电工电子技术课程课件直流稳压电源

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,电工电子学(,),直流稳压电源,教学基本要求,了解直流稳压电源的基本组成及工作原理。,了解组成直流稳压电源的整流电路、滤波电路及稳压电路的工作原理,了解稳压管稳压电路的工作原理及特点,了解串联型稳压电源的组成、工作原理与特点,了解线性集成稳压电源的工作原理,一般了解开关型稳压电源的工作原理与特点,本章讲授： 3学时 自学12学时,主要内容,直流稳压电源的组成,整流滤波电路,稳压电路与稳压电源,本章小结,直流稳压电源的组成,组成框图与各部分的作用,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,u,1,u,2,u,3,u,4,u,o,直流稳压电源的组成,半导体直流电源的原理方框图,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,u,t,u,t,u,t,u,t,u,t,整流电路,单相半波整流电路,u,1,u,2,a,T,b,D,R,L,u,o,u,2,0,时，二极管导通。,u,o,=,u,2,b,u,1,u,2,a,T,D,R,L,u,o,i,L,=0,u,2,0,时,D,1,D,3,导通,D,2,D,4,截止,A,D,1,R,L,D,3,B,u,2,0 时,D,2,D,4,导通,D,1,D,3,截止,B,D,2,R,L,D,4,A,输出是脉动的直流电压！,U,o,整流电路,单相桥式整流电路,u,2,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,A,B,t,0,u,T,(2) 二极管上承受的最高反向电压,(1)二极管上的平均电流,(3),u,o,平均值：,i,L,i,L,i,D,整流电路,1.整流输出电压平均值,（,U,o,）,负载上的(平均)电流,I,L,:,S,定义,：,整流输出电压的基波峰值,U,o,1,m,与平均值,U,o,之比,2. 脉动系数,整流电路,3.,整流二极管的平均电流(,I,D,)与反向峰值电压(,U,DRM,),整流电路,常见的几种整流电路,U,U,o,I,o,U,U,o,I,o,U,U,o,U,I,o,t,0,u,o,t,0,u,o,t,0,u,o,整流电路,几种常见的硅整流桥外形：,+ A C -,+-,+ -,电容滤波电路,滤波原理,桥式整流电容滤波电路,a,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,+,1.,R,L,未接入时,(忽略整流电路内阻),电容滤波电路,R,L,未接入时,(忽略整流电路内阻),u,2,t,u,o,t,设,t,1,时刻接通电源,t,1,整流电路为电容充电,充电结束,没有电容时的输出波形,a,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,+,电容滤波电路,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,(忽略整流电路内阻),u,2,t,u,o,t,电容通过,R,L,放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，,u,o,会逐渐下降。,a,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,+,电容滤波电路,u,2,t,u,o,t,a,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,+,只有整流电路输出电压大于,u,o,时，才有充电电流,i,D,。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出电流,i,D,电容滤波电路,电容滤波电路的特点,一般取,(,T,:电源电压的周期),近似估算:,U,o,=1.2,U,2,。,(2) 流过二极管瞬时电流很大。,R,L,C,越大,U,o,越高,负载电流的平均值越大 ;,整流管导电时间越短,i,D,的峰值电流越大,故一般选管时，取,(1),输出电压,U,o,与放电时间常数,R,L,C,有关,。,R,L,C,愈大,电容器放电愈慢,U,o,(,平均值)愈大,电容滤波电路,电容滤波电路的特点,输出波形随负载电阻,R,L,或,C,的变化而改变,U,o,和,S,也随之改变。,如:,R,L,愈小(,I,L,越大),U,o,下降多,S,增大。,结论：,电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,(3) 输出特性(外特性),u,o,电容,滤波,纯电阻负载,1.4,U,2,0.9,U,2,0,I,L,电容滤波电路,例：单相桥式整流滤波电路，交流电源频率,f,=50Hz，,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。,u,R,L,u,o,+,+,+,C,解,：,1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,I,OM,=100mA,U,DRM,=50V,电容滤波电路,2. 选择滤波电容器,取,R,L,C,= 5,T/2,已知,R,L,= 50,可选用,C,=250,F，耐压为50V的极性电容器,u,R,L,u,o,+,+,+,C,电感滤波电路,电路结构:,在桥式整流电路与负载间串入一电感,L,就构成了电感滤波电路。,电感滤波电路,u,2,u,1,R,L,L,u,o,电感滤波电路,滤波原理,u,2,u,1,R,L,L,u,o,对直流分量:,X,L,=0,相当于短路,电压大部分降在,R,L,上。,对谐波分量:,f,越高，,X,L,越大,电压大部分降在,X,L,上。,因此，,在输出端得到比较平滑的直流电压。,U,o,=0.9,U,2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,电感滤波电路,电感滤波的特点,u,2,u,1,R,L,L,u,o,整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，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。,其他形式的滤波电路,改善滤波特性的方法：,采取多级滤波。,L,-,C,型滤波电路：,在电感滤波后面再接一电容。,RC, 型滤波电路：,在电容滤波后再接一级,RC,滤波电路。,性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。,LC,型滤波电路：,在电容滤波后面再接,L,-,C,型,滤波电路。,其他形式的滤波电路,电感电容滤波器(LC,滤波器),Tr,R,L,u,C,L,电感电容滤波电路,由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗，,L,比,R,L,大得愈多则滤波效果就愈好。,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。,LC,滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合与高频滤波,其他形式的滤波电路,形,滤波器,形LC,滤波电路,如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波电容。,形,LC,滤波器,的效果跟好，但整流二极管的冲击电流较大。,R,L,u,C,2,L,C,1,由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成,形,RC,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、电压脉动很小的场合。,形RC,滤波电路,R,L,u,C,2,R,C,1,稳压电路与稳压电源,分类,稳压管,稳压电路,开关型,稳压电路,线性,稳压电路,常用稳压电路,(小功率设备),以下主要讨论线性稳压电路。,电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,稳压管及其稳压电路,稳压管,u,D,i,D,0,U,BR,稳压管及其稳压电路,1、稳压二极管的电路符号,D,Z,+,-,u,z,i,z,D,Z,+,-,u,z,i,z,2、稳压二极管的特性,i,z,u,z,0,U,Z,1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。,2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。,特点,稳压管及其稳压电路,稳压二极管的主要参数,i,z,u,z,0,U,Z,I,Z,I,ZM,U,Z,I,Z,1）稳定电压,U,Z,2）稳定电流,I,Z,（保证稳压管稳压性能的最小工作电流）。,3）最大稳定电流,I,ZM,4）最大允许耗散功率,P,ZM,5）动态电阻,6）电压温度系数,U,稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。,动态电阻越小稳压管稳压效果越好,稳压管受温度变化的影响系数。,D,Z,+,-,u,z,i,z,稳压管及其稳压电路,稳压电路构成,1）电源电压波动,2）负载变化,稳压管及其稳压电路,工作过程与参数选取,整流滤波输出电压被分成两部分：一部分是负载得到的直流输出电压,U,0,，另一部分则是降在调整元件上的电压,U,R,，,电路工作时，稳压管处于反向击穿状态，电阻,R,中流过的电流一部分流入稳压二极管形成稳压管电流,I,z,，另一部分则提供给负载电阻,R,L,，,如果电阻,R,取值太小，则稳压管中的电流将可能太大而损坏器件，所以，该电阻又称为限流电阻。,输出电压的数值直接由稳压管的参数确定(,U,z,)。构造电路时要根据需要选择稳压管。,稳压管及其稳压电路,工作过程与参数选取,R,承受的最大可能电压,R,承受的最小可能电压,R,允许流过的最大电流,R,必须流过的最小电流,如果负载电流的变化范围为,I,Lm,I,LM，,电源电压波动使滤波输出电压,U,i,的变化范围为,U,i,min,U,i,max,稳压管及其稳压电路,例题分析,例：电路如图，已知,U,i,=30V，稳压管,D,Z,(2CW18)的稳定电压,U,Z,=10V，最小稳定电流,I,Zmin,=5mA，最大稳定电流,I,Zmax,= 20mA，负载电阻,R,L,=2k,。求当,U,i,变化,10%,时，电阻,R,的取值范围？,输出电压,负载电流,整流滤波输出电压,稳压管及其稳压电路,存在的问题,稳压管稳压电路虽然简单，但存在以下问题,稳压值只能由稳压管的型号决定，不能调节；,输出电流受,I,ZM,的限制，调节范围和数值都较小；,输出电阻,R,O,比较大，输出电压的稳定性较差。,稳压管稳压电路只能用在输出直流电压固定且负载电流不大的场合。在电子系统中，应用较为广泛的是串联型稳压器和开关型稳压器。,串联反馈式稳压电路,电路结构的一般形式,负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+,）倍。,T,U,O,R,L,+,+,U,Z,U,I,i,R,i,Z,i,L,U,o,=,U,Z,-,U,BE,。但带负载的能力比稳压管强。,1.串联式直流稳压电路的基本形式,串联反馈式稳压电路,电路结构的一般形式,T,U,O,R,L,+,+,U,Z,U,I,i,R,i,Z,i,L,1.串联式直流稳压电路的基本形式,两个主要缺点：,(1)稳压效果不好。,U,o,=,U,Z,U,BE,(2)输出电压不可调。,改进的方法：,在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,变 压,整 流,滤 波,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,采样环节,采样环节：,R,1,、R,2,及,R,p,组成，将输出电压的一部分送到放大环节。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,采样环节,放大环节,放大环节：,由晶体管,T,2,构成的直流放大电路,其输入电压是采样电压与基准电压之差,放大后控制调整管.,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,基准电压,采样环节,放大环节,基准电压：,由稳压管,D,Z,和,R,3,构成，稳压管两端的直流电压,U,Z,是稳定性较高的直流电压。作为调整和比较的标准。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,调整环节,基准电压,采样环节,放大环节,调整环节：,由工作于放大状态的功率管,T,1,构成.其基极电流受放大环节控制,并由射极输出直流电压。,串联反馈式稳压电路,串联型稳压电源自动调节电压过程：,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,U,o,U,BE2,I,B2,I,C2,U,CE2,U,o,U,CE1,I,C1,I,B1,U,BE1,串联型稳压电源属于,串联电压负反馈电路,串联反馈式稳压电路,输出电压的确定和调节范围,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,串联反馈式稳压电路,影响稳压特性的主要因素,R,L,U,O,D,Z,C,R,1,U,Z,R,2,R,1,R,2,U,f,R,4,R,3,T,1,T,2,I,o,2.流过稳压管的电压随,U,I,波动，使,U,Z,不稳定，降低了稳压精度。,1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：,U,I,V,C,2, ,U,o,3.温度变化时，,T,2,组成的放大电路产生零点漂移，使 输出电压的稳定度变差。,串联反馈式稳压电路,改进措施,在运放理想条件下:,1.选用差动放大器或运放构成的放大器代替,T,2,管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。,U,I,T,R,1,R,2,U,F,R,L,U,o,A,V,+,-,R,P,R,U,Z,线性集成稳压电源,简单的集成稳压电源,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,线性集成稳压电源,单片集成稳压电源,目前最普遍应用的单片稳压电源是,W7800系列和W7900系列。只有三个引出端：输入端1、输出端 2 和公共端 3 (俗称三端集成稳压器)。,1,2,3,1,2,3,W7815,9824,型 号,W7805,W7809,W7812,W7815,U,o,(,V,),5,9,12,15,U,iMax,(,V,),35,U,Min,23,I,om,(,A,),2.2,R,o,(,),0.030.15,外形图和主要参数,线性集成稳压电源,1,端: 输入端,2,端: 公共端,3,端: 输出端,W7800系列稳压器外形,1,2,3,1,端: 公共端,2,端: 输入端,3,端: 输出端,W7900系列稳压器外形,1,2,3,线性集成稳压电源,注：,型号后XX两位数字代表输出电压值,输出电压额定电压值有:,5V、9V、12V 、18V、 24V等 。,三端集成,稳压器,固定式,可调式,正稳压W78XX,负稳压W79XX,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路,固定正压时的接法如图,注意：,输入与输出端之间的电压不得低于3V！,+,_,W7800系列稳压器 基本接线图,C,o,W78xx,C,I,U,I,+,_,U,o,1,3,2,0.11,F,1,F,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路,固定负压时的接法如图,-,+,W7900系列稳压器 基本接线图,C,o,W79xx,C,I,U,I,-,+,U,o,2,3,1,0.11,F,1,F,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路,正负同时输出的接法如图,正负电压同时输出电路,W78XX,C,I,U,I,+,_,U,O,1,3,2,+,_,C,I,W79XX,1,3,C,O,C,O,2,U,O,串联开关型稳压电源,串联型稳压器的调整管必须工作在线性放大区，调整管功耗大，稳压电源的效率一般低于50。且需加装体积较大的散热板。,开关型稳压器的调整管一般以10kHz100kHz的频率反复翻转于饱和区和截止区的开关工作状态，功耗很低，电源效率可以提高到8090。开关型稳压器体积小、重量轻，对电网电压的波动要求低。,由于开关型稳压器的调整管工作于开关状态，输出的脉动较大，会产生尖峰干扰和谐波干扰。,串联开关型稳压电源,开关型稳压器的基本结构,与串联线性稳压器相比，开关型稳压器增加了开关控制和续流滤波电路，调整管采用用开关型晶体管。,串联开关型稳压电源,开关型稳压器的工作波形,上门限电压,下门限电压,输出电压的平均值,串联开关型稳压电源,开关型稳压器的稳压过程,U,1,R,L,U,O,u,t,on,U,O,U,1,R,L,U,O,u,t,on,U,O,本章小结,直流稳压电源的组成,整流滤波电路,稳压电路与稳压电源,