電工電子技術(shù)課件 第九章 直流電源VIP

第九章直流穩(wěn)壓電源本章知識(shí)點(diǎn)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。9.1整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換為直流電。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路等。目前廣泛使用的是橋式整流電路。為了簡(jiǎn)單起見，分析計(jì)算整流電路時(shí)把二極管當(dāng)作理想元件來處理，即認(rèn)為二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。9.1整流電路9.1.1單相半波整流電路1．工作原理單相半波整流電路如圖9-2(a)所示。設(shè)整流變壓器副邊電壓為：當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，其極性為上負(fù)下正，即a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，二極管VD因承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電流流過，輸出電壓=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管VD上。9.1整流電路9.1.1單相半波整流電路2．參數(shù)計(jì)算（l）負(fù)載上的電壓平均值和電流平均值。單相半波整流電壓的平均值為：流過負(fù)載電阻RL的電流平均值為：(2)整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓。流經(jīng)二極管的電流平均值就是流經(jīng)負(fù)載電阻RL的電流平均值，即：二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓就是整流變壓器副邊交流電壓u2的最大值，即：9.1整流電路9.1.2單相橋式整流電路1．工作原理單相橋式整流電路是由4個(gè)整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，如圖9-3(a)所示。圖9-3(b）所示為單相橋式整流電路的一種簡(jiǎn)便畫法。9.1整流電路9.1.2單相橋式整流電路設(shè)整流變壓器副邊電壓為：當(dāng)為正半周時(shí)，其極性為上正下負(fù)，即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1，D3因承受正向電壓而導(dǎo)通，D2，D4因承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：，如圖9-4（a）所示。當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，其極性為上負(fù)下正，即a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，二極管D2，D4因承受正向電壓而導(dǎo)通，D1，D3因承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：，如圖9-4（b）所示。圖9-4單相橋式整流電路的電流通路9.1整流電路9.1.2單相橋式整流電路2．參數(shù)計(jì)算(1)負(fù)載上的電壓平均值和電流平均值。單相全波整流電壓的平均值為：流過負(fù)載電阻的電流平均值為：(2)整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓。因?yàn)闃蚴秸麟娐分忻績(jī)蓚€(gè)二極管串聯(lián)導(dǎo)通半個(gè)周期，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半，即：每個(gè)二極管在截止時(shí)承受的最高反向電壓為的最大值，即：9.1整流電路9.1.2單相橋式整流電路2．參數(shù)計(jì)算(3)整流變壓器副邊電壓有效值和電流有效值。整流變壓器副邊電壓有效值為：整流變壓器副邊電流有效值為：9.2濾波電路

整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可以直接使用脈動(dòng)直流電源。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲(chǔ)功能來實(shí)現(xiàn)的。9.2.1電容濾波電路最簡(jiǎn)單的電容濾波電路是在整流電路的直流輸出側(cè)負(fù)載電阻兩端并聯(lián)一電容器，利用電容器的端電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能突變的原理，使輸出電壓趨于平滑。1.工作原理圖9-7(a)所示為單相半波整流電容濾波電路，其工作原理如下：設(shè)整流變壓器副邊電壓為：9.2濾波電路假設(shè)電路接通時(shí)恰恰在由負(fù)到正過零的時(shí)刻，這時(shí)二極管V開始導(dǎo)通，電源在向負(fù)載供電的同時(shí)又對(duì)電容C充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓緊隨輸入電壓按正弦規(guī)律上升至的最大值。隨后和都開始下降，按正弦規(guī)律下降當(dāng)<時(shí)，二極管V因承受反向電壓而截止，而電容則對(duì)負(fù)載電阻按指數(shù)規(guī)律放電，負(fù)載中仍有電流。在的下一個(gè)正半周內(nèi)，當(dāng)降至大于時(shí)，二極管又導(dǎo)通，電容C再次充電。這樣循環(huán)下去，周期性地變化，電容周而復(fù)始地充電和放電。電容兩端的電壓即為輸出電壓其波形如圖9-7(ｂ)所示，可見輸出電壓的脈動(dòng)大為減小，并且電壓較高。9.2.1電容濾波電路9.2濾波電路

橋式整流電容濾波電路與半波整流電容濾波電路的工作原理一樣，不同之處在于，在的一個(gè)周期里，電路中總有二極管導(dǎo)通，電容經(jīng)歷兩次充、放電過程，因此輸出電壓更加平滑。其原理電路和工作波形分別如圖9-8（a)、(b）所示。9.2濾波電路9.2.1電容濾波電路2．參數(shù)計(jì)算一般常用如下經(jīng)驗(yàn)公式估算電容濾波時(shí)的輸出電壓平均值，即：半波：全波：采用電容濾波時(shí)，輸出電壓的脈動(dòng)程度與電容器的放電時(shí)間常數(shù)有關(guān)，時(shí)間常數(shù)大，脈動(dòng)就小。為了獲得較平滑的輸出電壓，選擇電容時(shí)一般要求：（半波）（橋式）9.2濾波電路式中，為交流電壓的周期。濾波電容一般選擇體積小、容量大的電解電容器。加入濾波電容以后，二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，導(dǎo)通角小于，且在短時(shí)間內(nèi)承受較大的沖擊電流，容易使二極管損壞。單相半波整流電容濾波電路中，二極管承受的反向電壓為。當(dāng)負(fù)載開路時(shí)，二極管承受的反向電壓最高為：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娙轂V波電路中，二極管承受的反向電壓與沒有電容濾波時(shí)一樣，為：9.2濾波電路9.2.2電感濾波電路

與電容濾波相比，電感濾波的特點(diǎn)是：（1）二極管的導(dǎo)電角較大（大于，是因?yàn)殡姼蠰的反電動(dòng)勢(shì)使二極管導(dǎo)電角增大），峰值電流很小，輸出特性較平坦。（2）輸出電壓沒有電容濾波的高。當(dāng)忽略電感線圈的電阻時(shí)，輸出的直流電壓與不加電感時(shí)一樣，為。負(fù)載改變時(shí)，對(duì)輸出電壓的影響也較小。因此，電感濾波適用于負(fù)載電壓較低、電流較大以及負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。9.3直流穩(wěn)壓電路

直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路兩大類。線性穩(wěn)壓電路制作起來簡(jiǎn)單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大。開關(guān)穩(wěn)壓電路體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。9.3.1并聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的工作原理如下：當(dāng)輸入電壓波動(dòng)時(shí)，會(huì)引起輸出電壓波動(dòng)。如升高將引起隨之升高，這會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電壓急劇增加，因此電阻R上的電流和電壓也跟著迅速增大，的增大抵消了的增加，從而使輸出電壓基本上保持不變。這一自動(dòng)調(diào)壓過程可表示如下：可見，這種穩(wěn)壓電路中穩(wěn)壓管起著自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用，電阻一方面保證穩(wěn)壓管的工作電流不超過最大穩(wěn)定電流；另一方面還起到電壓補(bǔ)償作用。9.3直流穩(wěn)壓電路

選擇穩(wěn)壓管時(shí)，一般?。菏街?，為負(fù)載電流的最大值。9.3直流穩(wěn)壓電路9.3.2串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路

硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路雖很簡(jiǎn)單，但受穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流的限制，負(fù)載電流不能太大。整個(gè)電路由4部分組成：（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成。它將輸出電壓分出一部分作為取樣電壓送到比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成。它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)T2發(fā)射結(jié)電壓可以忽略，則：或用電位器RP即可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，但必定大于或等于。9.3直流穩(wěn)壓電路9.3.2串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路

（3）比較放大環(huán)節(jié)。由T2和R4構(gòu)成的直流放大電路組成。其作用是將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓之差放大后去控制調(diào)整管T1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管T1組成。T1的基極電流受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流和集、射電壓改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。9.3直流穩(wěn)壓電路9.3.3線性集成穩(wěn)壓器

集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是三端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。三端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個(gè)接線端子。

(a)（b)圖9-13W78XX和W79XX系列穩(wěn)壓器的外形和管腳排列圖(a)W78XX系列；（b)W79XX系列9.3直流穩(wěn)壓電路9.3.3線性集成穩(wěn)壓器

下面介紹幾種三端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路：三端穩(wěn)壓器可以用最簡(jiǎn)單的形式接入電路中使用。如圖9-14(a)所示為W78XX系列的基本應(yīng)用電路，從變壓器輸出的交流電壓經(jīng)整流濾波后產(chǎn)