《直流稳压电源》课件.ppt

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1、第五章直流稳压电源 在生产、生活和科学实验中，主要在生产、生活和科学实验中，主要采用交流电，但在某些场合，例如电解、采用交流电，但在某些场合，例如电解、电镀、蓄电池的充电、直流电动机等，电镀、蓄电池的充电、直流电动机等，都需要直流电源供电。此外，在电子线都需要直流电源供电。此外，在电子线路和自动控制装置中还需要用非常稳定路和自动控制装置中还需要用非常稳定的直流电源电压。为了得到直流电，除的直流电源电压。为了得到直流电，除了用直流发电机外，目前广泛采用各种了用直流发电机外，目前广泛采用各种半导体直流电源。半导体直流电源。半导体直流电源由整流变压器、整流电路、滤波电路、稳压电半导体直流电源由整流变

2、压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等环节组成。路等环节组成。整流变压器整流变压器TrTr：将交流电源电压：将交流电源电压u u1 1变换为符合整流要求的交流变换为符合整流要求的交流电压电压u u2 2。滤波电路：将单向脉动直流电压滤波电路：将单向脉动直流电压u u3 3变换为脉动较小的直流电压变换为脉动较小的直流电压u u4 4。整流电路：将交流电压整流电路：将交流电压u u2 2变换为单向脉动的直流电压变换为单向脉动的直流电压u u3 3。稳压电路：在交流电源电压波动及负载变化时，使直流输出电稳压电路：在交流电源电压波动及负载变化时，使直流输出电压压u uo o稳定。稳定。整整 流流 电电

3、路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u4uou3Tr 1 整流电路整流电路 整流电路的作用整流电路的作用是将交流电压变换为单向脉动的直流是将交流电压变换为单向脉动的直流电压。常见的小功率整流电路有：单相半波、全波、桥式电压。常见的小功率整流电路有：单相半波、全波、桥式和倍压整流等，这些整流电路主要应用在电子仪器中。在和倍压整流等，这些整流电路主要应用在电子仪器中。在要求整流功率较大的场合，采用单相整流电路，会造成三要求整流功率较大的场合，采用单相整流电路，会造成三相电网负载的不平衡，影响供电质量，这时应采用三相桥相电网负载的不平衡，影响供电质量，这时应采用三相桥式整流电路。

4、式整流电路。在整流电路中，整流元件为二极管，为分析问题简单在整流电路中，整流元件为二极管，为分析问题简单起见，可把二极管当作理想元件来处理，即二极管的正向起见，可把二极管当作理想元件来处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。导通电阻为零，反向电阻为无穷大。1 单相半波整流电路单相半波整流电路忽略二极管正向压降，忽略二极管正向压降，则则 uo=u+-所以所以 uo=0-+u0时：时：二极管正向导通，二极管正向导通，io00u0时：时：D1、D3正向正向导通，导通，D2、D4反向截止，反向截止，io0，uo=u0 D4D2D1D3RLabuTruoio+-u0，uo=-u0 D4D2D

5、1D3RLabuTruoio-+t tu 2 3 uo、io的波形与平均值的波形与平均值 uoioD4D2D1D3RLabuTruoio二极管的平均电流二极管的平均电流二极管的最高反向电压二极管的最高反向电压例例已知负载电阻已知负载电阻RL=80，负载电压，负载电压Uo=110V，采用，采用桥式整流电路，交流电源电压为桥式整流电路，交流电源电压为380V，如何选择，如何选择整流二极管？整流二极管？解解 可选用可选用2CZ11C2CZ11C型二极管，其最大整流电流为型二极管，其最大整流电流为1A1A，反，反向工作峰值电压为向工作峰值电压为300V300V。考虑到变压器副绕组及管子上的压降，变压器

6、的副考虑到变压器副绕组及管子上的压降，变压器的副边电压大约要比计算值高出边电压大约要比计算值高出10%10%，所以，所以2 滤波电路滤波电路 交流电压经整流后输出的是单向脉动的直流电压，其交流电压经整流后输出的是单向脉动的直流电压，其中既含有直流成分又含有交流成份。滤波电路的作用是利中既含有直流成分又含有交流成份。滤波电路的作用是利用用电容元件电容元件两端电压不能跃变或两端电压不能跃变或电感元件电感元件中电流不能跃变中电流不能跃变的特性的特性,将将电容元件电容元件与负载并联或将与负载并联或将电感元件电感元件与负载串联，与负载串联，滤掉整流输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到滤掉整流输出电

7、压中的交流成份，保留其直流成份，达到输出电压平滑的目的。输出电压平滑的目的。1 单相半波带电容滤波单相半波带电容滤波的整流电路的整流电路uouaTrTrbDRLC+uC tu 2 3 D D导导通通D D截截止止 tuoD D截止截止C C放电放电 tuoObcaD D导通导通C C充电充电d Oa段：段：D D导通，电源对导通，电源对C充电，充电，uo=uC=u；ab段：从段：从a点开始，点开始，u和和uC都开始下降，都开始下降，u按正弦规律按正弦规律下降，下降，uC按指数规律下降，开始按指数规律下降，开始uC下降速度大于下降速度大于u，所以，所以D D导通，导通，uo=uC=u；bc段：从

8、段：从b点开始，点开始，u下降速度大于下降速度大于uC，所以，所以D D截止，截止，uo=uC，按指数规律变化，变化快慢决定于，按指数规律变化，变化快慢决定于=RLC；cd段：段：u uC，D D又导通，又导通，uo=uC=u，重复上一周期。，重复上一周期。uouaTrTrbDRLC+uC tu 2 3 tuoO tuo无电容滤无电容滤波波带电容滤带电容滤波波 带电容滤波时，带电容滤波时，uo的的脉动大为减小，其平均值脉动大为减小，其平均值Uo增大。增大。uouaTrTrbDRLC+uC tuoO tuo无电容滤无电容滤波波带电容滤带电容滤波波 在空载时：在空载时：随着负载的增大（随着负载的增

9、大（RL ），放电时间常数），放电时间常数=RLC ，放电加快，放电加快，所以所以Uo 。uouaTrTrbDRLC+uC通常规定：通常规定：单相半波带电容滤波单相半波带电容滤波的整流电路的整流电路单相全波带电容滤波单相全波带电容滤波的整流电路的整流电路单相半波带电容滤波整流电路的特点单相半波带电容滤波整流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)(2)(2)流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大 =RLC愈大愈大Uo愈大愈大负载电流的平均值愈大负载电流的平均值愈大整整流管导通角愈小流管导通角愈小iD的峰值也就愈大。的峰值也就愈大。(1)(1)输出电压输出电压Uo与

10、时间常数与时间常数 =RLC有关有关 =RLC愈大愈大电容电容C放电愈慢放电愈慢Uo(uo的平均值的平均值)愈大。愈大。(3)(3)二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压(4)(4)、输出外特性、输出外特性Uo与与Io的关系曲线的关系曲线Uo带电容带电容滤波滤波1.4U0.45UIo无电容无电容滤波滤波 带电容滤波的带电容滤波的整流电路，其外特整流电路，其外特性较差，或者说带性较差，或者说带负载能力较差。电负载能力较差。电容滤波电路适用于容滤波电路适用于输出电压较高，负输出电压较高，负载电流较小且变化载电流较小且变化也较小的场合。也较小的场合。uouaTrTrbDRLC+uCio2

11、电感滤波电路电感滤波电路电路结构：电路结构：在整流电路与负载之间串联一在整流电路与负载之间串联一个电感个电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。uouTrTrbRLLau（1 1）滤波原理）滤波原理 对对u的的直流分量：直流分量：f=0，XL=0，相当于短路，电压大相当于短路，电压大部分降在部分降在RL上；对上；对u的的交流分量：交流分量：f越高，越高，XL越大，电压越大，电压大部分降在大部分降在XL上。上。因此，因此，uo主要是主要是u的直流成分，的直流成分，uo是比是比较平滑的直流电压。较平滑的直流电压。UoUuouTrTrbRLLauLuouTrTrbRLau（2 2）电感滤波

12、的特点）电感滤波的特点:整流管导通角较大，峰值电流很小，输出外特性比整流管导通角较大，峰值电流很小，输出外特性比较平坦，适用于低电压大电流较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。缺点是电的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。3 3 复合复合滤波电路滤波电路 单独使用电容或电感构成的单独使用电容或电感构成的滤波电路，滤波电路，滤波效滤波效果不够理想，为了满足较高的滤波要求常采用电容果不够理想，为了满足较高的滤波要求常采用电容和电感组成的和电感组成的LC、CLC-型型等复合滤波电路。等复合滤波电路。这两种滤波电路适用于负载电流较大，这两种

13、滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。要求输出电压脉动较小的场合。LC+C+C+LC+C+LC+C+R 在负载较轻时，常采用电阻代替笨重的电感，在负载较轻时，常采用电阻代替笨重的电感，构成构成CRC-型型滤波电路，同样可以获得脉动很小的滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，所以只适用于负载电流较小的场合。所以只适用于负载电流较小的场合。uD1RLuouD2C作业作业3 稳压电路稳压电路 经整流和滤波后的直流电压往往还会随交流电源电压经整流和滤波后的直流电压往往还会随交流电源电压的波动或负载的

14、变化而变化。为了得到很稳定的直流电压，的波动或负载的变化而变化。为了得到很稳定的直流电压，直流稳压电源还需在整流、滤波电路之后再加一级稳压电直流稳压电源还需在整流、滤波电路之后再加一级稳压电路。最简单的稳压电路是采用稳压管和限流电阻组成。路。最简单的稳压电路是采用稳压管和限流电阻组成。UoUiRRLDZIZIo稳压电路Ui是经整是经整流和滤波流和滤波后的电压后的电压UoUiRRLDZIZIo*当交流电源电压当交流电源电压波动而使波动而使Ui变化时变化时Uo=Ui-URIZURURUo=Ui-UR若若UiUo=Ui-URIZURUo=Ui-UR若若UiUoUiRRLDZIZIoURURURUo=

15、Ui-URURUo=Ui-URIZURUo=Ui-URUo=Ui-URIZ*当交流电源电压当交流电源电压不变而负载变化时不变而负载变化时若若Io若若IoD4D2D1D3abuTrUoRRLDZIZIoC+uC一个完整的半导体直流稳压电源一个完整的半导体直流稳压电源4 串联型稳压电路串联型稳压电路 由一个稳压管和一个由一个稳压管和一个电阻组成的稳压电路，结电阻组成的稳压电路，结构简单，但受稳压管最大构简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电稳定电流的限制，负载电流不能太大。另外，输出流不能太大。另外，输出电压不可调且稳定性也不电压不可调且稳定性也不理想。理想。串联型稳压器克服了串联型稳压器克服

16、了上述缺点，目前应用较为上述缺点，目前应用较为广泛。广泛。UoUiRRLDZIZIo稳压电路UZR1RpR2RaRbUFUiUoR3Io-+UBUCEUZR1RpR2RaRbUFUiUoR3Io-+UBUCE自动调整过程自动调整过程Uo UB UF IC UCE Uo 由于是串联电压负反馈，所以称为串联型稳压电路。由于是串联电压负反馈，所以称为串联型稳压电路。Ui有内阻有内阻 目前所使用的稳压器已集成化，但以串联型稳压电路为其基础。目前所使用的稳压器已集成化，但以串联型稳压电路为其基础。最具代表性的集成稳压器有最具代表性的集成稳压器有W78系列和系列和W79系列。系列。W78123W79123

17、1.输入端输入端2.输出端输出端（正电压）（正电压）3.公共端公共端1.公共端公共端2.输出端输出端（负电压）（负电压）3.输入端输入端 W78系列系列输出正电压有输出正电压有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多种，若要获得负电压，选用等多种，若要获得负电压，选用W79系列即可。比如系列即可。比如W7805输出输出+5V电压，比如电压，比如W7905输出输出-5V电压。电压。基本基本电路电路W78123UiUoC1C2W79321UiUoC1C2 C1用来抵消输入端引线过长引起的电感效应，防止产生自激振荡；用来抵消输入端引线过长引起的电感效应，防止产生自激振荡；C2用来改用来改善稳压器在负载电流瞬时变动时，输出电压引起的波动。善稳压器在负载电流瞬时变动时，输出电压引起的波动。几种应用电路：几种应用电路：提高提高输出电压输出电压的电路的电路W78123UiC1UoC2UXXUZDZ扩大扩大输出电流输出电流的电路的电路123UiC1UoC2TIRW78IBICI1I2I3IoRIo比比I2扩大了扩大了W7815123UiW7915321+15V-15V输出输出正负电压正负电压的电路的电路W78R3R4UiUo-+R1R2UXX输出输出电压可电压可调的电调的电路路The End