直流稳压电源PPT课件

12.1直流稳压电源概述12.2单相整流电路12.3电源滤波电路12.4线性稳压电路12.5集成线性稳压器*12.6开关稳压电路*12.7开关集成稳压器*12.8Multisim仿真—三端固定稳压器W7805的特性第12章直流稳压电源12.1.1直流稳压电源的作用和组成框图12.1直流稳压电源概述1、变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2、整流电路：将交流电源电压变换为单向脉动电压。3、滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。4、稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。整流滤波220V50Hz直流电压图12.1.1直流稳压电源框图vacvpVAVVOIO稳压12.2单相整流电路1．电路组成和工作原理12.2.1单相半波整流电路设变压器副绕组的电压为onVVftVtVv22222sin2sin2V2是副绕组的电压有效值，f是电源频率（50Hz），Von是二极管的导通电压。)12(2/sin2022ntnRviitVvvvLOODOD在v2的负半周内(v20)，二极管D截止。有：)1(2)12(002ntnvvviiDODO在v2的正半周内(v20)，二极管D导通。有：一体化硅桥SQLF2000整流桥硅整流二极管整流管模块机车整流柜青铜峡电解整流所根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端有输出电压；而在加反向电压时二极管截止，负载得不到输出电压。1．电路组成和工作原理（b）v20的等效电路（a）v20的等效电路输出直流电压:输出电压有效值:202220221)sin2(2121VtdtVtdvVOOrms纹波电压有效值:222222545.024VVVVVOOrms纹波系数:21.1242OVV说明纹波电压大于直流输出电压。1．电路组成和工作原理22022045.02sin22121VVttdVtdvVOO流过整流二极管的平均整流电流等于负载的直流电流，即:LLOODFRVRVII245.0二极管承受的最大反向电压:22VVDR根据上述参数选择整流二极管，即:max)2~5.1(DFFIImax)2~5.1(DRRVV式中，IF和VR是二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数。整流二极管的选择245.0VVO为了提高整流电路的性能，抑制变压器的直流偏磁，减小对电网的不利影响，常采用桥式整流电路。a~TrRLu2uLu1~RLu2uLb~RLu2uL~RLuLu2桥式整流电路的四种画法：12.2.2单相桥式整流电路在变压器副边电压u2为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止。t0u0T当副边电压u2为负半周时，二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。t0u2D2、D4通D1、D3通D1、D3通D2、D4通uLa~u1TrRLbu2D1D2D3D4uLa~u1TrRLbu2D2D41.电路组成和工作原理12.2.2单相桥式整流电路2．输出直流电压和纹波电压2202209.022sin22221VVttdVtdvVOO输出电压有效值：纹波电压有效值：2222435.081VVVVOOrms纹波系数：483.02282OVV说明纹波电压小于直流输出电压。12.2.2单相桥式整流电路输出直流电压：2022202)sin2(2221VtdtVtdvVOOrms流过整流二极管的平均整流电流等于负载直流电流的一半，即：LLOODFRVRVII245.02121二极管承受的最大反向电压：22VVDR3．整流二极管的选择12.2.2单相桥式整流电路29.0VVOu2uLIou2uLIou2uLu2Io整流电压平均值t0uLt0uLt0uL电路整流电压波形245.0VVL二极管平均电流LI二极管反向峰值电压2V2常见的几种整流电路整流类型半波全波桥式29.0VVL29.0VVL2V222V22LI2LI倍压整流：利用二极管的单向导电性为电容提供单极性电压，将电容存储的电压（电荷存储效应）累加，形成等于若干倍交流电压峰值的直流输出电压。12.2.3倍压整流(a)2倍压整流电路(b)6倍压整流电路对2倍压整流电路，有：tusinV2222V22oV则C1的耐压大于，C2的耐压应大于。倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安以下）的直流电源中。－电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端;电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。－电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的电流不能突变的特性，用电容器与负载电阻并联或电感器与负载电阻串联构成各种滤波电路。滤波器的基本组成元件是电容或电感。滤波原理2：频率响应滤波原理1：暂态效应滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。12.3电源滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（г型）（c）型滤波电路12.3电源滤波电路设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束桥式整流输出波形有电容滤波、空载时v2tvot12.3.1电容滤波电路桥式整流电容滤波电路1.工作原理：22VVO输出直流电压：负载状态下：在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，电容通过RL放电，u0逐渐下降。v2tvot12.3.1电容滤波电路桥式整流电容滤波电路1.工作原理：在实际应用中，通常选择2)5~3(TCRL得实际估算公式:22.1VVO2VVOrms212.0VV%101.0输出平均电压与输出平均电流的关系称为电容滤波电路的负载特性。3．电容滤波的负载特性分析知，输出直流电压在0.9V2和之间。22V可见，电容滤波带负载能力较差。当输出直流电流小（负载电阻大）时，输出电压大；当输出直流电流大（负载电阻小）时，输出电压小。电容开路负载开路二极管承受的最大反向电压仍为变压器付边交流电压的峰值，即：22VVDR电容对直流分量相当于开路，所以，流过整流二极管的平均整流电流仍然等于负载直流电流的一半，即：LOODFRVII21214．二极管的选择22.1VVO例有一单相桥式滤波电路，电源频率f=50HZ，负载电阻为200，要求Uo=24V，试选择整流二极管及滤波电容。查二极管参数，为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。选用2CP11(Iom=100mA，URM=50V)。解：（1）选择整流二极管mAmALRoUoIDI60)(2.024212121变压器副边电压有效值VoUU202.0242.12故VUUDRM2820222(2)选择滤波电容25,2)5~3(TCRTCRLL＝取根据ssTCRL05.02501525＝uFRCL25020005.005.0VUUo2820222空载时故电容可选用250uF、耐压50V的电解电容器12.4线性稳压电路12.4.1线性并联稳压电路12.4.2线性串联稳压电路12.4.3电压基准电路稳压电路将变化的直流电压转换成稳定的直流电压，满足高性能电子电路对直流电源的要求。因此，稳压电路是决定直流稳压电源质量的关键电路。分类：按稳压电路中调节元件与负载的连接方式分，有并联稳压电路和串联稳压电路。按稳压电路中调节元件的工作状态分，有线性稳压电路和开关稳压稳压电路。在线性稳压电路中，调节元件工作在线性状态；而在开关稳压电路中，调节元件工作在开关状态（饱和或截止）。12.4线性稳压电路1．电路组成和工作原理12.4.1线性并联稳压电路当任何因素，例如VI增加，引起输出电压VO增加时，将发生下述自动调节过程：RRIRIIZOIVIIVVROZ稳压管特性VO↓VO=VI-VR即任何因素引起的输出电压的增加量，被电路的自动调节引起的减少量抵消，维持输出电压基本恒定。调节元件稳压管是通过自身的特性调节电流实现稳压的。2．主要技术指标1）特性指标另外，输入电压的最小值必须保证稳压管击穿稳压，故输入电压范围是：ZZaxIZVRIVVVmaxIm输出电压不能调节，等于稳压管的稳定电压，即：ZOVVZZIOIRVVI所以，最大输出电流是：maxminmaxminImmaxZZZZZaxOIIIIRVVI由此可以计算整流滤波电路的参数。又ZZaxVRIVmaxIm输出端开路是直流稳压电源经常出现的工况，此时，稳压管的电流达到最大值，故输入电压的最大值是：稳压管稳压电路的自动调节能力主要取决于稳压管的电流调节范围[IZmin，IZmax]，IZmin是稳定电流，IZmax是稳压管允许的最大电流，等于额定功耗PZ除以稳定电压VZ。限流电阻R的取值，必须保证稳压管工作在电流调节范围内。rZ稳压电路的质量指标是衡量输出电压变化量大小的指标。可以根据交流等效电路计算。如图12.4.2，rZ是稳压管的动态电阻，通常远小于限流电阻R。)(0,0RrVrVVVSZOZTIIOOv输出电阻：RrIVRZTVOOoI//0,0温度系数：ZIVZIVOTIITVTVS0,00,0设滤波电路的纹波系数为γI，则稳压电路输出电压的最大纹波系数（负载开路）的计算如下：RrrVVVRrrVVRrrVVVZIZZIIIZZOIZZOOOO11式中，VIγ和VI分别是滤波电路输出的纹波电压和直流分量（直流输出电压）。可见，限流电阻R越大、稳压管的动态电阻rZ及温度系数αZ越小，稳压电路的质量越好。2）质量指标电压调整率：αZ是稳压管的温度系数。稳压管稳压电路的转换效率为：)()(2OZIZZIOZIOIRVVVRVVIVPP输出电流越大，转换效率越高。当输出最大电流时，功率转换效率最大。)()()(maxmax2maxmax2maxOZZZOZOZIZZIOZIIVRIIVIRVVVRVVIVmaxmaxZZRIV因为maxmax1ZZRIV，所以，3)功率转换效率稳压电路的输出功率与输入功率之比即是转换效率。最大转换效率为：rZ例题：电路如图所示。设整流滤波电路的最大输出直流电压为12V，纹波系数为0.1；稳压管的稳定电压是6V，稳定电流是5mA，额定功率是250mW，动态电阻是15Ω，温度系数是5mV/0C。试选择限流电阻，求直流输出电压、最大输出电流和电路的各项质量指标。解：稳压管的最大稳定电流为mAVmWVPIZZZ426250max得：143143.042612maxImkIVVRZZax最大输出电流：mAIIIZZO37542minmaxmax电压调整率：015.0)15015(615)(RrVrSZOZv如果电网电压有效值变化±10%，则整流滤波输出电压亦变化±10%，引起的输出直流电压变化量如下：VVVSVaxOvO11.0)12%10(6015.0Immax输出电阻：6.13150//15//RrRZo可选择R=150Ω。续解：输出电流变化引起的直流电压变化量为:VmVIRVOOO5.0375.13maxmax温度系数为CmVSZT0/5如果环境温度变化500C，则最大输出电压变化为:VCCmVTSVTO25.050/500max直流输出电压总变化量为:VVVVVOOOO86.0maxmaxmaxmax纹波系数为:%2019.0143151.015612