《直流稳压电路》PPT课件.ppt

第十九章 直流稳压电源,返回,哈尔滨工业大学 电工学教研室,19.1 直流稳压电源的组成和功能,19.5 集成稳压电源,19.3 滤波电路,19.2 整流电路,19.4 稳压电路,返回,目 录,直流稳压电源的作用,从交流电源变换成平滑而稳定的直流电。,直流稳压电源广泛应用于,1.工农业生产中,2.国防军事中,3.科学实验中,4.日常生活中,返回,19.1 直流稳压电源的组成和功能,一.组成,直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。,返回,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uR。,滤波电路:将脉动直流电压uR转变为较平滑的直流电压uF。,稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出直流电压U0的稳定。,19.1 直流稳压电源的组成和功能,二.功能,返回,以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路。,19.2 单相整流电路,整流电路的任务,利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直流电压。,整流电路的种类,整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。,为分析简单起见，我们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。,返回,19.2.1 单相半波整流电路的工作原理,电路组成,当 u20 时，二极管导通。如果忽略二极管正向压降，则：uo=u2,导通,iD=io=uo/RL,返回,19.2.1 单相半波整流电路的工作原理,电路组成,当 u20 时，二极管导通。如果忽略二极管正向压降，则：uo=0,iD=io=0,截止,返回,单相半波整流电路输出电压波形,单相半波整流电路输出电压平均值,返回,单相半波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：,单相半波整流电路中二极管上承受的最高反向电压：,返回,19.2.2 单相桥式全波整流电路的工作原理,单相桥式全波整流电路组成,返回,单相桥式全波整流电路工作原理,当 u20 时，二极管 D1、D3 导通。,返回,单相桥式全波整流电路工作原理,当 u20 时，二极管 D2、D4 导通。,返回,单相桥式全波整流电路的波形,返回,单相桥式全波整流电路输出电压波形,单相桥式整流电路输出电压平均值,单相桥式全波整流电路输出电流平均值,返回,单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：,单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：,返回,19.2.3 单相全波整流电路的工作原理,电路组成,工作原理,当u20,D1导通，D2截止；,输出uo为全波整流波形。,当u20,D2导通，D1截止。,返回,单相全波整流电路输出电压波形,单相全波整流电路输出电压平均值,单相全波整流电路输出电流平均值,返回,单相全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：,单相全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：,返回,思考：,单相桥式全波整流 与 单相全波整流异同,变压器,二极管反向电压,输出电压波形,整流元件数量,二极管平均电流,输出电压平均值,无中心抽头,4,全波,有中心抽头,2,全波,？,实际中单相桥式整流应用较多。,返回,单相桥式整流电路中的整流电桥可由四个整流二极管组成，也可直接用集成的整流桥块代替。,整流桥块,二极管桥,选择整流元件的主要指标：,1.平均整流电流,2.反向耐压,返回,整流桥实物照片,返回,返回,19.3 滤波电路,滤波的基本概念:,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。滤波电路就是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,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。这一过程称为滤波。,返回,19.3.1 电容滤波电路,一、滤波电路,1.单相半波整流电容滤波电路,返回,2.单相桥式整流电容滤波电路,一、滤波电路,返回,半波整流滤波电路（C=100UF）波形图,整流二极管中的电流,滤波输出电压,返回,半波整流滤波电路（C=470UF）波形图,整流二极管中的冲击电流,滤波输出电压,返回,半波整流滤波电路（C=1000UF）波形图,二极管冲击电流,滤波输出电压,返回,半波整流滤波电路（C=3300UF）波形图,二极管冲击电流,滤波输出电压,返回,半波整流滤波电路（C=6800UF）波形图,二极管冲击电流,滤波输出电压,返回,全波整流滤波电路（C=100UF）波形图,输出电压,二极管冲击电流,返回,全波整流滤波电路（C=470UF）波形图,二极管冲击电流,滤波输出电压,返回,全波整流滤波电路（C=1000UF）波形图,二极管冲击电流,滤波输出电压,返回,全波整流滤波电路（C=3300UF）波形图,滤波输出电压,整流二极管中的冲击电流,返回,全波整流滤波电路（C=6800UF）波形图,整流二极管中的冲击电流,滤波输出电压,返回,近似估算:U0=1.2U2,(2)流过二极管瞬时电流很大,RLC越大U0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。,一般选管时，取,二、电容滤波电路的特点,(1)输出电压U0与时间常数RLC有关,RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大。,返回,输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和S也随之改变。,如:RL愈小(Io越大),Uo下降多,S增大。,(3)输出特性(外特性):,1.4U2,0.9U2,电阻负载 有电容滤波,电阻负载 无电容滤波,返回,（1）并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。,通过以上半波、全波整流电容滤波电路的波形图和分析可以看出：,（3）输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快，输出特性较软。,（4）滤波电容愈大，滤波效果愈好，但整流二极管的导通时间愈短，其中的电流冲击也愈大。,（2）电容放电时间常数RLC愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动愈小，滤波效果愈好。,电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。,返回,电感滤波,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。,一、电感滤波电路结构,返回,二、电感滤波原理,对直流分量(f=0):XL=0,L相当于短路,电压大部分降在RL上。,U0=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,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。,三、电感滤波的特点,整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,返回,19.3.3 LC型、型滤波,为了进一步改善滤波特性，可采取多级滤波的办法,如在电容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成LC型或RC-、LC-型滤波电路，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。,L-C 型滤波电路结构,返回,RC-型滤波电路结构,RC-型滤波电路特点,R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R太大，将使直流压降增加。,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。,返回,LC-型滤波电路结构,LC-型滤波电路特点,滤波效果比LC滤波器更好，但整流二极管中的冲击电流较大。,电感线圈体积大而笨重、成本高。,返回,19.4 稳压电路,在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、线性稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳压电路。,返回,稳压电路的主要性能指标,1、稳压系数 S,稳压系数S用来反映电网电压波动对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。,2、输出电阻Ro,输出电阻Ro用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,稳压电路的主要作用,为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳定的输出电压。,返回,19.4.1 稳压管稳压电路,一、电路结构,返回,二、工作原理,在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端电压变化较小。,1.电网电压波动,2.负载波动,通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。,返回,三、稳压管稳压电路特点,优点：电路简单，元件少。,缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。,四、稳压管选择办法,五、限流电阻 R 的选择原则,1.,2.,返回,19.4.2 串联反馈式稳压电路,串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成：,1、基准电压环节,2、比较放大环节,3、取样环节,4、调整环节,一、电路结构的一般形式,返回,调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。比较放大器可以是单管放大电路或集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。,二、电路的组成,返回,一、一种实际的晶体管串联反馈式稳压电源,二、稳压原理,当Ui增加或输出电流减小使Uo升高时：,返回,三、输出电压的确定和调节范围,4、调整管rce愈大越好(rce小则Ui引起的Uo大)。,四、影响稳压特性的主要因素,1、比较放大部分的AV和电压反馈系数F 愈大越好；,2、基准电压愈稳定越好；,3、放大部分的电源愈稳定越好；,调节RP可改变Uo达到调压的目的。,稳压实质：通过负反馈使输出电压稳定。,返回,在运放理想条件下(AV=ri=)：,五、选用增益高的集成运放作为放大环节的串联反馈式稳压电源,返回,六、存在的缺点,串联反馈式稳压电源外围元件较多；另外，调整管工作在线性放大区,当负载电流较大时，其损耗(P=UCEIo)大；电源的效率为(=Po/Pi=UoIo/UiIi)较低。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。,返回,19.5 集成稳压电源,集成稳压电源简介,三端集成稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。,随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。,本节主要介绍常用的7800、7900系列固定输出式三端集成稳压器组件及其应用，其内部也是串联型晶体管稳压电路。,根据输出端电压是否可调可分为固定输出式和可变输出式两类。,返回,分类,注意：7800/7900系列型号后两位数字XX代表输出电压值。,返回,三端集成稳压器实物照片,返回,三端集成稳压器管脚排列,78系列输出正电压,79系列输出负电压,输入,输出,公共端,输入,输出,公共端,返回,一、输出为固定正电压的电路,19.5.2 应用电路,输出为固定正压时7800系列稳压器的基本接线图如图所示。,注意：输入与输出端之间的电压差不得低于3V！,返回,二、输出正、负电压的电路,返回,UXX:为78XX固定输出电压，则 Uo=UXX+UZ,三、提高输出电压的电路,返回,运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高,输出阻抗很低，可以克服稳压器输出电流变化的影响。,四、输出电压可调式电路,用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用7805组成的730V可调式稳压电源。,返回,(式中，UXX=5V),稳压电路输出Uo可用下式表示:,通过调节电位器滑动端可以得到不同的输出电压。,返回,结 束,第 19 章,返回,