第8章直流稳压电源

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,第四级,第五级,*,第,8,章 直流稳压电源,8.1,小功率整流电路,8.2,滤波电路,8.3,直流稳压电路,电子设备都需要稳定的直流电源供电,而电网提供的是,50Hz,的交流电，单相电的电压为,220V,，三相电为,380V,，电压一般允许有,10%,的波动。,（,1,）从电网来的交流电经变压器变为合适的数值,;,（,2,）然后经过整流电路变成单一方向的脉动电压：,（,3,）在经过滤波电路使输出电压平滑：,（,4,）最后经过稳压电路使直流电压稳定。,滤波,整流,稳压,变压,负载,O,t,u,O,t,u,O,t,u,O,t,u,O,t,u,交流,电源,图中各环节的功能如下：,整流变压器,:,将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。,2.,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。,8.1,整流电路,R,L,i,o,D,+,u,+,u,o,1.,单向半波整流电路,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,I,m,2,2,3,3,u,O,u,u,D,i,O,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,I,m,2,2,3,3,u,O,u,u,D,i,O,整流输出平均电流：,考虑到电网电压波动范围为,10,，二极管的极限参数应满足：,整流输出平均电压：,整流管中流过的电流：,R,L,i,o,D,+,u,+,u,o,单向半波整流电路特点,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,I,m,2,2,3,3,u,O,u,u,D,i,O,半波整流电路结构简单，但输出电压脉动系数大，直流成分低，变压器只有半个周期工作，利用率低。,整流管所承受的最大反向电压为,2.,全波整流电路,整流电路中最常用的是单相桥式整流电路,它由四个二极管,D,1,D,4,接成电桥的形式构成。,R,L,i,o,D,4,D,3,D,2,D,1,+,u,+,u,o,R,L,i,o,D,4,D,3,D,2,D,1,+,u,+,u,o,+,在,u,的,正半周，,D,1,和,D,3,导通,，,D,2,和,D,4,截止,(,相当于开路,),电流的通路如图中红色箭头所示。,R,L,i,o,D,4,D,3,D,2,D,1,+,u,+,u,o,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,I,m,2,2,3,3,u,D1,u,D3,u,D4,u,D2,u,O,u,u,D,i,O,R,L,D,4,D,3,D,2,i,o,D,1,+,u,+,u,o,+,在,u,的负半周，,D,2,和,D,4,导通,，,D,1,和,D,3,截止,(,相当于开路,),，电流的通路如图中绿色箭头所示。,在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压,u,o,。,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,I,m,2,2,3,3,u,D1,u,D3,u,D4,u,D2,u,O,u,u,D,i,O,R,L,D,4,D,2,i,o,D,1,-,u,+,+,u,o,D,3,整流管所承受的最大反向电压为,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,I,m,2,2,3,3,u,D1,u,D3,u,D4,u,D2,u,O,u,u,D,i,O,整流输出电压的平均值：,流经每个二极管的电流：,桥式全波整流电路特点,R,L,i,o,D,4,D,3,D,2,D,1,+,u,+,u,o,输出电压直流平均值大，脉动系数小，电源变压器充分利用，效率高。因此，桥式整流电路得到了广泛应用，已做成模块叫整流桥或桥堆。,+,u,o,R,L,i,o,+,u,例,1,已知负载电阻,R,L,=80,，,负载电压,U,O,=110 V,。,今采用,单相桥式整流电路，交流电源电压为,380 V,。,(,1,),如何选用晶体二极管？,(,2,),求整流变压器的变比及容量。,解,(,1,),负载电流,每个二极管通过的平均电流,变压器二次侧电压的有效值为,考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧的电压大约要高出,10%,，即,122,1.1=134 V,。,于是,因此可选用,2CZ55E,晶体二极管，其,最大整流电流,为,1 A,，,反向工作峰值电压,为,300 V,。,(,2,),变压器的变比及容量,变压器的变比,变压器二次侧电流的有效值为,变压器的容量为,可选用,BK300,(,300 V,A,),，,380/134 V,的变压器。,电容,充电,电容,放电,二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；,8.2.1,电容滤波器,(,C,滤波器,),电容滤波器的组成和工作原理。,R,L,D,1,D,4,D,3,D,2,i,o,C,滤波后输出,电压,u,o,的波形,变得平缓，平均值提高。,8.2,滤波器,+,u,o,=,u,c,+,u,电容,充电,电容,放电,R,L,D,1,D,4,D,3,D,2,i,o,C,+,u,o,=,u,c,+,u,t,u,O,O,2,电容,充电,电容,放电,R,L,D,1,D,4,D,3,D,2,i,o,C,+,u,o,=,u,c,+,u,t,u,O,t,t,t,O,2,t,u,O,t,t,t,t,O,2,放电时间常数,=,R,L,C,越大，脉动越小，输出电压平均值越高，一般要求,T,是,u,O,的周期。这时，,U,O,1.2,U,例,1,有一,单相桥式,电容滤波,整流电路，已知交流电源频率,f,=50 Hz,，,负载电阻,R,L,=200,，,要求直流输出电压,U,O,=30 V,，,选择,整流二极管,及,滤波电容器。,解,(,1,),选择,整流二极管,流过二极管的电流,取,U,O,=1.2,U,，,所以变压器二次侧电压的有效值为,二极管所承受的最高反向电压,因此可选用,2CZ52B,型二极管，其,最大整流电流,为,100,mA,，,反向工作峰值电压,为,50 V,。,(,2,),选择滤波电容器,选用,C,=250,F,，,耐压为,50 V,的极性,电容器。,R,L,L,C,+,u,8.2.2,电感电容滤波器,(,LC,滤波器,),当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好，而后又经过电容滤波，使输出电压更为平直。,8.3,直流稳压电源,8.3.1,稳压管稳压电路,R,L,C,R,I,R,I,Z,D,Z,I,o,+,U,o,+,U,I,+,引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化，下面分析在这两种情况下的稳压作用。,(,1,),当交流电源电压增加而使整流输出电压,U,I,随着增加时，负载电压,U,o,也要增加。,U,o,即,为稳压管两端的反向电压。,当,负载电压,U,o,稍有增加时，稳压管的电流,I,Z,就显著增加，因此限流电阻,R,上的压降增加，以抵偿,U,I,的增加，从而使,U,o,保持近似不变。,(,2,),当电源电压保持不变，而负载电流增大时，电阻,R,上的压降增大，负载电压,U,o,因而下降。只要,U,o,下降一点，稳压管电流,I,Z,就显著减小，使通过电阻,R,的电流和电阻上的压降保持近似不变，因此负载电压,U,o,也就近似稳定不变。,选择稳压管时一般取,U,Z,=,U,o,，,U,I,=,(,2 3,),U,o,例,1,有一,稳压管稳压电路，,负载电阻,R,L,由开路变到,3 k,，,交流电压经,整流滤波后得出,U,I,=30 V,。,今要求输出直流电压,U,O,=12 V,，,试选择,稳压管,D,Z,。,解,根据输出电压,U,O,=12 V,的要求，负载电流最大值,可,选择稳压管,2CW60,，,其稳定电压,U,Z,=,(,11.5 12.5,),V,，,其稳定电流,I,Z,=5,mA,，,最大,稳定电流,I,ZM,=19,mA,。,8.3.2,集成稳压电源,本,节,主要介绍,W7800,系列,(,输出正电压,),和,W7900,系列,(,输出负电压,),，,它们的电路符号如下图所示,:,W7800,+,+,2,3,1,W7900,1,3,_,2,_,这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端，故也称为三端集成稳压器。,W7800,系列,1,为输入端，,2,为输出端，,3,为公共端；,W7900,系列,3,为输入端，,2,为输出端，,1,为公共端。,W7800,系列输出固定的正电压有,5 V,，,8 V,，,12 V,，,15 V,，,18 V,，,24 V,多种。例如,W7812,的输出电压为,12,V,。,W7900,系列输出固定负电压，其参数与,W7800,基本相同。,下图给出了三端集成稳压器的接线方法，,C,i,用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。,C,i,一般在,0.1 1,F,之间,C,o,是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。,C,o,可取,1,F,。,U,o,=12 V,W7812,1,2,3,C,o,+,+,U,i,C,i,三端集成稳压器的几种应用电路：,24 V,24 V,220 V,W7815,W7915,1,3,2,3,2,1,+,+,C,C,1000,F,1000,F,C,i,0.33,F,C,i,0.33,F,C,O,1,F,C,O,1,F,+15 V,15 V,(,1,),同时输出正、负电压的电路,(,2,),提高输出电压的电路,输出电压,U,O,=,U,+U,Z,W78,1,3,2,C,i,C,O,D,Z,+,U,O,+,U,I,+,U,+,U,Z,(,3,),扩大输出电流的电路,可采用外接功率管,T,的方法来扩大输出电流。一般,I,3,很小，可忽略不计，则可得出,T,I,C,W78,1,2,3,C,i,C,O,I,2,R,I,3,I,1,+,U,O,+,U,I,I,R,I,B,I,O,设,=10,，,U,BE,=,0.3 V,，,R,=0.5,，,I,2,=1 A,，,由上式可算出,I,C,=4 A,，,输出电流,I,O,=,I,2,+,I,C,=5 A,，,比,I,2,扩大了。,(,4,),输出电压可调的电路,W78,C,i,C,O,+,U,I,+,U,+,+,+,U,O,R,1,R,2,R,3,R,4,可见移动电位器滑动端，改变电阻,R,2,和,R,1,的比值，便可调节输出电压,U,O,的大小。,