《直流稳压电源》课件

第 五 章直 流 稳 压 电 源 在 生 产 、 生 活 和 科 学 实 验 中 ， 主 要采 用 交 流 电 ， 但 在 某 些 场 合 ， 例 如 电 解 、电 镀 、 蓄 电 池 的 充 电 、 直 流 电 动 机 等 ，都 需 要 直 流 电 源 供 电 。 此 外 ， 在 电 子 线路 和 自 动 控 制 装 置 中 还 需 要 用 非 常 稳 定的 直 流 电 源 电 压 。 为 了 得 到 直 流 电 ， 除了 用 直 流 发 电 机 外 ， 目 前 广 泛 采 用 各 种半 导 体 直 流 电 源 。 半 导 体 直 流 电 源 由 整 流 变 压 器 、 整 流 电 路 、 滤 波 电 路 、 稳 压 电路 等 环 节 组 成 。 整 流 变 压 器 Tr： 将 交 流 电 源 电 压 u 1变 换 为 符 合 整 流 要 求 的 交 流电 压 u2。 滤 波 电 路 ： 将 单 向 脉 动 直 流 电 压 u3变 换 为 脉 动 较 小 的 直 流 电 压u4。 整 流 电 路 ： 将 交 流 电 压 u2变 换 为 单 向 脉 动 的 直 流 电 压 u3。 稳 压 电 路 ： 在 交 流 电 源 电 压 波 动 及 负 载 变 化 时 ， 使 直 流 输 出 电压 uo稳 定 。 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路u1 u2 u4 uou3Tr 1 整 流 电 路 整 流 电 路 的 作 用 是 将 交 流 电 压 变 换 为 单 向 脉 动 的 直 流电 压 。 常 见 的 小 功 率 整 流 电 路 有 ： 单 相 半 波 、 全 波 、 桥 式和 倍 压 整 流 等 ， 这 些 整 流 电 路 主 要 应 用 在 电 子 仪 器 中 。 在要 求 整 流 功 率 较 大 的 场 合 ， 采 用 单 相 整 流 电 路 ， 会 造 成 三相 电 网 负 载 的 不 平 衡 ， 影 响 供 电 质 量 ， 这 时 应 采 用 三 相 桥式 整 流 电 路 。 在 整 流 电 路 中 ， 整 流 元 件 为 二 极 管 ， 为 分 析 问 题 简 单起 见 ， 可 把 二 极 管 当 作 理 想 元 件 来 处 理 ， 即 二 极 管 的 正 向导 通 电 阻 为 零 ， 反 向 电 阻 为 无 穷 大 。 1 单 相 半 波 整 流 电 路 忽 略 二 极 管 正 向 压 降 ，则 uo=u+- 所 以 u o=0-+ u0时 ：二 极 管 正 向 导 通 ，io 0u0时 ：D 1、 D3正 向 导 通 ， D2、 D4反 向 截 止 ，io0 ， uo=u0 D4 D2D1D3 RL ab uTr uoio+- u0 ， uo=-u0 D4 D2D1D3 RLab uTr uoio-+ ttu 2 3uo、 io的 波 形 与 平 均 值 tUu sin2: 设 UUUo 9.045.02 LLoo RURUI 9.0uoio D4 D2D1D3 RLab uTr uoio oD II 21 UUDRM 2二 极 管 的 平 均 电 流二 极 管 的 最 高 反 向 电 压 例 已 知 负 载 电 阻 RL=80， 负 载 电 压 Uo=110V， 采 用桥 式 整 流 电 路 ， 交 流 电 源 电 压 为 380V， 如 何 选 择整 流 二 极 管 ？解 )(4.180110 ARUI Loo )(7.021 AII oD )(1229.01109.0 VUU o UUo 9.0 )(18913421.11222 VUDRM 可 选 用 2CZ11C型 二 极 管 ， 其 最 大 整 流 电 流 为 1A， 反向 工 作 峰 值 电 压 为 300V。 考 虑 到 变 压 器 副 绕 组 及 管 子 上 的 压 降 ， 变 压 器 的 副边 电 压 大 约 要 比 计 算 值 高 出 10%， 所 以 2 滤 波 电 路 交 流 电 压 经 整 流 后 输 出 的 是 单 向 脉 动 的 直 流 电 压 ， 其中 既 含 有 直 流 成 分 又 含 有 交 流 成 份 。 滤 波 电 路 的 作 用 是 利用 电 容 元 件 两 端 电 压 不 能 跃 变 或 电 感 元 件 中 电 流 不 能 跃 变的 特 性 , 将 电 容 元 件 与 负 载 并 联 或 将 电 感 元 件 与 负 载 串 联 ，滤 掉 整 流 输 出 电 压 中 的 交 流 成 份 ， 保 留 其 直 流 成 份 ， 达 到输 出 电 压 平 滑 的 目 的 。 1 单 相 半 波 带 电 容 滤 波的 整 流 电 路 uo uaTr b D RLC +uC tu 2 3 tUu sin2: 设 D导通D截止 tuo D截 止C放 电 tuoO b ca D导 通C充 电d O a段 ： D导 通 ， 电 源 对 C充 电 ， uo=uC=u； a b段 ： 从 a点 开 始 ， u和 uC都 开 始 下 降 ， u按 正 弦 规 律下 降 ， uC按 指 数 规 律 下 降 ， 开 始 uC下 降 速 度 大 于 u， 所 以 D导 通 ， uo=uC=u； b c段 ： 从 b点 开 始 ， u下 降 速 度 大 于 uC ， 所 以 D截 止 ， uo=uC， 按 指 数 规 律 变 化 ， 变 化 快 慢 决 定 于 =RLC； c d段 ： uuC， D又 导 通 ， uo=uC=u， 重 复 上 一 周 期 。uo uaTr b D RLC +uC tu 2 3 tUu sin2: 设 tuoO tuo 无 电 容 滤波带 电 容 滤波 带 电 容 滤 波 时 ， uo的脉 动 大 为 减 小 ， 其 平 均 值Uo增 大 。 uo uaTr b D RLC +uC tuoO tuo 无 电 容 滤波带 电 容 滤波 在 空 载 时 ： Uuu Co 2 随 着 负 载 的 增 大 （ RL ） ， 放 电 时 间 常 数 =RLC ， 放 电 加快 ， 所 以 Uo 。 UUUo 4.12 uo uaTr b D RLC +uC通 常 规 定 ：单 相 半 波 带 电 容 滤 波的 整 流 电 路 单 相 全 波 带 电 容 滤 波的 整 流 电 路 UUo UUo 2.1 单 相 半 波 带 电 容 滤 波 整 流 电 路 的 特 点一 般 取 25)-(3C TR L (T： 电 源 电 压 的 周 期 )(2) 流 过 二 极 管 的 瞬 时 电 流 很 大 =RLC愈 大 Uo愈 大 负 载 电 流 的 平 均 值 愈 大 整 流 管 导 通 角 愈 小 iD的 峰 值 也 就 愈 大 。(1) 输 出 电 压 Uo与 时 间 常 数 =RLC有 关 =RLC愈 大 电 容 C放 电 愈 慢 Uo(uo的 平 均 值 )愈 大 。 (3) 二 极 管 承 受 的 最 高 反 向 电 压 UUDRM 22(4)、 输 出 外 特 性 Uo与 Io的 关 系 曲 线Uo 带 电 容 滤 波1.4U0.45U I o无 电 容 滤 波 带 电 容 滤 波 的整 流 电 路 ， 其 外 特性 较 差 ， 或 者 说 带负 载 能 力 较 差 。 电容 滤 波 电 路 适 用 于输 出 电 压 较 高 ， 负载 电 流 较 小 且 变 化也 较 小 的 场 合 。 uo uaTr b D RLC +uC io 2 电 感 滤 波 电 路电 路 结 构 ： 在 整 流 电 路 与 负 载 之 间 串 联 一个 电 感 L就 构 成 了 电 感 滤 波 电 路 。 uo uTr b RLLa u （ 1） 滤 波 原 理 对 u的 直 流 分 量 ： f=0， XL=0 ， 相 当 于 短 路 ， 电 压 大部 分 降 在 RL上 ； 对 u的 交 流 分 量 ： f越 高 ， XL越 大 ， 电 压大 部 分 降 在 XL上 。 因 此 ， uo主 要 是 u的 直 流 成 分 ， uo是比 较 平 滑 的 直 流 电 压 。 Uo=0.9U当 忽 略 L的 直 流 电 阻 时 ， uo的 平 均 值 约 为 ： uo uTr b RLLa u L uo uTr b RLa u（ 2） 电 感 滤 波 的 特 点 : 整 流 管 导 通 角 较 大 ， 峰 值 电 流 很 小 ， 输 出 外 特 性 比较 平 坦 ， 适 用 于 低 电 压 大 电 流 (R L较 小 )的 场 合 。 缺 点 是 电感 铁 芯 笨 重 ， 体 积 大 ， 易 引 起 电 磁 干 扰 。 3 复 合 滤 波 电 路 单 独 使 用 电 容 或 电 感 构 成 的 滤 波 电 路 ， 滤 波 效果 不 够 理 想 ， 为 了 满 足 较 高 的 滤 波 要 求 常 采 用 电 容和 电 感 组 成 的 LC、 CLC-型 等 复 合 滤 波 电 路 。这 两 种 滤 波 电 路 适 用 于 负 载 电 流 较 大 ，要 求 输 出 电 压 脉 动 较 小 的 场 合 。L C + C +C + L C +C + L C +C + R 在 负 载 较 轻 时 ， 常 采 用 电 阻 代 替 笨 重 的 电 感 ，构 成 CRC-型 滤 波 电 路 ， 同 样 可 以 获 得 脉 动 很 小 的输 出 电 压 。 但 电 阻 对 交 、 直 流 均 有 压 降 和 功 率 损 耗 ，所 以 只 适 用 于 负 载 电 流 较 小 的 场 合 。 u D1 RL uou D2 C （ 无 电 容 滤 波 ）UUo 9.0 （ 有 电 容 滤 波 ）UUo 2.1 同 ）（ 有 、 无 电 容 滤 波 ， 相UU RM 22 UUD o 电 容 滤 波 ，虚 焊 ， 则 为 半 波 整 流 带如 果 2 被 短 接 。短 路 ， 则 正 半 周 时 电 源如 果 2D 源 将 被 短 接 。如 果 输 出 端 短 路 ， 则 电 作 业 18.2.2 3 稳 压 电 路 经 整 流 和 滤 波 后 的 直 流 电 压 往 往 还 会 随 交 流 电 源 电 压的 波 动 或 负 载 的 变 化 而 变 化 。 为 了 得 到 很 稳 定 的 直 流 电 压 ，直 流 稳 压 电 源 还 需 在 整 流 、 滤 波 电 路 之 后 再 加 一 级 稳 压 电路 。 最 简 单 的 稳 压 电 路 是 采 用 稳 压 管 和 限 流 电 阻 组 成 。U oUi R RLDZ IZ Io 稳 压 电 路Ui是 经 整流 和 滤 波后 的 电 压 UoUi R RLDZ IZ Io * 当 交 流 电 源 电 压波 动 而 使 Ui变 化 时Uo= Ui -URIZ URUR Uo=Ui -UR若 Ui Uo = Ui -URI Z UR Uo=Ui -UR若 Ui UoUi R RLDZ IZ IoURURUR U o=Ui -URUR Uo=Ui -URIZ UR Uo=Ui -URUo=Ui -URIZ * 当 交 流 电 源 电 压不 变 而 负 载 变 化 时若 Io若 Io D4 D2D1D3ab uTr UoR RLDZ IZ IoC +uC一 个 完 整 的 半 导 体 直 流 稳 压 电 源 4 串 联 型 稳 压 电 路 由 一 个 稳 压 管 和 一 个电 阻 组 成 的 稳 压 电 路 ， 结构 简 单 ， 但 受 稳 压 管 最 大稳 定 电 流 的 限 制 ， 负 载 电流 不 能 太 大 。 另 外 ， 输 出电 压 不 可 调 且 稳 定 性 也 不理 想 。 串 联 型 稳 压 器 克 服 了上 述 缺 点 ， 目 前 应 用 较 为广 泛 。 UoUi R RLDZ IZ Io稳 压 电 路 UZ R1RpR2 RaRbUFUi UoR3 Io-+UBUCE oba bF URR RUU )( FZuoB UUAU UZ R1RpR2 RaRbUFUi UoR3 Io-+UBUCE自 动 调 整 过 程Uo UB UF IC UCE Uo由 于 是 串 联 电 压 负 反 馈 ， 所 以 称 为 串 联 型 稳 压 电 路 。 U i有 内 阻 目 前 所 使 用 的 稳 压 器 已 集 成 化 ， 但 以 串 联 型 稳 压 电 路 为 其 基 础 。最 具 代 表 性 的 集 成 稳 压 器 有 W78 系 列 和 W79 系 列 。W78 1 23 W79 1 231.输 入 端2.输 出 端（ 正 电 压 ）3.公 共 端 1.公 共 端2.输 出 端（ 负 电 压 ）3.输 入 端 W78 系 列 输 出 正 电 压 有 5V、 6V、 8V、 9V、 10V、 12V、15V、 18V、 24V等 多 种 ， 若 要 获 得 负 电 压 ， 选 用 W79 系 列 即 可 。 比 如 W7805输 出 +5V电 压 ， 比 如 W7905输 出 -5V电 压 。 基 本电 路 W78 1 23Ui UoC1 C2W79 3 21Ui UoC1 C2 C 1用 来 抵 消 输 入 端 引 线 过 长 引 起 的 电 感 效 应 ， 防 止 产 生 自 激 振 荡 ； C2用 来改 善 稳 压 器 在 负 载 电 流 瞬 时 变 动 时 ， 输 出 电 压 引 起 的 波 动 。 几 种 应 用 电 路 ： ZXXo UUU 提 高输 出 电 压的 电 路 W78 1 23Ui C1 UoC2UXXUZDZ 扩 大输 出 电 流的 电 路 1 23Ui C1 UoC2TIR W78 IB ICI1 I2I3 IoR RUI IIIIIIII BE RBCo 2 2122)1( )( 2133 0 IIII ，令是 公 共 端 电 流 ， 很 小 ， Io比 I2扩 大 了 W78151 23Ui W79153 21 +15V-15V输 出正 负 电 压的 电 路 W78 R3R4Ui Uo-+ R1R2UXX输 出电 压 可调 的 电路 oURR RURR R 21 1XX43 3 XX43 312 )1( URR RRRUo The End