电工电子技术课程课件直流稳压电源.ppt

电工电子技术课程课电工电子技术课程课件直流稳压电源件直流稳压电源电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()教学基本要求教学基本要求了解直流稳压电源的基本组成及工作原理。了解直流稳压电源的基本组成及工作原理。了解组成直流稳压电源的整流电路、滤波电路及稳了解组成直流稳压电源的整流电路、滤波电路及稳压电路的工作原理压电路的工作原理了解稳压管稳压电路的工作原理及特点了解稳压管稳压电路的工作原理及特点了解串联型稳压电源的组成、工作原理与特点了解串联型稳压电源的组成、工作原理与特点了解线性集成稳压电源的工作原理了解线性集成稳压电源的工作原理一般了解开关型稳压电源的工作原理与特点一般了解开关型稳压电源的工作原理与特点本章讲授：本章讲授：3 3学时学时 自学自学1212学时学时电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()主要内容主要内容 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 整流滤波电路整流滤波电路 稳压电路与稳压电源稳压电路与稳压电源 本章小结本章小结电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成组成框图与各部分的作用组成框图与各部分的作用整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成半导体直流电源的原理方框图半导体直流电源的原理方框图交流电源负载 变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压ututututut电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()整流电路整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路u1u2aTbDRLuou2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。uo=u2bu1u2aTDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()Uo整流电路整流电路单相桥式整流电路u2D4D2D1D3RLuoABt0uT(2)(2)二极管上承受的最高二极管上承受的最高反向电压反向电压(1)(1)二极管上的平均电流二极管上的平均电流(3)(3)uo平均值：平均值：iLiLiD电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()整流电路整流电路1.1.整流输出电压平均值整流输出电压平均值（Uo）负载上的负载上的(平均平均)电流电流IL:电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()整流电路整流电路3.3.整流二极管的平均电流整流二极管的平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(UDRM)电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()整流电路整流电路常见的几种整流电路常见的几种整流电路UUoIoUUoIoUUoUIot0uot0uot0uo电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()整流电路整流电路几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+-电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路滤波原理滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路RL未接入时未接入时(忽略忽略整流电路内阻整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot 电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小于电在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路u2tuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+只有整流电路输出电只有整流电路输出电压大于压大于uo时，才有充电电时，才有充电电流流iD。因此整流电路的。因此整流电路的输出电流是脉冲波。输出电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流iD电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2)(2)流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流管整流管导电时间越短导电时间越短iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取(1)输出电压输出电压Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变,Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如:RL 愈小愈小(IL 越大越大),Uo下降多下降多,S 增大。增大。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。载电流较小且负载变动不大的场合。(3)(3)输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路例：单相桥式整流滤波电路，交流电源频率例：单相桥式整流滤波电路，交流电源频率 f=50Hz，RL=200，要求直流输出电压，要求直流输出电压Uo=30V，选择整，选择整流二极管及滤波电容器。流二极管及滤波电容器。uRLuo+C解解：1.1.选择整流二极管选择整流二极管选择整流二极管选择整流二极管可选用二极管可选用二极管2CP11IOM=100mA UDRM=50V 电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路2.选择滤波电容器选择滤波电容器取取 RLC=5 T/2已知已知RL=50 可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器 uRLuo+C电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就就构成了电感滤波电路。构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。采取多级滤波。L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()稳压电路与稳压电源稳压电路与稳压电源分类分类稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路稳压管稳压管uDiD0UBR电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路1、稳压二极管的电路符号、稳压二极管的电路符号DZ+-uzizDZ+-uziz2、稳压二极管的特性、稳压二极管的特性izuz0UZ1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。特点特点电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数izuz0UZIZIZMUZIZ1）稳定电压）稳定电压UZ2）稳定电流）稳定电流 IZ （保证稳压管稳（保证稳压管稳压性能的最小工作电流）。压性能的最小工作电流）。3）最大稳定电流）最大稳定电流 IZM 4）最大允许耗散功率）最大允许耗散功率PZM5）动态电阻）动态电阻6）电压温度系数）电压温度系数 U稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。动态电阻越小稳压管稳压效果越好动态电阻越小稳压管稳压效果越好稳压管受温度变化的影响系数。稳压管受温度变化的影响系数。DZ+-uziz电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路稳压电路构成稳压电路构成1）电源电压波动）电源电压波动2）负载变化）负载变化电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路工作过程与参数选取工作过程与参数选取R 承受的最大可承受的最大可能电压能电压R 承受的最小可承受的最小可能电压能电压R 允许流过的最允许流过的最大电流大电流R 必须流过的最必须流过的最小电流小电流如果负载电流的变化范围为如果负载电流的变化范围为ILm ILM，电源电压波动使滤波输出电源电压波动使滤波输出电压电压 Ui的变化范围为的变化范围为Ui min Ui max电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路电路结构的一般形式电路结构的一般形式 负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（量扩大（1+）倍。）倍。TUORL+UZUIiRiZiLUo=UZ-UBE 。但带。但带负载的能力比稳压负载的能力比稳压管强。管强。1.1.串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路电路结构的一般形式电路结构的一般形式TUORL+UZUIiRiZiL1.1.串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：两个主要缺点：(1)(1)稳压效果不好。稳压效果不好。Uo=UZ UBE(2)(2)输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法：改进的方法：在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io变变 压压整整 流流滤滤 波波电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io采采样样环环节节采样环节：采样环节：R1、R2及及Rp组成，将输出组成，将输出电压的一部分电压的一部分送到放大环节。送到放大环节。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io采采样样环环节节放放大大环环节节放大环节：放大环节：由由 晶晶 体体 管管 T2构构成成的的直直流流放放大大电电路路,其其输输入入电电压压是是采采样样电电压压与与基基准准电电压压之之差差,放放大大后后控控制调整管制调整管.电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io基基准准电电压压采样环节放大环节基准电压：基准电压：由由稳稳压压管管DZ和和R3构构成成，稳稳压压管管两两端端的的直直流流电电压压UZ是是 稳稳 定定 性性较较高高的的直直流流电电压压。作作为为调调整整和和比比较较的标准。的标准。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io调调整整环环节节基基准准电电压压采采样样环环节节放放大大环环节节调整环节：调整环节：由由工工作作于于放放大大状状态态的的功功率率管管T1构构成成.其其基基极极电电流流受受放放大大环环节节控控制制,并并由由射射极极输输出出直直流流电压。电压。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路串联型稳压电源自动调节电压过程：串联型稳压电源自动调节电压过程：RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2IoUo UBE2 IB2 IC2 UCE2 Uo UCE1 IC1 IB1 UBE1 串联型稳压电源属于串联电压负反馈电路串联电压负反馈电路电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路影响稳压特性的主要因素影响稳压特性的主要因素RLUODZCR1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io2.2.流过稳压管的电压随流过稳压管的电压随 UI 波动，使波动，使UZ 不稳定，降低不稳定，降低了稳压精度。了稳压精度。1.1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2 Uo 3.3.温度变化时，温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，使组成的放大电路产生零点漂移，使 输出电压的稳定度变差。输出电压的稳定度变差。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路改进措施改进措施在运放理想条件下在运放理想条件下:UITR1R2UFRLUo AV+-RPRUZ电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源简单的集成稳压电源简单的集成稳压电源RLUODZRFUZR2+UR+R1RLUODZRFUZR2+UR+R1电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源单片集成稳压电源单片集成稳压电源 目前最普遍应用的单片稳压电源是目前最普遍应用的单片稳压电源是W7800W7800系列和系列和W7900W7900系列。只有三个引出端：输入端系列。只有三个引出端：输入端1 1、输出端、输出端 2 2 和公共端和公共端 3(3(俗称三端集成稳压器俗称三端集成稳压器)。123123W78159824型 号W7805 W7809 W7812 W7815Uo(V)591215UiMax(V)35UMin23Iom(A)2.2Ro()0.030.15外形图和主要参数电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等等。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源应用电路应用电路输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路固定正压时的接法如图固定正压时的接法如图注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW78xxCIUI+_Uo1321F电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源应用电路应用电路输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路固定负压时的接法如图固定负压时的接法如图-+W7900系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW79xxCIUI-+Uo2311F电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源应用电路应用电路输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路正负同时输出的接法如图正负同时输出的接法如图正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联开关型稳压电源串联开关型稳压电源串联型稳压器的调整管必须工作在线性放大区，调整管功耗串联型稳压器的调整管必须工作在线性放大区，调整管功耗大，稳压电源的效率一般低于大，稳压电源的效率一般低于50。且需加装体积较大的散。且需加装体积较大的散热板。热板。开关型稳压器的调整管一般以开关型稳压器的调整管一般以10kHz100kHz的频率反复翻的频率反复翻转于饱和区和截止区的开关工作状态，功耗很低，电源效率转于饱和区和截止区的开关工作状态，功耗很低，电源效率可以提高到可以提高到8090。开关型稳压器体积小、重量轻，对。开关型稳压器体积小、重量轻，对电网电压的波动要求低。电网电压的波动要求低。由于开关型稳压器的调整管工作于开关状态，输出的脉动较由于开关型稳压器的调整管工作于开关状态，输出的脉动较大，会产生尖峰干扰和谐波干扰。大，会产生尖峰干扰和谐波干扰。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联开关型稳压电源串联开关型稳压电源开关型稳压器的基本结构开关型稳压器的基本结构 与与串串联联线线性性稳稳压压器器相相比比，开开关关型型稳稳压压器器增增加加了了开开关关控控制制和和续续流滤波电路，调整管采用用开关型晶体管。流滤波电路，调整管采用用开关型晶体管。电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联开关型稳压电源串联开关型稳压电源开关型稳压器的工作波形开关型稳压器的工作波形上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压 输出电压的平均值输出电压的平均值 电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()串联开关型稳压电源串联开关型稳压电源开关型稳压器的稳压过程开关型稳压器的稳压过程U1 RL UO u ton UOU1 RL UO u tonUO 电工电子学电工电子学电工电子学电工电子学()本章小结本章小结直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 整流滤波电路整流滤波电路 稳压电路与稳压电源稳压电路与稳压电源