电工学秦曾煌主编第六版下册电子技术第18章.ppt
(1-0),第十八章 直流稳压电源,(18-1),第十八章 直流稳压电源,18.1 整流电路 18.2 滤波器 18.3 直流稳压电源,(18-2),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。,功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压,(18-3),18.1 整流电路,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：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：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,整流原理：利用二极管的单向导电性,(18-4),18.1.1 单相半波整流电路,2.工作原理,u 正半周，VaVb，二极管D导通；,3.工作波形,u 负半周，Va Vb，二极管D 截止。,1.电路结构,(18-5),4.参数计算,(1)整流电压平均值 Uo,(2)整流电流平均值 Io,(3)流过每管电流平均值 ID,(4)每管承受的最高反向电压 UDRM,(5)变压器副边电流有效值 I,(18-6),5.整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足：IOM ID，URWM UDRM,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，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。,最大整流电流,反向工作峰值电压,应用：只用在要求不高，输出电流较小的场合。,(18-7),18.1.2 单相桥式整流电路,2.工作原理,u 正半周，VaVb，二极管 D1、D3 导通，D2、D4 截止。,3.工作波形,uD2uD4,1.电路结构,(18-8),18.1.2 单相桥式整流电路,2.工作原理,3.工作波形,uD2uD4,1.电路结构,u 正半周，VaVb，二极管 1、3 导通，2、4 截止。,u 负半周，VaVb，二极管 2、4 导通，1、3 截止。,uD1uD3,(18-9),4.参数计算,(1)整流电压平均值 Uo,(2)整流电流平均值 Io,(3)流过每管电流平均值 ID,(4)每管承受的最高反向电压 UDRM,(5)变压器副边电流有效值 I,(18-10),(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：,(18-11),解：变压器副边电压有效值,例1：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,每只二极管承受的最高反向电压,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,(18-12),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 Io=2 1.11=2.2 A,变压器副边电流有效值,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，变比,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。,(18-13),试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,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。,(18-14),如果D2或D4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D2或D4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。,(18-15),几种常见的整流电路小 结,请见书：P156 157重点：单相半波、单相桥式,(18-16),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,原理：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。,18.2 滤波电路,(18-17),18.2.1 电容滤波器 1.电路结构,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。,u uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降，uo=uC。,=uC,3.工作波形,(18-18),负载RL 开路时，二极管承受的最高反向电压,半波桥式、全波,(18-19),4.电容滤波电路的特点,(T 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。,RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 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RL 开路时，UO,为了得到比较平直的输出电压,(18-20),(2)外特性曲线,有电容滤波,1.4U,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变,Uo 也随之改变。,结论：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。,整流电路的输出电压Uo与输出电流Io 的变化关系,(18-21),(3)流过二极管的瞬时电流很大,选管时一般取：IOM=2 ID,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。,最大整流电流,(18-22),半波桥式、全波,近似估算取：Uo=1.2 U(桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）,选管二极管D时一般取：IOM=2 ID,二极管承受的最高反向电压,电容滤波电路选电容,(18-23),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。,流过二极管的电流,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,解：1.选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM=100mA URWM=50V,近似估算取：Uo=1.2 U,(18-24),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=200,解：2.选择滤波电容器,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,(18-25),18.2.2 电感电容滤波器(LC滤波器),对直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。,在输出端得到比较平滑的直流电压。,1.电路结构,2.滤波原理,(18-26),适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合，高频时更合适。在电流较大、负载变动较大、且对输出电压脉动要求不太高的场合，可去除电容，采用电感滤波。缺点：电感铁芯笨重，体积大，易造成输出电压下降。,3.适用范围,(18-27),1.型LC滤波电路,如果要求输出电压的脉动更小，可采用 型LC 滤波器。其滤波效果比LC滤波器好，输出电压也有提高，但整流管的冲击电流较大。,18.2.3 型滤波器,(18-28),2.型RC滤波电路,为经济起见，L 可用 R 替代，从而构成 型 RC 滤波器。R 越大，C2 越大，滤波效果越好。此电路主要适用于负载电流较小、要求输出电压脉动很小的场合。,(18-29),18.3 直流稳压电源,由于经整流、滤波以后的输出电压往往还会随交流电源电压的波动、负载的波动而变化，因此在要求高的场合还需进行稳压。,(18-30),稳压管稳压电路,讨论重点,电路最简单，但是带负载能力差，一般只用于提供基准电压，不作电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,线性稳压电路,开关型稳压电路,常用稳压电路(小功率设备),(18-31),18.3.1 稳压管稳压电路,2.工作原理,UO=UZ IR=IO+IZ,RL(IO)IR,设UI一定，负载RL变化,UO(UZ),IZ,1.电路,限流调压,稳压电路,(18-32),2.工作原理,UO=UZ IR=IO+IZ,UI UZ,设负载RL一定，UI 变化,IZ,IR,1.电路,选管原则：UZ=UO IZM=(1.55)IOM UI=(23)UO,(18-33),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。,反相输入恒压源,同相输入恒压源,改变 RF 可调恒压源的输出电压。,稳压二极管的输出电压是固定的，恒压源的电压是可调的。,(18-34),18.3.3 串联型稳压电路,1.电路结构,串联型稳压电路由基准电压、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,(18-35),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.稳压过程,UO,Uf,UB,UO,IC,UCE,由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。,调整管：UO变化量经运放放大后可调整晶体管的UCE，以达稳压目的。,(18-36),3.输出电压及调节范围,输出电压,可以扩大 输出电流的变化范围,(18-37),18.3.4 集成稳压电源,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。,1.分类,XX两位数字为输出电压值,（1.25 37 V 连续可调）,(18-38),1端:输入端2端:公共端3端:输出端,W7800系列稳压器外形,1端:公共端2端:输入端3端:输出端,W7900系列稳压器外形,(18-39),输出为固定正电压时的接法如图所示。,(1)输出为固定电压的电路,输入与输出之间的电压不得低于3V！,5.三端固定输出集成稳压器的应用,为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。,用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。即用以改善波形。,(18-40),(2)同时输出正、负电压的电路,(18-41),UXX:为W78XX固定输出电压 UO=UXX+UZ,（3）提高输出电压的电路,(18-42),（4）提高输出电流的电路,电阻的取值应使功率管只能在输出电流较大时才导通,IO=I2+IC,(18-43),(5)输出电压可调电路,分析关键引入负反馈,(1-44),结 束,
