电工学第七版第18章直流稳压电源.ppt

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1、下一页返回上一页退出章目录第18章直流稳压电源18.2 滤波器18.3 直流稳压电源18.1 整流电路下一页返回上一页退出章目录本章要求：本章要求：1.1.理解单相整流电路和滤波理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及的工作原理及参数的计算参数的计算;2.2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理原理;3.3.了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。第18章直流稳压电源下一页返回上一页退出章目录第18章直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适的

2、直流电压u4uou3u2 u1交流电源交流电源负载负载变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压下一页返回上一页退出章目录18.1 整流电路整流电路的作用整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性下一页返回上一页退出章目录uDO18.1.1 单相半波整流电路2.2.工作原理工作原理 u u 正半周，正半周，VVaaVVbb，二极管二极

3、管DD导通；导通；3.3.工作波形工作波形 u 负半周，Va Vb，二极管D 截止。1.1.电路结构电路结构+aTrDuoubRLio动画utOO下一页返回上一页退出章目录4.4.参数计算参数计算(1)(1)整流电压平均值整流电压平均值 UUoo(2)(2)整流电流平均值整流电流平均值 IIoo(3)(3)流过每管电流平均值流过每管电流平均值 IIDD(4)(4)每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 UUDRMDRM(5)(5)变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值 II下一页返回上一页退出章目录5.5.整流二极管的选择整流二极管的选择平均电流平均电流 IID D

4、与最高反向电压与最高反向电压 UUDRMDRM 是选择整是选择整流二极管的主要依据。流二极管的主要依据。选管时应满足：选管时应满足：IIOMOM IIDD，UURWMRWM UUDRMDRM 半波整流电路的优点：结构简单，使用的元件少。缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。下一页返回上一页退出章目录18.1.2 单相桥式整流电路2.2.工作原理工作原理 u u 正半周，正半周，VVaaVVbb，二二极管极管 D D11、D D33 导通，导通，D D22、D

5、D44 截止截止。3.3.工作波形工作波形uD2uD41.1.电路结构电路结构uDttRLuiouo1234ab+u下一页返回上一页退出章目录18.1.2 单相桥式整流电路2.2.工作原理工作原理3.3.工作波形工作波形uD2uD41.1.电路结构电路结构RLuiouo1234ab+u 正半周，VaVb，二极管 1、3 导通，2、4 截止。u u 负半周，负半周，VVaaVVbb，二极二极管管 2 2、4 4 导通，导通，11、3 3 截止截止。uDttuD1uD3u下一页返回上一页退出章目录4.参数计算(1)(1)整流电压平均值整流电压平均值 UUo(2)(2)整流电流平均值

6、整流电流平均值 IIo(3)(3)流过每管电流平均值流过每管电流平均值 IIDD(4)(4)每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 UUDRMDRM(5)(5)变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值 II下一页返回上一页退出章目录(1)输出直流电压高；(2)脉动较小；(3)二极管承受的最大反向电压较低；(4)电源变压器得到充分利用。目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。桥式整流电路的优点：桥式整流电路的优点：下一页返回上一页退出章目录解：解：变压器副边电压有效值

7、变压器副边电压有效值例例11：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220V，负载电阻 RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。流过每只二极管电流平均值流过每只二极管电流平均值每只二极管承受的最高反向电压每只二极管承受的最高反向电压整流电流的平均值整流电流的平均值考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出 5%10%，即取 U=1.1 111 122 V下一页返回上一页退出章目录例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。I=1.11

8、Io=2 1.11=2.2 A 变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器容量变压器容量 S=U I=122 2.2=207.8 V A变压器副边电压 U 122 V 可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。下一页返回上一页退出章目录例例22：试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管DD22 或或DD44 断断开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。如果如果DD22 或或DD4 4 接反，后果如何接反，后果如何？如果如果DD2 2 或或DD44因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uo+_u+_R

9、LD2D4 D1D3解：解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo=0。uo u 2 34twtw 2 34oo下一页返回上一页退出章目录如果如果DD22或或DD44接反接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。如果如果DD22或或DD44因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。u

10、o+_u+_RLD2D4 D1 D3下一页返回上一页退出章目录18.1.3 三相桥式整流电路2.2.工作原理工作原理在每一瞬间在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。1.1.电路电路 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o 三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形共阳极组共阴极组下一页返回上一页退出章目录在 t1 t2 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通；共阳极组中b点电位最低，D4 导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压uuabab。D1RLuoD6 D3D5D4D

11、2io Cbau+o负载电压2.2.工作原理工作原理变压器副边电压ouaubuC2ot1t2t3t4t5t6t7t8t9下一页返回上一页退出章目录在 t2 t3 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通；共阳极组中c点电位最低，D6 导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压uuaaC C。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压2.2.工作原理工作原理变压器副边电压ouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9o下一页返回上一页退出章目录在 t3 t4 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通；共阳极组中c点电位最低，D6 导通。负载两端的电

12、压为线电压负载两端的电压为线电压uubbC C。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压2.2.工作原理工作原理变压器副边电压ouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9o下一页返回上一页退出章目录在 t4 t5 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通；共阳极组中a点电位最低，D2 导通。负载两端的电压为线电压负载两端的电压为线电压uubaba。D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+o负载电压2.2.工作原理工作原理变压器副边电压ouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9o下一页返回上一页退出章目录t1t2t3t4t5t6t7

13、t8t9o2.2.工作原理工作原理结论：结论：在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+o变压器副边电压负载电压负载两端的电压为线电压。负载两端的电压为线电压。ouaubuC2下一页返回上一页退出章目录3.3.参数计算参数计算(1)(1)整流电压平均值整流电压平均值 UUo(2)(2)整流电流平均值整流电流平均值 IIoo(3)(3)流过每管电流平均值流过每管电流平均值 IIDD(4)(4)每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 UUDRMDRM下一页返回上一页退出章目录18.2 滤波器交流电压经

14、整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,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形的目的。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。下一页返回上一页退出章目录 18.2.1 电容滤波器 1.1.电路结构电路结构2.2.工作原理工作原理 u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC 增加，uo=uC。uu uuC时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载RRLL 放电，放电，uuCC按指数规律下降，

15、按指数规律下降，uuoo=uuC。+Cici+aDuoubRLio=uC 3.3.工作波形工作波形二极管承受的最高反向电压为。utOtO下一页返回上一页退出章目录4.4.电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(T T 电源电压的周期电源电压的周期)(1)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关。RRLLCC 越大越大电容器放电越慢电容器放电越慢输出电压的平均值输出电压的平均值UUo o 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：Uo=1.2 U(桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）当负载当负载RRL L 开路时，开路时，UUO O 为了得到比较平直的输出电压下一

16、页返回上一页退出章目录(2)(2)外特性曲线外特性曲线有电容滤波1.4 1.4U U 无电容滤波0.45.45U U UooIO 结论采用电容滤波时，输出电采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。带负载能力较差。因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。(3)(3)流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：选管时一般取：IIOM OM=2=2 IID D RLC 越大O 越高，IO 越大整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。tOtO下一页返回上一页退出章目录例：有一单相桥式整

17、流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值 uRLuo+C解：1.1.选择整流二极管选择整流二极管可选用二极管2CP11IOM=100mA URWM=50V 下一页返回上一页退出章目录例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。取 RLC=5 T/2已知RL=50 uRLuo+C解

18、：2.选择滤波电容器可选用C=250 F，耐压为50V的极性电容器下一页返回上一页退出章目录18.2.2 电感电容滤波器1.1.电路结构电路结构L uRLuo+C2.2.滤波原理滤波原理对直流分量对直流分量:XXLL=0=0，LL相当于短路相当于短路,电压大部分降电压大部分降在在RRLL上。对谐波分量上。对谐波分量:ff 越高越高,XXLL越大越大,电压大部分降电压大部分降在在LL上。上。因此因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化电势阻碍电流的变化,使

19、负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。LCLC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。的场合，用于高频时更为合适。下一页返回上一页退出章目录18.2.3 形滤波器形形 LC LC 滤波器滤波器滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。比形 LC 滤波器的体积小、成本低。L uRLuo+C2+C1 形形 RC RC 滤波器滤波器R uRLuoo+C2+C1 R R 愈大，愈大，CC22愈大，愈大，滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但R R 大将使直大将使直流压降增加，流压降增加，主要适用于负载电

20、流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。下一页返回上一页退出章目录交直流收扩两用机电源N1N3C2 0.047FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000F/50V+C124VFU11A直流24V交流220V 如图电源输出电压为24V,电流为1.8A。变压器副绕组N3 的电压约为20V,C2起抑制高频干扰作用；副绕组N2的电压为5.5V，供照明指示灯用。直流 24V电池的极性可任意接入。下一页返回上一页退出章目录18.3 直流稳压电源稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳

21、定的输出电压的一种电子设备。出电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。阻越小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。是一个独立的电子部件。下一页返回上一页退出章目录18.3.1 稳压管稳压电路2.2.工作原理工作原理UO=UZ IR

22、=IO+IZUIUZRL(IO)IR 设UI一定，负载RL变化UO 基本不变 IR(IRR)基本不变 UO(UZ)IZ1.1.电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压稳压电路下一页返回上一页退出章目录18.3.1 稳压管稳压电路2.2.工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZUI UZ 设负载设负载RRLL一定，一定，UUI I 变化变化 UO 基本不变 IRR IZ IR 1.1.电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz下一页返回上一页退出章目录3.3.参数的选择参数的选择(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5 3)ICM(3)UI=(2

23、3)UO(4)为保证稳压为保证稳压管安全工作管安全工作为保证稳压为保证稳压管正常工作管正常工作适用于输出电压固适用于输出电压固定、输出电流不大、且定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。负载变动不大的场合。下一页返回上一页退出章目录18.3.2 恒压源由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。UORFR2R1+RL+UZRDZ+UUORFR2R1+RLRDZ+UZ+U反相输入恒压源同相输入恒压源改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。下一页返回上一页退出章目录UiTR2UZRLUO+R3+UB+DZ+Uf+R118.3.3 串联型稳压电路1.1.电路结构电路结构串联型稳压

24、电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。调整元件比较放大基准电压取样电路下一页返回上一页退出章目录当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程：2.2.稳压过程稳压过程由电路图可知由电路图可知UO Uf UB UOIC UCE 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。UITR2UZRLUO+R3+UB+DZ+Uf+R1下一页返回上一页退出章目录3.3.输出电压及调节范围输出电压及调节范围输出电压输出电压UiTR2UZRLUO+R3+UB+DZ+Uf+R1下一页返回上一页退出章目录集成稳压电源1.分类XXXX两位数字

25、为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出可调电压输出正电压78XX 输出负电压79XX（1.25 37 V 连续可调）下一页返回上一页退出章目录2.2.外形及引脚功能外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1输入端3 公共端2 输出端W7900系列稳压器外形1 公共端3输入端2 输出端塑料封装塑料封装下一页返回上一页退出章目录3.3.性能特点性能特点（78007800、79007900系列）系列）输出电流超过 1.5 A（加散热器）不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为 4%输出电压额定值有输出电压额定值有:5V、6V、

26、9V、12V、15V、18V、24V等。下一页返回上一页退出章目录4.4.主要参数主要参数(1)1)电压调整率电压调整率SSUU(稳压系数稳压系数)反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。(2)2)电流调整率电流调整率SSII 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。0.0050.02%0.11.0%下一页返回上一页退出章目录(3)输出电压 UO(6)最大输入电压 UiM(7)最大功耗 PM(4)最大输出电流 IOM(5)最小输入、输出电压差(Ui-UO)min 下一页返回上一页退出章目录输出为

27、固定正电压时的接法如图所示。(1)(1)输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路输入与输输入与输出之间的出之间的电压不得电压不得低于低于3V3V！5.5.三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO1 23 0.11 F1F为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。改善负载的瞬态响应。用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线较长时的电感效应，较长时的电感效应，防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。即用以改善波形。即用以改善波形。下一页返回上一页退出章

28、目录(2)(2)同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路2 3220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V1 23CiW79151COCO 15V1F1F0.33F0.33F1000F1000F下一页返回上一页退出章目录UUXXXX:为为W78XXW78XX固定输出电压固定输出电压UUO O=U=UXX XX+U+UZZ（33）提高输出电压的电路提高输出电压的电路COW78XXCiUI+_+_UO1 23UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC（44）提高输出电流的电路提高输出电流的电路当 IO较小时，UR较小，T截止，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO1 23RURICI2IOT+当当 IIO O IIOMOM时，时，UURR较大，较大，TT导通导通，IIOO=IIOM OM+I+ICC R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定,即R UBE/IOM。下一页返回上一页退出章目录6.6.三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用流过调整端电流 100 A，在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略22、11两端电压为两端电压为 1.25V 1.25V 基准电压基准电压COCW117CiUi+_+_UO3 21 AdjR1R22401F0.1F

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11.9 金币

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