第三章直流穩(wěn)壓電源

第三章直流穩(wěn)壓電源第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計(jì)算;2.了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第三章直流穩(wěn)壓電源第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章直流穩(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)壓第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1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、橋式整流；單相和三相整流等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦缘?頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月uDO3.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通;uo=u3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止,uo=01.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLiou

tOuoO第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4.參數(shù)計(jì)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I2第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月5.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(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWM

UDRM

第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月整流電路中最常用的是單相橋式整流電路它由四個(gè)二極管D1

D4

接成電橋的形式構(gòu)成。RLioD4D3D2D1~+u

+uo

1、電路結(jié)構(gòu)3.1.2單相橋式整流電路第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月RLio

在u的正半周，Va>Vb,D1

和D3

導(dǎo)通，D2和D4截止(相當(dāng)于開路)。D4D3D2D1~+u

+uo

+–ab2.工作原理：

此時(shí)負(fù)載上的電壓uo是u的正半波，二極管D2，D4承受反向電壓第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月RLD4D3D2ioD1在u的負(fù)半周，Va<Vb,

D2和D4

導(dǎo)通，D1和D3

截止(相當(dāng)于開路)。~+u

+uo

+–ab此時(shí)uo的波形和u的正半波相同D1，D3承受反向電壓第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月uouDuD2uD4uu

正半周，Va>Vb，二極管D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3、工作波形第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3、工作波形uD1uD3u

負(fù)半周，Va<Vb，二管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。uouDuD2uD4u第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出電壓平均值：UO=0.9U輸出電流平均值:IO=UO/RL=0.9U

/RL

流過二極管的平均電流：ID=IO/2uuL4.主要參數(shù)：二極管承受的最大反向電壓：URM=2U++++41232+43DuuDDL1LDR-變壓器副邊電流有效值:

I2=1.11Io第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月集成硅整流橋：u2uL+

–

~+~-

+–第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時(shí)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(shí)，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(shí)，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

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

如果D2或D4接反二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2濾波電路

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))。第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.2.1電容濾波器（半波）

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

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

增加，uo=uC=

u。

u<uC時(shí)，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(負(fù)載開路)。uoutOtO負(fù)載開路第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電容濾波電路的特點(diǎn)(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(shí)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?。篣o

=U（半波）當(dāng)負(fù)載RL開路時(shí)，UO

第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。(3)流過二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般?。篒OM=2IDRLC

越大

ＵO

越高，IO(ID)

越大RLC

越大

二極管導(dǎo)通時(shí)間越短iDtuotOO(4)電容在一個(gè)周期內(nèi)電容的平均電流為零，故流過每管電流平均值iD

的峰值電流越大。第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電容充電電容放電1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理RLD1D4D3D2ioC~+uo=uc

+u

3.2.1電容濾波器（全波）第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作波形

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

增加，uo=uC

。

|u|<uC時(shí)，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

。經(jīng)C濾波后uO的波形utiDt二極管中的電流uo

=uc第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月近似估算:UO=1.2U3.電容濾波電路的特點(diǎn)：(1)UO與RLC的

關(guān)系：RLC愈大

C放電愈慢

UO(平均值)愈大RLC較大一般取：(T:電源電壓的周期)utiDtuc=uo第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。(3)流過二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般?。篒OM=2IDRLC

越大

ＵO

越高，IO(ID)

越大RLC

越大

二極管導(dǎo)通時(shí)間越短iDtuotOO(4)電容在一個(gè)周期內(nèi)電容的平均電流為零，故流過每管電流平均值iD

的峰值電流越大。第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)半波整流半波整流C濾波全波整流全波整流C濾波輸出電壓Uo0.45UU0.9U1.2U二極管承受最大反向電壓負(fù)載開路二極管的平均電流IDIOIO第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月例：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2CZ52BIOM=100mAUDRM=50V

第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月例：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=5

T/2已知RL=50

uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250

F，耐壓為50V的極性電容器第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，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。對諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在電感上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3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。第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3集成穩(wěn)壓電源3.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUI=UR+UZUIUZRL(IO)IR(UR=

IRR)設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變

IR

(UR=IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理UIUZUI

UZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變

UR=

IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.選擇穩(wěn)壓管時(shí)一般取(1)UZ=Uo，

(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI=(2~3)UoUO

=UZ

IR=IO+IZUI=UR+UZ第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.3.2集成穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型集成穩(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)電壓取樣電路第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月當(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(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UO

Uf

UB

UO

IC

UCE

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。UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1UO=UI-UCE第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3分類、符號及主要參數(shù)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)）第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月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塑料封裝第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月W7800Ui+_+_UO123W7900Ui+_+_UO3212)電路符號第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。1.輸出為固定電壓的電路3.3.3三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)，不致引起輸出電壓有較大的波動。用來抵消輸入端接線較長時(shí)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路23220V

24V