第9章直流电源

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,u,t,u,t,u,t,u,t,u,t,直流稳压电源组成,:,变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。,电源变压器,:,将交流电降压,变换为所需要的电压值；,整流电路,:,将交流电压转换为单向脉动直流电压；,滤波电路,:,将交流分量滤出,使输出电压平滑；,稳压电路,:,使输出电压不受电网电压的波动、负载和温度,变化的影响,提高输出电压的稳定性。,第9章 直流稳压电源,9.1,变压器,变压器,:,利用,电磁感应,传递电能和信号的电气设备,具有,变换电压,、,电流,和,阻抗匹配,的功能。,9.1.1,变压器的基本结构,1,铁心,2,线圈,a,b,a.,心式变压器,:,绕组包围铁心,容量较大。,b.,壳式变压器,:,铁心包围绕组,容量小。,铁心,:,变压器的,磁路部分,为了减小铁心损耗,铁心是用表面涂有绝缘漆的厚度为的硅钢片叠成的。,绕组,:,电路部分,常用绝缘铜线或铝线。原绕组,(,初级绕组,.,一次绕组,):,与电源相连,;,副绕组,(,次级绕组,.,二次绕组,):,与负载相连。为了加强绕组间的磁耦合,采用,同心式,结构,将高,.,低压绕组绕在同一铁心上,高压绕组在外侧,以便于与铁心绝缘。,9.1.2,变压器的原理和作用,变压器符号：,工作过程：,变压器工作过程中,原、副边没有电的直接联系,只有,磁的耦合,通过磁路来实现能量的传递。体现了变压器的隔离作用。,N,1,N,2,1.,空载运行和电压变换,变压器空载时,原、副绕组的电压和绕组的匝数成正比。,变压器的,电压变换,作用：,K,为变压器的,变,压,比,。,规定,当原绕组接额定电压,U,1N,时,副绕组,空载电压,U,20,就,是,U,2N,。,变压器铭牌上所标,U,1N,/,U,2N,=,K,。变压器必须按额定电压使用。,+,-,u,20,2.,负载运行和电流变换,变压器负载,运,行时,原、副绕组的电流有效值之比近似等于原、副绕组匝数比的倒数,即,变压器在改变电压的同时也改变了电流,即有,电流变换,作用。,对于单相变压器,则有,额定容量,(S,N,):,副绕组的额定电压,U,2N,与,额定电,流,I,2N,的乘积。,3.,阻抗变换,|,Z,L,|,+,u,1,-,i,1,i,2,i,1,|Z,L,|,+,u,2,-,+,u,1,-,变压器电路,等效电路,当副边接负载,Z,L,时,有：,对电源而言,它所接的负载等效阻抗为,副边接阻抗为,|,Z,L,|,的负载时,对原边电源,相当于接,K,2,|,Z,L,|,的负载。,阻抗变换,。,9.1.3,变压器绕组的同极性端,多绕组变压器的串、并联必须根据绕组的同极性端正确连接,否则,有可能烧坏变压器。,绕组的同极性端,(,即同名端,),：,因变压器各绕组上的电压都是随时间而变化的,某一时刻磁通,变化时,在某一绕组的某一端上感应的电动势极性为正,同时在其他绕组上,也会有一个对应端,感应的电动势极性为正。这种,电位瞬时极性相同,的对应端称,同极性端,或,同名端,。,同极性端用“,”表示。,图,(a),两线圈,绕向相同,利用右手螺旋法则,1.3,为同名端,(2.4,为同名端,),。,图,(b),两线圈,绕向相反,1.4,为同名端,(2.3,同名端,),。,1,2,3,4,i,1,i,1,(a),-,+,-,+,e,1,e,1,1,2,3,4,i,1,i,1,(b),-,+,-,+,e,1,e,1,9.1.3,变压器绕组的同极性端,绕组的同极性端与它们的绕向有关。若已知线圈的绕向,则用右手螺旋法则可判断出同名端。,实际的变压器线圈,经过浸漆或其他工艺处理,无法从外表来辨认其绕向,则只能用实验的方法测定同名端。,变压器原绕组的正确连接,设两个绕组额定电压均为,110V,。,若要接到,220V,的电源上,需,串联,这时必须,异极性端,(2,3),相连,1,4,端接电源。,若电源电压是,110V,则两个绕组应当,并联,这时必须,同极性端,分别相连。,1,2,3,4,i,1,i,1,(a),+,220V,-,-,+,-,+,e,1,e,1,1,2,3,4,i,1,i,1,(b),-,+,+,-,e,1,e,1,+,-,110V,9.2,整流电路,i,o,如图,:,设变压器副边电压为,:,整流电路,:,将交流电压变换为单向脉动电压的电路。,整流元件,是具有单向导电能力的,二极管,或,晶闸管,。,Tr,D,R,L,+,a,b,u,u,o,t,t,u,u,o,i,o,9.2.1,单相半波整流电路,根据二极管的单向导电性,u,0,时,二极管,导通,u,0,=,u,；,而,u,u,+,u,-,-,+,+,-,无滤波,有滤波,二极管,U,DRM,=2,2,U,当,R,L,=,时,U,O,=,2,U,输出最大。,电容,滤波器,输出电压的脉动程度有所改善,但带负载能力较差。,采用,电容滤波,时,输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数,R,L,C,有关,其值愈大则脉动程度就愈小。一般为,:,即,输出电压,U,o,由下式估算：,(,半波,),;,(,全波,),二极管的导通时间短,在一个周期内电容器的充电电荷等于放电电荷,即电流平均值为零，,I,D,=,I,O,。,9.3.1,电容滤波电路,二极管的导通时间较短,因此通过二极管的电流峰值较大,应避免电流冲击损坏二极管。,二极管选择时,一般按,(23),I,D,选择二极管的最大整流电流。,桥式电容滤波,:,t,0,u,电容滤波器的作用,有滤波,a,Tr,b,u,R,L,u,o,D,1,D,2,D,3,D,4,C,二极管,U,DRM,=,2,U,9.3.1,电容滤波电路,滤波电路中,电容,元件的选择：,耐压值为二极管的反向工作峰值电压。,电容滤波电路的特点,:,结构简单,输出电压较高,脉动也较小,带负载能力差,且有电流冲击。,例,:,如图,已知电源,f,=50Hz,R,L,=200,要求输出直流电压,U,0,=20V,选择整流二极管和滤波电容。,R,L,u,u,o,C,解：,查附录,C-1,可知,应选用,2CZ52B(100mA,50V),。,应选用,C=250F,耐压为,50V,的电解电容。,为了减小输出电压的脉动程度,可在滤波电容之前串接一个铁心电感线圈,L,即,电感,滤波器,。,X,L,=2,fL,f,愈高,电感上的压降,愈大,输出电压的脉动程度减小,。,一般需要线圈的电感量较大,但其直流电阻也较大,因而会造成输出电压的下降。,L,滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小场合,更适合高频滤波。,9.3.2,电感滤波,电路,T,r,R,L,u,C,L,电感滤波电路,+,-,如果需要输出电压的脉动更小,可再加一个滤波电容,即,形,L,C,滤波器。,由于线圈体大且重,有时可用电阻代替电感线圈以构成,形,R,C,滤波器,。,R,愈大滤波效果愈好,但将使输出电压下降,所以适用于负载电流较小、电压脉动很小场合。,9.3.3,形,滤波电路,形,LC,滤波电路,R,L,u,C,2,L,C,1,+,-,形,R,C,滤波电路,R,L,u,C,2,R,C,1,+,-,稳压管稳压电路,最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。,1.,电路结构,9.4,稳压电路,经整流和滤波后,虽脉动程度有了最大改善,但直流电压幅度还会随着,电网的波动或负载的变化,而变化。需进行稳压。,u,U,I,U,o,I,Z,(,稳压管特性,),U,R,(,I,R,=,I,Z,+,I,o,),U,o,=,U,I,-,RI,R,抵消,U,I,保持,U,o,近似不变。,(1),电网电压波动,(2),负载波动,I,o,I,R,U,R,U,o,(,U,I,不变,),I,Z,U,R,U,o,不变,2.,工作原理,选稳压管规律,:,U,Z,=,U,o,;,I,ZM,=(1.5-5),I,OM,;,U,I,=(2-3),U,o,3.,稳压管的选择,R,L,U,I,D,Z,R,C,U,O,I,Z,I,o,+,+,-,-,I,R,u,+,-,例,:,如图,已知,R,L,由开路变至,2k,交流电压经整流滤波后得到,U,I,=30V,。今要求,U,o,=10V,试选择合适的稳压管。,解：当,R,L,=2 k,时,查附录,C-2,可知,应选用,2CW59,其参数为,U,z,=10,11.8 V,，,I,ZM,=20 mA,R,L,U,I,D,Z,R,C,U,O,I,Z,I,o,+,+,-,-,I,R,由稳压管稳压电路和运算放大器组成恒压源。,恒压源,反相输入恒压源,同相输入恒压源,稳压管的稳压电路输出电压是固定的,而恒压源的输出电压是可调的,且引入电压负反馈使输出电压更稳定。,R,L,U,o,D,Z,R,F,U,Z,R,2,+,U,R,+,+,R,1,+,+,R,L,U,o,D,Z,R,F,U,Z,R,2,+,U,R,+,+,R,1,+,+,9.4.3,串联型稳压电路,R,1,+,U,o,-,D,Z,R,F,+,U,I,-,R,2,+,-,+,R,L,+,U,Z,-,把同相输入恒压源的输出接在大电流晶体管,T,的基极而从发射极输出,就变成,串联型稳压电路。,调整管,T,构成一,射极输出器,其作用是进行,电流放大,。,R,F,为,反馈电阻,构成,串联电压负反馈,电路。,9.4.4,三端固定输出电压集成稳压器,集成稳压器有输入,输出和公共端,故称为,三端集成稳压器,。,有,两种,。,78,系列,是,正电压输出,79,系列,是,负电压输出,。其内部是,串联型稳压电路,它具有体积小,.,可靠性高,.,使用灵活,.,价格低廉等优点。,78/79,系列的,最后两位数,表示该集成电路的,输出电压值,。如,W7815,的输出电压为,15V,W7915,的输出电压为,-15V,。,C,I,C,O,W78,1,2,3,U,I,U,O,+,+,+,+,外形和基本应用电路：,C,I,用以抵消输入较长引线的电感效应,防止产生自激振荡,C,I,为,0.1F,1F;,C,0,是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大波动,C,0,可用,1F,。,应用电路,1.,正负电压同时输出的电路,C,C,i,C,o,W7815,1,2,3,+,15V,+,+,+,C,i,C,o,W7915,1,2,3,15V,+,+,+,1000,F,1000,F,0.33,F,0.33,F,1,F,1,F,220,V,24,V,24,V,9.4.4,三端固定输出电压集成稳压器,U,C,I,C,o,W78,1,2,3,U,I,U,O,+,+,+,R,1,R,2,+,+,-,+,-,R,I,3,+,-,+,-,2,.,输出电压可调的电路,输出电压：,9.4.4,三端固定输出电压集成稳压器,+,U,xx,-,三端可调输出电压集成稳压器,三端,固定,稳压器虽然通过外接电路构成输出电压可调的稳压电源,但性能指标有所降低,且使用也不方便。因此三端,可调,输出电压集成稳压器应运而生。,这类稳压器也有正压稳压器和负压稳压器。同时就输出电流而言,有,100mA,、,0.5A,、,1.5A,等各类稳压器。以,CW1,1,7,CW2,1,7,CW3,1,7(,正压,集成稳压器,),和,CW1,3,7,CW2,3,7,CW3,3,7(,负压,稳压器,),为例说明它们的实际应用。,1.,可调集成稳压电源的标准电路,U,o,U,I,R,2,R,1,CW117/CW217/CW317,D,1,D,2,1,2,3,C,I,C,o,CW117,CW217,CW317,在输出端,2,和调整端,3,之间的电压为,1.25V,从调整端,3,流出的电流为,50A,。,输出电压,:,U,O,=1.25(1+,R,2,/,R,1,)+,50,10,-6,R,2,若,R,2,小可,忽略,R,l,一般选,100,120,改变,R,2,可调节输出电压。,CW117,CW217,CW317,的输出电压范围为,1.25,37V,。,C,I,.,C,o,作用同三端固定集成稳压器相同。,D,1,.,D,2,用于防止集成稳压电源输入、输出端发生,短路,。,2. 0V,起调的可调集成稳压电路,-U,U,O,U,I,R,2,R,1,CW117/CW217/CW317,D,2,1,2,3,C,I,C,O,R,3,+,1.25V,-,电阻,R,2,不接地,接到一个,-1.25V,的电位上,能实现从,0V,连续起调,在接地点和,R,2,间接入稳压二极管,其稳压值约,1.25V,就能完成上述功能,(,R,3,有限流作用,),。,3.,扩大输出电流的电路,一般,I,3,很小,忽略不计,设,=10,U,BE,=-0.3V,R,=0.5,I,2,=1.5A,则由上式可算出,I,C,=9A,。可见输出电流,(,I,C,+,I,2,),比,I,2,扩大了。,U,O,U,I,5k,120,CW117/CW127/CW317,D,2,1,2,3,+,10,F,10,F,0.33,F,R,+,I,3,I,R,I,B,I,1,I,C,T,I,2,D,Z,U,Z,U,C,i,C,o,W78,1,2,3,U,i,U,o,+,+,+,+,R,提高输出电压的应用电路,输出电压为,9.4.4,三端固定输出电压集成稳压器,扩大输出电流的电路,一般,I,3,很小,则,大功率晶体管,W78,C,i,C,o,U,i,U,o,R,I,2,I,C,I,B,I,R,I,1,I,3,当所需电流大于,1-2A,时,可用外接功率管的方法扩大输出电流。,9.4.4,三端固定输出电压集成稳压器,精品课件,！,精品课件,！,输出电压可调的电路,+,U,O,-,R,2,R,1,R,3,C,o,+,+,+,U,R,3,-,R,4,+,U,-,W78,C,i,+,U,I,-,滑线最低,R,1,大,R,2,小,U,o,最小,滑线最高,R,1,小,R,2,大,U,o,最大,R,4,=0 R,3,=,9.4.4,三端固定输出电压集成稳压器,