直流电源讲解--华成英教授

华成英[e-mail]第十章直流电源华成英[e-mail]第十章直流电源§10.1直流电源的组成§10.2单相整流电路§10.4稳压管稳压电路§10.5串联型稳压电路§10.6开关型稳压电路§10.3滤波电路华成英[e-mail]§10.1直流电源的组成直流电源的组成及各部分的作用华成英[e-mail]直流电源的组成及各部分的作用改变电压值通常为降压交流变脉动的直流减小脉动1)负载变化输出电压基本不变；2)电网电压变化输出电压基本不变。直流电源是能量转换电路，将220V（或380V）50Hz的交流电转换为直流电。半波整流全波整流在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动±10％，且负载有一定的变化范围。华成英[e-mail]§10.2单相整流电路一、对整流电路要研究的问题二、单相半波整流电路三、单相桥式整流电路华成英[e-mail]一、对整流电路要研究的问题1.电路的工作原理：即二极管工作状态、电路波形的分析2.输出电压和输出电流平均值：即输出脉动直流电压和电流平均值的求解方法3.整流二极管的选择：即二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压的分析为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0。整流二极管的伏安特性：实际特性理想化特性理想二极管的正向导通电压为0，即正向电阻为0；反向电流为0，即反向电阻为无穷大。华成英[e-mail]二、单相半波整流电路1.工作原理u2的正半周，D导通，A→D→RL→B，uO=u2。2uu2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2；uO=0。2u华成英[e-mail]（AV）和IL（AV）的估算已知变压器副边电压有效值为U2)(dsin2π212π0O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)45.0RURUIL2L(AV)D(AV)45.0RUII2maxR2UU2RL2F21.145.01.1UURUI22O(AV)45.0π2UUU考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：（3）二极管的选择华成英[e-mail]三、单相桥式整流电路u2的正半周A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的负半周B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如何接？集成的桥式整流电路称为整流堆。1.工作原理uOu2OO若接反了呢？华成英[e-mail]2.输出电压和电流平均值的估算)(dsin2π1π02O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)9.0RURUI22O(AV)9.0π22UUU华成英[e-mail]3.二极管的选择2maxR2UUL2L(AV)D(AV)45.02RUII2RL2F21.145.01.1UURUI考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：与半波整流电路对二极管的要求相同华成英[e-mail]§10.3滤波电路一、电容滤波电路二、电感滤波电路三、倍压整流电路华成英[e-mail]一、电容滤波电路1.工作原理非常小。，对电容充电，时，有一对二极管导通当充电2Cuu。放电，，电容通过时，所有二极管均截止当放电CRRuuCLL2充电放电速度与正弦波下降速度相似按指数规律下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。C越大，RL越大，τ越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。考虑整流电路的内阻华成英[e-mail]2.二极管的导通角导通角的峰值脉动放电DO(AV)LiURC无滤波电容时θ＝π。有滤波电容时θπ，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！θ小到一定程度，难于选择二极管！华成英[e-mail]。时，～当2O(AV)L2.12)53(UUTCR。的耐压值应大于221.1UC简单易行，UO（AV）高，C足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。3.电容的选择及UO（AV）的估算4.优缺点整流桥的简化画法华成英[e-mail]二、电感滤波电路当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为ωL。2LLD(AV)LLO(AV)9.0URRRURRRU直流分量：dLd22LLO(AC))(uLRuLRRu交流分量：交流分量O(AV)LULR适于大电流负载！华成英[e-mail]三、倍压整流电路分析时的两个要点：设①负载开路，②电路进入稳态。22Uu2负半周，u2加C1上电压对C2充电：P→D2→C2→A，最终u2正半周C1充电：A→D1→C1→B，最终212UUCP2222UUC222U华成英[e-mail]讨论已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）≈？1.正常工作；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路；5.D1开路。华成英[e-mail]§10.2稳压管稳压电路一、稳压电路的性能指标二、稳压管稳压电路华成英[e-mail]一、稳压电路的性能指标1.输出电压2.输出电流3.稳压系数表明电网电压波动时电路的稳压性能。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。LLOIIOIIOOrRRUUUUUUUUS4.输出电阻表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。IOOoUIUR5.纹波电压测试出输出电压的交流分量。华成英[e-mail]二、稳压管稳压电路稳定电压UZ：稳压管的击穿电压稳定电流IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率PZM：允许的最大功率，PZM=IZMUZ动态电阻rz：工作在稳压状态时，rz＝ΔU/ΔI1.稳压管的伏安特性和主要参数伏安特性符号等效电路华成英[e-mail]2.稳压管稳压电路的工作原理LDOIZIIIUUURRODZOIZ)(UUIIUUURR电网电压的波动。上的电压变化补偿基本不变。利用，则若IOIURUUURRRIIRIIUURLLDZOLZ)(的变化。的变化来补偿利用也就基本不变。基本不变，，则若LDOLDZZIIUUIIR华成英[e-mail]3.稳压管稳压电路的主要指标（1）输出电压UO＝UZ（2）输出电流IZmax－IZmin≤IZM－IZ（3）稳压系数OIzOILzLzOIIOrLUURrUURrRRrUUUUSR∥∥（4）输出电阻zzorRrR∥简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。4.特点华成英[e-mail]5.稳压管稳压电路的设计（1）UI的选择UI＝（2～3）UZ（2）稳压管的选择UZ＝UOIZM－IZILmax－ILmin（3）限流电阻的选择保证稳压管既稳压又不损坏。OIzrUURrSZMmaxDZminDZZIIII且ZLmaxZinImminDZIIRUUI电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。LmaxZZinImIIUUR电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。ZMLminZaxImmaxDZIIRUUILminZMZaxImIIUUR为减小Sr,取值矛盾!若求得RminRmax，怎么办？若求得R=200~300Ω，则该取接近200Ω还是接近300Ω？为什么？华成英[e-mail]讨论：稳压管稳压电路的设计依次选择稳压管、UI、R、C、U2、二极管1.输出电压、负载电流→稳压管2.输出电压→UI3.输出电压、负载电流、稳压管电流、UI→R4.UI、R→滤波电路的等效负载电阻→C5.UI→U26.U2、R中电流→整流二极管已知输出电压为6V，负载电流为0～30mA。试求图示电路的参数。华成英[e-mail]§10.3串联型稳压电路一、基本调整管稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路三、集成稳压器（三端稳压器）华成英[e-mail]为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入电压负反馈，稳定输出电压。OL)1(IIBEZOUUU一、基本调整管稳压电路CEIOUUU不管什么原因引起UO变化，都将通过UCE的调节使UO稳定，故称晶体管为调整管。若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。华成英[e-mail]1.稳压原理：若由于某种原因使UO增大2.输出电压的调节范围Z3321OZ32321URRRRUURRRRR同相比例运算电路则UO↑→UN↑→UB↓→UO↓二、具有放大环节的串联型稳压电路华成英[e-mail]3.串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管取样电阻调整管：是电路的核心，UCE随UI和负载产生变化以稳定UO。比较放大基准电压基准电压：是UO的参考电压。取样电阻：对UO的取样，与基准电压共同决定UO。比较放大：将UO的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。华成英[e-mail]4.串联型稳压电源中调整管的选择IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmaxICMUCEmax＝UImax－UOminU(BR)CEOPTmax＝IEmaxUCEmaxPCM根据极限参数ICM、U(BR)CEO、PCM选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！华成英[e-mail]讨论一：对于基本串联型稳压电源的讨论3.若电网电压波动±10％，UI为28V，UO为10V～20V；晶体管的电流放大系数为50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成运放最大输出电流为10mA，则最大负载电流约为多少？1.若UO为10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，则R3和UZ各为多少？2.若电网电压波动±10％，UO为10V～20V，UCES＝3V，UI至少选取多少伏？0.9U2UOmax+UCES应取几个极限值求出的负载电流最大值中最小的那个作为电源的性能指标——最大负载电流华成英[e-mail]讨论二：关于实用串联型稳压电源的讨论0BEmaxERUI1.标出集成运放的同相输入端和反相输入端；2.电路由哪些部分组成？3.UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4.如何选取R’和R？限流型过流保护电路输出电流取样电阻华成英[e-mail]讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论5.取样电阻的取值应大些还是小些，为什么？它们有上限值吗？6.若电路输出纹波电压很大，则其原因最大的可能性是什么？7.根据图中过流保护电路的原理组成一种限流型过流保护电路。其电流应大于调整管的穿透电流电路可能产生了自激振荡华成英[e-mail]三、集成稳压器（三端稳压器）输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：1.5A（W7800