第18章 直流稳压电源

下一页总目录章目录返回上一页第18章直流稳压电源18.2滤波器18.3直流稳压电源18.1整流电路下一页总目录章目录返回上一页本章要求：1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.了解集成稳压电路的性能及应用。第18章直流稳压电源下一页总目录章目录返回上一页第18章直流稳压电源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u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压下一页总目录章目录返回上一页18.1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下一页总目录章目录返回上一页tuDO18.1.1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u负半周，VaVb，二极管D截止。1.电路结构–++–aTrDuoubRLio动画utOuoOtU2U2U2下一页总目录章目录返回上一页4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLLRURUI45.0oo(3)流过每管电流平均值IDoDII(4)每管承受的最高反向电压UDRMUU2DRM(5)变压器副边电流有效值Ioπο57.1d)sin(π212mIttII)d(sin2π21ποttUU0.45oU下一页总目录章目录返回上一页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下一页总目录章目录返回上一页18.1.2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uD2uD41.电路结构－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－动画utU2U2U2下一页总目录章目录返回上一页例1：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。81122220.K变比I=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变压器副边电压U122VA1DIV172DRMU可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。下一页总目录章目录返回上一页例2：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？uo+_~u+_RLD2D4D1D3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，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo=0。uouπ2π3π4πttπ2π3π4πoo下一页总目录章目录返回上一页如果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。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。uo+_~u+_RLD2D4D1D3下一页总目录章目录返回上一页19.1.3三相桥式整流电路2.工作原理在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。1.电路D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形共阳极组共阴极组下一页总目录章目录返回上一页在t1~t2期间共阴极组中a点电位最高，D1导通；共阳极组中b点电位最低，D4导通。负载两端的电压为线电压uab。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压动画uouaubuC2tuoott1t2t3t4t5t6t7t8t9下一页总目录章目录返回上一页在t2~t3期间共阴极组中a点电位最高，D1导通；共阳极组中c点电位最低，D6导通。负载两端的电压为线电压uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto下一页总目录章目录返回上一页在t3~t4期间共阴极组中b点电位最高，D3导通；共阳极组中c点电位最低，D6导通。负载两端的电压为线电压ubC。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto下一页总目录章目录返回上一页在t4~t5期间共阴极组中b点电位最高，D3导通；共阳极组中a点电位最低，D2导通。负载两端的电压为线电压uba。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto下一页总目录章目录返回上一页t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto2.工作原理结论：在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––o变压器副边电压负载电压负载两端的电压为线电压。uouaubuC2t下一页总目录章目录返回上一页3.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLL34.2οoRURUI(3)流过每管电流平均值IDo31DII(4)每管承受的最高反向电压UDRMUU23DRM))d(30sin(23π1ab2π6πttUοUU2.34下一页总目录章目录返回上一页18.2滤波器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)。下一页总目录章目录返回上一页18.2.1电容滤波器1.电路结构2.工作原理uuC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，uo=uC。uuC时，二极管截止，电容通过负载RL放电，uC按指数规律下降，uo=uC。+Cici–++–aDuoubRLio=uC3.工作波形二极管承受的最高反向电压为。UU22DRM动画uoU2U2utOtO下一页总目录章目录返回上一页4.电容滤波电路的特点25)(3LTCRτ一般取(T—电源电压的周期)(1)输出电压的脉动程度与平均值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。近似估算取：Uo=1.2U(桥式、全波）Uo=1.0U（半波）当负载RL开路时，UOU2为了得到比较平直的输出电压下一页总目录章目录返回上一页(2)外特性曲线有电容滤波1.4U无电容滤波0.45UUooIO结论采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。(3)流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：IOM=2IDRLC越大ＵO越高，IO越大整流二极管导通时间越短iD的峰值电流越大。iDtuoU2tOO下一页总目录章目录返回上一页例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻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。流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压V352522DRMUU变压器副边电压的有效值A075020030212121LOOD.RUIIuRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管25V1.23021O.UU可选用二极管2CP11IOM=100mAUDRM=50V下一页总目录章目录返回上一页例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻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。取RLC=5T/2已知RL=50S05.025015LCRuRLuo++––~+C解：2.选择滤波电容器F250F102502000.050506LR.C可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器下一页总目录章目录返回上一页18.2.2电感电容滤波器1.电路结构LuRLuo++––~+C2.滤波原理对直流分量:XL=0，L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。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。下一页总目录章目录返回上一页18.2.3形滤波器形LC滤波器滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。比形LC滤波器的体积小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC滤波器RuRLuo++––~+C2+C1R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R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。下一页总目录章目录返回上一页N1N3C20.047FD2D3D4D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V交直流收扩两用机电源下一页总目录章目录返回上一页18.3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。稳压电路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。下一页总目录章目录返回上一页18.3.1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UO基本不变IR(IRR)基本不变UO(UZ)IZ1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路下一页总目录章目录返回上一页18.3.1稳压管稳压电路2.工作原理UO=UZIR=IO+IZUIUZUIUZ设负载RL一定，UI变化UO基本不变IRRIZIR1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz下一页总目录章目录返回上一页ZMOOIMminIIRUU3.参数的选择(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI=(2~3)UO(4)RIIUUominZMOIMOMZOIminIIUU为保证稳压管安全工作ZIIRUUOMOImin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。下一页总目录章目录返回上一页18.3.2恒压源由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。UZRFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相输入恒压源同相输入恒压源ZFO1URRUZFO)(11URRU改变RF即可调节恒压源的输出电压。下一页总目录章目录返回上一页UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11R1R18.3.3串联型稳压电路1.电路结构串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。调整元件比较放大基准电压取样电路下一页总目录章目录返回上一页当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压U