第12章直流稳压电源精选文档.ppt

第12章直流稳压电源本讲稿第一页，共二十六页滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压交流交流电源电源负载负载OtuOtuOtuOtuOtu 下图是半导体直流电源的原理方框图下图是半导体直流电源的原理方框图,它表示把交流电变它表示把交流电变换为直流电的过程。换为直流电的过程。图中各环节的功能如下：图中各环节的功能如下：1.整流变压器整流变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2.整流电路整流电路将交流电压变换为单向脉动电压。将交流电压变换为单向脉动电压。本讲稿第二页，共二十六页 整整流流电电路路中中最最常常用用的的是是单单相相桥桥式式整整流流电电路路它它由由四四个个二二极极管管 D1 D4 接成电桥的形式构成。接成电桥的形式构成。12.1 整流电路整流电路RLioD4D3D2D1+u+uo 3.滤波器：滤波器：减小整流电压的脉动程度。减小整流电压的脉动程度。4.稳稳压压环环节节：在在交交流流电电源源电电压压波波动动或或负负载载变变动动时时，使使直直流流输输出出电电压压稳定。为符合整流需要的电压。稳定。为符合整流需要的电压。本讲稿第三页，共二十六页RLio工作原理：工作原理：在在 u 的的正正半半周周，D1 和和 D3 导导通通，D2 和和 D4 截截止止(相相当当于于开开路路)电电流的通路如图中流的通路如图中红色箭头红色箭头所示。所示。D4D3D2D1+u+uo+本讲稿第四页，共二十六页RLD4D3D2ioD1 在在 u 的负半周，的负半周，D2 和和 D4 导通导通，D1和和 D3 截止截止(相当于开路相当于开路)，电流的通路如图中，电流的通路如图中绿色箭头绿色箭头所示。所示。+u+uo+在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压是全波整流电压 uo。本讲稿第五页，共二十六页 to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uD1uD3uD4uD2uOuuDiO 由由于于二二极极管管的的正正向向压压降降很很小小，因因此此可可认认为为 uO 的的波波形形和和 u 的的正正半半波波是是相相同同的的。输输出出电电压压的平均值为的平均值为式中式中 U 是变压器二次电压是变压器二次电压 u 的有的有效值。效值。截止管所承受的最高反向电截止管所承受的最高反向电压为压为本讲稿第六页，共二十六页下图是单相桥式整流电路的简化画法下图是单相桥式整流电路的简化画法+uo RLio+u 例例 1 已知负载电阻已知负载电阻 RL=80 ，负载电压，负载电压 UO=110 V。今采用。今采用单单相桥式整流电路，交流电源电压为相桥式整流电路，交流电源电压为 380 V。(1)如何选用晶体二极如何选用晶体二极管？管？(2)求整流变压器的变比及容量。求整流变压器的变比及容量。解解(1)负载电流负载电流每个二极管通过的平均电流每个二极管通过的平均电流变压器二次侧电压的有效值为变压器二次侧电压的有效值为本讲稿第七页，共二十六页考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧的电考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧的电压大约要高出压大约要高出 10%，即，即 122 1.1=134 V。于是。于是因因此此可可选选用用 2CZ55E 晶晶体体二二极极管管，其其最最大大整整流流电电流流为为 1 A，反反向工作峰值电压向工作峰值电压为为 300 V。(2)变压器的变比及容量变压器的变比及容量变压器的变比变压器的变比变压器二次侧电流的有效值为变压器二次侧电流的有效值为变压器的容量为变压器的容量为可选用可选用BK300(300 V A)，380/134 V 的变压器。的变压器。返回返回本讲稿第八页，共二十六页电容电容充电充电电容电容放电放电二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；12.2.1 电容滤波器电容滤波器(C 滤波器滤波器)电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。RLD1D4D3D2ioC滤波后输出滤波后输出电压电压 uo 的波形的波形变得平缓，平均值提高。变得平缓，平均值提高。12.2 滤波器滤波器+uo=uc+u 本讲稿第九页，共二十六页经经 C 滤波后滤波后 uO 的波形的波形 tuO O 2 可可见见放放电电时时间间常常数数 =RLC越越大大，脉脉动动越越小小，输输出出电电压压平平均均值值越越高，一般要求高，一般要求式中式中 T 是是 uO 的周期。这时，的周期。这时，UO 1.2U 例例 1 有有一一单单相相桥桥式式电电容容滤滤波波整整流流电电路路，已已知知交交流流电电源源频频率率 f=50 Hz，负负载载电电阻阻 RL=200 ，要要求求直直流流输输出出电电压压 UO=30 V，选择，选择整流二极管整流二极管及及滤波电容器。滤波电容器。解解 (1)选择选择整流二极管整流二极管流过二极管的电流流过二极管的电流取取 UO=1.2U，所以变压器二次侧电压的有效值为所以变压器二次侧电压的有效值为本讲稿第十页，共二十六页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 因因此此可可选选用用 2CZ52B 型型二二极极管管，其其最最大大整整流流电电流流为为100 mA，反向工作峰值电压反向工作峰值电压为为 50 V。(2)选择滤波电容器选择滤波电容器选用选用 C=250 F，耐压为，耐压为 50 V 的极性的极性电容器。电容器。本讲稿第十一页，共二十六页RLL C+u 12.2.2 电感电容滤波器电感电容滤波器(LC 滤波器滤波器)当当通通过过电电感感线线圈圈的的电电流流发发生生变变化化时时，线线圈圈中中要要产产生生自自感感电电动动势势阻阻碍碍电电流流的的变变化化，因因而而使使负负载载电电流流和和负负载载电电压压的的脉脉动动大大为为减减小小。频频率率越越高高，电电感感越越大大，滤滤波波效效果果越越好好，而而后后又又经经过过电电容容滤滤波，使输出电压更为平直。波，使输出电压更为平直。返回返回本讲稿第十二页，共二十六页12.3 直流稳压电源直流稳压电源12.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路RLCRIRIZDZIo+Uo+UI+引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化，引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化，下面分析在这两种情况下的稳压作用。下面分析在这两种情况下的稳压作用。(1)当当交交流流电电源源电电压压增增加加而而使使整整流流输输出出电电压压 UI 随随着着增增加加时时，负负载载电电压压 Uo 也也要要增增加加。Uo 即即为为稳稳压压管管两两端端的的反反向向电电压压。当当当当负负载载电电压压 Uo 稍稍有有增增加加时时，稳稳压压管管的的电电流流 IZ 就就显显著著增增加加，因因此此限限流流电电阻阻 R 上上的压降增加，以抵偿的压降增加，以抵偿 UI 的增加，从而使的增加，从而使 Uo 保持近似不变。保持近似不变。本讲稿第十三页，共二十六页 (2)当当电电源源电电压压保保持持不不变变，而而负负载载电电流流增增大大时时，电电阻阻 R 上上的的压压降降增增大大，负负载载电电压压 Uo 因因而而下下降降。只只要要 Uo下下降降一一点点，稳稳压压管管电电流流 IZ 就就显显著著减减小小，使使通通过过电电阻阻 R 的的电电流流和和电电阻阻上上的的压压降降保保持持近近似似不不变变，因因此此负载电压负载电压 Uo 也就近似稳定不变。也就近似稳定不变。选择稳压管时一般取选择稳压管时一般取 UZ=Uo，UI=(2 3)Uo 例例 1 有有一一稳稳压压管管稳稳压压电电路路，负负载载电电阻阻 RL 由由开开路路变变到到 3 k，交交流流电电压压经经整整流流滤滤波波后后得得出出 UI=30 V。今今要要求求输输出出直直流流电电压压 UO=12 V，试选择，试选择稳压管稳压管 DZ。解解 根据输出电压根据输出电压 UO=12 V 的要求，负载电流最大值的要求，负载电流最大值可选择稳压管可选择稳压管 2CW60，其稳定电压，其稳定电压 UZ=(11.5 12.5)V，其稳定电其稳定电流流 IZ=5 mA，最大，最大稳定电流稳定电流 IZM=19 mA。本讲稿第十四页，共二十六页12.3.2 集成稳压电源集成稳压电源 本本节节主主要要介介绍绍 W7800 系系列列(输输出出正正电电压压)和和 W7900 系系列列(输输出出负负电电压压)，它们的电路符号如下图所示它们的电路符号如下图所示:W7800+231W790013_2_ 这这种种稳稳压压器器只只有有输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端三三个个引引出出端端，故故也也称称为为三三端端集集成成稳稳压压器器。W7800 系系列列 1 为为输输入入端端，2 为为输输出出端端，3 为为公公共共端端；W7900 系系列列 3 为为输输入入端端，2 为为输输出出端端，1 为为公公共共端端。W7800 系系列列输输出出固固定定的的正正电电压压有有 5 V，8 V，12 V，15 V，18 V，24 V 多多种种。例例如如 W7812 的的输输出出电电压压为为 12 V。W7900 系系列列输输出出固固定定负负电电压压，其其参参数数与与 W7800 基本相同。基本相同。本讲稿第十五页，共二十六页 下下图图给给出出了了三三端端集集成成稳稳压压器器的的接接线线方方法法，Ci 用用以以抵抵消消输输入入端端较较长长接接线线的的电电感感效效应应，防防止止产产生生自自激激振振荡荡。Ci 一一般般在在 0.1 1 F 之之间间 Co 是是为为了了瞬瞬时时增增减减负负载载电电流流时时不不致致引引起起输输出出电电压压有有较较大大的的波波动动。Co 可可取取 1 F。Uo=12 VW7812123Co+UiCi三端集成稳压器的几种应用电路：三端集成稳压器的几种应用电路：三端集成稳压器的几种应用电路：三端集成稳压器的几种应用电路：本讲稿第十六页，共二十六页24 V24 V220 VW7815W7915132321+CC1000 F 1000 F Ci0.33 F Ci0.33 F CO1 F CO1 F+15 V 15 V(1)同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路本讲稿第十七页，共二十六页(2)提高输出电压的电路提高输出电压的电路输出电压输出电压 UO=U +UZW78 132 Ci CO DZ+UO+UI +U +UZ (3)扩大输出电流的电路扩大输出电流的电路 可可采采用用外外接接功功率率管管 T 的的方方法法来来扩扩大大输输出出电电流流。一一般般 I3 很很小，可忽略不计，则可得出小，可忽略不计，则可得出TICW78123CiCOI2RI3I1+UO+UI IRIBIO设设 =10，UBE=0.3 V，R=0.5 ，I2=1 A，由由上上式式可可算算出出 IC=4 A，输输出出电电流流 IO=I2+IC=5 A，比比 I2 扩扩大了。大了。本讲稿第十八页，共二十六页(4)输出电压可调的电路输出电压可调的电路W78 Ci CO+UI +U +UO R1R2R3R4 可可见见移移动动电电位位器器滑滑动动端端，改改变变电电阻阻 R2 和和 R1的的比比值值，便便可可调调节节输输出出电电压压 UO 的大小。的大小。返回返回本讲稿第十九页，共二十六页12.4 晶闸管和可控整流电路晶闸管和可控整流电路12.4.1 晶闸管晶闸管AGKPNPN阳极阳极阴极阴极控制控制极极AKG符号符号符号符号结构结构结构结构1.基本结构基本结构 晶晶闸闸管管是是具具有有三三个个 PN 结结的的四四层层结结构构。引引出出的的三三个个电电极极分分别别为为阳阳极极 A，阴阴极极 K 和和控控制制极极(或称门极或称门极)G。本讲稿第二十页，共二十六页2.工作原理工作原理S(c)S(a)S(b)可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理。可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理。(1)晶晶闸闸管管导导通通(灯灯亮亮)必必须须同同时时具具备备两两个个条条件件：第第一一，在在阳阳极极与与阴阴极极之之间间加加正正向向电电压压；第第二二，控控制制极极和和阴阴极极之之间间也也要要加加正正向电压向电压(实际上加正触发脉冲实际上加正触发脉冲)。(2)晶晶闸闸管管导导通通后后,断断开开控控制制极极 图图(b)所所示示，晶晶闸闸管管继继续续导导通通，即即晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用(这对普通晶闸管而言这对普通晶闸管而言)。本讲稿第二十一页，共二十六页 (3)要要使使从从导导通通转转为为阻阻断断(截截止止)，必必须须切切断断阳阳极极电电源源，或或在在阳阳极极与与阴阴极极之之间间加加反反向向电电压压，或或将将电电流流减减小小到到某某一一数数值值(维维持持电电流流 IH)以下。以下。3.伏安特性伏安特性导通导通阻断阻断OIHIAUAUBRUBO IG0 IG1 IG2+从从正正向向特特性性看看，当当 UA UBO时时，晶晶闸闸管管处处于于阻阻断断状状态态，只只有有很很小小的的漏漏电电流流通通过过。当当 UA 增增大大到到某某一一数数值值时，时，本讲稿第二十二页，共二十六页 晶晶闸闸管管由由阻阻断断状状态态突突然然导导通通，这这时时所所对对应应的的电电压压称称为为正正向向转转折折电电压压 UBO。IG 越越大大，UBO 越越低低。晶晶闸闸管管导导通通后后，就就有有较较大大电电流流通过，但管压降只有通过，但管压降只有 1 V 左右。左右。从反向特性看，从反向特性看，晶闸管晶闸管处于阻断状态，只有很小的反向漏电流处于阻断状态，只有很小的反向漏电流通过，当通过，当反向电压反向电压增大到某一数值时，使增大到某一数值时，使晶闸管晶闸管反向反向导通导通(击穿击穿)，所对应的电压称为所对应的电压称为反向转折电压反向转折电压 UBR。晶闸管晶闸管的型号及其含义如下的型号及其含义如下:K P 导通时平均电压组别导通时平均电压组别(小于小于 100 A 不标不标)，共共 9 级，级，用用 A 1 字母表示字母表示 0.4 1.2 V额定电压，用其百位数或千位数表示额定电压，用其百位数或千位数表示额定正向平均电流额定正向平均电流(A)普通型普通型晶闸管晶闸管本讲稿第二十三页，共二十六页单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路ug t tuO 12.4.2 可控整流电路可控整流电路 导通角导通角iO tOu2OO 2 3 T1,D2导通导通T1,D2导通导通T2,D1导通导通 控制角控制角(又称移相角又称移相角)在在 u 的的正正半半周周，T1 和和 D2 承承受受正正向向电电压压，这这时时如如对对引引入入触触发发脉脉冲冲 ug，则则 T1 和和D2 导导通通，而而 T2 和和 D1 截截止止;在在 u 的的负负半半周周，T2 和和 D1 导导通通，T1 和和 D2 截止。截止。iOD1T1T2D2+u RL+uO 本讲稿第二十四页，共二十六页整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即显然，导通角显然，导通角 越大越大(控制角控制角 越小越小)输出电压越高。输出电压越高。晶闸管晶闸管所需的所需的触发脉冲触发脉冲由专门的由专门的触发触发电路提供。电路提供。例例 1 有有一一纯纯电电阻阻负负载载，需需要要可可调调的的直直流流电电源源：电电压压 UO=0 180 V，电电流流 IO=0 6 A。现现采采用用单单相相半半控控桥桥式式整整流流电电路路，试试求求交交流流电电压的有效值，并选择整流元件。压的有效值，并选择整流元件。解解 设设晶晶闸闸管管导导通通角角 为为 180(控控制制角角 =0 )时时，UO=180 V，IO=6 A，交流电压有效值交流电压有效值本讲稿第二十五页，共二十六页考考虑虑到到电电网网电电压压波波动动、管管压压降降以以及及导导通通角角常常常常到到不不了了 180 等等因因素素，交交流流电电压压要要比比上上述述计计算算值值适适当当加加大大 10%左左右右，可可取取 220 V，因因此此可可不不用用整流变压器整流变压器，直接接到，直接接到 220 V 的交流电源上。的交流电源上。晶闸管晶闸管可选用可选用 KP57 型，二极管可选用型，二极管可选用 2CZ5/300 型。型。返回返回本讲稿第二十六页，共二十六页