直流稳压电源课件

下一页,总目录,章目录,返回,上一页,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,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,在工农业生产中，主要采用交流电，但在某些场合，例如,电解、电镀、蓄电池充电,等，都要用直流电源供电。为了得到直流电，除用直流发电机外，目前广泛采用各种半导体直流电源。,直流电源通常利用,半导体二极管的单向导电,作用，将市电,220V50Hz,的交流电变为,单方向流动的脉动电压,，再经,稳压电路稳压,，输出较为稳定的直流电压。,本章主要讨论小功率直流电源常用的,整流电路，滤波电路的工作原理。,第,18,章直流稳压电源,半导体直流电源的原理,整流变压器：,将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。,整流电路：,将交流电压变换为单向脉动电压。,滤波器：,减小整流电压的脉动程度。,稳压环节：,在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。,u,4,u,o,u,3,u,2,u,1,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,18.1,整流电路,整流电路的作用,:,将交流电压转变为单向脉动电压。,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,u,D,O,18.1.1,单相半波整流电路,2.,工作原理,u,正半周，,V,a,V,b,，,二极管,D,导通；,3.,工作波形,u,负半周，,V,a,V,b,，,二极管,D,1,、,D,3,导通，,D,2,、,D,4,截止 。,3.,工作波形,1.,电路结构,u,o,t,R,L,u,i,o,u,o,1,2,3,4,a,b,+,+,u,18.1.2,单相桥式整流电路,R,L,u,i,o,u,o,1,2,3,4,a,b,+,+,u,o,t,u,u,负,半周，,V,b,V,a,，,二极管,D,2,、,D,4,导通，,D,1,、,D,3,截止 。,3.,参数计算,(1),整流电压平均值,U,o,(2),整流电流平均值,I,o,L,L,R,U,R,U,I,9,.,0,o,o,=,=,(3),流过每管电流平均值,I,D,(4),每管承受的最高反向电压,U,RM,2*0.45U=0.9U,=,o,D,0.5I,I,=,=0.45,L,R,U,例,18.1.2,试分析图示桥式整流电路中的二极管,D,2,或,D,4,断开时负载电压的波形。,如果,D,2,或,D,4,接反，后果如何？,如果,D,2,或,D,4,因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,u,o,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,解：,当,D,2,或,D,4,断开后,电路为单相半波整流电路。正半周时，,D,1,和,D,3,导通，负载中有电流,过，负载电压,u,o,=,u,；,负半周时，,D,1,和,D,3,截止，负载中无电流通,过，负载两端无电压，,u,o,=0,。,u,o,u,2,3,4,t,w,t,w,2,3,4,o,o,如果,D,2,或,D,4,接反,则正半周时，二极管,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,导通，电流经,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,而造成电源短路，电流很大，因此变压器及,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,将被烧坏。,u,o,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,小功率直流稳压电源的组成,u,4,u,o,u,3,u,2,u,1,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,18.2,滤波器,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，达到平滑输出电压波形的目的。,18.2.1,电容滤波器,1.,电路结构,2.,工作原理,u,u,C,时,，二极管导通，,电源在给负载,R,L,供电的同时也给电容充电，,u,C,增加,。,u,u,C,时,，二极管截止，电容通过负载,R,L,放电，,u,C,按指数规律下降。,+,C,i,c,i,+,+,a,D,u,o,u,b,R,L,i,o,=,u,C,3.,工作波形,二极管承受的最高反向电压为 。,u,o,u,t,O,t,O,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,U,o,与电容器的放电时间常数,R,L,C,有关。,R,L,C,越大,电容器放电越慢,输出电压的平均值,U,o,越大，波形越平滑。,近似估算取：,U,o,= 1. 2,U,(,桥式、全波）,U,o,= 1. 0,U,（,半波）,为了得到比较平直的输出电压,(2),外特性曲线,有电容,滤波,1.4,U,无电容滤波,0,.45,U,U,o,o,I,O,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,R,L,C,越大,O,越高，,I,O,越大,整流二极管导通时间越短,i,D,的峰值电流越大,。,i,D,t,u,o,t,O,O,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,R,L,= 200,，,要求直流输出电压,U,o,=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,u,R,L,u,o,+,+,+,C,解：,1.,选择整流二极管,可选用二极管,2CZ52B,I,OM,=100mA,U,DRM,=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,R,L,= 200,，,要求直流输出电压,U,o,=30V,，,选择整流二极管及滤波电容器。,取,R,L,C,= 5,T/2,已知,R,L,= 200,u,R,L,u,o,+,+,+,C,解：,2.,选择滤波电容器,可选用,C,=250,F,，,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,L,u,R,L,u,o,+,+,+,C,2.,滤波原理,对直流分量,:,X,L,=0,，,L,相当于短路,电压大部分降在,R,L,上。对交流分量,:,f,越高,X,L,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。,L,u,R,L,u,o,+,+,+,C,2,+,C,1, 形,RC,滤波器,R,u,R,L,u,o,+,+,+,C,2,+,C,1,R,愈大，,C,2,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。,小功率直流稳压电源的组成,u,4,u,o,u,3,u,2,u,1,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,经整流和滤波后的电压往往会随交流电源的波动和负载的变化,而变化。电压的不稳定有时会产生测量和计算的误差，引起控,制装置工作不稳定。特别是精密电子测量仪器、自动控制等都,要求有很稳定的直流电源电压供电。,18.3,直流稳压电源,18.3.1,稳压管稳压电路,2.,工作原理,U,O,= U,Z,I,R,= I,O,+ I,Z,U,I,U,Z,U,I,U,Z,设负载,R,L,一定，,U,I,变化,U,O,基本不变,I,R,R,I,Z,I,R,1.,电路,+,U,I,R,L,+,C,I,O,U,O,+,+,u,I,R,R,D,Z,I,z,18.3.1,稳压管稳压电路,2.,工作原理,U,O,= U,Z,I,R,= I,O,+ I,Z,U,I,U,Z,R,L,(,I,O,),I,R,设,U,I,一定，负载,R,L,变化,U,O,基本不变,I,R,(,I,R,R,),基本不变,U,O,(,U,Z,) ,I,Z,1.,电路,+,U,I,R,L,+,C,I,O,U,O,+,+,u,I,R,R,D,Z,I,z,限流调压,稳压电路,3.,参数的选择,(1),U,Z,=,U,O,(2),I,ZM,=,(1.5 5),I,0M,(3),U,I,= (2 3),U,O,例,:,有一二极管稳压电路，如图所示，负载电阻,R,L,由开路变到,3,千欧，,交流电压经整流滤波后得出,U,I,= 30,。今要求输出直流电压,U,O,=12V,试选择稳压二极管。,+,U,I,R,L,+,C,U,O,+,+,u,R,D,Z,I,z,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。,U,o,R,F,R,2,R,1,+,+,+,R,L,+,U,Z,R,D,Z,+U,U,O,R,F,R,2,R,1,+,+,+,R,L,R,D,Z,+,U,Z,+U,反相输入恒压源,同相输入恒压源,改变,R,F,即可调节恒压源的输出电压。,U,i,T,R,2,U,Z,R,L,U,O,+,R,3,+,+,+,U,B,+,D,Z,+,U,f,+,R,1,1.,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,18.3.3,串联型稳压电路,当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压,U,O,升高时，有如下稳压过程：,稳压过程,由电路图可知,U,O,U,f,U,B,U,O,I,C,U,CE,由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。,U,I,T,R,2,U,Z,R,L,U,O,+,R,3,+,+,+,U,B,+,D,Z,+,U,f,+,R,1,3.,输出电压及调节范围,输出电压,U,i,T,R,2,U,Z,R,L,U,O,+,R,3,+,+,+,U,B,+,D,Z,+,U,f,+,R,1,18.3.4,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,三端稳压器,输出固定电压,输出可调电压,输出正电压,78XX,输出负电压,79XX,（,1. 25 37 V,连续可调）,2.,外形及引脚功能,W7800,系列稳压器外形,输出正电压,1,输入端,3,公共端,2,输出端,78xx,W7900,系列稳压器外形,输出负电压,1 ,公共端,3,输入端,2,输出端,79xx,集成稳压电源实物图,3.,性能特点,（,7800,、,7900,系列）,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,输出电压额定值有,:,5V,、,6V,、,9V,、,12V,、,15V,、,18V,、,24V,等 。,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,4.,三端固定输出集成稳压器的应用,C,O,W7805,C,i,U,i,+,_,+,_,U,O,1,2,3,0.11,F,1,F,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。,集成稳压电源应用电路,u,2,u,1,C,1,300,F,U,1,=220V,U,2,=8V,U,C1,=1.2 U,2,=9.6V,U,o,=5V,+,_,C,o,W7805,+,_,U,o,1,2,3,1,F,R,L,C,I,1,F,(2),同时输出正、负电压的电路,2,3,220V,24V,+,C,24V,+,C,W7815,C,i,+15V,1,2,3,C,i,W7915,1,C,O,C,O, 15V,1,F,1,F,0.33,F,0.33,F,1000,F,1000,F,U,XX,:,为,W78XX,固定输出电压,U,O,= U,XX,+ U,Z,（,3,）,提高输出电压的电路,C,O,W78XX,C,i,U,I,+,_,+,_,U,O,1,2,3,U,XX,U,Z,R,D,Z,+,_,+,_,I,O,=,I,2,+ I,C,（,4,）,提高输出电流的电路,当,I,O,较小时，,U,R,较小，,T,截止,，,I,C,=0,。,C,O,W78XX,C,i,U,I,+,_,+,_,U,O,1,2,3,R,U,R,I,C,I,2,I,O,T,+ ,当,U,R,足够大时，,T,导通,，,I,O,=,I,OM,+ I,C,本章要求：,1.,理解单相整流电路和滤波,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.,理解集成稳压电路的性能及应用。,第,18,章,直流稳压电源,