集成稳压电源与可控整流电路.ppt
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1、集成稳压电源与可控整流电路,第五章,集成稳压电源与可控整流电路,5.1 串联型稳压电路与集成稳压电源 5.2 晶闸管可控整流电路 5.3 单结晶体管触发电路,集成稳压电源与可控整流电路,5.1 串联型稳压电路与集成稳压电源 5.1.1 串联型稳压电路 稳压电路的作用是当交流电源电压波动、负载或温度变化时,维持输出直流电压稳定。在小功率电源设备中,用得比较多的稳压电路有两种:一种是第一章讨论的用稳压二极管组成的并联稳压电路,另一种是串联型稳压电路。,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.1.1 串联型晶体管稳压电路及其稳压过程 最简单的串联型晶体管稳压电路如图5-1所示。,图5-1简单的串联型稳压
2、电路,集成稳压电源与可控整流电路,图中UI是经整流滤波后的输入电压,VT为调整管,为硅稳压管,用来稳定晶体管VT的基极电位,作为稳压电路的基准电压;R既是稳压管 的限流电阻,又是晶体管VT的偏置电阻。电路的稳压过程如下:若电网电压变动或负载电阻变化使输出电压U0升高,由于基极电位VB被稳压管稳住不变,由图5-1可知,这样U0升高时,UBE必然减小,导致IB(IE)减小,从而使Uo 减小,达到输出电压保持不变的目的。上述稳压过程可表示如下:,UoUBEIBIEUo,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.1.2 带有放大环节的串联型稳压电路 简单的串联型晶体管稳压电源是直接通过输出电压的微小变化去控
3、制调整管来达到稳压的目的,其稳压效果不好。若先从输出电压中取得微小的变化量,经过放大后再去控制调整管,就可大大提高稳压效果,其电路如图5-2所示。(1)电路组成 该电路由四个基本部分组成,其框图见图5-3。,集成稳压电源与可控整流电路,采样电路 由分压电阻R1、R2组成。它对输出电压U0进行分压,取出一部分作为取样电压给比较放大电路。,图5-2 串联型稳压电路,图5-3串联型稳压电路框图,集成稳压电源与可控整流电路,基准电压电路 由稳压管和限流电阻R3组成,提供一个稳定性较高的直流电压UZ,作为调整、比较的标准,称作基准电压。比较放大电路 由晶体管VT1和R4构成,其作用是将采样电路采集的电压
4、与基准电压进行比较并放大,进而推动电压调整环节工作。电压调整电路 由工作于放大状态的晶体管VT2构成,其基极电流受比较放大电路输出信号的控制,在比较放大电路的推动下改变调整环节的压降,使输出电压稳定。,集成稳压电源与可控整流电路,(2)稳压过程 假设U0因输入电压波动或负载变化而增大时,则经采样电路获得的采样电压也增大,而基准电压UZ不变,所以采样放大管VT1的输入电压UBE1增大,VT1管基极电流IB1增大,经放大后,VT1的集电极电流IC1也增大,导致VT1的集电极电位UC1下降,VT2管基极电位UB2也下降,IB2减小,IC2减小,UCE2增大,使输出电压U0下降,补偿了U0的升高,从而
5、保证输出电压U0基本不变。,集成稳压电源与可控整流电路,同理,当U0降低时,通过电路的反馈作用也会使U0保持基本不变。串联型稳压电路的比较放大电路还可以用集成运放来组成。由于集成运放的放大倍数高,输入电流极小,提高了稳压电路的稳定性,因而应用越来越广泛。,UIUOUBE1IB1IC1UC1,UOUCE2IC2IB2UB2,这一调节过程可表示为:,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.3 稳压电路的过载保护措施 在串联型稳压电路中,负载电流全部流过调整管。当负载短路或过载会使调整管电流过大而损坏,为此必须设置过载保护电路。保护电路有限流型和截止型两种。下面仅介绍限流型保护电路,如图5-4所示。,图
6、5-4限流型保护电路,集成稳压电源与可控整流电路,图中RS为检测电阻。正常工作时,负载电流I0在RS上的压降小于VT2导通电压UBE2,VT2截止,稳压电路正常工作。当负载电流I0过大超过允许值时,URS增大使VT2导通,比较放大器输出电流被VT2分流,使流入调整管VT1基极的电流受到限制,从而使输出电流I0受到限制,保护了调整管及整个电路。,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.2 集成稳压电源 集成稳压电源,又称集成稳压器,是把稳压电路中的大部分元件或全部元件制作在一片硅片上而成为集成稳压块,是一个完整的稳压电路。它具有体积小、重量轻、可靠性高、使用灵活,价格低廉等优点。集成稳压电源的种类很
7、多。按工作方式可分为线性串联型和开关型,按输出电压方式可分为固定式和可调式,按结构可分为三端式和多端式。我们主要介绍国产W7800系列(输出正电压)和W7900系列(输出负电压)稳压器的使用。,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.2.1 固定式三端稳压器 W7800系列和W7900系列三端稳压器输出固定的直流电压。,(a)外形,(b)电路图,图5-5 W79XX系列稳压器,集成稳压电源与可控整流电路,7800系列输出固定的正电压,有5V、8V、12V、15V、18V、24V等多种。如W7815的输出电压为15V;最高输入电压为35V;最小输入、输出电压差为2V;加散热器时最大输出电流可达2.2
8、A;输出电阻为0.030.15;电压变化率为0.1%0.2%。W7900系列输出固定的负电压,其参数与W7800系列基本相同。,集成稳压电源与可控整流电路,三端稳压器的外形和管脚排列如图5-5所示,按管脚编号,W7800系列的管脚1为输入端,2为输出端,3为公共端;W7900系列的管脚3为输入端,2为输出端,1为公共端。使用时,三端稳压器接在整流滤波电路之后,如图5-6所示。电容 用于防止产生自激振荡,减少输入电压的脉动,其容量较小,一般小于1。电容 用于削弱电路的高频噪声,可取小于1 的电容,也可取几微法甚至几十微法的电容。,集成稳压电源与可控整流电路,在电子线路中,常需要将W7800系列和
9、W7900系列组合连接,同时输出正、负电压的双向直流稳压电源,电路见图5-7。,图5-6输出固定电压的稳压电路,集成稳压电源与可控整流电路,图5-7 正、负电压同时输出的电路,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.2.2 提高输出电压的电路 如果需要扩展三端稳压器的输出电压,可采用如图5-8的升压电路,设U为三端稳压器78的标称输出电压,R1上的电压为U,产生的电流IR1=U/R1,在R1、R2串联电路上产生的压降为,IQR2 为稳压器静态工作,电流在R2上产生的压降。,集成稳压电源与可控整流电路,图5-8 提高输出电压的电路,集成稳压电源与可控整流电路,一般IR15IQ,IQ约为几毫安,当IR
10、1IQ,即R1、R2较小时,则有,即输出电压仅与R1、R2、U有关,改变R1、R2的数值,可达到扩展输出电压的目的。上述电路的缺点是,当稳压电路输入电压变化时,IQ也发生变化,这将影响稳压器的稳压精度,当R2 较大时尤其如此。,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.2.3 扩展输出电流电路,图5-9 扩大输出电流的电路,集成稳压电源与可控整流电路,三端固定式稳压器可借助功率管扩展输出电流,电路如图5-9所示。输出电流Io为,由上式可知,输出电流由三端稳压器和晶体管共同提供,输出电流得以扩展,IOmax决定于ICmax。由图又可得:,集成稳压电源与可控整流电路,(当 时)当晶体管VT1截止时,即I
11、C=0,设UBE10.3V,此时Io=10mA,由此可决定R。为防止输出端短路造成调整管VT1的损坏,可引入限流保护电路VT2。,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.2.4 三端可调式集成稳压器 W317为可调输出正电压稳压器,W337为可调输出负电压稳压器。它们的输出电压分别为1.2V37V连续可调,其输出电流为1.5A。图5-10(a)、(b)分别是用W317和W337组成的可调输出电压稳压电路。,集成稳压电源与可控整流电路,图5-10(a)、(b)分别是用W317和W337组成的可调输出电压稳压电路,图5-10可调式集成稳压器,集成稳压电源与可控整流电路,5.1.2.5 具有正、负电压输
12、出的稳压电源 当需要正、负两组电源输出时,可以采用7800系列正单片稳压器和7900系列负压单片稳压器各一块,接线如图5-11所示。由图可见,这种用正、负集成稳压器构成的正负两组电源,不仅稳压器具有公共接地端,而且它们的整流部分也是公共的。仅用7800系列正压稳压器也能构成正负两组电源,接法如图5-12所示,这时需两个独立的变压器绕组,作为负电源的正压稳压器需将输出端接地,原公共接地端作为输出端。,集成稳压电源与可控整流电路,图5-11 用7800系列和7900系列单片稳压器组成的正、负双电源,集成稳压电源与可控整流电路,图5-12 用两块7800系列单片正集成稳压器组成的正负双电源,集成稳压
13、电源与可控整流电路,5.2 晶闸管可控整流电路5.2.1 晶闸管 晶闸管的全称是晶体闸流管(Thyristor),又名可控硅(Silicon Controlled Rectifier),它是一种应用十分广泛的半导体功率器件。晶闸管是可用作可控整流、交流调压、无触点开关电路以及大功率变频和调速系统中的重要器件。它和大功率晶体三极管比较,具有效率高、电流容量大、使用方便而又经济等特点。晶闸管的品种很多,有普通单向和双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管等。,集成稳压电源与可控整流电路,5.2.1.1 晶闸管的结构和工作原理(1)晶闸管的结构和等效电路 晶闸管的外型和符号如图5-13所示,内部结构如图
14、5-14所示。它是由P1N1P2N2四层半导体硅构成,共包含三个PN结:J1、J2和J3,由P1层引出的电极称为阳极A,由N2层引出的电极称为阴极K,由P2层引出的电极G称为控制极(或门极)。为了更好地了解晶闸管的工作原理,常将其N1和P2 两个区域分解成两部分,使得P1N1P2 构成一只PNP型管,N1P2N2 构成一只NPN型管,用晶体管的符号表示等效电路,如图5-15。,集成稳压电源与可控整流电路,图5-13 晶闸管的外型和符号,集成稳压电源与可控整流电路,图5-14 晶闸管的内部结构图,图5-15 晶闸管的等效电路,集成稳压电源与可控整流电路,(2)晶闸管的工作原理,图5-16 晶闸管
15、的工作原理,集成稳压电源与可控整流电路,a.晶闸管加阳极负电压-时,J1和J3处于反向偏置,管子不导通,处于反向阻断状态。b.晶闸管加阳极正电压,控制极不加电压时,J2处于反向偏置,管子不导通,处于正向阻断状态。c.晶闸管加阳极正电压,晶体管VT1和VT2都承受正常工作的集射电压,同时也加控制极正电压,VT2具备放大条件而导通,流入VT2的基极电流(即IG)被放大后产生集电极电流2,它又作为输入VT1的基极电流,又经VT1放大后产生VT1的集电极电流12,这个电流又反馈入VT2的基极,再一次得到放大,如此循环不止,很快地,两个管子都饱和导通,晶闸管导通。,集成稳压电源与可控整流电路,d.晶闸管
16、一旦导通,控制极就失去控制作用,管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。要使导通的晶闸管截止,必须将阳极电压降至零或为负,或使晶闸管阳极电流减小到小于一定数值,导致晶闸管不能维持正反馈过程,管子将关断,称为维持电流。综上所述,可得如下结论:a.晶闸管与硅整流二极管相似,都具有反向阻断能力,但晶闸管还具有正向阻断能力,即晶闸管正向导通必须具有一定的条件:阳极加正向电压,同时控制极也加正向触发电压。b.晶闸管一旦导通,控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断,必须至少具备以下条件之一:一是将阳极电流减小到小于维持电流;二是将阳极电压减小到零或使之反向。,集成稳压电源与可控整流电路,5.2.1.2 晶
17、闸管的伏安特性和主要参数(1)晶闸管的伏安特性,图5-17 晶闸管的伏安特性,集成稳压电源与可控整流电路,晶闸管的阳、阴极间电压和阳极电流的关系(伏安特性)如图5-17所示。当控制极不加电压(IG=0)时,从图5-16的结构图可以看出,尽管晶闸管的阳、阴极间加上正向电压,由于J2结处于反向偏置,因此,晶闸管只能流过很小的正向漏电流IDR(见图5-17)。我们称晶闸管处于“正向阻断状态”,当正向电压增大到特性上的正向转折电压UBO值时,J2结被击穿,电流由IDR值突然上升,晶闸管就由阻断状态变为正向导通状态,管压降迅速降为UF值。,集成稳压电源与可控整流电路,当晶闸管加反向的阳、阴电压时,从图5
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