电工与电子技术基础-第7章-直流稳压电源

第7章直流稳压电源7.2滤波器7.3直流稳压电源7.1整流电路7.4晶闸管及整流电路本章要求：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7章直流稳压电源第7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7.1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tuDO7.1.1单相半波整流电路2.工作原理u2正半周，UaUb，二极管D导通；3.工作波形u2负半周，UaUb，二极管D截止。1.电路结构–++–aTrDuou2bRLio动画u2tOuoOt22U22U22U3.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io2oo0.45LLUUIRR(3)流过每管电流平均值IDoDII(4)每管承受的最高反向电压UDRMDRM22UU(5)变压器副边电流有效值Ioπο57.1d)sin(π212mIttII2πο12sind()2πUtt20.45UoU4.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UDRM7.1.2单相桥式整流电路2.工作原理u2正半周，UaUb，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。3.工作波形uD2uD41.电路结构－uouDttRLu2iouo1234ab+–+–－动画u2t22U22U22U3.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io2oo0.9LLUUIRR(3)流过每管电流平均值IDo21DII(4)每管承受的最高反向电压UDRMDRM22UU(5)变压器副边电流有效值Ioπο11.1d)sin(π2122mIttII)d(sin2π1ποttU20.9UoU(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。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：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。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+_~u2+_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=u2；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。uou2π2π3π4πttπ2π3π4πoo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+_~+u2RLD2D4D1D3_7.2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)。7.2.1电容滤波器1.电路结构2.工作原理u2uC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。u2uC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–++–aDuou2bRLio=uC3.工作波形二极管承受的最高反向电压为。DRM222UU动画uo22U22Uu2tOtO4.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=1.2U2(桥式、全波）Uo=1.0U2（半波）当负载RL开路时，UO22U为了得到比较平直的输出电压(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tuo22UtOO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DRM2222535VUU变压器副边电压的有效值A075020030212121LOOD.RUIIuRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管O23025V1.21.2UU可选用二极管2CP11IOM=100mAUDRM=50V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7.2.2电感电容滤波器1.电路结构Lu2RLuo++––~+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。7.2.3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。Lu2RLuo++––~+C2+C1形RC滤波器Ru2RLuo++––~+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。N1N3C20.047FD2D3D4D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V交直流收扩两用机电源7.3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。7.3.1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7.3.1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+–+–u2IRRDZIzZMOOIMminIIRUU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。7.3.2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。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11R1R7.3.3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当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO升高时，有如下稳压过程：2.稳压过程O2121fURRRRUUZUU由电路图可知)(fZuoBUUAUUOUfUBUOICUCE由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。UITR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11R1R3.输出电压及调节范围Z211BO)(1URRRUU输出电压UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11R1R7.3.4集成稳压电源单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。1.分类XX两位数字为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出正电压78XX输出负电压79XX（1.25~37V连续可调）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%输出电压额定值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。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。00o100ooTIIU%UUUSΔΔ(2)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。00ooI%100ITUUUSΔΔΔ0.005~0.02%0.1~1.0%(3)输出电压UO(6)最大输入电压UiM(7)最大功耗PMOMOIMM)(IUUP(4)最大输出电流IOM(5)最小输入、输出电压差(Ui-UO)min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输入与输出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为了瞬时增减负载电流时，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。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。(2)同时输出正、负电压的电路23220V24V+C24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000F