教学课件PPT直流稳压电源.ppt

第18章 直流稳压电源,18.2 滤波器,18.3 直流稳压电源,18.1 整流电路,本章要求 理解单相、桥式整流电路和滤波电路的工作 原理及参数的计算; 2. 理解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。,小功率直流稳压电源的组成,功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压,18.1 整流电路,整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。,常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。,分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,整流原理： 利用二极管的单向导电性,18.1.1 单相半波整流电路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb， 二极管D导通；,3. 工作波形,u 负半周，Va Vb， 二极管D 截止 。,1. 电路结构,单相半波整流电路输出电压波形,单相半波整流电路输出电压平均值,返回,4. 参数计算,(1) 整流电压平均值 Uo,(2) 整流电流平均值 Io,(3) 流过每管电流平均值 ID,(4) 二极管承受的最高反向电压 UDRM,(5) 变压器副边电流有效值 I,5. 整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足： IOM ID ， URWM UDRM,18.1.2 单相桥式整流电路,一、单相桥式全波整流电路组成,返回,二、单相桥式全波整流电路工作原理,当 u20 时，二极管 D1、D3 导通。,返回,二、单相桥式全波整流电路工作原理,当 u20 时，二极管 D2、D4 导通。,返回,三、单相桥式全波整流电路的波形,返回,单相桥式全波整流电路输出电压波形,1.单相桥式整流电路输出电压平均值,2.单相桥式全波整流电路输出电流平均值,返回,四、单相桥式整流电路的参数计算,4.单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高反向电压,3.单相桥式全波整流电路中二极管的平均电流,返回,5.单相桥式整流电路变压器二次侧电流的有效值,18.1.3 单相全波整流电路的工作原理,电路组成,工作原理,当u20, D1导通，D2截止；,输出uo为全波整流波形。,当u20, D2导通，D1截止。,返回,单相全波整流电路输出电压波形,单相全波整流电路输出电压平均值,单相全波整流电路输出电流平均值,返回,单相全波整流电路二极管上承受的最高反向电压,单相全波整流电路中二极管的平均电流,返回,思考：,单相桥式全波整流 与 单相全波整流异同,变压器,二极管反向电压,输出电压波形,整流元件数量,二极管平均电流,输出电压平均值,无中心抽头,4,全波,有中心抽头,2,全波,？,实际中单相桥式整流应用较多。,返回,单相桥式整流电路中的整流电桥可由四个整流二极管组成，也可直接用集成的整流桥块代替。,整流桥块,二极管桥,选择整流元件的主要指标：,1. 平均整流电流,2. 反向耐压,返回,整流桥实物照片,返回,返回,例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 380 V，负载电阻 RL = 80，负载电压Uo=110V， 试求变压器的变比和容量，并选择二极管。,I = 1.11 Io = 1. 55A,变压器副边电流有效值,变压器容量 S = U I = 134 1.55 = 208 V A,变压器副边电压 U 134 V,可选用二极管2CZ55E，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。,解：,例2：,试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,解：当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， uo =0。,如果D2或D4接反 则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。,如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。,18.2 滤波器,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。 滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。,18.2.1 电容滤波器 1. 电路结构,2. 工作原理,u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。,u uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降， uo= uC 。,= uC,3. 工作波形,二极管承受的最高反向电压为 。,4. 电容滤波电路的特点,(T 电源电压的周期),(1) 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。,RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。,近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）,当负载RL 开路时，UO ,为了得到比较平直的输出电压,(2) 外特性曲线,有电容滤波,1.4U,结论,采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。,(3) 流过二极管的瞬时电流很大,选管时一般取： IOM =2 ID,RLC 越大O 越高，IO 越大整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。,例：,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,流过二极管的电流,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,解：1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM =100mA URWM =50V,例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 200,解：2. 选择滤波电容器,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,18.2.2 电感电容滤波器,1. 电路结构,2. 滤波原理,对直流分量: XL=0 ，L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。,当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。,LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。,18.2.3 形滤波器, 形 LC 滤波器,滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。,比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。, 形 RC 滤波器,R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。,18.3 直流稳压电源,稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。,18.3.1 稳压管稳压电路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,RL(IO) IR ,设UI一定，负载RL变化, UO (UZ ) , IZ,1. 电路,限流调压,稳压电路,18.3.1 稳压管稳压电路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,UI UZ ,设负载RL一定， UI 变化, IZ , IR ,1. 电路,3. 参数的选择,(1) UZ = UO (2) IZM= (1.5 5) IOM (3) UI = (2 3) UO,(4),为保证稳压 管安全工作,为保证稳压 管正常工作,适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。,18.3.2 恒压源,由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。,反相输入恒压源,同相输入恒压源,改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。,18.3.3 串联型稳压电路,1. 电路结构,串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,调整元件,比较放大,基准电压,取样电路,当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程：,2. 稳压过程,由电路图可知,UO,Uf ,UB ,UO,IC ,UCE ,由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。,3. 输出电压及调节范围,输出电压,18.3.4 集成稳压电源,单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。,1. 分类,XX两位数字为输出电压值,（1. 25 37 V 连续可调）,2. 外形及引脚功能,W7800系列稳压器外形,W7900系列稳压器外形,塑料封装,3. 性能特点（7800、7900系列）,输出电流超过 1. 5 A（加散热器） 不需要外接元件 内部有过热保护 内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为 4%,输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。,4. 主要参数,(1) 电压调整率SU(稳压系数) 反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波 动对稳压电路的影响。,(2) 电流调整率SI 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。,0.0050.02%,0.11.0%,(3) 输出电压 UO,(6) 最大输入电压 UiM,(7) 最大功耗 PM,(4) 最大输出电流 IOM,(5) 最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min,输出为固定正电压时的接法如图所示。,(1) 输出为固定电压的电路,输入与输出之间的电压不得低于3V！,5. 三端固定输出集成稳压器的应用,0.11F,1F,为了瞬时增减负载电流 时，不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。,用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。,(2)同时输出正、负电压的电路,UXX: 为W78XX固定输出电压 UO= UXX + UZ,（3）提高输出电压的电路,IO= I2 + IC,（4）提高输出电流的电路,当 IO较小时，UR较小，T截止 ，IC=0。,当 IO IOM时，UR较大，T导通 ，IO=IOM + IC,R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定, 即R UBE /IOM 。,