直流电源PPT课件

第十章直流电源10.1直流电源的组成10.2单相整流电路10.2.1单相半波整流电路10.2.2单相桥式整流电路10.2.3整流电路的主要参数10.3滤波电路10.3.1电容滤波电路10.5硅稳压管稳压电路10.5.1稳压电路的主要指标10.5.2硅稳压管稳压电路的组成和工作原理10.5.3稳压电路的内阻和稳压系数10.5.4稳压电路中限流电阻的选择10.6串联型直流稳压电路10.6.1电路组成和工作原理10.6.2输出电压的调节范围10.6.3调整管的选择10.6.4稳压电路的过载保护10.7集成稳压器10.7.1三端集成稳压器的组成10.7.2三端集成稳压器的主要参数10.7.3三端集成稳压器的应用第一节单相整流电路单相半波整流电路整流电路的主要参数直流电源的组成单相桥式整流电路一、直流电源的组成电子设备中所用的直流电源，通常是由电网提供的交流电经过整流、滤波和稳压后得到的。对直流电源的主要要求：能够输出不同电路所需要的电压和电流；直流输出电压平滑，脉动成分小；输出电压的幅值稳定；交流电变换成直流电时的转换效率高。直流电源一般包括四个组成部分，即电源变压器、整流电路、滤波器和稳压电路。电源变压器整流电路滤波器稳压电路电网电压负载电网电压信号整流输出信号滤波输出信号变压器输出信号稳压输出信号利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。滤波器的作用：尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。稳压电路的作用：使输出的直流电压，在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。整流电路的作用：OωtuoOωtuDωtOiO=iD二.单相半波整流电路RLVDTiD++++----iou1u2uDuo单相半波整流电路RL2U22U22U2iO=iD=RLu2uO=u2uD=0iO=iD=0uO=0uD=u2u2负半周内：u2正半周内Oωtu2π2π3π2U2sinωt2U2优点:结构简单，所用元件少，缺点：输出波形脉动大；直流成分比较低；变压器利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。所以只能用在输出电流较小，要求不高的场合。OωtuoOωtuDωtOiO=iDRL2U22U22U2Oωtu2π2π3π2U2sinωt2U2VD1+++---u1u2RL+-uo•••u2VD2ωtOu2π2π2U2uOOωtOiD2ωtωtOiD1uD1OωtωtOiO单相全波整流电路iD1ioiD2u2正半周内，VD1导通，VD2截止，uD1=0，uo=u2，iD2=0，iO=iD1=u2/RL。RL2U222U2RL2U22U2RL2U2U2负半周内，VD2导通，VD1截止uD1=u2，uo=-u2，iD2=0，iO=iD2=u2/RL输出电压平均值是半波整流的两倍，脉动成分比半波整流时有所下降。22U2二极管承受的反向电压较大最大值为。变压器必须有中心抽头，变压器利用率不高。ωtOu2π2π2U2uOOωtOiD2ωtωtOiD1uD1OωtωtOiORL2U222U2RL2U22U2RL2U2三、单相桥式整流电路1.电路组成VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2电路中用了四个二极管，接成电桥形式，故称为桥式整流电路。++--uiu2RL+-uo2.桥式整流电路的其他画法++--uiu2RL+-uoVD1VD3VD4VD2OuoωtiD1/iD2ωtioωtOωtωtOOOiD3/iD4uD13.工作原理VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2ωtOu2π2π3π2U2RL2U2RL2U2RL2U22U22U2u2正半周内，VD1、VD2导电，VD3、VD4截止；u2负半周时，VD3、VD4导电，VD1、VD2截止。正、负半周均有电流流过负载电阻RL且方向一致。四、整流电路的主要参数1.输出直流电压UO(AV)UO(AV)=uOd(ωt)2π12π0UO(AV)=2U2sinωtd(ωt)=U2=0.9U2π1π0π222.脉动系数S以单相桥式整流电路为例ωtOuoπ2π3π2U2tttUu6cos3544cos1542cos34222o整流电路输出波形的傅立叶级数表示为：UO1m=U23π423.二极管正向平均电流ID(AV)ID(AV)=IO(AV)214.二极管最大反向峰值电压URMURM=2U2tttUu6cos3544cos1542cos34222o2)AV(o22Uu67.02232422)o(AVm1oUUUUS[例10.1.1]某电子装置要求电压值为15V的直流电源，已知负载电阻RL等于100Ω，试问：①如果选用单相桥式整流电路，则变压器二次电压U2应为多大？整流二极管的正向平均电流ID(AV)和最大反向峰值电压URM等于多少？输出电压的脉动系数S等于多少？②如果改用单相半波整流电路，则U2、ID(AV)、URM和S各等于多少？D(AV)O(AV)150mA=75mA1122IIRM216.7V=23.6V22UU0.6767%S②O(AV)VV0.450.4521533.3UUD(AV)O(AV)150mAIIRM233.3V=47.1V22UU1.57157%SO(AV)VV0.90.921516.7UUO(AV)O(AV)LA=150mA15100UIR解：①第二节滤波电路电感滤波电路电容滤波电路复式滤波电路对滤波电路的要求：1、尽量降低输出电压中的脉动成分；2、尽量保留其中的直流成分，使输出电压成为比较平滑的直流电压。一、电容滤波电路桥式整流、电容滤波电路VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2Cic+1.电路组成2.工作原理ωtOu2π2π3π4π5πiD1ωtOuO=uCOωtVD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2Cic+uO=uCOωt2U2RLC=∞RLC大RLC小RLC≥(3~5)2T在桥式整流情况下T为电网交流电压的周期。UO(AV)≈1.2U2此时3.滤波电容的选择和输出直流电压的估算（1）电容滤波电路适用于小电流负载。（2）电容滤波电路的外特性比较软。滤波电路的输出电压UO(AV)与输出电流IO(AV)之间的关系曲线称为外特性。电容滤波电路的UO(AV)将随着IO(AV)而变化。电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。（5）采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲击电流。必须选用较大容量的整流二极管。4.电容滤波电路的特点（1）加了电容滤波以后，输出电压的直流成分提高了。（2）加电容滤波以后，输出电压中的脉动成分降低了。（3）电容滤波电路的输出直流电压UO(AV)将随着输出直流电流IO(AV)而变化。（5）电容放电的时间常数τ=RLC愈大，放电过程愈慢，则输出电压愈高，同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。（4）接入电容以后，整流二极管的导电时间缩短了。结论：二、电感滤波电路桥式整流、电感滤波电路VD1++--u1u2RL+-uoVD4VD3VD2AL接入滤波电感后，由于电感的直流电阻很小，交流阻抗很大，因此直流成分流过电感后基本上没有损失，交流分量很大部分降落在电感上，从而降低了输出电压中的脉动成分。1.电路组成和工作原理2.输出直流电压和脉动系数如果忽略电感的直流电阻，则输出直流电压为：设A点的直流电压为，基波电压的最大值为，脉动系数为。O(AV)UO1mUSO(AV)O(AV)UU输出的基波电压最大值为：LO1mO1m2L2()RUURL输出电压的脉动系数为：O1mO1mLL22O(AV)O(AV)LL22()()UURRSSUURLRL3.电感滤波电路的特点（1）电感滤波电路适用于大电流负载。（2）电感滤波电路的外特性比较硬。（3）由于电感有延长整流管导电管电角的趋势，因此电流的波形比较平滑，避免了在整流管中产生较大的冲击电流。1.LC滤波电路+-u2RL+-uoC+ALLC滤波电路在负载电流较大或较小时均有良好的滤波作用。电感滤波和LC滤波电路克服了整流管电流较大的缺点，外特性比较硬,与电容滤波相比，UO(AV)较低，体积、重量大为增加。三、复式滤波电路2.LC-∏型滤波电路+-u2RL+-uoC2+ALLC滤波电路LC-∏型滤波电路输出电压的脉动系数比仅有LC滤波时更小，波形更加平滑。输出直流电压提高了。缺点是整流管的冲击电流比较大，外特性比较软。C1+RL+-uo+-u2u'oRC2C1++优点：可进一步降低输出电压的脉动系数。缺点：R上有直流压降；整流管的冲击电流仍比较大；外特性比电容滤波更软，只适用于小电流的场合。3.RC–П型滤波电路第三节硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路的组成和工作原理稳压电路中限流电阻的选择稳压电路的主要指标稳压电路的内阻和稳压系数一、稳压电路的主要指标1.内阻RO2.稳压系数Sr定义为：经过整流滤波后输入到稳压电路的直流电压UI不变时，稳压电路的输出电压变化量ΔUO与输出电流ΔIO变化量之比。常数IOOoUIUR定义为：当负载不变时，稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。常数常数LLOIIOIIOOr//RRUUUUUUUUsIRRUI+-RLILUO+-IZVDZ二、硅稳压管稳压电路的组成和工作原理1.假设稳压电路的输入电压UI保持不变，LR当LIR上的压降OUIZ将急剧减小IR也将减小UO维持基本稳定必不可少ZLRIIIRIOUUU2.假设负载电阻RL保持不变，IU当ZLRIIIR上的压降增大OUIZ将急剧增加IR也将增加UO维持基本稳定OURIOUUU当电网电压波动或负载电流变化时，通过调节R上的压降来保持输出电压基本不变。IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ三.稳压电路的内阻和稳压系数1.内阻RoRo定义为：直流输入电压UI不变时，输出端的ΔUO与ΔIO之比。估算Ro时RL应开路。R+-rZΔUI=0估算稳压电路Ro的等效电路OUOIRrIUR//ZOOorZ为稳压管的动态内阻。一般情况下满足rZR,所以可简化为Ro≈rZrZ愈小，负载变化时，稳压电路的稳压性能愈好。2.稳压系数SrΔUO=rZ//RL(rZ//RL)+RΔUISr=≈ΔUO/UOΔUI/UIUIUOrZR·rZ愈小，R愈大，则Sr愈小，即电网电压波动时，稳压电路的稳压性能愈好。Sr定义为：RL不变时，稳压电路输出电压与输入电压的相对变化量之比。满足rZRL,rZR时ΔUO≈rZRΔUIR+-RL+-rZΔUIΔUo估算Sr等效电路四、稳压电路中限流电阻的选择硅稳压管稳压电路中的限流电阻是很重要的组成元件。限流电阻R的阻值必须选择恰当，才能保证稳压电路在电网电压或负载变化时，很好地实现稳压作用。IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ若限流电阻R的阻值太大，当IL增大时，IZ减小，稳压管可能失去稳压作用；若限流电阻R的阻值太小，当RL很大或开路时，IZ增大，稳压管可能被损坏。设稳压管允许的最大工作电流为IZmax，最小工作电流为IZmin；电网电压最高时的整流输出电压为UImax，最低时为UImin;负载电流的最小值为ILmin，最大值为ILmax。则要使稳压管能正常工作，必须满足下列关系：IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ1.当电网电压最高和负载电流最小时,IZ的值最大：RUImax-UZ-ILminIZmaxRUImax-UZIZmax+ILmin2.当电网电压最低和负载电流最大时,IZ的值最小：RUImax-UZ-ILmaxIZminRUImax-UZIZmin+ILmaxRUI-UZ-IL=IZIRRUI+-RLILUO+-IZVDZ[例10.5.1]图示硅稳压管稳压电路中，设稳压管的UZ=6V,IZmax=40mA，IZm