直流稳压电路

第十九章直流稳压电源返回哈尔滨工业大学电工学教研室§19.1直流稳压电源的组成和功能§19.5集成稳压电源§19.3滤波电路§19.2整流电路§19.4稳压电路返回目录直流稳压电源的作用从交流电源变换成平滑而稳定的直流电。直流稳压电源广泛应用于1.工农业生产中2.国防军事中3.科学实验中4.日常生活中返回§19.1直流稳压电源的组成和功能一.组成直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。变变变变变变变变变变变变变变变变1uto交交交交交交～t2uotoFu交交交交toRutooU返回•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uR。•滤波电路:将脉动直流电压uR转变为较平滑的直流电压uF。•稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出直流电压U0的稳定。§19.1直流稳压电源的组成和功能二.功能返回以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路。§19.2单相整流电路整流电路的任务利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直流电压。整流电路的种类整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相半波、三相桥式全波整流等多种电路。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。返回19.2.1单相半波整流电路的工作原理2u1uTDouoiDiLRba电路组成1utot2uotoou当u20时，二极管导通。如果忽略二极管正向压降，则：uo=u2导通iD=io=uo/RL返回19.2.1单相半波整流电路的工作原理2u1uTDouoiDiLRba电路组成t2uotoou1uto当u20时，二极管导通。如果忽略二极管正向压降，则：uo=0iD=io=0截止返回单相半波整流电路输出电压波形单相半波整流电路输出电压平均值2o2220122sind0.452UUttUU返回单相半波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：单相半波整流电路中二极管上承受的最高反向电压：20.45DoLUIIRDRM22UU2u1uTDouoiDiLRba返回19.2.2单相桥式全波整流电路的工作原理2u1uTD4ouoiDiLRbaD1D3D2单相桥式全波整流电路组成返回2u1uTD4ouoiDiLRbaD1D3D2to2utoou单相桥式全波整流电路工作原理当u20时，二极管D1、D3导通。返回2u1uTD4ouoiDiLRbaD1D3D2to2utoou单相桥式全波整流电路工作原理当u20时，二极管D2、D4导通。返回2u1uTD4ouoiDiLRbaD1D3D2to2utoou单相桥式全波整流电路的波形toDRuD2D4D1D3返回2o2220122sind0.92UUttUU单相桥式全波整流电路输出电压波形单相桥式整流电路输出电压平均值单相桥式全波整流电路输出电流平均值2oL0.45UIR返回D2oL10.452UIIR单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：DRM22UU单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：2u1uTD4ouoiDiLRbaD1D3D2返回2u1uTD1ouoiDiLRbaD22u19.2.3单相全波整流电路的工作原理电路组成to2utoou工作原理当u20,D1导通，D2截止；输出uo为全波整流波形。当u20,D2导通，D1截止。返回2o2220122sind0.92UUttUU单相全波整流电路输出电压波形单相全波整流电路输出电压平均值单相全波整流电路输出电流平均值2oL0.45UIR返回D2oL10.452UIIR单相全波整流电路二极管上承受的最高反向电压：DRM222UU单相全波整流电路中二极管的平均电流和输出电流：2u1uTD1ouoiDiLRbaD22u返回思考：单相桥式全波整流与单相全波整流异同单相桥式全波整流单相全波整流变压器二极管反向电压输出电压波形整流元件数量二极管平均电流输出电压平均值无中心抽头4全波有中心抽头222U222UO12IO12I20.9U20.9U全波？？？实际中单相桥式整流应用较多。返回单相桥式整流电路中的整流电桥可由四个整流二极管组成，也可直接用集成的整流桥块代替。＋～～－～～－＋整流桥块二极管桥选择整流元件的主要指标：1.平均整流电流2.反向耐压返回整流桥实物照片返回2u1uTD4ouLRD1D3D2＋～～－2u1uTouLR～～－＋返回§19.3滤波电路滤波的基本概念:交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路就是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,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。这一过程称为滤波。返回19.3.1电容滤波电路一、滤波电路1.单相半波整流电容滤波电路2u1uTDouoiDiLRbaC+返回2.单相桥式整流电容滤波电路2u1uTD4ouLRD1D3D2C一、滤波电路返回半波整流滤波电路（C=100UF）波形图整流二极管中的电流滤波输出电压返回半波整流滤波电路（C=470UF）波形图整流二极管中的冲击电流滤波输出电压返回半波整流滤波电路（C=1000UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压返回半波整流滤波电路（C=3300UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压返回半波整流滤波电路（C=6800UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压返回全波整流滤波电路（C=100UF）波形图输出电压二极管冲击电流返回全波整流滤波电路（C=470UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压返回全波整流滤波电路（C=1000UF）波形图二极管冲击电流滤波输出电压返回全波整流滤波电路（C=3300UF）波形图滤波输出电压整流二极管中的冲击电流返回全波整流滤波电路（C=6800UF）波形图整流二极管中的冲击电流滤波输出电压返回一般取L(3~5)2TRC(T为电源电压的周期)近似估算:U0=1.2U2(2)流过二极管瞬时电流很大RLC越大U0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。一般选管时，取00DFL1(2~3)(2~3)22IUIR二、电容滤波电路的特点(1)输出电压U0与时间常数RLC有关RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大。返回输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和S也随之改变。如:RL愈小(Io越大),Uo下降多,S增大。(3)输出特性(外特性):1.4U20.9U2Uo0Io电阻负载有电容滤波电阻负载无电容滤波返回结论（1）并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。通过以上半波、全波整流电容滤波电路的波形图和分析可以看出：（3）输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快，输出特性较软。（4）滤波电容愈大，滤波效果愈好，但整流二极管的导通时间愈短，其中的电流冲击也愈大。（2）电容放电时间常数RLC愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动愈小，滤波效果愈好。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。返回19.3.2电感滤波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。一、电感滤波电路结构2u1uTouLRL返回二、电感滤波原理对直流分量(f=0):XL=0,L相当于短路,电压大部分降在RL上。U0=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：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。三、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。返回19.3.3LC型、型滤波为了进一步改善滤波特性，可采取多级滤波的办法,如在电容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成LC型或RC-、LC-型滤波电路，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。L-C型滤波电路结构2u1uTouLR+CL返回RC-型滤波电路结构2u1uTouLR++R1C2CRC-型滤波电路特点R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R太大，将使直流压降增加。主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。返回LC-型滤波电路结构2u1uTouLR++1C2CLLC-型滤波电路特点滤波效果比LC滤波器更好，但整流二极管中的冲击电流较大。电感线圈体积大而笨重、成本高。返回§19.4稳压电路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)在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、线性稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳压电路。返回稳压电路的主要性能指标1、稳压系数S稳压系数S用来反映电网电压波动对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。0I0ISUUUU2、输出电阻Ro输出电阻Ro用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。稳压电路的主要作用为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳定的输出电压。oooUiURI常数返回19.4.1稳压管稳压电路一、电路结构2u1uTLRZIRIRUOUoICRZDiUZU返回二、工作原理在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端电压变化较小。1.电网电压波动12oZRRouuUIIUU2.负载波动LoRRoZRoRIIUUIUU通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。2u1uTLRZIRIRUOUoICRZDiUZU返回三、稳压管稳压电路特点优点：电路简单，元件少。缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。四、稳压管选择办法ZoUUOZmaxmax1.53IIio23UU五、限流电阻R的选择原则imaxZZminZmaxUUIIR1.iminZZmaxZminUUIIR2.返回19.4.2串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成：1、基准电压环节2、比较放大环节3、取样环节4、调整环节一、电路结构的一般形式∞变变变变变变变变变变变变变变变变LR1R2RoUiUREFUfUPRTBU返回调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。比较放大器可以是单管放大电路或集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。∞变变变变变变变变变变变变变变变变LR1R2RoUiUREFUfUPRTBU二、电路的组成返回一、一种实际的晶体管串联反馈式稳压电源二、稳压原理UoUfUBE2=（Uf-UZ）UC2Uo当Ui增加或输出电流减小使Uo升高时：PR1R2RLRZDZUfUCE1UCE2U1T3R4R2ToUP1RP2RiU返回三、输出电压的确定和调节范围2212P12POZBE2ZP2P212POmaxZBE2212POminZBE2P2RRRRRRRUUUURRRRRRRUUURRRRUUUR4、调整管rce愈大越好(rce小则Ui引起的Uo大)。四、影响稳压特性的主要因素1、比较放大部分的AV和电压反馈系数F愈大越好；2、基准电压愈稳定越好；3、放大部分的电源愈稳定越好；调节RP可改变Uo达到调压的目的。稳压实质：通过负反馈使输出电压稳定。返回在