中北大學(xué)模電 直流電源

第11章直流電源11.1概述11.2

整流電路小結(jié)11.3濾波電路11.4穩(wěn)壓電路11.5三端穩(wěn)壓電路11.6開關(guān)穩(wěn)壓電路11.1

概述濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載組成框圖OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動電壓合適的交流電壓濾波穩(wěn)壓11.2

整流電路

11.2.1基本概念11.2.2單相半波整流電路11.2.3單相橋式整流電路11.2.4倍壓整流電路

11.2.1基本概念整流電路的任務(wù)是利用二極管的單向?qū)щ娦园颜?、?fù)交變的電壓變成單方向脈動的直流電壓。

整流電路有單相整流，屬于小功率整流（通常指由單相交流電源供電，功率在一千瓦以內(nèi)），其中包括半波整流、全波整流、橋式整流、倍壓整流等。另外還有三相整流（屬于大功率整流）及多相整流（屬于大功率整流）。11.2.2單相半波整流電路1、電路原理tO23u2tO23

uOtO23

iD=iOtO23

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–2、主要參數(shù)1）、輸出電壓平均值2）、輸出電流平均值3）、脈動系數(shù)3、二極管極限參數(shù)選擇1）、最大整流平均電流2）、最高反向工作電壓tO23

uD【例11-1】

在單向半波整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值=30V，負(fù)載電阻=100，試問:1、負(fù)載電阻上的電壓平均值和電流平均值各為多少?2、電網(wǎng)電壓波動范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過的最大電流平均值各為多少?解：1、負(fù)載電阻上電壓平均值≈0.45=0.45×30V=13.5V流過負(fù)載電阻的電流平均值2、二極管承受的最大反向電壓二極管流過的最大平均電流V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u111.2.3、單相橋式整流電路輸入正半周1.工作原理輸入負(fù)半周+uo動畫演示

波形tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO2.參數(shù)估算1)

整流輸出電壓平均值totototo2323Im2233uOu2uDiD

=iO2)

整流輸出電流平均值3)

脈動系數(shù)1）最大整流平均電流2)

最高反向工作電壓3.二極管極限參數(shù)選擇totototo2323Im2233uOu2uDiD

=iO4.簡化畫法+uoRLio~+u25.整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~【例11-3】

某電子裝置要求電壓值為15V的直流電源，已知負(fù)載電阻等于100，試問：1、如果選用單相橋式整流電路，則變壓器副邊電壓應(yīng)為多大？整流二極管的正向平均電流最大反向峰值電壓等于多少？輸出電壓的脈動系數(shù)S等于多少？2、如果改用單相半波整流電路，則，，和S各是多少？解：1、由電路條件可知：根據(jù)給定條件，可得輸出直流電流為：由公式可得

此時(shí)脈動系數(shù)為：2、如改用單相半波整流電路，則

利用橋式整流電路實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電源

三相整流電路及其波形

11.2.4、倍壓整流電路1．二倍壓整流電路2．多倍壓整流電路11.3

濾波電路

11.3.1電容濾波11.3.2其他濾波電路io

+

uo=ucRLV1V4V3V2+u11.3.1電容濾波電路1.電路和工作原理Cio

+

uo=ucRLV1V4V3V2+uV導(dǎo)通時(shí)給C充電，V截止時(shí)C向RL

放電；濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。電容充電電容放電C2.波形及主要參數(shù)當(dāng)RL=時(shí)：OtuO2當(dāng)RL

為有限值時(shí)：通常取RC越大UO

越大RL=為獲得良好濾波效果，一般?。?T

為輸入交流電壓的周期)UO=1.2U2（1）輸出電壓平均值

（2）整流二極管的導(dǎo)通角加濾波電容后，只有當(dāng)電容充電時(shí)，二極管才導(dǎo)通，因此，每只二極管的導(dǎo)通角都小于180o。而且，RC的值愈大，濾波效果愈好，導(dǎo)通角將愈小。二極管的導(dǎo)通角θ<π，流過二極管的瞬時(shí)電流大，故常串入一個(gè)限流電阻(1/25)RL。（3）脈動系數(shù)

（4）電容濾波電路的輸出特性和濾波特性(a)輸出特性

（b）濾波特性

【例11-5】

一個(gè)全波整流、電容濾波電路中U2=10V，C=1000uF，當(dāng)RL=20歐時(shí)，試求UO(AV)和S的值，設(shè)整流管的壓降和整流內(nèi)阻可忽略。解：【例11-6】

在圖11-10（a）所示電路中，要求輸出電壓平均值負(fù)載電流平均值。試問：

(1)濾波電容的大?。?/p>

(2)考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為±10﹪，濾波電容的耐壓值。解：(1)根據(jù)可知，C的取值滿足的條件。電容的容量為(2)變壓器副邊電壓有效值為電容的耐壓值為實(shí)際可選取容量為300uF、耐壓為25V的電容作本電路的濾波電容。

[例11-7]

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=40，要求直流輸出電壓

UO=20V，選擇整流二極管及濾波電容。[解]1.選二極管電流平均值：承受最高反壓：選二極管應(yīng)滿足：IF(23)

ID可選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或

1A、100V

整流橋2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。11.3.2其他濾波器電路1.電感濾波電路2.型濾波電路3.RC有源濾波電路

4.LC濾波器5.LC-П型濾波電路11.4

穩(wěn)壓電路11.4.1穩(wěn)壓電路的性能參數(shù)11.4.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路11.4.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路11.4.1穩(wěn)壓電路的性能參數(shù)1.穩(wěn)壓系數(shù)2.輸出電阻3.電壓調(diào)整率

4.電流調(diào)整率

5.溫度系數(shù)

6.紋波電壓及紋波抑制比

11.4.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成及原理2.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)(2)內(nèi)阻（）3．電路參數(shù)的選擇（1）穩(wěn)壓電路輸入電壓的選擇UI=(2~3)UO（2）穩(wěn)壓管的選擇（3）限流電阻及其選擇

取中間值11.4.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本構(gòu)成2.工作原理穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)：

UCE

的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定3.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍當(dāng)電位器R2的滑動端在最上端時(shí)當(dāng)電位器R2的滑動端在最下端時(shí)4.調(diào)整管的選擇(1)集電極最大允許電流ICM

(2)集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓U(BR)CEO

(3)集電極最大允許耗散功率PCM5.保護(hù)電路（1）過流保護(hù)電路（a）電路圖

（b）外特性

限流型保護(hù)電路

11.5

三端穩(wěn)壓電路11.5.2可調(diào)式三端穩(wěn)壓器11.5.1固定式三端穩(wěn)壓器CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型號命名輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓11.5.1固定式三端穩(wěn)壓器例如：CW7805

輸出

5V，最大電流

1.5ACW78M05

輸出

5V，最大電流

0.5ACW78L05

輸出

5V，最大電流

0.1A封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝二、CW7805的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動電路+UO（1）基本應(yīng)用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止輸入端短路時(shí)C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長接線的電感效應(yīng)，防止自激改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲（2）輸出正、負(fù)電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F（3）提高輸出電壓電路W78132

CiC2+UO+UI

+UR1R2IQI1I2靜態(tài)電流58mA要求輸出電壓UO>U

（4）輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路W78

C1C2+UI

+U+UOR1R2R3R48(虛短)可產(chǎn)生小于U

的輸出電壓UO（5）恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F10一、典型產(chǎn)品型號命名CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負(fù)電源)工作溫度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C11.5.2可調(diào)式三端穩(wěn)壓器基準(zhǔn)電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA二、CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤差放大啟動電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A基本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1

防止輸入端短路時(shí)C4

反向放電損壞穩(wěn)壓器V2

防止輸出端短路時(shí)C2

通過調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF=1.25V使UREF

很穩(wěn)定120IREF

50A2.2kR1=

UREF/

IQ=125靜態(tài)電流IQ(約10mA)從輸出端流出，

RL

開路時(shí)流過R1R2=

02.2k

時(shí)，UO=

1.2524V11.6

開關(guān)穩(wěn)壓電路

引言11.6.1串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路11.6.2并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路引言線性穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：調(diào)整管管耗大電源效率低(40%60%)改進(jìn)思路：使調(diào)整管截止(電流小)

飽和(管壓降小)開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：效率高(80%90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：電路復(fù)雜對電網(wǎng)要求不高對電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波調(diào)整管取樣電路開關(guān)調(diào)整管控制組成框圖濾波+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流11.6.1串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式(PWM)+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI—占空比+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比UOD=50%當(dāng)uF

=UREF