直流稳压电源24935课件.pptx
电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,直流稳压电源的组成和功能,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,第1页/共54页,8.1 整流与滤波电路,1.半波整流电路,二极管导通，忽略二极管正向压降， uo=u2,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,二极管截止, uo=0,u2 0 时:,u20时:,一. 单相整流电路,第2页/共54页,单相半波整流电压波形,第3页/共54页,输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )：,Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL,第4页/共54页,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,第5页/共54页,2.全波整流电路,原理：,变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时， D1导通，D2截止。,当u2负半周时， D2导通，D1截止。,第6页/共54页,单相全波整流电压波形,+,忽略二极管正向压降,第7页/共54页,输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )：,Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL,第8页/共54页,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,二极管上的平均电流：,二极管承受的最高反向电压：,第9页/共54页,3. 桥式整流电路,组成：由四个二极管组成桥路,第10页/共54页,u2正半周时电流通路,D1 、D4导通， D2、D3截止,第11页/共54页,u2负半周时电流通路,D2、D3 导通， D1 、D4截止,第12页/共54页,u20 时,D1,D4导通D2,D3截止电流通路:a D1RLD4b,u20 时,D2,D3导通D1,D4截止电流通路:b D2RLD4a,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,整流输出电压平均值： Uo=0.9U2,负载电流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL,二极管平均电流：ID=Io/2,第13页/共54页,集成硅整流桥：,第14页/共54页,4. 整流电路的主要参数,负载电压 Uo的平均值为:,负载上的(平均)电流:,(1)整流输出电压的平均值,第15页/共54页,S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越小越好。,（2）脉动系数,用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:,第16页/共54页,平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主要依据。,例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,(3)二极管平均电流与反向峰值电压,（选购时：二极管额定电流 2ID),（选购时：最大反向电压 2URM),第17页/共54页,二、滤波电路,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流电压,脉动直流电压,直流电压,第18页/共54页,1. 电容滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,(1)电容滤波原理,第19页/共54页,RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,a,uc,第20页/共54页,RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),无滤波电容时的波形,加入滤波电容时的波形,第21页/共54页,u2上升， u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电，uo= uc u2,u2下降， u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电， uc按指数规律下降，时间常数 = RL C,第22页/共54页,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,第23页/共54页,电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻),第24页/共54页,近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL,(b) 流过二极管瞬时电流很大,RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大,(2)电容滤波电路的特点,(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,(c) 二极管承受的最高反向电压,动画演示,第25页/共54页,2. 电感滤波电路,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。,第26页/共54页,电感滤波原理,对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上,第27页/共54页,3. RC 型滤波器,改善滤波特性的方法：采取多级滤波,RC 型滤波器,将RC 型滤波器中的电阻换为电感，变为LC 型滤波器,第28页/共54页,8.2 串联式稳压电路,稳压电路的作用:,第29页/共54页,稳压电源类型:,以下主要讨论线性稳压电路。,电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,第30页/共54页,一. 稳压电路的主要性能指标,输出电压变化量,稳压系数,输出电阻,温度系数,第31页/共54页,二. 硅稳压二极管稳压电路,利用稳压二极管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。,硅稳压二极管稳压电路,1. 稳压原理,第32页/共54页,(1) 当输入电压变化时如何稳压,根据电路图可知,输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：,这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。,VIVOVZIZIRVRVO,硅稳压二极管稳压电路,第33页/共54页,(2) 当负载电流变化时如何稳压,负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：,ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO,第34页/共54页,2.稳压电阻的计算,稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。,稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。,稳压电阻R 的作用,将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。,显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。,但R 的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。,第35页/共54页,稳压电阻的计算如下,当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即,当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即,(1),(2),稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！,第36页/共54页,三. 串联型稳压电源,1. 串联型稳压电源的构成,VO =VI-VR，当VIR VR在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流ILRVR在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。,第37页/共54页,在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。,串联型稳压电路方框图,串联型稳压电源的构成：调整管、放大环节、比较环节、基准电压源,第38页/共54页,2.工作原理,1输入电压变化时,VIVOVfVO1VCEVO,实质：电压负反馈,2负载电流变化时,ILVIVOVfVO1VCEVO,第39页/共54页,3.输出电压调节范围的计算,可见，调节R2可以改变输出电压。,根据“虚短”,VfVREF,第40页/共54页,3. 分立元件组成的串联式稳压电源,第41页/共54页,稳压原理,当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时,动画演示,第42页/共54页,(3) 输出电压的确定和调节范围,第43页/共54页,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。,第44页/共54页,8.3 三端集成稳压器,一. 输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）,第45页/共54页,常用的集成三端稳压器的类型,类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,第46页/共54页,1端: 输入端2端: 公共端3端: 输出端,W7800系列稳压器外形及典型接线图,+10V,+5V,注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！,第47页/共54页,1端: 公共端2端: 输入端3端: 输出端,W7900系列稳压器外形及典型接线图,-10V,-5V,第48页/共54页,输出正、负电压的稳压电路,第49页/共54页,IQ,R1,R2,输出电压可调的稳压电路,I1,I2,如何消除IQ的影响呢？,第50页/共54页,第51页/共54页,作恒流源使用,第52页/共54页,本章小结,1在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源的要求是：输出电压尽量不受电网电压波动、输出负载变化和温度变化的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。2利用二极管的单向导电性可以构成整流电路，将交流电变为脉动直流电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可以大大减小输出电压中的脉动成分。滤波电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。3为了保证直流电源的输出电压不发生波动，需要在整流滤波电路的后面再接上稳压电路。最常用的稳压电路是串联式稳压电路。串联式稳压电路是一种带有负反馈的闭环调节系统。它的调整管工作在线性放大状态，通过控制调整管的压降来调整输出电压的大小。串联式稳压电路早已实现了集成化。输出电压固定和输出电压可调的集成串联式稳压器已经大量使用。4开关式稳压电源是一种转换效率高的稳压电路。其调整管工作在开关状态，通过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。,第53页/共54页,谢谢您的观看！,第54页/共54页,
