电工电子技术课程课件直流稳压电源.ppt

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1、,直流稳压电源,教学基本要求,了解直流稳压电源的基本组成及工作原理。了解组成直流稳压电源的整流电路、滤波电路及稳压电路的工作原理了解稳压管稳压电路的工作原理及特点了解串联型稳压电源的组成、工作原理与特点了解线性集成稳压电源的工作原理一般了解开关型稳压电源的工作原理与特点本章讲授：3学时 自学12学时,主要内容,直流稳压电源的组成 整流滤波电路 稳压电路与稳压电源 本章小结,直流稳压电源的组成,组成框图与各部分的作用,直流稳压电源的组成,半导体直流电源的原理方框图,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,整流电路,单相半波整流电路,u2 0 时，二极管导通。,uo=u2,u20时，二极管截止。,

2、uo=0,整流电路,参数计算,(4)输出电压平均值:,(1)输出电压波形：,(3)最高电压：,(2)平均电流:,ID=IL,U0,整流电路,例1：有一单相整流电路,负载电阻为 750,变压器副边电压为20V，试求Uo，Io及UDRM,并选用二极管。,解,查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。,整流电路,单相全波整流电路,(4)uo平均值：,Uo=0.9U2,(1)输出电压波形：,(3)二极管上承受的最高电压,(2)二极管上的平均电流：,整流电路,单相桥式整流电路,整流电路,单相桥式整流电路,u2正半周时电流通路,整流电路,单相桥式整流电路

3、,u2负半周时电流通路,整流电路,单相桥式整流电路,u20 时,D1,D3导通D2,D4截止A D1RLD3B,u20 时,D2,D4导通D1,D3截止B D2RLD4A,输出是脉动的直流电压！,整流电路,单相桥式整流电路,(2)二极管上承受的最高反向电压,(1)二极管上的平均电流,(3)uo平均值：,iL,iL,iD,整流电路,1.整流输出电压平均值（Uo）,负载上的(平均)电流IL:,S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比,2.脉动系数,整流电路,3.整流二极管的平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM),整流电路常见的几种整流电路,整流电路,几种常见的硅整流桥外形：,电容

4、滤波电路,滤波原理,1.RL未接入时(忽略整流电路内阻),电容滤波电路,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,电容滤波电路,RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻),电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。,电容滤波电路,只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出电流iD,电容滤波电路,电容滤波电路的特点,(2)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,故一般选管时，取,(1)输出

5、电压Uo与放电时间常数 RLC 有关。,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,电容滤波电路,电容滤波电路的特点,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 愈小(IL 越大),Uo下降多,S 增大。,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。,(3)输出特性(外特性),电容滤波电路,例：单相桥式整流滤波电路，交流电源频率 f=50Hz，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。,解：1.选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM=100mA UDRM=50V,电容滤波电路,2.选

6、择滤波电容器,取 RLC=5 T/2,已知RL=50,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,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。,电感滤波电路,滤波原理,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。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,Uo=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,电感滤波电路,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。,其他形式的滤

7、波电路,改善滤波特性的方法：采取多级滤波。,L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。,RC 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤波电路。,性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。,LC 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型滤波电路。,其他形式的滤波电路,电感电容滤波器(LC滤波器),电感电容滤波电路,由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗，L比RL大得愈多则滤波效果就愈好。,一般需要线圈的电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。,LC滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合与高频滤波,其他形式的滤波电路,形滤波器,形LC滤波电路,如果需要输出电压的

8、脉动更小，可以再加一个滤波电容。形LC滤波器的效果跟好，但整流二极管的冲击电流较大。,由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成 形RC滤波器。R愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。,形RC滤波电路,稳压电路与稳压电源,分类,稳压管,稳压电路,开关型,稳压电路,线性,稳压电路,常用稳压电路,(小功率设备),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。,稳压管及其稳压电路,稳压管,稳压管及其稳压电路,1、稳压二极管的电路符号,2、稳压

9、二极管的特性,1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。,特点,稳压管及其稳压电路,稳压二极管的主要参数,1）稳定电压UZ,2）稳定电流 IZ（保证稳压管稳压性能的最小工作电流）。,3）最大稳定电流 IZM,4）最大允许耗散功率PZM,5）动态电阻,6）电压温度系数U,稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。,动态电阻越小稳压管稳压效果越好,稳压管受温度变化的影响系数。,稳压管及其稳压电路,稳压电路构成,1）电源电压波动,2）负载变化,稳压管及其稳压电路,工作过程与参数选取,整流滤波输出电压被分成两部分：一部分是负载得到的直流输出电压U0，另

10、一部分则是降在调整元件上的电压UR，,电路工作时，稳压管处于反向击穿状态，电阻R中流过的电流一部分流入稳压二极管形成稳压管电流Iz，另一部分则提供给负载电阻RL，,如果电阻R取值太小，则稳压管中的电流将可能太大而损坏器件，所以，该电阻又称为限流电阻。,输出电压的数值直接由稳压管的参数确定(Uz)。构造电路时要根据需要选择稳压管。,稳压管及其稳压电路,工作过程与参数选取,R 承受的最大可能电压,R 承受的最小可能电压,R 允许流过的最大电流,R 必须流过的最小电流,如果负载电流的变化范围为ILm ILM，电源电压波动使滤波输出电压 Ui的变化范围为Ui min Ui max,稳压管及其稳压电路,

11、例题分析,例：电路如图，已知Ui=30V，稳压管DZ(2CW18)的稳定电压UZ=10V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=20mA，负载电阻RL=2k。求当Ui变化10%时，电阻R的取值范围？,输出电压,负载电流,整流滤波输出电压,稳压管及其稳压电路,存在的问题稳压管稳压电路虽然简单，但存在以下问题稳压值只能由稳压管的型号决定，不能调节；输出电流受IZM的限制，调节范围和数值都较小；输出电阻RO比较大，输出电压的稳定性较差。稳压管稳压电路只能用在输出直流电压固定且负载电流不大的场合。在电子系统中，应用较为广泛的是串联型稳压器和开关型稳压器。,串联反馈式稳压电路,电路结构

12、的一般形式,负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+）倍。,Uo=UZ-UBE。但带负载的能力比稳压管强。,1.串联式直流稳压电路的基本形式,串联反馈式稳压电路,电路结构的一般形式,1.串联式直流稳压电路的基本形式,两个主要缺点：,(1)稳压效果不好。,Uo=UZ UBE,(2)输出电压不可调。,改进的方法：,在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,变 压,整 流,滤 波,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,采样环节,采样环节：R1、R2及Rp组成，将输出电压的一部分送到放大环节。,串联反馈式稳压电路,2.

13、具有放大环节的串联型稳压电路,采样环节,放大环节,放大环节：由晶体管T2构成的直流放大电路,其输入电压是采样电压与基准电压之差,放大后控制调整管.,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,基准电压,采样环节,放大环节,基准电压：由稳压管DZ和R3构成，稳压管两端的直流电压UZ是稳定性较高的直流电压。作为调整和比较的标准。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,调整环节,基准电压,采样环节,放大环节,调整环节：由工作于放大状态的功率管T1构成.其基极电流受放大环节控制,并由射极输出直流电压。,串联反馈式稳压电路,串联型稳压电源自动调节电压过程：,Uo UBE2 IB

14、2 IC2 UCE2,Uo UCE1 IC1 IB1 UBE1,串联型稳压电源属于,串联电压负反馈电路,串联反馈式稳压电路,输出电压的确定和调节范围,串联反馈式稳压电路,影响稳压特性的主要因素,2.流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定，降低了稳压精度。,1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2 Uo,3.温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，使 输出电压的稳定度变差。,串联反馈式稳压电路,改进措施,在运放理想条件下:,1.选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。,线性集成稳压电源,简单的集成稳压电源,线性集成稳压电源,单片集成

15、稳压电源,目前最普遍应用的单片稳压电源是W7800系列和W7900系列。只有三个引出端：输入端1、输出端 2 和公共端 3(俗称三端集成稳压器)。,外形图和主要参数,线性集成稳压电源,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,线性集成稳压电源,注：型号后XX两位数字代表输出电压值,输出电压额定电压值有:,5V、9V、12V、18V、24V等。,三端集成稳压器,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路固定正压时的接法如图,注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定

16、电压的电路固定负压时的接法如图,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路正负同时输出的接法如图,串联开关型稳压电源,串联型稳压器的调整管必须工作在线性放大区，调整管功耗大，稳压电源的效率一般低于50。且需加装体积较大的散热板。开关型稳压器的调整管一般以10kHz100kHz的频率反复翻转于饱和区和截止区的开关工作状态，功耗很低，电源效率可以提高到8090。开关型稳压器体积小、重量轻，对电网电压的波动要求低。由于开关型稳压器的调整管工作于开关状态，输出的脉动较大，会产生尖峰干扰和谐波干扰。,串联开关型稳压电源,开关型稳压器的基本结构,与串联线性稳压器相比，开关型稳压器增加了开关控制和续流滤波电路，调整管采用用开关型晶体管。,串联开关型稳压电源,开关型稳压器的工作波形,上门限电压,下门限电压,输出电压的平均值,串联开关型稳压电源,开关型稳压器的稳压过程,U1,RL,UO,u,ton,UO,U1,RL,UO,u,ton,UO,本章小结,直流稳压电源的组成 整流滤波电路 稳压电路与稳压电源,