第4章 直流电源课件.ppt

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1、 生产和生活中常用到直流电源，而电网提供的交生产和生活中常用到直流电源，而电网提供的交流电，因此须将交流电转换为直流电，完成此项流电，因此须将交流电转换为直流电，完成此项功能的电子设备称为直流稳压电源。功能的电子设备称为直流稳压电源。原理框图原理框图 将电网提供将电网提供的交流电压变的交流电压变换为电路所需换为电路所需的交流电压。的交流电压。将交流电压将交流电压变换为单向变换为单向脉动直流电脉动直流电压。压。减小整流后减小整流后电压的脉动电压的脉动程度，以适程度，以适应负载的需应负载的需要。要。在电网交流在电网交流电压波动或电压波动或负载变动时，负载变动时，使输出的直使输出的直流电压稳定。流电

2、压稳定。uo to to to to 2 3 uou2u2u1uDioioRLT 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 uDVDu2正正半周半周负负 tUusin222220245. 02)(sin221UUtd tUUoLLooRURUI245. 0LoDRUII245. 0222UUUmDRM to to to to 2 3 uou2uDio 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 uou2u1ioRLTuDVDVD1和和V VD3导通导通,V,VD2和和V VD4截止截止( (相当于开路相当于开路) )u2Tu1RLuoio+由变压器由变压器 T 和二极管和二极管V D

3、1 VD4 及负载及负载 RL 组成。组成。VD4VD3VD2VD1u2Tu1RLVD4VD3VD2uoioVD1+VD2和和VD4导通，导通，VD1和和VD3截止截止u2Tu1RLuoio+VD4VD3VD2VD1u2Tu1RLVD4VD3VD2uoioVD1+ to to to to 2 3 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 uD1uD2uOuDiOuD3uD4 to to to to 2 3 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 uD1uD3uD4uD2UO = 0.9U2 ,0.9U2RLIO=UORL=UDRM =2U2 ,IO= 0.9I2 ,I2 = 1.

4、11 IO , U2 =1.11 UO选用二极管的依据是选用二极管的依据是:ID 应小于应小于IOM (最大整流电流）最大整流电流）UDRM应小于应小于UR M(最高反向工作电压最高反向工作电压)uOu2uDiOID = IO12u2uo+ + - +集成硅整流桥：集成硅整流桥： 设直流电源采用单相桥式整流电路，输入电压为设直流电源采用单相桥式整流电路，输入电压为交流交流380V380V，负载要求输出直流电压，负载要求输出直流电压O O=110V=110V，直流，直流电流电流I IO O=3A=3A。试求（。试求（1 1）如何选取整流二极管？）如何选取整流二极管？ （2 2）整流变压器的变比及

5、容量。）整流变压器的变比及容量。 解：解：（1 1）流过整流二极管的平均电流为）流过整流二极管的平均电流为AIIoD5 . 12VUUo1109 . 02VU1222VU1341221 . 12由于变压器绕组及整流二极管均有压降，故取由于变压器绕组及整流二极管均有压降，故取VUUDRM18922查手册可知查手册可知2CZ12D2CZ12D满足电路参数要求。满足电路参数要求。例例1 1（2 2）变压器变比为）变压器变比为8 . 213438021UUkAIIo3 . 39 . 02VAIUS4423 . 313422变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器的容量为变压器的容量为滤波原理滤波

6、原理: :交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电感电感中的电中的电流流)不能突变的特性不能突变的特性, 将将电容电容与负载与负载RL并联并联(或将或将电电感感与负载与负载RL串联串联)，滤掉整流电路输出电压中的交，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。形的目的。二极管导通时给电容充电二极管导通时给电容充电, ,二极管截止时电容

7、向负载放电二极管截止时电容向负载放电. .u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uoioCuCau0RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时u2tu0t忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻没有电容时的没有电容时的输出波形输出波形整流电路为电整流电路为电容充电容充电电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，u0会逐渐下降。会逐渐下降。具体分析：具体分析：u1u2u1bD4D2D1D3RLSCu2tu0t忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻只有整流电路输出电只有整流电路输出电压大于压大于

8、u0的时间区间的时间区间，才有充电电流。因，才有充电电流。因此整流电路的输出电此整流电路的输出电流是脉冲波。流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时u1u2u1bD4D2D1D3RLSCu0u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uOiOCuCtiDuO2U20tt1t4t3t22U2IO UO0.9U20.45U2全波整流电容滤波电路的外特性全波整流电容滤波电路的外特性 TUO =1.2U2RLC (35)200分析分析RL未接未接入时的情况：入时的情况：u2tu0t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忽略整流忽略整流电路内阻电

9、路内阻u2u1bD4D2D1D3RLSCu0uou2uDioVDRLTu1C t0 2 3 2U2Io Uo半波整流电容滤波半波整流电容滤波 电路的外特性电路的外特性2U20.9U20.45U2估算公式估算公式: UO=1.0U2 2UDRM=2U2:UDRu20一般取一般取2T5)(3CRLd (T:电源电压的周期电源电压的周期)（1）近似估算）近似估算:半波半波Uo=U2，全波，全波Uo=1.2U2。(3) 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U0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整流管导电时间越短管导电时间越短iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一

10、般选管时，取故一般选管时，取L00DFRU213)(22I3)(2I 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(2) 输出电压输出电压U0与时间常数与时间常数RLC有关，希望有关，希望C足够大。足够大。RLC愈大愈大电容器放电愈慢电容器放电愈慢U0(平均值平均值)愈大，愈大，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,U0也随也随之改变。之改变。如如:RL愈小愈小(I0越大越大),U0下降多。下降多。电容滤波电路适用于输出电压较高电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电负载电流较小且负载变动不大的场合。流较小且负载变动不大的场合。(4)、输出特性、输出特性(外特性外特性)

11、:uL电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL结论结论VUUo1002 . 12mARUIILooD60022VUUDRM14122 已知负载电阻已知负载电阻R RL L=100=100，负载电压为，负载电压为120V120V，交流，交流电压频率为电压频率为50Hz50Hz，采用单相桥式整流电路，采用单相桥式整流电路，试求：如何选取整流二极管及滤波电容器？试求：如何选取整流二极管及滤波电容器？解：解：（a a）流过整流二极管的平均电流为）流过整流二极管的平均电流为 查表可知查表可知2CZ11B2CZ11B的最大整流电流为的最大整流电流为1A1A，最高反，最高反向耐压为向耐

12、压为200V200V，满足电路参数要求，满足电路参数要求例例2 2RLLC 滤波电路输出电压波形更为平滑，滤波电路输出电压波形更为平滑，滤波效果较好。滤波效果较好。Tuou2iou1L CTRL(1) CLC滤波器滤波器(2) CRC滤波器滤波器uou2iou1LC2C1TRLuou2iou1C2C1R交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压稳压电源类型稳压电源类型: :目前应用较目前应用较多多,主要讨论主要讨论线性稳压电线性稳压电路。路。稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)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

13、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。TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1iURIoUOIZIRURiOUUUTRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1RIZIRUOURIRiOUUU（1 1）稳压电路稳压的实质是靠稳压管的调节作用）稳压电路稳压的实质是靠稳压管的调节作用 和电阻的补偿作用。和电阻的补偿作用。（2 2）使用稳压管时必须串联电阻。）使用稳压管时必须串联电阻。 （3 3）在稳压电路中，稳压管通常为反接；）在稳压电路中，稳压管通常为反接；U

14、Z= UO ，IZmax 1.5 3 IOmaxRLUiUZIZVZUoioRIRoiUU) 32(maxzominoimaxIIRUUminooII imaxiUU RUUPoiR2max)()32(minmaxmaxozoiIIUURinzomaxoiminmIIRUUmaxooII iminiUU axininomzmoimIIUURmaxminmaxminmaxmaxozoiozoiIIUURIIUU 如图稳压管电路，已知负载电阻由开路变到如图稳压管电路，已知负载电阻由开路变到2K2K，整流滤波后的电压，整流滤波后的电压U Ui i为为30V30V，设电网电压，设电网电压变化变化 ，负

15、载电压，负载电压U Uo o=1V,=1V,试求：如何选取稳压二极管及限流电阻？试求：如何选取稳压二极管及限流电阻？10ARUILm5210oomax解：解：mAII102omaxzmaxVUU10ozAIm20zmaxVU)1210(ZAIm5zmin例例3 35510270201033RVU27309 . 0iminVU33301 . 1imaxaxinmaxminmaxmaxomzmoiozoiIIUURIIUUk7 . 1k15. 1Rk5 . 1RWRUUPoiR88. 0105 . 11033)() 32(322max）（WR1k5 . 1，T1调整管调整管R3 、 T2比较放大比

16、较放大R1 、 RW 、R2采样电阻采样电阻R 、 UZ基准电压基准电压R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB21BI1CIPRU1CEU2BI2CIoU1BEU2BEU2CEUoU)()(12211221zBEpozBEppUURRRRUUURRRRRo21221URRRRRUPBB12221oURRRRRUP）（zBE12221oUURRRRRUP UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求输出，求输出电压的调节范围。电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU4=6V4.

17、74.74.74.74.7221ZWOmaxURRRRU4=12V4.74.74.74.7例例4 4(4) (4) 实际的稳压电源采取的改进措施实际的稳压电源采取的改进措施1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放比较放大级采用差动放大器或集成运放2.2.调整管采用复合三极管调整管采用复合三极管3. 采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)4. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5. 内部加短路和过热保护电路内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成化集成稳压电源集成稳压电源

18、Uo = 12VW7812123Co+UiCi可根据需要可根据需要, 选用选用W78XX, 则则 Uo = XX V。第第8章章输入与输输入与输出端之间出端之间的电压一的电压一般不得低般不得低于于3V3V！W7915W7815CO+15V15VUO1选用不同稳压值的选用不同稳压值的 78XX 和和 79XX, 可构成可构成同时输出不对称正、负电压的稳压电路。同时输出不对称正、负电压的稳压电路。UiUO1CiCOCi3.3.集成稳压电路的主要性能指标集成稳压电路的主要性能指标以以CW7805为例为例最大输入电压：最大输入电压：35V最小输入电压：最小输入电压：7V最大输出电流：最大输出电流：1.

19、5A电压调整率：电压调整率：7.0mV（输入电压变化（输入电压变化10%时，输出电压的时，输出电压的 相对变化量。）相对变化量。）输出电阻：输出电阻：17m （输入电压和温度不变时，输出电压变（输入电压和温度不变时，输出电压变 化量和输出电流变化量之比的绝对值。）化量和输出电流变化量之比的绝对值。）最大耗散功率：最大耗散功率：15W（必须按规定散热片）（必须按规定散热片）CoW78XXCiUi+_+_Uo132UXXUZRDZUXX: 为为W78XX固定输出电压固定输出电压Uo=UXX+UZ（1 1）提高输出电压的电路）提高输出电压的电路4.4.扩展应用电路扩展应用电路由于运放的输入阻抗很高由

20、于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低，此处为电压输出阻抗很低，此处为电压跟随器作隔离器使用跟随器作隔离器使用, 它的电源就借助于稳压器的输入它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。直流电压。（2 2）输出电压可调式电路）输出电压可调式电路用用W7805组成的组成的630V可调式稳压电源可调式稳压电源。W78051321KCICOUI76234UO1KF0070.33 33V4K0.1 R1R2(UXX=5V)稳压器输出用下式表示稳压器输出用下式表示：)(211RRRUUXXo)RR(1UU12XXo CW7800123UiUOCiCORLVIoICI2当负载电流当负载电流 Io 小于稳压器电流小

21、于稳压器电流 I2 = 1 5 时时，三极管三极管 V 截止截止 当负载电流当负载电流 Io I2 时时, , T 导通导通, , R则有则有特点：特点：别名：晶闸管（Thyristor）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域： 整流（交流 直流） 逆变（直流 交流） 变频（交流 交流） 斩波（直流 直流）此外还可作无触点开关等。一、可控硅（一、可控硅（SCR)SCR)（Silicon Controlled Rectifier）1. 1. 结构结构P

22、1P2N1N2四 层 半 导 体K（阴极）G（控制极）A（阳极）PNPN四层半导体结构三 个 PN结符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2. 2. 工作原理工作原理阳极阴极控制极APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效为由二个三极管组成UGKUAKT1、T2都导通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然导通RL(1)阳极A加反向电压。可控硅导通的条件：可控硅导通的条件：（1）阳极A加正电压 （2）控制极G加正的触发电压可控硅截止的条件：可控硅截止的条件：(2)可控硅正向导通后，若令其关断，必须减小UAK（或使UAK反向），使可控硅中电流小于某一最小电流IH （ IH称为维持电

23、流维持电流）AigigigKGT1T2UAKRLUGKAKG（1）晶闸管具有单向导电性。若使其关断，必须降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加正的触发信号。晶闸管的工作原理小结晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。 3. 3.伏安特性伏安特性UIIHIFIG=0时有IG时正向反向U - 阳极、阴极间的电压 I - 阳极电流UDSM正向转折电压截止导通导通后管压降约1V额定正向平均电流维持电流URSM反向击穿电压正向特性：正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U = UDSM（正向转折

24、电压）时，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应小于 UDSM 。反向特性：反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当 U = URSM （反向击穿电压）时，反向击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。mmFIttdII0sin212)()sin(2102mmtItdtII二、二、 可控整流电路可控整流电路1. 1. 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路(1) 电路及工作原理电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG(2) 工作波形工作波形(设设u1为正弦波为正弦波)tu2tuGtuLtuT ：控制角 ：导通角u2 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的大小

25、随 uG 加入的早晚而变化； u2 0的导通路径：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1、T2 -晶闸管D1、D2 -二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1 、D2导通， T2 、D1截止 uGT2RLD1u2 (A)u2 (B) u2 0的导通路径：的导通路径：T1、T2 -晶闸管D1、D2 -晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2 、D1导通，导通， T1 、D2截止截止 (2) 工作波形工作波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-(3) 输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值)(1LtduUL)(sin212ttdU2cos19.0

26、2ULLLRUI tuL2 桥式可控整流电路中，桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3 ,可控硅控制可控硅控制角角 =15180 ，求输出电压平，求输出电压平均值均值Uo的调节范围，以及可控的调节范围，以及可控硅（包括二极管）的电流平均硅（包括二极管）的电流平均值的最大值和承受的最大反向值的最大值和承受的最大反向电压。电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-2cos19.02UUL=191V， =15=0V， =180LLLRUI=191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向电压:=311V例例5 5二、电感性负载桥式可控整流电路二、电感性负载桥式可控整流电路该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似。u2T1T2D1D2DuLRL两种常用可控整流电路的特点两种常用可控整流电路的特点电路特点1. 该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2. 晶闸管和负载上的电流相同。电路一：电路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL电路特点1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。电路二：电路二：