的电流平均值，并选择所用二极管的型号。解：（解：（1）整流电压平均值）整流电压平均值5 .133045. 045. 02OUUV 整流电流平均值整流电流平均值5 .672005 .13LOORUImA （2）流过二极管的电流的平均值）流过二极管的电流的平均值5 .67OD IImA 二极管所承受的最高反向电压二极管所承受的最高反向电压42.4230141. 122RmaxUUV所选的二极管的参数应满足所选的二极管的参数应满足25.745 .671 . 11 . 1DFIImA66.461 . 1RmaxRUUV查手册可知，应选用型号为查手册可知，应选用型号为2CZ82C的硅整流二极管。的硅整流二极管。 单相桥式整流电路由四个二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压单相桥式整流电路由四个二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u2的整的整个周期内，负载上都有电压和电流输出，且其方向应始终保持不变。个周期内，负载上都有电压和电流输出，且其方向应始终保持不变。 单相桥式整流电路单相桥式整流电路设变压器副边电压设变压器副边电压 tUusin222 当当u2在正半周时，在正半周时，A点电位高，点电位高，B点电点电位低，二极管位低，二极管D1、D3因承受正向电压，因承受正向电压，而处于导通状态而处于导通状态, 二极管二极管D2、D4因承受因承受反向电压，而处于截止状态。反向电压，而处于截止状态。 当当u2在负半周时，在负半周时，B点电位高，点电位高，A点点电位低，二极管电位低，二极管D1、D3因承受反向电压，因承受反向电压，而处于截止状态而处于截止状态, 二极管二极管D2、D4因承受因承受正向电压，而处于导通状态。正向电压，而处于导通状态。 D1、D3和和D2、D4两对管子在两对管子在u2的整的整个周期内交替导通，使得负载电阻个周期内交替导通，使得负载电阻RL上上在在u2的整个周期内都有电流流过，而且的整个周期内都有电流流过，而且方向不变。方向不变。 当变压器副边电压当变压器副边电压u2变化一个周期时，在负载电阻变化一个周期时，在负载电阻RL上的电压上的电压uO和电流和电流iO是单向全是单向全波脉动电压和电流，单相桥式整流电路的整流输出电压的平均值波脉动电压和电流，单相桥式整流电路的整流输出电压的平均值UO比半波时增加了比半波时增加了一倍。一倍。)(sind2212sind212 0 2 0 OOtUtuU22O9 . 022UUU流过负载电阻的电流（整流电流）的平均值流过负载电阻的电流（整流电流）的平均值 L2LOO9 . 0RURUI二极管正向电流的平均值二极管正向电流的平均值 L2LOOD45. 02121RURUII整流电路二极管在截止时承受的最高反向电压整流电路二极管在截止时承受的最高反向电压 22maxRmax2UUU 单相桥式整流电路与半波整流电路相比，输出电压高，变压器的利用率高，而对二单相桥式整流电路与半波整流电路相比，输出电压高，变压器的利用率高，而对二极管参数的要求一样极管参数的要求一样 302U200LR【例【例9-2】 在图示电路中，已知变压器的副边电压有效值在图示电路中，已知变压器的副边电压有效值V，负载电，负载电，试求：（，试求：（1）整流电压平均值和整流电流平均值；（）整流电压平均值和整流电流平均值；（2）二极管）二极管所承受的最大反向电压和流过的电流平均值，并选择所用二极管的型号。所承受的最大反向电压和流过的电流平均值，并选择所用二极管的型号。解：（解：（1）整流电压平均值）整流电压平均值27309 . 09 . 02OUUV整流电流平均值整流电流平均值13520027LOORUImA（2）流过二极管的电流的平均值）流过二极管的电流的平均值 5 .6721ODII mA 二极管所承受的最高反向电压二极管所承受的最高反向电压42.4230141. 122RmaxUUV所选的二极管的参数应满足所选的二极管的参数应满足 25.745 .671 . 11 . 1DFII mA66.461 . 1RmaxRUUV查手册可知，应选用型号为查手册可知，应选用型号为2CZ82C硅整流二极管。硅整流二极管。阻阻滤波电路滤波电路1电容滤波电路电容滤波电路 电容滤波电路就是利用电容的充、放电作用，在输出端得到趋于平滑的电压。一电容滤波电路就是利用电容的充、放电作用，在输出端得到趋于平滑的电压。一般采用电解电容，在接线时一定要注意其正、负极。般采用电解电容，在接线时一定要注意其正、负极。+_u2+_AB220V 50HzD1D4+_uORL+CiiCiOa）ambdp2puOb）电路波形分析t0CRL 加了电容滤波以后，输出电压的脉动程度降低了，输出电压趋于平滑；输出加了电容滤波以后，输出电压的脉动程度降低了，输出电压趋于平滑；输出电压的平均值电压的平均值UO提高了。提高了。决定电容决定电容C的放电速度，放电速度的的放电速度，放电速度的放电过程愈慢，那么输出电压愈高，同时脉动程度愈低，滤波效果愈好。放电过程愈慢，那么输出电压愈高，同时脉动程度愈低，滤波效果愈好。快慢既决定输出电压的脉动程度的大小，又决定输出电压的大小。快慢既决定输出电压的脉动程度的大小，又决定输出电压的大小。愈大，愈大， 电容放电时间常数电容放电时间常数 电阻电阻RL变化，会影响输出电压的大小，即电阻变化，会影响输出电压的大小，即电阻RL变小，输出电压变小，输出电压UO会降会降低，这说明电容滤波电路的外特性较软，只适合于负载电压较高、负载电流较低，这说明电容滤波电路的外特性较软，只适合于负载电压较高、负载电流较小且负载变化不大的场合。小且负载变化不大的场合。 接入电容以后，二极管的导通时间缩短了，管子承受得冲击电流大，对接入电容以后，二极管的导通时间缩短了，管子承受得冲击电流大，对管子的寿命不利，所以必须选择较大容量的整流二极管。管子的寿命不利，所以必须选择较大容量的整流二极管。选择滤波电容的容量原则选择滤波电容的容量原则2)53(CTCR2O2 . 1 UU此时此时2电感滤波电路电感滤波电路 电感滤波主要适用于负载功率较大的情况。电感滤波主要适用于负载功率较大的情况。 电感滤波的优点是二极管的导通角较大，输出电流大时滤波效果好，电路具有较电感滤波的优点是二极管的导通角较大，输出电流大时滤波效果好，电路具有较好的外特性，因此带负载能力强。其缺点是电感线圈体积大、笨重，易引起电磁干好的外特性，因此带负载能力强。其缺点是电感线圈体积大、笨重，易引起电磁干扰，因此，适用于低电压、大电流的场合。扰，因此，适用于低电压、大电流的场合。 9.2稳压电路稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路 稳压管稳压电路由稳压管稳压管稳压电路由稳压管DZ和限流电阻和限流电阻R组成，稳压管在电路中应为反向联接，组成，稳压管在电路中应为反向联接，它与负载电阻它与负载电阻RL并联后，再与限流电阻串联，也称其为并联型稳压电路。并联后，再与限流电阻串联，也称其为并联型稳压电路。1负载电阻负载电阻RL不变化，电源电压波动时的稳压情况不变化，电源电压波动时的稳压情况2负载电阻负载电阻RL变化，电源电压不变化时的稳压情况变化，电源电压不变化时的稳压情况 稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压UZ就是负载电压就是负载电压UO。如果一只稳压管的稳定电压值不够，。如果一只稳压管的稳定电压值不够，可用多只稳压管串联实现，即每只稳压管稳定电压可用多只稳压管串联实现，即每只稳压管稳定电压UZ相加等于负载电压相加等于负载电压UO，在，在选择元件时，应首先知道负载所要求的电压选择元件时，应首先知道负载所要求的电压UO，负载电流，负载电流IO的最小值的最小值IOmin和最和最大值大值IOmax，整流滤波后的电压，整流滤波后的电压UI的变化范围（电源电压波动范围）。的变化范围（电源电压波动范围）。OmaxZmOZ2IIUU整流滤波后的电压整流滤波后的电压UI应该大于负载电压应该大于负载电压UO。 OI)32(UU 限流电阻限流电阻R的大小应该满足两个条件。的大小应该满足两个条件。 ZmOminZImaxIIRUUOminZmZImaxIIUURZOmaxZIminIIRUUOmaxZZIminIIUUR限流电阻限流电阻R应为应为 OmaxZZIminOminZmZImaxIIUURIIUU限流电阻限流电阻R的额定功率的额定功率P RUUP2ZImax)() 32( 稳压管稳压电路具有电路结构简单及所用元件少的优点。但是，由于它的输出电稳压管稳压电路具有电路结构简单及所用元件少的优点。但是，由于它的输出电压不可调，而且，受自身参数的限制，输出电流又较小，所以使用场合受到了限制，压不可调，而且，受自身参数的限制，输出电流又较小，所以使用场合受到了限制，一般只适用于负载电流较小，且负载电压不变的场合。一般只适用于负载电流较小，且负载电压不变的场合。 串联型稳压电路串联型稳压电路在要求较高的情况下，一般采用串联型稳压电路。在要求较高的情况下，一般采用串联型稳压电路。 串联型稳压电路由取样、串联型稳压电路由取样、基准、比较放大和调整四部基准、比较放大和调整四部分组成。分组成。电阻电阻R1、R2和和R3构成输出构成输出电压的取样电路，对输出电电压的取样电路，对输出电压压UO进行采样；电阻进行采样；电阻R与稳与稳压管压管DZ构成基准电压电路；构成基准电压电路；集成运放作为比较放大电路；集成运放作为比较放大电路；T为调整管。为调整管。 电路输出电压的变化通过取样电压反映出来，并与基准电压进行比较，将比较电路输出电压的变化通过取样电压反映出来，并与基准电压进行比较，将比较结果放大后，送调整管去控制输出电压，使输出电压稳定。结果放大后，送调整管去控制输出电压，使输出电压稳定。 OUNUBUOU 三端集成稳压器三端集成稳压器1三端集成稳压器的分类三端集成稳压器的分类 目前常见的三端集成稳压器按性能和用途可分为以下四类。目前常见的三端集成稳压器按性能和用途可分为以下四类。1） 三端固定输出正稳压器三端固定输出正稳压器 所谓三端是指电压输入端、电压输出端和公共接地所谓三端是指电压输入端、电压输出端和公共接地端。输出正是指输出正电压。国内外各生产厂家均将此系列稳压器命名为端。输出正是指输出正电压。国内外各生产厂家均将此系列稳压器命名为W78XX系列。如系列。如W7805、W7812等。等。2） 三端固定输出负稳压器三端固定输出负稳压器 此稳压器即此稳压器即W79XX系列。除输出电压为负电压，引系列。除输出电压为负电压，引脚排列不同外，其命名方法、外形等均与脚排列不同外，其命名方法、外形等均与W78XX系列相同。系列相同。3） 三端可调输出正稳压器三端可调输出正稳压器 此处的三端是指电压输入端、电压输出端和电压调此处的三端是指电压输入端、电压输出端和电压调整端。在电压调整端外接电位器后可对输出电压进行调节。整端。在电压调整端外接电位器后可对输出电压进行调节。4） 三端可调输出负稳压器三端可调输出负稳压器 该稳压器除输出为负电压外，其余和可调输出正稳该稳压器除输出为负电压外，其余和可调输出正稳压器相同。压器相同。2三端电压固定式集成稳压器三端电压固定式集成稳压器 常用的三端电压固定式集成稳压器，有输出为正电压的常用的三端电压固定式集成稳压器，有输出为正电压的W7800系列和输出为负电系列和输出为负电压的压的W7900系列。每一系列三端稳压块的输出电压都有系列。每一系列三端稳压块的输出电压都有5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24V共七个档次。其型号的后两位数字表示其输出电压的稳压值。共七个档次。其型号的后两位数字表示其输出电压的稳压值。 外接电容外接电容C1是用来抵消因输入端线路较长而产生的电感效应，防止电路自激振是用来抵消因输入端线路较长而产生的电感效应，防止电路自激振荡的。外接电容荡的。外接电容C2是用来消除电路的高频噪声，改善负载的瞬间响应的。是用来消除电路的高频噪声，改善负载的瞬间响应的。 3三端电压可调式集成稳压器三端电压可调式集成稳压器 三端电压可调式集成稳压器输出电压可调。有输出为正电压的三端电压可调式集成稳压器输出电压可调。有输出为正电压的W117、W217、W317系列的正电压稳压器；输出为负电压的系列的正电压稳压器；输出为负电压的W137、W237、W337系列的负电压稳系列的负电压稳压器。压器。 设设W317的输出端和调整端之间的电压是的输出端和调整端之间的电压是UX，当忽略稳压器的静态电流，当忽略稳压器的静态电流IQ，电位，电位器器R2滑动端处于最下端时滑动端处于最下端时 X12omax)1 (URRU电位器电位器R2滑动端处于最上端时滑动端处于最上端时 XomaxUU稳压电路输出电压的可调范围是稳压电路输出电压的可调范围是 XoX12)1 (UUURR本章小结本章小结1.直流电源由变压器、整流、滤波和稳压四部分电路组成。变压器将交流电源电压转换为整流电路直流电源由变压器、整流、滤波和稳压四部分电路组成。变压器将交流电源电压转换为整流电路所需的交流电压，整流电路将交流电压转换为脉动直流电压，滤波电路将脉动直流电压变为趋于所需的交流电压，整流电路将交流电压转换为脉动直流电压，滤波电路将脉动直流电压变为趋于平滑的直流电压，稳压电路将滤波电路的输出电压转换为在电网电压波动或负载变化时，都基本平滑的直流电压，稳压电路将滤波电路的输出电压转换为在电网电压波动或负载变化时，都基本保持不变的恒定直流电压。保持不变的恒定直流电压。2.单相半波整流电路输出电压的平均值与变压器副边电压有效值之间的关系单相半波整流电路输出电压的平均值与变压器副边电压有效值之间的关系 UO=0.45U2，二极管截止时承受的最高反向电压，二极管截止时承受的最高反向电压 URmax= 2U2，通过二极管，通过二极管负载电流负载电流ID=IO。 3.单相桥式整流电路是典型的全波整流电路，输出电压的平均值与变压器副边电压有效值之间单相桥式整流电路是典型的全波整流电路，输出电压的平均值与变压器副边电压有效值之间的关系的关系 UO=0.9U2，二极管截止时承受的最高反向电压，二极管截止时承受的最高反向电压 URmax= 2通过二极管的电流等于负载电流的一半通过二极管的电流等于负载电流的一半ID=IO/2。 4.滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波电路。滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波电路。 作用，在输出端得到趋于平滑的电压。在大电流负载的情况下，应采用电感滤波电路；为了得作用，在输出端得到趋于平滑的电压。在大电流负载的情况下，应采用电感滤波电路；为了得到更好的滤波效果，还应采用复式滤波电路。到更好的滤波效果，还应采用复式滤波电路。电容滤波电路就是电容滤波电路就是的电流就等于的电流就等于U2利用电容的充、放电利用电容的充、放电5.稳压管稳压电路是一种最简单的直流稳压电源，也称其为并联型稳压电路。它是利用稳压管稳压管稳压电路是一种最简单的直流稳压电源，也称其为并联型稳压电路。它是利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻所起的电流调节作用，通过限流电阻R上的电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限上的电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻是不可缺少的元件。稳压管稳压电路的优点是电路结构简单、所用元件少。但是，它的输流电阻是不可缺少的元件。稳压管稳压电路的优点是电路结构简单、所用元件少。但是，它的输出电压不可调，输出电流又较小，一般只适用于负载电流较小，且负载电压不变的场合。出电压不可调，输出电流又较小，一般只适用于负载电流较小，且负载电压不变的场合。6.串联型稳压电路是由取样、基准、比较放大和调整管四部分组成。电路输出电压的变化通过串联型稳压电路是由取样、基准、比较放大和调整管四部分组成。电路输出电压的变化通过取样电压反映出来，并与基准电压进行比较，将比较结果放大后，送调整管去控制输出电压，使取样电压反映出来，并与基准电压进行比较，将比较结果放大后，送调整管去控制输出电压，使输出电压稳定。优点是输出电压可调，带负载能力很强。输出电压稳定。优点是输出电压可调，带负载能力很强。7.三端集成稳压器有正极性和负极性输出两种，有三端电压固定式集成稳压器和三端电压可调三端集成稳压器有正极性和负极性输出两种，有三端电压固定式集成稳压器和三端电压可调式集成稳压器两类。三端电压固定式集成稳压器有输出为正电压的式集成稳压器两类。三端电压固定式集成稳压器有输出为正电压的W7800系列和输出为负电压的系列和输出为负电压的W7900系列；三端电压可调式集成稳压器有输出为正电压的系列；三端电压可调式集成稳压器有输出为正电压的W117、W217、W317系列和输出为系列和输出为负电压的负电压的W137、W237、W337系列稳压器两种。系列稳压器两种。