电子技术课件-直流稳压电源.ppt

电子技术 电 子 技 术 张振英 2015年 5月 鹰潭职业技术学院江铜校区 电子技术 第六章：直流稳压电源 1、整流电路 2、滤波电路 3、稳压电源 4、单相可控整流电路 一、本章主要内容 二、本章学习要点 1、直流稳压电源电路的基本组成及其工作原理 2、集成稳压器的特点、性能指标及其应用电路 3、单相半控及单相桥式可控整流电路的构成及工作原理 电子技术 滤波 整流 稳压 变压器 电 网 电 压 负 载 组成框图 将交流电网电压转换为直流电压 ， 为放大电路提供直流工作电源 。 O t u O t u O t u 220 V 单向 (直流 )脉动电压 降压：合适的交流电压 O t u O t u 滤除脉动 : 平滑直流 进一步消 除纹波 第六章：直流稳压电源 6.1 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 电子技术 电子技术 1、单相半波整流电路 tUu s i n2 22 t o 2 3 u2 22U t o 2 3 uL 22U t o 2 3 iF=iL + uL RL u2 iF 2L 45.0 UU 1） 整流输出电压平均 值 2） 二极管平均电流 3） 二极管最大反向电 压 20 L 0.45 D UII R - u2 + 2Rm 2UU 2 优点： 结构简单，使用元件少 缺点： 输出电压脉动小，电源利用率低 t o 2 3 uD 22U uD 电子技术 2、单相桥式整流电路 RL iL V4 V3 V2 V1 u2 u1 输入正半周 输入负半周 V3 RL V4 V2 V1 u1 u2 （ 1） 工作原理 22U t o 2 3 u2 t o 2 3 uL 22U t o 2 3 iF=iL t o 2 3 uD1 22U iL + uL + uL 电子技术 输出平均电压 Uo 2220o 9.0 22s i n21 UUttdUU 输出平均电流 LL R U R UI 2o o 9.0 二极管的选择 二极管上的平均电流： oD 2 1 II 二极管上的最高反向电压： 2D R M 2 UU 2、单相桥式整流电路 电子技术 简化画法 + uL RL iL + u2 习惯画法 2、单相桥式整流电路 桥式整流电路的优点： (1) 输出直流电压高； (2) 脉动较小；（半波 S=1.57，全波 S=0.67 (3) 二极管承受的最大反向电压较低； (4) 电源变压器得到充分利用。 电子技术 例： 在桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值V 2=30V，负载电阻 RL=100，求： （ 1）输出电压与输出电流平均值各是多少？ 解 : 输出电压平均值 V27309.09.0 2 VV o 输出电流平均值 A27.01 0 027 L o L R VI 6.1 整流电路 电子技术 二极管的最大整流平均电流 ID应满足 A1 4 9.0 2 1.1%10 22 LLLD IIII 二极管的最高反向电压 VRM应满足 V7.463021.121.1 2 VV RM （ 2）当电网电压波动范围为 10%，二极管的最大整 流平均电流 ID与最高反向工作电压 VRM至少应选取多少？ 解 : 6.1 整流电路 电子技术 u1 u2 Tr D4 D2 D1 D3 RL uo a b t o + - io 问题与讨论 单相桥式整流电路中 ， 若 D2发生开路 ， 短路 ， 或反接三种情况 ， 电路中将会 发生什么问题 ？ D2开路：相当于半波整流， Uo=0.45U2 D2短路： Uo=0，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子 D2反接： Uo=0，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子 电子技术 6.2 滤波电路 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 )。 6.2.1 电容滤波电路 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 IOM时， UR较大， T导通 ， IO=IOM + IC 三端集成稳压器的应用 电子技术 2、三端可调式集成稳压电路 （ 1）基本应用电路 正压输出 负压输出 输出电压： RRU L 12125.1 （ 2）提高输出电压的应用电路 电子技术 2、晶体管串联稳压电路 + - + + + + - - - - + - - + UL Uz UBE 2 UBE 1 UCE1 V2 R1 R 2 R3 R4 Rp R L V1 Vz C2（ B1） Ui 晶体管串联稳压电路 UB2 取样电路 1、电路组成： 基准电路 比较放大电路 调整电路 UB1 L P43 (P4 B2 URRR RRU ） 下 zB2B E 2 UUU 取样电路 基准电路 比较放大管 调整管 电子技术 ULUB2UBE2IB2UC2（ UB1） UCE1 （ RL） UL 2、稳压原理 概括为： ULUCE1 UL ULUCE1 UL 反之，概括为： 当电网电压升高或 RL增大时，输出电压有上升的趋势，其稳压过程如下： 2、晶体管串联稳压电路 电子技术 3、输出电压的调节 L P43 (P4 B2 URRR RRU ） 下当忽略 V2管的基极电流时 忽略 UBE2，上式整理得 U RR RRRU Z)(P4 P43L 下 改变抽头位置，即可调节输出电压 UL的大小 4、调整管的选用 （ 1） 管压降 UCE应适当，一般取 3 8V （ 2） 极限参数 应满足 ICM1.5ILM U（ BR） CEOUimax-ULmin PCM1.5ILmax U（ BR） CEO 其中， Uimin最小输入电压，考虑电网电压允许 10%的波动， Uimax=1.1Ui（ V） ILM最大负载电流（ A） ULmin最小输出电压（ v） 2、晶体管串联稳压电路 电子技术 【 例 】 在带放大环节的串联稳压电路中，已知基准电压 UZ=6V， R1=RP=R2=300，调整管的管压降 UCE不小于 2V， UBE忽略不计。求： （ 1）稳压电路输出电压 UL的调节范围。 解： （ 1）当 R P滑到最上端时，输出电压最小 )V(963 0 03 0 0 3 0 03 0 03 0 0Z )(P4 P43m i nL URR RRRU 下 当 RP滑到最下端时，输出电压最大 )V(18603 0 0 3 0 03 0 03 0 0Z )(P4 P43m a xL URR RRRU 下 所以， 输出电压的调节范围是： 9VUL18V （ 2） RP滑动触点位于中点时的 UL。 （ 3）为使调整管能正常工作，变压器二次侧电压有效值 U2至少应取多少？ （ 2） RP滑动触点位于中点时， )V(12300300 2 1 300300300 2 1 Z 4P 4P3 L U RR RRRU （ 3）因为三极管 UCE不小于 2V，要求稳压电路输入电压至少为 变压器二次侧电压的有效值为： )V(7.162.1202.1 i2 UU Ui=ULmax+UCE=20V1.2U2 电子技术 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种 大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 晶闸管 也像半导体二极管那样具有 单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简 单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流 达千安、正向耐压达数千伏）。 优点： 6.4 单相可控整流电路 一、晶闸管 图 1 0 - 1 ( c ) A K G K A 图 形 符 号 V G K G A ( b ) ( a ) K G A A K G ( d ) 晶闸管是用硅材料制成的半导体器件，它有三种结构形 式： 螺栓式、平板式和塑料封装式。平板式又分为风冷平板 式和水冷平板式。 电子技术 6.4.1 晶闸管 电子技术 6.4.1 晶闸管 P P N N A阳极 K阴极 G门极 A K G 晶闸管的结构 晶闸管的符号 1. 结构、符号 电子技术 P1 P2 N1 N2 K G A 晶闸管相当于 PNP和 NPN型两个晶体管的组合 + K A T2 T1 _ P2 N1 N2 IG IA P1 N 1 P 2 IK G P P N N N P A G K 6.4.1 晶闸管 2 . 晶闸管工作原理 T1 T2 A G2B ii 1BG22C iii 在极短时间内使两个 三极管均饱和导通，此 过程称触发导通。 211 CC ii 2BG21 ii 形成正反馈过程 K G EA 0、 EG 0 EG EA + _ R Gi 2Bi G21 i G2i 电子技术 电子技术 晶闸管导通条件 1. 晶闸管阳极电路 (阳极与阴极之间 )施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路 (控制极与阴极之间 )加正向电压或正向 脉冲 (正向触发电压 )。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈， 晶闸 管仍可维持导通状态。 晶闸管关断条件 1. 必须使可控硅阳极电流减小 ,直到 正反馈 效应不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的 阳极和阴极间加反相电压。 3. 晶闸管导通与关断条件 电子技术 4. 晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别 共九级 , 用字母 AI表示 0.41.2V 额定电压 ,用百位或千位数表示 取 UFRM或 URRM较小者 额定正向平均电流 (IF) （晶闸管类型） P-普通晶闸管 K-快速晶闸管 S -双向晶闸管 晶闸管 K P 普通型 如 KP5-7表示 额定正向平均电流为 5A,额定电压为 700V。 电子技术 6.4.2 单相可控整流电路 1.单相半波可控整流 电阻性负载 (1) 电路组成 u uo RL + + uT + T io u 0 时： 若 ug = 0， 晶闸管 不导通， 。uuu To ,0 控制极加触发信号，晶闸管 承受正向电压 导 通， 。0, To uuu u 0时 : 晶闸管不导通。,0,0 g1 ut 。uuu To ,0 :1t 加触发信号， 晶闸管承受正向电压 导通 u 0 时 : 可控硅承受反向电压不导通 。uu,u T 0o 即：晶闸管反向阻断 电子技术 t Ou O 接电阻负载时 单相半波可控整流电路电压、电流波形 控制角 t1 t u O t gu O t2 2 t Tu O 导通角 (3)电路 波形 电子技术 tuU d 2 1 O )d(s i n2 2 1 ttU 2 c o s 145.0 LL O O R U R UI 2 c os 145.0 U (4)整流输出电压及电流的平均值 由公式可知： 改变控制角 ，可改变输出电压 Uo。 电子技术 2. 单相半控桥式整流电路 电路组成 工作原理 T1和 D2承受正向 电压。 T1控制极加触 发电压 , 则 T1和 D2导 通， 电流的通路为 T 1、 T2 晶闸管 D1、 D2 晶体管 a RL D2 T1 b (1)电压 u 为正半周 时 io + + T1 T2 RL uo D1 D2 a u + b 此时， T2和 D1均承受反向电压而截止。 电子技术 io + + T1 T2 RL uo D1 D2 a u + b T2和 D1承受正向 电压。 T2控制极加触 发电压 , 则 T2和 D1导 通， 电流的通路为 (2)电压 u 为负半周 时 b RL D1 T2 a 此时， T1和 D2均承受反向电压而截止。 2. 单相半控桥式整流电路 电子技术 t Ou t u O t T1u O 电 路 波 形 2 t gu O 2. 单相半控桥式整流电路 电子技术 输出电压及电流的平均值 tuU d 1 O )d(s i n2 1 ttUU 2 c o s 19.0 L O R U R UI 2 c os 19.0 U 2. 单相半控桥式整流电路 电子技术 思考题 1. 晶闸管有两种工作状态：导通和截止，二极管 也有二种工 作状态，导通和截止，那么晶闸管的工作状态和二极管的工作 状态有什么不同？ 可控硅的导通是可控的 2. 分析下列两个电路，在开关 S接通后又断开时，灯泡的明 暗情况有何不同？（设两个电路元件参数完全相同） G1 G2 R S (A图 ) G2 R S V (B图 ) 灯亮 灯灭 再 见 电子技术