第7章 直流電源

第一節(jié)整流電路第二節(jié)濾波電路第三節(jié)穩(wěn)壓電路第四節(jié)開關(guān)穩(wěn)壓電路第五節(jié)可控硅整流電路第七章直流電源直流穩(wěn)壓電源的組成

電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。1.0直流穩(wěn)壓電源的組成和功能第一節(jié)整流電路

一、單相半波整流電路三、單相橋式整流電路二、整流電路的主要參數(shù)四、三相橋式整流電路五、倍壓整流電路常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等?；驹恚憾O管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o(wú)窮大。整流（rectifier）：是利用二極管的單向?qū)щ娦?，把交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電的過程。

1.1單相半波整流電路的工作原理u2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正向壓降：

uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u2<0時(shí)，二極管截止,輸出電流為0。uo=0uo(4)輸出電壓平均值（Uo）：(1)輸出電壓波形：u1u2aTbDRLuoiL(3)二極管上承受的最高電壓：(2)二極管上的平均電流：1.2單相半波整流電路的參數(shù)ID=I0=0.45U2/RL單相半波整流電路輸出電壓平均值1.3輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)Ｓ補(bǔ)充：頻域及傅里葉變換簡(jiǎn)述以時(shí)間作為參照來觀察動(dòng)態(tài)世界的方法我們稱其為時(shí)域分析。世間萬(wàn)物都在隨著時(shí)間不停的改變，并且永遠(yuǎn)不會(huì)靜止下來。用另一種方法來觀察世界的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)變化的世界也可以是不變的，就叫做頻域。一段音樂一段頻譜傅里葉告訴我們，任何周期函數(shù)，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的疊加。在第一個(gè)例子里我們可以理解為，利用對(duì)不同琴鍵不同力度，不同時(shí)間點(diǎn)的敲擊，可以組合出任何一首樂曲。貫穿時(shí)域與頻域的方法之一，就是傅里葉分析。傅里葉分析可分為傅里葉級(jí)數(shù)（FourierSerie）和傅里葉變換（FourierTransformation）例子：用正弦曲線波疊加出一個(gè)帶90度角的矩形波第一幅圖是一個(gè)正弦波cos（wt）第二幅圖是2個(gè)正弦波的疊加cos（wt）+a.cos（3wt）第三幅圖是4個(gè)正弦波的疊加第四幅圖是10個(gè)正弦波的疊加隨著正弦波數(shù)量逐漸的增長(zhǎng)，他們最終會(huì)疊加成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的矩形。上圖的正弦波累加成矩形波，我們換一個(gè)角度來看看：要多少個(gè)正弦波疊加起來才能形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90度角的矩形波呢？答案是無(wú)窮多個(gè)。一個(gè)矩形波，在頻域里的另一個(gè)模樣

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值Uo之比。輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)Ｓ用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)單相半波整流的輸出uo

分解后可得:輸出電壓脈動(dòng)系數(shù):基波峰值平均值基波峰值平均值單相半波整流電路優(yōu)點(diǎn)：使用元件少。缺點(diǎn)：輸出波形脈動(dòng)大；直流成分?。蛔儔浩骼寐实?。單相橋式整流電路的習(xí)慣畫法1.3單相橋式整流電路1.3.1單相橋式整流電路的工作原理橋式整流電路+-u2正半周時(shí)電流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo橋式整流電路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2負(fù)半周時(shí)電流通路工作過程分析：*當(dāng)u2

＞0(正半周)，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。

i1的通路是a

→D1→RL→D3

→b

;i1i2*當(dāng)u2

＜0(負(fù)半周)，D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。

i2

的通路是b

→D2

→RL

→D4

→a

;單相橋式整流電路波形圖

輸出是脈動(dòng)的直流電壓和電流！1.3.2單相橋式整流電路的主要參數(shù)1.整流輸出電壓平均值（Uo）全波整流時(shí)，負(fù)載電壓Uo的平均值為:負(fù)載上的(平均)電流:一、整流輸出電壓的平均值與脈動(dòng)系數(shù)整流輸出電壓的平均值Uo和輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S是衡量整流電路性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。2

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值Uo之比。2.脈動(dòng)系數(shù)Ｓ用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出uo

分解后可得:基波峰值平均值1.4三相整流電路及其波形工作原理t1t2t3t4t5t6t7uoo負(fù)載電壓uouaubuC2

在t1~t2

期間共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1

導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中b點(diǎn)電位最低，D4

導(dǎo)通。在t2~t3

期間共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1

導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，D6

導(dǎo)通。在t3~t4

期間共陰極組中b點(diǎn)電位最高，D3

導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，D6

導(dǎo)通。在t4~t5

期間共陰極組中b點(diǎn)電位最高，D3

導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中a點(diǎn)電位最低，D2

導(dǎo)通。1.5參數(shù)計(jì)算整流電壓平均值：

整流電流平均值：流過每管電流平均值：每管承受的最高反向電壓：脈動(dòng)率ε：三相整流后直流電壓的脈動(dòng)程度。2.工作原理1.6倍壓整流電路1.電路3.電路特點(diǎn)：適用于高電壓、小電流（大負(fù)載電阻）的負(fù)載。電流通路：a→C1→D1→b新“電源”（UC1+u2）給C2充電構(gòu)成了二倍壓整流電路。2、濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲(chǔ)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，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。2.1電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–當(dāng)U2到達(dá)90°時(shí)，U2開始下降。電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。

在剛過90°時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。整流電路內(nèi)阻上還存在一定的壓降電容濾波的計(jì)算一般常采用以下近似估算法：輸出直流電壓：脈動(dòng)系數(shù)：2.2電感濾波電路結(jié)構(gòu):

在橋式整流電路與負(fù)載間串聯(lián)入電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。電感濾波電路u2u1RLLuo一、濾波原理對(duì)直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量:f

越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。u2u1RLLuo(a)RCπ型濾波電路(b)LCπ型濾波電路二.π型濾波電路C2+RC1++uo-+ui-RL(a)C2+LC1++uo-+ui-RL(b)三、

穩(wěn)壓電路3.0穩(wěn)壓電路的指標(biāo)穩(wěn)壓電源技術(shù)指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)特性指標(biāo)輸入電壓、輸出電壓輸出電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻溫度系數(shù)、紋波電壓3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。引起輸出電壓變化的原因是：1、交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)，這將使整流電壓的直流分量隨之變化；2、負(fù)載電阻的變化導(dǎo)致電流變化，會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，使輸入電壓變化。分析：1）OA段:當(dāng)0＜U＜UZ

時(shí)，IZ很??；2）AB段:當(dāng)U≥UZ

時(shí)，IZ很大，雖△IZ變化范圍很大，但穩(wěn)壓管兩端的電壓△UZ變化很?。惑w現(xiàn)了穩(wěn)壓特性。結(jié)論：1）穩(wěn)壓管的U—I特性為非線性，且反向特性很陡；2）穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓管伏安特性穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成和工作原理穩(wěn)壓原理：利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。當(dāng)電路電源電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，引起IZ

變化，使R上的電壓發(fā)生變化來維持輸出電壓不變。(1)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)Ui

UO

IZ

I

UR

UO

(2)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)UO

IZ

I

UR

UO

2.工作原理3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(seriesvoltageregulator)1.電路

↑→UF↑→(UZ－UF)↓→UB↓→IC、IE↓3.3集成穩(wěn)壓電源隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。

三端集成穩(wěn)壓器是將調(diào)整管、比較放大電路、基準(zhǔn)電源、取樣電路及連接導(dǎo)線等制作在一片硅片上，它有三個(gè)端子：輸入端、輸出端和公共端。TO-92TO-3T0-220注：型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。輸出額定電流值有如下系列：100、500、1500mA。三端集成穩(wěn)壓器固定式可調(diào)式正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX3.3.1集成穩(wěn)壓電源的分類1：輸入端2：公共端3：輸出端1：