第4章_直流穩(wěn)壓電源.ppt

1、第4章 直流穩(wěn)壓電源,先導案例 4.1 整流電路 4.2 濾波電路 4.3 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 4.4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 4.5 集成穩(wěn)壓電源 先導案例解決,先導案例,在工農業(yè)生產和科學實驗中，主要采用交流電，但是在某些場合，例如電解、電鍍、蓄電池的充電、直流電動機等，都需要用直流電源供電。此外，幾乎所有的電子電路都需要穩(wěn)定的直流電源，在檢定檢修指示儀表時，除了要有合適的標準儀器外，還必須要有合適的直流電源及調節(jié)裝置。為了得到直流電，除了采用直流發(fā)電機、干電池等直流電源外.目前廣泛采用各種半導體直流電源。 圖4-1所示是半導體直流穩(wěn)壓電源的原理框圖，它表示把交流電變換為直流電的過程。,返回,4.1

2、 整流電路,4.1.1 單相半波整流電路 1.工作原理 單相半波整流電路如圖4-2(a)所示 設整流變壓器副邊電壓為 當u2為正半周時，其極性為上正下負。二極管D導通，輸出電壓的波形與變壓器副邊電壓相同 當u2為負半周時，其極性為上負下正。D截止 在負載電阻得到的是如圖4-2 (b)所示的單向脈動電壓。,下一頁,返回,4.1 整流電路,(1)負載上電壓平均值和電流平均值。 單相半波整流電壓的平均值為 流過負載電阻的電流平均值為,下一頁,上一頁,返回,4.1 整流電路,(2)整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓。流經二極管的電流平均值就是流經負載電阻R的電流平均值，即 二極管截止時承受的最

3、高反向電壓,下一頁,返回,上一頁,4.1 整流電路,例4.1 有一個單相半波整流電路，如圖4-2(a)所示。已知負載電阻RL= 750 變壓器副邊電壓U2=20 V，試求Uo，Io,并選用二極管。 單相半波整流的特點是:電路簡單，使用的器件少，但是輸出電壓脈動大。由于只利用了電源電壓的半個周期，理論計算表明其整流效率僅40%左右，因此只能用于小功率以及對輸出電壓波形和整流效率要求不高的設備。,下一頁,返回,上一頁,4.1 整流電路,4.1.2單相橋式整流電路 為了克服單相半波整流的缺點，常采用全波整流電路，其中最常用的是單相橋式整流電路。 1.工作原理 單相橋式整流電路是由四個整流二極管接成電

4、橋的形式構成的，如圖4-3 (a)所示。圖4-3(b)所示為單相橋式整流電路的一種簡便接法。,下一頁,返回,上一頁,4.1 整流電路,單相橋式整流電路的工作情況如下 設整流變壓器副邊電壓為 當u2為正半周時，其極性為上正下負，D1,D3導通，此時電流的路徑如圖4-4(a)所示 當u2為負半周時，其極性為上負下正，D2,D4導通，此時電流的路徑如圖4-4(b)所示 可見無論電壓u2是在正半周還是在負半周，負載電阻尺上都有相同方向的電流流過。因此在負載電阻得到的是單向脈動電壓和電流，忽略二極管導通時的正向壓降，則單相橋式整流電路的波形如圖4-5所示。,下一頁,返回,上一頁,4.1 整流電路,2.參

5、數(shù)計算 (1)負載上電壓平均值和電流平均值 單相全波整流電壓的平均值為 流過負載電阻的電流平均值為,下一頁,返回,上一頁,4.1 整流電路,(2)整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓。因為橋式整流電路中，每兩個二極管串聯(lián)導通半個周期，所以流經每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即 每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為u2的最大值，即,下一頁,返回,上一頁,4.1 整流電路,(3)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 由以上計算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。 單相整流橋模塊的實物接線圖如圖4-6所示。 常見的幾種整流電路如表4-1所示。,下一頁,返回,上一頁,4

6、.1 整流電路,例4.2 試設計一臺輸出電壓為24V,輸出電流為1A的直流電源，電路形式可以采用半波整流或全波整流，試確定兩種電路形式的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應的整流二極管。 例4.3 有一直流負載，要求電壓為Uo=36 V，電流為Io=10 A，采用圖4-3所示的單相橋式整流電路。 (1)試選用所需的整流元件; (2)若D2因故損壞開路，求Uo和Io,并畫I出其波形; (3)若D2短路，會出現(xiàn)什么情況。,返回,上一頁,4.2 濾波電路,整流電路可以將交流電轉換為直流電，但脈動較大，電源中的整流電路后面還需要加濾波電路將交流成分濾除。 濾波電路利用電容或電感在電路中的儲能作用，當

7、電源電壓(或電流)增加時，電容(或電感)把能量儲存在電場(或磁場)中;當電源電壓(或電流)減小時，又將儲存的能量逐漸釋放出來，從而減小了輸出電壓(或電流)中的脈動成分。得到比較平滑的直流電壓。實用濾波電路的形式很多，如電容濾波、電感濾波、復式濾波電路等，如圖4-10所示。,下一頁,返回,4.2 濾波電路,4.2.1 電容濾波電路 圖4-11所示，為單相橋式整流電容濾波電路。此時整流二極管工作在非線性區(qū)域 經過周期性電容充放電過程，在輸出端得到一個近似為鋸齒波的直流電壓，如圖4-12中實線所示。 由濾波過程分析可知，采用電容濾波后: (1)負載直流平均電壓升高，脈動程度大大降低。 (2)負載電壓

8、平均值有所提高 (3)二極管導通時間減小 (4)外特性變差 由此可見，電容濾波適用于負載電流較小，而且負載變動不大的場合。,下一頁,返回,上一頁,4.2 濾波電路,例4.4 設計一單相橋式整流、電容濾波電路，要求輸出電壓Uo= 48 V，已知負載電阻RL= 100 ，交流電源頻率為f=50 Hz，試選擇整流二極管和濾波電容器。,下一頁,返回,上一頁,4.2 濾波電路,4.2.2 電感濾波電路 電感濾波中路如圖4-14所示,電感濾波電路輸出電壓較低，但輸出電壓波動小，隨負載變化也很小，因而適用于負載電流較大的場合。由于電感量大時體積也大，在小型電子設備中很少采用電感濾波方式。,下一頁,返回,上一

9、頁,4.3 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,所謂穩(wěn)壓電路，就是當電網(wǎng)電壓波動或負載發(fā)生變化時，能使輸出電壓穩(wěn)定的電路。最簡單的直流穩(wěn)壓電源是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。 圖4-19是利用硅穩(wěn)壓管組成的簡單穩(wěn)壓電路。 1.穩(wěn)壓電路的工作原理 若負載RL不變，當交流電源電壓增加， 其穩(wěn)壓過程可以表示為： 電源電壓 u2 Ui UL IzI=Iz+IoUR UO 穩(wěn)定,下一頁,返回,上一頁,4.3 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,若電源電壓不變，此時若負載減小,其穩(wěn)壓過程為： 負載 Io I=Iz+Io UR UO Iz I=Iz+IoUR UO穩(wěn)定 2.穩(wěn)壓元件的選擇 在穩(wěn)壓調整討程中.限流電阻R是實現(xiàn)穩(wěn)壓的關鍵,R必須滿足兩個條件：

10、 （1）當輸入直流電壓最小而負載電流最大時，流過穩(wěn)壓管的電流最小，這個電流 應大于穩(wěn)壓管的最小工作電流 （2）當輸入直流電壓最高而負載電流最小時，流過穩(wěn)壓管的電流最大，這個電流應不超過穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流,下一頁,返回,上一頁,4.3 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,所以限流電阻可在下列范圍內選擇 例 4.5 設計一直流穩(wěn)壓電源，要求輸入的交流電源的電壓為220V，直流電壓輸出為6V,負載電阻為RL=300歐，采用橋式整流、電容濾波、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，選擇各元件參數(shù)。 解：直流穩(wěn)壓電源電路如圖4-19所示。,返回,上一頁,4.4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,若要獲得穩(wěn)定性高且連續(xù)可調的輸出直流電壓，采用由三極管或集成運算放

11、大器所組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的基本原理如圖4-20所示。 整個電路由四部分組成： （1）取樣環(huán)節(jié) （2）基準電壓 （3）比較放大環(huán)節(jié) （4）調整環(huán)節(jié),下一頁,返回,4.4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,該電路的自動調壓過程可表示如下：若Uo上升 Uo Uf IB2 IC2 UC2 IB1 UCE1 Uo 比較放大環(huán)節(jié)也可采用集成運算放大器，如圖4-21所示,返回,上一頁,4.5 集成穩(wěn)壓電源,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。 圖4-22給出其外形圖。 圖4-23為其電路圖形符號。,下一

12、頁,返回,4.5 集成穩(wěn)壓電源,4.5.1 三端集成穩(wěn)壓器的結構和參數(shù) 三端集成穩(wěn)壓器的內部原理框圖如圖4-24所示。它采用了串聯(lián)式穩(wěn)壓電源的電路，并增加了啟動電路和保護電路，使用時更加可靠。 集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)有： （1）最大輸入電壓Uimax （2）最大輸出電壓Uo （3）最大輸出電流Iomax 表4-2列出了CM7800系列三端集成穩(wěn)壓器的部分主要參數(shù),下一頁,返回,上一頁,4.5 集成穩(wěn)壓電源,4.5.2 三端集成穩(wěn)壓器的應用 1. 基本穩(wěn)壓電路 電路圖如圖4-25所示 電路中輸入電容和輸出電容是用來減小輸入/輸出電壓的脈動和改善負載的瞬態(tài)響應，防止自激振蕩。 2. 可同時輸出正負電

13、壓的電路 如圖4-26連接電路，若選用輸出電壓大小相同、極性相反的三端集成穩(wěn)壓器，則可同時輸出正負對稱的電源。,下一頁,返回,上一頁,4.5 集成穩(wěn)壓電源,3. 擴大輸出電流的電路 當負載所需電流大于穩(wěn)壓器的最大輸出電流時，可外接功率管采用擴展輸出電流，如圖4-27所示，外接PNP型功率管來擴展輸出電流。由圖可得： 負載電流為 可見輸出電流被擴大了。,下一頁,返回,上一頁,4.5 集成穩(wěn)壓電源,4.5.3 三端可調集成穩(wěn)壓器 三端可調集成穩(wěn)壓器的典型應用電路如圖4-28所示。 調節(jié)RP（即改變了R2值）就可實現(xiàn)輸出電壓的調節(jié)。 RP應按最大輸出電壓值來選擇 電阻R的作用是使功率管在輸出電流較大

14、時才能導通,返回,上一頁,先導案例解決,如圖4-29所示的電路可將90VAC-264VAC輸入范圍的50/60Hz交流電壓變換為直流+5V輸出，精度優(yōu)于3%,輸出功率4W，最大輸出電流可達0.8A。典型變換效率為70%。,返回,圖4-1 半導體直流穩(wěn)壓電源的原理框圖,返回,圖4-2 單相半波整流電路及其輸出電壓波形圖,返回,圖4-2 單相半波整流電路及其輸出電壓波形圖,返回,圖4-3 單相橋式整流電路圖,返回,圖4-4 單向橋式整流電路圖,返回,圖4-5 單向橋式整流電路的波形圖,返回,圖4-6 單相整流橋模塊實物接線圖,返回,表4-1 各種整流電路性能比較表,返回,圖4-3 單相橋式整流電路圖,返回,圖4-10 濾波電路圖,返回,圖4-11 單相橋式整流電容濾波電路圖,返回,圖4-12 橋式整流電容濾波電路工作波形圖,返回,圖4-14 單相橋式整流電感濾波電路圖,返回,圖4-19 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,