电工学第七版下册第十八章《直流稳压电源》PPT课件.ppt

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 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 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理 3 了解集成稳压电路的性能及应用 第18章直流稳压电源 第18章直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 功能 把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压 18 1整流电路 整流电路的作用 将交流电压转变为脉动的直流电压 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 18 1 1单相半波整流电路 2 工作原理 u正半周 Va Vb 二极管D导通 3 工作波形 u负半周 Va Vb 二极管D截止 承受反压 1 电路结构 动画 4 参数计算 1 整流电压平均值Uo 2 整流电流平均值Io 3 流过每管电流平均值ID 4 每管承受的最高反向电压UDRM 5 变压器副边电流有效值I 5 整流二极管的选择 平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据 选管时应满足 IOM ID URWM UDRM 最大整流电流 反向工作峰值电压 18 1 2单相桥式整流电路 2 工作原理 u正半周 Va Vb 二极管D1 D3导通 D2 D4截止 承受反压 3 工作波形 uD2uD4 1 电路结构 动画 18 1 2单相桥式整流电路 2 工作原理 u负半周 Va Vb 二极管D1 D3截止 承受反压 D2 D4导通 RL两端极性不变 3 工作波形 uD2uD4 1 电路结构 动画 4 参数计算 1 整流电压平均值Uo 为半波整流电路的两倍 2 整流电流平均值Io 3 流过每管电流平均值ID 4 每管承受的最高反向电压UDRM Uo 2 0 45U 0 9U ID Io 2 0 45U RL 5 变压器副边电流有效值I 例1 单相桥式整流电路 已知交流电网电压为220V 负载电阻RL 50 负载电压Uo 100V 试求变压器的变比和容量 并选择二极管 考虑到变压器二次侧绕组及管子压降 变压器副边电压大约要高出10 即U 1 1 111V 122V 可选用二极管2CZ55E 其最大整流电流为1A 反向工作峰值电压为300V 解 负载电流I0 U0 RL 100 50 2 A 每管流过的平均电流ID I0 2 1 A 变压器二次侧电压的有效值U U0 0 9 111 V 则 每管承受的最高反向电压 172V I U RL U0 0 9RL 1 11Io 2 1 11 2 2A 变压器副边电流有效值 变压器容量S UI 122 2 2 207 8VA 变压器副边电压U 122V 例2 试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形 如果D2或D4接反 后果如何 如果D2或D4因击穿或烧坏而短路 后果又如何 解 当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路 正半周时 D1和D3导通 负载中有电流过 负载电压uo u 负半周时 D1和D3截止 负载中无电流通过 负载两端无电压 uo 0 如果D2或D4接反则正半周时 二极管D1 D4或D2 D3导通 电流经D1 D4或D2 D3而造成电源短路 电流很大 因此变压器及D1 D4或D2 D3将被烧坏 如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时 情况与D2或D4接反类似 电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏 18 1 3三相桥式整流电路 2 工作原理 在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通 共阳极组中阴极电位最低的二极管导通 1 电路 三相变压器原绕组接成三角形 副绕组接成星形 在t1 t2期间共阴极组中a点电位最高 D1导通 共阳极组中b点电位最低 D4导通 负载两端的电压为线电压uab 负载电压 2 工作原理 变压器副边电压 动画 在t2 t3期间共阴极组中a点电位最高 D1导通 共阳极组中c点电位最低 D6导通 负载两端的电压为线电压uaC 负载电压 2 工作原理 变压器副边电压 在t3 t4期间共阴极组中b点电位最高 D3导通 共阳极组中c点电位最低 D6导通 负载两端的电压为线电压ubC 负载电压 2 工作原理 变压器副边电压 在t4 t5期间共阴极组中b点电位最高 D3导通 共阳极组中a点电位最低 D2导通 负载两端的电压为线电压uba 负载电压 2 工作原理 变压器副边电压 2 工作原理 结论 在一个周期中 每个二极管只有三分之一的时间导通 导通角为120 变压器副边电压 负载电压 负载两端的电压为线电压 3 参数计算 1 整流电压平均值Uo 2 整流电流平均值Io 3 流过每管电流平均值ID 4 每管承受的最高反向电压UDRM 18 2滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流 其中既有直流成份又有交流成份 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 保留其直流成份 达到平滑输出电压波形的目的 方法 将电容与负载RL并联 或将电感与负载RL串联 18 2 1电容滤波器1 电路结构 2 工作原理 u uC时 二极管导通 电源在给负载RL供电的同时也给电容充电 uC增加 uo uC u uC时 二极管截止 电容通过负载RL放电 uC按指数规律下降 uo uC uC 3 工作波形 二极管承受的最高反向电压为 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Uo与放电时间常数RLC有关 RLC越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo越大 波形越平滑 近似估算取 Uo 1 2U 桥式 全波 Uo 1 0U 半波 当负载RL开路 并且忽略管压降时 UO 为了得到比较平直的输出电压 2 外特性曲线 有电容滤波 结论 采用电容滤波时 输出电压受负载变化 RL IO 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 选管时一般取 IOM 2ID RLC越大 O越高 IO越大 整流二极管导通时间越短 iD的峰值电流越大 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RL 200 要求直流输出电压Uo 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 解 1 选择整流二极管 可选用二极管2CP11 IOM 100mAURWM 300V 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RL 200 要求直流输出电压Uo 30V 选择整流二极管及滤波电容器 取RLC 5 T 2 已知RL 200 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 2 滤波原理 对直流分量 XL 0 L相当于短路 电压大部分降在RL上 对谐波分量 f越高 XL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 形RC滤波器 R愈大 C2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 18 3直流稳压电源 稳压电路 稳压器 是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压 负载及环境温度的变化无关 理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源 实际上 它是内阻很小的电压源 其内阻越小 稳压性能越好 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分 也可以是一个独立的电子部件 18 3 1稳压管稳压电路 2 工作原理 UO UZIR IO IZ RL IO IR 设UI一定 负载RL变化 UO UZ IZ 1 电路 限流调压 稳压电路 18 3 1稳压管稳压电路 2 工作原理 UO UZIR IO IZ UI UZ 设负载RL一定 UI变化 IZ IR 1 电路 3 稳压管参数的选择 1 UZ UO 2 IZM 1 5 3 IOM 3 UI 2 3 UO 4 为保证稳压管安全工作 为保证稳压管正常工作 适用于输出电压固定 输出电流不大 且负载变动不大的场合 19 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 反相输入恒压源 同相输入恒压源 改变RF即可调节恒压源的输出电压 18 3 3串联型稳压电路 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 调整元件 比较放大 基准电压 取样电路 T 同相输入恒压源 T 同相输入恒压源 T 调整管T通常为功率管或复合管 其作用 一是向负载提供大电流 二是降落并调整Ui与UO之间的压差 2 调整管T工作在放大区 连接成射极输出器 运放和T组成开环放大部分 R1和R2引入串联电压负反馈 故称串联型稳压电路 什么电路 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO升高时 有如下稳压过程 2 稳压过程 由电路图可知 UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串联电压负反馈 故称串联型稳压电路 3 输出电压及调节范围 输出电压 根据同相比例运算放大电路可知 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 1 25 37V连续可调 2 外形及引脚功能 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形 塑料封装 塑料封装 3 性能特点 7800 7900系列 输出电流超过1 5A 加散热器 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容差为4 输出电压额定值有 5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V等 如7805输出电压为 5V 7915输出电压为 15V 4 主要参数 1 电压调整率SU 稳压系数 反映当负载电流和环境温度不变时 电网电压波动对稳压电路的影响 2 电流调整率SI反映当输入电压和环境温度不变时 输出电流变化时输出电压保持稳定的能力 即稳压电路的带负载能力 0 005 0 02 0 1 1 0 3 输出电压UO 6 最大输入电压UiM 7 最大功耗PM 4 最大输出电流IOM 5 最小输入 输出电压差 Ui UO min 可达到2 3V 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 输入与输出之间的电压不得低于3V 5 三端固定输出集成稳压器的应用 0 1 1 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 2 同时输出正 负电压的电路 滤波 UXX 为W78XX固定输出电压UO UXX UZ 3 提高输出电压的电路 IO I2 IC 4 提高输出电流的电路 当IO较小时 UR较小 T截止 IC 0 当IO IOM时 UR较大 T导通 IO IOM IC R可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定 即R UBE IOM 6 三端可调输出集成稳压器的应用 流过调整端电流 100 A 在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略 2 1两端电压为1 25V 基准电压 CW117 CW317输出可调正电压 CW137 CW337输出可调负电压 通过调整R2 可获得不同大小的输出电压 作业 p 172 18 1 518 2 318 3 218 3 3