課題十二 直流穩(wěn)壓電源課件

課題12直流穩(wěn)壓電源對應(yīng)教材章節(jié)：第18章直流穩(wěn)壓電源第18章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓18.1

整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相整流和三相整流等。分析時可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦?.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值I5.整流二極管的選擇

平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時應(yīng)滿足：

IOM

ID

，URWMUDRM

18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管

D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－u4.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值I(1)輸出直流電壓高；

(2)脈動較??；

(3)二極管承受的最大反向電壓較低；

(4)電源變壓器得到充分利用。

目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來非常方便。橋式整流電路的優(yōu)點：~~+–

單相橋式整流電路中的整流電橋可由四個整流二極管組成，也可直接用集成的整流橋塊代替。整流橋塊二極管橋選擇整流元件的主要指標(biāo)：1.平均整流電流

2.反向耐壓

解：變壓器副邊電壓有效值

例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。流過每只二極管電流平均值每只二極管承受的最高反向電壓整流電流的平均值

考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出5%~10%，即取

U=1.1111122V例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V

可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例2：

試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo18.1.3單相全波整流電路的工作原理電路組成工作原理當(dāng)u2>0,D1導(dǎo)通，D2截止；輸出uo為全波整流波形。當(dāng)u2<0,D2導(dǎo)通，D1截止。單相全波整流電路輸出電壓波形單相全波整流電路輸出電壓平均值單相全波整流電路輸出電流平均值單相全波整流電路二極管上承受的最高反向電壓：單相全波整流電路中二極管的平均電流和輸出電流：18.1.4三相橋式整流電路*2.工作原理在每一瞬間共陰極組中陽極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陽極組中陰極電位最低的二極管導(dǎo)通。1.電路D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––o

三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形共陽極組共陰極組

在t1~

t2

期間共陰極組中a點電位最高，D1導(dǎo)通；共陽極組中b點電位最低，D4導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uab。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9

在t2~

t3

期間共陰極組中a點電位最高，D1導(dǎo)通；共陽極組中c點電位最低，D6導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo

在t4~

t5

期間共陰極組中b點電位最高，D3導(dǎo)通；共陽極組中a點電位最低，D2導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uba。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2.工作原理結(jié)論：

在一個周期中，每個二極管只有三分之一的時間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––

o變壓器副邊電壓負(fù)載電壓負(fù)載兩端的電壓為線電壓。uouaubuC23.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM18.2

濾波器

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。

18.2.1電容濾波器

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U

（半波）當(dāng)負(fù)載RL開路時，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波1.4U

無電容濾波0.45UUooIO

結(jié)論

采用電容濾波時，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時電流很大選管時一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導(dǎo)通時間越短iD

的峰值電流越大。uotOiDtO例：

有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CP11IOM=100mAUDRM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=200uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器uo+_~u2+_RLD2D4

D1D3u1+C例：在下列情況下求Uo（1）電路正常工作（2）RL斷開（3）C斷開（4）D4斷開（5）D4、C同時斷開18.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理

對直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f

越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。

當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。18.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。18.3

直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)在小功率設(shè)備中常用的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路等。其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時有限，這里不做介紹。18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、電路結(jié)構(gòu)二、工作原理

在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)，電流變化較大時，穩(wěn)壓管兩端電壓變化較小。1.電網(wǎng)電壓波動2.負(fù)載波動通過調(diào)節(jié)R上的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓Uo的目的。四.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)IC(3)UI

=(2~3)UO

適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動不大的場合。三、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路特點優(yōu)點：電路簡單，元件少。缺點：穩(wěn)壓效果不太好，輸出電壓不可調(diào)。18.3.2恒壓源

由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運算放大器可組成恒壓源。UORFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R118.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路

當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程

由電路圖可知UOUfUBUOICUCE

由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UOUITR2UZRL+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1

缺點：外接元件多，使用復(fù)雜。18.3.4

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.

分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝3.

性能特點（7800、7900系列）輸出電流超過1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。4.主要參數(shù)*(1)電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù))

反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時，電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓電路的影響。(2)電流調(diào)整率SI

反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時，輸出電流變化時輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)輸出電壓UO

(6)最大輸入電壓UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大輸出電流IOM

(5)最小輸入、輸出電壓差(Ui-UO

)min

輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。(1)

輸出為固定電壓的電路(典型應(yīng)用)輸入與輸出之間的電壓不得低于3V！5.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時增減負(fù)載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。用來抵消輸入端接線較長時的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。即用以改善波形。(2)同時輸出正、負(fù)電壓的電路23220V

24V+C

24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000FUXX:

為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ（3）提高輸出電壓的電路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXU