电工电子学直流电源

第9章直流电源返回前一页后一页9.2晶闸管和可控整流电路要求：1、掌握单相整流、滤波、稳压电路的工作原理及参数的计算。2、了解集成稳压电路的性能及应用。9.1直流稳压电源第9章直流稳压电源返回前一页后一页小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u1u2u4u3uo交流电源变压整流滤波稳压负载9.1整流电路整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：利用二极管的单向导电性前一页后一页返回–aTDuoubRLio++–9.1.1单相半波整流电路2.工作原理u正半周，VaVb，二极管D导通；3、工作波形uottuDutU2U2U2前一页后一页EDAu负半周，VaVb，二极管D截止。+–1.电路结构返回4.参数计算：1）整流电压平均值UoUttsinUUo0.45)d(22102）整流电流平均值IoLLooRU.RUI4503）流过每管电流平均值IDLoDRU.II4504）每管承受的最高反向电压UDRMUUDRM2UUo0.45前一页后一页返回5）变压器副边电流有效值IomI.ttsinII571d)(21025.整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMUDRM前一页后一页返回....RLu。。iouo1234ab+–+–9.1.2单相桥式整流电路2、工作原理u正半周，VaVb，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。3、工作波形uottuDuD2uD4U2前一页后一页utU2U2+–+–1.电路结构返回....RLu。。iouo1234ab+–+–3、工作波形2、工作原理9.1.2单相桥式整流电路1、电路结构u正半周，VaVb，二极管1、3导通，2、4截止。u负半周，VaVb，二极管2、4导通，1、3截止。uottuDuD2uD4uD1uD3前一页后一页U2utU2U2+–+–返回4、参数计算：1）整流电压平均值UoUttsinUUo0.9)d(2102）整流电流平均值IoLLooRU.RUI903）流过每管电流平均值IDLoDRU.II450214）每管承受的最高反向电压UDRMUUDRM2UUo0.9前一页后一页返回5）变压器副边电流有效值IomI.ttsinII111d)(212025、整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMUDRM前一页后一页返回①输出直流电压高；②脉动较小；③二极管承受的最大反向电压较低；④电源变压器得到充分利用。前一页后一页目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。桥式整流电路的优点：返回前一页后一页解：变压器副边电压有效值例：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。V1119010090..UUo考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出5%~10%，即取U=1.1111122V81122220.K变比每只二极管承受的最高反向电压V17212222UUDRM返回前一页后一页解：整流电流的平均值A250110LooRUII=1.11Io=21.11=2.2A变压器副边电流有效值变压器容量S=UI=1222.2=207.8VA例：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。流过每只二极管电流平均值A122121oDII返回9.2滤波电路交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理:滤波电路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,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。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。前一页后一页返回....RLu。。iouo1234ab++––9.2.1电容滤波电路1.电路结构2.工作原理..+Cici|u|uc时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uc增加。|u|uc时，二极管截止，电容通过负载RL放电，uc按指数规律下降。前一页后一页uc+–返回3、工作波形utuot无滤波时的输出波形有滤波时的输出波形|u|uc时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uc增加。|u|uc时，二极管截止，电容通过负载RL放电，uc按指数规律下降。流过二极管的电流波形二极管导通时间缩短，流过二极管的电流为脉冲电流前一页后一页返回4、电容滤波电路的特点25)(3TCRτL一般取(T:电源电压的周期)(1)输出电压的波形与平均值Uo与放电时间常数RLC有关RLC越大电容器放电越慢输出电压的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算:Uo=1.2U(桥式、全波）Uo=1.0U（半波）前一页后一页负载RL开路时，UO=？返回（2)、输出特性(外特性)有电容滤波1.4U无电容滤波0.9UUooIo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）流过二极管的瞬时电流很大故选管时一般取：23)~(23)~(2oDOMIII前一页后一页RLC越大Ｕo越高，Io越大整流管导通时间越短iD的峰值电流越大。返回9.2.2电感滤波电感滤波电路1、电路结构:在整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。前一页后一页LuRLuo++––返回2、滤波原理:对直流分量(f=0):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L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：U0=0.9U前一页后一页LuRLuo++––返回3、电感滤波的特点:整流管导通角较大，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。前一页后一页LuRLuo++––返回举例：4试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3返回前一页后一页解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，两端有电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，两端无电压，u0=0。波形如图所示。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3uouπ2π3π4πttπ2π3π4π返回前一页后一页如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。4uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3返回前一页后一页uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。返回前一页后一页9.3直流稳压电源稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。它的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。返回前一页后一页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。9.3稳压电路常用稳压电路(小功率设备)稳压管稳压电路线性稳压电路开关型稳压电路返回前一页后一页9.3.1稳压管稳压电路2.工作原理Uo=UzIR=Io+IzUIUZRL(Io)IR设UI一定，负载RL变化+–UIUo基本不变IR(IRR)基本不变限流调压Uo(Uz)IZ..。RL.+C...IoUo1234+–。+–uiIR..RDzIz1.电路稳压电路返回前一页后一页9.3.1稳压管稳压电路2.工作原理Uo=UzIR=Io+IzUIUZ+–UI..。RL.+C...IoUo1234+–。+–uiIR..RDzIz1.电路UIUo(Uz)IZIR设负载RL一定，UI变化Uo基本不变IRR返回前一页后一页maxzminooaxImIIRUU3.参数的选择（1）UZ=Uo（2）Izmax（1.5~3）Iomax（3）UI=（2~3）Uo（4）RIIUUoZoaxminmaxImmaxImoZoinIIUU为保证稳压管安全工作zooinIIRUUmaxIm为保证稳压管正常工作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。为保证稳压管正常工作返回前一页后一页9.3.2集成稳压器单片集成稳压器，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压器只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。返回前一页后一页1.分类正稳压W78XX负稳压W79XX固定式1.25~37V连续可调可调式三端集成稳压器型号后XX两位数字代表输出电压值W78系列(输出正电压)、W79系列(输出负电压)。输出电压额定值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。返回前一页后一页2.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1—输入端3—公共端2—输出端W7900系列稳压器外形1—公共端3—输入端2—输出端塑料封装返回前一页后一页3.性能特点（7800、7900系列）•输出电流超过1.5A（加散热器）•不需要外接元件•内部有过热保护•内部有过流保护•调整管设有安全工作区保护•输出电压容差为4%返回前一页后一页4.主要参数1)电压调整率SU（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影响。00100TIIooUo%UUUSΔΔ2)电流调整率SI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。00100TUooII%UUSΔΔΔ0.005~0.02%0.1~1.0%返回前一页后一页3)最小输入-输出电压差(UI-Uo)min4)最大输入电压UImax5)最大输出电流Iomax6)最大功耗PMmaxOOaxImMIUUP)(返回前一页后一页输出为固定正电压时的接法如图所示。1)输出为固定电压的电路W7800系列稳压器基本接线图输入与输出端之间的电压不得低于3V！5.三端固定输出集成稳压器的应用CoW7805CiUI+_+_Uo1230.1~1F1F返回前一页后一页用来抵消输入端接线较长时的电感效应，防止产生自激振荡。即用以改善波形。为在负载电流瞬间增减时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。CoW78XXCiUI+_+_Uo123UXXUZRDZUXX:为W78XX固定输出电压Uo=UXX+UZ2)提高输出电压的电路返回前一页后一页同时输出正、负电压电路3)同时输出正、负电压的电路W7815CiUI+_Uo123+_CiW791512CoCo3Uo返回前一页后一页CoCW117CiUI+_+_Uo321AdjR1R26.三端可调输出集成稳压器的应用2401µF0.1µF)V1(25112RR.UO流过调整端电流100µA，在要求不高的场合它在R2上的压降可