整流稳压电路大全ppt课件.ppt

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1、第十章 直流稳压电源,福建师范大学福清分校,学习要点,1整流电路（二极管单向导电性）：半波整流； 全波整流：桥式整流。2滤波电路：电容滤波（桥式整流）；电感滤波。3稳压电路：稳压管稳压电路；串联式稳压电路；电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程）。4集成稳压器：三端固定式集成稳压器及其使用 ； 三端可调式集成稳压器。5 开关型稳压电路、可控硅整流电路、单结管的触发电路。, 10.1 直流电源的组成,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:采用负反馈技术进一步稳

2、定直流电压，减少电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定。,直流稳压电源作用将交流电转为直流电压。, 10.2 单相整流电路,整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。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。, 10.2.1 单相半波整流电路,优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。,输出电压平均值（U0）：,二极管上的平均电流：,ID=I0,二极管上承受的最高电压：,输出电压脉动系数:,u 正半周，VaVb，二极管D导通； u 负半周，VaVb，二极管D

3、截止。, 10.2.2 单向全波整流电路,当u2负半周时， D2导通，D1截止当u2正半周时， D1导通，D2截止,其特点是输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重。,输出电流平均值：,输出电压平均值UL：,输出电压脉动系数为:,流过二极管的平均电流：,二极管承受的最高反向电压：, 10.2.3 单相桥式整流电路,输出直流电压：,脉动系数：,二极管正向平均电流：,二极管最大反向峰值电压：,单相整流电路的主要参数,单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式

4、整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。,三相桥式整流电路,1. 电路,三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形。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）负载两端的电压为线电压。,2、 工作原理,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。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。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。在 t4 t5 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极

5、组中a点电位最低，D2 导通。,3、 参数计算,整流电压平均值 ：,整流电流平均值 ：,流过每管电流平均值 ：,每管承受的最高反向电压 ：,10.3 滤波电路,许多电子设备需要平稳的直流电源。所以整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，得到比较平滑的输出电压。通常是利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器 C 对直流阻抗大，对交流阻抗小，C 并联在负载两端。电感器 L 对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此 L 与负载串联。经过滤波电路后，提高直流分量比例、减小交流分量比例，减小电路的脉动系数达到平滑输出电压波形的目的。,10.3.1 电容滤波,通过电容的储能作用，在u2升高时，把部分

6、能量储存起来（充电），在u2降低时，把储存的能量释放出来（放电），从而在负载RL上得到一个比较平滑的、近似锯齿形的输出电压uo，使其脉动程度大为降低。适用于负载电流较小的场合。,充电过程：,放电过程：,电容滤波的计算一般常采用以下近似估算法：,输出直流电压：,在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2脉动系数 S 约为 10% 20%。,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和S 也随之改变。如: RL越小、C越大， Uo下降越多, S越大。,例：正弦波频率f=50 Hz（即T=0.02 s），设C=2500 F， RL=1 k， 则 ：,输出直流电压

7、：,脉动系数 S 约为：,电容滤波后面再加一级RC滤波，因为R1有直流压降，所以效率要低一点，只能用于负载电流较小的场合。, 10.3.3 电感滤波电路和LC 滤波电路,一、 电感滤波电路,结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L。利用电感对高频电流的感抗很大，使负载电流中的谐波分量降低，达到滤波目的。特点:整流管导通角较大，峰值电流很小，输出特性平坦，适用于低电压大电流的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大。,负载交流分量有效值:,负载直流分量:,脉动系数 S ：,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为： UO=0.9U2,二、 LC 滤波电路,为进一步改善滤波特性。在电感滤波后面再加一

8、级电容滤波。,负载交流分量有效值:,负载直流分量:,脉动系数 S ：, 10.3.4LC - 型滤波电路,脉动系数 S ：,五种滤波电路外特性比较。, 10.4倍压整流电路, 10.4.1二倍压整流电路,倍压整流是利用电容器的充放电工作方式。其特点是在小电流的条件下，能获得高于输入交流电压幅值的直流电压。,并联二倍压整流电路,串联二倍压整流电路,并联二倍压整流电路工作原理：u2的正半周时：D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压充到：u2的负半周时：D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压充到：, 10.4.2多倍压整流电路,适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。,二极管耐压

9、：,电容器耐压：, 10.5 硅稳压管稳压电路,适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。引起输出电压变化的原因是：1、交流电网电压通常允许有15%的波动，这将使整流电压的直流分量随之变化；2、负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，使输入电压变化。,二、稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响。, 10.5.1 稳压电路的主要指标,一、内阻 反映稳压电路受负载变化的影响。实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,四、电流调整率,三、电压调整率：输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。,五、纹波抑制比：输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。

10、,六、输出电压的温度系数：如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数。,10.5.2 硅稳压管的伏安特性,伏安特性主要是反向击穿区，高于 7V 以上是雪崩击穿，低高于 4V 以下是齐纳击穿，中间段两种击穿都有可能。在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。, 10.5.3 硅稳压管稳压电路,一、电路组成和工作原理,稳压原理：利用稳压管的反向击穿特性。当电路电源电压或负载电流变化时，引起 IZ 变化，使 R 上的电压发生变化来维持输出电压不变。,(1) 当输入电压变化时,U2UO IZ IR UR UO ,(2) 当负载电压变化时,IOUO I

11、Z IR UR UO ,二、内阻和稳压系数的估算,1. 内阻 Ro,2. 稳压系数 Sr,三、限流电阻的选择,1. 当电网电压最高和负载电流最小时，IZ 的值最大，此时 IZ 不应超过允许的最大值，即,2. 当电网电压最低和负载电流最大时，IZ 的值最小，此时 IZ 不应低于其允许的最小值，即, 10.6 串联型稳压电源,优点：工作电流较大，输出电压可连续调节；缺点：损耗较大，效率低。, 10.6.1 电路组成和工作原理,R、VDZ：基准电压UF：比较放大Q：调整管R1R3：取样,输入电压VI的增加，会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得

12、误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。,VIVOVfVO1VCEVO,负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。,ILVIVOVfVO1VCEVO,VO1为调整管的基极电压,10.6.2 输出电压调节范围,其中 、 为电位器 R2的上下两部分的电阻，调节活动端，就可以改变输出电压。当 R2 的滑动端调至最上端时，UO 为最小值；当 R2 的滑动端

13、调至最下端时，UO 为最大值。,计算输出电压的调节范围。,例,解：,10.6.3调整管的选择,一、集电极最大允许电流,二、集电极和发射极之间的最大允许电压,三、集电极最大允许耗散功率,四、稳压电路的输入直流电压,五、变压器副边电压, 10.6.4 稳压电路的过载保护,串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部落在调整管上，使调整管的功耗增加，它将因过热而损坏，为此必须对稳压电源的短路和过载进行保护。,1. 限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。,当IL不超过额定值时，T1截止；当IL超过额定值时， T1导通

14、，其集电极从T1的基极分流， IL 降低。,R为一小电阻，用于检测负载电流。,2、截流型 当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零。,截流特性曲线,当输出电流在额定值以内时： 三极管T2截止，这时，电压负反馈保证电路正常工作。当输出电流超出额定值时： 因输出电压降低，通过R3反馈，三极管T2逐渐导通，R4压降增加 ，稳压管截止，放大器转为高电平，T1截止，最终UO降低到零。 负载故障排除后，IL 减小，使稳压电路的输出恢复到原来的数值。, 10.7 三端集成稳压器,三端集成稳压器是将调整管、比较放大电路、基准电源、取样电路及连接导线等制作在一片硅片上，它有三个端

15、子：输入端、输出端和公共端。, 10.7.1 三端集成稳压器的组成,集成稳压电源分为：可调式、负稳压和正稳压。输出额定电压值有如下系列: 5、6、8、9、12 、15、18、 24V 。输出额定电流值有如下系列：100、500、1500mA。,TO-92 TO-3 T0-220,1：输入端2：公共端3：输出端,1：公共端2：输入端3：输出端,1：调节端2：输出端3：输入端,最高输入电压为35V，最小输入、输出电压差为2，输出电压变化率为0.10.2。,集成稳压器符号, 10.7.2三端集成稳压器的主要参数,(1) 电压调整率 (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

16、影响。,(2) 电流调整率 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。,(3) 输出电压 UO(4) 最大输出电流 IOM (5) 最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min (6) 最大输入电压 UiM (7) 最大功耗 PM,三端集成稳压器LM7805内部电原理图,可调式三端集成稳压器正电压LM317内部结构图,输出电压,调整电流,10.7.3三端集成稳压器的应用,1. 基本电路,接一保护二极管 VD，以防止输入端短路C4放电造成7805内部调整管BE结的击穿。,输出正、负电压的电路,2. 扩大输出电流,IO= I2 + IC,当

17、IO较小时，UR较小，T截止 ，IC=0。,当 IO IOM时，UR较大，T导通 ，IO=IOM + IC,R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定, 即R UBE /IOM 。,UO= UXX + UZ,3.提高输出电压的电路,UO,4. 使输出电压可调,0 30 V 连续可调电路,利用三端集成稳压器组成恒流源,稳压器做恒流源,10.8开关型稳压电路,10.8.1开关型稳压电路的特点和分类,特点： 线性稳压电路的缺点：调整管功耗大、电源效率低(40% 60%)。 开关型稳压电路（switching mode regulating circuit）可克服上述不足。它的调整管工作在开关状态

18、，饱和导通时，电流较大，但管压降很小；截止时，管压降较大，但流经管子的电流很小。若管子在转换时所用的过渡时间占开关周期的10%以下，那么效率可达(80% 90%)。 开关稳压电路的优点：效率高、稳压范围宽、对电网要求不高、体积小、重量轻。 开关稳压电路的缺点：输出电压含较大纹波、对电子设备干扰较大、电路复杂。,分类： 脉冲宽度调制型(PWM)、脉冲频率调制型(PFM)和混合调制型； 低压开关稳压电路、高压开关稳压电路； 自激式、它激式；双极型三极管、MOS管和可控硅开关电路等。,开关稳压电源框图,开关稳压电源中的控制部分目前都由集成开关稳压器来工作。其代表产品有UC3842、UC3854、TL

19、494等。这类脉宽调制器需要外接开关功率调整管，其电路复杂，但应用灵活。另一类是把脉宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，构成单片集成开关稳压器，其代表产品有LH1605、A78S40等,脉冲宽度调制式开关型稳压电路,当 ut uA 时，uB = + UOPP，调整管饱和导通，iE 向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中； 当 ut uA 时，uB = - UOPP，调整管截止， iE = 0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。 调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经 LC 滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压。, 10.9可控整流电路,10.9.1晶闸管的基本特

20、性,阳极,阴极,控制极,一、结构：晶闸管是用硅材料制成的半导体器件， 它由4层半导体材料(PNPN)构成。有3个PN结：J1、 J2和J3。由P1引出阳极A，N2引出阴极K, 中间的P2引出控制极G。 ,晶闸管可以看成是一个PNP型晶体管与一个NPN型晶体管连接在一起的晶体管组。它的V1集电极与V2的基极相连， V2的集电极又和V1的基极相连，这样就构成了正反馈电路。,二、工作原理控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。-阻断2. 控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极加正向电压，晶闸管-导通。 晶闸管导通后，管压降很小，约为 1 V 左右。,三、伏安特性和主要参数

21、,UBO 正向转折电压IH 维持电流正向阻断特性：IG= 0 ，阳极电压不超过一定值，管子处于阻断状态。正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。控制极电流 IG 0 时， 晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。反向特性：与二极管的反向特性相似。,10.9.2单相桥式可控整流电路,：控制角； ：导电角,一、电路组成及工作原理 在 u2 正半周，当控制极加触发脉冲，VT1 和 VD2 导通； 在 u2 负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和 VD1 导通；,由于全控整流电路需用4只晶闸管，触发电路比较复杂，因此在通信整流设备中一般都采用桥式半控整流电路。,二、电路参数的估算,即：

22、,输出电压平均值：,输出电流平均值：,晶闸管承受的最大反向电压：,10.9.3单结管触发电路,晶闸管导通并能正常工作的条件是：除在阳极与阴极之间加上正向电压外，还必须在控制极与阴极之间加上适当的触发信号。产生和控制触发信号的电路称为触发电路。为了保证晶闸管的可靠工作，对触发信号有以下6点要求： (1) 触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。 (2) 触发电路的漏电压不超过 0.25 V。 (3) 触发脉冲的前沿时间小于 10 s。 (4) 触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于 20 s。 (5) 控制角的范围接近或大于 150。 (6) 触发电路必须与主电路同步。,一、单结管的结构及特性,单

23、结晶体管又称为双基极晶体管。,符号,等效电路,特性：,分压比,峰点,UP：峰点电压：IP：峰点电流UV：谷点电压IV：谷点电流,谷点,二、单结管的脉冲发生电路,通常R1和R2的阻值远小于单结管两基极间的电阻rBB，两基极间的电压UBBEB。截止时，电源VBB经R对C充电。当uC上升到单结管的峰点电压UP时，单结管导通，电容C经R1和单结管放电，uR1升高。C不断放电，uC降至谷点电压UV，UR1也减小到IVR1。当uC(uE)UV时，iE由谷点电流IV减至反向饱和电流IS，uR1也由IVR1降至最低限度iB2R1。iB2为单结管截止时流过基极B2、B1的电流。这样在R1两端得到一系列前沿很陡的

24、周期性尖顶脉冲。,三、单结管的触发电路,同步触发电路采用变压器实现。电源u1经变压器T降压后进行整流；再经电阻R3和稳压管VZ削波，得到梯形波，用它作为单结管振荡电路的同步电源，调整R，即可改变第一个触发脉冲的相位。其移相范围取决于经削波后梯形波平顶段的电压，而且电容C充电也必须占有一定的时间，所以小于180，移相范围约为140。,本章小结,1、利用二极管的单向导电性可以组成单相半 波、单相全波和单相桥式三种基本整流电路。2、滤波电路是尽量滤掉输出电压中的脉动成 份，保留其中的直流成份3、稳压电路是在电网电压波动或负载电流变化 时、使输出电压保持基本稳定。有硅稳压管稳 压电路、串联型直流稳压电路、集成稳压器、 开关型稳压电路4、可控整流电路、单结管脉冲电路。,